JP2007209052A

JP2007209052A - 電動機の固定子及び電動機の固定子の製造方法

Info

Publication number: JP2007209052A
Application number: JP2006021636A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Matsuoka; 篤松岡; Sachiko Kawasaki; 祥子川崎; Yoshio Takita; 芳雄滝田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-01-31
Filing date: 2006-01-31
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2026-01-31
Also published as: JP4611905B2

Abstract

【課題】巻線作業を容易に行え、かつ高密度巻線が可能となり、電動機の低騒音化が可能な電動機の固定子を提供することを目的とする。
【解決手段】この発明に係る電動機の固定子は、軟磁性体粉末と合成樹脂を混練した材料を射出成形により形成する電動機の固定子において、１回目に成形する複数に分割された第１の部品と、２回目に第１の部品と回動可能に一体に成形されて固定子コアを形成する、一つの又は複数に分割された第２の部品とを備え、少なくとも第１の部品、第２の部品のいずれかは、巻線を巻回する巻線部を有することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

この発明は、電動機の固定子に関するもので、詳しくは固定子が軟磁性粉末と熱可塑性の樹脂を混練した材料によって複数に分割された部分により構成され、複数回の射出成形により一体に形成されるものであり、分割された部品同士の連結部分は互いに回動可能な構造を持つ同期電動機の固定子に関する。

インナーロータ形の同期電動機に用いられる固定子コアは、鋼板より打ち抜かれたものを複数枚積層して構成することが多い。
固定子コアを一体の形状で打ち抜いて積層する場合、巻線作業は、コア内径側より巻線を挿入していく必要があり巻線作業性が悪い。そこで、巻線作業性を向上させるため、固定子コアを分割し、分割したコアに夫々巻線を施し、巻線作業後にコアを結合して固定子を構成する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、巻線作業や固定子コアの組み立てを容易にするため、分割したコアの結合を容易にするよう工夫されたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

また、同期電動機の振動、騒音を抑える技術として、固定子の回転子に対向する部分をスキュー形状にする技術があり、軟磁性粉を圧縮して成形したり、軟磁性粉と合成樹脂を混練した材料を射出成形して固定子を構成することが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特開２００４−３２０９７８号公報（図１）特開２００５−６４８１号公報（図４）特開２００５−８０４３２号公報（図７）

従来のように電磁鋼板を打ち抜き積層して形成する固定子の場合、固定子コアを分割して巻線作業を効率化したり、高密度に巻線する手法が用いられてきたが、巻線作業後に分割したコアを結合するために手間がかかったり、分割したコアを結合しやすいような形状とするために複雑な構造の金型が必要であった。

また、軟磁性粉を用いた固定子コアの場合は、電磁鋼板を積層する固定子コアと比較すれば形状の自由度は大きいものの、特許文献２に示すような分割したコアの結合に複雑な形状を用いることは難しい。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされるもので、巻線作業を容易に行え、かつ高密度巻線が可能となり、電動機の低騒音化が可能な電動機の固定子及び電動機の固定子の製造方法を提供することを目的とする。

この発明に係る電動機の固定子は、軟磁性体粉末と合成樹脂を混練した材料を射出成形により形成する電動機の固定子において、１回目に成形する複数に分割された第１の部品と、２回目に第１の部品と回動可能に一体に成形されて固定子コアを形成する、一つの又は複数に分割された第２の部品とを備え、少なくとも第１の部品、第２の部品のいずれかは、巻線を巻回する巻線部を有することを特徴とする。

この発明の電動機の固定子は、上記構成により、巻線作業を容易にし、かつ高密度巻線が可能となり、加工コストを低く抑えるという効果がある。

実施の形態１．
図１乃至図９は実施の形態１を示す図で、図１は固定子コアの分割された第１の１回目に成形するティース３ａの形状を示す斜視図、図２は固定子コアの成形順序示す斜視図（（ａ）は第１の１回目に成形するティース３ａ及び第２の１回目に成形するティース３ｂを金型に直線状に配置した状態を示す図、（ｂ）は第１の２回目に成形するティース４ａ及び第２の２回目に成形するティース４ｂが１回目に成形するティースと一体に成形された固定子コア２０ａを示す図）、図３は固定子コア２０ａに巻線６を施した固定子２０を示す斜視図（（ａ）は巻線６を施した直後の図、（ｂ）は円筒状に折り曲げた固定子２０を示す図）、図４はティース連結部に回転軸部円柱７を形成した固定子コア２０ａの部分斜視図、図５はティース連結部に回転軸部突起８を形成した固定子コア２０ａの部分斜視図、図６はティース連結部に回転軸部貫通穴９を形成した固定子コア２０ａの部分斜視図、図７はティース連結部に回転軸部窪み１０を形成した固定子コア２０ａの部分斜視図、図８は固定子コアの成形順序示す斜視図（（ａ）は第１の１回目に成形するティース３ａ及び第２の１回目に成形するティース３ｂを金型に円弧状に配置した状態を示す図、（ｂ）は第１の２回目に成形するティース４ａ及び第２の２回目に成形するティース４ｂが１回目に成形するティースと一体に成形された円筒状の固定子コア２０ａを示す図）、図９は固定子コアの成形順序示す斜視図（（ａ）は第１の１回目に成形するティース３ａ及び第２の１回目に成形するティース３ｂを金型に円弧状にティース先端部３３を外側に向けて配置した状態を示す図、（ｂ）は第１の２回目に成形するティース４ａ及び第２の２回目に成形するティース４ｂが１回目に成形するティースと一体に成形され、ティース先端部３３を外側に向けて配置した固定子コア２０ａを示す図）である。

本実施の形態の固定子２０は、巻線を施す前の固定子コア２０ａが略直線状に形成され、巻線が集中的に施されるティースを単位として分割されている。そして、夫々の分割されたティースは、回動可能に連結されている。

図１に示す固定子コア２０ａの分割ティースの一部を構成する第１の１回目に成形するティース３ａ（第１の部品の一例）は、巻線が集中的に施される巻線部１と、図示しない回転子（インナーロータ）と対向するティース先端部３３と、このティース先端部３３の逆側（固定子２０では外周側）に形成されるコアバック部３２と、コアバック部３２の周方向両端部に形成される連結部２と、この連結部２に回転子の軸方向に平行な回転軸部円柱７（回転軸の一例）を有する。

この１回目の成形においては、成形に用いる金型に特別制限があるわけではなく、複数個のティースを同時に成形しても、複数回の成形でティースを成形してもよい。ここでは、回数に限らず分割したティースを単体で成形する工程を１回目としている。

固定子コア２０ａは、軟磁性粉末と熱可塑性樹脂を混練した材料によって構成されており、射出成形によって形成される。用いられる軟磁性粉末には、主に純鉄粉末が用いられるが、ソフトフェライト、パーマロイ（登録商標）、アモルファス等の材料も使用可能である。熱可塑性樹脂には、主にナイロンが用いられるが、アクリル等も使用可能である。但し、熱可塑性樹脂に限定されず、熱硬化性樹脂の、不飽和ポリエステル、エポキシ等の材料も使用可能である。

次に、固定子コア２０ａの成形方法について説明する。先ず、図２（ａ）に示すように、第１の１回目に成形するティース３ａを２個、第２の１回目に成形するティース３ｂ（第１の部品の一例）をティース１個分の間隔をあけて、樹脂成形金型に配置する。第２の１回目に成形するティース３ｂは、固定子コア２０ａに成形されたときの周方向端部となる連結部２ａに回転軸部円柱７を持たない。これは固定子コア２０ａ成形後に、巻線を施し折り曲げて円筒状の固定子２０とするためである。

金型には、第１の１回目に成形するティース３ａを２個、第２の１回目に成形するティース３ｂを１個配置する空間と、それらの間と一端に２回目に成形するティースの形状を有する空間が形成されている。

金型に、第１の１回目に成形するティース３ａを２個、第２の１回目に成形するティース３ｂを１個配置した後、金型内に軟磁性粉末と熱可塑性樹脂を混練した材料を射出して、予め金型内に設置した第１の１回目に成形するティース３ａ及び第２の１回目に成形するティース３ｂと連結するように、第１の２回目に成形するティース４ａ（第２の部品の一例）を２個、第２の２回目に成形するティース４ｂ（第２の部品の一例）を１個一体に成形する。

第１の１回目に成形するティース３ａ同士の間、及び第１の１回目に成形するティース３ａと第２の１回目に成形するティース３ｂとの間に第１の２回目に成形するティース４ａが成形される。第２の２回目に成形するティース４ｂは、固定子コア２０ａの第２の１回目に成形するティース３ｂの反対側の周方向端部に位置する。

成形する材料は、成形の際に形成される部品の表面に樹脂のスキン層を形成する。熱可塑性の材料の成形では溶融した材料を金型内へ射出し、冷却することで金型内部に形成された形状の成形品が得られる。第１の１回目に成形するティース３ａ及び第２の１回目に成形するティース３ｂと第１の２回目に成形するティース４ａ及び第２の２回目に成形するティース４ｂに用いられる材料は同一のものであるが、２回目の成形時に第１の１回目に成形するティース３ａ及び第２の１回目に成形するティース３ｂと第１の２回目に成形するティース４ａ及び第２の２回目に成形するティース４ｂは溶着することは無く、両者はそれぞれの表面のスキン層によって分離可能な状態を保っている。スキン層を形成している両者の表面は非常になめらかでるため、両者の接触部を回転軸部円柱７を含め回動可能な構造とすることで、第１の２回目に成形するティース４ａ及び第２の２回目に成形するティース４ｂの成形後、第１の１回目に成形するティース３ａ及び第２の１回目に成形するティース３ｂと第１の２回目に成形するティース４ａ及び第２の２回目に成形するティース４ｂは回動可能な関節部５を形成することができる。

また、図２（ｂ）に示すように、第１の２回目に成形するティース４ａ及び第２の２回目に成形するティース４ｂ（周方向の一端部）は、第１の１回目に成形するティース３ａ及び第２の１回目に成形するティース３ｂ（周方向の一端部）の連結部２を上下に挟み込むように関節部５を形成するため、第１の１回目に成形するティース３ａ及び第２の１回目に成形するティース３ｂと、第１の２回目に成形するティース４ａ及び第２の２回目に成形するティース４ｂとが分離することを防止する。

以上の説明では、１回目に成形するティースを３個、２回目に成形するティースを３個を用いて、計６個のティースを有する固定子コア２０ａについて説明したが、モータの仕様に合わせて、ティースの個数は自由に選ぶことができる。

また、連結部２の回転軸部円柱７は、軸方向の片側にあればよいが、両側に突出させてもよい。

以上のように、複数回の成形により一体に直線状に成形された固定子コア２０ａに、図３（ａ）に示すように、所定の巻線６を巻回する。固定子コア２０ａが直線状であるから巻線を容易に行うことができる。その後、円筒状に折り曲げて図３（ｂ）のような固定子２０を形成する。このとき、第２の１回目に成形するティース３ｂと、第２の２回目に成形するティース４ｂとの周方向端部が合わせられる非関節部３４は、後にフレーム等に固定子２０が嵌められるので、そのままでもよいし、融着して固定してもよい。

図４に示すように、第１の１回目に成形するティース３ａ及び第２の１回目に成形するティース３ｂと、第１の２回目に成形するティース４ａ及び第２の２回目に成形するティース４ｂを連結している関節部５は、回転軸部円柱７を第１の１回目に成形するティース３ａ及び第２の１回目に成形するティース３ｂと一体に軸方向に成形することで、２回目の成形で第１の２回目に成形するティース４ａ及び第２の２回目に成形するティース４ｂがその周囲を囲んで回動可能な関節部５を形成することができる。但し、図４では、第１の１回目に成形するティース３ａと第１の２回目に成形するティース４ａとを連結する関節部５を例として示しているが、他の関節部５も同様の構成である。

第１の１回目に成形するティース３ａ及び第２の１回目に成形するティース３ｂの連結部２は、関節部５の回転軸部円柱７の軸方向でみて中央部に位置しており、第１の２回目に成形するティース４ａ及び第２の２回目に成形するティース４ｂの周方向端部がその上下を挟んでいる。これにより、関節部５は軸方向に分離することを防止している。また、この回転軸部円柱７は、第１の１回目に成形するティース３ａ及び第２の１回目に成形するティース３ｂと第１の２回目に成形するティース４ａ及び第２の２回目に成形するティース４ｂとを回動可能とするのと同時に、第１の１回目に成形するティース３ａ及び第２の１回目に成形するティース３ｂと第１の２回目に成形するティース４ａ及び第２の２回目に成形するティース４ｂが軸垂直方向に分離することを防止する。

関節部５における回転軸は、必ずしも回転軸部円柱７のような長さを持った円柱である必要はなく、第１の１回目に成形するティース３ａ及び第２の１回目に成形するティース３ｂと第１の２回目に成形するティース４ａ及び第２の２回目に成形するティース４ｂとが互いに回動可能で分離を防止できる構造であれば良く、ティース自体が非常に小さい場合や、用いる材料の流動性が悪く、小さな回転軸を成形することが難しい場合、あるいは、材料の弾性が無く脆い場合には、図５に示すように回転軸となる部分に小さな回転軸部突起８（回転軸に一例）を設けることで同様の機能を得ることも可能である。

また、図５において、回転軸部突起８は、円柱の形状となっているが、回動する軸とティース同士の分離防止の機能を果たせばよく、例えば、半球のような形状とすることも可能である。

また、図４、図５のように第１の１回目に成形するティース３ａ及び第２の１回目に成形するティース３ｂの連結部２に回転軸部円柱７、回転軸部突起８を設ける以外にも、図６に示すような回転軸部貫通穴９を、第１の１回目に成形するティース３ａ及び第２の１回目に成形するティース３ｂに設けてもよい。２回目の射出成形により、回転軸部貫通穴９内に回動可能な回転軸が第１の２回目に成形するティース４ａ及び第２の２回目に成形するティース４ｂに成形される。

また、図７に示すような回転軸部窪み１０を、第１の１回目に成形するティース３ａ及び第２の１回目に成形するティース３ｂに設けてもよい。２回目の射出成形により、回転軸部窪み１０内に回動可能な回転軸が第１の２回目に成形するティース４ａ及び第２の２回目に成形するティース４ｂに成形される。

第１の１回目に成形するティース３ａ及び第２の１回目に成形するティース３ｂの連結部２に小さな回転軸を一体に成形する場合、回転軸となる部分に十分に材料が充填されないと、第１の２回目に成形するティース４ａ及び第２の２回目に成形するティース４ｂの成形後、関節部５の抵抗が大きくなり、回動できなくなる可能性もある。

第１の１回目に成形するティース３ａ及び第２の１回目に成形するティース３ｂの成形時に回転軸部貫通穴９あるいは回転軸部窪み１０を設けるのは、比較的容易であり、仮に第１の２回目に成形するティース４ａ及び第２の２回目に成形するティース４ｂの成形において関節部５に樹脂が十分に充填できなかった場合でも、関節としての機能は果たすことができる。

また、回転軸部貫通穴９に、第１の２回目に成形するティース４ａ及び第２の２回目に成形するティース４ｂを成形した際の材料が十分に充填ができた場合、第１の２回目に成形するティース４ａ及び第２の２回目に成形するティース４ｂの関節部５上下の部分を回転軸でつなぐことができるため、固定子コア２０ａの強度を上げることができる。

図２においては、第１の１回目に成形するティース３ａ及び第２の１回目に成形するティース３ｂを直線状に配置して一体に成形している。分割したティースを直線に配置することで、ティース先端のスロット開口部を広く取れるため、巻線を巻回する作業が容易となる。しかし、成形は必ずしもティースを直線状に配置して行う必要はなく、図８に示すように、第１の１回目に成形するティース３ａ及び第２の１回目に成形するティース３ｂを円弧状に配置し、その後第１の２回目に成形するティース４ａ及び第２の２回目に成形するティース４ｂを一体に成形して、成形直後に固定子コア２０ａが円筒状であるような形態を取っても良い。これにより、固定子コア２０ａとしての真円度を確保しやすくなる。成形後、関節部５を用いて非関節部３４から固定子コア２０ａを展開し、巻線作業後円筒とする。

また、逆に図９に示すように、ティース３を回転子に対向するティース先端部３３を外側に向けて円弧状に金型に配置した状態で（図９（ａ））、第１の２回目に成形するティース４ａ及び第２の２回目に成形するティース４ｂを一体に成形しても良い（図９（ｂ））。これによって、さらにスロット開口部を大きく取った状態で成形ができ、より巻線作業を容易にすることができる。

実施の形態２．
図１０乃至図１３、図１７は実施の形態２を示す図で、図１０は固定子コアの分割されたティース１１の形状を示す斜視図、図１１は固定子コアの成形順序示す斜視図（（ａ）はティース１１を金型に円弧状に配置した状態を示す図、（ｂ）はコアバック１２がティース１１と一体に成形された円筒状の固定子コア２０ａを示す斜視図）、図１２は固定子コア２０ａのティース１１を外側へ展開した状態を示す斜視図、図１３は固定子コアの分割されたティース１１の変形例の形状を示す斜視図、図１７はティースの回転軸となる連結部２の形状を示す斜視図である。

本実施の形態では、１回目の成形で分割したティース１１（第１の部品又は第２の部品の一例）を例えば６個形成し、この６個のティース１１を金型に円弧状に所定の間隔をあけて配置し、金型に軟磁性粉末と熱可塑性樹脂を混練した材料を射出してコアバック１２（第１の部品又は第２の部品の一例）をティース１１に一体に成形し固定子コア２０ａが形成される。ティース１１は、固定子コア２０ａの径方向に回動可能であり、巻線時はティース１１を外側に１８０度回転させて巻線作業を行う。

図１０に示すように、１回目に成形するティース１１は、巻線が集中的に施される巻線部１と、図示しない回転子（インナーロータ）と対向するティース先端部３３と、このティース先端部３３の逆側（固定子コア２０ａでは外周側）に形成されるコアバック部３２と、コアバック部３２の周方向両端部に形成され、固定子コア２０ａの周方向に突出する回転軸３６とを有する。ティース１１の周方向両端面は平行であり、回転軸３６は同心である。これは、固定子コア２０ａに成形された後、ティース１１が径方向に回動可能にするためである。

固定子コア２０ａを成形するには、先ず図１１（ａ）に示すように、成形金型内にティース１１を所定間隔をあけて円弧状に配置する（この例では、６個のティース１１を使用する）。

次に、金型内に軟磁性粉末と熱可塑性樹脂を混練した材料を射出してコアバック１２部分をティース１１と一体になるように成形し、図１１（ｂ）に示す固定子コア２０ａを形成する。ティース１１とコアバック１２とは、関節部５で回動可能に連結される。ティース１１の周方向両端部から突出する連結部２を囲む凹部が、コアバック１２の周方向両端部に樹脂成形により形成される。ティース１１とコアバック１２とは、それぞれの表面のスキン層によって分離可能な状態を保っている。スキン層を形成している両者の表面は非常になめらかでるため、両者の接触部は回転軸３６を含め回動可能である。

固定子コア２０ａに巻線を施すために、図１２に示すように、各ティース１１を径方向に回転させて、各ティース１１のティース先端部３３が外側を向くようにする。図１２（ａ）は各ティース１１を径方向に回転させる途中の状態を示し、図１２（ｂ）は略１８０度回転させ、巻線を施す直前の状態を示している。図１２（ｂ）に示すように、ティース１１同士の間が広くあいているため、巻線作業が容易に行える。

ティース１１とコアバック１２の成形順序は特に決められるものではなく、ティース１１を１回目に成形した後、２回目にコアバック１２を一体に成形しても、１回目にコアバック１２を成形し、２回目にティース１１を成形しても良い。

１回目にティース１１を成形することで、ティース１１両側にある回転軸３６の同軸度を出しやすい。これにより、ティース１１の径方向への回動をスムーズに行いやすくなる。

１回目にコアバック１２を成形すると、２回目に成形するティース１１の真円度が出しやすくなる。また、コアバック１２は、比較的小さく、簡単な形状の部品であることから、多数個の同時成形の際にも金型が小さくて良く、成形時に生じるスプール、ランナーも少なくできる。

回転軸３６は、ティース１１、コアバック１２のどちらに一体に成形しても良いが、成形する金型は、上下に分割する必要があるため、突起の形状であることが望ましく、１回目に成形する部品に一体に成形した方が良い。

また、回転軸３６は、必ずしも図１０に示すような突起である必要はなく、例えば、図１３に示すような円板１３の形状にすることも可能である。前述の通り、成形に用いる金型は、上下に分割するため、突起のように完全な円形状では、円周上に金型の分割面が生じて、それが回動する際の妨げとなる。円板１３の様にコアバック１２の厚みより大きい径をとり、コアバック１２からはみ出す部分については、コアバック１２の幅でカットすることで、金型の分割面をこの円板カット面１４に持っていけるため、回動時の妨げとなることはない。

また、上記のように固定子コア２０ａを成形することにより、固定子コア２０ａを直線状に展開することなく、ティース１１を反転するだけでスロットの開口部を大きく取ることができるため、直線状に展開したときに必要な、巻線作業後固定子２０を再び円筒状に戻した後にコアの両端の接合する工程が不要となる。

関節部５に形成される回転軸３６は、例えば、図１７に示すように回転軸先端部３６ａの径を回転軸ティース側３６ｂの径よりも大きくすることで一体成形後のティース１１同士の分離を防止できる。

また、本実施の形態は、図１７の様な形態を取らない場合、２回目の成形後にティース１１とコアバック１２は、互いに分離可能である。言い換えれば、ティース１１とコアバック１２を分離した状態で成形した後、ティース１１とコアバック１２を組合せても、同様の形態の固定子コア２０ａを構成することは可能である。この場合、固定子コア２０ａに用いる材料は、必ずしも、前述したような軟磁性粉末と熱可塑性樹脂を混練した材料である必要はなく、軟磁性粉末を圧縮成形し、焼結、焼成して固定子コア２０ａを形成できる。

分割したティース１１とコアバック１２とを組み合わせる場合、どちらかに回転軸３６を挿入する凹部が必要であり、成形時にこれを形成するためには、複雑な金型構造が必要となる。前述のようにティース１１又はコアバック１２をあらかじめ成形しておき、後に一体に成形することで凹部は同時に形成されるため、複雑な構造の金型は不要である。

実施の形態３．
図１４乃至図１７は実施の形態３を示す図で、図１４は固定子コアの分割された第１の１回目に成形するティース３ａ及び第２の１回目に成形するティース３ｂの形状と、それらを金型に直線状に配置した状態を示す斜視図、図１５は第１の２回目に成形するティース４ａ及び第２の２回目に成形するティース４ｂが１回目に成形するティースと一体に成形された固定子コア２０ａを示す斜視図、図１６は固定子コア２０ａを成形する際のコア内部の磁束の流れを示す斜視図、図１７はティースの回転軸となる回転軸３６の形状を示す斜視図である。

図１４に示すように、第１の１回目に成形するティース３ａ及び第２の１回目に成形するティース３ｂを実施の形態１と同様の方法により射出成形により形成する。ここでは、連結部となる回転軸３６が回転子回転軸に対して垂直方向で、且つ固定子コア２０ａの周方向に形成されている。第１の１回目に成形するティース３ａの周方向両端部の回転軸３６は同心ではない。第２の１回目に成形するティース３ｂは、周方向一端部に回転軸３６を有するが、他端部には回転軸３６を持たない。第１の１回目に成形するティース３ａと第２の１回目に成形するティース３ｂとに回転軸３６を形成すれば、射出成形を容易に行うことができる。

第１の１回目に成形するティース３ａを２個、第２の１回目に成形するティース３ｂを１個、図１４に示すように成形金型内に直線状に配置する。そして、軟磁性粉末と熱可塑性樹脂を混練した材料を金型内に射出し、第１の２回目に成形するティース４ａ及び第２の２回目に成形するティース４ｂを成形し、固定子コア２０ａを形成する。図１５に示すように、第１の２回目に成形するティース４ａ及び第２の２回目に成形するティース４ｂの向きは、第１の１回目に成形するティース３ａ及び第２の１回目に成形するティース３ｂの向きと反対にして、直線状の固定子コア２０ａを形成している。このように構成すれば、巻線を容易に行うことができる。各ティースに巻線を施した後、関節部５により各ティースの向きを合わせれば、円筒状の固定子２０となる。

第１の２回目に成形するティース４ａは、周方向両端部に第１の１回目に成形するティース３ａ又は第２の１回目に成形するティース３ｂの回転軸３６を囲む回動可能な凹部が形成され、関節部５となる。

図１５に示すように各ティースを配置した場合、図１６に示すように金型内部に磁場を与えて成形すると内部の磁束が成形する各ティースに集中し、更には図中の矢印の向きにそって流れるようになる。この磁束の向きは、実際に各ティースを固定子２０として用いる際にティース内部に生じる磁束の流れに一致している。材料内の磁性粉末は、成形時に与えられた磁界にあわせて、向きが揃ったり、粉末間の接触が密になるなどして、磁界の向きの磁気特性が向上する。このため、固定子２０の特性を向上させることができる。

関節部５を形成する回転軸３６は、例えば、図１７に示すように回転軸先端部３６ａの径を回転軸ティース側３６ｂの径よりも大きくすることで、一体成形後のティース同士の分離を防止できる。

尚、１回目に成形するティースを間隔をあけて円弧状に配置して、２回目のティースを一体に成形して、円筒状の固定子コア２０ａを形成してもよい。

実施の形態４．
図１８、図１９は実施の形態４を示す図で、図１８はアウターロータ形の電動機の固定子コアの成形順序及びティース１１斜視図（（ａ）は１回目に成形するティース１１を金型に配置した状態を示す斜視図、（ｂ）は２回目にコアバック１２を成形してティース１１と一体化し形成した固定子コア２０ａを示す斜視図）、図１９は固定子コア２０ａのティース１１を回動させた状態を示す斜視図（（ａ）は回動の途中、（ｂ）は９０度回動）である。

図１８に示す固定子コア２０ａは、アウターロータ形の電動機の固定子用のものである。ティース１１（第１の部品の一例）は、ロータに対向するティース先端部３３と、巻線を巻回する巻線部１、コアバック１２（第２の部品の一例）と結合する関節部５とを備える。回転軸となる関節部５は、回転子の回転軸に対して、垂直に配置される。複数のティース１１は放射状に配され、それぞれの回転軸となる関節部５も放射状に配置される。

図１８（ａ）に示すように、１回目に成形したティース１１を、円筒状に金型に配置する（ここでは、６個のティース１１を使用している）。そして、図１８（ｂ）に示すように、軟磁性粉末と熱可塑性樹脂を混練した材料を金型内に射出し、コアバック１２を成形してティース１１と一体化する。ティース１１とコアバック１２とは溶着することは無く、両者はそれぞれの表面のスキン層によって分離可能な状態を保っている。スキン層を形成している両者の表面は非常になめらかであるため、両者の接触部は関節部５を含め回動可能である。

固定子コア２０ａに巻線を施すときは、図１９に示すように、各ティース１１を関節部５により約９０度回転し、ティース先端部３３同士の間が十分にあいた状態にして、巻線を行う。これにより、巻線作業を容易に行うことができる。

また、ティース１１のティース先端部３３の両端部３３ａにティース回転方向とは逆向きに切欠き、又はスキュー形状（傾斜させる）を設けることによって、隣り合うティース１１が回転時に接触することをさけながら、ティース１１間の距離を狭めることができる。同時にスキューのかかった形状となることで、電動機のコギングトルクを下げ、低騒音化が可能となる。

実施の形態５．
図２０、図２１は実施の形態５を示す図で、図２０は固定子コア２０ａの部分斜視図（ａ）と固定子２０を示す斜視図（ｂ）、図２１は電動機の構成を示す分解斜視図である。
本実施の形態の固定子コア２０ａは、ティースに電動機の外郭を構成するフレームが一体に形成される。図２０（ａ）は、そのような固定子コア２０ａの一部を示す斜視図で、１回目に成形するフレーム付きティース１０３（第１の部品の一例）が２回目に成形するフレーム付きティース１０４（第２の部品の一例）に一体に成形され、回動可能な関節部５で連結している。

図２０（ａ）のような状態で、各ティースに巻線を施し、関節部５を折り曲げて、図２０（ｂ）に示す円筒状の固定子２０を形成する。１回目に成形するフレーム付きティース１０３及び２回目に成形するフレーム付きティース１０４には、コアバック部から軸方向にフレーム１９が形成されている。従って、電動機とする場合に、フレームが不要であり、また固定子２０をフレームに挿入する作業も不要となる。

図２１に示すように、マグネットを有し、軸受が装着された軸に嵌められた回転子２１が固定子２０の内部に挿入され、固定子２０の両端にブラケット２２を取り付けて電動機が形成される。

電動機の外郭となるフレーム１９を固定子２０と一体に形成するため、別部品のフレームが不要であり、固定子２０をフレームに挿入する作業が不要となるため、加工コストを抑えることができる。

実施の形態６．
図２２乃至図２４は実施の形態６を示す図で、図２２は固定子コア２０ａの結合手順を示す斜視図（（ａ）はティース１１の結合面２３を対向させて配置した図、（ｂ）はティース１１同士を結合面２３で合わせた図、（ｃ）は結合面２３部分を融着した固定子コア２０ａの一部を示す図）、図２３は固定子コア２０ａの折り曲げ工程を示す斜視図、図２４は固定子コア２０ａの関節部の組み立て工程を示す斜視図である（（ａ）は第１のティース１１ａと第２のティース１１ｂを示す斜視図、（ｂ）は第１のティース１１ａと第２のティース１１ｂを連結した斜視図、（ｃ）は突起部２６を融着した固定子コア２０ａを示す斜視図）。

本実施の形態の固定子２０は、固定子コア２０ａを構成し、巻線を集中的に巻回するティース１１が分割されている。夫々のティース１１は、軟磁性体粉末と熱可塑性樹脂を混練した材料を射出成形して形成される。図２２に示すティース１１は、連結部を持たない。ティース１１はコアバック部の周方向両端部が他のティース１１と結合するときの結合面２３になっている。

各ティース１１は、ティース１１同士を結合する前に、夫々巻線が施される（図では巻線を省略している）。図２２（ａ）、（ｂ）に示すように、結合面２３を合わせてティース１１を円筒状に配置する。そして、結合面２３付近を加熱して融着させる。図２２（ｃ）の融着部２４でティース１１同士が結合される。ティース１１の材料は、軟磁性体粉末と熱可塑性樹脂を混練した材料であるから、電磁鋼板に比べ低い温度で溶融する。２５０〜３００℃程度で、ティース１１は溶融する。従って、図示はしていないが、ティース１１に施された巻線やインシュレータを損傷する恐れが少ない。また、少ないエネルギーでティース１１同士の結合が可能である。ティース１１を電磁鋼板で構成する場合は、このように分割されたティース１１に巻線を施し、溶接で各ティース１１を結合する方法は、溶接の温度が高いので難しい。

図２３（ａ）に示すように、軟磁性体粉末と熱可塑性樹脂を混練した材料を射出成形して形成される固定子コア２０ａのティース１１同士を薄肉部２５で連結した構成としてもよい。これによって、固定子コア２０ａの成形後、巻線作業に移る際の固定子コア２０ａの持ち運びが容易となる。固定子コア２０ａを構成する分だけ、連結した状態とすることで、成形したティース１１を巻線機へ設置する作業が簡略化できる。巻線作業後は、薄肉部２５を加熱、溶融させながら、薄肉部２５を軸に折り曲げ固化させれば、ティース１１間が融着部２４で連結された円筒状の固定子２０を形成することができる（図２３（ｂ））。

また、図２４に示すように、分割した第１のティース１１ａと第２のティース１１ｂとの結合部に回動可能な関節構造を持たせ、関節構造の一部を加熱・溶融することで分割した第１のティース１１ａと第２のティース１１ｂとの分離を防止することも可能である。

図２４（ａ）に示す第１のティース１１ａと第２のティース１１ｂは、１回の軟磁性体粉末と熱可塑性樹脂を混練した材料の射出成形で同時に形成される。第１のティース１１ａは、周方向端部の中央付近に周方向に突出した連結部２ｂを有し、その下面に回転軸に平行な回転軸部円柱７を有する。第２のティース１１ｂは、周方向端部の軸方向一端部付近に周方向に突出した連結部２ｃを有し、その内側の面に凹部３５を有する。また、周方向端部の他端部に回転軸方向に突出した突起部２６を有する。

図２４（ｂ）に示すように、第１のティース１１ａの回転軸部円柱７を第２のティース１１ｂの凹部３５に挿入して、第１のティース１１ａと第２のティース１１ｂを連結する。

図２４（ｃ）に示すように、第１のティース１１ａと第２のティース１１ｂを連結後、第２のティース１１ｂの突起部２６を加熱・溶融させ、第１のティース１１ａの連結部２ｂを第２のティース１１ｂの連結部２ｃと変形させた突起部２６により挟む。これにより、関節機能を保持しつつ、第１のティース１１ａと第２のティース１１ｂの分離を抑制する。このように構成された固定子コア２０ａは、連結していない非関節部（図示せず）から展開して巻線作業を行い、再び円筒状に成形して固定子２０とする。

実施の形態７．
図２５は実施の形態７を示す図で、固定子２０を示す斜視図である。巻線を集中的に巻回するティース単位に分割した固定子２０であり、分割されたティースは、互いに回動可能な関節部５を有している。関節部５は、前述の実施の形態で示した手段により実現しているもので、固定子２０を展開し巻線を巻回した後、再び円筒状の形態を取っている。この後、ティースの関節部５を加熱・融解して融着部２４とすることでティース同士を結合する。巻線作業を容易に行うためには、ティース同士が回動可能でスロットの開口部が広く取れることは望ましいが、巻線作業後は、ティース同士の結合が強固でないと固定子２０の剛性が低くなり、振動・騒音の要因となる。巻線作業後は、ティース間の関節部５は、再び回動する必要はなくなるため、前述のように関節部５を加熱・溶融して融着部２４を形成することでティース間の結合を強くして、固定子２０の剛性を高くすることで、低振動、低騒音化を図ることができる。

実施の形態８．
図２６、図２７は実施の形態８を示す図で、図２６は固定子の部分的な分解斜視図、図２７は別の固定子の部分的な分解斜視図である。
ティース１１ｃ、ティース１１ｄは、共に周方向端部に段差形状の連結部２ｂ、連結部２ｃを有する構造であり、この段差形状の連結部２ｂと連結部２ｃが合わせられて円筒状の固定子コアとなるが、例えば、ティース１１ｃの連結部２ｂに回転軸に平行な回転軸部円柱７を設け、ティース１１ｄの連結部２ｃに回転軸に平行な、回転軸部円柱７が挿入される凹部３５を設けている。ティース１１ｃ、回転軸部円柱７の軸方向の反対側に溝２９を有する。ティース１１ｄは、凹部３５の軸方向の反対側に溝２９を有する。ティース１１ｃ、ティース１１ｄは、軟磁性体粉末と熱可塑性樹脂を混練した材料の１回の射出成形で成形される。

巻線の絶縁及び巻線巻回時のくずれを防止する巻枠となるインシュレータ２７ａ、インシュレータ２７ｂがティース１１ｃ、ティース１１ｄを上下より挟むようにして配置される。インシュレータ２７ａとインシュレータ２７ｂとは、別ピースであるが、連結部で連結して回動可能な構成である。インシュレータ２７ａは、固定子コア側の面に、ティース１１ｃ及びティース１１ｄの溝２９に挿入される突起部２８を有する。

ティース１１ｃ及びティース１１ｄと、インシュレータ２７ａ及びインシュレータ２７ｂとを組み立てる際に、突起部２８は溝２９に挿入される。これによって、ティース１１ｃとティース１１ｄとが軸方向に分離することを防止することができる。ティース１１ｃとティース１１ｄとは、回転軸部円柱７が凹部３５に挿入されているので回動可能な状態を維持できる。

また、図２７に示すように、インシュレータ２７ｃにティース１１ｅ、ティース１１ｆの連結部２ｂ、連結部２ｃの回転軸上に貫通穴３０を設け、これに挿入する突起３１をティース１１ｅ、ティース１１ｆに設けることによっても同様の効果が得られる。ティース１１ｅ、ティース１１ｆに突起３１を設けることで、ティース１１ｅ、ティース１１ｆのコアバック部の断面積が部分的に小さくなることを防げるため、モータの性能を落とすことなく、ティース１１ｅ、ティース１１ｆの連結部に関節構造を持たせることができる。

本発明の活用例として、出力の小さいファンモータへの適用が可能である。

実施の形態１を示す図で、固定子コアの分割された第１の１回目に成形するティース３ａの形状を示す斜視図である。実施の形態１を示す図で、固定子コアの成形順序示す斜視図である（（ａ）は第１の１回目に成形するティース３ａ及び第２の１回目に成形するティース３ｂを金型に直線状に配置した状態を示す図、（ｂ）は第１の２回目に成形するティース４ａ及び第２の２回目に成形するティース４ｂが１回目に成形するティースと一体に成形された固定子コア２０ａを示す図））。実施の形態１を示す図で、固定子コア２０ａに巻線６を施した固定子２０を示す斜視図である（（ａ）は巻線６を施した直後の図、（ｂ）は円筒状に折り曲げた固定子２０を示す図）。実施の形態１を示す図で、ティース連結部に回転軸部円柱７を形成した固定子コア２０ａの部分斜視図である。実施の形態１を示す図で、ティース連結部に回転軸部突起８を形成した固定子コア２０ａの部分斜視図である。実施の形態１を示す図で、ティース連結部に回転軸部貫通穴９を形成した固定子コア２０ａの部分斜視図である。実施の形態１を示す図で、ティース連結部に回転軸部窪み１０を形成した固定子コア２０ａの部分斜視図である。実施の形態１を示す図で、固定子コアの成形順序示す斜視図である（（ａ）は第１の１回目に成形するティース３ａ及び第２の１回目に成形するティース３ｂを金型に円弧状に配置した状態を示す図、（ｂ）は第１の２回目に成形するティース４ａ及び第２の２回目に成形するティース４ｂが１回目に成形するティースと一体に成形された円筒状の固定子コア２０ａを示す図）。実施の形態１を示す図で、固定子コアの成形順序示す斜視図である（（ａ）は第１の１回目に成形するティース３ａ及び第２の１回目に成形するティース３ｂを金型に円弧状にティース先端部３３を外側に向けて配置した状態を示す図、（ｂ）は第１の２回目に成形するティース４ａ及び第２の２回目に成形するティース４ｂが１回目に成形するティースと一体に成形され、ティース先端部３３を外側に向けて配置した固定子コア２０ａを示す図）。実施の形態２を示す図で、固定子コアの分割されたティース１１の形状を示す斜視図である。実施の形態２を示す図で、固定子コアの成形順序示す斜視図である（（ａ）はティース１１を金型に円弧状に配置した状態を示す図、（ｂ）はコアバック１２がティース１１と一体に成形された円筒状の固定子コア２０ａを示す斜視図）。実施の形態２を示す図で、固定子コア２０ａのティース１１を外側へ展開した状態を示す斜視図である。実施の形態２を示す図で、固定子コアの分割されたティース１１の変形例の形状を示す斜視図である。実施の形態３を示す図で、固定子コアの分割された第１の１回目に成形するティース３ａ及び第２の１回目に成形するティース３ｂの形状と、それらを金型に直線状に配置した状態を示す斜視図である。実施の形態３を示す図で、第１の２回目に成形するティース４ａ及び第２の２回目に成形するティース４ｂが１回目に成形するティースと一体に成形された固定子コア２０ａを示す斜視図である。実施の形態３を示す図で、固定子コア２０ａを成形する際のコア内部の磁束の流れを示す斜視図である。実施の形態３を示す図で、ティースの回転軸となる連結部２の形状を示す斜視図である。実施の形態４を示す図で、アウターロータ形の電動機の固定子コアの成形順序及びティース１１を示す斜視図である（（ａ）は１回目に成形するティース１１を金型に配置した状態を示す斜視図、（ｂ）は２回目にコアバック１２を成形してティース１１と一体化し形成した固定子コア２０ａを示す斜視図）。実施の形態４を示す図で、固定子コア２０ａのティース１１を回動させた状態を示す斜視図（（ａ）は回動の途中、（ｂ）は９０度回動）である。実施の形態５を示す図で、固定子コア２０ａの部分斜視図（ａ）と固定子２０を示す斜視図（ｂ）である。実施の形態５を示す図で、電動機の構成を示す分解斜視図である。実施の形態６を示す図で、固定子コア２０ａの結合手順を示す斜視図（（ａ）はティース１１の結合面２３を対向させて配置した図、（ｂ）はティース１１同士を結合面２３で合わせた図、（ｃ）は結合面２３部分を融着した固定子コア２０ａの一部を示す図）である。実施の形態６を示す図で、固定子コア２０ａの折り曲げ工程を示す斜視図である。実施の形態６を示す図で、固定子コア２０ａの関節部の組み立て工程を示す斜視図である（（ａ）は第１のティース１１ａと第２のティース１１ｂを示す斜視図、（ｂ）は第１のティース１１ａと第２のティース１１ｂを連結した斜視図、（ｃ）は突起部２６を融着した固定子コア２０ａを示す斜視図）。実施の形態７を示す図で、固定子２０を示す斜視図である。実施の形態８を示す図で、固定子の部分的な分解斜視図である。実施の形態８を示す図で、別の固定子の部分的な分解斜視図である。

符号の説明

１巻線部、２連結部、２ａ連結部、２ｂ連結部、２ｃ連結部、３ａ第１の１回目に成形するティース、３ｂ第２の１回目に成形するティース、４ａ第１の２回目に成形するティース、４ｂ第２の２回目に成形するティース、５関節部、６巻線、７回転軸部円柱、８回転軸部突起、９回転軸部貫通穴、１０回転軸部窪み、１１ティース、１１ａ第１のティース、１１ｂ第２のティース、１１ｃティース、１１ｄティース、１１ｅティース、１１ｆティース、１２コアバック、１３円板、１４円板カット面、１９フレーム、２０固定子、２０ａ固定子コア、２１回転子、２２ブラケット、２３結合面、２４融着部、２５薄肉部、２６突起部、２７ａインシュレータ、２７ｂインシュレータ、２７ｃインシュレータ、２７ｄインシュレータ、２８突起部、２９溝、３０貫通穴、３１突起、３２コアバック部、３３ティース先端部、３３ａ両端部、３４非関節部、３５凹部、３６回転軸、３６ａ回転軸先端部、３６ｂ回転軸ティース側、１０３１回目に成形するフレーム付きティース、１０４２回目に成形するフレーム付きティース。

Claims

軟磁性体粉末と合成樹脂を混練した材料を射出成形により形成する電動機の固定子において、
１回目に成形する複数に分割された第１の部品と、
２回目に前記第１の部品と回動可能に一体に成形されて固定子コアを形成する、一つの又は複数に分割された第２の部品とを備え、少なくとも前記第１の部品、前記第２の部品のいずれかは、巻線を巻回する巻線部を有することを特徴とする電動機の固定子。
前記第１の部品が１回目に成形するティースであり、前記第２の部品が２回目に成形するティースであり、前記第１の部品と前記第２の部品とが連結する関節部の回転軸が、当該電動機の固定子の内側において回転する回転子の回転軸に平行であることを特徴とする請求項１記載の電動機の固定子。
前記関節部の回転軸を、１回目に成形するティースである前記第１の部品に成形することを特徴とする請求項２記載の電動機の固定子。
前記関節部の回転軸を、回転軸部突起で構成したことを特徴とする請求項２記載の電動機の固定子。
１回目に成形するティースである前記第１の部品に回転軸部貫通穴を設け、２回目に成形するティースである前記第２の部品に前記回転軸部貫通穴に嵌合する前記関節部の回転軸を設けたことを特徴とする請求項２記載の電動機の固定子。
１回目に成形するティースである前記第１の部品に回転軸部窪みを設け、２回目に成形するティースである前記第２の部品に前記回転軸部窪みに嵌合する前記関節部の回転軸を設けたことを特徴とする請求項２記載の電動機の固定子。
前記関節部で連結する前記第１の部品と前記第２の部品とを、直線状に配置して成形することを特徴とする請求項２記載の電動機の固定子。
前記関節部で連結する前記第１の部品と前記第２の部品とを、円筒状に配置して成形することを特徴とする請求項２記載の電動機の固定子。
前記第１の部品と前記第２の部品は、前記回転子に対向するティース先端部を有し、前記ティース先端部が外側に向くように成形することを特徴とする請求項８記載の電動機の固定子。
前記第１の部品が巻線部を有するティースの場合は前記第２の部品がコアバックであり、前記第１の部品がコアバックの場合は前記第２の部品が巻線部を有するティースであり、前記関節部の回転軸が前記回転子の回転方向である周方向に形成されることを特徴とする請求項１記載の電動機の固定子。
前記巻線部を有するティースの周方向両端面は平行であり、前記ティースの周方向両端に位置する回転軸は同心であることを特徴とする請求項１０記載の電動機の固定子。
前記関節部の回転軸を、前記巻線部を有するティースの周方向両端に形成したことを特徴とする請求項１０又は請求項１１記載の電動機の固定子。
前記関節部の回転軸を、前記コアバックの周方向両端に形成したことを特徴とする請求項１０又は請求項１１記載の電動機の固定子。
前記関節部の回転軸が、前記巻線部を有するティースのコアバック部の径方向幅よりも大きな径をもつ円板状であり、前記コアバック部の厚みより大きくなる部分は切り落とされていることを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれかに記載の電動機の固定子。
前記第１の部品及び前記第２の部品を、共に巻線部を有するティースで構成し、前記関節部の回転軸は前記回転子の回転方向である周方向に形成されることを特徴とする請求項１記載の電動機の固定子。
前記第１の部品及び前記第２の部品を交互に逆向きに配置したことを特徴とする請求項１５記載の電動機の固定子。
前記関節部の回転軸は、前記第１の部品に形成されることを特徴とする請求項１５記載の電動機の固定子。
前記関節部の回転軸は、先端部の径よりもティース側の径を小さくしたことを特徴とする請求項１５記載の電動機の固定子。
前記第１の部品が巻線部を有するティースであり、前記第２の部品が複数の前記第１の部品がその周囲に放射状に関節部を介して連結されるコアバックであり、前記第１の部品と前記第２の部品でアウターロータ形の固定子コアを形成することを特徴とする請求項１記載の電動機の固定子。
前記第１の部品のティース先端部の両端部にティース回転方向とは逆向きに切欠き、又はスキュー形状を設けること特徴とする請求項１９記載の電動機の固定子。
前記第１の部品及び前記第２の部品に、電動機の外郭を構成するフレームを一体に成形することを特徴とする請求項２記載の電動機の固定子。
前記第１の部品及び前記第２の部品との連結部を、巻線後に加熱・融着して融着部とすることを特徴とする請求項１記載の電動機の固定子。
軟磁性体粉末と合成樹脂を混練した材料を射出成形して固定子コアを形成する電動機の固定子の製造方法において、
前記固定子コアは複数に分割されたティースにより構成され、各ティースの巻線部に巻線を巻回した後、分割された各ティースの結合面同士を合わせて加熱、融着することで固定子を構成することを特徴とする電動機固定子の製造方法。
複数に分割されたティースは、薄肉部で連結されており、各ティースの巻線部に巻線を巻回した後、前記薄肉部を加熱、溶融させて円筒状の固定子を形成することを特徴とする請求項２３記載の電動機の固定子の製造方法。
軟磁性体粉末と合成樹脂を混練した材料を射出成形して固定子コアを形成する電動機の固定子の製造方法において、
第１のティースと第２のティースの夫々を分割して成形し、前記第１のティースと前記第２のティースの夫々の連結部を、回転子の回転軸に平行な軸と該軸に嵌合する凹部とにより回動可能に連結し、その後前記連結部付近の一部を加熱・溶融して連結した前記第１のティースと前記第２のティースとの分離止めとすることを特徴とする電動機の固定子の製造方法。
軟磁性体粉末と合成樹脂を混練した材料を射出成形して固定子コアを形成する電動機の固定子の製造方法において、
第１のティースと第２のティースの夫々を分割して成形し、前記第１のティースと前記第２のティースの夫々の連結部を、回転子の回転軸に平行な軸と該軸に嵌合する凹部とにより回動可能に連結し、
巻線の絶縁及び巻枠となる、分割されて回動可能に連結されるインシュレータを前記連結した第１のティースと第２のティースの軸方向両端部に配置し、
前記インシュレータと前記第１のティース又は前記第２のティースとを、回転子の回転軸に平行な軸と該軸に嵌合する凹部又は貫通穴とにより連結して、前記インシュレータにより前記連結した第１のティースと第２のティースとを挟み固定することを特徴とする電動機の固定子の製造方法。