JPH08149726A - モータの固定子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 各種産業機器に使用されるモータの固定子に
おいて、モータ効率の極めて高い固定子を生産効率よく
安価に提供するとともに、モータの使用可能な温度環境
の範囲を拡大することを目的とする。 【構成】 極歯単位ごとに円周方向に分割され、磁気的
な方向性を有する電磁鋼板を使用した積層鉄心１に絶縁
部２を形成し、絶縁部に直交して整列状の高密度な巻線
３をほどこす。その後積層鉄心１を所定数量、分割面４
の突起部５を組み合わせて円筒形状とした後、分割面４
の外周端部を積層方向にレーザ溶接し溶接部６を形成す
ることにより固定子としている。これにより巻線の高密
度化と巻線端部の省スペース化が可能となり、極歯間の
継部が不用となり継部によるモータ効率の低減を防止で
きる。また、鉄損の低減が可能となりモータの使用可能
な温度環境の範囲を拡大できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はモータの固定子に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、モータの小型・高性能化のため
に、巻線の高密度化と巻線端部の省スペース化の必要が
高まっている。また、同時にその使用頻度・使用環境
（特に温度）もモータに苛酷なものとなってきている。

【０００３】ロボットなどに使用されるサーボモータに
おいては前記の要求、たとえばロボットの高速化・省ス
ペース化・高出力化などに対応するために、モータの回
転子にきわめて磁束密度の高い磁石を使用するととも
に、固定子の巻線密度も整列巻線の理論限界値である導
体占積率７０％を実現し、しかも巻線端部のスペースも
最小にする必要がある。このような要求に対し高密度化
を実現する巻線技術として従来よりインサータ巻線があ
るが、巻線端部のスペースがきわめて大きくなるという
課題をもっている。

【０００４】そこで最近では、鉄心を分割したものに巻
線を整列状に巻きこむことにより、高密度な巻線と巻線
端部の省スペース化の両方を同時に可能にした固定子が
主流となっている。

【０００５】以下に従来の固定子の構成について説明す
る。図４は従来の巻線の高密度化と巻線端部の省スペー
ス化を目的とした固定子の平面断面図である。図４にお
いて、１８は鉄心の外部を構成する第１鉄心、１９は鉄
心の内部を構成する第２鉄心、２０は第２鉄心の隣接す
る極歯部をつなぐ継部、２１は絶縁体、２２は巻線部、
２３は樹脂部である。

【０００６】前記構成において、巻線部２２は絶縁体２
１に直交して整列状に高密度に巻きこまれ、第２鉄心１
９の極歯部に所定数量挿入される。その後、第２鉄心１
９を第１鉄心１８の内径に挿入して固定子鉄心が構成さ
れる。さらにモールドなどにより樹脂部２３を成形する
ことにより一体構造として固定子が完成される。

【０００７】次に図５は従来の固定子の他の例を示し、
積層鉄心の外周部を出力軸方向に分割した固定子の構成
である。図５（ａ）は前記固定子の斜視図、図５（ｂ）
は同断面図である。図５において２４は積層鉄心で、分
割面２５により２分割されている。２６は巻線部、２７
は樹脂部である。

【０００８】前記構成において、巻線部２６は２分割さ
れた積層鉄心２４の外周部に直交して巻線がほどこさ
れ、その後積層鉄心２４を分割面２５で突き合わせ樹脂
部２７により一体化される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、以下のような課題を有していた。 （１）固定子を構成する鉄心を極歯部外周部で分割して
いるために、第２鉄心１９を構成維持するために極歯内
径をつなぐ継部２０が必要となる。 （２）前記（１）に示す理由のため継部２０において
は、極歯間の磁気漏れが発生しモータの効率が５〜１０
％低下するという問題があり、継部２０を極力薄くする
ことが必要である。 （３）したがって、固定子構成の剛性を確保するために
樹脂部２３を成形する必要があるが、樹脂部２３の成形
にあたり巻線部２２の絶縁被覆を破壊して線間短絡が発
生するという問題点を有していた。 （４）さらに鉄心の大型化にともなって鉄心のプレス設
備と成形設備が大型化し、生産効率が悪くなるという問
題点も有していた。

【００１０】また、図５に示す構成では巻線部２６を積
層鉄心２４の外周部に巻きこむため整列状にならず、巻
線密度の導体占積率は５２〜５５％が限界であった。さ
らに、巻線端部の省スペース化は可能であるが、外径方
向へ巻線部が出るため外形が大型化するという問題点を
有していた。 （５）また、従来の構成ではモータに対して要求される
使用可能な温度環境の拡大にも対応できない。このよう
な使用可能な温度環境の拡大をはかるには従来のモータ
の運転条件のもとでのモータの温度上昇を低減するこ
と、つまりモータの損失を減少させる必要がある。つま
り損失は熱に変換され、モータの巻線などの温度を上昇
させてしまい、使用可能な温度環境を制限することにな
ってしまうからである。

【００１１】損失には鉄損，銅損，機械損などがあり、
前記従来のモータの固定子の構成においては、損失の低
減に対する手段を提供するには至っていない。

【００１２】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、外部での高密度な整列巻線を可能とした構造であり
ながら巻線端部の省スペース化をはかり、モータ効率低
減の原因となる極歯間の継部を不用とするとともに、剛
性を確保するための樹脂成形も不用とし、さらに小型の
プレス設備での大型鉄心をも生産可能とし、同時に損失
の低減により使用可能な温度環境の範囲を拡大すること
もできる分割構造を有するモータの固定子を提供するこ
とを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のモータの固定子は、極歯単位ごとに円周方向
に分割され、磁気的な方向性を有する電磁鋼板を積層し
た積層鉄心と、前記積層鉄心の極歯部に直交する巻線部
とを備え、前記積層鉄心を所定数量組み合わせて円筒形
状とした後、前記積層鉄心の分割面の外周端部を積層方
向に溶接することにより一体構造とする構成を有してい
る。

【００１４】また、前記固定子について溶接の代わりに
接着、あるいは環状構造体で押圧固定する。

【００１５】

【作用】この構成によって、 （１）極歯単位に鉄心を分割したことにより、積層鉄心
ごとに外部で極歯部に直交して整列状に高密度の巻線を
ほどこすことが可能となり、同時に巻線端部の省スぺー
ス化が可能となる。 （２）前記鉄心を所定数量組合せ円筒形状とした後、積
層鉄心の分割面の外周端部を積層方向に溶接することに
より、必要な固定子の剛性を得ることが可能となるた
め、樹脂成形が不用となり線間短絡を防止できる。ま
た、鉄心の構成維持に極歯部の継部が不用となるため、
継部によるモータ効率の５〜１０％の低下を防止するこ
とができる。 （３）極歯単位に鉄心を分割したことにより極歯が細分
化され、小型のプレス設備でも大型鉄心の生産が可能と
なり、生産効率を著しく向上させることができる。 （４）磁気的な方向性を有する電磁鋼板の採用により、
損失における鉄損を低減することが可能となり、従来の
磁気的な方向性を持たない電磁鋼板を使用するモータに
比較してモータの温度上昇を低くおさえることができ、
結果として使用可能な温度環境を拡大することができ
る。

【００１６】

【実施例】本発明の実施例を具体的に説明する前に、前
述の磁気的な方向性を有する電磁鋼板と鉄損について若
干説明を加えておく。モータの積層鉄心には一般的にけ
い素鋼板が用いられている。その中における方向性を有
するけい素鋼板というのは圧延と焼きなましによる再結
晶をくり返し、連続した薄板中の結晶粒を生長させると
ともに、その方向をそろえ磁化のもっとも容易な方向を
磁化方向と一致させて使用しようとするものである。鋼
板の磁化特性は圧延方向がもっとも良好で、この方向に
磁界を加えた場合比透磁率がもっとも大きくなる。この
時、最大磁束密度を一定とした場合、鉄損は圧延方向が
最も少なくなるという特性を有している。

【００１７】鉄損というものは大きく分けてヒステリレ
シス損とうず電流損がある。この損失は交番磁界が通る
時に発生し、前者は磁気的なヒステリシスを小さくする
ことにより、後者は抵抗率を大きくすることにより低減
できる。

【００１８】磁気的に方向性を持たないけい素鋼板（無
方向性けい素鋼板）と方向性を有するけい素鋼板（方向
性けい素鋼板）を比べた場合、同条件のもとでは前者に
比較し、後者の鉄損の値は小さくなることが知られてい
る。日本工業規格（ＪＩＳ）においてもその数値が銘記
されている。無方向性けい素鋼板は（ＪＩＳ−Ｃ−２５
５２）に、また方向性けい素鋼板は（ＪＩＳ−Ｃ−２５
５３）に磁気特性の規格値などが規定されている。たと
えば厚み０．３５mmのけい素鋼板を比べた場合、無方向
性のけい素鋼板は周波数５０（Hz）、最大磁束密度１．
５（Ｔ）のもとで２．３０〜４．４０（Ｗ／Kg）の鉄損
値であり、方向性のけい素鋼板は同条件のもとで０．９
５〜１．１８（Ｗ／Kg）程度の鉄損値を示している。

【００１９】（実施例１）以下、本発明の第一の実施例
について図面を参照しながら説明する。

【００２０】図１において１は極歯単位ごとに分割され
た方向性けい素鋼板を使用した積層鉄心であり、図の矢
印は積層する方向性けい素鋼板の磁気的な方向性を有す
る方向を示している。２は積層鉄心１の極歯部に形成さ
れた絶縁部、３は巻線部、４は鉄心の分割面、５ａは分
割した積層鉄心に設けた突起部、５ｂは突起部５ａには
めこまれる凹部、６は分割した積層鉄心を溶接した溶接
部である。

【００２１】以上のように構成されたモータの固定子に
おいて、積層鉄心１は小型のプレス設備により極歯単位
ごとに方向性けい素鋼板の磁気的な方向性を一致させ、
積層された後極歯部に絶縁部２を形成し、外部巻線機に
より整列状に高密度に巻線部３を形成する。その後積層
鉄心１を所定数量、分割面４の突起部５を組み合わせて
円筒形状とした後、分割面４の外周端部を積層方向にレ
ーザ溶接し、溶接部１６を形成することにより必要な固
定子剛性を有した一体構造としている。

【００２２】このように本実施例によれば、極歯単位ご
とに方向性を有する積層鉄心１を形成し、極歯単位ごと
に高密度な整列状の巻線部３をほどこすことにより、巻
線密度の導体占積率７０％化が可能になる。また、積層
鉄心１の分割面４の外周端部に溶接部６を形成して一体
構造とすることにより、図４の従来例の構成である継部
２０が不用となり、モータ効率の低減を５〜１０％防止
できる。また、樹脂部２３が不用となり線間短絡のない
安定した固定子が得られる。さらに、方向性を有するけ
い素鋼板を使用した積層鉄心の採用により鉄損の低減が
可能となり、モータの効率の向上がはかることができる
とともに、損失の低減にともない、運転時のモータの温
度上昇を従来の無方向性のけい素鋼板を使用した積層鉄
心を採用した場合と比べて低くおさえることができる。
よってモータの使用温度環境の拡大を図ることが可能と
なる。また、積層鉄心の分割細分化によりプレス設備が
小型化され、生産効率を著しく向上させる効果もある。

【００２３】（実施例２）以下、本発明の第２の実施例
について図面を参照しながら説明する。

【００２４】図２において７は極歯単位ごとに分割さ
れ、方向性を有するけい素鋼板を使用した積層鉄心であ
り、図の矢印は積層する方向性けい素鋼板の磁気的な方
向性を有する方向を示している。８は積層鉄心７の極歯
部に形成された絶縁部、９は巻線部、１０は鉄心の分割
面、１１ａは積層鉄心の１の突起部、１１ｂは突起部１
１ａがはめ込まれる凹部で、以上は図１の構成と同様で
ある。

【００２５】図１の構成と異なるのは溶接部６のかわり
に接着層１２を構成していることである。

【００２６】以上のように構成されたモータの固定子に
おいて、積層鉄心７は小型のプレス設備により極歯単位
ごとに方向性けい素鋼板の磁気的な方向性を一致させ、
積層された後極歯部に絶縁部８を形成し、外部巻線機に
より整列状に高密度に巻線部９を形成する。その後積層
鉄心７を所定数量、分割面１０の突起部１１を組み合わ
せて円筒形状とした後、分割面１０に極めて薄い接着層
１２を形成することにより、必要な固定子剛性を有した
一体構造としている。

【００２７】このように本実施例によれば、極歯単位ご
とに方向性を有する積層鉄心を分割して積層鉄心７を形
成し、極歯単位ごとに高密度な整列状の巻線部９をほど
こすことにより巻線密度の導体占積率７０％化が可能に
なる。また、積層鉄心７の分割面１０に接着層１２を形
成して一体構造とすることにより、図４の従来例に構成
される継部２０が不用となり、モータ効率の５〜１０％
の低減を防止できる。

【００２８】また、樹脂部２３が不用となり線間短絡の
ない安定した固定子が得られる。さらに、方向性を有す
るけい素鋼板を使用した積層鉄心の採用により鉄損の低
減が可能となり、モータの効率の向上がはかることがで
きるとともに、損失の低減にともない運転時のモータの
温度上昇を従来の無方向性のけい素鋼板を使用した積層
鉄心を採用した場合と比べて低くおさえることができ
る。よって、最終的にはモータの使用温度環境の拡大を
はかることが可能となる。また、積層鉄心の分割細分化
によりプレス設備が小型化され、生産効率を著しく向上
させる効果もある。

【００２９】（実施例３）以下、本発明の第３の実施例
について図面を参照しながら説明する。

【００３０】図３において１３は極歯単位ごとに分割さ
れ、方向性を有するけい素鋼板を使用した積層鉄心であ
り、図の矢印は積層する方向性けい素鋼板の磁気的な方
向性を有する方向を示している。１４は積層鉄心１３の
極歯部に形成された絶縁部、１５は巻線部、１６は鉄心
の分割面で、以上は図１の構成と同様である。

【００３１】図１の構成と異なるのは、溶接部６のかわ
りに環状構造体１７を構成していることである。

【００３２】以上のように構成されたモータの固定子に
おいて、積層鉄心１３は小型のプレス設備により極歯単
位ごとに方向性けい素鋼板の磁気的な方向性を一致さ
せ、積層された後極歯部に絶縁部１４を形成し、外部巻
線機により整列状に高密度に巻線部１５を形成する。そ
の後積層鉄心１３を所定数量、分割面１６を組み合わせ
て円筒形状とした後、シメシロを有する環状構造体１７
に挿入し、積層鉄心１３を内径方向に押圧することによ
り必要な固定子剛性を有した一体構造としている。

【００３３】このように本実施例によれば、極歯単位ご
とに方向性を有する積層鉄心を分割して積層鉄心１３を
形成し、極歯単位ごとに高密度な整列状の巻線部１５を
ほどこすことにより巻線密度の導体占積率７０％化が可
能になる。また、積層鉄心１３の外周部に環状構造体１
７を設け、積層鉄心１３を内径方向に押圧して一体構造
として構成することにより、図４の従来例に構成される
継部２０が不用となり、モータ効率の５〜１０％の低減
を防止できる。また、樹脂部２３が不用となり線間短絡
のない安定した固定子が得られる。さらに、方向性を有
するけい素鋼板を使用した積層鉄心の採用により鉄損の
低減が可能となり、モータの効率の向上が図ることがで
きるとともに、損失の低減にともない運転時のモータの
温度上昇を従来の無方向性のけい素鋼板を使用した積層
鉄心を採用した場合と比べて低くおさえることができ
る。よって最終的にはモータの使用温度環境の拡大を図
ることが可能となる。また、積層鉄心の分割細分化によ
りプレス設備が小型化され、生産効率を著しく向上させ
る効果もある。

【００３４】なお、第一の実施例では溶接部６のみで必
要な固定子剛性を得るとしたが、第２の実施例の接着層
１２、第３の実施例の環状構造体１７を併用することに
より、さらに高い剛性を得られることはいうまでもな
い。

【００３５】

【発明の効果】以上のように本発明の固定子鉄心は、巻
線の高密度化（導体占積率７０％）と極歯間の継部廃止
が可能となり、省スペース化とモータ効率の大幅な向上
を達成でき、あわせて鉄損の低減により運転時のモータ
の温度上昇を低くおさえることができ、モータの使用可
能な温度環境を拡大することができる。さらに積層鉄心
の細分化により生産の安定性と効率をも向上させたモー
タの固定子を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における固定子の平面断
面図

【図２】本発明の第２の実施例における固定子の平面断
面図

【図３】本発明の第３の実施例における固定子の平面断
面図

【図４】従来の固定子の平面断面図

【図５】（ａ）他の従来例の樹脂封止前の固定子の外観
斜視図 （ｂ）同固定子の側面断面図

【符号の説明】

１，７，１３ 積層鉄心 ２，８，１４ 絶縁部 ３，９，１５ 巻線部 ４，１０，１６ 分割面 ５ａ，１１ａ 突起部 ５ｂ，１１ｂ 凹部 ６ 溶接部 １２ 接着層 １７ 環状構造体

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁極となる極歯単位ごとに円周方向に分割
   され、極歯の先端部より外周部方向に磁気的な方向性を
   有する電磁鋼板を積層した積層鉄心と、前記積層鉄心の
   磁極部に直交する巻線部を備え、前記積層鉄心の所定数
   量を前記積層鉄心に設けた突起部を介して保持し円筒形
   状とした後、前記積層鉄心の分割面の外周端部を積層方
   向に溶接したことを特徴とするモータの固定子。
2. 【請求項２】積層鉄心の分割面を接着したことを特徴と
   する請求項１記載のモータの固定子。
3. 【請求項３】円筒形状に保持した積層鉄心の外周部に連
   続した環状構造体を設け、前記積層鉄心を内径方向に押
   圧したことを特徴とする請求項１記載のモータの固定
   子。