JP2006271088A - アウターロータ用固定子 - Google Patents

Abstract

【課題】固定子の外周を研磨することなくコイルの占積率を高めることが可能なアウターロータ用固定子を提供する。
【解決手段】
固定子１０は、センターコア１１と、リングティース１２と、コイル１３とより形成されている。センターコア１１は、円筒状に形成されたヨーク２１と、ヨーク２１の外周面から外方に向かって延びる複数のティース２２とより構成されている。リングティース１２は、センターコア１１と同一高さを有するティース副部３１が、ティース２２と同数だけ円環状に連結されて構成されている。そして、予め巻回されたコイル１３をセンターコア１１の径方向から各ティース２２に係合させ、その後、コイル１３の径方向への移動を規制させるべくセンターコア１１の軸線方向からリングティース１２を圧入させることにより、本実施形態の固定子１０を得ることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アウターロータ用固定子に関するものである。

従来のアウターロータ型モータでは、例えば図４に示すように、ヨーク１とティース２が一体形成されたセンターコアに、周知の巻線機３を用いてコイル４を巻回することにより形成された固定子が一般に用いられている。

しかしながら、かかる構成の固定子の場合、各ティース２の間に巻線機３のノズルが挿入されるため、隣接するティース２の間隔が巻線機３のノズル径により制約を受けることとなる。また、各ティース２に巻回されたコイル４の間には少なくとも巻線機３のノズル径分の隙間が生じることとなり、コイル４の占積率も巻線機３のノズル径により制約を受けることとなる。故に、上記構成の固定子にて高トルクを得るためには、センターコアを軸線方向又は径方向に大型化する必要があった。

そこで近年では、上記問題を解消すべく、ティース先端部２ａをティース２と別体構造とし、コイル４をティース２に巻回した後にティース先端部２ａをセンターコアの径方向から取り付ける固定子が提案されている（例えば特許文献１参照）。

しかしながら、ティース先端部２ａをセンターコアの径方向から取り付ける構成とした場合、図５に示すように、ティース先端部２ａをティース２に組み付けた際の組み付け誤差等により、固定子の同心度を得られないという新たな問題が生じる可能性が高い。このため、ティース先端部２ａをティース２に組み付けた後に、同心度を確保すべくティース先端部２ａの外周を研磨する工程が別途必要となり、固定子のコストアップが懸念されることとなった。
特開平１０−１４５９９０号公報

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、固定子の外周を研磨することなくコイルの占積率を高めることが可能なアウターロータ用固定子を提供することを目的とするものである。

以下、上記課題を解決するのに有効な手段等につき、必要に応じて効果等を示しつつ説明する。なお以下においては、理解の容易のため、発明の実施の形態において対応する構成を括弧書き等で適宜示すが、この括弧書き等で示した具体的構成に限定されるものではない。

手段１．円筒状のヨーク（ヨーク２１）の外周面から径方向に複数のティース（ティース２２）を突出させたセンターコア（センターコア１１）と、
前記各ティースに巻回されたコイル（コイル１３）と
を備えたアウターロータ用固定子において、
前記各ティースを、前記センターコアに形成されると共に前記コイルが巻回されるティース主部（ティース２２）と、前記コイルが前記径方向のうち外方へ移動することを規制するティース副部（ティース副部３１）とよりなる別体構造とし、
前記センターコアの軸線方向のうち少なくとも一方に開口する溝部（溝部３３）を前記ティース主部又は前記ティース副部の一方に設け、前記溝部と係合する突出部（突条２３）を前記ティース主部又は前記ティース副部の他方に設け、前記ティース副部は、前記センターコアの軸線方向から前記ティース主部に取り付けられていることを特徴とするアウターロータ用固定子。

手段１によれば、コイルが径方向のうち外方へ移動することを規制するティース副部は、ティース主部と別体に構成されている。かかる構成とすることにより、巻線機のノズル径に制約を受けることなくティース間の距離やコイルの占積率を設定することが可能となり、センターコアを軸線方向又は径方向に大型化することなくコイルの占積率を高めることが可能となる。また、ティース主部とティース副部をセンターコアの軸線方向から係合可能な構成とすることにより、ティース主部にティース副部を組み付けた際の組み付け誤差等に起因してアウターロータ用固定子の同心度が得られなくなることを抑制することが可能となる。軸線方向から係合させる場合、アウターロータ用固定子の径方向には組み付け誤差が生じ難いからである。故に、アウターロータ用固定子の外周を研磨する工程が不要となり、アウターロータ用固定子の製造工程が繁雑化することに伴うコストアップを抑制することが可能となる。

手段２．上記手段１において、前記各ティース副部を、前記センターコアの中心軸線を中心とする円環を形成するように連結したことを特徴とする請求項１記載のアウターロータ用固定子。

手段２によれば、各ティース副部は、センターコアの中心軸線を中心とする円環状に連結されている。故に、各ティース副部を一度に各ティース主部に対して組み付けることが可能となり、アウターロータ用固定子の製造工程が繁雑化することを抑制することが可能となる。

手段３．上記手段２において、前記各ティース副部の少なくとも軸線方向両端部には、前記円環を形成すべく周方向に隣り合うティース副部を連結する連結部（連結部３２）を設けたことを特徴とするアウターロータ用固定子。

手段３によれば、隣り合うティース副部は、少なくとも軸線方向の両端部を連結部により連結されている。かかる構成とすることにより、隣り合うティース副部の間に空隙部を形成することが可能となり、トルクの低下を軽減させることが可能となる。

手段４．上記手段３において、前記ティース主部に前記突出部を設けると共に前記ティース副部に前記溝部を設け、該溝部を、前記連結部の内周壁より内周側となるように形成したことを特徴とするアウターロータ用固定子。

手段４によれば、ティース主部に突出部が設けられ、ティース副部に溝部が設けられる。かかる構成とすることにより、アウターロータ用固定子が大型化することやトルクが低下することを抑制することが可能となる。ティース主部に溝部を設けると共にティース副部に突出部を設ける構成とした場合、軸線方向からティース副部を係合させる構成においては、ティース主部の少なくとも溝部が形成された部位にコイルを巻回できず、同一径を有するアウターロータ用固定子と比較してコイルの占積率が低下してしまうからである。また、溝部を連結部の内周壁より内周側となるよう形成することにより、ティース副部とティース主部とを所定角度だけずらして打ち抜く構成とすれば、円環状に連結されたティース副部と同一径を有する１の円板部材又は円柱部材から、ティース主部，ティース副部及びセンターコアを打ち抜くことが可能となる。故に、アウターロータ用固定子のコストアップを抑制することが可能となる。

手段５．上記手段１乃至手段３のいずれかにおいて、前記突出部を前記ティース主部に設け、前記溝部を前記ティース副部に設けたことを特徴とするアウターロータ用固定子。

手段５によれば、ティース主部に突出部が設けられ、ティース副部に溝部が設けられる。かかる構成とすることにより、アウターロータ用固定子が大型化することやトルクが低下することを抑制することが可能となる。ティース主部に溝部を設けると共にティース副部に突出部を設ける構成とした場合、軸線方向からティース副部を係合させる構成においては、ティース主部の少なくとも溝部が形成された部位にコイルを巻回できず、同一径を有するアウターロータ用固定子と比較してコイルの占積率が低下してしまうからである。

手段６．上記手段１乃至手段５のいずれかにおいて、前記突出部を前記軸線方向に延びる突条に形成し、前記溝部を前記軸線方向に貫通させたことを特徴とするアウターロータ用固定子。

手段６によれば、突出部は軸線方向に延びる突条に形成されており、溝部は軸線方向に貫通されている。かかる構成とすることにより、ティース副部をティース主部に組み付ける際に方向性が生じることを防止することが可能となり、アウターロータ用固定子の製造工程が繁雑化することを抑制することが可能となる。また、突条を溝部に係合させながらティース副部又はティース主部を軸線方向に移動させればよいため、例えば軸線方向に突出部を複数設けた構成と比較して、組み付け作業性を向上させることが可能となる。

手段７．上記手段１乃至手段６のいずれかにおいて、前記センターコア及び前記各ティースを、金属製薄板を積層して形成したことを特徴とするアウターロータ用固定子。

手段７によれば、センターコア及び各ティースは、金属製薄板を積層して形成される。かかる構成とすることにより、比較的高い精度でアウターロータ用固定子を形成することが可能となる。また、本手段と上記手段３との組合せによれば、連結部を含むティース副部が形成される金属製薄板については隣り合うティース副部を連結させて形成し、それ以外のティース副部が形成される金属製薄板については前記連結部を除いて形成し、それらを積層すればよいので、連結部の有無を金属製薄板からの打抜等による段階で決定することができる。

以下、本発明を具体化した一実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。図１は固定子１０の主要な構成を分解して示す斜視図、図２は固定子１０の平面図である。

本実施形態の固定子１０は、図１，２に示すように、センターコア１１と、リングティース１２と、コイル１３とより形成されている。

センターコア１１は、円筒状に形成されたヨーク２１と、ヨーク２１の外周面から外方に向かって延びる複数（本実施形態では１８本）のティース２２とより構成されている。ティース２２は、ヨーク２１と同一高さに形成されると共に、ヨーク２１に対して等間隔（本実施形態では２０度間隔）に配置されている。また、各ティース２２の先端部中央には、センターコア１１の軸線方向に延びると共に矩形の断面形状を有する突条２３がそれぞれ形成されている。

リングティース１２は、センターコア１１と同一高さを有するティース副部３１が、ティース２２と同数だけ円環状に連結されて構成されている。また、リングティース１２は、ティース副部３１が等間隔（本実施形態では２０度間隔）に配置されると共に、各ティース副部３１の上端部及び下端部が連結部３２にて連結されて構成されている。各ティース副部３１は、リングティース１２の周方向に横長となるように、且つ径方向の幅がヨーク２１と比較して狭くなるように形成されている。各ティース副部３１の外周側は、ヨーク２１と同心かつ半径の大きな円周上に位置する円弧状に形成されている。各ティース副部３１の内周側は、周方向両端側ほどヨーク２１から離れるように形成されている。従って、各ティース副部３１は、周方向両端ほど徐々に先細りとなるように形成されている。また、各ティース副部３１の内周側中央部には、リングティース１２の軸線方向に貫通する溝部３３がそれぞれ形成されており、溝部３３は、連結部３２の内周面より内周側となるように且つティース２２の突条２３と係合可能に形成されている（図２参照）。つまり、リングティース１２は、各ティース副部３１の溝部３３がセンターコア１１の突条２３と係合するように、且つリングティース１２の外周面がヨーク２２と同心円となるように形成されている。

コイル１３は、例えばセンターコア１１のティース２２形状と対応した治具に、巻線機等により予め巻回された空芯コイル構造となっている。

そして、予め巻回されたコイル１３をセンターコア１１の径方向から各ティース２２に係合させ、その後、コイル１３の径方向への移動を規制させるべくセンターコア１１の軸線方向からリングティース１２を圧入させることにより、図２に示す本実施形態の固定子１０を得ることができる。このとき、各ティース副部３１は、連結部３２によりセンターコア１１の径方向への移動が規制され、突条２３によりセンターコア１１の周方向への移動が規制される。

ここで、センターコア１１及びリングティース１２は、薄板状の金属板から打ち抜かれたシートが多数積層された積層構造を有している。センターコア１１を形成するコアシート１１ａと、リングティース１２を形成するティースシート１２ａは、１枚の金属製円板４１から打ち抜かれて形成されている。図３（ａ）に示すように、コアシート１１ａは、金属製円板４１の中心とコアシート１１ａの中心が一致するようにして打ち抜かれる。ティースシート１２ａは、金属製円板４１の外周に沿うようにして、且つコアシート１１ａのティース片２２ａとティースシート１２ａのティース副部片３１ａとが１０度ずれるようにして打ち抜かれる。このとき、下端部及び上端部に積層される各２枚のティースシート１２ａは、図３（ａ），（ｂ）に示すように、各ティース副部片３１ａが連結部片３２ａにより連結されたリング状に打ち抜かれる。そして、中央部に積層されるティースシート１２ａは、図３（ｃ）に示すように、各ティース副部片３１ａが連結部片３２ａから切り離されて打ち抜かれる。

上述した通り、ティース２２はヨーク２１に２０度間隔で配置されており、ティース副部３１もリングティース１２に２０度間隔で配置されている。また、ティース副部３１の内周側左右両端部を切り欠いた形状とすると共に、ティース副部３１の溝部３３を連結部３２の内周面より内周側となるように形成しているため、コアシート１１ａとティースシート１２ａを１０度ずらすことにより、１枚の金属製円板４１からコアシート１１ａとティースシート１２ａとを効率よく打ち抜くことができる。ティース副部３１の内周側左右両端部を切り欠くことにより、ティース副部片３１ａとティース片２２ａとが干渉することを回避することが可能となり、ティース副部３１の溝部３３を連結部３２の内周面より内周側となるように形成することにより、連結部片３２ａと突条片２３ａとが干渉することを回避することが可能となるからである。

そして、コアシート１１ａを多数積層した上でヨーク２２の所定箇所を積層方向からかしめ固定することにより、図１に示すセンターコア１１を得ることができる。また、リング状のティースシート１２ａを２枚積層し、その上にティース副部片３１ａが切り離されたティースシート１２ａを複数枚積層し、さらにその上にリング状のティースシート１２ａを２枚積層した上で各ティース副部３１の略中央部を積層方向からかしめ固定することにより、図１に示すリングティース１２を得ることができる（かしめ部３４については図１，図２を参照）。

以上詳述した本実施の形態によれば、以下の優れた効果を奏する。

リングティース１２をセンターコア１１の軸線方向から圧入させる構成とすることにより、組み付け誤差等に起因して固定子１０の同心度が得られなくなることを抑制することが可能となる。軸線方向から圧入させる場合、少なくとも固定子１０の径方向には組み付け誤差が生じ難いからである。故に、固定子１０の外周を研磨する工程が不要となり、固定子１０の製造工程が繁雑化することに伴うコストアップを抑制することが可能となる。

リングティース１２をティース副部３１が円環状に連結された構成とすることにより、各ティース副部３１を一度に各ティース２２に対して組み付けることが可能となり、固定子１０の製造工程が繁雑化することを抑制することが可能となる。また、かかる構成においては、連結部３２により各ティース副部３１の径方向への移動が規制されるため、突条２３及び溝部３３の形状を比較的簡単なものとすることが可能となる。

各ティース副部３１の上端部と下端部を連結部３２にて連結する構成とすることにより、各ティース副部３１の間に空隙部を形成することが可能となり、リングティース１２が磁束に及ぼす影響、すなわちトルクの低下を軽減させることが可能となる。

ティース副部３１の内周側を周方向両端側ほどヨーク２１から離れるように形成すると共に、ティース副部３１の溝部３３を連結部３２の内周面より内周側となるよう形成することにより、１枚の金属製円板４１からコアシート１１ａとティースシート１２ａとを効率よく打ち抜くことが可能となる。コアシート１１ａとティースシート１２ａを１０度ずらして打ち抜く場合、ティース副部３１の内周側左右両端部ほどティース主部２２から遠ざけているため、ティース副部片３１ａとティース片２２ａとが干渉することを回避することが可能となり、ティース副部３１の溝部３３が連結部３２の内周面より内周側となるように形成されているため、連結部片３２ａと突条片２３ａとが干渉することを回避することが可能となるからである。故に、ティース２２とティース副部３１とを別体構成とした固定子１０において、固定子１０のコストアップを抑制することが可能となる。

ティース２２とティース副部３１とを別体構造とすることにより、巻線機のノズル径に制約を受けることなく、ティース間の距離やコイルの占積率を設定することが可能となる。故に、センターコア１１を軸線方向又は径方向に大型化させることなく高トルクを得ることが可能となる。

ティース２２に突条２３を設け、ティース副部３１に溝部３３を設けることにより、固定子１０が大型化することやトルクが低下することを抑制することが可能となる。ティースに溝部を設けると共にティース副部に突条を設ける構成とした場合、軸線方向からティース副部を圧入する構成においては、ティースの少なくとも溝部が形成された部位にコイルを巻回できず、同一径を有する固定子と比較してコイルの占積率が低下してしまうからである。また、突条２３を溝部３３に係合させながら圧入を行えばよいため、突条２３の代わりに突出部を設けた構成と比較して、リングティース１２をセンターコア１１に圧入する際の組み付け作業性を向上させることが可能となる。

なお、上述した実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。

（ａ）上記実施の形態では、各ティース副部３１の上端部と下端部を連結部３２にて連結してリングティース１２を形成する構成としたが、各ティース副部３１を連結しない構成としてもよい。かかる場合であっても、固定子１０の外周を研磨する工程を削減することが可能となる。但し、各ティース副部３１を連結部３２にて連結しない場合には、突条と溝部の係合により、ティース副部がセンターコア１１の径方向に移動することを規制する必要が生じる。径方向への移動を突条と溝部の係合によって規制するためには、溝部の形状を例えば径方向外側に拡開する台形形状とする等の工夫が必要となる。故に、ティース副部の大型化という新たな問題が生じる可能性があり、トルクの低下が懸念される。

（ｂ）上記実施の形態では、溝部３３がセンターコア１１の軸線方向に貫通する構成としたが、軸線方向のうち一方にのみ開口する構成としてもよい。すなわち、上端又は下端に積層されるコアシート１１ａとティースシート１２ａに、突条２３及び溝部３３を設けない構成とする。かかる構成とすれば、溝部３３が形成されていないティースシート１２ａに突条２３を当接させることが可能となり、軸線方向に生じ得る組み付け誤差を軽減させることが可能となる。

（ｃ）上記実施の形態では、センターコア１１及びリングティース１２を、それぞれ対応するシート１１ａ，１２ａを積層させて形成する構成としたが、かかる構成に限定されるものではなく、一体構造であってもよい。

（ｄ）上記実施の形態では、各ティース副部３１の上端部と下端部を連結部３２にて連結してリングティース１２を形成する構成としたが、一端部のみを連結させる構成としてもよいし、中央部を連結させる構成としてもよい。また、連結部片３２ａの積層枚数は２枚に限定されるものでなく、１枚でもよいし３枚以上であってもよい。或いは、上記実施の形態では隣接するティース副部３１に隙間を設ける形状としたが、隣り合うティース副部３１が当接する形状とし、各ティース副部３１が円環状に隙間なく連結される構成としてもよい。つまり、各ティース副部３１が円環状に連結されている構成であれば、連結させる方法及び位置は任意である。但し、一部のみを連結する構成とした場合、リングティース１２の連結強度低下が懸念される。また、隙間なく連結する構成とした場合、連結強度は確保されるもののトルクの低下が懸念される。そこで、少なくとも上端部と下端部は連結部３２にて連結する構成とし、固定子１０の高さに応じて中央部にも適宜連結部を設ける構成とすることが望ましい。

（ｅ）上記実施の形態では、各ティース副部３１の略中央部３４を積層方向からかしめ固定する構成としたが、かしめ固定をする位置は任意である。

（ｆ）上記実施の形態では、軸線方向に延びる突条２３を各ティース２２に設けたが、溝部３３と係合可能な突出部を設ける構成としてもよい。但し、かかる構成にあっては、センターコア１１にリングティース１２を圧入させた後にリングティース１２ががたつくことが懸念されるため、各ティース２２の少なくとも上端部と下端部に突出部を設けることが望ましい。

（ｇ）上記実施の形態では、センターコア１１にリングティース１２を圧入させる構成としたが、挿入させる構成としてもよい。但し、突条２３と溝部３３の間に隙間を設ける場合、磁界の乱れに伴うトルクの低下が懸念されるため、隙間は極力狭くすることが望ましい。

（ｈ）上記実施の形態では、ティース２２に突条２３を形成し、ティース副部３１に溝部３３を形成する構成としたが、ティース２２に溝部を形成し、ティース副部３１に突条を形成する構成としてもよい。但し、かかる場合には固定子１０の大型化やトルクの低下が懸念されるため、ティース副部３１の径方向の厚みを極力小さくすることが望ましい。

（ｉ）ティース２２の形状に対応して作られた絶縁性ボビンに予めコイル１３を巻回し、該ボビンを各ティース２２に係合させる構成としてもよい。

本実施形態の固定子の主要な構成を分解して示す斜視図である。 （ａ）は固定子の平面図、（ｂ）は固定子の要部拡大図である。 （ａ）はコアシートとティースシートの打ち抜きの一例を示す平面図、（ｂ）は上端部及び下端部に積層される各シートの打ち抜きを示す要部拡大図、（ｃ）は中央部に積層される各シートの打ち抜きを示す要部拡大図である。 従来構成の固定子を示す平面図である。 従来構成の固定子の問題点を示す要部拡大図である。

符号の説明

１…ヨーク、２…ティース、１０…固定子、１１…センターコア、１１ａ…コアシート、１２…リングティース、１２ａ…ティースシート、１３…コイル、２１…ヨーク、２２…ティース、２２ａ…ティース片、２３…突条、２３ａ…突条片、３１…ティース副部、３１ａ…ティース副部片、３２…連結部、３２ａ…連結部片、３３…溝部、３４…かしめ部、４１…金属製円板。

Claims (7)

1. 円筒状のヨークの外周面から径方向に複数のティースを突出させたセンターコアと、
   前記各ティースに巻回されたコイルと
   を備えたアウターロータ用固定子において、
   前記各ティースを、前記センターコアに形成されると共に前記コイルが巻回されるティース主部と、前記コイルが前記径方向のうち外方へ移動することを規制するティース副部とよりなる別体構造とし、
   前記センターコアの軸線方向のうち少なくとも一方に開口する溝部を前記ティース主部又は前記ティース副部の一方に設け、前記溝部と係合する突出部を前記ティース主部又は前記ティース副部の他方に設け、前記ティース副部は、前記センターコアの軸線方向から前記ティース主部に取り付けられていることを特徴とするアウターロータ用固定子。
2. 前記各ティース副部を、前記センターコアの中心軸線を中心とする円環を形成するように連結したことを特徴とする請求項１記載のアウターロータ用固定子。
3. 前記各ティース副部の少なくとも軸線方向両端部には、前記円環を形成すべく周方向に隣り合うティース副部を連結する連結部を設けたことを特徴とする請求項２記載のアウターロータ用固定子。
4. 前記ティース主部に前記突出部を設けると共に前記ティース副部に前記溝部を設け、該溝部を、前記連結部の内周壁より内周側となるように形成したことを特徴とする請求項３記載のアウターロータ用固定子。
5. 前記突出部を前記ティース主部に設け、前記溝部を前記ティース副部に設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のアウターロータ用固定子。
6. 前記突出部を前記軸線方向に延びる突条に形成し、前記溝部を前記軸線方向に貫通させたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のアウターロータ用固定子。
7. 前記センターコア及び前記各ティースを、金属製薄板を積層して形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のアウターロータ用固定子。

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