JP2006345672A - 回転電機の固定子 - Google Patents

Abstract

【課題】組み立てし易く、性能の向上及びコストの低減が可能である回転電機の固定子を提供する。
【解決手段】回転子１１に対向する端面を拡径した鍔部を有する突極１７を、磁束方向に分割した複数のティース部１８を組み合わせて形成した。複数のティース部１８は、鍔部を構成する先端突起１８ａを有する鍔構成部と、先端突起１８ａを有しない歯構成部とからなる。鍔構成部は、間に空間を有して両側に配置される一対のティース側端部２０，２１からなり、歯構成部は、両側に配置されたティース側端部２０，２１の対向面に沿った移動により空間に格納されるティース中央部２２からなる。
【選択図】図１

Description

この発明は、回転電機の固定子に関し、特に、ディスクロータを備えたアキシャルギャップ型構造を有する回転電機の固定子に関する。

従来、電動機のステータコアは、珪素鋼板等の電磁鋼板を回転軸方向に積層した積層コアにより形成する他、鉄合金粉末やフェライト粉末等の強磁性体粉末と絶縁性粘結剤との混合物を圧縮焼成又は圧縮成形した圧粉コアにより形成することが知られている。積層コアにより形成する場合、電磁鋼板を積層して立方体形状にした積層鋼板をワイヤーカットにより所望の形状に切断成形する。

また、コア本体を軟磁性金属系粉末にて一体に成形した「モータ用コア及び直流モータ」（特許文献１参照）が知られている。この「モータ用コア及び直流モータ」は、大型化の防止を目的として、アキシャルギャップ電動機のモータ用コアの分割構成に関し、突極と補助突極ヨーク（継鉄部）とティース（歯部）の形状及び嵌合方法について開示している。
特開２００３−７９１２０号公報

しかしながら、電磁鋼板を用いてモータ用コアを製造する場合、実質的にワイヤーカットにより切断して成形するしかないため、コストが高くなってしまうのが避けられず、また、ヨークに余剰部分が多くなって重くなってしまう。更に、ティースとヨークの接合部でループ損失が出易い。また、コギングトルクを低減するためのティース部先端突起（鍔）構造を形成することが容易ではなく、ティース部先端突起（鍔）構造を形成したとしても、組み立てがし難くなってしまう。更に、組立工程を容易にするコイルのボビン巻を使い難い。

一方、圧粉材料を用いてティース部先端突起（鍔）構造を形成する場合、アンダーカットが存在するため、プレス成形で製造することができず、また、圧粉材料を用いて全体を形成した場合、トルク性能が電磁鋼板を用いた場合に比べ低下してしまい、更に、低回転域の効率が低下する可能性がある。
この発明の目的は、組み立てし易く、性能の向上及びコストの低減が可能である回転電機の固定子を提供することである。

上記目的を達成するため、この発明に係る回転電機の固定子は、回転子に対向する端面を拡径した鍔部を有する突極を、磁束方向に分割した複数の歯部を組み合わせて形成している。

この発明によれば、固定子を構成する、回転子に対向する端面を拡径した鍔部を有する突極を、磁束方向に分割した複数の歯部を組み合わせることにより形成することができる。このため、組み立てし易く、性能の向上及びコストの低減が可能である。

以下、この発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
（第１実施の形態）
図１は、この発明の第１実施の形態に係る固定子を有する回転電機の断面図である。図１に示すように、回転電機の固定子（ステータ）１０は、回転子（ディスクロータ）１１と共に回転電機１２を構成しており、回転電機１２は、固定子１０と回転子１１の対向面が、回転軸１３の中心軸方向に直交して配置されているアキシャルギャップ型構造を有する。回転子１１の固定子１０との対向面側には、磁石１１ａが埋設されている。

この回転電機１２の外装部は、有低円筒状のフロントケース１４と円筒状のリアケース１５を円筒状に一体的に組み合わせ、リアケース１５の開口を、カバー１６で塞ぐことにより形成される。回転子１１と一体化した回転軸１３は、フロントケース１４に軸受け１４ａを介して、リアケース１５に軸受け１５ａを介して、回転自在に保持されている。回転軸１３の一端は、駆動力取り出し部として、シール部材１４ｂに封止されてフロントケース１４から突出し、他端は、シール部材１６ａに封止されてカバー１６に覆われている。

固定子１０は、回転軸１３の周囲に位置するようにフロントケース１４の内部に固着されており、突出端を回転子１１に対向させ略等間隔離間して配置された複数の突極１７（図２参照）を有する。この突極１７は、フロントケース１４に固着された円環状のバックコア部（図示しない）に突設されている。

図２は、図１の固定子の突極を示し、（ａ）は全体斜視図、（ｂ）は固定子コイルにティース側端部を装着する説明図、（ｃ）はティース側端部の間にティース中央部を装着する説明図である。図２に示すように、突極１７は、固定子周方向（回転軸１３の軸線方向に直交する方向）に沿う断面が、内周側（回転軸１３側）と外周側の両辺端部をそれぞれ等しい長さの斜辺で結んだ外周側が広い台形状を有しており、ティース（歯）部１８と、ティース部１８の周囲に装着された固定子コイル１９からなる（（ａ）参照）。

ティース部１８は、回転子１１に対向する先端側に、固定子周方向に沿って両側に拡大した鍔（外向きフランジ）状の先端突起１８ａを有し、バックコア部に装着される基端側に、固定子周方向に沿って両側に拡大したヨーク部１８ｂを有している（（ａ），（ｂ）参照）。

ティース部１８は、磁束方向である固定子周方向に沿って３分割されており、２個のティース側端部２０，２１と、両ティース側端部２０，２１の間に挟持されるティース中央部２２からなる（（ａ）参照）。ティース中央部２２は、下端（バックコア部側）のヨーク部両側に突出する段差凸部２２ａを有する、固定子周方向に沿う断面が長方形となる立方体状に形成されている（（ｃ）参照）。２個のティース側端部２０，２１は、ティース部１８からティース中央部２２を除いて回転軸１３の中心軸方向に沿って二分した、対向面を対称面とする面対称形状（即ち、鏡に映した形状）に形成されている（（ｂ）参照）。

また、２個のティース側端部２０，２１のそれぞれの外側面には、先端突起１８ａ及びヨーク部１８ｂが形成されており、それぞれの内側面には、ティース中央部２２の段差凸部２２ａが上方移動不能に嵌合係止する溝状凹部２０ａ，２１ａが形成されている（（ｂ）参照）。

このティース部１８の一部とヨーク部１８ｂを構成するティース側端部２０，２１は、圧粉材料を用いて、ティース側端部２０，２１とヨーク部１８ｂ側で嵌合しティース部１８の一部を構成するティース中央部２２は、電磁鋼板或いは圧粉材料を用いて、それぞれ形成される。

固定子コイル１９は、ティース部１８の先端突起１８ａとヨーク部１８ｂの間の外周形状に対応した形状を有するボビン２３に、予め、コイル２４を巻回して形成されている（（ｂ）参照）。固定子コイル１９が装着されたティース部１８は、コイル２４の上方に先端突起１８ａが、下方にヨーク部１８ｂが、それぞれ露出している（（ａ）参照）。

このような構成を有することにより、突極１７は、以下の工程を経て形成される。先ず、予めコイル２４を巻回したボビン２３の内部に、背中合わせにした両ティース側端部２０，２１を挿入する（（ｂ）参照）。次に、ボビン２３内の両ティース側端部２０，２１をそれぞれボビン２３に密着させて互いに離間させ、両ティース側端部２０，２１の間に空間を形成し、この空間に、両ティース側端部２０，２１の下方からティース中央部２２を挿入する（（ｂ）参照）。

空間に挿入したティース中央部２２が上方移動して、段差凸部２２ａが、両ティース側端部２０，２１の溝状凹部２０ａ，２１ａに嵌合係止する。この結果、ティース中央部２２は、上方移動不能に両ティース側端部２０，２１の間に嵌合状態に装着されて、両ティース側端部２０，２１と一体化し、突極１７が形成される（（ａ）参照）。

上述したように、この固定子１０は、各突極１７を構成するティース部１８を、回転子１１に対向する先端部の磁束方向に、３分割して形成している。このため、ティース部１８を分割することで、ボビン２３を用いて鍔状の先端突起１８ａを有するステータコアを形成することができる。また、ステータコアの一部を電磁鋼板で置き換えることが可能になるので、固定子１０の性能を向上させると共にコストを低減することができる。

また、ステータコアの構成部品を圧粉材料で形成する場合に、構成部品からネック部を無くすことができるので、熱間プレスを用いた製造が可能になる。また、両ティース側端部２０，２１とティース中央部２２がヨーク部１８ｂ側で嵌合しているため、ティース部１８に電磁吸引力がかかっても、抜けることはない。また、電磁鋼板は、通常の打ち抜きで製造できる形状にすることができるため、コストも低減できる。

なお、ティース部１８は、３分割に限らず、４以上に分割しても良く、２個のティース側端部２０，２１は、固定子周方向に沿う断面形状を台形状に形成する他、固定子周方向に沿う断面形状を矩形状に形成しても良い。固定子周方向に沿う断面形状を矩形状に形成した場合、ティース中央部２２の固定子周方向に沿う断面形状を台形状に形成して対応する。これにより、２個のティース側端部２０，２１を同一形状に形成して、単一部品とすることができる。

また、ティース部１８に形成した、ティース中央部２２の上方移動を規制する嵌合部は、段差形状（段差凸部２２ａと溝状凹部２０ａ，２１ａ）に限るものではなく、上方が狭まったテーパ形状でも良い。なお、ティース中央部２２を電磁鋼板を用いて形成した場合、両ティース側端部２０，２１との間に電気的な絶縁を施す。

（第２実施の形態）
図３は、この発明の第２実施の形態に係る固定子の突極の構成を示す斜視図である。図３に示すように、ティース部２５は、２個のティース側端部２０，２１に代えて、ヨーク部２５ｂの固定子周方向外側に、互いに組み合わされる段差状の係止部が形成された、２個のティース側端部２６，２７を有する。その他の構成及び作用は、ティース部１８と同様である。

２個のティース側端部２６，２７には、隣接するティース部２５の隣り合うティース側端部２７とティース側端部２６が、相互に係止するように、ティース側端部２６に、段差凸部２６ａが、ティース側端部２７に、段差凸部２６ａに対応する段差凹部２７ａが、それぞれ形成されている。従って、隣接するティース部２５の隣り合うティース側端部２７とティース側端部２６は、段差凹部２７ａに段差凸部２６ａが挿入係止することにより、嵌合状態となって一体化し位置決め固定される。

なお、隣り合う両ティース側端部２６，２７の合わせ面は、ティース側端部２６に段差凹部を形成し、ティース側端部２７に段差凸部を形成しても良く、段差凸部と段差凹部に代えて、相互に対応するテーパ形状としても良い。

（第３実施の形態）
図４は、この発明の第３実施の形態に係る固定子の突極を示し、（ａ）は全体斜視図、（ｂ）は固定子コイルにティース側端部を装着する説明図、（ｃ）はティース側端部の間にティース中央部を装着する説明図である。図４に示すように、突極３０は、両ティース側端部２０，２１とティース中央部２２からなるティース部１８に代えて、ヨークを形成するティース側端部と先端突起を形成するティース中央部からなるティース部３１を有する。その他の構成及び作用は、突極１７と同様である。

突極３０は、ティース部３１と、ティース部３１の周囲に装着された固定子コイル１９からなる（（ａ）参照）。ティース部３１は、ヨーク部３１ａを有する二種類のティース側端部３２，３３と、両ティース側端部３２，３３の間に挟持されて先端突起３１ｂを有するティース中央部３４からなる（（ａ），（ｂ），（ｃ）参照）。

ティース側端部３２は、固定子周方向に沿う断面が長方形となる立方体の下端（バックコア部側）にヨーク部３１ａを有すると共に、上端が鍔（外向きフランジ）状に僅かに突出するＬ字状に形成されている。ティース側端部３３は、２個のティース側端部３２，３２を背中合わせに、即ち、ヨーク部３１ａの突出端同士を突き合わせて一体化した、略Ｕ字状に形成されている（（ｂ）参照）。

ティース中央部３４は、固定子周方向に沿う断面が、内周側（回転軸１３側）と外周側の両辺端部をそれぞれ等しい長さの斜辺で結んだ外周側が広い台形状を有しており、両ティース側端部３２，３３の間に挟持される。
ティース中央部３４を両ティース側端部３２，３３の間に挟持した状態で、ティース部３１は、ティース部１８と同様の台形状に形成され、ティース部１８のヨーク部１８ｂと同様のヨーク部３１ａと共に、全周囲に広がった先端突起３１ｂを有する。

このティース部１８の一部とヨーク部３１ａを構成するティース側端部３２，３３は、電磁鋼板或いは圧粉材料を用いて、先端突起３１ｂを有しティース部１８の一部を構成するティース中央部３４は、圧粉材料を用いて、それぞれ形成される。

このような構成を有することにより、突極３０は、以下の工程を経て形成される。先ず、固定子コイル１９を２個並べて、両固定子コイル１９の接触部分を挟み込むように、下方からティース側端部３３を装着する（（ｂ）参照）。また、各固定子コイル１９の内部に、下方から、ティース側端部３３とは反対側に位置するようにティース側端部３２を挿入配置する。次に、各固定子コイル１９の両ティース側端部３２，３３の間に形成された空間に、上方からティース中央部３４を挿入する（（ｃ）参照）。この結果、ティース中央部３４は、両ティース側端部３２，３３の間に嵌合状態に装着されて、両ティース側端部３２，３３と一体化し、突極３０が形成される（（ａ）参照）。

上述したように、この突極３０は、ティース部１８を、ティース部１８の一部とヨーク部３１ａを有するティース側端部３２、ティース部１８の一部とヨーク部３１ａを有して隣り合う２個の突極３０にかかるティース側端部３３、及びティース部１８の一部と先端突起３１ｂを有するティース中央部３４で構成している。

このように、ティース部１８の両端部材を、隣接するコア同士で共有しているので、円環状の固定子全体が連結した状態になり、強度が増す。また、中心部材（ティース中央部３４）を圧粉で作製する際、ネック部がないので、熱間プレスで製造することができる。また、両端部材（ティース側端部３２，３３）は、圧粉材料の他、電磁鋼板を使用することができ、性能が向上する。また、電磁鋼板は、通常の打ち抜きで製造できる形状にすることができるため、コストも低減できる。更に、両端部材に電磁鋼板を用いた場合、固定子の剛性が向上する。

なお、突極３０は、両ティース側端部３２，３３を電磁鋼板を用いて形成した場合でも、ティース中央部３４と逆側の側面は導電体に接していないので、ティース中央部３４との境界面に、必ずしも絶縁処理を施さなくても良い。

（第４実施の形態）
図５は、この発明の第４実施の形態に係る固定子の突極の固定状態を示し、（ａ）は、ティース部に設けた係止穴の説明図、（ｂ）は、係止穴に爪が係止した状態の説明図である。図６は、この発明の第４実施の形態に係る固定子の突極の他の固定状態を示し、（ａ）は、ティース部に設けたねじ穴の説明図、（ｂ）は、ねじ穴に係止ねじが係止した状態の説明図である。

図５に示すように、ティース部１８を構成するティース側端部２０，２１のヨーク部１８ｂ外周面に、切欠き状の係止凹部３５を形成する（（ａ）参照）。ティース部１８に固定子コイル１９を装着した突極１７を、フロントケース１４（図１参照）に配置し、フロントケース１４の内周面側の係止凹部３５に対応する位置に、係止用の爪３６を、係止凹部３５に対して進出退避自在に装着する。

この爪３６のフロントケース１４側の端部に当接するように、フロントケース１４には、爪３６に対し進出退避自在にねじ３７が羅着されている。従って、ねじ３７をフロントケース１４に押し込んだねじ３７の進出時、爪３６はティース部１８に向かって進み、その進出端が係止凹部３５に入り込んで、突極１７をフロントケース１４に固着することができる。フロントケース１４の所定位置に複数の突極１７を配置固定することにより、固定子１０が形成される。

図６に示すように、ティース部１８を構成するティース側端部２０，２１の底面（ヨーク部１８ｂ側の端面）に、雌ねじ３８を形成する（（ａ）参照）。ティース部１８に固定子コイル１９を装着した突極１７を、フロントケース１４（図１参照）に配置し、フロントケース１４の回転軸１３突出端側の雌ねじ３８に対応する位置に、雄ねじ３９を、雌ねじ３８に対して進出退避自在に装着する。従って、雄ねじ３９を雌ねじ３８にねじ込むことにより、突極１７をフロントケース１４に固着することができる。フロントケース１４の所定位置に複数の突極１７を配置固定することにより、固定子１０が形成される。

なお、ティース側端部２０，２１の間に挟持されるティース中央部２２の固定は、例えば、接着材を用いて行うが、これに限らず、他の固定方法を用いても良い。また、この実施の形態では、ティース部１８について説明したが、ティース部２５、ティース部３１についても同様である。

（第５実施の形態）
図７は、この発明の第５実施の形態に係る固定子のティース部を示し、（ａ）はコギング低減溝の斜視説明図、（ｂ）は他のコギング低減溝の斜視説明図、（ｃ）は更に他のコギング低減溝の斜視説明図である。図７に示すように、ティース部４０は、回転子１１側端面に、端面放射方向に沿ってコギング低減溝を有している。

コギング低減溝４１ａは、両ティース側端部２０，２１（図２参照）と、ティース中央部２２（図２参照）の回転子１１対向面両側の稜線部分を段差状に切り欠いたティース中央部４２を組み合わせて形成されている（（ａ）参照）。また、両ティース側端部２０，２１（図２参照）の回転子１１対向面内側の稜線部分を段差状に切り欠いた両ティース側端部４３，４４と、ティース中央部２２（図２参照）を組み合わせて（（ｂ）参照）、コギング低減溝４１ｂを形成しても良く、或いは、両ティース側端部４３，４４とティース中央部４２を組み合わせて（（ｃ）参照）、コギング低減溝４１ｃを形成しても良い。

上述したように、ティース部４０の回転子１１側端面に、２本のコギング低減溝４１ａ（４１ｂ，４１ｃ）を形成することにより、回転子１１の回転時に発生するコギングを低減することができる。なお、コギング低減溝４１ａ（４１ｂ，４１ｃ）は、２本に限らず１本或いは３本以上でも良い。

上記各実施の形態において説明したように、この発明に係る回転電機の固定子１０は、回転子１１に対向する端面を拡径した鍔部（先端突起１８ａ）を有する突極１７を、磁束方向に分割した複数の歯部を組み合わせて形成しており、複数の歯部は、鍔部を構成する突起部を有する鍔構成部である、間に空間を有して両側に配置される一対のティース側端部２０，２１と、突起部を有しない歯構成部である、両側に配置された鍔構成部の対向面に沿った移動により空間に格納されるティース中央部２２とからなる。

そして、一対のティース側端部２０，２１とティース中央部２２は、ティース中央部２２の上方移動によって空間に格納され、格納時より上方への移動を規制する規制手段（溝状凹部２０ａ，２１ａ及び段差凸部２２ａ）を有する。

また、歯構成部は、間に空間を有して両側に配置されるティース側端部３２、及び隣接する突極を形成するために隣り合うティース側端部３２を一体化して形成した略Ｕ字状ティース側端部３３からなり、鍔構成部は、両側に配置されたティース側端部３２と略Ｕ字状ティース３３の対向面に沿った移動により空間に格納されるティース中央部３４からなる。そして、ティース側端部３２及び略Ｕ字状ティース側端部３３とティース中央部３４は、ティース中央部３４の下方移動によって空間に格納される。

このように、この発明によれば、固定子を構成する、回転子に対向する端面を拡径した鍔部を有する突極を、磁束方向に分割した複数の歯部を組み合わせることにより形成することができるので、組み立てし易く、性能の向上及びコストの低減が可能である。

この発明の第１実施の形態に係る固定子を有する回転電機の断面図である。 図１の固定子の突極を示し、（ａ）は全体斜視図、（ｂ）は固定子コイルにティース側端部を装着する説明図、（ｃ）はティース側端部の間にティース中央部を装着する説明図である。 この発明の第２実施の形態に係る固定子の突極の構成を示す斜視図である。 この発明の第３実施の形態に係る固定子の突極を示し、（ａ）は全体斜視図、（ｂ）は固定子コイルにティース側端部を装着する説明図、（ｃ）はティース側端部の間にティース中央部を装着する説明図である。 この発明の第４実施の形態に係る固定子の突極の固定状態を示し、（ａ）は、ティース部に設けた係止穴の説明図、（ｂ）は、係止穴に爪が係止した状態の説明図である。 この発明の第４実施の形態に係る固定子の突極の他の固定状態を示し、（ａ）は、ティース部に設けたねじ穴の説明図、（ｂ）は、ねじ穴に係止ねじが係止した状態の説明図である。 この発明の第５実施の形態に係る固定子のティース部を示し、（ａ）はコギング低減溝の斜視説明図、（ｂ）は他のコギング低減溝の斜視説明図、（ｃ）は更に他のコギング低減溝の斜視説明図である。

符号の説明

１０ 固定子
１１ 回転子
１１ａ 磁石
１２ 回転電機
１３ 回転軸
１４ フロントケース
１４ａ，１５ａ 軸受け
１４ｂ，１６ａ シール部材
１５ リアケース
１６ カバー
１７，３０ 突極
１８，２５，３１，４０ ティース部
１８ａ，３１ｂ 先端突起
１８ｂ，２５ｂ，３１ａ ヨーク部
１９ 固定子コイル
２０，２１，２６，２７，３２，３３，４３，４４ ティース側端部
２０ａ，２１ａ 溝状凹部
２２，３４，４２ ティース中央部
２２ａ 段差凸部
２３ ボビン
２４ コイル
３５ 係止凹部
２６ａ 段差凸部
２７ａ 段差凹部
３６ 爪
３７ ねじ
３８ 雌ねじ
３９ 雄ねじ
４１ コギング低減溝

Claims (7)

1. 回転子に対向する端面を拡径した鍔部を有する突極を、磁束方向に分割した複数の歯部を組み合わせて形成した回転電機の固定子。
2. 前記複数の歯部は、前記鍔部を構成する突起部を有する鍔構成部と、前記突起部を有しない歯構成部とからなる請求項１に記載の回転電機の固定子。
3. 前記鍔構成部は、間に空間を有して両側に配置される一対のティース側端部からなり、前記歯構成部は、両側に配置された前記鍔構成部の対向面に沿った移動により前記空間に格納されるティース中央部からなる請求項２に記載の回転電機の固定子。
4. 前記鍔構成部と前記歯構成部は、前記歯構成部の上方移動によって前記空間に格納され、格納時より上方への移動を規制する規制手段を有する請求項３に記載の回転電機の固定子。
5. 前記歯構成部は、間に空間を有して両側に配置されるティース側端部、及び隣接する突極を形成するために隣り合う前記ティース側端部を一体化して形成した略Ｕ字状ティース側端部からなり、前記鍔構成部は、両側に配置された前記ティース側端部と前記略Ｕ字状ティースの対向面に沿った移動により前記空間に格納されるティース中央部からなる請求項２に記載の回転電機の固定子。
6. 前記歯構成部と前記鍔構成部は、前記鍔構成部の下方移動によって前記空間に格納される請求項５に記載の回転電機の固定子。
7. 前記鍔構成部は圧粉材料により、前記歯構成部は電磁鋼板或いは圧粉材料により、それぞれ形成する請求項２から７のいずれか一項に記載の回転電機の固定子。

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