(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スキュー積層された複数の電磁鋼板を含む固定子鉄心と、前記固定子鉄心のスロットに巻回した巻線と、で構成される電動機の固定子であって、
前記複数の電磁鋼板は、内周または外周の一方に巻線を巻回する前記スロットを、内周または外周の他方に溶接溝を、それぞれ形成した円環状であって、互いに同一形状であり、
前記溶接溝は、その底面に、前記固定子の軸方向と平行かつ直線状の溶接部を形成できるように、その底面が略平面、かつ、固定子の半径方向から見て略平行四辺形に形成されている、
ことを特徴とする電動機の固定子。
【請求項２】
前記溶接溝の底面の円周方向の幅は、固定子鉄心のスキュー角をθ°、固定子鉄心の溶接溝５３の底面における直径をＤ、溶接部の幅をＢとすると、Ｄ×π×θ÷３６０＋Ｂ以上である、ことを特徴とする請求項１に記載の電動機の固定子。
【請求項３】
さらに、固定子鉄心に嵌合する冷却ジャケットを備え、
前記固定子鉄心の溶接溝にモールド樹脂が充填されている、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の電動機の固定子。
【請求項４】
前記巻線のうち固定子鉄心の端面から突出する部分であるコイルエンドは、モールドされており、
前記溶接溝に充填されるモールド樹脂は、前記コイルエンドをモールドするモールド樹脂と一体成形されている、ことを特徴とする請求項３に記載の電動機の固定子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁鋼板を積層した固定子鉄心を使用する電動機の固定子に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機の固定子は、内周側に巻線を巻回するスロットを、外周に溶接溝を、それぞれ形成した円環状の電磁鋼板を積層した固定子鉄心と、スロットに巻回した巻線と、で構成される。また、固定子を冷却するために、固定子鉄心の外周に嵌合する円筒状の冷却ジャケットを設ける場合もある。
【０００３】
固定子鉄心を構成する電磁鋼板は、溶接溝において互いに溶接され、固定される。また、溶接溝の深さは少なくとも溶接の肉盛よりも深く形成されることが望ましい。これは、冷却ジャケットとの嵌合の妨げにならないように、溶接の肉盛が固定子の外周よりも外に飛び出さないようにするためである。
【０００４】
固定子鉄心は、電磁鋼板を回転方向に一定角度ずつ回しながら積層していくスキュー積層する場合がある。スキューする理由は、コギングを低減し、モータを指令通りに滑らかに回転させるためや、騒音や振動を低減するためである。
【０００５】
ただし、同一形状の固定子鉄心をスキュー積層すると、溶接溝が固定子の軸方向に対して傾斜するため、溶接トーチも斜めに走る必要がある。しかし、溶接トーチを斜めに走らせるためには、高価な溶接機が必要になるため、固定子鉄心の製造コストが上昇するという問題点があった。
【０００６】
上述した問題に対して、特許文献１の従来の電動機の固定子によれば、溶接トーチを固定子の軸方向に平行かつ直線状に走らせても、スキュー積層した固定子鉄心を溶接することができる発明を開示している。以下に詳しく説明する。
【０００７】
図７と図８は、特許文献１に記載された従来の電動機の固定子を示す図である。図７は従来の電動機の固定子を示す図である。図８は従来の電動機の固定子を構成する電磁鋼板を示す図である。
【０００８】
図７に示される固定子鉄心１は、図８に示される薄板円盤状の電磁鋼板１０，１０’，１０”等を複数積層させたものである。電磁鋼板１０は、同心円状に穴１１を有した円盤状の形状を有している。内周１０ａには、スロット開口１５が等間隔に複数形成されている。外周１０ｂには、円周方向に等間隔に、切欠部１３が、合計４つ形成されている。電磁鋼板１０’は、電磁鋼板１０に対して、複数のスロット開口１５の位置は変えないで、外周１０ｂに形成された切欠部１３の位置を周方向へ等距離だけずらし、それぞれを切欠部１３’としたものである。電磁鋼板１０”は、電磁鋼板１０’に対して、複数のスロット開口１５の位置は変えないで、切欠部１３を切欠部１３’となるようにずらしたのと同じだけ、切欠部１３’の位置を周方向へずらし、それぞれを切欠部１３”としたものである。尚、図８には、３つの電磁鋼板１０，１０’，１０”しか図示していないが、実際には、積層させて固定子鉄心１（図７参照）を形成するのに必要な枚数の電磁鋼板があり、それぞれの外周に設けられた切欠部の位置は、段階的に周方向へ等距離だけずれている。
【０００９】
すなわち、電磁鋼板１０の中心Ｏ１０と切欠部１３とを結ぶ直線をＬ１０とした場合、電磁鋼板１０’における中心Ｏ１０’と切欠部１３’とを結ぶ直線Ｌ１０’、及び電磁鋼板１０”における中心Ｏ１０”と切欠部１３”とを結ぶ直線Ｌ１０”はそれぞれ、直線Ｌ１０に対して中心角度θ及び２θだけ位相がずれた状態となっており、複数の電磁鋼板のそれぞれの外周に設けられた切欠部の位相が、内周に設けられたスロット開口１５に対して、段階的に等角度θだけずれている。
【００１０】
このような複数の電磁鋼板１０，１０’，１０”等を積層させたものが、図７に示される固定子鉄心１である。固定子鉄心１の外周には、切欠部１３，１３’，１３”等を積層して形成される溶接溝３が設けられている。溶接溝３は、積層された複数の電磁鋼板同士を溶接によって固定するための溝である。
【００１１】
また、固定子鉄心１の内周面には、それぞれの電磁鋼板のスロット開口１５を積層して形成されるスロット６が複数設けられている。スロット６は、軸線Ｌに対してある角度（スキュー角）をもって傾斜している。スロット６のこの傾斜は、切欠部１３の位相を、スロット開口１５に対して、電磁鋼板ごとに段階的に等角度ずらすことで形成される。電磁鋼板１０の外周１０ｂに設けられた切欠部１３の位相を、内周１０ａに設けられたスロット開口１５に対して、段階的にずらす角度θを変えることによって、スキュー角が調整可能である。以上の構成によれば、溶接溝３が固定子の軸方向と平行かつ直線状になるように電磁鋼板を積層しても、スロット６はスキューされるため、軸方向にしか溶接トーチが移動しない安価な溶接機を使用してスキュー溶接が可能となる。この固定子鉄心１のそれぞれのスロット６に、巻線が挿入されて固定子が構成される。
【００１２】
図９と図１０は、固定子鉄心１の外周に冷却ジャケットを嵌装した図である。図９は従来の電動機の固定子を固定子の軸方向から見た図であり、図１０は従来の電動機の固定子の軸方向の断面図である。図９、図１０において、２１は冷却ジャケット、２２は冷却ジャケット２１の冷却水又は冷却油を流す流路、２３はＯリング溝、２４は巻線を示す。固定子鉄心１は上述した図７、図８と同じである。
【００１３】
固定子の巻線に電流を流すと、巻線が電気抵抗により発熱する。その熱がモータの外部に伝わることを防止するために図９、図１０に示すように冷却ジャケットを嵌装する場合がある。例としては、内部にモータを内設する工作機械のビルトイン主軸台がある。ビルトイン主軸台に固定子から熱が伝わると、主軸台が熱変形し、工作物の加工精度が悪くなるため、冷却ジャケットを装着することで、固定子から主軸台に熱が伝わり難くしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００６−３３３５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上述したように固定子鉄心は、積層した電磁鋼板を、当該電磁鋼板の外周に設けた溶接溝において、互いに溶接することで形成される。しかし、固定子鉄心をスキュー積層すると溶接溝もスキューされるため安価な自動溶接機を使用できなくなる。一般的な自動溶接機は、軸方向を上下方向に向けて固定子鉄心をセットし、固定子鉄心の溶接溝の外周に所定のギャップを設けて複数の溶接トーチを配置し、溶接トーチが上下方向に動いて溶接溝を溶接する。しかし、溶接トーチは回転方向には動かないため、溶接溝がスキューされていると溶接部が溶接溝から外れてしまう。したがって、スキュー積層してある固定子鉄心を溶接する場合は、手作業で溶接溝を一箇所ずつ溶接することになり、溶接作業に時間がかかり固定子の製造コストが増加するという問題があった。また、手作業で溶接すると溶接スピードを一定にできないため、部分的に溶接温度が高くなり固定子鉄心が歪んでしまうという問題があった。固定子鉄心が歪むと、固定子鉄心を冷却ジャケットに嵌合できなくなったり、固定子内周と回転子外周の間の隙間が不均一になったりして、コギングが増加してしまう等の不都合が生じる。自動溶接機をＮＣ化し、溶接トーチが上下方向の移動に同期して、固定子の回転方向にも移動して溶接する機構や、溶接トーチを固定して、固定子鉄心を載せるテーブルを上下、回転方向に移動して溶接する機構等を用いて、スキューされた溶接溝を溶接することは技術的に可能であるが、自動溶接機が高価になるため、溶接した固定子鉄心の製造コストが増加してしまうという問題があった。
【００１６】
その他の溶接方法として、固定子鉄心の外周の溶接溝を無くし、溶接溝の無い部分を溶接する方法がある。しかし、機器に組み込む場合や、外周に冷却ジャケットを嵌装する場合には、盛り上がった溶接部が邪魔になるため削らなければならず、そのための加工費用が増加するという問題がある。さらに、溶接溝を削ってしまうと溶接強度が弱くなるため、運搬中に溶接が外れ、固定子鉄心が溶接部から割れてしまうという問題もあった。
【００１７】
一方、特許文献１記載の従来の電動機の固定子によれば、積層する電磁鋼板のスロット開口と、溶接溝３となる切欠部の角度θを１枚毎に変えることで、スキュー積層であっても、溶接溝３を固定子の軸方向と平行に配置することができ、軸方向にしか溶接トーチが移動しない安価な溶接機を使用できるとある。しかし、電磁鋼板を１枚毎に異なる形状にすると、今度は、電磁鋼板の製造設備や製造工程が複雑になり、電磁鋼板の製造コストが上昇し、ひいては固定子鉄心１の製造コストが上昇するという問題があった。電磁鋼板を１枚毎に異なる形状にすると電磁鋼板の製造コストが上昇する理由について以下に説明する。
【００１８】
電磁鋼板の形状を加工する方法としては、プレス金型を使用してプレス加工する方法が一般的である。プレス金型には、ノッチング金型と順送金型がある。ノッチング金型は、固定子鉄心の部分形状をプレス加工する複数のノッチング金型を交換して、固定子鉄心の全体形状をプレス加工する。さらに詳しく説明すると、例えば、固定子の１スロット分を加工するノッチング金型を用いた場合の作業手順は、ノッチングプレス機械に電磁鋼板の材料をセットし、ノッチングプレス機械は、１ショットプレス毎に、電磁鋼板を１スロット分の角度だけ回転する。そして全てのスロットをプレス加工するまでこの作業を繰り返すのである。そして、加工が完了したら、次のノッチング金型に交換し、電磁鋼板の形状が完成するまで、同じ作業を繰り返す。
【００１９】
ノッチング金型は人手で交換するため、１枚の電磁鋼板を製造するための時間も長くなる。よって、比較的少量生産の場合に使用されることが多い。ノッチング金型を用いて、電磁鋼板のスロット開口と溶接溝となる切欠の角度を１枚毎に異なる形状にするためには、スロット開口を加工するノッチング金型と、溶接溝となる切欠を加工するノッチング金型の相対角度をずらす機構、例えば、スロット開口を加工した後に、溶接溝となる切欠を加工する場合、加工の合間に、加工途中の電磁鋼板を所定の角度だけ回転させることができる機構をノッチングプレス機械に設ける必要がある。通常のノッチングプレス機械は、相対角度を変更する機能はない。そのため、このような機構を設けると、ノッチングプレス機械が高価になり、ひいては電磁鋼板の製造コストが増加してしまう。
【００２０】
一方、順送金型は、固定子鉄心の部分形状をプレスする複数の工程を同一型内に等ピッチで順番に配置してあり、順送プレス機械にセットした順送金型に、送り装置でロール状の電磁鋼帯をプレス機械１回転毎に１ピッチずつ順送りして固定子鉄心をプレス加工する。自動で固定子鉄心をプレス加工できるため大量生産の場合に使用される。順送金型でスロット開口と溶接溝の角度を１枚毎に異なる形状にプレス加工するためには、油圧で１方向にしか駆動しない順送プレス機械や、送り装置で一方向にのみ送られる電磁鋼帯を回転させることは難しいため、順送金型内に、スロット開口を加工する型と、溶接溝となる切欠を加工する型の相対角度を自動で変更する機構を設ける必要がある。しかし、順送金型にそのためのスペースを確保することは難しく、例えできたとしても順送金型が非常に高価になり、ひいては電磁鋼板の製造コストが増加してしまう。
【００２１】
本発明においては、同一形状の電磁鋼板を使用し、かつスキュー積層しても、固定子の軸方向にしか溶接トーチが移動しない一般的な溶接機を使用して溶接が可能であり、安価な電動機の固定子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】
【００２２】
上記課題を解決する手段として、本発明の電動機の固定子は、スキュー積層された複数の電磁鋼板を含む固定子鉄心と、前記固定子鉄心のスロットに巻回した巻線と、で構成される電動機の固定子であって、前記複数の電磁鋼板は、内周または外周の一方に巻線を巻回する前記スロットを、内周または外周の他方に溶接溝を、それぞれ形成した円環状であって、互いに同一形状であり、前記溶接溝は、その底面に、前記固定子の軸方向と平行かつ直線状の溶接部を形成できるように、その底面が略平面、かつ、固定子の半径方向から見て略平行四辺形に形成されている、ことを特徴とする。
【００２３】
前記溶接溝の底面の円周方向の幅は、固定子鉄心のスキュー角をθ°、固定子鉄心の溶接溝５３の底面における直径をＤ、溶接部の幅をＢとすると、Ｄ×π×θ÷３６０＋Ｂ以上である、ことが望ましい。
【００２４】
さらに、固定子鉄心に嵌合する冷却ジャケットを備え、前記固定子鉄心の溶接溝にモールド樹脂が充填されている、ことも好適である。
【００２５】
さらに、前記巻線のうち固定子鉄心の端面から突出する部分であるコイルエンドは、モールドされており、前記溶接溝に充填されるモールド樹脂は、前記コイルエンドをモールドするモールド樹脂と一体成形されている、ことも好適である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の電動機の固定子は、同一形状の電磁鋼板がスキュー積層されていても、溶接溝が、その底面が略平面で、かつ固定子の半径方向から見て略平行四辺形に形成されているため、溶接溝の底面を固定子の軸方向と平行かつ直線状に溶接することができる。よって、スキューがかかっていない固定子鉄心と同様、固定子の軸方向にしか溶接トーチが動かない一般的な自動溶接機で溶接可能な、安価な電動機の固定子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施例に係る電動機の固定子を固定子の軸方向から見た図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係る電動機の固定子を半径方向から見た図である。
【図３】本発明の第２の実施例に係る電動機の固定子を固定子の軸方向から見た図である。
【図４】本発明の第２の実施例に係る電動機の固定子の軸方向の断面図である。
【図５】本発明の第３の実施例に係る電動機の固定子を固定子の軸方向から見た図である。
【図６】本発明の第３の実施例に係る電動機の固定子の軸方向の断面図である。
【図７】従来の電動機の固定子を示す図である。
【図８】従来の電動機の固定子を構成する電磁鋼板を示す図である。
【図９】従来の電動機の固定子を固定子の軸方向から見た図である。
【図１０】従来の電動機の固定子の軸方向の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の第１の実施例について、図１、図２を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施例に係る電動機の固定子を軸方向から見た図である。図２は、本発明の第１の実施例に係る電動機の固定子を半径方向から見た図である。５０は電磁鋼板、５１は固定子鉄心、５３は溶接溝、５４は溶接部、５５はスロットである。
【００２９】
固定子鉄心５１は、内周にスロット５５、外周に溶接溝５３を形成した同一形状の円環状の電磁鋼板５０を複数枚スキューしながら積層させたものである。積層した電磁鋼板５０は、溶接溝５３を溶接して固定する。固定子鉄心５１のスロット５５に、図示しない巻線を巻回して固定子を形成する。
【００３０】
本実施例では、溶接溝５３の底面を固定子の軸方向と平行かつ直線状に溶接できるよう、溶接溝５３は、底面が略平面部で、かつ、固定子の半径方向から見て略平行四辺形に形成した。さらに、略平行四辺形の溶接溝５３に固定子の軸方向と平行かつ直線状に溶接するためには、溶接溝５３の固定子の円周方向の幅Ｗは、固定子鉄心５１のスキュー角をθ°、固定子鉄心５１の溶接溝５３の底の直径をＤ、溶接部の幅をＢとすると、Ｄ×π×θ÷３６０＋Ｂ以上に形成すればよい。なお、スキュー角θとは、固定子鉄心５１を構成する複数の電磁鋼板５０のうち、最上面に位置する電磁鋼板５０と最下面に位置する電磁鋼板５０との位相差（電磁鋼板の配置角度の差）を意味している。
【００３１】
これにより、同一形状の電磁鋼板がスキュー積層されていても、溶接溝の底面を固定子の軸方向と平行かつ直線状に溶接することができる。よって、スキューがかかっていない固定子鉄心と同様、固定子の軸方向にしか溶接トーチが動かない一般的な自動溶接機で溶接できるため、安価な電動機の固定子を提供することができる。
【００３２】
次に、本発明の第２の実施例について、図３、図４を用いて説明する。図３は、本発明の第２の実施例に係る電動機の固定子を軸方向から見た図である。図４は、本発明の第２の実施例に係る電動機の固定子の軸方向の断面図である。６１は巻線を冷却するためにモールド樹脂で巻線を固めたコイルエンドモールドである。その他、固定子鉄心５１の構造は、上述した第１の実施例と同じである。また、冷却ジャケット２１は、従来例を示した図９、図１０と同じである。尚、図３では、溶接溝５３が見えるようにコイルエンドモールド６１を省略した図とした。
【００３３】
本実施例は、冷却ジャケット２１を用いた電動機の固定子において、固定子鉄心５１と冷却ジャケット２１の熱伝導率を改善し、巻線２４の冷却効率を上昇させることができる。まず、溶接溝幅Ｗは、Ｄ×π×θ÷３６０＋Ｂ以上に形成すればよいことを説明した。この式から、スキュー角θが大きくなるほど溶接溝幅Ｗは広くなることがわかる。溶接溝幅Ｗが広くなると、固定子鉄心５１と冷却ジャケット２１の接触面積が小さくなるため、固定子鉄心５１から冷却ジャケット２１への熱伝導が悪くなるという問題があった。
そこで、本実施例では、溶接溝５３にモールド樹脂を充填し、溶接部５３の熱伝導率を向上させている。モールド樹脂は、溶接部５３のみに充填しても良い。ただし、本実施例のようにコイルエンドモールドを行なう場合は、コイルエンドモールドに使用するモールド樹脂と、溶接溝５３に充填するモールド樹脂を一体成形すれば、工程を追加することなく安価にモールド樹脂を溶接溝５３に充填することができる。
【００３４】
次に、本発明の第３の実施例について、図５、図６を用いて説明する。図５は、本発明の第３の実施例に係る電動機の固定子を軸方向から見た図である。図６は、本発明の第３の実施例に係る電動機の固定子の軸方向の断面図である。６０は電磁鋼板、６１は固定子鉄心、６３は溶接溝、６４は溶接部、６５はスロットである。
【００３５】
固定子鉄心６１は、外周にスロット６５、内周に溶接溝６３を形成した円環状の電磁鋼板６０を複数枚スキューしながら積層させたものである。積層した電磁鋼板６０は、溶接溝６３を溶接して固定する。固定子鉄心６１のスロット６５に、図示しない巻線を巻回して固定子を形成する。
【００３６】
本実施例は、固定子鉄心６１の外周にスロット６５を設けた電動機の固定子に本発明を適用した例である。つまり上記実施例１、実施例２は、回転子が固定子の内周側に配置されるインナーロータ型であるが、本実施例は回転子が固定子の外周側に配置されるアウターロータ型である。アウターロータ型の場合、固定子の外周に溶接溝を設けると、回転子の内周の磁気抵抗が不均一となるため、トルクが低下したり、トルクリップル（脈動トルク）が大きくなったりする。よって溶接溝６３は内周に設ける必要がある。内周に設けた溶接溝６３は、実施例１、実施例２と同様、底面を固定子の軸方向と平行かつ直線状に溶接できるよう、底面が略平面部で、かつ、固定子の半径方向から見て略平行四辺形に形成した。さらに、略平行四辺形の溶接溝６３に固定子の軸方向と平行かつ直線状に溶接するためには、溶接溝６３の固定子の円周方向の幅Ｗは、固定子鉄心６１のスキュー角をθ°、固定子鉄心６１の溶接溝６３の底の直径をＤ、溶接部の幅をＢとすると、Ｄ×π×θ÷３６０＋Ｂ以上に形成すればよい。
【００３７】
これにより、同一形状の電磁鋼板がスキュー積層されていても、溶接溝の底面を固定子の軸方向と平行かつ直線状に溶接することができる。よって、スキューがかかっていない固定子鉄心と同様、固定子の軸方向にしか溶接トーチが動かない一般的な自動溶接機で溶接できるため、安価な電動機の固定子を提供することができる。尚、本実施例の固定子は、固定子の内周に溶接トーチを入れ溶接する必要があるため、固定子の内径が大きく、溶接トーチは小型のものが求められる。
【００３８】
実施例２では、固定子の外周に冷却ジャケットを配置した形態について説明したが、本実施例においても、冷却ジャケットを固定子の内周に設ければ、当然、実施例２と同様、溶接溝６３にモールド樹脂を充填し、溶接部６３の熱伝導率を向上させることができる。モールド樹脂は、溶接部６３のみに充填しても良いが、コイルエンドモールドを行なう場合は、コイルエンドモールドに使用するモールド樹脂と、溶接溝６３に充填するモールド樹脂を一体成形すれば、工程を追加することなく安価にモールド樹脂を溶接溝６３に充填することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１  固定子鉄心、３  溶接溝、６  スロット、１０，１０’，１０”  電磁鋼板、１１  穴、１３，１３’，１３”  切欠部、１５  スロット開口、２１  冷却ジャケット、２２  流路、２３  Ｏリング溝、２４  巻線、５０  電磁鋼板、５１  固定子鉄心、５３  溶接溝、５４  溶接部、５５  スロット、６１  コイルエンドモールド。
【図１】
0006412737.tif 000002
【図２】
0006412737.tif 000003
【図３】
0006412737.tif 000004
【図４】
0006412737.tif 000005
【図５】
0006412737.tif 000006
【図６】
0006412737.tif 000007
【図７】
0006412737.tif 000008
【図８】
0006412737.tif 000009
【図９】
0006412737.tif 000010
【図１０】
0006412737.tif 000011