(57)【要約】【課題】出力の低下を抑制するとともに、耐久性を向上させることができる電動モータを提供する。【解決手段】電動モータは、環状のステータコアと、ステータコアに巻回されたコイルとを備える。ステータコアは、環状のヨークと、ヨークの内周から突出形成され、ヨークの周方向に等間隔を隔てて配置された複数のティースとを有する。ステータコアの軸方向に関する一対の端部には、軸方向に開放する複数のコイル収容溝が各ティースに対応して形成されている。コイル収容溝の溝底の隅部には、コイルの巻回張力による応力集中を防ぐための凹湾曲面が設けられている。コイルは、各ティースに積層して巻回されており、巻回張力が相対的に大きい下層領域Ａ１と、相対的に小さい上層領域Ｂ１とが形成されている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータコアおよびコイルを含むステータを備え、
ステータコアは、環状のヨークと、このヨークの内周に突出するように形成されそれぞれコイルが積層して巻回された複数のティースと、ステータコアの軸方向に関する一対の端部に各ティースにそれぞれ対応して形成され、ステータコアの軸方向の外方に開放する複数のコイル収容溝とを含み、
各コイル収容溝は、ヨークの端部により構成された第１の壁と、対応するティースの端部に設けられた第２の壁との間に区画されており、
上記コイルは、巻回張力が相対的に大きい下層領域と、巻回張力が相対的に小さい上層領域とを含むことを特徴とする電動モータ。
【請求項２】
請求項１において、上記下層領域は最下層の１層で構成されていることを特徴とする電動モータ。
【請求項３】
請求項１または２において、上記上層領域は、巻回張力が互いに等しい複数の層を含むことを特徴とする電動モータ。
【請求項４】
請求項１〜３において、上記ステータコアの上記一対の端部は圧粉磁心によって構成されていることを特徴とする電動モータ。
【請求項５】
請求項１〜４において、上記第１の壁および第２の壁の互いの対向面のそれぞれとコイル収容溝の溝底面との間が、凹湾曲面または傾斜状の平坦面によって互いに接続されていることを特徴とする電動モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動モータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電動モータには、環状のステータコアと、このステータコアに巻回されたコイルとを備えるものがある。
例えば、下記特許文献１では、軟磁性粉末材料等によって形成された環状のステータコアを有する電動モータが開示されている。ステータコアは、環状のヨークと、ヨークの内周に設けられた複数のティースとを有する。ステータコアの軸方向に関する一対の端部には、各ティースに対応する複数のコイル収容溝が形成されており、上記コイルは、コイル収容溝内を含む各ティースの外周に積層して巻回されている。各コイル収容溝は、軸方向に関するヨークの端部と、各ティースの一部が軸方向に延設された延設部との間に区画されている。
【特許文献１】特開２００５−８０４３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１記載の電動モータにおいて、コイルの巻回張力が大きい場合、下層側のコイルが、当該コイルよりも上層側のコイルによって押されて横方向（同一層のコイルが並ぶ方向）に広がり、その結果、上記ヨークの端部や延設部に横方向の力が加えられる。このため、ステータコアの耐久性が低下するおそれがある。
一方、コイルの巻回張力が小さい場合、コイルの積層数が減少し、それに伴って、電動モータの出力が低下してしまう。
【０００４】
この発明は、かかる背景のもとになされたものであり、出力の低下を抑制するとともに、耐久性を向上させることができる電動モータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するための本発明は、ステータコア（７）およびコイル（８）を含むステータ（４）を備え、ステータコアは、環状のヨーク（９）と、このヨークの内周に突出するように形成されそれぞれコイルが積層して巻回された複数のティース（１０）と、ステータコアの軸方向（Ｚ１）に関する一対の端部（１７）に各ティースにそれぞれ対応して形成され、ステータコアの軸方向の外方に開放する複数のコイル収容溝（１８）とを含み、各コイル収容溝は、ヨークの端部により構成された第１の壁（１５ａ）と、対応するティースの端部に設けられた第２の壁（１５ｂ）との間に区画されており、上記コイルは、巻回張力が相対的に大きい下層領域（Ａ１，Ａ２）と、巻回張力が相対的に小さい上層領域（Ｂ１，Ｂ２）とを含むことを特徴とする電動モータ（１）である。
【０００６】
本発明によれば、巻回張力が相対的に大きい下層領域は、ティースに強く巻き付けられているので、巻回張力が相対的に小さい上層領域からの締め付け力を受けても、横方向に広がり難い。したがって、第１および第２の壁への負荷を低減でき、耐久性を向上させることができる。
このように第１および第２の壁への負荷を低減できるので、上層領域の巻回張力についても、全層を一定の巻回張力で巻く場合の巻回張力よりも大きくすることが可能となる。したがって、全層を一定の巻回張力で巻く場合と比較して、コイルの積層数を多くすることができるのでモータ出力を向上させることができる。
【０００７】
また、本発明において、上記下層領域は最下層の１層で構成されている場合がある。この場合、最下層のコイルが横方向に広がり難くされているので、当該コイルの上層側のコイルも横方向に広がり難くなる。したがって、第１および第２の壁への負荷を低減でき、耐久性を向上させることができる。
また、本発明において、上記上層領域は、巻回張力が互いに等しい複数の層を含む場合がある。この場合、巻回張力が等しい層を複数設けることにより、コイルの積層数を増加させることができる。
【０００８】
また、本発明において、上記ステータコアの上記一対の端部は圧粉磁心（Ｐ）によって構成されている場合がある。この場合、ステータコアの上記一対の端部にコイル収容溝を容易に形成することができる。
また、本発明において、上記第１の壁および第２の壁の互いの対向面（１９，２０）のそれぞれとコイル収容溝の溝底面（１６）との間が、凹湾曲面（２１）または傾斜状の平坦面（２１ａ）によって互いに接続されている場合がある。この場合、コイル収容溝の溝底の隅部（第１および第２の壁の基端部）に応力が集中することを防止できるので、ステータコアの耐久性を向上させることができる。
【０００９】
なお、上記において、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下には、図面を参照して、この発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る電動モータ１の概略構成を模式的に示す断面図である。また、図２は、図１における電動モータ１のII−II線に沿う断面の一部を示す拡大断面図であり、図３は、電動モータ１に備えられたステータ４の一部分を示す拡大断面図である。
【００１１】
図１を参照して、本実施形態に係る電動モータ１は、ブラシレスモータであり、回転軸２に一体回転可能に連結されたロータ３と、ロータ３の外周を取り囲む環状のステータ４と、ロータ３およびステータ４を収容する筒状のフレーム５とを備える。
ロータ３は、円筒状をなし、その外周には、複数の永久磁石６がロータ３の周方向に所定間隔を隔てて配置されている。ロータ３の外周は、Ｎ極およびＳ極がロータ３の周方向に交互に入れ替わる磁極となっている。
【００１２】
図１および図２を参照して、ステータ４は、環状のステータコア７と、このステータコア７に巻回されたコイル８とを含む。ステータコア７は、圧粉磁心Ｐによって構成されており、環状のヨーク９と、ヨーク９の内周に突出形成されステータコア７の周方向Ｘ１に等間隔を隔てて環状に配置された複数のティース１０とを有する。
圧粉磁心Ｐは、軟磁性材料を含む粉末材料を圧縮成型し、焼結または樹脂などで固めた磁心である。軟磁性材料としては、例えば、純鉄、鉄シリコン合金、鉄アルミ合金、鉄ニッケル合金、カルボニル鉄、ＣＳＣ（Coasted Single Crystal）、フェライト等が挙げられる。
【００１３】
ステータコア７は、周方向Ｘ１に分割された複数の分割体１１を組み合せて構成されている。各分割体１１は、それぞれ対応するティース１０を有している。また、ステータコア７の軸方向Ｚ１に関して、ヨーク９の長さは、各ティース１０の第１の部分１２の長さよりも長くされており、ヨーク９の両端部１４は、各ティース１０の第１の部分１２よりも軸方向Ｚ１の外方にそれぞれ突出している。
【００１４】
図２を参照して、各ティース１０は、概ねＴ型形状をなし、ヨーク９の内周からヨーク９の径方向内方に突出するように延設された第１の部分１２と、第１の部分１２の先端に接続され、周方向Ｘ１に延びる円弧状の第２の部分１３とを有する。第１の部分１２は、周方向Ｘ１に関する第２の部分１３の中央部に接続している。上記コイル８は、各第１の部分１２の外周に積層して巻回されている。
【００１５】
また、周方向Ｘ１に隣接するティース１０の間には、スロットＳが形成されている。したがって、周方向Ｘ１に隣接するティース１０は、スロットＳを挟んで環状に配置されている。
図１および図３を参照して、ステータコア７の軸方向Ｚ１に関する一対の端部１７には、第１の壁１５ａと第２の壁１５ｂとの間に区画され、軸方向Ｚ１の外方に開放する複数のコイル収容溝１８が各ティース１０に対応して形成されている。各第１の部分１２に巻回されたコイル８の一部は、対応するコイル収容溝１８内に収容されている。
【００１６】
第２の壁１５ｂは、軸方向Ｚ１に関する第２の部分１３の両端部によって構成されており、第１の壁１５ａは、ステータコア７の径方向Ｙ１に第２の壁１５ｂと対向するヨーク９の端部１４によって構成されている。
また、図３に示すように、コイル収容溝１８の溝底面１６と、第１および第２の壁１５ａ，１５ｂの互いの対向面１９，２０とは、第１および第２の壁１５ａ，１５ｂの基端部への応力集中を防止するための円弧状の凹湾曲面２１によって互いに接続されている。溝底面１６は、軸方向Ｚ１に関する第１の部分１２の端面によって構成されている。
【００１７】
なお、コイル収容溝１８の溝底面１６と、第１および第２の壁１５ａ，１５ｂの対向面１９，２０のそれぞれとは、凹湾曲面２１に代えて、例えば図４に示すように傾斜状の平坦面２１ａによって互いに接続されていてもよい。
再び図１を参照して、フレーム５は、筒状部２２と、筒状部２２の端部に配置された一対の端壁２３，２４とを含む。本実施形態では、一対の端壁２３，２４の一方（端壁２３）と筒状部２２とが、単一の材料によって一体に形成されている。ステータコア７は、例えば圧入嵌合によって、筒状部２２の内周に固定されている。
【００１８】
また、一対の端壁２３，２４の中央部には、回転軸２が挿通する挿通孔２５がそれぞれ形成されている。各挿通孔２５には、軸受２６を保持する軸受保持部２７が形成されており、回転軸２は、軸受保持部２７に保持された軸受２６を介してフレーム５に回転可能に保持されている。
次に、ステータコア７へのコイル８の巻回状態について説明する。
【００１９】
図５は、ステータコア７に積層して巻回されたコイル８の各層の巻回張力を示す図である。
図３および図５を参照して、コイル８は、ステータコア７の各第１の部分１２に複数の層（例えば５層）をなして巻回されており、巻回張力が相対的に大きい下層領域Ａ１と、巻回張力が相対的に小さい上層領域Ｂ１とが形成されている。
【００２０】
具体的には、各層のコイル８の巻回張力Ｆ１〜Ｆ５は、同一層内でほぼ一定とされており、最下層である１層目のコイル８は、基準となる巻回張力Ｆ０を例えば１０〜３０％増加させた巻回張力Ｆ１で各第１の部分１２に巻回されている。
上記基準となる巻回張力Ｆ０は、コイル８から第１および第２の壁１５ａ，１５ｂに加えられる負荷が所定値（例えば、第１および第２の壁１５ａ，１５ｂが破損するときの値）に達しない状態で、全層を一定の巻回張力で巻回するときの最大の巻回張力である。
【００２１】
そして、２層目のコイル８は、上記基準となる巻回張力Ｆ０を例えば１０〜３０％減少させた巻回張力Ｆ２で各第１の部分１２に巻回されており、３層目以降の層のコイル８は、当該コイル８の直下のコイル８の巻回張力と同じか又は小さい巻回張力Ｆ３〜Ｆ５でそれぞれ巻回されている。
具体的には、図５（ａ）に示すように、各層の巻回張力Ｆ１〜Ｆ５が上層にいくにしたがって、小さくなっていてもよいし、図５（ｂ）に示すように、３層目の巻回張力Ｆ３が２層目の巻回張力Ｆ２よりも小さくされ、４，５層目の巻回張力Ｆ４，Ｆ５が３層目の巻回張力Ｆ３と同じになっていてもよい。また、図５（ｃ）に示すように、３〜５層目の巻回張力Ｆ３〜Ｆ５が２層目の巻回張力Ｆ２と同じになっていてもよい。
【００２２】
すなわち、本実施形態では、最下層のコイル８が下層領域Ａ１を構成し、２〜５層目のコイル８が上層領域Ｂ１を構成している。
このように、下層領域Ａ１のコイル８は、ステータコア７に強く巻き付けられているので、下層領域Ａ１よりも巻回張力の小さい上層領域Ｂ１のコイル８からの締め付け力を受けても、横方向（同一層のコイル８の並ぶ方向）に広がり難くなっている。これにより、コイル８から第１および第２の壁１５ａ，１５ｂに加わる負荷を低減させることができる。その結果、ステータコア７の耐久性を向上させることができる。
【００２３】
また、上述のように、第１および第２の壁１５ａ，１５ｂのそれぞれの基端部には、凹湾曲面２１が設けられているので、上記負荷によって各基端部に応力が集中することを防止できる。したがって、ステータコア７の耐久性をさらに向上させることができる。
また、巻回張力が相対的に大きい下層領域Ａ１を設けることにより、上層領域Ｂ１のコイル８を、下層領域Ａ１の巻回張力を超えない範囲で上記基準となる巻回張力Ｆ０よりも大きい巻回張力で巻回することが可能となる。したがって、上記基準となる巻回張力Ｆ０で全層を巻回するときと比較して、コイル８の積層数を多くすることができ、その結果、電動モータ１の出力を向上させることができる。
【００２４】
なお、下層領域Ａ１は、最下層だけでなく、図３および図６に示すように、複数の層（例えば１層目と２層目）によって構成された下層領域Ａ２であってもよい（この場合、上層領域Ｂ２は、３〜５層目によって構成される）。この場合、コイル８の積層数を増加させることができるので、電動モータ１の出力を向上させることができる。
この発明は、以上の実施形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。例えば、上述の実施形態では、ステータコア７全体が圧粉磁心Ｐによって構成されている場合について説明したが、ステータコア７は、圧粉磁心Ｐと積層鋼板とによって構成されていてもよい。この場合、コイル収容溝１８を容易に形成することができる点で、ステータコア７の軸方向Ｚ１に関する一対の端部１７を圧粉磁心Ｐによって構成することが好ましい。
【００２５】
なお、上記積層鋼板は、電磁鋼板を所定の形状に打ち抜いて形成された複数の薄板を軸方向Ｚ１に積層固定することによって形成されている。電磁鋼板としては、例えば表面に絶縁処理が施されたケイ素鋼板等を用いることができる。
また、上述の実施形態では、ステータコア７が周方向Ｘ１に分割された分割型のステータコア７である場合について説明したが、ステータコア７は、周方向Ｘ１に分割されていない一体型のステータコア７であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係る電動モータの概略構成を模式的に示す断面図である。
【図２】図１における電動モータのII−II線に沿う断面の一部を示す拡大断面図である。
【図３】電動モータに備えられたステータの一部分を示す拡大断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係るステータの一部分を示す拡大断面図である。
【図５】ステータコアに積層して巻回されたコイルの各層の巻回張力を示す図である。
【図６】本発明の別の実施形態に係るステータコアに積層して巻回されたコイルの各層の巻回張力を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１・・・電動モータ、４・・・ステータ、７・・・ステータコア、８・・・コイル、９・・・ヨーク、１０・・・ティース、１４・・・ヨークの端部、１５ａ・・・第１の壁、１５ｂ・・・第２の壁、１６・・・溝底面、１７・・・一対の端部、１８・・・コイル収容溝、１９・・・第１の壁の対向面、２０・・・第２の壁の対向面、２１・・・凹湾曲面、Ａ１，Ａ２・・・下層領域、Ｂ１，Ｂ２・・・上層領域、Ｐ・・・圧粉磁心、Ｚ１・・・軸方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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