WO2013080597A1 - 電動機の固定子および永久磁石式回転電機 - Google Patents
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- H02K2203/12—Machines characterised by the bobbins for supporting the windings
Definitions
- the present invention relates to a stator of an electric motor and a permanent magnet type rotating electric machine equipped with the stator.
- an electric motor for example, a servo motor that is incorporated in a machine or electronic device, it is required to be as small as possible.
- the tee score constituting the stator (stator) is divided into a plurality of divided cores.
- a coil (winding) is wound around the divided core a predetermined number of times. After that, there is a method of assembling these as many as the required number of slots into a stator structure having one annular stator.
- the surface of the coil winding insulator applied to the tee score of each split core is creeping in terms of insulation capability. There is a shortest creepage distance along the surface of the insulator between the two conductive portions on this creepage surface.
- a creepage distance of 2 to 3 mm is required for a 200V class motor.
- one is a stator winding structure in which a coil is wound around a stator (stator) via an insulating bobbin (excitation winding), and elastic tongue pieces integrally formed at both ends of the side portion of the insulating bobbin are provided.
- This is a stator winding structure of a rotating electric machine.
- the other one is mounted on the inner side of the core body including the teeth portion of the stator core, and includes two insulators (insulating materials) having a coil housing portion and an inner wall portion, and an end surface in the circumferential direction of the inner wall portion
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- This is an insulator for an electric motor in which a staggered step-like connecting portion is provided, and a plurality of insulators are combined by the connecting portion to form an annular stator structure (Patent Document 2).
- the stator core is configured to be fitted from both sides so as to cover the inner peripheral surface of the H-shaped stator core, and the teeth core side of the coil winding portion of the stator core is left, and the stator core
- An axial gap type electric motor provided with an insulator covering the outer periphery has been proposed (see Patent Documents 3, 4, 5, and 6).
- the insulator has two connecting means for connecting the core members including the yoke part and the teeth part to each other in the circumferential direction at the circumferential end of the flange part, that is, each core member.
- a hook portion for connecting the rotor output shaft in an annular shape around the rotor output shaft and a locking shaft for locking the hook portion are provided.
- the insulator is formed into a bobbin shape having a pair of flange portions parallel to the teeth surface and the yoke piece, and the flange on the teeth surface side is formed to be lower in the axial direction than the tooth surface side. . And it is set as the position where the teeth surface is the highest. As a result, the gap between the rotor and the dimension in the width direction is reduced.
- a bobbin surrounded by the outer periphery of the I-shaped split core of the split stator core is provided, a coupling groove and a coupling protrusion are formed on the inner flange of the bobbin, and a circumferential surface is provided on the outer flange.
- a slim stator in which an assembly between a core and a bobbin is integrally formed by an insert molding method using a thermosetting resin (see Patent Documents 7 and 8).
- Patent Document 1 The invention described in Patent Document 1 is a device in which the shape of an insulator is devised, and a shape that wraps the entire coil winding, that is, an insulating bobbin is used as an insulator.
- this insulating bobbin is provided with elastic tongue pieces integrally formed at both ends of the side portion, and the tongue pieces are located between the windings, so that the density of the coil windings is limited accordingly, and the motor There is a problem that the performance cannot be improved.
- Patent Document 2 is configured such that a coil housing portion is sandwiched between two insulators of an outer insulator and an inner insulator assembled in a circumferential direction, and the insulator is accommodated in the coil housing portion.
- the coating agent is injected into the coil receiving portion thus formed, and the entire coil winding portion is coated with the coating agent.
- staggered step-like connecting portions are provided on the end surface in the circumferential direction of the inner wall portion of the insulator described above.
- the configuration is complicated.
- the staggered step-shaped connecting portions formed at the end portions of two types of insulators having different shapes prevent the coating agent from flowing out of the coil housing portion before the coating agent is cured. It is formed for the purpose of, and it seems that it is a shape that increases the creeping distance at first glance due to the connection of the connecting portion of the insulator, but the interface is present in the connecting portion of the insulator. Absent.
- the coil wire is sandwiched between the inner insulator and the outer insulator, the assembly thereof is not easy, and it is difficult to say that it is suitable for miniaturization of the motor.
- Patent Documents 3-6 aims to prevent magnetic loss due to a gap between the teeth surface of the stator and the magnet surface of the rotor.
- the inventions described in Patent Documents 7-8 are intended to reduce vibrations caused by an air gap error between the rotor and the stator. However, these are not considered until the creepage distance between the split tee score and the coil is increased, but are fitted from both sides so as to cover the inner peripheral surface of the H-shaped stator core. It is an insulator which is comprised and covers the outer periphery of a stator core, leaving the teeth surface side of the coil winding part of a stator core.
- the present invention has been made in view of such problems. And the purpose is to be able to cope with the miniaturization of the electric motor (motor), the creepage distance required for safety and operation can be secured, and a stator structure that can be applied to a small motor is provided.
- An object is to provide an electric motor and a permanent magnet type rotating electrical machine.
- the present invention is configured as follows, for example.
- a stator of an electric motor a plurality of divided tee scores, a yoke core in which a plurality of recesses into which tip portions of the tee scores are inserted are formed on the inner peripheral surface in an axial direction, and an insulating material on which a coil is wound And a plurality of bobbins.
- the bobbin includes a bobbin main body having a through-hole in which the coil is wound and the teascore is mounted, a flange formed at an outer diameter side end of the bobbin main body, and the bobbin main body Including a collar portion formed at the end portion on the inner diameter side.
- the flange portion at the inner diameter side end portion has an inner surface on which an uneven portion to be fitted is formed when the bobbin is mounted on the yoke core and the adjacent bobbins are assembled with each other, and extends in the circumferential direction.
- a plate-like protruding piece extending in the direction is formed. It is a stator of an electric motor having such a configuration that a long creepage distance between the coil and the tea score can be secured with the protruding piece. Further, for example, the flange portion of the inner diameter side end portion of the stator of the electric motor is extended to a range exceeding an angle obtained by dividing the entire circumference by 360 degrees by the number of the bobbins.
- the flange portion of the outer diameter side end portion of the stator of the electric motor is extended to a range exceeding the angle obtained by dividing the entire circumference by 360 degrees by the number of the bobbins.
- the inner diameter side end portion and the outer diameter side end portion of the stator of the electric motor have a shape in which the thickness dimension does not decrease even at the front end portion.
- the present invention is a permanent magnet type rotating electric machine equipped with the above-described electric motor stator, for example.
- the electric motor which can correct the conventional subject and can ensure a necessary creepage distance on safety and operation
- the stator structure can be obtained. Thereby, application to a small motor is also possible without changing the voltage specification.
- the inner diameter of the stator (tee score) and the number of slots of the stator are determined, and the inner diameter is increased, the number of slits is increased, or one tee score is allocated. Even if the length in the circumferential direction cannot be changed, the necessary creepage distance can be secured for safety and operation, and a motor stator that can be applied to motors that are more compact is obtained. be able to.
- FIG. 1 is a block diagram showing a schematic structure of a stator of an electric motor according to the present invention.
- FIG. 2 is an enlarged view showing the structure of a bobbin that is an insulating member attached to the teascore of the stator of the present invention.
- FIG. 3 is an enlarged view when a plurality of bobbins in FIG. 2 are combined.
- FIG. 4 is an exploded perspective view showing the essential parts of the yoke core, tee score and bobbin of the stator of the present invention.
- FIG. 5 is an exploded perspective view for explaining the assembly of the yoke core, tee score and bobbin of the stator of the present invention. It is the figure which showed the conventional creepage distance typically.
- FIG. 1 is a configuration diagram showing a stator structure of main parts constituting a stator of an electric motor according to the present invention
- FIG. 2 is a configuration diagram showing a structure of a bobbin by enlarging a part (single unit) of the bobbin
- FIG. 3 is a configuration diagram for explaining a combination of adjacent bobbins by combining a plurality of bobbins
- FIGS. 4 and 5 are exploded perspective views showing a yoke core, a teascore, main portions of the bobbin, and assembly of the stator of the present invention. It is.
- reference numeral 1 denotes a stator (stator) that generates a rotating moment by interacting with a rotor (not shown) of an electric motor.
- the stator includes a cylindrical yoke core (yoke iron core) 11, It is arranged inside the cylinder of the yoke core.
- the stator is wound around each of the plurality of bobbins, each of which has a T-shaped tee score 12 made up of a plurality of divided cores, a plurality of bobbins 13 made of an insulating material having through holes into which the plurality of tee scores are inserted.
- a coil winding (excitation winding) 14 to be wound is included.
- the coil can be wound at a high density, it is possible to suppress “copper loss” that causes a reduction in energy conversion efficiency, and to improve the performance of the motor.
- the tee score 11 and the coil 14 have 12 slots. However, it is not necessary to limit to this number.
- a rotor (rotor) attached to the rotating shaft via a bearing is disposed inside the bobbin 13, but is omitted in this embodiment.
- the bobbin 13 is mounted so as to individually cover a plurality of tea scores 12 as shown in FIG.
- the bobbin 131 is an integrally formed plate extending in the axial direction at a cylindrical bobbin main body 131 around which the coil 14 is wound and wound, and at one end of the bobbin main body 131 on the yoke core side (outer diameter side). 4 and a plate-like flange 133 (see FIG. 4) integrally formed extending in the axial direction on the rotor side (inner diameter side) of the bobbin main body 131. .
- the bobbin main body 131 of the bobbin 13 extends in the axial direction as shown in FIG. 4, and a through hole 1311 into which a part 121 of the tea score 12 is inserted is provided therein. Further, in order to allow the coil 14 to be wound around the bobbin main body 13, a coil winding space 6 surrounded by the bobbin main body 131 and the flanges 132 and 133 on both sides of the bobbin main body is provided. ing.
- the flanges 132 and 133 of the bobbin 13 are insulated (creeping distance L) between the end of the coil winding at the end of the bobbin main body 131 of the adjacent bobbin 13 and the end 122 on the inner side of the tee core 12 or after assembly. It is formed to ensure strength.
- the flanges 132 and 133 each have a plate shape (projection piece) extending in the axial direction and extending in the circumferential direction.
- the projecting piece and the bobbin main body are configured to be larger in the axial direction and the circumferential direction than the bobbin main body 131 so that the coil winding space 6 is configured.
- the shape of the flanges 132 and 133 formed integrally at both ends of the bobbin main body 131 in this way extends in the circumferential direction along with the axial direction, and is configured to protrude.
- the creeping distance L (see FIG. 3) between the coil winding 14 wound around the bobbin main body 131 and the one end 122 on the inner diameter side of the tea score 12 mounted in the through-hole 1311 of the bobbin main body. It is possible to ensure a long time.
- the combination of bobbins will be described later.
- the clockwise and counterclockwise both end surfaces 1321 and 1322 of the flange 132 on the outer diameter side of the bobbin 13 are formed when a plurality of bobbins are assembled with each other, for example, as shown in FIG.
- the inclined surfaces are inwardly inclined to face each other and to be in close contact with each other.
- the flange 133 on the inner diameter side of the bobbin 13 is formed in a plate shape having different thicknesses extending in the circumferential direction so as to be slightly curved R with respect to the joint surface with the bobbin main body 131. That is, as shown in the figure, the plate shape on the counterclockwise side is formed to have a step with respect to the plate shape on the clock side.
- concave and convex portions 1331, 1332, and 1333 that face the ends of the flanges of adjacent bobbins are formed, and one of the convex portions (on the drawing)
- the bobbin convex portion 1334 arranged in the circumferential direction on the right side is configured to fit into the other concave portion 1331.
- the protrusions 1332, 1333 of the flange 133 extend in the circumferential direction so as to surround the recess 1331.
- a convex portion 1334 formed at one end portion of the flange portion of the adjacent bobbin is fitted.
- the convex portion 1332 is configured to overlap with the upper surface of the convex portion 1334 of the flange 133 of the adjacent bobbin 13 as shown in FIG. 3 when combined with the adjacent right bobbin in the drawing. Moreover, it has the length which the front-end
- the unevenness extends over the entire surface in the axial direction of the flange 133 as shown in FIG. .
- the flange portion 133 is configured to be entirely surrounded from both sides of the bobbin main body portion 133.
- the protruding pieces 1332 and 1334 of the flange 133 are configured to extend in the axial direction including not only the end portion of the bobbin main body 1331 but also the central portion.
- the creepage distance L ′ at the joint portion between the bobbins when the bobbin having the collar portion formed only on the end portion of the bobbin main body shown in FIG. 6 is secured the creepage distance is ensured by the protruding piece.
- the creepage distance L ′ in FIG. 6 is a case of a bobbin shape having an uneven coupling portion only at the end of the bobbin main body as shown in, for example, cited document 2.
- the stator can be reduced in size and weight by that distance.
- the convex portion 1333 is configured to overlap at a position below the convex portion 1334 of the flange portion of the adjacent bobbin. Further, it has a length that is in contact with the side surface of the flange portion of the adjacent bobbin and shorter than the convex portion 1332.
- the convex portion 1334 is formed at the other end portion of the flange portion 133, and the convex portion is formed to extend in the circumferential direction to a position that is one step lower than the end surface position of the bobbin main body portion 131.
- Two convex portions 1332 and 1333 having different lengths are formed so as to be more sandwiched.
- a convex portion 1334 and step portions 1335 and 1336 that are fitted into the concave portion 1331 of the flange portion of the adjacent bobbin are formed on the other end portion (left side in FIG. 2) of the flange portion 133 of the bobbin 13. .
- both end portions of the flange portion 133 are formed in a concavo-convex shape that can be combined such that when adjacent bobbins are combined, they overlap in the vertical direction as shown in FIG. ing.
- Each thickness of the unevenness of the collar portion 133 is configured to be about 0.3 mm.
- the length of the protruding piece extending in the circumferential direction of the collar 133 is configured to be about 1 to 2 mm.
- the assembly of the bobbin and the like will be described with reference to FIGS.
- the coil is wound around the bobbin main body 131 of the bobbin 13 as many times as necessary.
- FIG. 5 shows the state.
- the tip portion of the part 121 of the tea score 12 protruding from the outer diameter side surface of the bobbin 13 is inserted into the recessed portion 111 formed in the yoke core 11 from the position shown in FIG. Put them in sequence as you insert them along the direction.
- one convex portion 1335 of the flange portion 133 between the adjacent bobbins slides so as to slide from one end surface of the other concave portion 1334 to the other end surface side, and as a result, an uneven portion on one end surface side of the flange portion 133. 1331-1333 and the concavo-convex portion 1334-1336 on the other end face are fitted to each other and are coupled in the state shown in FIG.
- each part of the tee score 12 and the coil winding (excitation winding) 14 is insulated from each other by a bobbin 13 attached to the tee score 12.
- the shortest distance L of the distance from the coil winding portion 14 due to the winding of the coil 14 to the tee score 12 along the coil winding space 6 and the coil surface is the creepage distance minimum value, and the insulation performance is Determined.
- the bobbin body 131 of the adjacent bobbin and the base portion of the protrusion 1332 of the flange 133 are connected to the surface of the protrusion, the other
- the distance between the flange 133 of the bobbin main body 131 of the bobbin, the protrusion 1334 of the flange of the other bobbin, and the protrusion 1333 of the flange 133 of one bobbin is the creeping distance L.
- the thickness of the insulator in the portion where this overlap is formed but if it is tapered, it is not determined that there is an insulator in the portion that cuts the necessary minimum thickness determined for each material characteristic. For this reason, if it is limited to this invention, you have to shape
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Abstract
沿面距離が確保でき、小型モータへの適用が可能な固定子および永久磁石式回転電機を提供すること。 ヨークコア(11)と、該コア(11)の径方向に延びた複数のティースコア(12)を備えた電動機の固定子(1)において、前記ティースコア(12)に装着され、絶縁材からなる複数のボビン(13)を設け、前記ボビン(13)は、前記固定子(1)の励磁巻線が巻装される本体部(131)と、該本体部(131)の両端部に形成された鍔部(132、133)からなり、前記鍔部(132,133)の内径側の鍔部(132,133)の周方向の端面に、隣り合うボビン(13)同士の鍔部(132,133)の凹凸を嵌合し、前記複数のボビン(13)同士を周方向に連結する嵌合部を設けた電動機の固定子(1)。
Description
本発明は電動機の固定子および該固定子を搭載した永久磁石式回転電機に関する。
電動機として、例えばサーボモータの如く、機械や電子機器に組み込まれるものにあっては、限りなく小型化が要求されている。
モータを小型化する手段としては、一般的にコイルの巻回数を増やし、コイル巻線密度を高めることが有効である。
その一手段として、固定子(ステータ)を構成するティースコアを分割して複数の分割コアとする。そして、該分割コアごとにコイル(巻線)を所定回数巻回して巻装する。しかる後、これらを必要なスロット数だけ組み立てて一つの円環状の固定子とした固定子構造とする方法がある。
しかし、係る固定子構造にあっては、各分割コアのティースコアに施すコイル巻線絶縁物の表面は、絶縁能力上、沿面となる。この沿面に2つの導電性部分間の、絶縁物の表面に沿った最短距離の沿面距離が存在することになる。
一般に、モータを制御する制御機器や装置を取り扱う場合、安全上および動作上、絶縁空間距離、沿面距離、温度上昇などが規定されている。
沿面距離は例えば200V級のモータでは2~3mmが要求される。
従って、モータにあっては、この沿面による絶縁距離(絶縁空間距離、沿面距離など)の低下が問題になる。特に、モータを小型化する場合、モータ内部の高密度化が要求され、これに伴って2つの導電性部分の絶縁距離も小さくなり、安全上および動作上、必要とされる絶縁性能が得にくいと言う大きな課題があった。
従来技術として、以下のような電動機の固定子構造が提案されている。
すなわち、一つは、固定子(ステータ)に絶縁ボビンを介してコイルを巻回(励磁巻線)するステータ巻線構造において、絶縁ボビンの側部の両端に一体形成された弾性舌片を設けた回転電機のステータ巻線構造である。この舌片を各コイル巻線間に位置するように構成することによりコイル巻線とステータ間の電気的導通を防止可能とし、コイル巻線の絶縁を向上させてなる(特許文献1)。
また、他の一つは、固定子鉄心のティース部を含むコア本体の内側に装着され、コイル収容部と内壁部を有する2つのインシュレータ(絶縁材)を備え、該内壁部の周方向の端面に互い違いの段差状の連結部を設け、該連結部により複数のインシュレータを組み合わせ円環状の固定子構造を構成した電動機のインシュレータである(特許文献2)。
また、さらに従来として、H字状の固定子鉄心の内周面を覆うように両側から嵌め込むように構成され、かつ固定子鉄心のコイル巻線部のティース面側を残して固定子鉄心の外周を覆うインシュレータを設けたアキュシャルギャップ型電動機が提案されている(特許文献3,4,5,6参照)。ここで、インシュレータは、そのフランジ部の円周方向の端部に、ヨーク部およびティース部を含むコアメンバー同士を周方向に相互に連結するための2つの連結手段、つまり各コアメンバー同士を、ロータ出力軸を中心に環状に連結するためのフック部と、同フック部が係止される係止軸を設けてある。またインシュレータは、ティース面およびヨーク部片に沿って平行な一対のフランジ部を有するボビン状に形成し、ティース面側のフランジは、ティース面側よりも軸線方向に低くなるように形成してある。そして、ティース面が最も高い位置とする。これにより、ロータとの間のギャップを小さくし、幅方向寸法を小さくしてなる。
また、分割型ステータコアのI形状の分割コアの外周部に沿って囲まれたボビンを備え、該ボビンの内部フランジに結合溝と結合突起を形成し、外部フランジに円周形成面を設け、分割コアとボビンの間の組み立てを、熱硬化型樹脂を使用したインサートモールディング方式などで一体成形したスリム型ステータが提案されている(特許文献7,8参照)。
特許文献1に記載された発明は、絶縁物の形状を工夫したものであり、コイル巻線全体を包み込む形状、つまり絶縁物として絶縁ボビンを利用したものである。
しかし、この絶縁ボビンは、その側部の両端に一体形成された弾性舌片を設け、該舌片を各巻線間に位置しているため、その分コイル巻線の密度が制約され、モータの性能を向上することができない課題がある。
また、特許文献2に記載された発明は、円周方向に組み立てられた外側インシュレータおよび内側インシュレータの2つのインシュレータにより、コイル収容部を挟み込むようにして構成し、かつ該インシュレータのコイル収容部内の収容されたコイル収容部に対してコーティング剤を射出し、コイル巻線部全体にコーティング剤をコーティングするように構成されたものである。
従って、コーティング剤を射出するとき、コーティング剤がインシュレータの外部に漏れないように工夫する必要がある。このため、上述したインシュレータの内壁部の周方向の端面に互い違いの段差状の連結部を設けたものである。しかし、その構成が複雑な構成となっている。
換言すれば、形状の異なる2種類のインシュレータの端部に形成された互い違いの段差状の連結部は、このコーティング剤が硬化する前に、該コーティング剤が該コイル収容部内から流れ出すことを抑えることを目的として形成したものであって、インシュレータの連結部の連結により、一見沿面距離を増大させる形状であるかのように見えるが、インシュレータの連結部には、界面が存在していることに相違ない。
従って、その結果として、沿面距離は、何ら改善されているとは言えず、従来と同様に沿面距離に基づく上述した課題は残り、該課題を是正する技術とはなり得ていない。
また、内側のインシュレータと外側のインシュレータをもってコイル線を挟み込む構成としているため、それらの組み立てが容易でなく、モータの小型化には適しているとは言い難い。
のみならず、コイル巻線の絶縁のためのコーティング剤を射出するものにあっては、コーティング剤は勿論、その射出手段、手間を要し、コスト的にも不利である。
また、特許文献3-6に記載された発明は、ステータのティース面とロータのマグネット面との隙間に基づく磁気損失を防止することを目的とするものである。
特許文献7-8に記載された発明は、ロータとステータの間のエアギャップ誤差に起因して発生する振動を軽減することを目的とするものである。
しかし、これらには、分割ティースコアとコイル間の沿面距離を大きくとることまでは考慮されていないのみならず、H字状の固定子鉄心の内周面を覆うように両側から嵌め込むように構成され、かつ固定子鉄心のコイル巻線部のティース面側を残して固定子鉄心の外周を覆うインシュレータである。
従って、これらの特許文献に記載された発明は、連結手段がフック部と係止軸、また突起や溝からなるフランジ形状にあっては、沿面距離を長くし、電動機をより小型化することは期待できない。
特許文献7-8に記載された発明は、ロータとステータの間のエアギャップ誤差に起因して発生する振動を軽減することを目的とするものである。
しかし、これらには、分割ティースコアとコイル間の沿面距離を大きくとることまでは考慮されていないのみならず、H字状の固定子鉄心の内周面を覆うように両側から嵌め込むように構成され、かつ固定子鉄心のコイル巻線部のティース面側を残して固定子鉄心の外周を覆うインシュレータである。
従って、これらの特許文献に記載された発明は、連結手段がフック部と係止軸、また突起や溝からなるフランジ形状にあっては、沿面距離を長くし、電動機をより小型化することは期待できない。
本発明はかかる課題に鑑みてなされたものである。そして、その目的は、電動機(モータ)の小型化に対応可能であって、安全上および動作上、必要とされる沿面距離が確保でき、小型モータへの適用が可能な固定子構造を備えた電動機および永久磁石式回転電機を提供することにある。
前記目的を達成するため、本発明は、例えば以下の如く、構成する。
電動機の固定子において、分割された複数のティースコアと、該ティースコアの先端部が挿入される複数の凹部を内周面にかつ軸方向に形成したヨークコアと、コイルが巻装される絶縁材からなる複数のボビンとを備える。前記ボビンは、前記コイルが巻装され、前記ティースコアが装着される貫通孔を有するボビン本体部と、該ボビン本体部の外径側の端部に形成された鍔部と、該ボビン本体部の内径側の端部に形成された鍔部を含む。前記内径側端部の鍔部は、前記ボビンを前記ヨークコアに装着し、隣り合うボビン同士を組み立てたとき、嵌合する凹凸部が形成された内側面を有し、周方向に延び、かつ軸方向に延びた板状の突出片を形成する。該突出片をもって、前記コイルと前記ティースコア間の沿面距離を長く確保可能な構成とした電動機の固定子である。
また、例えば、電動機の固定子の前記内径側端部の鍔部は、該ボビンの個数で全周360度を除した角度を超える範囲まで延伸していることを特徴とする。
また、例えば、電動機の固定子の前記外径側端部の鍔部は、該ボビンの個数で全周360度を除した角度を超える範囲まで延伸していることを特徴とする。
また、例えば、電動機の固定子の前記内径側端部及び外径側の端部の鍔部は、その先端部においても肉厚寸法が減少しない形状をもつことを特徴とする。
電動機の固定子において、分割された複数のティースコアと、該ティースコアの先端部が挿入される複数の凹部を内周面にかつ軸方向に形成したヨークコアと、コイルが巻装される絶縁材からなる複数のボビンとを備える。前記ボビンは、前記コイルが巻装され、前記ティースコアが装着される貫通孔を有するボビン本体部と、該ボビン本体部の外径側の端部に形成された鍔部と、該ボビン本体部の内径側の端部に形成された鍔部を含む。前記内径側端部の鍔部は、前記ボビンを前記ヨークコアに装着し、隣り合うボビン同士を組み立てたとき、嵌合する凹凸部が形成された内側面を有し、周方向に延び、かつ軸方向に延びた板状の突出片を形成する。該突出片をもって、前記コイルと前記ティースコア間の沿面距離を長く確保可能な構成とした電動機の固定子である。
また、例えば、電動機の固定子の前記内径側端部の鍔部は、該ボビンの個数で全周360度を除した角度を超える範囲まで延伸していることを特徴とする。
また、例えば、電動機の固定子の前記外径側端部の鍔部は、該ボビンの個数で全周360度を除した角度を超える範囲まで延伸していることを特徴とする。
また、例えば、電動機の固定子の前記内径側端部及び外径側の端部の鍔部は、その先端部においても肉厚寸法が減少しない形状をもつことを特徴とする。
また、更に本発明は、例えば前述した電動機の固定子を搭載した永久磁石式回転電機である。
本発明によれば、従来の課題を是正することができ、コイル巻線部の絶縁物であるボビンの沿面距離を低下することなく、安全上および動作上、必要な沿面距離が確保可能な電動機の固定子構造を得ることができる。これにより、電圧仕様を変えることなく、小型モータへの適用も可能である。
また、本発明によれば、固定子の(ティースコア)の内径と固定子のスロット数が決められていて、その内径を大きくしたり、そのスリット数を増やしたり、あるいは一つのティースコアに割り振られ周方向の長さが変更できないような場合であっても、安全上および動作上、必要な沿面距離が確保でき、より小型化したいモータに対しても、適用可能な電動機の固定子を得ることができる。
これらにより、小型で高性能な回転電機を提供できる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図1は本発明に関する電動機の固定子を構成する主要部品の固定子構造を示す構成図、図2は図1のボビンの一部(単体)を拡大してボビンの構造を示す構成図、図3は複数のボビンを組み合わせて隣り合うボビン同士の組合せについて説明するための構成図、図4および図5は本発明の固定子のヨークコアとティースコアとボビンの要部および組み立てを示す分解斜視図である。
同図において、1は電動機の回転子(図示せず)と相互作用して回転モーメントを発生する固定子(ステータ)を示し、該固定子は、円筒状のヨークコア(ヨーク鉄心)11と、該ヨークコアの円筒内側に配設される。また固定子は、複数の分割コアからなるT字状のティースコア12と、該複数のティースコアが挿入される貫通孔を有する絶縁材からなる複数のボビン13と、該複数のボビンにそれぞれ巻回、巻装されるコイル巻線(励磁巻線)14を含んでいる。
固定子1に分割されたティースコア12を採用することにより、固定子に一体化されたコアを採用するものに比べて整列させて銅線を巻き付けることが可能となる。
すなわち高密度にコイルを巻けるので、エネルギー変換の効率低下を招く原因となる「銅損」を抑えることが可能であり、モータの性能を向上させることができる。
本実施例では、ティースコア11とコイル14は、そのスロット数が12個の場合である。しかし、この数に限定する必要はない。なお、ボビン13の内側には、図示していないが、回転軸に軸受を介して取り付けされた回転子(ロータ)が配置されるが、本実施例では省略してある。
ボビン13は、図2に示すように複数のティースコア12を個別に覆うように装着される。ボビン131は、コイル14が巻回、巻装される筒状のボビン本体部131と、該ボビン本体部131のヨークコア側(外径側)の一端部に軸方向に延びた一体形成された板状の鍔部132(図4参照)と、該ボビン本体131の回転子側(内径側)に軸方向に延びた一体形成された板状の鍔部133(図4参照)から構成されている。
ボビン13のボビン本体部131は、図4に示すように軸方向に延びており、その内部には、ティースコア12の一部121が挿入される貫通孔1311が設けられている。また、ボビン本体部13へのコイル14の巻装を可能とするため、該ボビン本体部131と該ボビン本体の両側の鍔部132、133により囲まれているコイル巻線空間部6が設けられている。
ボビン13の鍔部132、133は、隣り合うボビン13のボビン本体131の端部におけるコイル巻線の端部とティースコア12内径側の端部122間の絶縁(沿面距離L)や組み立て後の強度確保が可能なように形成されている。
すなわち、鍔部132、133は、それぞれ軸方向に延び、かつ円周方向に延びた板状(突出片)となっている。この突出片とボビン本体部とをもって上記コイル巻線空間部6が構成されるようにボビン本体部131よりも軸方向および円周方向に大きく構成されている。
このようにボビン本体部131の両端に一体的に形成された鍔部132、133の形状を軸方向とともに円周方向に延設し、突出ように構成する。これにより、ボビン本体部131に巻回されるコイル巻線14と、ボビン本体部の貫通孔1311に装着されるティースコア12の内径側の一端部122間の沿面距離L(図3参照)を長く確保することが可能となる。ボビン同士の組合せは後述する。
また、ボビン13の外径側の鍔部132の時計方向および反時計方向の両端面1321、1322は、複数のボビン同士を組み立てたとき、例えば図3に示すように隣り合うボビンの鍔部同士の両端面と対向し、かつ密接するように互いに内側に傾斜した傾斜面となっている。
ボビン13の内径側の鍔部133は、ボビン本体131との接合面に対して多少湾曲Rするように周方向に延びた厚みが異なる板状に形成されている。つまり、図示のように反時計方向側の板状には、時計側の板状に対して、段差が付くように形成されている。
これは、ボビン同士を組み合わせたとき、鍔部133の組合せが良好にするとともにこの接合面による沿面距離を確保するためでもある。
また、その内周面側には、隣り合うボビン同士を組み合わせたとき、例えば図3に示すように両ボビン同士が互いに密接するように嵌合する凹凸部が形成されている。また、これらの凹凸部は、図4に示すように鍔部133の内周面に軸方向全面に沿って延びるように形成されている。
すなわち、鍔部133の湾曲面Rを含む板状の一端部には、隣り合うボビンの鍔部の端部と対向する凹凸部1331,1332,1333が形成され、その一方の凸部(図面上、右側の周方向に配置されるボビンの凸部1334)が他方の凹部1331に嵌合するように構成されている。
詳述すれば、鍔部133の凸部1332、1333は、凹部1331を囲むように周方向に延びている。該凹部1331は、隣り合うボビンと組み合わせたとき、図3に示すように隣り合うボビンの鍔部の一端部に形成された凸部1334が嵌合される。
凸部1332は、図示上、隣り合う右側ボビンと組み合わせたとき、図3に示すように隣り合うボビン13の鍔部133の凸部1334の上面に重なるように構成されている。またその先端部が隣り合うボビンのボビン本体部131の側面に接するほどの長さを有している。
このように形成することで、より沿面距離を大きくすることが可能であるが、重要なことは図4に示すように鍔部133の軸方向の全面に亘って凹凸が延びていることである。換言すれば、ボビン本体部全体、つまりボビン本体部131の端部だけでなく、中央部を含め、ボビン本体部133の両側から全体的に囲むように鍔部133を大きく構成した点にある。
このように鍔部133の突出片1332、1334を、ボビン本体1331の端部のみでなく、中央部を含む、軸方向に延びるように構成する。これにより、図6に示すボビン本体の端部のみに鍔部を形成したボビンを使用した場合のボビン同士の結合部における沿面距離L’に比べて、その突出片分だけ沿面距離を確保することが可能にできる。ここで、図6の沿面距離L’は、例えば引用文献2に示す如く、単にボビン本体の端部のみに凹凸結合部を有するボビン形状における場合である。その結果、同じ沿面距離による性能仕様で比較すれば、その距離分だけ、固定子を小型化、軽量化が可能となる。
凸部1333は、隣り合うボビンの鍔部の凸部1334の下側の位置で重なるように構成されている。また、隣り合うボビンの鍔部の側面に接し、かつ凸部1332よりも短い長さを有している。
鍔部133の他端部には、前記凸部1334が形成されているが、該凸部はボビン本体部131の端面位置より一段下がった位置に周方向に延びるように形成されている。
すなわち、ボビン13の鍔部133の一方の端部(図2の右側)には、隣り合うボビンの鍔部の凸部1334が嵌合される凹部1331および該嵌合される凸部1334を上下より挟み込むように長さの異なる2つの凸部1332、1333が形成されている。
また、ボビン13の鍔部133の他方の端部(図2の左側)には、隣り合うボビンの鍔部の凹部1331に嵌合される凸部1334および段差部1335、1336が形成されている。
要するに、鍔部133の両端部は、隣り合うボビン同士を組み合わせたとき、図3に示すように上下方向に重なり、かつ該両端部の両面が互いに密接するように組合せ可能な凹凸形状に形成されている。鍔部133の凹凸の各厚みは、それぞれ0.3mm程度に構成してある。鍔部133の周方向に延びた突出片の長さは1~2mm程度に構成してある。
次に、ボビン等の組み立てについて図4、図5を参照して説明する。まず、ボビン13のボビン本体部131にコイルを必要な回数巻き付ける。
その後、ボビン本体部131の貫通孔1311にT字状のティースコア12の一部121を挿入する。図5にその状態を示してある。
しかるのち、ボビン13の外径側面に突き出したティースコア12の一部121の先端部を図5に示す位置からヨークコア11に形成された軸方向に延設された凹部111に図面の上側から軸方向に沿って差し込むようにして順次装着する。
このとき、隣り合うボビン同士の鍔部133の一方の凸部1335が他方の凹部1334の一端面から他端面側に滑るようにスライドし、その結果として、鍔部133の一端面側の凹凸部1331-1333と他端面側の凹凸部1334-1336が嵌り合い、図3に示すような状態で結合される。
ここで、ティースコア12とコイル巻線(励磁巻線)14の各部は、ティースコア12に装着されるボビン13により、互いに絶縁される。このときに、コイル14の巻回によるコイル巻線部14からコイル巻線空間6およびコイル表面伝いにティースコア12に至るまでの距離の内の最短の距離Lが沿面距離最小値として絶縁性能が決まる。
以上述べた本実施例では、そのコイル巻線表面伝いに至る表面経路において、ボビン13の鍔部133の端部に設けた凹凸部の嵌合部が存在している。この凹凸部の嵌合により、かつボビンの一方の2つの凸をもって、隣り合うボビンの他方の凸を挟み込み、かつ覆うように重さなり、その表面経路が増す構成としていることから、沿面距離を長く確保することが可能となり、その結果として安全上および動作上、必要とされる沿面距離の規定値を満たすことができ、小型化が可能となる。
換言すれば、本実施例で言えば、鍔部133の上述した形状をもって、互いに隣り合うボビンの一方のボビン本体131と鍔部133の凸部1332の付け根部分から該凸部の表面、他方のボビンのボビン本体131の鍔部133、該他方のボビンの鍔部の凸部1334、さらに一方のボビンの鍔部133の凸部1333に亘る距離が、沿面距離Lとなるように構成する。この構成により、その沿面距離を長く確保することが可能であることから、従来と同一条件の性能で対比すれば、その沿面距離を大きく確保できる分だけ、モータの小型化にも対応可能となる。
上述した本実施例では、対向する鍔部同士に設けた凹凸部によって嵌合する例が説明されているが、嵌合そのものが必要なわけではなく、ボビンの個数で全周360度を除した1ボビンあたりの割当角度を超える範囲までボビンの鍔部が延伸していることによって、対向するボビンの鍔部が半径方向に重なりを有していればよい。これにより、その沿面距離を大きく確保できるので、上述した実施例と同じ効果が得られる。
また、この重なりを形成する部分の絶縁物の肉厚であるが、仮にテーパがついた場合、素材特性ごとに定まる必要最小肉厚を切る部分は、絶縁物が存在するとは判定されなくなる。このため、本発明に限っていえば、絶縁物の端部にはテーパがつかないように形状を成形しなければならない。
上述した固定子構造を持つ永久磁石式回転電機に適用可能である。
1 電動機の固定子
11 ヨークコア(ヨーク鉄心)
12 ティースコア
13 絶縁ボビン
131 ボビン本体部
132、133 鍔部
14 コイル(コイル巻線部)
11 ヨークコア(ヨーク鉄心)
12 ティースコア
13 絶縁ボビン
131 ボビン本体部
132、133 鍔部
14 コイル(コイル巻線部)
Claims (5)
- 電動機の固定子において、分割された複数のティースコアと、該ティースコアの先端部が挿入される複数の凹部を内周面にかつ軸方向に形成したヨークコアと、コイルが巻装される絶縁材からなる複数のボビンとを備え、
前記ボビンは、前記コイルが巻装され、前記ティースコアが装着される貫通孔を有するボビン本体部と、該ボビン本体部の外径側の端部に形成された鍔部と、該ボビン本体部の内径側の端部に形成された鍔部を含み、
前記内径側端部の鍔部は、前記ボビンを前記ヨークコアに装着し、隣り合うボビン同士を組み立てたとき、嵌合する凹凸部が形成された内側面を有し、周方向に延び、かつ軸方向に延びた板状の突出片を形成し、該突出片をもって、前記コイルと前記ティースコア間の沿面距離を長く確保可能な構成としたことを特徴とする電動機の固定子。 - 請求項1に記載された前記電動機の固定子を搭載した永久磁石式回転電機。
- 電動機の固定子において、分割された複数のティースコアと、該ティースコアの先端部が挿入される複数の凹部を内周面にかつ軸方向に形成したヨークコアと、コイルが巻装される絶縁材からなる複数のボビンとを備え、
前記ボビンは、前記コイルが巻装され、前記ティースコアが装着される貫通孔を有するボビン本体部と、該ボビン本体部の外径側の端部に形成された鍔部と、該ボビン本体部の内径側の端部に形成された鍔部を含み、
前記内径側端部の鍔部は、該ボビンの個数で全周360度を除した角度を超える範囲まで延伸していることを特徴とする電動機の固定子。 - 電動機の固定子において、分割された複数のティースコアと、該ティースコアの先端部が挿入される複数の凹部を内周面にかつ軸方向に形成したヨークコアと、コイルが巻装される絶縁材からなる複数のボビンとを備え、
前記ボビンは、前記コイルが巻装され、前記ティースコアが装着される貫通孔を有するボビン本体部と、該ボビン本体部の外径側の端部に形成された鍔部と、該ボビン本体部の内径側の端部に形成された鍔部を含み、
前記外径側端部の鍔部は、該ボビンの個数で全周360度を除した角度を超える範囲まで延伸していることを特徴とする電動機の固定子。 - 電動機の固定子において、分割された複数のティースコアと、該ティースコアの先端部が挿入される複数の凹部を内周面にかつ軸方向に形成したヨークコアと、コイルが巻装される絶縁材からなる複数のボビンとを備え、
前記ボビンは、前記コイルが巻装され、前記ティースコアが装着される貫通孔を有するボビン本体部と、該ボビン本体部の外径側の端部に形成された鍔部と、該ボビン本体部の内径側の端部に形成された鍔部を含み、
前記内径側端部及び外径側の端部の鍔部は、その先端部においても肉厚寸法が減少しない形状をもつことを特徴とする電動機の固定子。
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