JP2008022646A - 永久磁石型モータ用固定子、永久磁石型モータ、およびその固定子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの長さを長くすることなく、モータの発生するトルクを増大でき、かつ、モータの温度上昇を低く抑えることができる永久磁石型モータを提供する。
【解決手段】筒状の外周部鉄心１５と、外周部鉄心１５の内部に等間隔に配置されたティース部鉄心１３ａとを有する固定子鉄心１１と、ティース部鉄心１３ａの周りに絶縁材１６を介して巻装された電機子巻線１２と、により構成された固定子１０と、固定子１０の内部に配置されており、表面に永久磁石２１が固着された回転子１０とにより構成された永久磁石型モータにおいて、外周部鉄心１５は、電磁鋼板の積層により構成し、ティース部鉄心１３ａは、焼結軟磁性材料または圧粉鉄心材料の成型により構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、いわゆる永久磁石型モータに関し、特にその固定子の構造およびその固定子の製造方法に関するものである。

産業用に使用される永久磁石型モータとして、図８及び図９に示すような永久磁石型モータがよく知られている（例えば非特許文献１参照）。
図８は永久磁石型モータの横断面図を、図９は縦断面図を示している。
図８および図９において、１０は固定子、１１は固定子鉄心、１２は電機子巻線、１３はティース、１３ｂはティース先端部、１４はスロット、１６は絶縁材、２０は回転子、２１は永久磁石、２２はシャフト、３０はフレーム、３１はブラケット、３２は軸受である。
固定子鉄心１１は電磁鋼板などの薄板材を多数枚積層して形成され、通常金属製のフレーム３０内に収められる。固定子鉄心１１の内側は放射状のティース１３となっている。ティース１３とティース１３の間の空間をスロット１４と称し、そのスロット１４の内周面は、絶縁材１６で覆われている。スロット１４内に絶縁被覆電線を用いて巻装された電機子巻線１２が収められている。
一方、固定子１０の内側には、シャフト２２の外周表面に永久磁石２１が装着された回転子２０が設置される。回転子２０は、軸受３２を装着したブラケット３１により、両側から支えられている。
電機子巻線１２に三相交流電流を流すことにより固定子１０の内側に回転磁界が発生し、この回転磁界と永久磁石２１が発生する磁界との相互作用により回転子２０を回転させる。

近年、固定子鉄心の構造として、分割鉄心構造が使われることが多い（特許文献１、特許文献２参照）。図８および図９も分割鉄心構造による固定子鉄心の一例である。
図８は周方向ティースごとに分割する方法である。
分割鉄心構造を採用する理由は、スロット１４内における巻線占積率を高めるためである。永久磁石型モータの性能を上げるには、巻線占積率を高くすることが特に有効であるからである。図８において、ほぼＴ字形をした積層分割鉄心に、予め絶縁材を介して、絶縁被覆電線を巻装し、その後、各分割鉄心を組み合わせて、円筒状の固定子鉄心１１を形成する。このように分割鉄心構造により形成された固定子１０は、分割をしていない一体型の固定子鉄心のままで電機子巻線を巻装する場合と比較して、巻線占積率を極めて高くすることができる。
ここで、ティース先端部１３ｂの形状について説明する。
ティース先端部１３ｂの形状は、通常、鳩の尻尾のような形状とすることが多い。これは、磁石の発生する磁束を有効に集めるためである。ただし、隣接するティース先端部１３ｂ同士は通常密着させず、少し隙間を持たせることが多い。
これは、完全に密着させてしまうとその部分が磁束の短絡経路となり、磁石で発生した磁束が固定子鉄心１１と鎖交せずに、隣の磁極に直接短絡する磁束が多くなるためである。

図１０は、永久磁石型モータの他の従来例を示す横断面図である。
図中の番号は、図８とほぼ共通であるために、同一のものは同一の符号を付して説明を省略し、異なるもののみについて説明する。
図１０において、１３ａはティース部鉄心、１５は外周部鉄心、１３ｃは薄肉連結部である。
図１０も分割鉄心構造による固定子鉄心の一例であるが、図８とは異なる方式の分割である。即ち、図１０の固定子鉄心１１は、内周側に薄肉連結部１３ｃを持つ放射状のティース部鉄心１３ａと円筒状の外周部鉄心１５の２つに分割する方式である。薄肉連結部１３ｃはティースがバラバラにならないようにするために設けるものであるが、通常この連結部の厚みは必要とする機械強度を満たす最低限の厚みとする。なぜならば、この薄肉連結部１３ｃの厚みが必要以上に厚すぎると、前述したことと同様に、この部分が磁束の短絡経路となり、磁石の磁束が隣の磁極に短絡してしまうからである。
図１０に示す永久磁石型モータの固定子の製造手順は以下のようになる。
予め、絶縁材に絶縁被覆電線を巻装してなる空心コイルを、放射状のティース部鉄心１３ａの外側から順次挿入していく。すべてのティースの空心コイルを挿入し終わった後、ティース部鉄心１３ａの外側に円筒状の外周部鉄心１５を焼きバメまたは圧入する。
以上のようにして形成された固定子鉄心１１を、フレーム３０内に装着して固定子１０を構成する。
このように、空心コイルをティース部鉄心１３ａの外側から装着していくために、スロット内の巻線占積率を極めて高くすることができる。
次に、固定子鉄心の積層厚みと磁石の長さの関係について説明する。
図９に示すように従来の技術では通常、固定子鉄心１１の積層厚みと永久磁石２１の長さとはほぼ同じ長さとしていることが多い。これは、固定子鉄心１１の積層厚みより永久磁石２１の長さが短いと、永久磁石２１の対向していない固定子鉄心１１の部分が無駄となるからである。
一方、固定子鉄心１１の積層厚みより永久磁石２１の長さが長いと、固定子鉄心１１と対向しない部分の永久磁石２１の部分が無駄になるからである。

次に、分割鉄心を構成するそれぞれの電磁鋼板の形状について説明する。
通常、固定子鉄心１１の鉄心はプレス加工にて製作するために、鉄心の積厚方向に対してすべて同じ形状の電磁鋼板で構成されている。これは図８の周方向ティースごとの分割方式でも、図１０の２分割方式でもどちらに対しても当てはまることである。
このように、従来の永久磁石型モータでは、固定子鉄心の積層厚みと磁石の長さとはほぼ同じ長さとしている。また、固定子鉄心は、鉄心の積層方向に対してすべて同じ形状の電磁鋼板で構成されている。
縦断面を示す図９において、１７がコイルエンドである。このコイルエンド１７はどのような巻線方式でもたいてい生じるものであるが、従来の永久磁石型モータのコイルエンド１７は固定子鉄心１１から完全にはみ出した構造となっていた。そしてコイルエンドはトルクの発生には直接寄与していないため、なるべくコイルエンド部の寸法を小さく抑えることが望ましい。しかしながら、コイルエンドの寸法を小さく抑えることには限界がある。
一方、モータの発生するトルクは、固定子鉄心と永久磁石の長さが同じ場合には、固定子鉄心の長さすなわち電磁鋼板の積層厚に比例する。そのため、モータの発生するトルクを増大させる方法として、最も単純な方法は、固定子鉄心の長さを長くすること、すなわちモータの長さを長くすることである。
しかし、近年、永久磁石型モータの更なる小型化が要望されており、モータの長さを長くすることなく、モータの発生するトルクを増大させることが要望されているものの、従来技術による永久磁石型モータの固定子では、トルクの発生に直接寄与しないコイルエンド部の寸法が無駄に使われており、発生するトルクを増大させることに限界があった。

上記問題を解決するための一方法が、特許文献３に示されている。
図１１〜１３を用いて説明する。図１１は横断面図を、図１２は縦断面図を、図１３は図１１の一部を拡大した斜視図を示す。図１１および図１２において、１０は固定子、１１は固定子鉄心、１２は電機子巻線、１３はティース、１４はスロット、１５は外周部、１６は絶縁材である。１７（図１２）はコイルエンド、１８（図１２）はモールド樹脂である。２０は回転子、２１は永久磁石、２２はシャフトである。４０（図１２）は磁束の流れである。６０および６１は補助鉄心である。
以下、図にしたがって具体的に各部の働きについて説明する。
固定子鉄心１１は電磁鋼板などの薄板材を多数枚積層して形成し、固定子鉄心１１の内側は放射状のティース１３となっている。ティース１３とティース１３の間をスロット１４と称し、そのスロットの内周面は絶縁材１６で覆われている。スロット１４内には、絶縁被覆電線を用いて巻装された電機子巻線１２が収められている。電機子巻線１２は、通常ティース１３の直線部のみに巻装される。そのため、ティース先端部とティースの根元部すなわち固定子鉄心の外周部は、外側から露出した格好となっている。
特許文献３では、上記の固定子鉄心の露出した箇所、すなわち、ティース先端部に補助鉄心６０を、および／または固定子鉄心の外周部に補助鉄心６１を追加するようにしたものである。
一方、固定子の内側に、シャフト２２の外周表面に永久磁石２１が固定された回転子２０が置かれている。回転子２０は、図示を省略している軸受を装着した同じく図示を省略しているブラケット２個１組が、固定子鉄心の外側に嵌合された同じく図示を省略しているフレームに嵌め合わされることにより両側から支えられている。回転子２０の長さ、すなわち、永久磁石２１の長さは、ティース中央部よりも軸方向に張り出して長くしているティース部鉄心先端部分の長さと同じ長さまで、長くしている。

図１３は補助鉄心６０、６１の追加された固定子鉄心の一部斜視図を示している。図１３では、理解し易くするために電機子巻線を省略している。
図において、固定子鉄心のティース１３の先端部（図で下方）で軸方向の両端に、積層電磁鋼板で構成された補助鉄心６０を追加しているのが判る。
また、固定子鉄心の外周部１５で軸方向の両端に、積層電磁鋼板で構成された補助鉄心６１を追加しているのが判る。
このような構成にすることにより、従来コイルエンド部分として無駄に使われていた領域に補助鉄心６０、６１を追加しているので、巻線の寸法を長くすることはなく、永久磁石からの磁束はこの補助鉄心を経由してティース中央部に収束するようになる。
また、電機子巻線によりティース１３の中央部に発生した磁束は、補助鉄心６０、６１に沿って拡げられて最終的に永久磁石全面に作用するようになる。
以上のように、特許文献３に示された永久磁石型モータによると、補助鉄心を追加することにより、等価的に固定子鉄心の積層厚の長さを長くすることができ、従来コイルエンド部の上下の無駄に使われた領域を有効利用することが出来、モータの外形寸法を大きくすることなく、モータのトルクを大きくすることができるようになる。

特開平９−１８２３４２号公報 特開２００４−２９７９９０号公報（第９頁、図８〜１０） 特開２００４−１５９４７６号公報（第８頁、図１〜３） 雑誌「日経メカニカル」、１９９４年３月２１日号、ｐ．３６−ｐ．４９

しかしながら、特許文献３に示された永久磁石型モータには、以下に示すような問題が存在する。
第１に、補助鉄心を追加する方法をとるため、補助鉄心を元の鉄心に固定する手間が掛かること。
第２に、補助鉄心の固定の信頼性が低いということ。
第３に、元の鉄心は電磁鋼板の積層により構成されているため、そのティース部の断面形状が必然的に長方形となり、ティース部に巻装されるコイルとの間に無駄な空間が残ってしまうことである。なぜなら、ティース部にコイルを巻装する場合には、ピッタリと隙間無く長方形になくことが出来ず、コイルの内周角部は必ずアール（Ｒ部）が必要であるためである。そして、ティース部鉄心とコイルとの間に無駄な空間が残っていると、コイルから固定子鉄心への熱伝導も低くなるため、コイルの温度上昇が高くなり、モータの高出力化に限界があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、モータの長さを長くすることなく、モータの発生するトルクを増大でき、かつ、モータの温度上昇が低く抑えることができ、さらには信頼性の高い永久磁石型モータ用の固定子、永久磁石型モータ、およびその信頼性が高くてかつ容易な製造方法を提供することを目的としている。

上記問題を解決するため、本発明は次のように構成したものである。
請求項１記載の発明は、永久磁石型モータ用固定子に係り、筒状の外周部鉄心と前記外周部鉄心の内部に等間隔に配置されたティース部鉄心とを有する固定子鉄心と、前記ティース部鉄心の周りに絶縁材を介して巻装された電機子巻線と、
により構成された固定子において、前記外周部鉄心が電磁鋼板の積層により形成されており、前記ティース部鉄心が焼結軟磁性材料または圧粉鉄心材料の成型により形成されていることを特徴としている。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の永久磁石型モータ用固定子において、前記電機子巻線が巻装される部分のティース部鉄心の断面形状が、四隅の角部を丸く面取りされた長方形であることを特徴としている。
請求項３記載の発明は、請求項２記載の永久磁石型モータ用固定子において、前記ティース部鉄心の先端部分が、前記電機子巻線を巻装したティース中央部分よりも軸方向に張り出して長くしたことを特徴としている。
請求項４記載の発明は、請求項３記載の永久磁石型モータ用固定子において、前記外周部鉄心の内周側に軸方向の溝があり、前記ティース部鉄心の根元部が前記溝に嵌合により固定されていることを特徴としている。
請求項５記載の発明は、請求項４記載の永久磁石型モータ用固定子において、前記外周部鉄心の軸方向両側面に補助鉄心を装着して前記外周部鉄心の長さを前記ティース部鉄心の根元部の長さより長くしたことを特徴としている。
請求項６記載の発明は、請求項５記載の永久磁石型モータ用固定子において、前記ティース部鉄心の根元部の軸方向側面に凹形状窪みを設け、前記補助鉄心の前記凹形状窪みに対向する側面に凸形状の突起を設け、前記窪みに前記突起を嵌合したことを特徴としている。
請求項７記載の発明は、請求項４〜６のいずれか１項記載の永久磁石型モータ用固定子において、前記ティース部鉄心の先端部の固定子内周面の周方向幅をティース部鉄心の外周側の周方向幅よりも狭くしたことを特徴としている。
請求項８記載の発明は、永久磁石型モータに係り、請求項１〜７のいずれか１項記載の固定子と、前記固定子の内周空間に配置されており、表面に永久磁石が固着された回転子と、により構成されたことを特徴としている。
請求項９記載の発明は、請求項８記載の永久磁石型モータにおいて、前記回転子の長さを前記ティース部鉄心の先端の張り出し分長くしたことを特徴としている。
請求項１０記載の発明は、永久磁石型モータの固定子の製造方法に係り、電磁鋼板を打ち抜き、所定枚数積層して外周部鉄心を形成する工程と、焼結軟磁性材料または圧粉鉄心材料をプレス機により成型してティース部鉄心を形成する工程と、前記ティース部鉄心の外周面に絶縁材を薄く一体的に射出成型により形成する工程と、前記絶縁材が薄く覆われたティース部鉄心に空心コイルを装着する工程と、前記外周部鉄心の内周側の溝に、前記空心コイルを装着したティース部鉄心の根元部を嵌合する工程と、前記外周部鉄心と前記ティース部鉄心とから構成される固定子鉄心全体を樹脂によりモールドする工程とを、備えたことを特徴としている。

請求項１記載の発明によると、固定子鉄心を外周部鉄心とティース部鉄心とに分割しているため、スロット内の巻線占積率を極めて高くすることができる。さらに、外周部鉄心は電磁鋼板の積層により構成しているため、機械的強度が高く、また、外周部鉄心内に発生する鉄損を小さく抑えることができる。
また、ティース部鉄心は焼結軟磁性材料または圧粉鉄心材料の成型により構成されているので、電磁鋼板の単純な積層では出来ないような三次元的な形状を容易に実現することができるようになる。
請求項２記載の発明によると、電機子巻線が巻装される部分のティース部鉄心の断面形状が、四隅の角部を丸く面取りされた長方形としているため、ティース部鉄心の周りに絶縁材を介して巻装される電機子巻線との隙間を極めて小さくすることができる。従って、電機子巻線からティース部鉄心への熱伝導性を向上することができるため、電機子巻線の温度上昇を低く抑えることができる。従って、これをモータに用いると、同じ温度上昇の場合には、モータの高出力化を実現することができる。

請求項３記載の発明によると、ティース部鉄心のティース先端部分が、電機子巻線を巻装したティース中央部分よりも軸方向に張り出して長くし、これに対応して永久磁石を装着した回転子の長さをティース部鉄心のティース先端の張り出し分長くすることで、従来コイルエンド部分として無駄に使われていた領域を有効利用して巻線の寸法を長くすることなく、しかも永久磁石からの磁束はこの張り出したティース先端部分を経由してティース中央部に収束するようになり、また電機子巻線によりティース中央部に発生した磁束は、この張り出したティース先端部分に沿って拡げられて最終的に永久磁石全面に作用するようになるので、ティース先端部分を軸方向に張り出したことにより等価的に固定子鉄心の軸方向の長さを長くすることができ、従ってモータの発生するトルクを大きくすることができる。
また、コイルエンドの近くに熱伝導性の高い鉄心が置かれることから、放熱性も向上する。
請求項４記載の発明によると、外周部鉄心の内周部に溝があり、ティース部鉄心の根元部が外周部鉄心の溝に嵌合して固定されているため、外周部鉄心とティース部鉄心の結合を強固なものにすることができ、これをモータに適用すれば、オータとしての信頼性を上げることができる。
請求項５記載の発明によると、外周部鉄心の長さが、ティース部鉄心の根元部の長さより長くなるように、外周部鉄心の両側面に補助鉄心が装着されているので、外周部鉄心内の磁束が補助鉄心内にも軸方向に拡がり、外周部鉄心内の磁束密度を下げる効果がある。外周部鉄心内の磁束密度が下がることにより、外周部鉄心に磁束飽和が起きにくくなり、磁束飽和を要因とするトルクの低下を防止することができる。また、外周部鉄心内の磁束密度が下がることにより、外周部鉄心内に発生する鉄損も小さくなり、鉄損に起因する温度上昇を低く抑えることができる。
請求項６記載の発明によると、ティース部鉄心の根元部の側面に凹形状の窪みを持ち、補助鉄心の側面に凸形状の突起を持ち、窪みに、突起が嵌合されているため、外周部鉄心とティース部鉄心の結合を強固なものにすることができ、外周部鉄心からティース部鉄心が脱落することを防止することができる。
請求項７記載の発明によると、ティース部鉄心の先端部の固定子内周面に対向する幅が、ティース部鉄心の外周側の幅よりも狭くなっているため、ステータモールド後にモールド樹脂の形状が鳩尾形状となり、ティース部鉄心の先端形状と隣接するティース部鉄心間に充填されたモールド樹脂形状が蟻ほぞに似た形状となるため、ティース部鉄心が固定子内側に脱落することを防止することができる。

請求項８記載の発明によると、請求項１〜７記載の固定子を用いるため、その固定子についての上述した効果を享受するモータが得られる。
請求項９記載の発明によると、請求項３によりティース部鉄心のティース先端部分が電機子巻線を巻装したティース中央部分よりも軸方向に張り出して長くしてあるので、これと呼応することになって、従来コイルエンド部分として無駄に使われていた領域を有効利用でき、モータの発生するトルクを大きくすることができる。
また、コイルエンドの近くに熱伝導性の高い鉄心が置かれることから、放熱性も向上する。
請求項１０記載の発明によると、外周部鉄心とティース部鉄心とに分割された分割鉄心方式を採用し、筒状の外周部鉄心は、電磁鋼板の積層により形成しているため、機械的強度の強い筒状の鉄心を容易に製作することができる。ティース部鉄心は焼結軟磁性材料または圧粉鉄心材料をプレス機により成型して形成しているため、ティース部鉄心のティース先端部分が、電機子巻線を巻装したティース中央部分よりも軸方向に張り出して長くするような三次元的形状を容易に形成することができる。
ティース部鉄心の外周面に絶縁材を薄く一体的に射出成型するようにしているため、絶縁材を極めて薄く、かつ均一に覆うことができる。
絶縁材の厚みを必要最小限の厚みとすることで、ティース部鉄心の周りに巻装する電機子巻線からティース部鉄心への熱伝導性を向上することができる。
絶縁材が薄く覆われたティース部鉄心に空心コイルを装着するようにしているため、空心コイルは、別途別の場所で作成できるために、コイルの製作作業を容易にすることができ、かつ空心コイルであるため、巻線密度の高いコイルとすることも容易となる。
外周部鉄心の内周側の溝に、空心コイルを装着したティース部鉄心の根元部を嵌合させることにより、外周部鉄心とティース部鉄心の結合を容易な作業でかつ強固なものにすることができ、モータとしての信頼性を上げることができる。
外周部鉄心とティース部鉄心とから構成される固定子鉄心全体を樹脂によりモールドしているため、外周部鉄心とティース部鉄心およびティース部鉄心に装着したコイルを強固に固定することができる。
また、固定子内の隙間が空気よりも熱伝導性の良い樹脂により充填されているため、コイルで発生した熱が効率よく固定子全体に伝導し、放熱性が向上することにより、モータの温度上昇を低く抑えることができるような固定子とすることができる。

以下、本発明の永久磁石型モータの実施の形態について、図を参照して説明する。

図１〜図４は、本発明の第１実施例を示す永久磁石型モータである。
図１は横断面図、図２は縦断面図、図３は図１の永久磁石型モータの固定子鉄心を構成する分割鉄心を示した図で、（ａ）は外周部鉄心の斜視図、（ｂ）はティース部鉄心の斜視図、図４は図１の永久磁石型モータのティース中央部の横断面図である。
図１〜図４のうち、主として図１及び図２において、１０は固定子、１１は固定子鉄心、１２は電機子巻線、１３はティース、１３ａはティース部鉄心（図３ｂ、図４も）、１３ｂはティース部鉄心先端部分、１４はスロット、１５は外周部鉄心（図３ａも）、１６は絶縁材（図４も）、１７（図２）はコイルエンド、１８はモールド樹脂、１９は溝（図３ａも）、２０は回転子、２１は永久磁石、２２はシャフト、４０（図２）は磁束の流れ、６１（図２）は補助鉄心である。なお、図４で１２ａはコイルである。
以下、図にしたがって具体的に各部の働きについて説明する。
外周部鉄心１５は電磁鋼板などの薄板材を多数枚積層して形成し、筒状の形状としている。外周部鉄心１５の内周面には、等間隔に溝１９（図１、図３ａ）が設けてある。
図３（ａ）に等間隔に溝１９の設けられた外周部鉄心１５の斜視図を示す。
一方、図３（ｂ）に示すティース部鉄心１３ａは、焼結軟磁性材料または圧粉鉄心材料の圧縮成型により形成されている。外周部鉄心１５の内周側に形成された溝１９にティース部鉄心１３ａの根元部を嵌合させて固定することにより、図１に示す固定子鉄心１１が構成される。ティース部鉄心１３ａに焼結軟磁性材料または圧粉鉄心材料を用いることにより、電磁鋼板の単純な積層では出来ないような三次元的な形状を容易に実現することができるようになる。外周部鉄心１５の内周面とティース部鉄心１３ａの外周面は、絶縁のために絶縁材１６（図１、図２）で覆われている。
ティース部鉄心１３ａのティース１３の外周には、絶縁被覆電線を用いてコイル１２ａ（図４）が巻装されており、各ティース１３に巻装された各コイル１２ａを結線することにより、電機子巻線１２を形成している。
ティース部鉄心１３ａのティース中央部は、図４に示しているように、×印で示す四隅の角部が丸く面取りされており、絶縁被覆電線にて巻装されたコイル１２ａの内周側の形状とほぼ一致するために、ティース１３とコイル１２ａとの隙間を極めて狭くすることができる。
また、ティース部鉄心１３ａの先端部分１３ｂ（図１、図２）は、電機子巻線１２を巻装したティース中央部よりも軸方向に張り出して長くしている。
さらに、外周部鉄心１５の長さが、ティース部鉄心１３ａの根元部の長さより長くなるように、外周部鉄心の両側面に補助鉄心６１（図２）が装着されている。
補助鉄心６１の形状は外周部鉄心１５と同様に筒状の形状であるが、その材質は、外周部鉄心１５と同じく電磁鋼板の積層にて形成してもよいし、鉄塊コアにて形成してもよい。
このような構成にすることにより、従来コイルエンド部分として無駄に使われていた領域に、ティース部鉄心先端部分１３ｂを軸方向に張り出しており、また補助鉄心６１を追加しているので、巻線の長さを長くすることなく、永久磁石からの磁束はこの張り出したティース部鉄心先端部分１３ｂを経由してティース中央部に収束するようになる。また、電機子巻線１２によりティース１３の中央部に発生した磁束は、ティース部鉄心１３ｂに沿って拡げられて最終的に永久磁石２１全面に作用することとなる。
従って、軸方向に張り出して長くしたティース部鉄心先端部分１３ｂにより等価的に固定子鉄心１１の軸方向の長さを長くすることができ、従ってモータの発生するトルクを大きくすることができる。また、ティース部鉄心１３ａのティース中央部は、図４に示しているように、四隅の角部が丸く面取りされており、絶縁被覆電線にて巻装されたコイル１２ａの内周側の形状とほぼ一致するために、ティース１３とコイル１２ａとの隙間を極めて狭くしているので、コイルすなわち電機子巻線で発生した熱の放熱性が向上する。
以上のように、形成された固定子１０は、モールド樹脂１８（図２）により充填される。モールド樹脂１８は、電機子巻線１２および補助鉄心６１の固定のためと、電機子巻線１２に電流を流すことにより電機子巻線１２に発生するジュール熱を効率よく外部に放熱させる効果がある。
一方、固定子の内側に、シャフト２２の外周表面に永久磁石２１が固定された回転子２０が置かれている。回転子２０は、図示を省略している軸受を装着した同じく図示を省略しているブラケット２個１組が、固定子鉄心の外側に嵌合された同じく図示を省略しているフレームに嵌め合わされることにより両側から支えられている。回転子２０の長さ、すなわち、永久磁石２１の長さは、前記のティース中央部よりも軸方向に張り出して長くしているティース部鉄心先端部分の長さと同じ長さまで、長くすることが望ましい。
電機子巻線１２に三相交流電流を流すことにより、固定子１０の内側に回転磁界が発生し、この回転磁界と永久磁石２１が発生する磁界との相互作用により回転子２０を回転させることとなる。

図５は、本発明の第２実施例を示す永久磁石型モータを示す縦断面図である。
第２実施例の横断面図は、図１と全く同じであるため図示を省略する。
図５において、１３はティース、１３ａはティース部鉄心、１３ｂはティース部鉄心先端部分、１５は外周部鉄心、１６は絶縁材、１７はコイルエンド、１８はモールド樹脂、４０は磁束の流れ、そして５０はくぼみ、５１は突起である。
ティース部鉄心１３ａの先端部分１３ｂは、電機子巻線１２を巻装したティース中央部よりも軸方向に張り出して長くしている。また、外周部鉄心１５の長さが、ティース部鉄心１３ａの根元部の長さより長くなるように、外周部鉄心１５の両側面に補助鉄心６１が装着されている。補助鉄心６１の形状は、外周部鉄心１５と同様に筒状の形状であるが、その材質は、外周部鉄心１５と同じく電磁鋼板の積層にて形成してもよいし、鉄塊コアにて形成してもよい。
このような構成にすることにより、従来コイルエンド部分として無駄に使われていた領域に、ティース部鉄心１３ａの先端部分１３ｂを軸方向に張り出しており、また補助鉄心６１を追加しているので、巻線の長さを長くすることなく、永久磁石からの磁束はこの張り出したティース部鉄心１３ａの先端部分１３ｂを経由してティース中央部に収束するようになる。また、電機子巻線１２によりティース１３の中央部に発生した磁束は、ティース部鉄心１３ｂに沿って拡げられて最終的に永久磁石２１全面に作用することとなる。
電機子巻線１２に三相交流電流を流すことにより、固定子１０の内側に回転磁界が発生し、この回転磁界と永久磁石２１が発生する磁界との相互作用により回転子を回転させるのは第１実施例と同じである。
第２実施例が第１実施例と異なる箇所は、ティース部鉄心１３ａの根元部の軸方向側面に凹形状のくぼみ５０を設け、また、補助鉄心６１のティース部鉄心１３ａ側に対向する側面に凸形状の突起５１を設け、このくぼみ５０に突起５１を嵌合して固定している点である。
このように、ティース部鉄心１３ａの根元部の側面に凹形状の窪み５０を設け、一方、外周部鉄心１５の軸方向両側面に装着した補助鉄心６１の側面に凸形状の突起５１を設け、この窪み５０に突起５１を嵌合させているため、外周部鉄心１５とティース部鉄心１３の結合を強固なものにすることができ、外周部鉄心１５からティース部鉄心１３が脱落することを防止することができる。

図６は、本発明の第３実施例を示す永久磁石型モータのティース部鉄心先端部分の拡大図である。
図６において、１３はティース、１３ａはティース部鉄心、１３ｂはティース部鉄心先端部分、１６は絶縁材、１８はモールド樹脂である。
第３実施例が第１実施例と異なる箇所は、図６に示しているように、ティース部鉄心１３ａの先端部１３ｂの固定子内周面の周方向幅Ｔ１をティース部鉄心１３ａの外周側の周方向幅Ｔ２よりも狭くしている点である。
このように、ティース部鉄心１３ａの先端部１３ｂの固定子内周面の周方向幅Ｔ１をティース部鉄心１３ａの外周側の周方向幅Ｔ２よりも狭くしたので、ステータをモールド樹脂１８でモールドした後にモールド樹脂１８の形状が鳩尾形状となり、ティース部鉄心１３ａの先端形状と隣接するティース部鉄心１３ａ間に充填された部位のモールド樹脂１８ａの形状が蟻ほぞに似た形状となるため、ティース部鉄心１３ａが固定子内側に脱落することを防止することができる。

次に、本発明の永久磁石型モータの固定子の製造方法について、図３および図７を用いて詳細に説明する。図７で用いている記号は図１〜図４で用いている記号と全く同一であるため、その説明は省略する。
まず、最初に、電磁鋼板を打ち抜き、所定枚数積層して図３（ａ）のような外周部鉄心１５を形成する。
次に、焼結軟磁性材料または圧粉鉄心材料をプレス機により成型して図３（ｂ）のようなティース部鉄心１３ｂを形成する。
次に、ティース部鉄心１３ａ（図１）の外周面に絶縁材１６（図１）を薄く一体的に射出成型により図７（ａ）のような薄く均一な絶縁層を形成する。
次に、絶縁材１６が薄く覆われたティース部鉄心３ａに別途に空心にて巻装された図７（ｂ）のような空心コイル１２ａを図７（ｃ）のように空心コイル１２ａの中央開口にティース部鉄心１３ａを嵌め込み装着する。
次に、外周部鉄心１５の内周側の溝１９に、空心コイル１２ａを装着したティース部鉄心１３ｂの根元部を図７（ｄ）のように嵌合する。
次に、外周部鉄心１５とティース部鉄心１３ｂとから構成される固定子鉄心全体をモールド樹脂１８によりモールドすることにより、固定子１０が完成する。

上記のような製造方法にて製造することにより、次の（１）〜（８）のような効果が得られることとなる。すなわち、
（１）外周部鉄心とティース部鉄心とに分割された分割鉄心方式を採用し、筒状の外周部鉄心は、電磁鋼板の積層により形成しているため、機械的強度の強い筒状の鉄心を容易に製作することができる。
（２）ティース部鉄心は焼結軟磁性材料または圧粉鉄心材料をプレス機により成型して形成しているため、ティース部鉄心のティース先端部分が電機子巻線を巻装したティース中央部分よりも軸方向に張り出して長くするような三次元的形状を容易に形成することができる。
（３）ティース部鉄心の外周面に絶縁材を薄く一体的に射出成型するようにしているため、絶縁材を極めて薄く、かつ均一に覆うことができる。
（４）絶縁材の厚みを必要最小限の厚みとすることで、ティース部鉄心の周りに巻装する電機子巻線からティース部鉄心への熱伝導性を向上することができる。
（５）絶縁材が薄く覆われたティース部鉄心に空心コイルを装着するようにしているため、空心コイルは別途別の場所で作成できるので、コイルの製作作業を容易にすることができ、かつ空心コイルであるため、巻線密度の高いコイルとすることも容易となる。
（６）外周部鉄心の内周側の溝に、空心コイルを装着したティース部鉄心の根元部を嵌合させることにより、外周部鉄心とティース部鉄心の結合を容易な作業でかつ強固なものにすることができ、モータとしての信頼性を上げることができる。
（７）外周部鉄心とティース部鉄心とから構成される固定子鉄心全体を樹脂によりモールドしているため、外周部鉄心とティース部鉄心およびティース部鉄心に装着したコイルを強固に固定することができる。
（８）また、固定子内の隙間が空気よりも熱伝導性の良い樹脂により充填されているため、コイルで発生した熱が効率よく固定子全体に伝導し、放熱性が向上することにより、モータの温度上昇を低く抑えることができるような固定子とすることができる。

本発明の第１実施例を示す永久磁石型モータの横断面図である。 図１の永久磁石型モータの縦断面図である。 図１の永久磁石型モータの固定子鉄心を構成する分割鉄心を示した図であり、（ａ）は、外周部鉄心の斜視図、（ｂ）は、ティース部鉄心の斜視図である。 図１の永久磁石型モータのティース中央部の横断面図である。 本発明の第２実施例を示す永久磁石型モータの縦断面図である。 本発明の第３実施例を示す永久磁石型モータのティース部鉄心先端部の拡大図である。 本発明の永久磁石型モータの固定子の製造工程を示す図であり、（ａ）はティース部鉄心外周に絶縁材を薄く一体的に射出成型して装着した状態を示し、（ｂ）は別途巻装された空心コイルを示し、（ｃ）は（ａ）の絶縁材が薄く覆われたティース部鉄心に（ｂ）の空心コイルを挿入した状態を示し、（ｄ）は（ｃ）の空心コイルを装着したティース部鉄心を外周部鉄心の内周側に設けられた溝に嵌合させて結合させた状態を示している。なお、（ｄ）では全周分の内、３個のティース部鉄心を結合させた状態を示している。 従来の永久磁石型モータの一例を示す横断面図である。 図８の永久磁石型モータの縦断面図である。 従来の永久磁石型モータの他の例を示す横断面図である。 図１０とは異なる他の従来の永久磁石型モータを示す横断面図である。 図１１の永久磁石型モータの縦断面図である。 図１１の永久磁石型モータの１ティース分のみを拡大した斜視図である。 図１１の永久磁石型モータのティース中央部の横断面図である。

符号の説明

１０ 固定子
１１ 固定子鉄心
１２ 電機子巻線
１２ａ コイル
１３ ティース
１３ａ ティース部鉄心
１３ｂ ティース部鉄心先端部分
１３ｃ 薄肉連結部
１４ スロット
１５ 外周部鉄心
１６ 絶縁材
１７ コイルエンド
１８ モールド樹脂
１９ 溝
２０ 回転子
２１ 永久磁石
２２ シャフト
３０ フレーム
３１ ブラケット
３２ 軸受
４０ 磁束の流れ
５０ くぼみ
５１ 突起
６０、６１、６２ 補助鉄心
６２ａ 薄肉連結部

Claims (10)

1. 筒状の外周部鉄心と前記外周部鉄心の内部に等間隔に配置されたティース部鉄心とを有する固定子鉄心と、
   前記ティース部鉄心の周りに絶縁材を介して巻装された電機子巻線と、
   により構成された固定子において、
   前記外周部鉄心は電磁鋼板の積層により形成されており、
   前記ティース部鉄心は焼結軟磁性材料または圧粉鉄心材料の成型により形成されていることを特徴とする永久磁石型モータ用固定子。
2. 前記電機子巻線が巻装される部分のティース部鉄心の断面形状が、四隅の角部を丸く面取りされた長方形であることを特徴とする請求項１記載の永久磁石型モータ用固定子。
3. 前記ティース部鉄心の先端部分が、前記電機子巻線を巻装したティース中央部分よりも軸方向に張り出して長くしたことを特徴とする請求項２記載の永久磁石型モータ用固定子。
4. 前記外周部鉄心の内周側に軸方向の溝があり、前記ティース部鉄心の根元部が前記溝に嵌合により固定されていることを特徴とする請求項３記載の永久磁石型モータ用固定子。
5. 前記外周部鉄心の軸方向両側面に補助鉄心を装着して前記外周部鉄心の長さを前記ティース部鉄心の根元部の長さより長くしたことを特徴とする請求項４記載の永久磁石型モータ用固定子。
6. 前記ティース部鉄心の根元部の軸方向側面に凹形状窪みを設け、前記補助鉄心の前記凹形状窪みに対向する側面に凸形状の突起を設け、前記窪みに前記突起を嵌合したことを特徴とする請求項５記載の永久磁石型モータ用固定子。
7. 前記ティース部鉄心の先端部の固定子内周面の周方向幅をティース部鉄心の外周側の周方向幅よりも狭くしたことを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項記載の永久磁石型モータ用固定子。
8. 請求項１〜７のいずれか１項記載の固定子と、
   前記固定子の内周空間に配置されており、表面に永久磁石が固着された回転子と、により構成されたことを特徴とする永久磁石型モータ。
9. 前記回転子の長さを前記ティース部鉄心の先端の張り出し分長くしたことを特徴とする請求項８記載の永久磁石型モータ。
10. 電磁鋼板を打ち抜き、所定枚数積層して外周部鉄心を形成する工程と、
    焼結軟磁性材料または圧粉鉄心材料をプレス機により成型してティース部鉄心を形成する工程と、
    前記ティース部鉄心の外周面に絶縁材を薄く一体的に射出成型により形成する工程と、
    前記絶縁材が薄く覆われたティース部鉄心に空心コイルを装着する工程と、
    前記外周部鉄心の内周側の溝に、前記空心コイルを装着したティース部鉄心の根元部を嵌合する工程と、
    前記外周部鉄心と前記ティース部鉄心とから構成される固定子鉄心全体を樹脂によりモールドする工程とを、
    備えたことを特徴とする永久磁石型モータの固定子の製造方法。
    

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