JP2007288852A - 焼結コア連結構造の製造法及びその焼結コア連結構造 - Google Patents

Abstract

【目的】 本発明は理想的な絶縁手法を得て、工程上必要な巻き線を行うことにより、同時に接着剤等を使用せずに焼結コアと上下部インシュレータとを固定して簡易且つ迅速に組立ができると共に製造費を格安にでき、円筒状に丸めるだけでモータに取付けること。
【構成】 焼結コア１と、これを被覆可能で上下に分割した合成樹脂製の上下部インシュレータ２，３の複数相互がヒンジ部４で連結されると共に製造後において該ヒンジ部４を介して円形状に形成されるインシュレータユニットＡと、コイルとして形成する巻き線５とからなること。前記焼結コア１を互いに独立させて直列状に形成すると共に、前記インシュレータユニットＡの上下部インシュレータ２，３にて前記焼結コア１を被覆すること。その後に前記上下部インシュレータ２，３間に前記巻き線５を所定回数巻き込み形成して前記焼結コア１と前記上下部インシュレータ２，３とを固定してなること。
【選択図】 図５

Description

本発明は、理想的な絶縁手法を会得し、工程上必要な巻き線を行うことにより、同時に接着剤等を使用せずに焼結コアと上下部インシュレータとを固定して簡易且つ迅速に組立ができると共に製造費を格安にでき、さらに直列形状を円筒形状に丸めるだけでモータに取り付けることができるブラシレスＤＣモータ用の焼結コア連結構造の製造法及びその焼結コア連結構造に関する。

従来より、モータは、内周又は外周の片側に電磁石、それと対向する側に永久磁石を配置したものである。電気の流れる方向を交互に入れ替えることで、電磁石のＮ極とＳ極を交互に入れ替え、電磁石と永久磁石の反発力と吸引力で回転させ得る。本件の発明においても外周に電磁石、内周に永久磁石を配置したものである。Ｎ極とＳ極の数を極数というが、磁石は必ずＮ極とＳ極が対になるため、極数は必ず偶数となる。内周側の円筒状の永久磁石は例を挙げれば本発明では６極であるが、別に磁石が６個ある訳ではなく、１つの鉄芯の固まりを円周上に均等角度でＮ極とＳ極を着磁し、磁極を生成したものである。

内周側の永久磁石に対向して置かれている外周側の電磁石は、電気の流れる方向により永久磁石と対向する内周側がＮ極、対向しない外周側がＳ極となることもあれば、その反対になることもある。電流を交互に入れ替えることで、Ｎ極とＮ極との反発力、Ｎ極とＳ極との吸引力を利用して順次回転させていく。Ｎ極とＳ極を交互に反転させるため、電気の流れる方向を交互に入れ替える必要があるが、機械的手段（ブラシ）によって切り替えるものをブラシモーター、電気回路の制御により切り替えるものをブラシレスモータと呼ぶ。

ブラシ部分が回転摺動により摩耗してしまうため、長寿命化にはブラシレス化が不可欠であり、コストが高いため一部例外があるものの産業用としてはブラシレスモータが多用されている。外周の電磁石にはいろいろな呼び名があるが、広く使われているコアという呼び方を本明細書中に使用することとする。コア（電磁石）としてはコイルを巻いただけでも磁力は発生するが、鉄芯の周りにコイルを巻くと、磁力が大幅に上昇するため、鉄芯の周りにコイルを巻いたものが殆ど使用されている。
特開２００４−４０８７１ 特開平９−１６３６９０

従来、上記鉄芯には薄い鋼板を数多く貼り合わせたいわゆる積層鋼板が使われていたが、形状の自由度が低く、作業性も悪いため積層鋼板の代わりに焼結体を使ったものが特許文献１として開示されている。またコアは複数個連結され、円形となるが、コイルの巻き線部分が内周側に向くため、コイルが非常に巻きにくく、非能率とならざるを得ないという欠点がある。

その欠点を解消したのが、特許文献２であり、この発明による複数のコアヘのコイル連続巻きは既に述べられている。但し、コアとコアとの連結には専用の連結部材を設けねばならず、扱いも面倒で、重くなり、部品点数も増えてしまう不都合があった。鉄芯自体には絶縁性が無いため、鉄芯を絶縁しなければショート（短絡又は漏電）してしまう欠点があった。そのコアを絶縁する手段としてはコアの周りを塗装する手段や、焼結粉と樹脂粉を混入し加熱し硬化させる（焼結粉の周りが樹脂で包まれる）等の手段がある。

前者の塗装の場合にはピンホールと呼ばれる微小な塗装の穴がどのようにしても出来てしまい、完壁な絶縁は難しいという欠点がある。後者は焼結粉と樹脂粉を混入するため焼結粉の密度が下がり、どうしても磁束密度の低下は免れない。また積層鋼板を数多く貼り合わせたものでは磁気抵抗が大きくかつ磁束バラツキも大きくなってしまう。さらにモータの製造には接着剤を使うことが多いが、接着剤の扱いにはある程度の熟練が必要であり、また乾燥に時間がかかり、どうしても製造のサイクルタイムが伸びてしまう。また接着強度バラツキも大きい。

このため、本発明は、ブラシレスＤＣモータ用コアとコアとの連結方法を改善し、扱いやすく、軽く、部品点数も少なく、絶縁性の良い連結構造としたものであり、本発明が解決しようとする課題（技術的課題又は目的等）は、塗料塗布タイプや、樹脂に鉄粉を混入させるタイプとは異なり、理想的な絶縁手法の取得であり、ブラシレスＤＣモータ用の焼結コアにすることにより積層鋼板より磁気抵抗は小さくかつ磁束バラツキも小さくすると共に、工程上必要な巻き線を行うことにより、同時に焼結コアと上下部インシュレータとを固定してサイクルタイムを大幅に短縮させ、且つ接着剤等を不要とし、直列形状を円筒形状に丸めるだけで取付可能とし、さらには、全ての焼結コアに同時に巻き線を巻くことも可能とすることを実現することである。

そこで、発明者は上記課題を解決すべく鋭意，研究を重ねた結果、請求項１の発明を、焼結コアと、該焼結コアを被覆可能で上下に分割した合成樹脂製の上下部インシュレータの複数相互がヒンジ部で連結されると共に製造後において該ヒンジ部を介して円形状に形成されるインシュレータユニットと、コイルとして成形する巻き線とからなり、前記焼結コアを互いに独立させて直列状に形成すると共に、前記インシュレータユニットの上下部インシュレータにて前記焼結コアを被覆し、その後に前記上下部インシュレータ間に前記巻き線を所定回数巻き込み形成して前記焼結コアと前記上下部インシュレータとを固定してなることを特徴とする焼結コア連結構造の製造法としたことにより、前記課題を解決した。

請求項２の発明を、前述の構成において、上下部インシュレータは、少なくとも３個以上の複数個としてなることを特徴とする焼結コア連結構造の製造法としたことにより、前記課題を解決した。請求項３の発明を、前述の構成において、前記焼結コアは、外周側片部と内周側片部と連結片部とが平面的に見て略エの字状に一体形成されてなり、前記焼結コアの前記連結片部の軸方向相互を互いに略平行状態に形成してなることを特徴とする焼結コア連結構造の製造法としたことにより、前記課題を解決した。

請求項４の発明を、前述の構成において、前記上下部インシュレータ間のそれぞれに略同時に前記巻き線を所定回数巻き込み形成してなることを特徴とする焼結コア連結構造の製造法としたことにより、前記課題を解決した。また、請求項５の発明を、前述の製造法から製造されてなることを特徴とする焼結コア連結構造としたことにより、前記課題を解決したものである。

請求項１の発明においては、ブラシレスＤＣモータ用の焼結コアを合成樹脂製のインシュレータユニットにて覆うという製造方法は絶縁上の問題は発生せず、理想的な絶縁手法であり、塗料塗布タイプや、樹脂に鉄粉を混入させるタイプのコアよりも絶縁性を確保できる。特に、本発明の製造法の発明は、工程上必要な巻き線を行うことにより、同時に接着剤等を使用せずに焼結コアと上下部インシュレータとを固定できるため、サイクルタイムが大幅に短縮できると共に製造費を格安にできる。さらに直列形状を円筒形状に丸めるだけでモータに取り付けられるため、誰でも作業が可能になる。

また、請求項２及び３においては、請求項１と同様の効果を奏する。請求項４の発明では、全ての焼結コアに同時に巻き線を巻くことが可能なため、巻き線時間が大幅に短縮できる利点がある。請求項５の発明では、絶縁性を確保しつつ、製造を簡易且つ迅速にできるため製造費を格安にできる。取り扱いも簡易且つ迅速にできる利点がある。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明すると、図１は、本発明の完成状態を示すものである。焼結コア１と、合成樹脂製の上下部インシュレータ２，３を複数備えてヒンジ部４を介して連結したインシュレータユニットＡと、巻き線５とから構成されている。前記焼結コア１は、外周側片部１１と内周側片部１２と連結片部１３とが一体形成されて平面的に見て、略エの字状を成している。側面から見て上下方向を肉厚とし、前記外周側片部１１と内周側片部１２とが同一又は略同一に形成され、前記連結片部１３は前記巻き線５を巻く個所でもあり、首状に細く形成されている。この明細書において、前記上下部インシュレータ２，３とは、上部インシュレータ２と下部インシュレータ３の総称的名称ではあるが、あくまでも、上部インシュレータ２と下部インシュレータ３とが個別的な名称として存在しており、繰り返しを避けるために使用している。

本発明の実施形態では、前記焼結コア１が６個で、その外周及び内周が円形となるように形成されており、その外周側片部１１の外周面１１ａも、内周側片部１２の内周面１２ａも円形の一部での弧状をなしている。また、その６個の前記焼結コア１は、それぞれが独立し、且つ離間しているが、また、焼結コア１が６個で、その外周及び内周が円形となるように構成されたときには、外周側片部１１それぞれの一方側側面１１ｂと他方側側面１１ｃとがある圧力を有しつつ接触するように構成されている。このときでも、内周側片部１２相互間は離間している。

また、前記焼結コア１は、外周に電磁石、内周に永久磁石を配置したものであり、全体が焼結金属にて構成されている。また、前記焼結コア１は、６個で円形となるようにセットとして構成されているが、複数個として、３個、９個、１２個とすることもある。この場合には、当然に前記上下部インシュレータ２，３も対応して同一個数となる。

前記インシュレータユニットＡは、上部インシュレータ２と，下部インシュレータ３とが複数備えられると共に、それぞれがヒンジ部４で連結されて構成されている。本発明の実施形態では、上部インシュレータ２と，下部インシュレータ３とで前記焼結コア１の厚肉を上下に分割する部位がそれぞれ装填可能に構成されている。つまり、上部インシュレータ２と，下部インシュレータ３とで前記焼結コア１全体を完全に被覆し且つ該焼結コア１を絶縁している。

また、隣接する上部インシュレータ２相互も、隣接する下部インシュレータ３相互も、可撓性に富んだ合成樹脂製のヒンジ部４を介して結合されている。６個の上部インシュレータ２がそれぞれ５個のヒンジ部４とで、また、６個の下部インシュレータ３がそれぞれ５個のヒンジ部４とでそれぞれ構成されている。このような前記インシュレータユニットＡは、上部インシュレータ２と，下部インシュレータ３と、ヒンジ部４とが合成樹脂製で一体形成されている。前記ヒンジ部４は、可撓性が良好となるように、薄肉状４１［図６（Ａ）及び（Ｂ）参照］，Ｕ字状４２［図６（Ｃ）参照］又はくびれ状４３［図６（Ｄ）参照］に適宜形成されている。また、図中６、７は、前記巻き線５の両端に接続する端子であって、前記上部インシュレータ２にそれぞれ設けられている。

次に、本発明の製造法について説明する。まず、合成樹脂製の上下部インシュレータ２，３を複数備えて、それぞれがヒンジ部４で連結されたインシュレータユニットＡとして形成されている。特に、上部インシュレータ２と下部インシュレータ３は、それぞれ複数（実施態様では６個）備えられ、その相互間はヒンジ部４による構造であるため、上部インシュレータ２相互又は下部インシュレータ３相互間の連結部材は不要にでき、連結のための工程も不要にできるものである。

前記インシュレータユニットＡの上下部インシュレータ２，３のそれぞれによってサンドイッチ状にしつつ［図４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）及び図５（Ａ）等参照］前記焼結コア１の周囲を覆うようにする［図５（Ｂ）参照］。このようにして前記焼結コア１を前記インシュレータユニットＡの上下部インシュレータ２，３にて被覆して絶縁状態を確保する。このとき前記インシュレータユニットＡに装着された前記連結片部１３，１３の軸方向ｍ，ｍ相互は互いに略平行状態に形成されている。

次に、上下部インシュレータ２，３にて焼結コア１とをサンドイッチ状に被覆した後に、今度は、上下部インシュレータ２，３間に巻き線５をコイル状に巻くことで、上部インシュレータ２と下部インシュレータ３との接合面に接着剤が無くとも十分な強度を有する固着構造を提供することができる。つまり、上下部インシュレータ２，３相互と焼結コア１との一体化を接着剤不要にて製造できる。すなわち、接着剤等による接着工程を廃止できるものである。

また、上下部インシュレータ２，３間に巻き線５をコイル状に巻くときにも、前記インシュレータユニットＡに装着された前記連結片部１３，１３の軸方向ｍ，ｍ相互は互いに略平行状態に形成されているため、実施形態では、焼結コア１を全６個とし、該全６個の焼結コア１に対して同時に巻き線５を巻くことができ、巻き線時間が１つずつ巻くのと比較して略１／６となる利点もある。

このような工程を経て製造された後は、前記ヒンジ部４を介して上下部インシュレータ２，３相互の外周面が円周状に形成されつつ前記連結片部１３，１３の軸方向相互は互いに略放射状に形成され且つ前記焼結コア１の外周側片部１１，１１相互は接続される。具体的には、図１（Ｂ）の実線状態から図１（Ｂ）の鎖線の状態（円形状）に形成する。

このように円形状に丸めた状態では、図２（Ｂ）及び図３（Ｂ）鎖線に示すように、隣接する焼結コア１，１の外周側片部１１，１１の一方側側面１１ｂと他方側側面１１ｃとがある圧力を有しつつ接触するように構成される。この作用によっても、焼結コア１相互の連結を簡易にできる。このように手等を使って丸める荷重を加えることにより簡単に巻き線時の直列形状からモータケース６０にセットする状態の円筒形状に変化させることができ［図１（Ｂ）及び図７（Ａ）及び（Ｂ）参照］、モータケース６０に簡単に収納できる利点がある［図７Ｂ）参照］。

（Ａ）は本発明の製造法によって製造した製品の斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の横断平面図である。 （Ａ）は本発明の製造法によって製造した製品の一部平面図、（Ｂ）は使用時に丸めた状態の一部平面図である。 （Ａ）は本発明の製造法によって製造した製品の一部斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の要部拡大断面図である。 （Ａ）は本発明の製造法に用いるヒンジ部にて連続した上部インシュレータの一部斜視図、（Ｂ）はそれぞれが独立した焼結コアの斜視図、（Ｃ）は本発明の製造法に用いるヒンジ部にて連続した下部インシュレータの一部斜視図である。 （Ａ）は本発明の製造法において上下部インシュレータにて焼結コアを被覆せんとする初期段階の状態図、（Ｂ）は上下部インシュレータにて焼結コアを被覆完了した中期段階の状態図、（Ｃ）は上下部インシュレータ間に巻き線を巻いた終期段階の状態図である。 （Ａ）は上部インシュレータ又は下部インシュレータのヒンジ部個所の要部横断拡大平面図、（Ｂ）は（Ａ）個所を使用時に丸めた状態の一部横断平面図、（Ｃ）はヒンジ部個所の別の実施形態の要部横断拡大平面図、（Ｄ）はヒンジ部個所のさらに別の実施形態の要部横断拡大平面図である。 （Ａ）は本発明の製造法によって製造した製品を使用時に丸めた状態の平面図、（Ｂ）は（Ａ）のように丸めた製品をモータリングに挿入せんとする斜視図である。

符号の説明

１…焼結コア、１１…外周側片部、１２…内周側片部、１３…連結片部、
Ａ…インシュレータユニット、２，３…上下部インシュレータ、４…ヒンジ部、
５…巻き線。

Claims (5)

1. 焼結コアと、該焼結コアを被覆可能で上下に分割した合成樹脂製の上下部インシュレータの複数相互がヒンジ部で連結されると共に製造後において該ヒンジ部を介して円形状に形成されるインシュレータユニットと、コイルとして形成する巻き線とからなり、前記焼結コアを互いに独立させて直列状に形成すると共に、前記インシュレータユニットの上下部インシュレータにて前記焼結コアを被覆し、その後に前記上下部インシュレータ間に前記巻き線を所定回数巻き込み形成して前記焼結コアと前記上下部インシュレータとを固定してなることを特徴とする焼結コア連結構造の製造法。
2. 請求項１において、上下部インシュレータは、少なくとも３個以上の複数個としてなることを特徴とする焼結コア連結構造の製造法。
3. 請求項１又は２において、前記焼結コアは、外周側片部と内周側片部と連結片部とが平面的に見て略エの字状に一体形成されてなり、前記焼結コアの前記連結片部の軸方向相互を互いに略平行状態に形成してなることを特徴とする焼結コア連結構造の製造法。
4. 請求項１，２又は３において、前記上下部インシュレータ間のそれぞれに略同時に前記巻き線を所定回数巻き込み形成してなることを特徴とする焼結コア連結構造の製造法。
5. 請求項１，２，３又は４における製造法から製造されてなることを特徴とする焼結コア連結構造。

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