(57)【要約】【課題】巻線を巻回し易く、高トルクのモータに寄与することができる分割コア部品を提供する。【解決手段】コア部品1は、分割コア10と、インシュレータ20とを具える。分割コア10は、柱状のティース11と、ティース11の全周に亘って突出したヨーク部12とを具える。インシュレータ20は、ティース11の外周に配置される筒状部21と、筒状部21から突出する内周フランジ部22とを具える。筒状部21は、高さがD×(√3)/2である第一段差を具える(D:巻線の直径)。内周フランジ部22から第一段差の高段部21hに亘って設けられた導入溝23により、第一段差の低段部21lに巻線を導入して低段部21lから巻回し始めることで、段下がり、段上がり処理を不要にできる。ヨーク部12をティース11の全周に具えることで磁路面積を増大し、第一段差を具えることで巻き数を多くして、高トルク化を図る。【選択図】図1
2008278604.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻線が巻回されるティースを有する分割コアと、ティースの外周に配置されるインシュレータとを具えるモータ用分割コア部品であって、
分割コアは、
ティースの全周に亘って一方の周縁から突出するヨーク部を具え、
インシュレータは、
ティースの外周に配置される筒状部と、筒状部のコイルエンド側においてヨーク部と反対側の周縁から突出する内周フランジ部とを具え、
筒状部の外周は、その全周に亘って、内周フランジ部側が高く、ヨーク部側が低くなるように段差が設けられており、
最も内周フランジ部側に存在する第一段差は、その高さが、巻線の直径をD、nを自然数とするとき、D×{(√3)/2}×(2n-1)を満たし、
第一段差よりもヨーク部側に存在する段差は、mを自然数とするとき、その高さがD×{(√3)/2}×{2(m-1)}を満たし、
内周フランジ部から第一段差の高段部を経て、第一段差の低段部に至る巻線の導入溝が設けられていることを特徴とする分割コア部品。
【請求項２】
第一段差は、ヨーク部と内周フランジ部との中間よりも内周フランジ部寄りに位置することを特徴とする請求項1に記載の分割コア部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分割コアと、インシュレータとを具えるモータ用分割コア部品に関する。特に、磁路面積が大きく、巻線の巻回作業性に優れる分割コア部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、図5に示すように分割コア100とコイルCとを具える分割ステーターmを複数組み合わせて、環状部材Rで環状に保持したモータステーターが知られている。分割コア100は、複数の鋼板を積層させてなるT字状体で、巻線が巻回される直方体状のティース101と、ティース101の両周縁から突出して、対向配置されるヨーク102及び鍔103とからなる。ティース101の外周には、コイルCとコア100とを絶縁するインシュレータ110が配置される。インシュレータ110は、一対の分割片を組み合わせて一体に形成されるものであり、ティース101の外周を覆う筒部111と、筒部111の周縁に沿って周縁から突出し、ヨーク102,鍔103に沿って配置される一対のフランジ112,113とからなる。筒部111の外周面と、各フランジ112,113の対向面とでつくられる]状の空間にコイルを収納する。
【０００３】
分割ステーターmは、コア100ごとに巻線を巻回してコイルCを形成することで作製される。コイルCは、一方のコイルエンド側においてヨーク側、又は鍔側から巻線を導入してティース101(筒部111)の外周に巻回して形成する。巻線の端部(始端部及び終端部)は、ヨーク102側、又は鍔103側に取り出してバスバー部材(給電用部材)を接続する。巻線の始端部を導入する側のフランジには、切り欠きを設けておき、切り欠きから巻線を導入して筒部111に引き出す。なお、コイルエンド側とは、モータの回転軸Cm方向に向いている側(図5(II)において正面に見えている側)を言い、この側に配置される面をコイルエンド面と呼ぶ。また、分割ステーターmをステーターに組み立てる際、異なる分割ステーターと隣接する側(図5(I)においてヨーク102及び鍔103が突出している側)、つまりコイル同士が隣接する側をコイルサイド側と言い、この側に配置される面をコイルサイド面と呼ぶ。
【０００４】
その他、図6に示すように、ティース121の全周に亘ってヨーク122が突出した分割コア120が開発されてきている(特許文献1参照)。分割コア120は、図5に示す分割コア100と比較して、ヨークにおける磁路面積(ヨーク122のコイルサイド面122sの面積)が大きいことから、モータに利用した際、トルクを向上できる。
【０００５】
特許文献2には、環状の中心部材から放射状に突出する複数のティースを中心部材と一体に具えるモータ用コアが開示されている。各ティースは、中心部材から離れる側を中心部材側よりも幅広で、かつ薄くしている。つまり、各ティースは、コイルエンド側において中心部材側が高く、コイルサイド側では、中心部材から離れる側が高い段差を有している。この構成により、デッドスペースを低減して巻線の巻き数を多くし、高トルクのモータが得られることが特許文献2に記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開2004-328971号公報
【特許文献２】特開平9-19095号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図6に示す分割コア120のヨーク122の形状と、特許文献2に記載されるティースの形状とを組み合わせると、磁路面積が大きく、巻線の巻き数が多いモータを構成することができるため、高トルクのモータが得られる。しかし、この組み合わせ構造の分割コアでは、巻線の巻回作業性が悪いという問題がある。
【０００８】
組み合わせ構造の分割コアに巻線を巻回する場合、ティースの全周に亘ってヨークが突出していることから、ヨーク側(外周側)から巻線を導入することが難しい。従って、鍔側(内周側)から巻線を導入することを考える。また、コイルエンド側において、鍔側を段が高い側とする。図7は、組み合わせ構造の分割コアの断面図であり、インシュレータを配置した状態において両コイルエンド面を通る平面で切断した状態を示す。分割コア130は、ティース131の外周にインシュレータ140を配置しており、インシュレータ140は、ティース131の外形に沿って段差を有する筒部141と、ヨーク132に沿って配置されるフランジ142と、フランジ142に対向して鍔側に配置されるフランジ143とを具える。この分割コア130に対して、鍔側から巻線を導入すると、巻線を筒部141に簡単に配置できる反面、フランジ143近傍から筒部141の外周に巻線を巻回していき、段差部分に達すると、矢印で示すように巻線300を段から下ろす処理(段下がり処理)が必要である。また、ヨーク側のフランジ142近傍で巻線を折り返して巻線を多層に巻回する場合、段差部分で巻線を段に上げる処理(段上がり処理)が必要であり、巻回作業性が悪い。段の数が複数になると、更に多くの段上がり処理、段下がり処理が必要となり、巻回作業性がより悪化する。
【０００９】
そこで、本発明の主目的は、巻線の巻回作業性に優れ、モータの高トルク化に寄与することができる分割コア部品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、段の低い箇所に巻き始めとなる巻線を配置可能な構成とすることで上記目的を達成する。具体的には、本発明モータ用分割コア部品は、巻線が巻回されるティースを有する分割コアと、ティースの外周に配置されるインシュレータとを具えるものである。分割コアは、ティースの全周に亘って一方の周縁から突出するヨーク部を具えるものとする。インシュレータは、ティースの外周に配置される筒状部と、筒状部のコイルエンド側においてヨーク部と反対側の周縁から突出する内周フランジ部とを具えるものとする。筒状部は、その全周に亘って、内周フランジ部側が高く、ヨーク部側が低くなるように、その外周に少なくとも一段の段差を具え、各段差の高さを特定の大きさとする。具体的には、最も内周フランジ部側に存在する第一段差は、その高さがD×{(√3)/2}×(2n-1)を満たすものとする。第一段差よりもヨーク部側に存在する段差は、その高さがD×{(√3)/2}×{2(m-1)}を満たすものとする。上記高さの式において、Dは、巻線の直径、n,mは、自然数とする。更に、インシュレータは、内周フランジ部から第一段差の高段部を経て、第一段差の低段部に至る巻線の導入溝を具える。
【００１１】
本発明コア部品は、ティースの全周に亘ってヨーク部が突出した分割コアを具えることで、ヨーク部における面積(磁路面積)を増大して、トルクの向上を図ることができる。かつ、本発明コア部品は、インシュレータに少なくとも一つの段差を設けることで、コイルの外形を段差がなく平滑な形状にできるため、コイル外形が階段状になることで生じる階段状のデッドスペース(巻線が配置できないスペース)を低減できる。従って、本発明コア部品は、コイルを収納可能な空間(スロット)におけるデッドスペースを低減して巻き数を増大し、トルクの向上を図ることができる。更に、本発明コア部品は、導入溝により、内周フランジ部から導入した巻線を第一段差の低段部に配置可能である。従って、本発明コア部品は、低段部における第一段差部分近傍から巻線の巻回を始められる。かつ、本発明コア部品は、段差の高さを特定の高さとすることで、巻線を多層に巻回する際、段上がり処理や段下がり処理が不要である。つまり、本発明コア部品は、段差を有していながら、段上がり処理及び段下がり処理を行わずに巻線を多層に巻回可能であり、巻線の巻回作業性に優れる。以下、本発明を詳細に説明する。
【００１２】
[分割コア]
分割コアは、磁性材料から構成される磁性部材であり、外周に巻線が巻回される柱状のティースと、このティースの一方の周縁から突出して設けられるヨーク部とを具える。特に、ヨーク部は、ティースの全周に亘って有する。つまり、この分割コアは、ティースの外周面がその全周に亘ってヨーク部よりも内側に位置する形状、端的に言うと、コイルサイド側、及びコイルエンド側のいずれから見てもT字状である。コイルエンド側とは、本発明コア部品にコイルを形成してモータ部品(例えば、分割ステーター)とし、このモータ部品をモータに組み立てた際、モータの回転軸Cm(図5(II)参照)方向に向いている二つの側であり、この側に配置される面をコイルエンド面と呼ぶ。コイルサイド側とは、本発明コア部品をモータに組み立てた際、他のモータ部品に隣接する二つの側であり、この側に配置される面をコイルサイド面と呼ぶ。ヨーク部は、本発明コア部品をモータに組み立てる際、外周側に配置する。
【００１３】
ティースは、巻線が巻回可能な種々の形状の柱状体が利用できる。ティースの代表的な形状として、図5(I)に示す直方体状のように対向配置される一対の面を二組組み合わせてなる形状が挙げられる。具体的には、ティースの外周に配置されるコイルの中心軸Cc(後述する図1参照)に平行な平行面を四面組み合わせてなる直方体状、延長面が中心軸Ccに交差する、つまり、中心軸Ccに非平行な傾斜面を四面組み合わせてなる変形四角錘台状、一対の平行面と一対の傾斜面とを組み合わせてなる四角錘台状が挙げられる。一対の平面と、一対の曲面とからなるティースを利用してもよい。傾斜面や曲面を有するティースは、スロット内のデッドスペースを低減し、占積率を高めたり、巻線を巻回し易い。
【００１４】
ティースの外周には、段差を設けてもよい。ティースに設ける段差は、後述するインシュレータと同様に全周に亘って形成してもよいし、部分的に形成してもよい。前者の場合、ヨーク部から最も離れて存在する段差(インシュレータに設ける第一段差とほぼ同位置に設けられる段差)は、その一部を切り欠いて巻線の導入溝を形成する必要がある。一方、全周ではなく部分的に形成する、例えば、コイルサイド側のみに段差を設けると、ティースを切り欠く必要がない。
【００１５】
分割コアは、ティースの他方の周縁から突出する鍔部を具えてもよい。鍔部は、ティースの全周に亘って設けてもよいし、部分的に形成してもよい。前者の場合、上述した段差の場合と同様に、鍔部の一部を切り欠き、巻線を導入できるようにする。後者の場合、例えば、コイルサイド側のみに設ける。また、鍔部は、ヨーク部と対向するように設ける。この分割コアを具える本発明コア部品をモータに組み立てる際、ヨーク部を外周側に、鍔部を内周側に配置する。
【００１６】
分割コアは、鉄系材料、特に、珪素鋼などの鋼といった強磁性材料からなる板材の積層体や粉末を用いた圧粉成形体、或いはこれら板材の積層体と圧粉成形体との組み合せ物により形成する。分割コアは、ティースの全周に亘って突出するヨーク部を具える複雑な形状であるため、圧粉成形体とすると、製造が容易である。圧粉成形体は、所定形状の金型に磁性材料の粉末を充填して加圧して製造する。磁性材料の粉末に更に絶縁材料を混合して各粉末表面に絶縁被膜を形成した被覆粉末を用いた圧粉成形体とすると、電気抵抗を高めて、渦電流の発生に伴う損失を低減できる。また、圧粉成形体は、磁気の方向性が一定である板材の積層体と比較して、磁気の方向性の自由度が大きいことから、磁気特性に優れる。
【００１７】
[インシュレータ]
＜全体構成＞
本発明コア部品は、分割コアにおける巻線との接触箇所、主としてティースの外周面を覆うようにインシュレータを配置し、上記分割コアと巻線とを確実に絶縁する。インシュレータの具体的構成は、ティースの外周面を覆う筒状部と、筒状部においてヨーク部の反対側の周縁から突出する内周フランジ部とを具える。内周フランジ部は、少なくとも一方のコイルエンド側に設ける。特に、筒状部の全周に亘って内周フランジ部を具えることで、ヨーク部における内周フランジ部との対向面と、筒状部の外周面と、内周フランジ部におけるヨーク部との対向面とでスロットを形成できる。ヨーク部の対向面を覆うように外周フランジ部を設けたインシュレータとすると、絶縁性を高められる。
【００１８】
＜筒状部＞
筒状部の概略形状は、ティースの外形に沿った相似形でも、非相似形でもよい。例えば、ティース及び筒状部の双方を四角錘台状とすると、コイルエンド側において筒状部の厚さを薄くすることができる。例えば、ティースを変形四角錘台状とし、筒状部を四角錘台状とすると、コイルエンド側の筒状部の厚さが若干厚くなるものの、ティースの磁気特性を均一的にすることができる。
【００１９】
筒状部には、その全周に亘って少なくとも一段の段差(第一段差)を設ける。即ち、筒状部は、その外形が階段状となるようにする。筒状部に段差を設けることで、段差がない場合と比較して、スロットにおけるデッドスペースを低減して、巻線の巻き数を多くすることができる。段差は、内周フランジ部側が高く、ヨーク部側(外周フランジ部側)が低くなるように設ける。ここで、特許文献2に記載されるコアのようにコイルサイド側とコイルエンド側とで段の付き方を変えると、一方の側では、コイルの外形が平滑になっても、他方の側でコイルの外形が階段状になり、デッドスペースが増加する。従って、本発明では、コイルサイド側及びコイルエンド側の双方において段の付き方を同じくする。つまり、筒状部は、コイルサイド側及びコイルエンド側のいずれの側から見ても、内周フランジ部側が高く、ヨーク部側が低い構成とする。
【００２０】
段差の数は、一つでも、複数でもよい。但し、各段差の高さ、即ち、段差をつくる高段部(段の高い側の面を有する部分)と低段部(段の低い側の面を有する部分)との間の距離は、巻線の大きさに基づく特定の大きさとする。具体的には、最も内周フランジ部側に存在する段差(第一段差)は、その高さhを、巻線として断面円形状で直径Dの丸線を用いる場合、h=D×{(√3)/2}×(2n-1)とする(但し、nは自然数)。巻線として断面矩形状で厚さtの平角線を用いる場合、h=t×(2n-1)とする。つまり、第一段差は、その高さを概ね巻線1本の大きさの奇数倍とする。第一段差の高さを上記のように規定することで、第一段差の低段部において段差部分近傍から巻き始めて、巻線を多層に巻回するに当たって、第一段差部分において段上がり処理や段下がり処理が一切不要である。
【００２１】
なお、第一段差の高さを巻線1本の大きさの3以上の奇数倍(h=D×{(√3)/2}×(2n+1)又はh=t×(2n+1)、nは自然数)とすると、第一段差の高段部の厚みが大きくなるものの、高さの自由度を増すことができる。第一段差の高さを巻線1本の大きさの偶数倍(h=D×{(√3)/2}×2n又はh=t×2n、nは自然数)とすると、上述のように第一段差の低段部から巻線を巻回し始めて多層に巻回する際、第一段差部分で段上がり処理や段下がり処理が必要となり、巻回作業性の向上が図れない。
【００２２】
第一段差よりもヨーク部側に段差(以下、この段差をヨーク部側段差と呼ぶ)を設ける場合、ヨーク部側段差の高さh'は、巻線として直径Dの丸線を用いる場合、h'=D×{(√3)/2}×{2(m-1)}とする(但し、mは自然数)。巻線として厚さtの平角線を用いる場合、h'=t×{2(m-1)}とする。つまり、ヨーク部側段差は、その高さを概ね巻線1本の大きさの偶数倍とする。ヨーク部側段差の高さを上記のように規定することで、上述したように第一段差の低段部から巻き始めて多層に巻回する場合、第一段差部分において段上がり処理や段下がり処理が一切不要である。このように本発明コア部品は、複数の段差を有していても、各段差の高さを特定の大きさとし、第一段差における低段部から巻き始められるように構成することで、巻線を巻回し易く、巻回作業性に優れる。
【００２３】
なお、上記段差の高さの式において、nとmとは、等しくても異なっていてもよい。また、m=1のとき、ヨーク部側段差の高さh'は、h'=0となる。つまり、この場合、ヨーク部側段差が存在せず、第一段差のみが存在する。
【００２４】
各段差の位置、特に、第一段差の位置は、ヨーク部と内周フランジ部との中間よりもヨーク部寄り、或いは中間近傍としてもよいが、内周フランジ部寄りとすることで、コイルエンド側の筒状部の厚さを薄くすることができる。例えば、ティースを変形四角錘台状とし、筒状部を四角錘台状とする場合、ティースのコイルエンド面が傾斜面、筒状部のコイルエンド面が平行面となることから、コイルエンド側における筒状部の厚さが、ティースと筒状部とが相似形状である場合と比較して厚くなり易い。ここで、筒状部の厚さは、できる限り薄くして、コア部分が大きくなるようにすると、トルクの増大、モータの小型化に加えて、発熱したコイルの熱をコアに伝え易くなり、モータの放熱特性をも向上できる。従って、筒状部の厚さは、できる限り薄い方が好ましい。各段差の位置が内周フランジ部から遠ざかると、筒状部の肉厚部分が多くなる。特に、本発明では、後述するように第一段差の高段部に導入溝を設けるため、第一段差の高段部を比較的厚く形成する。従って、各段差、特に第一段差を内周フランジ部寄りに設けることで、つまり、第一段差の高段部が内周フランジ部寄りに位置することで、筒状部の肉厚部分を低減できる。
【００２５】
このインシュレータには、内周フランジ部から巻線を導入し、高段部を経て、低段部に巻線の巻き始め部分が配置できるように、内周フランジ部及び高段部を切り欠いて導入溝を設ける。導入溝は、少なくとも一方のコイルエンド側に設ければよく、双方のコイルエンド側に設けてインシュレータを対称形状とすると、いずれか一方の導入溝を任意に選択して利用できる。また、導入溝は、その底面において少なくとも低段部近傍が低段部表面と面一となるように設けることで、導入した巻線を低段部に容易に引き出せる。また、底面の高さを調整して、巻線を多層に巻回するにあたり、導入溝に配置した巻線の上に巻線を配置することができるようにすることが好ましい。即ち、導入溝に配置した巻線が上層をつくる巻線と干渉して、多層に巻回することを妨げることがないようにする。
【００２６】
＜形成材料＞
インシュレータを形成する絶縁材料は、PPS(Poly  Phenylene  Sulfide,ポリフェニレンスルフィド)、LCP(Liquid  Crystal  Polymer,液晶ポリマー)などの樹脂が挙げられる。上記樹脂にガラス(二酸化珪素)、アルミナ(酸化アルミニウム)、酸化チタンなどの無機充填剤を添加させてインシュレータを形成すると、インシュレータ自体の放熱性を向上できる。
【００２７】
＜形態＞
インシュレータは、複数の分割片を組み合わせて一体となるように構成とすると、コアの外周に配置し易い。分割片は、合わせ目がコイルエンド側に配置されるように構成することが好ましい。分割片同士の接合は、重ね代を設けて重ね合わせたり、端面をつき合わせ、接着剤などで固定することで行う。重ね代があると絶縁性を高められるが、インシュレータの厚みが増すため、重ね代は、できるだけ薄くする。合わせ目をコイルエンド側に位置させる場合、分割片は、導入溝以外の箇所に合わせ目が位置する構成としてもよいし、導入溝部分に合わせ目が位置する構成でもよい。後者の場合、導入溝部分の合わせ目と導入溝に連なる低段部の合わせ目とが一直線状に連続した合わせ目とするのではなく、両合わせ目の位置が部分的にずれるように分割片を形成することで、接合した分割片を分離し難くすることができる。
【００２８】
[利用形態]
上記構成を具える本発明コア部品は、モータを構成する分割ステーターなどのモータ部品に好適に利用することができる。モータ部品は、本発明コア部品のインシュレータの外周に巻線を巻回してコイルを形成することで得られる。特に、巻線を多層に整列巻きしてコイルを形成することで、占積率を高められる。巻線は、丸線、角線などの種々のものが利用できる。
【００２９】
上記モータ部品を所定数用意し、これらモータ部品を環状に配置し、環状部材を用いて環状に保持することで、例えば、アウター型ローターやインナー型ローターのモータのステーターを構成できる。環状に配された各モータ部品は、コイルをつくる巻線端部を接続し、例えば、集中巻き構造とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明分割コア部品は、ヨーク部における磁路面積を増大し、かつインシュレータに特定の高さの段差を設けることで、デッドスペースを低減して巻線の巻き数を増大することができる。従って、本発明コア部品は、高トルク化を実現する。また、本発明コア部品は、特定の段差と導入溝とを設けることで、巻線を効率よく巻回することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
＜実施例1＞
[全体構成]
図1(I)は、本発明分割コア部品に具える分割コアの斜視図、(II)は、本発明コア部品を一方のコイルエンド側から見た図、(III)は、本発明コア部品をコイルサイド側から見た図、(IV)は、本発明コア部品をX-X方向に切断した断面図、(V)は、本発明コア部品をY-Y方向に切断した断面図、(VI)は、段差部分の説明図である。図1(IV)は、右半分のみ、図1(V)は、左半分のみ示す。X-X方向の切断は、コイルサイド面及びコイルの中心軸Ccを通る平面での切断を示し、Y-Y方向の切断は、コイルエンド面及びコイルの中心軸Ccを通る平面での切断を示す。
【００３２】
コア部品1は、分割コア10と、コア10の外周に配置されるインシュレータ20とを具える。分割コア10は、柱状のティース11と、ティース11の一方の周縁から突出して設けられるヨーク部12とを具える。インシュレータ20は、ティース11の外周に配置される筒状部21と、筒状部21においてヨーク部12の反対側の周縁から突出して設けられる内周フランジ部22とを具える。筒状部21の外周に巻線200を巻回してコイルを形成することで、分割ステーターを構成することができる。このような分割ステーターを複数用意し、各分割ステーターのヨーク部12の一面(コイルサイド面12s)を接触させて円環状に配置し、環状部材を用いてこれら分割ステーターを一体にすることで、モータステーターを構成することができる。分割コア10及びコア部品1において、モータステーターを組み立てた際、他のコア部品に隣接する側がコイルサイド側であり、コイルサイド側に配置される面をコイルサイド面と呼ぶ。また、他の分割ステーターに隣接しない側がコイルエンド側であり、コイルエンド側に配置される面をコイルエンド面と呼ぶ。
【００３３】
コア部品1の最も特徴とするところは、ティース11の全周に亘ってヨーク部12を具える点、インシュレータ20の筒状部21に特定の高さの段差を具える点、内周フランジ部22から段の高い高段部21hを経て、段の低い低段部21lに至る巻線の導入溝23を具える点にある。以下、各構成を詳しく説明する。
【００３４】
[分割コア]
ティース11は、対向配置される一対の台形状面を二組組み合わせた変形四角錘台状である。第一台形状面は、ヨーク部12から離れるにつれて幅が狭い面であり、コイルエンド面11eとしている。第二台形状面は、ヨーク部12から離れるにつれて幅が広い面であり、コイルサイド面11sとしている。即ち、コイルエンド面11e及びコイルサイド面11sの双方とも、その延長面がコイルの中心軸Ccに交差するように配置される。このティース11は、中心軸Ccに直交する平面で切断した際、外周側(ヨーク部側)から内周側(後述する鍔部側)に亘って、その断面積がほぼ等しくなるようにしている。また、ティース11は、コイルサイド側にのみ段差を一つ設けている。段差の高さ、配置位置は、後述するインシュレータの段差と同様である。
【００３５】
ティース11は、その全周に亘って一方の周縁から突出するヨーク部12を具える。また、ティース11は、コイルサイド側において他方の周縁から突出し、ヨーク部12と対向するように設けられた鍔部13を具える。ティース12の外周面と、ヨーク部12における鍔部との対向面(後述する接続面12fの一部)と、鍔部13におけるヨーク部との対向面とで囲まれる空間は、スロットとして利用する。なお、ティース11のコイルエンド側は、鍔部13を設けていないことから、ティースとヨーク部との境界からティースの他方(内周側)の周縁に至って面一である(図1(I))。
【００３６】
分割コア10は、珪素鋼といった強磁性材料からなる粉末を用いた圧粉成形体である。圧粉成形体とすることで、ティース11の全周に亘って突出したヨーク部12を具える複雑な形状の分割コア10を簡単に成形することができる。
【００３７】
[インシュレータ]
インシュレータ20は、分割コア10と巻線200とを絶縁する部材である。従って、分割コア10において巻線と接触する箇所、或いは接触する可能性が高い箇所を覆うようにインシュレータ20を形成している。具体的には、インシュレータ20は、ティース11の外周面を覆う筒状部21と、鍔部13におけるヨーク部との対向面を覆う内周フランジ部22と、ヨーク部12におけるティースとの接続面12fを覆う外周フランジ部24とを具える。
【００３８】
筒状部21は、その概略形状を一対の台形状面と、一対の長方形状面とからなる四角錘台状としており、変形四角錘台状であるティース11と非相似形状である。筒状部21のコイルエンド面21eは、ティース11のコイルエンド面11eにほぼ沿った相似形であり、ヨーク部12から離れるに従って幅が狭くなる台形状である。筒状部21のコイルサイド面21sは、台形状であるティース11のコイルサイド面11sと異なった非相似形状であり、長方形状である。
【００３９】
筒状部21は、その全周に亘って段差(第一段差)を一つ設けており、段が高い面を有する部分:高段部21hと、段が低い面を有する部分:低段部21lとを具える。コイルサイド側及びコイルエンド側の双方において段の付き方(向き)を等しくしており、内周フランジ部側が高く、外周フランジ部側が低くなるように、高段部21hを内周側(鍔部側)、低段部21lを外周側(ヨーク部側)に配置している。この段差は、ヨーク部側の外周フランジ部24と内周フランジ部22との中間よりも内周フランジ部寄りに位置するように設けている。具体的には、筒状部21の中心軸Cc方向の大きさHを二等分する線Bよりも内周フランジ部寄りで、高段部21hの中心軸Cc方向の大きさが、内周フランジ部と高段部との境界からH/10となるように段差を設けている。筒状部21の全周に亘って、コイルエンド側及びコイルサイド側の双方で同じ向きの段差を設けることで、図1(IV),(V)に示すようにコイル外形がコイルエンド側及びコイルサイド側の双方において段差のない平滑な形状となる。
【００４０】
段差の高さh、つまり、低段部21lと高段部21h間の距離は、断面円形状の巻線(丸線)200の直径をDとするとき、h=D×{(√3)/2}×(2n-1)にn=1を代入したh=D×{(√3)/2}を満たす。なお、分割コア10の段差の高さは、インシュレータ20の厚み分だけ低くしている。
【００４１】
低段部21lの延長面と、低段部21lと高段部21hとを連結する連結面21aとがつくる角θを約60°としている。角θを鋭角とする場合、角θを直角とする場合と比較して、デッドスペースを低減することができる。その他、筒状部21には、コイルエンド面21eの一部、及びコイルサイド面21sに巻線を整列させ易いように嵌合溝を設けている。
【００４２】
内周フランジ部22は、筒状部21のほぼ全周に亘って設けられた環状形状であり、分割コア10の鍔部13におけるヨーク部との対向面を覆い、内周側面(図1において下面)が露出されるように配置される。この内周フランジ部22は、外周フランジ部24との対向面が筒状部21の外周面と直交するように設けている。また、外周フランジ部24も同様に、内周フランジ部22との対向面が筒状部21の外周面と直交するように設けている。両フランジ部22,24を筒状部21に直交させることで、巻線を多層に整列巻きする際に、両フランジ部22,24をあたり止めとして利用することができる。筒状部21の外周面、両フランジ部22,24の対向面で囲まれる]状の空間が実際のスロットとなる。
【００４３】
そして、インシュレータ20は、内周フランジ部22から高段部21hを経て低段部21lに巻線を導入できるように、筒状部21(主として高段部21h)及び内周フランジ部22の一部を切り欠いて、巻線の導入溝23を設けている。導入溝23は、内周フランジ部22、及び高段部21hと低段部21lとの境界にそれぞれ入口側開口部23i、出口側開口部23oを有し、筒状部21の中心線に交差する斜線状である。筒状部21の中心線は、筒状部21において両コイルサイド面21s間を二等分する線であり、図1(II)において中心軸Cc上に配置されて中心軸Ccと重複するため図示していない。入口側開口部23iを中心線の近傍に配置し、出口側開口部23oを中心線よりも一方のコイルサイド側寄りとし、両開口部23i,23oの位置は、中心線に対してずれている。このように入口側開口部23iを中心線近傍に配置し、出口側開口部23oをコイルサイド側寄りに配置することで、導入した巻線を一方のコイルサイド側に配置し易く、巻回し易い。
【００４４】
導入溝23の底面は、巻線を多層に巻回する際、導入溝23に巻線の始端部が配置されていても、この始端部の上に巻線を巻回することができるように高さを調整し、低段部21l近傍を低段部21lと面一としている。導入溝23の幅Wは、巻線200の直径Dよりも大きくしており、導入溝23に巻線200を容易に配置することができる。更に、導入溝23により巻線の始端部が掛止されることから、巻回時に巻線の始端部が溝23から脱落することを防止できる。このような導入溝23を具えることで、内周フランジ部22側から巻線200を導入し、導入溝23を経て、巻線の始端部を低段部21lにおいて高段部21hとの境界近傍に配置させて、低段部21lにおいてこの境界近傍から巻線を巻き始めることができる。なお、コア部品1では、一方のコイルエンド側のみ導入溝23を具える構成としたが、双方のコイルエンド側に導入溝を設けてもよい。
【００４５】
その他、インシュレータ20は、ヨーク部12のコイルエンド面12eを覆うエンド被覆部25を具える。エンド被覆部25には、巻線の終端部が配置される。なお、ヨーク部12のコイルサイド面12sは、露出した状態であり、別のコア部品におけるヨーク部のコイルサイド面と接触できるようにしている。
【００４６】
このインシュレータ20は、一対の分割片を組み合わせて一体にする構成であり、分割コア10に簡単に配置させることができる。各分割片は、コイルエンド側に合わせ目26が位置するように分割されている。合わせ目26は、筒状部21の中心線に沿った一直線状ではなく、中心線に平行な複数の平行線を組み合わせた構成としており、互いに位置をずらしている。具体的には、エンド被覆部25における合わせ目26aと、高段部21h及び内周フランジ部23における合わせ目26cは、中心線に沿った同一直線上に並び、筒状部21の低段部21lにおける合わせ目26bは、中心線から一方のコイルサイド側にずれている。このように合わせ目26を部分的にずらした構成とすることで、分割片同士が分離し難くなる。分割片同士は、端面をつき合わせて接着剤などで接合する。
【００４７】
上記コア部品1に巻線を多層に整列巻きする場合、まず、導入溝23の入口側開口部23iから巻線の始端部を導入して導入溝23に配置し、始端部に繋がり、コイルのターンをつくる巻線を出口側開口部23oから引き出して低段部21lにおけるコイルサイド面21sに配置する。配置した巻線を低段部21lの段差部分近傍から巻回して、外周フランジ部24側に巻線を進行させる。そして、フランジ部24近傍で折り返し、内周フランジ部22側に巻線を進行させる。以下、両フランジ部22,24で適宜折り返し、巻線の終端部をヨーク部12の外周に引き出す。上記巻線の巻回時、段差部分で段上がり処理、段下がり処理を行うことなく、巻線を進行することができる。上記工程により巻線からなるコイルを具えるモータ部品が得られる。
【００４８】
[効果]
上記構成を具えるコア部品1は、図5に示す従来の分割コアと比較してヨーク部の磁路面積が大きいことから、モータに利用した場合、トルクを向上することができる。或いは、図5に示す従来の分割コアと同じトルクのモータを作製する場合、分割コアの大きさを小さくすることができるため、コア部品1は、モータの小型化に寄与する。かつ、コア部品1は、インシュレータ20に段差を設けていることで、コイル外形をそのほぼ全周に亘って平滑にすることができ、デッドスペースを低減して、巻線の巻き数を増大することができる。従って、コア部品1は、モータに利用した場合、トルクを向上することができる。特に、コア部品1は、段差の高さhを特定の高さとすることで、巻線200を多層に整列巻きすることができ、巻き数を多くして、トルクの向上に寄与する。更に、コア部品1は、上記特定の高さの段差に加えて導入溝23を具えることで、内周フランジ部側から導入した巻線を低段部21lに配置して、段の低い個所から巻線を巻き始めることができる。従って、低段部21lにおける段差部分近傍から巻線を巻回し始めて、巻線を多層に整列巻きする際、段差部分で段上がり処理や段下がり処理を全く行う必要がなく、コア部品1は、インシュレータ20に段差を有していながら、巻線の巻回作業性に優れる。このように本発明コア部品は、高トルクを実現すると共に、巻線の巻回作業を効率よく行うことができる。
【００４９】
また、コア部品1は、段差を一つとしていることで、筒状部21において肉厚な部分を低減することができるため、コア部分が増加してトルクを増大したり、放熱性を向上できる。更に、コア部品1は、ティース11を変形四角錘台状とし、筒状部21を四角錘台状とすることで、磁気特性に優れると共に、コイルサイド側とコイルエンド側との間で巻線を移行する際、巻きずれを低減することができ、巻きずれに伴うデッドスペースの増加を低減する。加えて、コア部品1は、両フランジ部22,24をあたり止めとして利用することができるため、両フランジ部22,24近傍で巻線の折り返し処理(層替え処理)を確実に行うことができ、層替えの際に巻きずれが生じ難い。
【００５０】
＜変形例1＞
上記実施例1では、ティースの形状を変形四角錘台状としたが、図5,6に示す分割コア100,120のように直方体状としてもよい。或いは、図2に示す分割コア30のように、一対の台形状面と、一対の長方形状面とから構成される四角錘台状のティース31を利用してもよい。台形状面をコイルエンド面31e、長方形状面をコイルサイド面31sとする。この分割コア30は、実施例1で説明した四角錘台状のインシュレータ20とほぼ相似形状となる。従って、分割コア30を利用した場合、コイルエンド側においてインシュレータの筒状部の厚み、特に、低段部の厚みを実施例1の筒状部21よりも薄くすることができる。そのため、分割コア30は、コア部分の体積を増大することができる。
【００５１】
＜変形例2＞
上記実施例1では、ティースに段差を具える構成としたが、段差を設けない分割コアとしてもよい。この分割コアは、実施例1の分割コアと比較して、形状が簡単になるため、容易に製造することができる。
【００５２】
＜変形例3＞
上記実施例1では、導入溝の形状を斜線状としたが、種々の形状が利用できる。例えば、図3(I)に示すように中心線Clに沿った一直線状の導入溝G1、図3(II)に示すように曲線状の導入溝G2、図3(III)に示すように中心線Clに沿った一直線状の導入溝に対して、出口側(高段部と低段部との境界側)の角部を切り落とした形状の導入溝G3が挙げられる。その他、一直線状部分と曲線状部分とを組み合わせた導入溝、一直線状部分と斜線状部分とを組み合わせた導入溝も利用できる。
【００５３】
＜変形例4＞
上記実施例1では、段差の位置をヨーク部12と内周フランジ部22の中間よりも内周フランジ部寄りとしたが、図4に示すコア部品2のように、外周フランジ部54寄りとしてもよい。つまり、筒状部51におけるコイルの中心軸方向の大きさをH'とするとき、低段部51lを小さくして、高段部51hの大きさが内周フランジ部52と高段部との境界からH'/2よりも大きくなるように段差を設ける。このコア部品2は、実施例1と比較して、段差部分の分だけコアの体積を大きくすることができ、ティースの平均磁束密度を小さくすることができる。高段部51hには、導入溝53を設けるために巻線の大きさ分の厚み(段差の高さに相当する厚み)が必要である。そのため、図4に示すコア部品2のように分割コア40を変形四角錘台状、インシュレータ50を四角錘台状とすると、コア部品2は、図4(II)に示すようにコイルエンド側において高段部51hが、図1(V)に示す実施例1のコア部品1の高段部21hと比較して厚くなる。従って、筒状部の厚さを薄くするには、実施例1のコア部品1のように、段差の位置を内周フランジ部寄りとすることが好ましい。
【００５４】
＜変形例5＞
上記実施例1では、段差の高さがD×{(√3)/2}(D:巻線の直径)の場合を説明したが、段差の高さをD×{(√3)/2}×(2n+1)とすることができる(nは自然数)。このような段差を有するコア部品も実施例1のコア部品1と同様に、段下がり処理や段上がり処理を行うことなく、巻線を多層に巻回することができる。また、段差の高さを変更できることで、巻線の巻き数の自由度を大きくすることができる。
【００５５】
＜変形例6＞
上記実施例1では、段差を一つ設ける構成について説明したが、段差を複数設けてもよい。このとき、最も内周フランジ部寄りに設けられる段差(第一段差)は、その高さがD×{(√3)/2}×(2n-1)を満たし、第一段差よりもヨーク部側に設ける段差は、その高さがD×{(√3)/2}×2mを満たすようにする(D:巻線の直径、n,m:自然数)。また、第一段差の高段部には、実施例1と同様に導入溝を設ける。このように複数の段差を設ける場合であっても、段差の高さを特定することで、段下がり処理や段上がり処理を行うことなく、巻線を多層に巻回することができる。また、複数の段差を設けることで、巻線の巻き数の自由度を大きくすることができる。
【００５６】
なお、上述した実施例及び変形例は、本発明の要旨を逸脱することなく、適宜変更することが可能であり、上述した構成に限定されるものではない。例えば、最も内周フランジ部寄りの段差の高さがD×{(√3)/2}×(2n+1)であり、この段差よりもヨーク部側の段差の高さがD×{(√3)/2}×2m(D:巻線の直径、n,m:自然数)である段差を設けることができる。また、巻線として厚さtの角線を用いることができる。この場合、最も内周フランジ部寄りの段差の高さは、t×(2n-1)、この段差よりもヨーク部側の段差の高さは、t×{2(m-1)}を満たすようにする。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明分割コア部品は、ステーターといったモータの構成部材に好適に利用することができる。このコア部品を具えるモータは、電気自動車やハイブリッド自動車などの高出力が要求されるモータに好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】(I)は、本発明分割コア部品に具える分割コアの斜視図、(II)は、本発明コア部品を一方のコイルエンド側から見た図、(III)は、本発明コア部品をコイルサイド側から見た図、(IV)は、本発明コア部品をX-X方向に切断した断面図、(V)は、本発明コア部品をY-Y方向に切断した断面図、(VI)は、段差部分の説明図である。
【図２】四角錘台状のティースを具える分割コアを示しており、(I)は、斜視図、(II)は、コイルエンド側から見た図、(III)は、コイルサイド側から見た図である。
【図３】本発明コア部品をコイルエンド側から見た図であり、(I)は、直線状の導入溝を具える例、(II)は、曲線状の導入溝を具える例、(III)は、直線状の導入溝の角部を切り落とした例を示す。
【図４】ヨーク部寄りに段差を具える本発明コア部品の断面図であり、(I)は、コイルサイド面及びコイルの中心軸を通る平面で切断した状態、(II)は、コイルエンド面及びコイルの中心軸を通る平面で切断した状態を示す。
【図５】(I)は、従来のステーター用分割コア、及びこのコアに配置するインシュレータの斜視図、(II)は、この分割コアを具える分割ステーターを環状に配置した状態を模式的に示す正面図である。
【図６】分割コアの全周に亘ってヨークを具える従来の分割コアの斜視図である。
【図７】ティースに段を有し、ティースの全周に亘ってヨークが突出している分割コアにインシュレータを配置し、両コイルエンド面を通る平面で切断した断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
1,2  コア部品
10,30,40  分割コア  11,31  ティース  11e,31e  ティースのコイルエンド面
11s,31s  ティースのコイルサイド面  12  ヨーク部
12e  ヨーク部のコイルエンド面  12s  ヨーク部のコイルサイド面
12f  接続面  13  鍔部
20,50  インシュレータ  21,51  筒状部  21h,51h  高段部  21l,51l  低段部
21e  筒状部のコイルエンド面  21s  筒状部のコイルサイド面  21a  連結面
22,52  内周フランジ部  23,53  導入溝  23i  入口側開口部
23o  出口側開口部  24,54  外周フランジ部  25  エンド被覆部
26  合わせ目  26a  エンド被覆部における合わせ目
26b  低段部における合わせ目
26c  高段部及び内周フランジ部における合わせ目  G1,G2,G3  導入溝
100,120,130  分割コア  101,121,131  ティース  102,122,132  ヨーク
103  鍔  110,140  インシュレータ  111,141  筒部
112,113,142,143  フランジ  122s  ヨークのコイルサイド面  200,300  巻線
C  コイル  m  分割ステーター  R  環状部材
【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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【図７】
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