JP2006067789A - モータのステータ - Google Patents

Abstract

【課題】 少なくとも一部を鉄粉末冶金方法により成形して費用および鉄損を最小化するとともに、オーバーハング効果により効率を向上できるモータのステータを提供する。
【解決手段】 ロータ５０の周りに沿って相互に離隔された多数個のティース６０と、多数個のティース６０を連結するヨーク７０と、ティース６０に巻線されたコイルと、を含み、ティース６０は、ロータ５０と対向するチップ部６２の高さがロータ５０の高さよりも短く、ヨーク７０の高さは、ティース６０のチップ部６２の高さよりも長くなるようにモータのステータを構成する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、モータに関するもので、詳しくは、ティースのチップ部の高さをロータより短くし、ヨークの高さをティースのチップ部より長くして製造原価を節減するとともに、効率を向上できるモータのステータに関するものである。

一般に、モータは、ステータとロータとが電磁気的に相互作用すると、ロータを駆動させる駆動力を発生する。
図１および図２は、従来のモータのステータを示した図である。
図１および図２に示すように、モータのステータ１０は、ロータ２０の外側にリング状に形成されたヨーク１２と、このヨーク１２の内壁からロータ２０に向かって半径方向に突出され、円周方向に所定のスロット１４を形成して相互に離隔された複数個のティース１６と、これらティース１６に巻線されて外部電源に連結されるコイル１８と、から構成される。

以下、このように構成されたステータ１０の製造過程を説明する。
まず、薄い電気鋼板３０から、ヨーク１２およびティース１６からなる平面状のステータシート１０’を打ち抜く(図２の(ａ)、(ｂ))。次いで、各ステータシート１０’を所定高さに積層して所定形状１０''に整えた後(図２の(ｃ))、コイル１８を巻線してステータ１０が完成される。
ここで、図２の(ａ)に示すように、電気鋼板３０からステータシート１０’が打ち抜かれた後に残ったスクラップ３０’は、不要となって捨てられる。
また従来の他の実施形態によるステータは、図１および図２に示したステータと基本的な構造が同じであるので、その詳細な説明および図面を省略するが、この従来の他の実施形態によるステータは、ヨークとティースとを鉄粉末冶金方法により一体に成形することもできる。
また、図３に示すように、ステータ４０は、ヨーク４２を電気鋼板で成形し、ティース４４を鉄粉末冶金方法により成形することもできる。

このように従来の他の実施形態によるステータは、図１および図２に示したステータ１０と製造方法を除く全ての条件が同じであると、少なくとも一部を鉄粉末冶金方法により製造することで、図１および図２に示したステータ１０よりも製造原価を節減することができる。しかしながら、鉄粉末は、電気鋼板よりも磁気的特性がよくないため、図１および図２に示したステータ１０よりもモータの効率が大きく低下する。

一方、図３に示すように、従来の他の実施形態によるステータ４０は、ヨーク４２およびティース４４の高さをロータ４０’よりも短く形成することで、オーバーハング(Over Hang)効果によりティース４４を通過する有効磁束量が増大し、モータの効率が向上する。
しかしながら、ステータ４０が鉄粉末冶金方法により成形される場合、オーバーハング効果を得るために、ステータ４０をロータ４０’よりも短く形成することで、ヨーク４２の鉄損が非常に大きくなり、モータの良好な効率が期待しにくいという問題点があった。

本発明は、前記のような従来の問題点を解決するためになされたもので、少なくとも部品の一部を鉄粉末冶金方法により成形して費用および鉄損を最小化するとともに、オーバーハング効果により効率を向上できるモータのステータを提供することを目的とする。

前記目的を達成するための本発明によるモータのステータは、ロータの周りに沿って相互に離隔された多数個のティースと、前記多数個のティースを連結するヨークと、前記ティースに巻線されたコイルとを含み、前記ティースは、前記ロータと対向するチップ部の高さが前記ロータの高さよりも短く、前記ヨークの高さは、前記ティースのチップ部の高さよりも長いことを特徴とする。

前記ティースは、前記ティースのチップ部とヨークとの間に前記コイルが巻線されるネック部を備えており、前記ティースのネック部は、その高さが円周方向の両端から中央に向かって徐々に長くなることを特徴とする。また、前記ティースのネック部は、その高さが前記ティースのチップ部よりも短いことを特徴とする。

前記ティースおよびヨークは、鉄粉末冶金方法により一体に成形されることを特徴とする。

また、前記目的を達成するための本発明によるステータは、ロータの周りに沿って相互に離隔された多数個のティースと、前記多数個のティースを連結するヨークと、前記ティースに巻線されたコイルとを含み、前記ティースは、前記ロータと対向するチップ部の高さが前記ロータの高さよりも短く、前記ヨークの高さは、前記ティースのチップ部の高さよりも長く、前記ティースおよびヨークは、相異なる材質により成形されることを特徴とする。

前記ティースは、鉄粉末冶金方法により成形され、前記ヨークは、電気鋼板でスパイラル工法により成形されることを特徴とする。

前記ティースおよびヨークは、互いに垂直方向に係合されることを特徴とする。
前記ティースは、前記ヨークの内壁に形成された結合溝に垂直方向に係合される結合部を備えており、前記ティースの結合部およびヨークの結合溝は、半径方向の分離を防止するために円周方向の幅が前記ヨークに向かって徐々に広くなることを特徴とする。

前記ティースの結合部は、その高さが前記ティースのチップ部と同一か、前記ヨークより長くないことを特徴とする。

前記ティースは、前記ティースのチップ部とヨークとの間に前記コイルが巻線されたネック部を備えており、前記ティースのネック部は、その高さが円周方向の両端から中央に向かって徐々に長くなることを特徴とする。また、前記ティースのネック部は、前記チップ部より短いことを特徴とする。

本発明によるモータのステータは、少なくともティースを鉄粉末冶金方法により成形して費用を最小化するとともに、オーバーハング効果を得るためにティースのチップ部の高さをロータより短く形成し、鉄損を最小化するためにヨークの高さをティースのチップ部より長く形成することで、モータの効率を適正水準にすることができるという効果がある。

以下、本発明によるモータのステータの実施形態を、図面に基づいて説明する。
本発明によるモータのステータの実施形態は、多数存在するが、以下、最も好ましい実施形態に対して説明する。ただし、モータのステータをなす基本的な構造は、前述した従来の技術と同一であるので、その詳細な説明を省略する。

図４乃至図７は、本発明の一実施形態によるモータのステータを示した図である。
図４乃至図７に示すように、モータのステータＳは、ロータ５０の外側に円周方向(矢印Ｃ)に所定のスロット５２を挟んで相互に離隔された多数個のティース６０と、これらの多数個のティース６０を一つに連結するためにリング状に形成されたヨーク７０と、多数個のティース６０に巻線されたコイル(図示せず)と、から構成される。
各ティース６０は、ロータ５０と半径方向に対向するチップ部６２と、これらのチップ部６２とヨーク７０との間に位置して前記コイルが巻線されるネック部６４と、から構成される。

ここで、ティース６０のチップ部６２は、オーバーハング効果によりティース６０の有効磁束量を増大させるために、その高さ６２Ｈがロータ５０の高さ５０Ｈよりも短く形成される。
併せて、ヨーク７０は、オーバーハング効果を向上するためにティース６０のチップ部６２の高さ６２Ｈをロータ５０の高さ５０Ｈよりも短く形成する場合も、鉄損を最小化するためにヨーク７０の高さ７０Ｈをティース６０のチップ部６２の高さ６２Ｈよりも長く形成することが好ましい。

このようにすると、ヨーク７０の大きさを除いた他の条件、例えば、ロータの大きさ、ティースの数などが同じである場合、次のようなモータの利点が生ずる。
ヨーク７０の外径および内径が所定の大きさに制限されるとき、ヨーク７０の高さ７０Ｈをティース６０のチップ部６２よりも長く形成するほど、ヨーク７０の断面積が増大することによりヨーク７０の鉄損が最小化される。一方、ヨーク７０の断面積が大きくなると、製造原価もともに上昇するが、ヨーク７０の外径および断面積が制限されるとき、ヨーク７０の高さ７０Ｈをティース６０のチップ部６２よりも長く形成するほどヨーク７０の内径が相対的に大きくなり、スロット５２が広く確保されるため、コイルの巻線設計の面で有利であるとともに、ティース６０の円周方向の幅を相対的に広げることができるため、ティース６０の断面積が増大してティース６０の鉄損が低減される。

このように構成されたティース６０およびヨーク７０は、オーバーハング効果の向上およびヨーク７０の鉄損の最小化を同時に達成するため、製造原価を最小化するように鉄粉末冶金方法により一体に成形することが好ましい。

図６は、本発明によるモータのステータを示した一部切開斜視図であり、図７は、図６のＢ-Ｂ線断面図である。
一方、本発明によるステータは、モータの効率を向上させるために、ティース６０のネック部６４の高さ６４Ｈを円周方向(矢印Ｃ)に、その両端６４ａ，６４ｂから中央６４ｃに向かって徐々に長く形成することができる。この場合、ティース６０のネック部６４は、断面が楕円状に形成される。
このようにすると、ティース６０のネック部６４は、図７の６４’で示したように、高さ方向に端部に行くほど隣接した各ティース６０のネック部６４間の距離が遠くなり、スロット５２がネック部の高さ方向に端部に行くほど徐々に広くなるため、前記コイルがティース６０のネック部６４から突出したエンドコイル(End Coil)の部分が最小化される。すなわち、エンドコイルが減少するほど、前記コイルの銅損が減少して電気抵抗が小さくなるため、モータの効率が向上する。
前記したように、ティース６０のネック部６４は、ヨーク７０の外径と断面積が一定であるとき、幅６４Ｗが広くなるので、その高さ６４Ｈをティース６０のチップ部６２の高さより短く形成し、その幅６４Ｗをティース６０のチップ部６２の幅６２Ｗより狭く形成することができる。

以上説明したように、本発明の一実施形態によるモータのステータＳは、ティース６０およびヨーク７０を鉄粉末冶金方法により一体に成形することで、図１および図２に示した電気鋼板で製造する場合よりも相対的に形状設計が自由になり、製造原価を節減するとともに、ティース６０のチップ部６２の高さ６２Ｈをロータ５０の高さ５０Ｈよりも短く形成し、ヨーク７０の高さ７０Ｈをティース６０のチップ部６２の高さ６２Ｈよりも長く形成するため、図１および図２に示した電気鋼板からなるステータと比較してモータの効率が劣ることはない。

また、本発明によるモータのステータＳは、ティース６０のネック部６４の高さ６４Ｈが円周方向の両端６４ａ，６４ｂから中央６４ｃに向かって徐々に長くなることで、エンドコイルを最小化するとともに、モータの効率を一層向上できるという効果がある。

以下、本発明の他の実施形態を、図８乃至図１１に基づいて説明するが、本発明の一実施形態とその技術的思想および基本的な構成が同一であるので、詳細な説明および図面を省略する。
図８乃至図１０に示したモータのステータは、ティース１００が鉄粉末冶金方法により成形され、ヨーク１１０が電気鋼板でスパイラル工法により成形された後、個別的に成形されたこれらのティース１００とヨーク１１０とが互いに結合される。
各ティース１００は、ロータ１２０と半径方向に対向し、その高さ１０２Ｈがロータ１２０およびヨーク１１０よりも短いチップ部１０２と、ヨーク１１０と結合される結合部１０４と、結合部１０４とチップ部１０２との間に位置されてコイルが巻線されるネック部１０６と、から構成される。

ティース１００の結合部１０４は、ティース１００とヨーク１１０とが垂直方向に互いに係合されるように、ヨーク１１０の内壁に形成された結合溝１１０ａに係合される。
このとき、ティース１００とヨーク１１０とが互いに半径方向に分離されないように、ティース１００の結合部１０４の幅１０４Ｗは、ヨーク１１０に向かって徐々に広くなるように形成され、ヨーク１１０の結合溝１１０ａは、平断面が結合部１０４と同様に形成される。そのため、ティース１００の結合部１０４およびヨーク１１０の結合溝１１０ａは、台形状に形成される。
そして、ティース１００の結合部１０４の高さ１０４Ｈは、少なくともティース１００のチップ部１０２の高さ１０２Ｈと同じか、ヨーク１１０の高さより短く形成されることが好ましい。

また、ティース１００のネック部１０６の高さ１０６Ｈは、ティース１００のチップ部１０２の高さ１０２Ｈよりも短く、エンドコイルを最小化するために円周方向に両端から中央に向かって高さが徐々に長く形成される。
ヨーク１１０は、図１１に示すように、まず、電気鋼板１３０から前記のようなリング状のヨーク１１０を真直ぐ伸ばした形状の帯状ヨーク１１０’を打ち抜き(図１１の(ａ))、この帯状ヨーク１１０’を螺旋状に所定高さまで巻くことで製造される(図１１の(ｂ))。
このように構成された本発明の他の実施形態によるモータのステータは、図１および２に示した電気鋼板で製造されたステータよりも製造原価を減少するとともに、モータの効率を充分に達成できるという効果がある。

従来のモータのステータを示した平断面図である。 従来のモータのステータ製造過程を示した図である。 従来の他の実施形態によるモータのステータを示した一部切開斜視図である。 本発明によるモータのステータを示した斜視図である。 図４のＡ-Ａ線断面図である。 本発明によるモータのステータを示した一部切開斜視図である。 図６のＢ-Ｂ線断面図である。 本発明の他の実施形態によるモータのステータを示した一部切開斜視図である。 図８のＣ-Ｃ線断面図である。 図８のＤ-Ｄ線断面図である。 本発明の他の実施形態によるモータのステータにおけるヨークの製造過程を示した図である。

符号の説明

５０ ロータ
６０ ティース
６２ チップ部
６４ ネック部
７０ ヨーク
１０４ 結合部

Claims (10)

1. ロータの周りに沿って相互に離隔された多数個のティースと、前記多数個のティースを連結するヨークと、前記ティースに巻線されたコイルと、を含み、
   前記ティースは、前記ロータと対向するチップ部の高さが前記ロータの高さよりも短く、前記ヨークの高さは、前記ティースのチップ部の高さよりも長いことを特徴とするモータのステータ。
2. 前記ティースは、前記ティースのチップ部と前記ヨークとの間に前記コイルが巻線されたネック部を備えており、
   前記ティースの前記ネック部は、その高さが円周方向の両端から中央に向かって徐々に長くなることを特徴とする請求項１記載のモータのステータ。
3. 前記ティースのネック部は、その高さが前記ティースのチップ部よりも短いことを特徴とする請求項２記載のモータのステータ。
4. 前記ティースおよびヨークは、鉄粉末冶金方法により一体に成形されることを特徴とする請求項１記載のモータのステータ。
5. ロータの周りに沿って相互に離隔された多数個のティースと、前記多数個のティースを連結するヨークと、前記ティースに巻線されたコイルと、を含み、
   前記ティースは、前記ロータと対向するチップ部の高さが前記ロータの高さよりも短く、前記ヨークの高さは、前記ティースのチップ部の高さよりも長く、前記ティースおよびヨークは、相異なる材質により成形されることを特徴とするモータのステータ。
6. 前記ティースは、鉄粉末冶金方法により成形され、
   前記ヨークは、電気鋼板でスパイラル工法により成形されることを特徴とする請求項５記載のモータのステータ。
7. 前記ティースおよびヨークは、互いに垂直方向に係合されることを特徴とする請求項６記載のモータのステータ。
8. 前記ティースは、前記ヨークの内壁に形成された結合溝に垂直方向に係合される結合部を備えており、
   前記ティースの前記結合部および前記ヨークの前記結合溝は、半径方向の分離を防止するために円周方向の幅が前記ヨークに向かって徐々に広くなることを特徴とする請求項６記載のモータのステータ。
9. 前記ティースには、前記ヨークと連結される結合部が備えられ、
   前記ティースの前記結合部は、その高さが前記ティースのチップ部と同じか、前記ヨークより長くないことを特徴とする請求項６記載のモータのステータ。
10. 前記ティースは、前記ティースのチップ部と前記ヨークとの間に前記コイルが巻線されたネック部を備えており、
    前記ティースの前記ネック部は、その高さが前記ネック部の円周方向の両端から中央に向かって徐々に長くなることを特徴とする請求項６記載のモータのステータ。

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