JP3928297B2

JP3928297B2 - 電動機及びその製造方法

Info

Publication number: JP3928297B2
Application number: JP08480199A
Authority: JP
Inventors: 阿部　　誠; 泰史鈴木; 誠司星加
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 1999-03-26
Publication date: 2007-06-13
Anticipated expiration: 2019-03-26
Also published as: JP2000278903A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機及びその製造方法に関し、特に、トルク及び効率の向上を図った同期モータ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、いろいろな分野でモータ（電動機）が使用されている。図８は、従来のモータの概略構成を示す断面図である。図示するモータは同期モータであり、ステータコイル１３１を有するステータ（固定子）１２０と、その内側に配設され、回転自在に軸支されたロータ（回転子）１４０とを備えている。
【０００３】
ステータ１２０は、一般に薄いけい素鋼板で作られたステータコア単体を複数枚積層して形成されるステータコア（固定子鉄心）１２１を有している。このステータコア１２１には、巻線用のスロットが円周方向内側に複数形成されており、これにステータコイル１３１が挿入されて巻かれている。
【０００４】
ロータ１４０もまた、一般に薄いけい素鋼板よりなるロータコア単体を積層して形成されたロータコア（回転子鉄心）を有しており、例えば永久磁石型同期モータの場合には、このロータコアの表面あるいは内部に永久磁石が配置されている（いずれも図示せず）。
【０００５】
そして、ステータコイル１３１に電流を流すと、該電流により誘起された回転磁界によって、ステータ１２０とロータ１４０との間に相互作用が働き、この相互作用によってロータ１４０が回転するようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来のモータにあっては、ステータコイル１３１の挿入作業において、いわゆる機械巻きにしろ手巻きにしろ、予め外でコイルを巻いておいて、その後、ステータコア１２１の複数のスロットに挿入して巻回するようにしている。したがって、ステータコイル１３１は、コイル挿入のため、またコイル同士の絡み合いを避けるための余裕代が必要となリ、コイルを挿入した場合のステータコア１２１の軸方向両外方に、一定の高さのコイルエンド１３２が形成されることになる。
【０００７】
しかしながら、モータのコイルエンド１３２は、ステータコア１２１のスロット間をつなぐ巻線により構成されており、したがって、ステータコイル１３１に電流を流すと、該電流により、ロータ１４０と鎖交する磁束Ｐのほかに、コイルエンド１３２の部分でロータ１４０と鎖交しない磁束Ｑも発生してしまうという問題があった。このため、コイルエンド１３２で発生する磁束Ｑは、モータのトルクに全く寄与せず、エネルギ損失となり、効率の低下を招いていた。
【０００８】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、トルク及びエネルギ効率を向上させることができる電動機及びその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、下記する手段により達成される。
【００１０】
（１）円周方向に複数のスロットが形成されたステータコア、および前記スロットの中に巻装されたステータコイルを有するステータと、前記ステータにより形成される回転磁界によって軸のまわりに回転されるロータとを備え、前記ステータが前記ロータの半径方向に設けられた電動機において、前記ステータコアの軸方向両外方に位置する前記ステータコイルの両方のコイルエンドの少なくとも一方を、その先端が前記ロータに近接するように、曲げたことを特徴とする電動機。
【００１１】
（２）前記コイルエンドの内側に、磁性材料からなる磁束通過部材を配置したことを特徴とする上記（１）に記載の電動機。
【００１２】
（３）前記磁束通過部材は、前記ステータ及びロータが収容される筐体に接続されることを特徴とする上記（２）に記載の電動機。
【００１３】
（４）前記磁束通過部材は、リング形状の支持部と、前記支持部から軸方向に伸延する複数の凸状部とを有することを特徴とする上記（２）に記載の電動機。
【００１４】
（５）筐体内に挿入されたステータコアの円周方向に複数形成されたスロットの中に、前記ステータコアの軸方向の一方の外方に位置するコイルエンドが内側に曲がるようにして、ステータコイルを巻装し、ステータを形成するステータ形成工程と、前記ステータの他方の曲げられていないコイルエンド側から、その内部にロータを挿入するロータ挿入工程と、前記ステータコイルをワニス処理するワニス処理工程と、前記筐体の軸方向端部にカバーを取り付けるカバー取付工程と、を有することを特徴とする電動機の製造方法。
【００１５】
（６）前記ロータ挿入工程と前記ワニス処理工程との間に、曲げられていない方のコイルエンドを内側に曲げる工程を加えることを特徴とする上記（５）に記載の電動機の製造方法。
【００１６】
【発明の効果】
本発明によれば、請求項毎に次のような効果を奏する。
【００１７】
請求項１に記載の発明によれば、ステータコイルの両方のコイルエンドの少なくとも一方をロータ側に曲げるようにしたので、コイルエンドはロータの軸方向端面に近接対向させられることになる。したがって、コイルエンドの部分で発生する磁束を、ロータに供給することができ、モータのトルクを向上させることができる。しかも、ステータコイルに入力したエネルギを有効に利用することができ、モータの効率が向上する。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、コイルエンドの部分で発生する磁束を、磁束通過部材によってロータの方により多く導くことができる。したがって、モータのトルク及び効率のさらなる向上を図ることができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の効果に加え、コイルエンドの部分の放熱を効果的に行うことができ、ひいては連続出力性能が向上する。
【００２０】
請求項４に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の効果に加え、磁束通過部材を容易に製造することができると共に、凸状部のコイルエンド内への挿入も容易に行うことができる。
【００２１】
請求項５，６に記載の発明によれば、ステータコイルのコイルエンドをロータ側に曲げたモータを効率よく製造することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態に係るモータの概略構成を示す断面図、図２は、図１のII−II線からみたステータ及びロータの模式的な断面図である。
【００２４】
図示するモータ（電動機）は、永久磁石型同期モータであり、また、いわゆるインナーロータ型（内側回転）の三相同期モータである。同期モータは、効率が高いことから、例えば電気自動車や省エネルギを必要とする製品に対して使用するのに適している。
【００２５】
このモータは、筐体としてのフレーム１を有している。フレーム１は、例えばアルミニウム合金等により形成されており、円筒部２とカバー３とからなる。フレーム１の円筒部２の内周面には、ステータ２０が取り付けられている。また、フレーム１には、軸受４，４を介して、ロータ４０が回転自在に取り付けられている。ここで、ステータ２０とロータ４０との間には、半径方向に所定のエアギャップが設けられている。
【００２６】
ステータ２０は、フレーム１内部に挿入され焼嵌めにより固定されるステータコア２１と、このステータコア２１に巻装されるステータコイル３１とを有している。ステータコア２１は、表面に絶縁層が形成された厚さ例えば約０．５ｍｍのけい素鋼板等の高透磁（導磁）率材料の板から作られた円環状のステータコア単体を複数枚積層して形成されている。このような薄い板を積層するより、渦電流による損失を低減している。
【００２７】
ステータコア２１の内周面側には、例えば図２のように、３個のティース２２ａ〜２２ｃを１単位として４単位のティース群が形成されており、該各ティース間には、同じく３個のスロット２３ａ〜２３ｃを１単位として４単位のスロット群が形成されている。なお、図中符号２４は、コア背部を示す。
【００２８】
ステータコイル３１は、３個の独立したコイル３１ｕ，３１ｖ，３１ｗを有しており、所定の方法で結線して所定の巻き方にて巻装されている。ここでは、第１相コイル３１ｕは、１個のティース２２ｂを飛び越しながら２個のティース２２ａ，２２ｃの周囲に巻装（つまり、スロット２３ａに挿入）され、第２相コイル３１ｖは、１個のティース２２ｃを飛び越しながら２個のティース２２ｂ，２２ａの周囲に巻装（つまり、スロット２３ｂに挿入）され、第３相コイル３１ｗは、１個のティース２２ａを飛び越しながら２個のティース２２ｃ，２２ｂの周囲に巻装（つまり、スロット２３ｃに挿入）される。したがって、同一相同士のコイルは、それぞれ互いに隣接した状態でスロット内に挿入され、円周上４箇所に配設されている。
【００２９】
一方、ロータ４０は、円周方向における等配４箇所に挿入穴が形成されたロータコア４１と、これらの挿入穴に挿入された４個の永久磁石４２とを有しており、図示する同期モータは、４個の永久磁石４２を用いた４極モータを構成している。これらの永久磁石４２は、その厚み方向に磁化されており、ロータ外周からみてＮ極、Ｓ極が交互になるように配置される。ロータコア４１は、厚さ例えば約０．５ｍｍのけい素鋼板から作られたロータコア単体を複数枚積層して形成される。また、ロータコア４１の中心にはモータシャフト５が圧入されている。
【００３０】
このモータでは特に、ステータコア２１の軸方向両外方に位置するステータコイル３１のコイルエンド３２は、その先端がロータ４０に近接するように曲げられている。なお、このコイルエンド３２は、前述したように、予め外で巻いておいたステータコイル３１をステータコア１２１のスロットに挿入する際に余裕代が必要となるために形成されるものである。このようにすれば、コイルエンド３２はロータ４０の軸方向端面に対向し、コイルエンド３２の部分で発生する磁束をロータ４０に鎖交させることができる。
【００３１】
また、コイルエンド３２の内側には、磁性材料からなる磁束通過部材３３が配置されている。したがって、コイルエンド３２の部分で発生する磁束は、磁束通過部材３３によってロータ４０の方により多く導かれることになる。
【００３２】
この磁束通過部材３３は、図３にも示すように、リング形状の支持部３４と、この支持部３４から軸方向に伸延し、コイルエンド３２の内側に挿入される複数の凸状部３５とを有している。このようにすれば、磁束通過部材３３を容易に製造することができると共に、凸状部３５のコイルエンド３２内への挿入も容易になる。凸状部３５の数は、コイルエンド３２内への挿入が可能であれば、適宜設定することができる。なお、図３の凸状部３５は、図２に示したものよりも多く描いてある。また、各凸状部３５は、その先端近傍に面取りや丸みを形成したり、先細テーパ状に形成したりしてもよい。このようにすれば、コイルエンド３２内への挿入時にコイルを傷付ける虞れを回避することができる。
【００３３】
磁束通過部材３３を構成する磁性材料は、本明細書中では、空気よりも透磁率の大きい材料をいい、例えば鉄等が使用される。このような磁束通過部材３３は、例えば鋳造、焼結あるいは放電加工を用いて製造することができる。
【００３４】
磁束通過部材３３は、その支持部３４がフレーム１に例えばねじ締結されることにより、フレーム１に取り付けられる。但し、フレーム１への取り付けは、ピン圧入やリベット等を利用してもよい。このように磁束通過部材３３をフレーム１に接続することによって、コイルエンドの部分の放熱を効果的に行うことができ、ひいては連続出力性能が向上することになる。
【００３５】
上記したモータは以下のようにして製造することができる。
【００３６】
まず、フレーム１に予め磁束通過部材３３を図示しないねじ部材により取り付ける。なお、この磁束通過部材３３は、ねじ部材により当初仮締めにしておいて後で本締めするようにしてもよい。そして、ステータコア２１のスロットの中に、ステータコア２１の軸方向の一方の外方に位置するコイルエンド３２が内側に曲がるようにして、ステータコイル３１を巻装し、フレーム１内部に固定してステータ２０を形成する。
【００３７】
次いで、図４に示すように、ステータ２０の他方の曲げられていないコイルエンド３２の方を上にして、その上方から図中矢印方向に、ロータ４０をモータシャフト５が軸受４内を通るようにしてステータ２０の内部に挿入する。
【００３８】
その後、図５に示すように、成形治具６０を、曲げられていないコイルエンド３２の方に向けて移動させる。これにより、コイルエンド３２は、成形治具６０の端面により押圧されて、図中２点鎖線で示すように、内側すなわちロータ４０側に曲げ成形される。
【００３９】
そして、ステータコイル３１をワニス処理した後、図６に示すように、予め磁束通過部材３３が取り付けられたカバー３を、フレーム１の円筒部２の開口端に取り付けて固定する。このようにして、ステータコイル３１のコイルエンド３２を内側、すなわちロータ４０側に曲げたモータが効率よく製造される。なお、カバー３を図示のように軸方向の片側から取り付けるようにしたが、これに限られず、一対のカバーを軸方向の両側から取り付けるようにしてもよい。
【００４０】
次に、上記のように構成されたモータの作用を説明する。
【００４１】
モータのステータコイル３１に交流電流を流すと、該電流により回転磁界が誘起される。そして、ステータコイル３１は、例えば図１に示すように、ロータ４０に向かって鎖交するように磁束Ａを発生させる。このとき、ステータコイル３１の当該部分は、Ｎ極として働くことになり、ロータ４０のＮ極の永久磁石４２と反発、Ｓ極の永久磁石４２と吸引することによってマグネットトルクが発生すると共に、ロータコア４１を吸引することによってリラクタンストルクが発生する。
【００４２】
このようにして、ステータ２０とロータ４０との間に相互作用が働いてロータ４０が回転され、この相互作用によりモータのトルクが発生する。
【００４３】
このモータによれば特に、コイルエンド３２を内側に曲げるように成形したので、コイルエンド３２はロータ４０の軸方向端面に近接対向させられることになる。したがって、コイルエンド３２の部分で発生する磁束Ｂを、ロータ４０に鎖交させて供給することができ、モータのトルクが向上する。しかも、ステータコイル３１に入力したエネルギを有効に利用することができるため、モータの効率が向上する。
【００４４】
また、コイルエンド３２の内側に、磁性材料からなる磁束通過部材３３を配置したので、コイルエンド３２の部分で発生する磁束を、この磁束通過部材３３によってロータ４０の方により多く導くことができる。したがって、モータのトルク及び効率のさらなる向上を図ることができる。
【００４５】
図７は、本発明の他の実施形態に係るモータの概略構成を示す断面図である。図７に示すモータは、ステータコイル３１のコイルエンド３２の一方のみを、その先端がロータ４０に近接するように、曲げた点で、図１のモータと相違している。但し、その他の点では同様であるため、図１に示した部材と共通する部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４６】
このモータによれば、製造にあたって、ロータ４０をステータ２０内部に挿入した後で、曲げられていない方のコイルエンド３２を内側に曲げ成形する工程を省略している。したがって、より容易にモータを製造することが可能となり、作業工数や製造コストが低減される。なお、コイルエンド３２の一方のみではあるが、図１のモータと同様に、内側に曲げられた部分で発生する磁束Ｂにより、モータのトルク及び効率を向上させることができることは勿論である。
【００４７】
なお、以上説明した実施形態は、本発明を限定するために記載されたものではなく、本発明の技術的思想内において当業者により種々変更が可能である。
【００４８】
例えば、モータのステータコイルの巻き方は、図２に示したような巻き方に限定されるものではなく、１極に使用されるティース（スロット）の数や、極数も種々変更することが可能である。また、上記実施形態では、永久磁石型同期モータについて説明したが、本発明はこれに限られず、同様な形態のステータを有する他のモータや、さらにはアウタロータ型（外側回転）のモータにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るモータの概略構成を示す断面図である。
【図２】図１のII−II線からみたステータ及びロータの模式的な断面図である。
【図３】磁束通過部材を示す斜視図である。
【図４】ロータをステータの内部に挿入する様子を示す図である。
【図５】コイルエンドが成形治具により押圧されて内側に曲げ成形される様子を示す図である。
【図６】カバーをフレームの円筒部の開口端に取り付ける様子を示す図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係るモータの概略構成を示す断面図である。
【図８】従来のモータの概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１…フレーム（筐体）、
２…円筒部、
３…カバー、
５…モータシャフト（軸）、
２０…ステータ、
２１…ステータコア、
２３ａ〜２３ｃ…スロット、
３１…ステータコイル、
３２…コイルエンド、
３３…磁束通過部材、
３４…支持部、
３５…凸状部、
４０…ロータ。

Claims

円周方向に複数のスロットが形成されたステータコア、および前記スロットの中に巻装されたステータコイルを有するステータと、前記ステータにより形成される回転磁界によって軸のまわりに回転されるロータとを備え、前記ステータが前記ロータの半径方向に設けられた電動機において、
前記ステータコアの軸方向両外方に位置する前記ステータコイルの両方のコイルエンドの少なくとも一方を、その先端が前記ロータに近接するように、曲げたことを特徴とする電動機。
前記コイルエンドの内側に、磁性材料からなる磁束通過部材を配置したことを特徴とする請求項１記載の電動機。
前記磁束通過部材は、前記ステータ及びロータが収容される筐体に接続されることを特徴とする請求項２記載の電動機。
前記磁束通過部材は、リング形状の支持部と、前記支持部から軸方向に伸延する複数の凸状部とを有することを特徴とする請求項２記載の電動機。
筐体内に挿入されたステータコアの円周方向に複数形成されたスロットの中に、前記ステータコアの軸方向の一方の外方に位置するコイルエンドが内側に曲がるようにして、ステータコイルを巻装し、ステータを形成するステータ形成工程と、
前記ステータの他方の曲げられていないコイルエンド側から、その内部にロータを挿入するロータ挿入工程と、
前記ステータコイルをワニス処理するワニス処理工程と、
前記筐体の軸方向端部にカバーを取り付けるカバー取付工程と、
を有することを特徴とする電動機の製造方法。
前記ロータ挿入工程と前記ワニス処理工程との間に、曲げられていない方のコイルエンドを内側に曲げる工程を加えることを特徴とする請求項５記載の電動機の製造方法。