JP2011125176A - 固定子鉄心およびそれを備えるモータ - Google Patents

Abstract

【課題】ティース部鉄心と外周部鉄心からなる２分割鉄心構造を用いた場合においても、ティース部鉄心に方向性電磁鋼板が適用でき、かつ歪みによる磁気特性の低下を抑え、かつ内周の真円度が優れたモータの固定子鉄心を提供する。
【解決手段】本発明の固定子鉄心は、ティース先端部に直線切込部と、スロット側に湾曲した薄肉連結部とを有し、隣接するティース同士が該薄肉連結部で連結されており、かつ、ティースを直線状に配列して形成された一周分を環状に折り曲げて構成されており、かつ、環状に折り曲げたときに隣接するティース先端部同士が該直線切込部で密着するようになっているティース部鉄心と、環状形状をしており、前記環状に折り曲げられたティース部鉄心の外周側端部が嵌合するくぼみを有する外周部鉄心と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、固定子鉄心およびそれを備えるモータに関する。

従来において、ティース部鉄心と外周部鉄心からなる２分割鉄心構造の固定子鉄心を備えるモータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
この文献では、ティース先端部を連結している薄肉連結部は湾曲状に形成されているため、単純な形状の薄肉連結部よりは、曲げやすくなり、歪みもある程度、薄肉連結部に集中させることが可能であり、薄肉連結部以外の歪みをある程度抑えることができる。

特開２００３−１６４０８９号公報

しかしながら、上記のものには、直線状のティース部鉄心を折り曲げて環状にした後、その内周の真円度が悪化するという課題があった。
そこで本発明は、ティース部鉄心と外周部鉄心からなる２分割鉄心構造を用いた場合においても、内周の真円度が優れた固定子鉄心、およびそれを備えるモータを提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、
ティース部鉄心と外周部鉄心からなる固定子鉄心であって、
ティース部鉄心は、ティース先端部に直線切込部と、スロット側に湾曲した薄肉連結部とを有し、隣接するティース同士が該薄肉連結部で連結されており、かつ、ティースを直線状に配列して形成された一周分を環状に折り曲げて構成されており、かつ、環状に折り曲げたときに隣接するティース先端部同士が該直線切込部で密着するようになっており、
外周部鉄心は、環状形状をしており、前記環状に折り曲げられたティース部鉄心の外周側端部が嵌合するくぼみを有することを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載の固定子鉄心において、
前記ティース部鉄心は、方向性電磁鋼板の積層コアにて形成されおり、その磁化容易方向がティースの径方向に合わせてあることを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、
請求項１に記載の固定子鉄心において、
前記外周部鉄心は、無方向性電磁鋼板の積層コアにて形成されていることを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、
請求項１から３のいずれかに記載の固定子鉄心を備えるモータである。

本発明によれば、ティース部鉄心と外周部鉄心からなる固定子鉄心を用いた場合においても、内周の真円度が優れた固定子鉄心、およびそれを備えるモータを提供することができる。

本発明のモータの固定子鉄心の正面図 本発明の外周部鉄心の正面図 本発明のティース部鉄心の正面図 本発明のティース部鉄心の折り曲げ部の拡大図（図３のＡ部拡大図） 本発明のティース部鉄心の折り曲げる前の形状を示す図 本発明のティース部鉄心の折り曲げ部の拡大図（図５のＢ部拡大図）

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明のモータの固定子鉄心の正面図である。図２は、外周部鉄心の正面図であり、図３は、ティース部鉄心の正面図であり、図４は、ティース部鉄心の折り曲げ部の拡大図（図３のＡ部拡大図）である。
図１において、本発明の固定子鉄心１０は、外周部鉄心１１とティース部鉄心１２を備える。
図５は、本発明のティース部鉄心の折り曲げる前の形状を示す図であり、図６は、折り曲げる前のティース部鉄心の折り曲げ部の拡大図（図５のＢ部拡大図）である。
図５のように、複数のティースを有するティース部鉄心は、複数のティースを一直線状に並べた状態にて、ティースの長手方向を方向性電磁鋼板の磁化容易方向１６に合わせて打ち抜く。図中の矢印は、方向性電磁鋼板の磁化容易方向を示している。また、ティース先端部（折り曲げ部）には、薄肉連結部１４と直線切込部１５を備えており、隣接するティース同士は、薄肉連結部１４にて互いに連結されている。このように打ち抜いた物を必要な枚数だけ積層し、かしめ、接着、溶接等により、バラバラにならないように固定する。このようにしてティースが直線状の配列された形状のティース部鉄心１２を薄肉連結部１４にて環状に折り曲げて、一箇所切れ目があるものの、環状のティース部鉄心１２を形成することができる。図３はこのようにして、最終的に得られたティース部鉄心１２を示している。このように、ティース部鉄心１２は、方向性電磁鋼板の積層コアにて形成されている。
このようにして、環状に折り曲げて形成されたティース部鉄心１２の外側に、外周部鉄心１１を嵌合することにより、固定子鉄心１０が構成される。なお、外周部鉄心１１は、無方向性電磁鋼板の積層コアにて形成されている。
ここで、ティース部鉄心１２の磁化容易方向について詳しく説明する。上記のように、ティース部鉄心１２を材料である方向性電磁鋼板から打ち抜く際に、その磁化容易方向１６をティースの長手方向に合わせていたため、環状に折り曲げた後は、図３に示すようにティースの径方向に磁化容易方向が向いている。ティース内に流れる磁束の方向は、モータの回転状態に関わらず、ティースのほぼ径方向になるため、磁化容易方向が径方向に合わせてあることから、方向性電磁鋼板の一方向にのみ磁気特性が優れるという長所を最大限に生かせていることになる。ここで、磁気特性が優れるとは、磁束密度が高く、かつ鉄損が小さいという意味である。従って、ティースの磁束密度を高くすることができるため、モータのトルクを大きくすることができる。また、鉄損を小さく抑えることができるため、モータの発熱を低く抑えることができる。
次に、図４を参照して、薄肉連結部１４と直線切込部１５について詳しく説明する。本発明においては、薄肉連結部１４はスロット側（外周側）に湾曲させた形状としている。また、ティースの先端部の内周側には、直線切込部１５という直線部分を持たせている。薄肉連結部１４をスロット側に湾曲させている理由は、直線状のティース部鉄心を環状に折り曲げることを容易にさせるためである。また、薄肉連結部１４がティース先端部の主要部分から別に付加されているため、折り曲げた際に生じる歪みが、薄肉連結部１４にほぼ集中し、ティース先端部に歪みが拡がらない。したがって、折り曲げた後もティースに歪みが生じることが無く、従ってひずみによる磁気特性の劣化を生じることがない。直線切込部１５は、ティース部鉄心を環状に折り曲げた後に、隣接するティース先端部同士が直線部で突き当たり、ほぼ密着するようになっている。ティース部鉄心１２の外側に外周部鉄心１１を嵌合させた時に、外周部鉄心からティースを固定子鉄心の中心方向に押される力が働く。本発明では、隣接するティース先端部同士が直線部にて突き当たり、密着しているため、一周分のティース内周面が完全な円を成していることになる。したがって上記の外周部鉄心から押された力は、直線突き当て部にて力の向きが内周円の接線方向の力になり、かつティース内周面が完全な円を成していることから、いわばアーチ形状にて力を支えることができる。従って、ティース部鉄心に外周部鉄心を嵌合させてティース部鉄心に応力が働いても、ティース内周面には歪みよる変形がほとんど無く、従って固定子鉄心の内周面の真円度を極めて良くすることができる。
次に、隣接するティース先端部の直線突き当て部の漏れ磁束について詳しく説明する。通常、２分割鉄心構造においては、ティース先端部の漏れ磁束を少なくするために、ティースの連結部分の幅はなるべく狭くなるようにしている。本発明においては、漏れ磁束の経路として、薄肉連結部１４と直線切込部１５が存在する。しかし、薄肉連結部１４は折り曲げ時に歪みが集中しており、磁気特性が劣化して磁気抵抗が十分に大きくなっている。従って、薄肉連結部１４を通る漏れ磁束は、極めて少なくなる。また、直線切込部１５については、漏れ磁束としての経路が、方向性電磁鋼板の磁化容易方向と直角方向、すなわち磁化困難方向になるため、ある程度広い幅で密着していても、磁気抵抗は大きくなる。
従って、直線切込部１５を通る漏れ磁束も、極めて少なくなる。
最後に、外周部鉄心のくぼみの働きについて説明する。本発明においては、外周部鉄心１１の内周面にくぼみ１３を有している。環状に折り曲げたティース部鉄心１２の外側に外周部鉄心１１を嵌合させたときに、ティース部鉄心１２の外周側端部が該くぼみ１３に嵌合するようにしている。従来の無方向性電磁鋼板を用いて環状に一体で形成されたティース部鉄心と異なり、本発明のティース部鉄心１２は最初直線状に構成したものを環状に折り曲げて形成しているため、環状を開こうとする復元力が働く。その対策として、環状の折り曲げた最後の切れ目をレーザースポット溶接して接合する方法も考えられるが溶接時に歪みが生じる場合がある。一方、上記のように、ティース部鉄心１２の外周側端部が該くぼみ１３に嵌合するようにすると、切れ目を特に接合していなくても、くぼみ１３に嵌合させることによりティース部鉄心１２を環状に締め付けることになる。したがって、切れ目も他の直線切込部１５と同様に、密着させることができる。したがって、固定子鉄心１０の内周面の真円度の精度を高めることができる。

以上に述べたように、本発明によれば、ティース部鉄心と外周部鉄心からなる固定子鉄心を用いたので、ティース部鉄心の外側から巻線を装着できるため、巻線占積率を非常に高くすることができ、一体形鉄心を用いる方式と比べるとモータ特性を格段に向上させることができる。また、ティース部鉄心と外周部鉄心からなる２分割構造の固定子鉄心を用いたため、ティース部鉄心に、磁気特性が無方向性電磁鋼板に比べ格段に優れた方向性電磁鋼板を適用でき、鉄心の磁気特性を大幅に向上させることができることから、モータの性能を大幅に向上させることができる。また、歪みによる磁気特性の低下も抑えることもできる。具体的には、磁束密度が向上することによりモータの発生トルクが大きくなり、かつ鉄損特性が向上することにより鉄損が低減し、モータの発熱を小さくすることができる。また、環状に折り曲げたティース部鉄心を用いても内周の真円度が優れた固定子鉄心を得ることができる。この固定子鉄心を備えたモータにおいては、コギングトルクを低減することができる。
以上、本発明の実施形態について説明した。ただし、いわゆる当業者であればこの実施形態から適宜変更が可能であることは言うまでも無く、このような変更が施された場合でも、本発明の技術的範囲に含まれることも付言しておく。
たとえば、図１〜６において薄肉連結部１４の形状の一例として略円形を示しているが、本発明の薄肉連結部１４は円形に限定されるものではなく、三角形、四角形などの角形およびその他の形状でも同様の働きをすることは勿論である。

１０ 固定子鉄心
１１ 外周部鉄心
１２ ティース部鉄心
１３ くぼみ
１４ 薄肉連結部
１５ 直線切込部
１６ 磁化容易方向

Claims (4)

1. ティース部鉄心と外周部鉄心からなる固定子鉄心であって、
   ティース部鉄心は、ティース先端部に直線切込部と、スロット側に湾曲した薄肉連結部とを有し、隣接するティース同士が該薄肉連結部で連結されており、かつ、ティースを直線状に配列して形成された一周分を環状に折り曲げて構成されており、かつ、環状に折り曲げたときに隣接するティース先端部同士が該直線切込部で密着するようになっており、
   外周部鉄心は、環状形状をしており、前記環状に折り曲げられたティース部鉄心の外周側端部が嵌合するくぼみを有することを特徴とする固定子鉄心。
2. 前記ティース部鉄心は、方向性電磁鋼板の積層コアにて形成されおり、その磁化容易方向がティースの径方向に合わせてあることを特徴とする、請求項１に記載の固定子鉄心。
3. 前記外周部鉄心は、無方向性電磁鋼板の積層コアにて形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の固定子鉄心。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の固定子鉄心を備えるモータ。

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