JP2006314155A - 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主部２２とより構成されている。リングティース１２は、ティース副部３１がティース主部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を各ティース主部２２に径方向から係合させ、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、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６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を巻回された固定子が一般に用いられている。また、センターコアは、ヨーク１とティース２を一体的に打ち抜いたシートを多数積層し、積層方向からかしめ固定することにより形成されている。かしめ固定では、ヨーク１又はティース２の起端部と、各ティース２の先端中央部をかしめてかしめ部５，６を形成することにより、積層されたシートを圧着又は鋲着することが一般的である。

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２をティース本体部２ａとティース先端部２ｂとよりなる別体構造とし、コイル４をティース本体部２ａに巻回した後にティース先端部２ｂ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２ｂ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７に示すように、ティース先端部２ｂをティース本体部２ａ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２ｂをティース本体部２ａに組み付けた後に、同心度を確保すべくティース先端部２ｂ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（ティース主部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（ティース主部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すると共に、該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状に連結して円環状副部（リングティース１２）を形成し、
前記センターコアの軸線方向に貫通する溝部（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、前記径方向の中心線に対して対称となるように設け、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、前記径方向の中心線に対して対称となるように設け、
少なくとも前記円環状副部は、金属製薄板が複数積層されると共に積層方向からかしめ固定されており、
前記各ティース副部は、周方向中央部にかしめ部（ティースかしめ部３５）が１カ所形成されており、且つ前記軸線方向から前記各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。加えて、各ティース副部をセンターコアの中心軸線を中心とする円環状に連結して円環状副部を形成することにより、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。さらに、各ティース副部を円環状に連結した場合、各ティース副部が径方向に移動することを当該連結により規制することができる。したがって、各ティース副部の周方向への移動を溝部と突出部の係合により規制すればよく、溝部と突出部の形状を比較的簡単なものとすることが可能となる。

また、突出部及び溝部を径方向の中心線に対して対称となるようにティース主部又はティース副部に設けることにより、磁束の流れが不均一となることを抑制することが可能となる。故に、ティースを別体構造とした場合であっても、磁束の乱れに伴うトルクの低下を抑制することが可能となる。さらに、各ティース副部の周方向中央部に１カ所かしめ部を形成することにより、渦電流がかしめ部付近に滞留して異常発熱が発生することを防止することが可能となる。

以上の結果、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であって、異常発熱を防止すると共にトルクの低下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、前記溝部及び該溝部と係合する突出部を、ほぼ同じ大きさを有する同一形状としたことを特徴とするアウターロータ用固定子。

手段２によれば、溝部及びこの溝部と係合する突出部はほぼ同じ大きさを有する同一形状に形成されている。かかる構成とすることにより、溝部と突出部の間に生じる隙間を低減させることが可能となり、ティース主部とティース副部の間に生じる隙間を低減させることが可能となる。故に、一体構造のティースに生じる磁束の流れと近い磁束の流れを生じさせることが可能となり、ティースを別体構造とした場合であってもトルクの低下を抑制することが可能となる。また、コギングを低下させることも可能となる。

手段３．上記手段１又は手段２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３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ている。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４．上記手段３において、前記突出部を、前記ティース主部の周方向両端部に１つずつ設け、該一対の突出部を、その間隔が前記かしめ部の周方向の幅より広くなるよう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４によれば、突出部はティース主部の周方向両端部に１つずつ設けられており、この一対の突出部は、その間隔がかしめ部の周方向の幅より広くなるように設けられている。かかる構成とすることにより、ティースを別体構造とした構成において、ティース副部の周方向中央部にかしめ部を比較的大きく形成することが可能となり、ティース副部の抜去力が低下することを抑制することが可能となる。

手段５．上記手段４において、各突出部の周方向外側壁部（外壁部５１Ｌ，５１Ｒ）は、ティース主部先端の周方向端縁より連続して延びるように形成さ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５によれば、各突出部の周方向外側壁部は、ティース主部先端の周方向端縁より連続して延びるように形成されている。すなわち、一対の突出部は、ティース主部の周方向の幅に対して可能な限り離れた位置に設けられている。かかる構成とすることにより、各突出部の間隔をかしめ部の周方向の幅に対して十分に長くすることが可能となり、かしめ部を比較的容易に形成することが可能となる。また、各ティース副部が周方向に移動することを好適に規制することが可能となる。

手段６．上記手段４又は手段５において、前記突出部は、該突出部の起端部から先端部に向かう程先細りとなるように形成さ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６によれば、突出部は、起端部から先端部に向かう程先細りとなるように形成されている。かかる場合、突出部を起端部から先端部に向けて先太りとなる部位を有する形状とした場合と比して、突出部を小さく形成することが可能となる。この結果、突出部と係合する溝部も小さく形成することが可能となり、ティース副部の大型化引いてはコイルの占積率の低下を回避す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、前記円環状副部を、周方向に隣り合うティース副部片（ティース副部片３１ａ）が連結部片（連結部片３２ａ）により円環状に連結された一体薄板と、各ティース副部片が前記連結部片から切り離された別体薄板と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、円環状副部は、周方向に隣り合うティース副部片が連結部片により円環状に連結された一体薄板と、各ティース副部片が連結部片から切り離された別体薄板とを積層して形成されている。かかる構成とすることにより、各ティース副部を円環状に連結しつつ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る。故に、周方向に隣り合うティース副部に磁束の影響が及ぶことを軽減させることが可能となり、トルクの低下を抑制させることが可能となる。

手段８．上記手段７において、前記円環状副部には、前記一体薄板が前記軸線方向の両端部に積層さ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８によれば、円環状副部には一体薄板が軸線方向の両端部に積層されている。かかる構成とすることにより、各ティース副部を軸線方向から各ティース主部に取り付ける際に、ティース副部のいずれかがティース主部と引っかかる不具合を抑制させることが可能となり、組み付け作業性を向上させることが可能となる。特に、手段２の構成に本手段の構成を適用すれば、ティース副部が連結されていない一体構造のティースに生じる磁束の流れと近い磁束の流れを生じさせることが可能となり、トルクの低下を好適に抑制させることが可能となる。

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）のティース主部２２とより構成されている。ティース主部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、各ティース主部２２の先端には、センターコア１１の軸線方向に延びる突条２３が左右両端部に形成されている。

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、ティース主部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の内周側には、リングティース１２の軸線方向に貫通する２つの溝部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、且つティース主部２２の左右両端部に形成された突条２３と係合可能に形成されている。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のティース主部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主部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から打ち抜かれて一体形成されている。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のティース主部片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、ティース主部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、各ティース副部３１の内周側を周方向両端ほど徐々に先細りとなる形状とすると共に、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の内周側を周方向両端ほど徐々に先細りとなる形状とすることにより、ティース副部片３１ａとティース主部片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てコアかしめ部３４を形成することにより、各コアシート１１ａが圧着され、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の中央部を積層方向からかしめて円形のティースかしめ部３５を形成することにより、各ティースシート１２ａが圧着され、図１に示すリングティース１２を得ることができる（各かしめ部３４，３５については図１，図２を参照）。

ここで、ティース主部２２の突条２３と、ティース副部３１の溝部３３の形状について説明する。なお、以下の説明では、図４を基準として上下左右方向を特定する。

図４（ａ）に示すように、ティース主部２２の左先端部には、左突条２３Ｌが形成されている。左突条２３Ｌは、ティース主部２２からティース副部３１に向かって先細りとなるように形成されている。より詳しくは、ティース主部２２の左側壁２２Ｌからティースかしめ部３５に向かって滑らかに延びる外壁部５１Ｌと、外壁部５１Ｌからティース主部２２側に折り返すように弧状に形成された返し壁部５２Ｌと、ティースかしめ部３５との距離を保つようにして返し壁部５２Ｌからティース主部２２中央側に向かって延びる内壁部５３Ｌとより構成されている。左突条２３Ｌは、その先端が左突条２３Ｌの中央より右側となるように、外壁部５１Ｌに対して内壁部５３Ｌが急勾配となるように形成されている。ティース主部２２の右先端部には、ティース主部２２の中心線に対して左突条２３Ｌと左右対称な右突条２３Ｒが形成されている。すなわち、右突条２３Ｒも左突条２３Ｌと同様に、外壁部５１Ｒと、返し壁部５２Ｒと、内壁部５３Ｒとより構成されている。また、左突条２３Ｌの内壁部５２Ｌと右突条２３Ｒの内壁部５２Ｒは、水平に延びるティース主部２２の中央側壁２２Ｍにより連結されており、中央側壁２２Ｍの幅は、ティースかしめ部３５の直径より十分に長くなるように形成されている。つまり、左突条２３Ｌと右突条２３Ｒは、ティースかしめ部３５を挟むように且つ左右対称となるように形成されており、ティース主部２２が全体として左右対称となるように形成されている。

ティース副部３１には、ティースかしめ部３５の左下方であって左突条２３Ｌと対応する位置に、左溝部３３Ｌが形成されている。左溝部３３Ｌは、ティース副部３１からティース主部２２に向かって拡開するように形成されている。より詳しくは、ティース副部３１の左内周壁３１Ｌからティースかしめ部３５に向かって滑らかに延びる入壁部５４Ｌと、入壁部５４Ｌからティース主部２２側に折り返すように弧状に形成された返し壁部５５Ｌと、ティースかしめ部３５との距離を保つようにして返し壁部５５Ｌからティース主部２２中央側に向かって延びる出壁部５６Ｌとより構成されている。左溝部３３Ｌは、その奥端が左溝部３３Ｌの中央より右側となるように、入壁部５４Ｌに対して出壁部５６Ｌが急勾配となるように形成されている。つまり、左溝部３３Ｌは、左突条２３Ｌとほぼ同じ大きさを有する同一形状に形成されている。また、ティースかしめ部３５の右下方であって右突条２３Ｒと対応する位置には、ティース副部３１の中心線に対して左溝部３３Ｌと左右対称な右溝部３３Ｒが形成されている。すなわち、右溝部３３Ｒも左溝部３３Ｌと同様に、入壁部５４Ｒと、返し壁部５５Ｒと、出壁部５６Ｒとより構成されている。つまり、右溝部３３Ｒは、右突条２３Ｒとほぼ同じ大きさを有する同一形状に形成されている。そして、左溝部３３Ｌの出壁部５６Ｌと右溝部３３Ｒの出壁部５６Ｒは、水平に延びるティース副部３１の中央内周壁３１Ｍにより連結されており、中央内周壁３１Ｍの幅は、ティースかしめ部３５の直径より十分に長くなるように形成されている。つまり、左溝部３３Ｌと右溝部３３Ｒは、ティースかしめ部３５を挟むように且つ左右対称となるように形成されており、ティース副部３１が全体として左右対称となるように形成されている。また、ティース副部３１をティース主部２２に圧入させた際には、ティース主部２２とティース副部３１の相対する壁部がそれぞれほぼ隙間無く当接し、突条２３と溝部３３がほぼ全周で係合する。すなわち、突条２３の外壁部５１と溝部３３の入壁部５４が当接し、突条２３の返し壁部５２と溝部３３の返し壁部５５が当接し、突条２３の内壁部５３と溝部３３の出壁部５６が当接し、ティース主部２２の中央側壁２２Ｍとティース副部３１の中央内周壁３１Ｍが当接する。

ところで、ティースをティース主部２２とティース副部３１からなる別体構造とした場合、渦電流によりティースかしめ部３５を中心として異常発熱が発生したり、磁束の流れが変化することに伴ってトルクが低下したりする可能性が生じ得る。そこで、ティースかしめ部３５の数及び位置、突条２３及び溝部３３の形状を変化させた固定子を用いた場合のモータ性能を磁場解析から算出し、ティース一体構造の固定子を用いた場合のモータ性能と比較を行った。図５は、各比較例におけるモータ性能を示した表である。なお、理解を容易なものとするため、各比較例の結果には、ティース一体構造の固定子を用いた場合のモータ性能を基準とした低下度合い又は上昇度合いを示している。

始めに、性能比較を行った項目について簡単に説明する。トルクとはモータの回転トルクである。つまり、トルクの低下は小さいほど望ましい。コギングとは、ティースを順次励磁させた際にロータがギクシャクと回転することをいい、トルクムラや回転ムラ特性に影響を及ぼすものである。つまり、コギングは低下することが望ましく、コギングの上昇は防止される必要がある。抜去力とは、圧着かしめされたシートを外すために必要な力である。すなわち、抜去力とは積層されたシートの圧着強度であり、一体構造の場合と同程度の抜去力が所望される。また、異常発熱は、モータの焼損等につながり得るため、防止される必要がある。

比較例１は、本実施形態の固定子１０を所定のモータに用いた場合である。かかる場合、ティース一体構造の固定子を前記モータに用いた場合と比してトルクの低下を３．３パーセントに抑制させると共に、コギングを１１パーセント低下させることができた。また、抜去力はティース一体構造の固定子に対して１．２倍に上昇し、異常発熱も発生しなかった。

比較例２におけるティース主部２２の突条２３と、ティース副部３１の溝部３３の形状について説明する。比較例２は、上記比較例１に対して突条２３及び溝部３３の形状を変更したものであり、ティースかしめ部３５の数及び位置は変更していない。つまり、ティースかしめ部３５は、ティース副部３１の周方向中央部に形成されている。

すなわち、図４（ｂ）に示すように、ティース主部２２の左先端部には、左突条２３Ｌが形成されている。左突条２３Ｌは、ティース主部２２からティース副部３１に向かって先細りとなるように形成されている。より詳しくは、ティース主部２２の左側壁２２Ｌからティース主部２２の中心線側に向かって外方に延びる外壁部６１Ｌと、外壁部６１Ｌの先端からティース主部２２の中心線側に向かって水平に延びる平坦壁部６２Ｌと、平坦壁部６２Ｌの他端からティース主部２２の中央側に向かって内方に延びる内壁部６３Ｌとより構成されている。外壁部６１Ｌと内壁部６３Ｌは、同じ勾配となるように形成されている。つまり、左突条２３Ｌは略台形状に形成されている。ティース主部２２の右先端部には、ティース主部２２の中心線に対して左突条２３Ｌと左右対称な右突条２３Ｒが形成されている。すなわち、右突条２３Ｒも左突条２３Ｌと同様に、外壁部６１Ｒと、平坦壁部６２Ｒと、内壁部６３Ｒとよりなる略台形状に形成されている。また、左突条２３Ｌの内壁部６３Ｌと右突条２３Ｒの内壁部６３Ｒは、水平に延びるティース主部２２の中央側壁２２Ｍにより連結されており、中央側壁２２Ｍの幅は、ティースかしめ部３５の直径より十分に長くなるように形成されている。つまり、左突条２３Ｌと右突条２３Ｒは、ティースかしめ部３５を挟むように且つ左右対称となるように形成されており、ティース主部２２が全体として左右対称となるように形成されている。

ティース副部３１には、ティースかしめ部３５の左下方であって左突条２３Ｌと対応する位置に、左溝部３３Ｌが形成されている。左溝部３３Ｌは、ティース副部３１からティース主部２２に向かって拡開するように形成されている。より詳しくは、ティース副部３１の左内周壁３１Ｌからティース副部２２の中心線側に向かって内方に延びる入壁部６４Ｌと、入壁部６４Ｌの先端からティース副部３１の中心線側に向かって水平に延びる平坦壁部６５Ｌと、平坦壁部６５Ｌの他端からティース副部３１の中央側に向かって外方に延びる出壁部６６Ｌとより構成されている。入壁部６４Ｌと出壁部６６Ｌは、同じ勾配となるように形成されている。つまり、左溝部３３Ｌは、略台形状に形成されており、左突条２３Ｌとほぼ同じ大きさを有する同一形状に形成されている。また、ティースかしめ部３５の右下方であって右突条２３Ｒと対応する位置には、ティース副部３１の中心線に対して左溝部３３Ｌと左右対称な右溝部３３Ｒが形成されている。すなわち、右溝部３３Ｒも左溝部３３Ｌと同様に、入壁部６４Ｒと、平坦壁部６５Ｒと、出壁部６６Ｒとよりなる略台形状に形成されている。つまり、右溝部３３Ｒは、右突条２３Ｒとほぼ同じ大きさを有する同一形状に形成されている。そして、左溝部３３Ｌの出壁部６６Ｌと右溝部３３Ｒの出壁部６６Ｒは、水平に延びるティース副部３１の中央内周壁３１Ｍにより連結されており、中央内周壁３１Ｍの幅は、ティースかしめ部３５の直径より十分に長くなるように形成されている。つまり、左溝部３３Ｌと右溝部３３Ｒは、ティースかしめ部３５を挟むように且つ左右対称となるように形成されており、ティース副部３１が全体として左右対称となるように形成されている。また、ティース副部３１をティース主部２２に圧入させた際には、ティース主部２２とティース副部３１の相対する壁部がそれぞれほぼ隙間無く当接し、突条２３と溝部３３がほぼ全周で係合する。すなわち、突条２３の外壁部６１と溝部３３の入壁部６４が当接し、突条２３の平坦壁部６２と溝部３３の平坦壁部６５が当接し、突条２３の内壁部６３と溝部３３の出壁部６６が当接し、ティース主部２２の中央側壁２２Ｍとティース副部３１の中央内周壁３１Ｍが当接する。

比較例２の固定子を所定のモータに用いた場合、ティース一体構造の固定子を前記モータに用いた場合と比してトルクの低下を３．３パーセントに抑制させると共に、コギングを５．８パーセント低下させることができた。また、抜去力はティース一体構造の固定子に対して１．２倍に上昇し、異常発熱も発生しなかった。つまり、比較例１の固定子１０とほぼ同等のモータ性能を得ることができた。

比較例３におけるティース主部２２の突条２３と、ティース副部３１の溝部３３の形状について説明する。比較例３は、ティース主部２２とティース副部３１の相対する壁部の一部が当接しないように突条２３と溝部３３の形状を変更したものであり、ティースかしめ部３５の数及び位置は変更していない。つまり、ティースかしめ部３５は、ティース副部３１の周方向中央部に形成されている。

すなわち、図５に示すように、比較例３は、ティース主部２２に比較例１の突条２３を形成し、ティース副部３１に比較例２の溝部３３を形成した。かかる構成においてティース副部３１をティース主部２２に圧入させた場合、ティース主部２２の中央側壁２２Ｍとティース副部３１の中央内周壁３１Ｍが当接し、突条２３の内壁部５３と溝部３３の出壁部６６が当接する。一方、少なくとも突条２３の外壁部５１と溝部３３の入壁部６４は当接しない。つまり、ティース主部２２とティース副部３１の相対する壁部の間に所定の隙間が生じることとなる。

比較例３の固定子を所定のモータに用いた場合、抜去力はティース一体構造の固定子に対して１．２倍に上昇し、異常発熱も発生しなかった。しかしながら、ティース一体構造の固定子を前記モータに用いた場合と比してトルクの低下を５．７パーセントに抑制させることができたものの、コギングが１８パーセント上昇した。

ここで、比較例１〜３の固定子の抜去力がティース一体型の固定子の１．２倍に上昇したのは、ティース主部２２の左右両端部に突条２３を１つずつ形成したため、ティース副部３１の周方向中央部を挟むようにして溝部３３を形成することができ、ティースかしめ部３５を大きく形成することができたからである。したがって、ティースを別体構造とする場合には、ティース副部３１の中心線を挟むようにして溝部３３を形成することが望ましく、さらには、ティース主部２２の左右両端部に一対の突条２３を形成することが望ましいと判明した。

また、比較例１及び比較例２の固定子ではコギングが低下したにも関わらず比較例３の固定子でコギングが上昇したのは、ティース主部２２とティース副部３１の相対する壁部の間に所定の隙間が生じたためである。比較例１及び比較例２の固定子では、突条２３及び溝部３３がほぼ隙間の無い状態で係合している一方、比較例３の固定子では、突条２３の内壁部５３と溝部３３の出壁部６６が当接するものの、突条２３の外壁部５１と溝部３３の入壁部６４は当接していない。このため、比較例３では一体構造のティースと異なる磁束の乱れが発生してコギングが上昇した。このことは、比較例１及び比較例２のトルク低下率が同等であるのに対して比較例３のトルク低下率が大きいことからも明らかである。すなわち、ティース主部２２とティース副部３１を隙間無く当接させれば、一体構造のティースに近い磁束の流れを発生させることが可能となる。したがって、ティースを別体構造とする場合には、ティース主部２２とティース副部３１の相対する壁部の間に隙間が生じないように、突条２３と溝部３３をほぼ同じ大きさを有する同一形状とすることが望ましいと判明した。

さらにいうと、比較例１及び比較例２では、ティース副部３１が一方の突条２３と溝部３３の係合付近を中心として回転しようとした場合に、他方の突条２３と溝部３３の係合で前記回転を抑制することができる。一方、比較例３では、径方向の中心線付近を中心としてティース副部３１が回転することを抑制できない。したがって、比較例３の固定子を用いたモータでは、連結部片３２ａによって連結されていないティース副部片３１ａが、ロータ側の磁石から生じる磁力等によってがたつく可能性も懸念される。

次いで、比較例４におけるティース主部の突条と、ティース副部の溝部の形状について説明する。比較例４は、径方向の中心線上に突条を形成したものであり、ティースかしめ部の数及び位置は変更していない。つまり、ティースかしめ部は、ティース副部の周方向中央部に形成されている。

図５に示すように、ティース主部の先端中央部には、ティース主部からティース副部に向かって拡開する略台形状、すなわち外方に向かって先太りとなる突条が、中心線に対して左右対称となるように形成されている。また、ティース副部には、突条と対応する位置に、突条とほぼ同じ大きさを有する同一形状の溝部が形成されている。かかる構成においてティース副部をティース主部に圧入させた場合、ティース主部とティース副部の相対する壁部がそれぞれほぼ隙間無く当接し、突条と溝部がほぼ全周で係合する。

比較例４の固定子を所定のモータに用いた場合、ティース一体構造の固定子を前記モータに用いた場合と比してトルクの低下を４．１パーセントに抑制させると共に、コギングを１７パーセント低下させることができた。また、抜去力はティース一体構造の固定子と同等であり、異常発熱も発生しなかった。つまり、比較例１の固定子１０とほぼ同等のモータ性能を得ることができた。但し、比較例４の突条及び溝部を適用する場合、実際に金属性薄板からかかる形状を打ち抜くためには突条の大型化が避けられないため、ティース副部が大型化し、コイルの占積率低下に伴うトルクの低下が懸念される。また、中心線上の径方向の幅が狭くなるため、ティースかしめ部を形成し難くなることも懸念される。

比較例５におけるティース主部とティース副部について説明する。比較例５では、ティース副部が大型化することを抑制すべく、上記比較例４に対して突条の形状をティース主部からティース副部に向かって先細りとなる形状に変更した。また、ティースかしめ部を容易に形成できるようティースかしめ部の位置を左右両端部に１カ所ずつとし、ティース副部が中心線に対して左右対称となるように形成した。

比較例５の固定子を所定のモータに用いた場合、ティース一体構造の固定子を前記モータに用いた場合と比してトルクの低下を１．７パーセントに抑制させることができ、抜去力を２倍に上昇させることができた。しかしながら、コギングが３７パーセント上昇すると共に異常発熱が発生した。

比較例６におけるティース主部とティース副部について説明する。比較例６は、上記比較例５に対して突条の径方向寸法を２倍に変更したものであり、ティースかしめ部の数及び位置は変更していない。つまり、ティースかしめ部は、ティース副部の中心線に対して左右対称となるように左右両端部に１カ所ずつ形成されている。

比較例６の固定子を所定のモータに用いた場合、ティース一体構造の固定子を前記モータに用いた場合と比してトルクを１５０パーセント上昇させることができ、抜去力を２倍に上昇させることができた。しかしながら、コギングが７７パーセント上昇すると共に異常発熱が発生した。

比較例５及び比較例６の結果から、ティースを別体構造とする場合には、ティース副部の周方向中央部に１カ所だけティースかしめ部を形成することが望ましいと判明した。ティースかしめ部を径方向の中心線に対して対称な位置に複数設けた場合には、渦電流がティースかしめ部付近に滞留し、異常発熱が発生するからである。

なお、図示は省略したが、ティースかしめ部や突条及び溝部を径方向の中心線に対して非対称に形成した場合、磁束の流れが不均一なものとなり、トルクが大幅に低下した。したがって、ティースを別体構造とする場合には、径方向の中心線に対して対称となるようにティースかしめ部や突条及び溝部を形成することが望ましいと判明した。

以上の結果、比較例１及び比較例２（図４参照）のように、突条２３をティース主部２２からティース副部３１に向かって先細りとなるように形成すると共にティース主部２２の左右両端部に対称となるよう形成し、ティース主部２２とティース副部３１の相対する壁部がほぼ隙間無く当接するよう溝部３３と突条２３をほぼ同じ大きさを有する同一形状とし、さらにティース副部３１の周方向中央部にティースかしめ部３５を１カ所形成する構成とすれば、異常発熱を防止すると共にトルクの低下を抑制し、さらにコギングも低下させることができると判明した。

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主部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。

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とティース主部片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、ティース主部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。

ティース主部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。

ティース主部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。

突条２３及び溝部３３を径方向の中心線に対して対称となるようにティース主部２２又はティース副部３１に設けることにより、磁束の流れが不均一となることを抑制することが可能となる。故に、ティースを別体構造とした場合であっても、磁束の乱れに伴うトルクの低下を抑制することが可能となる。さらに、各ティース副部３１の周方向中央部にティースかしめ部３５を１カ所形成することにより、渦電流がティースかしめ部３５付近に滞留して異常発熱が発生することを防止することが可能となる。

突条２３と溝部３３をほぼ同じ大きさを有する同一形状に形成することにより、突条２３と溝部３３をほぼ隙間が無い状態で係合させることが可能となり、一体構造のティースに生じる磁束の流れと近い磁束の流れを生じさせることが可能となる。故に、ティースを別体構造とした場合であってもトルクの低下を抑制することが可能となる。また、コギングを低下させることも可能となる。

ティース主部２２の左右両端部に１つずつ突条２３を設け、その間隔がティースかしめ部３５の直径より十分に大きくなるように配置することにより、ティースを別体構造とした構成において、ティース副部３１の周方向中央部にティースかしめ部３５を大きく形成することが可能となり、ティース副部３１の抜去力が低下することを抑制することが可能となる。

突条２３の外壁部５１を、ティース主部２２先端の周方向端縁（すなわち左側壁２２Ｌ及び右側壁２２Ｒ）から連続して延びるように形成することにより、左右一対の突条２３を、ティース主部２２の周方向の幅に対して可能な限り離して配置することが可能となる。故に、突条２３の間隔をティースかしめ部３５の直径に対して十分に長くすることが可能となり、ティースかしめ部３５を比較的容易に形成することが可能となる。また、各ティース副部３１が周方向に移動することを好適に規制することが可能となる。

突条２３を、ティース主部２２から径方向外側に向けて先細りとなるように形成することにより、金属性円板４１から比較的簡単に打ち抜くことが可能となると共に、突条２３を比較的小さく形成することが可能となる。この結果、ティース副部３１の大型化引いてはコイル１３の占積率の低下を回避することが可能となる。

リングティース１２を、周方向に隣り合うティース副部片３１ａが連結部片３２ａによりリング状に連結されたティースシート１２ａと、各ティース副部片３１ａが連結部片３２ａから切り離されたティースシート１２ａとを積層して形成することにより、各ティース副部３１をリング状に連結しつつ隣り合うティース副部３１の間に空隙部を形成することが可能となる。故に、周方向に隣り合うティース副部３１に磁束の影響が及ぶことを軽減させることが可能となり、トルクの低下を抑制させることが可能となる。

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枚積層してリングティース１２を形成することにより、リングティース１２を軸線方向からセンターコア１１に圧入させる際に、ティース副部３１のいずれかがティース主部２２と引っかかる不具合を抑制させることが可能となり、組み付け作業性を向上させることが可能となる。また、各ティース副部３１の連結位置を上下端部とすることにより、ティース副部が連結されていない一体構造のティースに生じる磁束の流れと近い磁束の流れを生じさせることが可能となり、トルクの低下を好適に抑制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、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。つまり、リング状のティースシート１２ａとティース副部片３１ａが切り離されたティースシート１２ａの積層順序は任意である。或いは、リング状のティースシート１２ａのみを積層し、隣り合うティース副部３１に隙間を設けない構成としてもよい。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よい。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、周方向に隣り合うティース副部３１が磁束に影響を及ぼしあうことが懸念される。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。

（ｂ）上記実施の形態では、コアシート１１ａ及びティースシート１２ａを圧着かしめする構成としたが、非磁性体により形成されたピンでかしめる構成としてもよい。かかる構成であっても、ティース副部３１の周方向中央部を１カ所だけかしめれば、上記実施形態と同様の作用効果を奏することが可能となる。

（ｃ）上記実施の形態では、１８本のティース主部２２が２０度間隔で配置された固定子１０について説明したが、かかる構成に限定されるものではなく、複数本のティース主部が等間隔に配置される構成であればよい。例えば、９本のティース主部を４０度間隔で配置する構成とした場合、コアシートとティースシートを２０度ずらして打ち抜けば、１枚の金属製円板からコアシートとティースシートとを効率よく打ち抜くことができる。また、固定子を小型化することも可能となる。

（ｄ）上記実施の形態では、軸線方向に延びる突条２３を各ティース主部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、各ティース主部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。

（ｅ）上記実施の形態では、ティース主部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、ティース主部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。

（ｆ）ティース主部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主部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。 （ａ）は比較例１の突条及び溝部の形状を示す要部拡大図、（ｂ）は比較例２の突条及び溝部の形状を示す要部拡大図である。 比較例１〜比較例６の固定子を用いた場合のモータ性能を比較した表である。 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…ティース主部、２２ａ…ティース主部片、２３…突条、２３ａ…突条片、２３Ｌ…左突条、２３Ｒ…右突条、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、３３Ｌ…左溝部、３３Ｒ…右溝部、３４…コアかしめ部、３５…ティースかしめ部、４１…金属製円板、５１…外壁部、５２…返し壁部、５３…内壁部、５４…入壁部、５５…返し壁部、５６…出壁部。

Claims (8)

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すると共に、該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状に連結して円環状副部を形成し、
   前記センターコアの軸線方向に貫通する溝部を、前記ティース主部又は前記ティース副部の一方に、前記径方向の中心線に対して対称となるように設け、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、前記径方向の中心線に対して対称となるように設け、
   少なくとも前記円環状副部は、金属製薄板が複数積層されると共に積層方向からかしめ固定されており、
   前記各ティース副部は、周方向中央部にかしめ部が１カ所形成されており、且つ前記軸線方向から前記各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. 前記溝部及び該溝部と係合する突出部を、ほぼ同じ大きさを有する同一形状と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又は請求項２に記載のアウターロータ用固定子。
4. 前記突出部を、前記ティース主部の周方向両端部に１つずつ設け、該一対の突出部を、その間隔が前記かしめ部の周方向の幅より広くなるように設け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. 各突出部の周方向外側壁部は、ティース主部先端の周方向端縁より連続して延びるように形成されていることを特徴とする請求項４記載のアウターロータ用固定子。
6. 前記突出部は、該突出部の起端部から先端部に向かう程先細りとなるように形成されていることを特徴とする請求項３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. 前記円環状副部を、周方向に隣り合うティース副部片が連結部片により円環状に連結された一体薄板と、各ティース副部片が前記連結部片から切り離された別体薄板と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。
8. 前記円環状副部には、前記一体薄板が前記軸線方向の両端部に積層されていることを特徴とする請求項７記載のアウターロータ用固定子。

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