JP4882274B2 - 回転電機のステータ構造 - Google Patents

Description

この発明は、回転電機のステータ構造に関し、特に、コイル巻線を巻回するティース部に鍔部を備えた回転電機のステータ構造に関する。

従来、電動機のステータコアは、珪素鋼板等の電磁鋼板を回転軸方向に積層した積層コアにより形成する他、鉄合金粉末やフェライト粉末等の強磁性体粉末と絶縁性粘結剤との混合物を圧縮焼成又は圧縮成形した圧粉コアにより形成することが知られている。
このようなステータを有する電動機として、例えば、「フラットモータのステータ」（特許文献１参照）があり、巻線を配置したベース鉄芯が軟磁性鋼パウダーメタル成形材料を用いて作製されている。
特開２００４−２７４９７１号公報

しかしながら、ステータコアのティース部にコイル巻線（ワイヤ）を巻く際、ティース部の鍔部にかかったコイル巻線のテンションにより鍔自体に曲げ応力が発生し、鍔が破損してしまう虞がある。

図５は、従来のステータ構造におけるステータコアを示し、（ａ）は鍔に曲げ応力が発生しない状態の断面説明図、（ｂ）は鍔に曲げ応力が発生する状態（その一）の断面説明図、（ｃ）は鍔に曲げ応力が発生する状態（その二）の断面説明図である。図５に示すように、ステータコア１の外周には、インシュレータ２を介してコイル巻線３が巻回されるが、ステータコア１の突出端を拡径して形成された鍔（外向きフランジ）部１ａにかからないようにコイル巻線３を巻回した場合、鍔部１ａに曲げ応力が発生することはない（（ａ）参照）。

これに対し、鍔部１ａにかかるようにコイル巻線３を巻回した場合、鍔部１ａの傾斜に合わせて形成されたインシュレータ２の傾斜面２ａを介して、鍔部１ａに曲げ応力ｐが発生する（（ｂ）参照）。このように、鍔部１ａに曲げ応力ｐが発生するのは、インシュレータ２のコイル巻線３が接する面を傾斜面ではなく縦壁面２ｂとした場合でも同様である（（ｃ）参照）。

従って、鍔部１a自体に発生する曲げ応力ｐに抗するため、鍔部１ａの厚みを増す必要があった。特に、損失低減を狙った圧粉材料等の低強度材料を用いた場合、鍔部１ａの十分な厚みを必要とした。このように、鍔部１ａの厚みを増すことは、ステータコア１の大型化を招き、更には電動機の大型化を招くことになる。
この発明の目的は、大型化を招くこと無く、コイル巻線のテンションにより鍔自体に発生した曲げ応力によって鍔が破損してしまう虞がない回転電機のステータ構造を提供することである。

上記目的を達成するため、この発明に係る回転電機のステータ構造は、インシュレータを介してコイル巻線が巻回される柱状のティースを突設したステータコアを有する回転電機のステータ構造において、前記ティースは、柱状端部に柱状中央部よりも回転電機周方向で幅広に形成された鍔部を有し、前記鍔部は、柱状端から前記柱状中央部に近づくにつれ幅狭になると共に、最広幅部と最狭幅部との間に少なくとも前記コイル巻線のテンション方向に前記回転電気周方向で直交する第１縦壁面を有し、前記インシュレータは、前記鍔部側で前記第１縦壁面と平行に面し係止し合う第２縦壁面と、前記コイル側で前記第２縦壁面と回転電機径方向で同位置に設けられ前記第２縦壁面と平行な第３縦壁面とを有し、前記コイルは、前記鍔部において前記第３縦壁面に巻回される。

この発明によれば、インシュレータを介してコイル巻線が巻回される柱状のティースを突設したステータコアを有する回転電機のステータ構造において、前記ティースは、柱状端部に柱状中央部よりも回転電機周方向で幅広に形成された鍔部を有し、前記鍔部は、柱状端から前記柱状中央部に近づくにつれ幅狭になると共に、最広幅部と最狭幅部との間に少なくとも前記コイル巻線のテンション方向に前記回転電気周方向で直交する第１縦壁面を有し、前記インシュレータは、前記鍔部側で前記第１縦壁面と平行に面し係止し合う第２縦壁面と、前記コイル側で前記第２縦壁面と回転電機径方向で同位置に設けられ前記第２縦壁面と平行な第３縦壁面とを有し、前記コイルは、前記鍔部において前記第３縦壁面に巻回されるので、大型化を招くこと無く、コイル巻線のテンションにより鍔自体に発生した曲げ応力によって鍔が破損してしまう虞がない。

以下、この発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
図１は、この発明の一実施の形態に係る固定子コアの一部を示す断面図である。図１に示すように、回転電機の固定子を形成する固定子コア（ステータコア）１０は、回転電気の回転軸（図示しない）の周囲に位置する円環状に形成されており、円環に沿うように略等間隔離間して突設された複数のティース部１１を有している。

ティース部１１は、磁性体圧粉材を用いた圧縮加熱成形により柱状に形成されており、ティース部１１の突出端を拡径して形成した鍔（外向きフランジ）部１２を有している。このティース部１１には、インシュレータ１３を介して、鍔部１２にかかるようにコイル巻線１４が巻回される。

鍔部１２は、裏面側が、傾斜面１２ａ、縦壁面１２ｂ、平坦面１２ｃを介して、ティース部１１の外周面に連続している。つまり、裏面側は、ティース部１１の外周面に向かって下がり傾斜となる傾斜面１２ａ、ティース部１１の突出方向軸（縦軸）に沿う縦壁面１２ｂ、表面側平坦面と略平行な平坦面１２ｃが連続して形成されている。

この鍔部１２の裏面側形状に合わせて、インシュレータ１３の鍔部１２対応部分が形成されており、鍔部１２対応部分の外表面には、鍔部１２の傾斜面１２ａ、縦壁面１２ｂ、平坦面１２ｃに対応する、傾斜面１３ａ、縦壁面１３ｂ、平坦面１３ｃが連続して形成されている。更に、インシュレータ１３は、平坦面１３ｃに連続する、ティース部１１の外周面に対応する外周面１３ｄ、及び外周面１３ｄに略直交する鍔（外向きフランジ）状の壁部１３ｅを有している。

従って、インシュレータ１３は、全体として、外周面１３ｄを形成する筒体の一端側が傾斜面１３ａ、縦壁面１３ｂ及び平坦面１３ｃを備えた鍔状部を有し、他端側が壁部１３ｅを有するボビン状に形成されている。

このように、突出端を拡径した鍔部１２を備えインシュレータ１３を介してコイル巻線１４が巻回されるティース部１１を突設したステータコアを有する回転電機のステータ構造において、鍔部１２の裏面側傾斜面に位置するインシュレータ１３に、巻回したコイル巻線１４のテンションを突出端方向へ分散することなく受け止めるテンション受け部（縦壁面１３ｂ）を形成し、インシュレータ１３を装着した鍔部１２に、インシュレータ１３が係止してテンションを突出端方向へ分散することなく受け止める係止部（縦壁面１２ｂ）を形成している。

また、テンション受け部（縦壁面１３ｂ）及び係止部（縦壁面１２ｂ）は、テンション方向に沿う連結面（平坦面１２ｃ、平坦面１３ｃ）を介して段形状に連続する複数個が形成されている。

このティース部１１に、ティース部１１に被せたインシュレータ１３を介してコイル巻線１４が巻回されるが、コイル巻線１４は、外周面１３ｄに加え、縦壁面１３ｂにも、即ち、縦壁面１３ｂを介して鍔部１２にかかるように、巻回される。このとき、鍔部１２にかかるコイル巻線１４は、傾斜面ではなく、外周面１３ｄと同様にティース部１１の突出方向軸（縦軸）に沿う縦壁面１３ｂに巻回されているため、巻回したコイル巻線１４のテンションにより鍔部１２自体に曲げ応力が発生することは、殆どない。

つまり、コイル巻線１４を巻回する縦壁面１３ｂは、巻回したコイル巻線１４のテンション方向（図中、矢印参照）に対し直交する面からなり、インシュレータ１３のティース部１１装着時、縦壁面１３ｂは、縦壁面１２ｂに面接触した状態になるので、鍔部１２に作用する曲げモーメントを大幅に低減させることができる。この結果、コイル巻線１４を鍔部１２にかかるように巻回しても、鍔部１２に発生する応力を極力低減することができる。従って、ティース部１１に鍔部１２を有する鍔付きコアにおいて、コイル巻線１４のターン数を増やすことができると共に、巻回時のコイル巻線１４の張力による鍔部発生応力を低減することができる。

図２は、図１のティース部の鍔部変形例を示す拡大断面図である。図２に示すように、ティース部２０は、鍔部２１の裏面側に複数の縦壁面を有し、この縦壁面に対応して、インシュレータ２２も複数の縦壁面を有している。その他の構成及び作用はティース部１１と同様である。

ティース部２０は、鍔部２１の裏面側に、１箇所の縦壁面１２ｂ（図１参照）に代えて２個の縦壁面（係止部）２１ａ，２１ｂを有しており、インシュレータ２２は、傾斜面（インシュレータ１３の傾斜面１３ａ）を有さず、２個の縦壁面２１ａ，２１ｂに対応して２個の縦壁面（テンション受け部）２２ａ，２２ｂを有している。従って、インシュレータ２２は、平坦面２２ｃから縦壁面２２ａ，２２ｂを経て、ティース部２０の外周面に対応する外周面２２ｄに連続する、逆向きの階段状に形成され、全体として、外周面２２ｄを形成する筒体の一端側が縦壁面２２ａ，２２ｂを備えた鍔状部を有し、他端側が壁部２２ｅを有するボビン状に形成されている。

このティース部２０に、ティース部２０に被せたインシュレータ２２を介してコイル巻線１４が巻回されるが、鍔部２１にかかるコイル巻線１４は、傾斜面ではなく、縦壁面２２ｂ，２２ｃに巻回されるため、巻回したコイル巻線１４のテンションにより鍔部２１自体に曲げ応力が発生することは、殆どない。

つまり、コイル巻線１４を巻回する縦壁面２１ａ，２１ｂは、巻回したコイル巻線１４のテンション方向（図中、矢印参照）に対し直交する面からなり、鍔部１２に作用する曲げモーメントを大幅に低減させることができるので、コイル巻線１４を鍔部１２にかかるように巻回しても、鍔部１２に発生する応力を極力低減することができる。

図３は、図１のティース部の他の鍔部変形例を示す拡大断面図である。図３に示すように、ティース部２５は、鍔部２６の裏面側略全域が傾斜面ではなく連続する縦壁面と段差面により形成され、この鍔部２６の裏面側全域を覆って、複数の縦壁面を有するインシュレータ２７が装着されている。その他の構成及び作用はティース部２０と同様である。

ティース部２５は、鍔部２６の裏面側略全域が、複数の縦壁面２６ａ（係止部）を一定幅（例えば、縦壁面２６ａの高さ）の段差面２６ｂを経て同一方向にずらした、逆向きの階段状に形成されている。インシュレータ２７は、ティース部２５の縦壁面２６ａと段差面２６ｂに相補的に係止して密着する縦壁面２７ａと段差面２７ｂを有すると共に、ティース部２５の表面（突出端面）と面一に形成されティース部２５と一体化して表面を拡径しており、逆向きの階段状に形成された複数の縦壁面（テンション受け部）２７ｃ，２７ｄ，２７ｅを有している。

従って、インシュレータ２７は、縦壁面２７ｃ，２７ｄ，２７ｅを経て、ティース部２５の外周面に対応する外周面２７ｆに連続する、逆向きの階段状に形成され、全体として、外周面２７ｆを形成する筒体の一端側が縦壁面２７ｃ，２７ｄ，２７ｅを備えた鍔状部を有し、他端側が壁部２７ｇを有するボビン状に形成されている。縦壁面２６ａ（係止部）の数は、縦壁面（テンション受け部）２７ｃ，２７ｄ，２７ｅの数より多く設けられている。

このティース部２５に、ティース部２５に被せたインシュレータ２７を介してコイル巻線１４が巻回されるが、鍔部２６にかかるコイル巻線１４は、縦壁面２７ｃ，２７ｄ，２７ｅに巻回されるため、巻回したコイル巻線１４のテンションにより鍔部２６自体に曲げ応力が発生することは、殆どない。

つまり、コイル巻線１４を巻回する縦壁面２７ｃ，２７ｄ，２７ｅは、巻回したコイル巻線１４のテンション方向（図中、矢印参照）に対し直交する面からなり、鍔部２６に作用する曲げモーメントを大幅に低減させることができるので、コイル巻線１４を鍔部２６にかかるように巻回しても、鍔部２６に発生する応力を極力低減することができる。

図４は、図１のティース部の更に他の鍔部変形例を示す拡大断面図である。図４に示すように、ティース部３０は、鍔部３１の裏面側全域を連続する縦壁面と段差面からなる逆向きの階段状に形成する（図３参照）代わりに、鍔部３１の裏面側傾斜面の全域に、傾斜面に開口する凹部を複数個形成し、この鍔部３１の裏面側傾斜面の全域を覆って、凹部に対応する凸部を有すると共に外側面に複数の縦壁面を有するインシュレータ３２が装着されている。その他の構成及び作用はティース部２５と同様である。

鍔部３１は、裏面側が単一角度の傾斜面３１ａによって形成されており、その傾斜面３１ａの全域にわたって、傾斜面３１ａに開口するお椀形状或いは断面Ｕ字状溝形状等の凹部３３を複数個有している。インシュレータ３２は、傾斜面３１ａに対向する内側面３２ａに、鍔部３１の複数の凹部３３のそれぞれに対応して配置され、各凹部３３に挿入係止して嵌合状態となる半球形状或いは蒲鉾形状等の凸部３４を有し、外側面に、逆向きの階段状に形成された複数の縦壁面３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅを有している。

つまり、巻回したコイル巻線１４のテンションを突出端方向へ分散することなく受け止めるテンション受け部として機能する凸部３４は、テンション方向を突出方向とする凸形状部からなり、インシュレータ１３が係止してテンションを突出端方向へ分散することなく受け止める係止部として機能する凹部３３は、凸形状部である凸部３４が嵌合する凹形状部からなる。
また、テンション受け部（凸部３４）及び係止部（凹部３３）は、テンション方向に沿う連結面（内側面３２ａ、傾斜面３１ａ）を介して段形状に連続する複数個が形成されている。

このように、この発明によれば、突出端を拡径した鍔部を有しインシュレータを介してコイル巻線が巻回されるティースが突設されたステータコアを有する回転電機のステータ構造は、鍔部の裏面側傾斜面に位置するインシュレータに形成したテンション受け面が、巻回したコイル巻線のテンションを突出端方向へと分散することなく受け止め、インシュレータを装着した鍔部に形成した係止面が、インシュレータを係止させてテンションを突出端方向へと分散することなく受け止めるので、大型化を招くこと無く、コイル巻線のテンションにより鍔自体に発生した曲げ応力によって鍔が破損してしまう虞がない。

なお、上記実施の形態において、巻回したコイル巻線１４のテンションを突出端方向へ分散することなく受け止めるテンション受け部（縦壁面）及びインシュレータ１３が係止してテンションを突出端方向へ分散することなく受け止める係止部（縦壁面）の数は、例示したものに限るものではなく、また、凸部３４と凹部３４からなる構成（図４参照）を縦壁面（例えば、縦壁面１２ｂ）と縦壁面（例えば、縦壁面１３ｂ）からなる構成（図１〜３参照）に組み合わせて適用してもよい。

この発明の一実施の形態に係る固定子コアの一部を示す断面図である。 図１のティース部の鍔部変形例を示す拡大断面図である。 図１のティース部の他の鍔部変形例を示す拡大断面図である。 図１のティース部の更に他の鍔部変形例を示す拡大断面図である。 従来のステータ構造におけるステータコアを示し、（ａ）は鍔に曲げ応力が発生しない状態の断面説明図、（ｂ）は鍔に曲げ応力が発生する状態（その一）の断面説明図、（ｃ）は鍔に曲げ応力が発生する状態（その二）の断面説明図である。

符号の説明

１０ 固定子コア
１１，２０，２５，３０ ティース部
１２，２１，２６，３１ 鍔部
１２ａ，１３ａ，３１ａ 傾斜面
１２ｂ，１３ｂ，２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，２６ａ,２７ａ，２７ｃ，２７ｄ，２７ｅ,３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ 縦壁面
１２ｃ，１３ｃ，２２ｃ 平坦面
１３，２２，２７，３２ インシュレータ
１３ｄ，２２ｄ，２７ｆ 外周面
１３ｅ，２２ｅ，２７ｇ 壁部
１４ コイル巻線
２６ｂ,２７ｂ 段差面
３３ 凹部
３４ 凸部

Claims (4)

1. インシュレータを介してコイル巻線が巻回される柱状のティースを突設したステータコアを有する回転電機のステータ構造において、
   前記ティースは、柱状端部に柱状中央部よりも回転電機周方向で幅広に形成された鍔部を有し、
   前記鍔部は、柱状端から前記柱状中央部に近づくにつれ幅狭になると共に、最広幅部と最狭幅部との間に少なくとも前記コイル巻線のテンション方向に前記回転電気周方向で直交する第１縦壁面を有し、
   前記インシュレータは、前記鍔部側で前記第１縦壁面と平行に面し係止し合う第２縦壁面と、前記コイル側で前記第２縦壁面と回転電機径方向で同位置に設けられ前記第２縦壁面と平行な第３縦壁面とを有し、
   前記コイルは、前記鍔部において前記第３縦壁面に巻回される回転電機のステータ構造。
2. 前記第３縦壁面は、前記テンション方向に沿って突出する凸形状部からなり、前記第１縦壁面は、前記凸形状部が嵌合する凹形状部からなる請求項１に記載の回転電機のステータ構造。
3. 前記第１縦壁面及び前記第３縦壁面は、前記テンション方向に沿う連結面を介して段形状に連続する複数個からなる請求項１または２に記載の回転電機のステータ構造。
4. 前記第１縦壁面の数が、前記第３縦壁面の数より多い請求項１から３のいずれか一項に記載の回転電機のステータ構造。

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