JP2017135967A - ステータ及びステータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気回路としての機能を発揮させつつ、構成がより改良されたヨークを実現する。【解決手段】電機子１２を格納する有底筒状のモータＭのステータ２が、有底筒状のメインヨーク２１と、メインヨーク２１内において電機子１２の外側面と対向するように配置された界磁用のマグネット２３と、マグネット２３の少なくとも一部と径方向に対向する位置に配置された補助ヨーク２２と、を有して構成されている。補助ヨーク２２は、メインヨーク２１の外周面に沿ってマグネット２３の極数に応じた個数だけ配置された複数の断片部材２４を備えている。複数の断片部材２４は、断片部材２４、２４の間に間隔を設けた状態で並んでおり、メインヨーク２１内に固定された隣接するマグネット２３間を跨ぐ位置に配置されている。【選択図】図３

Description

本発明は、直流モータのステータ及び当該ステータの製造方法に係り、特に、ヨークに特徴を有するステータ及び当該ステータの製造方法に関するものである。

直流モータは、回転軸に固定された電機子及び整流子と、電機子の外側を被覆するカップ状のヨークと、ヨークの内壁面に固定された界磁用のマグネットを有するものが一般的である。このように構成された直流モータでは、マグネットがヨーク内部において電機子の側面と対面するように配置されている。また、カップ状のヨークの開口は、ブラケットにより閉塞されている。このブラケットには、回転軸を突出させるための孔が形成されている。この孔の形成により、回転軸の出力側端部は、ヨーク外へと突出可能となる。

また、ヨークの底部とブラケットの孔部付近には軸受が配設されている。回転軸は、これらの軸受によって回転可能に支持されている。また、ブラケットにはブラシが配置されており、ブラシの径方向内側端部が整流子に摺接するように構成されている。これにより、外部電源に接続されたブラシから整流子へと電流が供給される。そして、整流子による整流によって電機子を流れる電流の方向が切り替えられると、電機子と界磁用のマグネットとの相互作用によって電機子が回転し、ロータとして機能する。

ところで、ヨークは、単に、電機子を被覆したりマグネットを支持したりするだけではなく、磁気回路としての役割を果たす。このため、磁気回路を構築するために、ヨークの肉厚を所定以上確保する必要がある。

一方、従来のヨークは、磁気回路として機能する上で必要な肉厚となるようにヨーク素材を絞ることにより製造されていた。このため、従来のヨークでは、磁気回路としての機能を発揮させる必要がない部分の肉厚が、磁気回路としての機能を発揮させる必要がある部分の肉厚と同じ厚みにて形成される。つまり、従来のヨークでは、磁気回路として機能させる必要がない部分について、肉厚が必要以上に大きくなっていた。その結果、従来のヨークでは素材費用が嵩み、また、ヨークの重量が必要以上に大きくなっていた。

以上の問題を解決するための技術は、これまでに開発されてきている。一例を挙げて説明すると、特許文献１に開示された直流電動機のフレーム構造では、回転子鉄心がカップ状のフレーム（メインヨークに相当）に囲繞されており、このフレームの円筒部外側面にリング状の補助フレーム（補助ヨークに相当）が配置されている。このように構成されていることで、全体としては肉厚の小さいメインヨークを作成する。

より具体的に説明すると、特許文献１のフレーム構造では、磁気回路としての機能を発揮させる上で肉厚を大きくする必要がある部分に補助ヨークを巻装する。これにより、磁気回路として機能させる必要がある部分については十分な肉厚を確保し、それ以外の部分については肉厚を小さくすることができる。この結果、ヨークの製造コストの低減及びヨーク重量の軽量化を図ることが可能となる。

実開平０６−０３１３５４号公報

以上のように補助ヨークを用いることで、ヨークの製造コストの低減及びヨーク重量の軽量化を図ることが可能となる。そして、磁気回路として機能を適切に発揮させながらヨークの更なる低コスト化及び軽量化を図る上で、補助ヨークの形状や配置等について更なる検討が必要となる。つまり、磁気回路としての機能と、補助ヨークの形状や配置位置等についての改良を行い、ヨークの低コスト化及び軽量化を効果的に実現することが可能なステータの開発が求められている。

そこで、本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、メインヨークと補助ヨークとを有するステータについて、磁気回路としての機能を発揮させつつヨークの構成をより改良したステータ及びその製造方法を提供することにある。

上記の課題は、回転軸に固定された電機子を格納する有底筒状の回転電機のステータであって、該ステータは、有底筒状に形成されたメインヨークと、該メインヨークの内部において前記電機子の外側面と対向するように配置された界磁用のマグネットと、該マグネットの少なくとも一部と径方向に対向する位置に配置された補助ヨークと、を有して構成されており、前記補助ヨークは、前記メインヨークの外周面又は内周面に沿って前記マグネットの極数に応じた個数だけ配置された複数の断片部材を備え、該複数の断片部材は、断片部材間に間隔を設けた状態で並んでおり、前記メインヨーク内に固定された隣接するマグネット間を跨ぐ位置に配置されていることにより解決される。

以上のように、本発明に係るステータは、メインヨークと補助ヨークを備えている。また、補助ヨークは、メインヨークの外周面又は内周面に沿って配置された複数の断片部材によって構成されている。そして、複数の断片部材は、断片部材間に間隔が設けられた状態で並べられ、メインヨーク内に固定された隣接するマグネット間を跨ぐ位置に配置されている。これにより、ヨークの磁気回路としての機能を良好に発揮しつつ、ヨークの製造コストの低減及びヨーク重量の軽量化を実現することが可能となる。
より詳しく説明すると、界磁用のマグネットの磁束分布において、隣接するマグネット間で磁束密度が最も高くなる。そこで、本発明では、隣接するマグネット間を跨ぐように断片部材を配置することとした。これにより、磁束密度の高い箇所を補助ヨーク（厳密には、断片部材）にてカバーすることで適正な磁気回路を構築することができる。また、複数の断片部材は、断片部材間に間隔が設けられた状態で配置されている。つまり、磁気回路を構築する上で肉厚が不要な箇所には補助ヨークを配置せず、その分、ヨークの低コスト化及び軽量化を図ることが可能となる。

また、上記のステータにおいて、前記複数の断片部材の各々の軸方向の長さの最大値は、前記マグネットの軸方向の長さの最大値以下であると好適である。
上記の構成であれば、ヨークにおいて磁気回路としての機能を十分に発揮させつつ、ヨークの更なる低コスト化及び軽量化を図ることが可能となる。
より詳しく説明すると、上述したように、隣接するマグネット間で磁束密度が最も高くなるが、厳密には、特に、マグネット間に位置する部分の軸方向中央部で高くなる。このため、当該軸方向中央部を補助ヨークが重点的にカバーすることで、磁気回路としての機能が十分に発揮されるようになる。
そこで、上記の構成のように、補助ヨークの軸方向の長さの最大値をマグネットの軸方向の長さの最大値以下とすることにより、磁束密度が高い箇所をカバーすることが可能となるので、磁気回路としての機能を保ちつつ、ヨークの更なる低コスト化及び軽量化を図ることが可能となる。

また、上記のステータにおいて、前記複数の断片部材の各々の軸方向の長さ及び前記マグネットの軸方向の長さは、いずれも一定であり、前記複数の断片部材の各々は、当該各々の軸方向の距離の中点と、前記マグネットの軸方向の距離の中点とが、軸方向において一致するように配置されていると好適である。
以上の構成であれば、補助ヨークが軸方向中央部、つまり、磁束密度が高い箇所を効果的にカバーすることができる。

また、上記のステータにおいて、前記複数の断片部材の各々の厚みは、前記マグネットの厚みより小さく、前記メインヨークの厚みよりも大きく形成されていると好適である。
以上の構成では、メインヨークが、メインヨークよりも肉厚なマグネット及び補助ヨーク（厳密には、断片部材）に挟まれている。これにより、筒状のメインヨークを薄肉化でき、ヨークの尚一層の低コスト化及び軽量化を図ることができる。

また、上記のステータにおいて、径方向における前記マグネットと前記電機子との間の隙間の長さが、前記メインヨークの厚みよりも小さいと好適である。
以上の構成であれば、メインヨークの更なる小型化を図ることができる。

また、上記のステータにおいて、前記複数の断片部材の各々における中央部と端部との間には段差が形成されており、前記複数の断片部材の各々は、当該各々の中央部が前記段差の分だけ前記メインヨークの外周面から離れた状態で配置されていると好適である。
上記の構成では、各断片部材の中央部がメインヨークの外周面から離れているので、その分、電機子とヨークとの間の磁気抵抗が上がる。これにより、電機子の発生磁束量が抑えられ、結果として、マグネットの磁束を有効に利用することが可能となる。つまり、回転電機において所定のトルクを得るのに必要なマグネットの発生磁束量がより少なく済むようになる。

また、上記のステータにおいて、前記複数の断片部材の各々は、当該各々に形成された凸部を前記メインヨークの外周面に当接させながら前記メインヨークの外周面に対してプロジェクション溶接することで、前記メインヨークの外周面に取り付けられていると好適である。
上記の構成では、各断片部材がプロジェクション溶接によってメインヨークに接合される。これにより、メインヨークの変形（換言すると、真円度の低下）を抑えることができ、さらに、メインヨークの外周面に形成されたメッキ膜が溶接時に剥離することに起因した腐食の進行を抑制することが可能となる。

また、前述の課題は、本発明のステータの製造方法によれば、回転軸に固定された電機子を格納する有底筒状の回転電機のステータの製造方法であって、前記ステータは、有底筒状に形成されたメインヨークと、該メインヨークの内部において前記電機子の外側面と対向するように配置された界磁用のマグネットと、該マグネットの少なくとも一部と径方向に対向する位置に配置された補助ヨークと、を有して構成されるものであり、前記メインヨーク内において、前記マグネットを固定するマグネット固定工程と、前記補助ヨークが複数備える断片部材を、前記メインヨークの外周面又は内周面に沿って前記マグネットの極数に応じた個数だけ配置することで、前記補助ヨークを前記メインヨークに対して固定する補助ヨーク固定工程と、を行い、該補助ヨーク固定工程では、前記断片部材を、該断片部材間に間隔を設けた状態で並べ、前記メインヨーク内に固定された隣接するマグネット間を跨ぐ位置に配置することにより解決される。
上記の製造方法であれば、ヨークの磁気回路としての機能を良好に発揮しつつ、ヨークの製造コストの低減及びヨーク重量の軽量化を実現したステータを製造することが可能となる。

また、上述したステータの製造方法において、前記補助ヨーク固定工程では、前記マグネットの軸方向の長さよりも小さい軸方向の長さを有するように形成された前記断片部材を配置すると好適である。
以上の方法であれば、ヨークの磁気回路としての機能を保ちつつ、ヨークの更なる低コスト化及び軽量化を図ることが可能となる。

また、上述したステータの製造方法において、前記補助ヨーク固定工程では、前記断片部材の各々の軸方向の距離の中点と、前記マグネットの軸方向の距離の中点とが、軸方向において一致するように前記断片部材を配置すると好適である。
以上の方法であれば、磁束密度が高い箇所を効果的にカバーすることができる。

また、上述したステータの製造方法において、前記補助ヨーク固定工程では、前記メインヨークを形成するための素材であるメインヨーク形成用板素材と、前記補助ヨークを形成するための素材であって前記断片部材の基材をなす複数の補助ヨーク形成用板素材と、を同時に絞ることにより、前記メインヨークと前記補助ヨークとを一体化すると好適である。
以上の方法では、メインヨーク形成用板素材と補助ヨーク形成用板素材とを同時に絞り込むことでメインヨークと補助ヨークとが一体化された状態で形成される。これにより、メインヨークに対して補助ヨークを適切に配置することが可能となり、より具体的には、補助ヨーク配置によるメインヨークの変形（換言すると、真円度の低下）や外周面からのメッキ剥離等を回避することが可能となる。

また、上述したステータの製造方法において、前記補助ヨーク固定工程では、前記断片部材に形成された凸部を前記メインヨークの外周面に当接させ、前記メインヨークの外周面に対して前記断片部材をプロジェクション溶接すると好適である。
以上の方法では、各断片部材をプロジェクション溶接によってメインヨークに接合する。これにより、溶接によるメインヨークの変形（換言すると、真円度の低下）、溶接による外周面からのメッキ剥離及びこれに起因する腐食の進行を抑制することが可能となる。

本発明のステータ及びその製造方法によれば、メインヨークと補助ヨークとを組み合わせることで、磁気回路を構成するヨークを形成する。そして、磁束密度の分布に注目し、磁束密度が高い場所に補助ヨーク（厳密には、断片部材）を配置し、磁束密度が低い場所には補助ヨークを配置しないこととした。これにより、磁気回路としての機能を十分に発揮させつつ、ヨークの低コスト化及び軽量化を効果的に実現することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るモータの基本構成図である。 本発明の第１実施例に係るステータを示す分解機器図である。 本発明の第１実施例に係るステータの断面図である。 磁束密度の分布状態に関する説明図である。 ステータ各部の厚みの大小関係に関する説明図である。 本発明の第２実施例に係るステータの断面図である。 補助ヨークをメインヨークに接合する従来例を示す図である。 プロジェクション溶接にて補助ヨークをメインヨークに接合する手順を示す図である（その１）。 プロジェクション溶接にて補助ヨークをメインヨークに接合する手順を示す図である（その２）。 絞り加工によりステータを製造する手順を示す図である（その１）。 絞り加工によりステータを製造する手順を示す図である（その２）。 絞り加工によりステータを製造する手順を示す図である（その３）。 絞り加工によりステータを製造する手順を示す図である（その４）。

以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する構成は本発明を限定するものでなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。

図１は、本発明のステータを利用したモータの基本構成を示す概略図である。図２は、第１実施例に係るステータ（第１ステータ）の分解機器図である。図３は、第１ステータの断面図であり、図１のＡ−Ａ断面図である。図４は、磁束密度の分布状態に関する説明図である。図５は、ステータ各部の厚みの大小関係に関する説明図である。

図６は、第２実施例に係るステータ（第２ステータ）の説明図であり、図３と同じ向きの断面図である。図７は、補助ヨークをメインヨークに接合する従来例を示す模式図であり、補助ヨークをスポット溶接にてメインヨークに接合する様子を示している。図８Ａ及び図８Ｂは、プロジェクション溶接にて補助ヨークをメインヨークに接合する手順を示す模式図であり、図８Ａが接合前の状態を示しており、図８Ｂが接合後の状態を示している。図９Ａ乃至図９Ｄは、絞り加工により本発明のステータを製造する手順を示す図である。なお、絞り加工は、図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ、図９Ｄの順に進行する。

以下に説明する実施形態は、補助ヨークを用いて磁気回路としての機能を発揮するステータであって、補助ヨークを含むヨーク全体の低コスト及び軽量化を実現することが可能なステータ及びその製造方法に関するものである。

本発明のステータの構成について説明するにあたり、本発明のステータを利用したモータについて、図１を参照しながら、その基本構成を説明する。なお、以下に説明するモータの構成は、一例に過ぎず、これに限定されるものではない。また、以下の説明中、「出力側」とは、モータの動力が伝達されていく側であり、図１では紙面の左側に相当する。また、「基端部側」とは、回転軸の軸方向において出力側と反対側を意味し、図１では紙面の右側に相当する。

本発明のステータを利用したモータ（以下、モータＭ）は、直流モータであり、例えば車両の電動パワーステアリング装置に好適に使用されるものである。モータＭは、図１に示すように、ロータ１と、ステータ２と、エンドプレート３と、ブラシ４と、を有する。ロータ１は、図１に示すように、回転中心となる回転軸１１と、電機子１２と、整流子１３と、を有する。電機子１２は、回転軸１１に固定された状態で回転軸１１と一体回転可能に組み付けられており、ロータコア１２Ａと、ロータコア１２Ａに巻装されるコイル１２Ｂとによって構成されている。整流子１３は、円筒形状をなし、回転軸１１において電機子１２によりも出力側に固定されており、回転軸１１と一体的に回転可能である。また、整流子１３（正確には、整流子１３の構成部品として円周状に並んだ整流子片の各々）は、電機子１２を構成するコイル１２Ｂと電気的に接続されている。

ステータ２は、電機子１２を格納する有底筒状の部品であり、有底筒状に形成されたメインヨーク２１と、メインヨーク２１の外側に配置される補助ヨーク２２と、界磁用のマグネット２３と、を有して構成されている。

メインヨーク２１は、カップ形状の磁性体であり、磁性体からなる素材（メインヨーク形成用板素材）を、底部とは反対側に開口部を有するように絞り加工されることで成形されている。メインヨーク２１の底部の中央部分には、基端部側に突出するカップ形状の軸受配設部２１Ａが形成されている。軸受配設部２１Ａの内部には円環状のボール軸受Ｋ１が配置されており、このボール軸受Ｋ１により回転軸１１の基端部側の端部が回転可能に軸支されている。なお、メインヨーク２１のうち、軸受配設部２１Ａ以外の部分を、以下では「メインヨーク本体部２１Ｂ」と呼ぶ。

メインヨーク本体部２１Ｂは、その内周面に貼設されたマグネット２３、２３間を磁束で結合して磁気回路を構成する役割を果たす。また、メインヨーク本体部２１Ｂの出力側端部（底部とは反対側の端部）に設けられた開口部は、エンドプレート３（ブラシホルダ）によって閉塞されている。また、エンドプレート３の中央部には、回転軸１１の出力側端部を貫通させるための貫通孔が形成されており、当該貫通孔の内壁面には円環状のボール軸受Ｋ２が配置されている。このボール軸受Ｋ２により、回転軸１１の出力側端部が回転可能に軸支されている。

さらに、エンドプレート３の基端部側の面にはブラシ４が配置されている。ブラシ４は、角柱状の部材であり、径方向中央側の端部が整流子１３（厳密には、整流子片）の外側面と当接するように構成されている。そして、ブラシ４には不図示の外部電源から電流が供給され、この電流は、整流子１３により整流されて電機子１２中のコイル１２Ｂを流れる。

界磁用のマグネット２３は、瓦型の永久磁石であり、メインヨーク本体部２１Ｂの内側壁（内周面）に複数個、より厳密には極数に対応する個数だけ貼設されている。なお、以下に説明するモータの構成例では４極の構造となっており、すなわち、４個のマグネット２３がメインヨーク２１の内部に固定されている。各マグネット２３は、メインヨーク本体部２１Ｂの内部において、電機子１２の外側面と対面するように配置されている。そして、電機子１２中のコイル１２Ｂ内に整流電流が流れると、当該電機子１２とマグネット２３との相互作用によりロータ１が回転する。

補助ヨーク２２は、磁性体であり、メインヨーク２１と協働して１個のヨークをなしている。また、補助ヨーク２２は、メインヨーク２１の磁気回路としての役割を補強するためにメインヨーク本体部２１Ｂの外周面（厳密には、側胴部の外周面）に沿って配置されている。より具体的に説明すると、補助ヨーク２２は、メインヨーク本体部２１Ｂの外周面において、マグネット２３の少なくとも一部と径方向に対向する位置に固定されている。

なお、本発明において、補助ヨーク２２は、複数のパーツ（断片部材）に断片化されており、各パーツが分離した状態でメインヨーク本体部２１Ｂの外周面に固定されている。なお、補助ヨーク２２の形状や配置位置に関する詳細については、後の項で説明することとする。

＜第１実施例＞
次に、第１実施例に係るステータ２（以下、第１ステータ２Ａ）の構成について説明する。図２及び図３に示すように、第１ステータ２Ａは、メインヨーク２１と、第１補助ヨーク２２Ａと、界磁用のマグネット２３と、を有する。また、図２に示すように、第１補助ヨーク２２Ａは、複数の断片部材２４に分かれている（断片化されている）。複数の断片部材２４の各々は、薄肉瓦型形状の磁性体からなり、マグネット２３の極数に応じた個数だけメインヨーク２１の外周面に沿って配置されている。なお、図２及び図３に図示した構成では、４個の断片部材２４がメインヨーク２１の外周面に固定されており、モータ回転方向（以下、回転方向）において一定間隔毎に、具体的には略９０度間隔で配置されている。

そして、複数（具体的には４個）の断片部材２４は、図３に示すように、メインヨーク２１の外周面において、断片部材２４、２４間に間隔を設けた状態で環状に並んでいる。さらに、各断片部材２４は、メインヨーク２１内に貼設された隣接するマグネット２３、２３間を跨ぐ位置に配置されている。

以上のように構成された第１ステータ２Ａでは、ヨーク（メインヨーク２１及び第１補助ヨーク２２Ａ）が磁気回路を効果的に構築するようになる。また、補助ヨーク２２をメインヨーク２１の外周面全域に亘って配置する構成に比してヨーク重量をより軽量化することができ、結果として、ヨークを含むステータ全体の製造コストを低減することが可能となる。

より詳しく説明すると、一般的に、マグネット２３、２３間では磁束密度が最も高くなる。本実施例では、このような磁束分布を考慮し、ヨークが効果的に磁気回路を構成するのに必要な箇所（すなわち、マグネット２３、２３間に位置する部分）を補助ヨーク２２（厳密には、断片部材２４）にてカバーすることとした。

一方、ヨークが効果的に磁気回路を構成する上で補助ヨーク２２によるカバーが不要な箇所については、補助ヨーク２２（厳密には、断片部材２４）を配置しないこととし、その分、補助ヨーク２２（第１補助ヨーク２２Ａ）が軽量化されることになる。

また、本実施例では、断片部材２４のサイズや配置位置を調整することで、ヨークの更なる軽量化及び低コスト化を図っている。具体的に説明すると、マグネット２３の軸方向の長さをｔ１としたとき、各断片部材２４の軸方向長さｔ２がｔ１と同じ若しくはｔ１よりも短くなるように構成されている。つまり、本実施例では長さｔ１≧長さｔ２となるように各断片部材２４が構成されている。さらに、各断片部材２４は、マグネット２３の軸方向の距離の中点と各断片部材２４の軸方向の距離の中点とが整合するように配置されている。

以上により、ヨークの更なる軽量化及び低コスト化が実現される。かかる効果について図４を参照しながら説明すると、前述したように、マグネット２３、２３間では磁束密度が最も高くなり、また、マグネット２３、２３間の領域では、図４に示すように軸方向中央部分において特に磁束密度が高くなる。そして、軸方向中央部から軸方向端部に向かうにつれて磁束密度が低くなっていく。本実施例では、このような磁束分布を考慮し、マグネット２３、２３間の軸方向中央部分を第１補助ヨーク２２Ａ（断片部材２４）によって重点的にカバーすることとした。このような構成であれば、各断片部材２４の軸方向長さｔ２を短くすることができ、その分、第１補助ヨーク２２Ａの軽量化を図ることができる。この結果、ヨーク素材の使用量が減り、ヨークの製造コストが低減するようになる。

さらに、マグネット２３の厚み（径方向距離）をｔ３とし、各断片部材２４の厚み（径方向距離）をｔ４とし、メインヨーク２１の厚み（径方向距離）をｔ５とすると、それぞれの関係は、図５に示すように、径方向において厚みｔ３＞厚みｔ４＞厚みｔ５となるように構成されている。このような大小関係であれば、磁束密度の高い部分を補助ヨーク２２（厳密には断片部材２４）によってカバーして効果的な磁気回路を構成すると共に、メインヨーク２１を薄肉化してヨークの更なる軽量化及び低コスト化を実現することが可能となる。

ここで、ヨーク各部の厚みについて付言しておくと、径方向における電機子１２（より具体的には、ロータコア１２Ａ）とマグネット２３との間の隙間、すなわちギャップをｄとすると、図５に示すように、厚みｔ３＞厚みｔ４＞厚みｔ５＞ギャップｄとなっている。このような構成であれば、補助ヨーク２２（厳密には断片部材２４）とマグネット２３との間にメインヨーク２１が挟まれているので、メインヨーク２１を薄くしてもメインヨーク２１の変形（つまり、真円度の低下）を効果的に抑えることが可能となる。

なお、メインヨーク２１を絞り加工にて形成する際、素材（メインヨーク形成用板素材）の肉が逃げるように絞り加工される。このため、メインヨーク２１のうちの筒状部（メインヨーク本体部２１Ｂ）の肉厚は、出力側（開口部側）でより厚くなり、底部側でより薄くなる。つまり、メインヨーク２１は、底部側の方が変形し易い構造となっている。また、メインヨーク２１の底部は、円形となっているので、その外周面に補助ヨーク２２からの圧力（荷重）が掛かったときにも真円度を良好に維持することが可能となる。このため、複数の断片部材２４からなる補助ヨーク２２（第１補助ヨーク２２Ａ）をメインヨーク２１の外周面に固定する構成では、各断片部材２４を外側から固着できるので、メインヨーク２１及び補助ヨーク２２（厳密には、各断片部材２４）の双方の変形を抑えることが可能となる。

＜第２実施例＞
次に、第２実施例に係るステータ２（以下、第２ステータ２Ｂ）の構成について説明する。第２ステータ２Ｂは、図６に示すように、メインヨーク２１と、第２補助ヨーク２２Ｂと、界磁用のマグネット２３と、を有する。ここで、メインヨーク２１の構成及びマグネット２３の構成は、上述した第１実施例と同様である。このため、図６では、メインヨーク２１及びマグネット２３について第１実施例と同一の符号を付すこととし、また、以下では、メインヨーク２１及びマグネット２３の構成に関する説明を省略することとする。

第２補助ヨーク２２Ｂは、第１実施例の補助ヨーク（第１補助ヨーク２２Ａ）と同様、複数（具体的には４個）の断片部材２５によって構成されている。複数の断片部材２５は、それぞれ磁性体からなり、図６に示すようにメインヨーク２１の外周面に沿って断片部材２５、２５間に間隔を設けた状態で環状に並んでいる。また、各断片部材２５は、メインヨーク２１内に貼設された隣接するマグネット２３、２３間を跨ぐ位置に配置されている。

以上の点において、第２実施例に係る断片部材２５は、第１実施例に係る断片部材２４と共通する。一方、図３と図６を対比すると分かるように、第２実施例に係る断片部材２５の形状は、第１実施例に係る断片部材２４の形状と相違する。具体的に説明すると、第２実施例に係る断片部材２５の断面形状は、段差が設けられた円弧の形状（略矩形波形状）となっている。より詳しく説明すると、各断片部材２５における中央部２５ａ（回転方向における中央部）と端部２５ｂ（回転方向における端部）との間には段差が形成されている。

そして、各断片部材２５は、図６に示すように、端部２５ｂがメインヨーク本体部２１Ｂに当接している一方で中央部２５ａが上記の段差だけメインヨーク本体部２１Ｂの外周面から離れた状態（外周面から浮いた状態）で配置されている。このように第２実施例では、各断片部材２５の中央部２５ａがメインヨーク本体部２１Ｂの外周面から離れているため、その分、電機子１２とヨークとの間の磁気抵抗が上がることになる。これにより、第１実施例の構成（すなわち、断片部材２４の中央部及び端部がメインヨーク本体部２１Ｂの外周面に当接している構成）と比較して、電機子１２の発生磁束量が抑えられるようになる。この結果、マグネット２３の磁束をより有効に利用することができるようになる。すなわち、モータＭにおいて所定のトルクを得るのに必要なマグネット２３の発生磁束量が、より少なく済むようになる。

なお、第２実施例では、第１実施例と同様、各断片部材２５の軸方向の長さがマグネット２３の軸方向の長さよりも短くなっている。また、第２実施例において、各断片部材２５は、マグネット２３の軸方向の距離の中点と各断片部材２５の軸方向の距離の中点とが整合するように配置されている。以上の構成により、第２実施例では、磁気回路としての機能を保ちつつ、ヨークの更なる低コスト化及び軽量化を図ることが可能となる。

また、マグネット２３の厚さと、各断片部材２５の厚さと、メインヨーク２１の厚さとの大小関係についても、第１実施例と同様であり、マグネット２３の厚さが最も大きく、次いで断片部材２５の厚さが大きく、メインヨーク２１の厚さが最も小さくなっている。これにより、メインヨーク２１を薄くしてもメインヨーク２１の変形（真円度の低下）を効果的に抑えることが可能となる。

＜ステータの製造方法＞
次に、上述したステータ（第１ステータ２Ａ及び第２ステータ２Ｂ）の製造方法について説明する。なお、以下では、第１ステータ２Ａの製造方法を具体例として挙げて説明するが、以下の手順については、第２ステータ２Ｂの製造方法にも適用可能である。

ステータの製造プロセスでは、まず、メインヨーク２１を絞り加工により形成する工程、すなわち、メインヨーク形成工程を行う。その後、補助ヨーク２２を構成する複数の断片部材２４をメインヨーク２１に対して固定する工程、すなわち、補助ヨーク固定工程を行う。そして、断片部材２４を配置した後、マグネット２３をメインヨーク本体部２１Ｂの内周面に貼設して固定する工程、すなわち、マグネット固定工程を行う。なお、補助ヨーク固定工程を行う順序は、マグネット固定工程の後でもよい。

補助ヨーク固定工程では、各断片部材２４を、断片部材同士の間に間隔を設けた状態で並べ、メインヨーク２１内に固定された隣接するマグネット２３、２３間を跨ぐ位置に配置させる。また、マグネット２３の軸方向の長さよりも小さい軸方向の長さを有するように形成された断片部材２４を配置する。さらに、各断片部材２４を配置する際には、当該各断片部材２４の軸方向の距離の中点と、マグネット２３の軸方向の距離の中点とが、軸方向において一致するように配置する。

ところで、補助ヨーク固定工程において断片部材２４をメインヨーク本体部２１Ｂの外周面に配置する際、断片部材２４をメインヨーク本体部２１Ｂの外周面に溶接することが考えらえる。その一例としては、断片部材２４をメインヨーク本体部２１Ｂの外周面にスポット溶接することが考えられる。断片部材２４をメインヨーク本体部２１Ｂの外周面にスポット溶接する手順について図７を参照しながら説明すると、断片部材２４をメインヨーク本体部２１Ｂの外周面に当接させた状態で、断片部材２４及びメインヨーク本体部２１Ｂの外周壁のそれぞれに棒状の溶接電極１００の先端部を押し当てる。かかる状態で溶接電極１００の間に電流を流すと、溶接電極１００の先端部の間に挟まれている部分が溶融し、結果として、断片部材２４がメインヨーク本体部２１Ｂの外周面に溶接される。

上述したスポット溶接では、断片部材２４がメインヨーク本体部２１Ｂと当接している箇所のうち、溶接電極１００の先端部の間に挟まれて溶融した部分に溶接ナゲット１０１が形成されるようになる。このような溶接ナゲット１０１が局所的に形成されると、メインヨーク２１の変形（真円度の低下）を招くと共に、メインヨーク本体部２１Ｂの外周面に形成されたメッキ膜を剥離させて腐食を進行させてしまう原因となる。

上記の問題に対応する方策としては、断片部材２４をメインヨーク本体部２１Ｂの外周面にプロジェクション溶接することが考えられる。断片部材２４をメインヨーク本体部２１Ｂの外周面にプロジェクション溶接する手順について図８Ａ及び図８Ｂを参照しながら説明すると、先ず、断片部材２４の外表面（厳密には、メインヨーク本体部２１Ｂの外周面に対向する面）に凸部としての打ち出し２６（プロジェクション）を形成する。なお、図８Ａでは、断片部材２４の両端部の各々に１か所ずつ計２個の打ち出し２６が形成されているが、打ち出し２６の個数については、特に限定されるものではない。

その後、打ち出し２６をメインヨーク本体部２１Ｂの外周面に当接させ、さらに、図８Ｂに示すように、断片部材２４及びメインヨーク本体部２１Ｂの外周面のそれぞれに対して溶接電極１０２を押し当てる。ここで、プロジェクション溶接用の溶接電極１０２は、幾分幅広となっており、円弧状に湾曲した当接面にて断片部材２４やメインヨーク本体部２１Ｂの外周面と当接する構成になっている。

そして、打ち出し２６がメインヨーク本体部２１Ｂの外周面に当接した状態で、溶接電極１０２間に電流が流れると、溶接電極１０２の間に挟まれている部分、主には打ち出し２６周りが溶融し、結果として、断片部材２４がメインヨーク本体部２１Ｂの外周面に対してプロジェクション溶接される。なお、溶融した箇所には溶接ナゲット１０１が形成されるが、図８Ｂに示すように、プロジェクション溶接によって形成される溶接ナゲット１０１は、周方向（回転方向）に沿って幾分広がったものとなる。

以上の手順にて断片部材２４をメインヨーク本体部２１Ｂの外周面に対してプロジェクション溶接することにより、スポット溶接の場合のように局所的な溶接ナゲット１０１の形成が抑制されるようになる。この結果、メインヨーク本体部２１Ｂの外周面に断片部材２４を溶接したとしても、メインヨーク２１の真円度を良好に維持することが可能となる。また、メインヨーク２１の外周面のメッキ膜が溶接時に剥離するのを抑制することができるので、当該メッキ膜の剥離に起因する腐食の進行を効果的に抑えることが可能となる。

なお、断片部材２４をメインヨーク本体部２１Ｂの外周面に固定する方法としては、溶接以外にも考えられ、例えば、接着材によって断片部材２４をメインヨーク本体部２１Ｂの外周面に固定してもよい。

以上までの説明では、メインヨーク２１及び補助ヨーク２２（具体的には、断片部材２４、２５）のそれぞれを別々に成形し、メインヨーク２１の成形後に補助ヨーク２２をメインヨーク２１に対して固定することとした。ただし、これに限定されるものではなく、メインヨーク２１及び補助ヨーク２２を同時に絞り加工して形成してもよい。以下、図９Ａ乃至図９Ｄを参照しながら、メインヨーク２１及び補助ヨーク２２を同時に絞り加工する手順について説明する。

先ず、図９Ａに示すように、磁性体で構成された円盤形状の板体であるメインヨーク形成用板素材２０１と、磁性体で構成された円弧形状の板体である複数（具体的には４個）の補助ヨーク形成用板素材２０２とを同心円状に積層する。この際、４個の補助ヨーク形成用板素材２０２は、一定の間隔を空けながら略９０度毎に配置される。

その後、図９Ｂに示すように、積層状態にあるメインヨーク形成用板素材２０１及び補助ヨーク形成用板素材２０２を、パンチホルダ２０３と第１ダイ（不図示）との間に配置する。この際、メインヨーク形成用板素材２０１と補助ヨーク形成用板素材２０２との積層順及び径サイズの大小を調整することにより、補助ヨーク２２をメインヨーク２１の外側に形成するか内側に形成するかを選択することが可能である。例えば、メインヨーク２１の内側に補助ヨーク２２を形成する場合には、第１パンチ２０４に近接する側に補助ヨーク形成用板素材２０２を配置し、その裏側にメインヨーク形成用板素材２０１を積層するとよい。他方、メインヨーク２１の外側に補助ヨーク２２を形成する場合には、メインヨーク形成用板素材２０１と補助ヨーク形成用板素材２０２との位置関係が上記と逆になるが、以降の絞りの工程に関しては同様である。なお、以下では、補助ヨーク２２をメインヨーク２１の外側に形成する場合を例に挙げて説明する。

上記の如く積層されたメインヨーク形成用板素材２０１と補助ヨーク形成用板素材２０２とを、パンチホルダ２０３と第１ダイとの間に挟持しながら、第１パンチ２０４を第１ダイに向かって進行させることにより一次絞りが行われる。この一次絞りが行われることにより、図９Ｃに示すように、メインヨーク形成用板素材２０１の外側面に補助ヨーク形成用板素材２０２が配置された円筒部２０５と、この円筒部２０５の一端部と連続する半球状部分２０６と、により構成されたカップ状の部材が形成される。この段階において、４個の補助ヨーク形成用板素材２０２は、円筒部２０５の外周面に沿って略９０度間隔で配置されて固着される。

そして、半球状部分２０６に軸受配設部２１Ａを形成するために、当該軸受配設部２１Ａの形状に整合する形状を有する第２ダイ（不図示）をセットし、先端部分が軸受配設部２１Ａと整合する形状に形成された第２パンチ２０７を進行させる。このようにして軸受配設部２１Ａの形状を形成する二次絞りが行われる。以上のような手順によりメインヨーク２１と補助ヨーク２２とを同時に絞り込むことで、メインヨーク２１に対して補助ヨーク２２（厳密には、断片部材２４）が固定（配設）される。すなわち、同時絞り加工により、図９Ｄに示すヨーク（外周面に断片部材２４が配置されたメインヨーク２１）が形成される。その後、マグネット２３をメインヨーク２１の所定位置に配置する。

以上のような同時絞り加工によりメインヨーク２１及び補助ヨーク２２を一体的に形成すれば、メインヨーク本体部２１Ｂの外周面に補助ヨーク２２（厳密には、断片部材２４）を配置する上で補助ヨーク配置によるメインヨークの変形（換真円度の低下）を抑え、また、メインヨーク本体部２１Ｂの外周面からのメッキ剥離等を回避することが可能となる。

なお、上記の説明では、メインヨーク２１（メインヨーク本体部２１Ｂ）の外周面に補助ヨーク２２（厳密には、断片部材２４）を配置することとしたが、メインヨーク２１（メインヨーク本体部２１Ｂ）の内周面に補助ヨーク２２を配置する構成であってもよい。この場合、界磁用のマグネット２３は、補助ヨーク２２（厳密には、断片部材２４）の内側に固定されることとなる。

＜付記＞
以上までに説明してきたように、本発明では、メインヨーク２１を薄肉化させながらも適正な磁気回路を構築する目的で、補助ヨーク２２を使用した。また、補助ヨーク２２を複数の断片部材２４、２５に断片化し、各断片部材２４、２５のサイズ及び配置位置を調整することでヨークの軽量化及び低コスト化を図ることが可能となる。

また、本発明では、メインヨーク本体部２１Ｂの外周面に断片部材２４、２５を固定する際に、メインヨーク２１の形状（具体的には真円度）を良好に保持しながら固定することが可能となる。

また、本発明では、各断片部材２５の中央部２５ａをメインヨーク２１の外周面から離すことで、電機子の発生磁束量を抑え、これにより、マグネット２３の磁束を有効に利用することが可能となる。

１ ロータ
２ ステータ
２Ａ 第１ステータ
２Ｂ 第２ステータ
３ エンドプレート
４ ブラシ
１１ 回転軸
１２ 電機子
１２Ａ ロータコア
１２Ｂ コイル
１３ 整流子
２１ メインヨーク
２１Ａ 軸受配設部
２１Ｂ メインヨーク本体部
２２ 補助ヨーク
２２Ａ 第１補助ヨーク
２２Ｂ 第２補助ヨーク
２３ マグネット
２４，２５ 断片部材
２５ａ 中央部
２５ｂ 端部
２６ 打ち出し（凸部）
１００，１０２ 溶接電極
１０１ 溶接ナゲット
２０１ メインヨーク形成用板素材
２０２ 補助ヨーク形成用板素材
２０３ パンチホルダ
２０４ 第１パンチ
２０５ 円筒部
２０６ 半球状部分
２０７ 第２パンチ
Ｋ１ ボール軸受
Ｋ２ ボール軸受
Ｍ モータ（回転電機）

Claims (12)

1. 回転軸に固定された電機子を格納する有底筒状の回転電機のステータであって、
   該ステータは、有底筒状に形成されたメインヨークと、該メインヨークの内部において前記電機子の外側面と対向するように配置された界磁用のマグネットと、該マグネットの少なくとも一部と径方向に対向する位置に配置された補助ヨークと、を有して構成されており、
   前記補助ヨークは、前記メインヨークの外周面又は内周面に沿って前記マグネットの極数に応じた個数だけ配置された複数の断片部材を備え、
   該複数の断片部材は、断片部材間に間隔を設けた状態で並んでおり、前記メインヨーク内に固定された隣接するマグネット間を跨ぐ位置に配置されていることを特徴とするステータ。
2. 前記複数の断片部材の各々の軸方向の長さの最大値は、前記マグネットの軸方向の長さの最大値以下であることを特徴とする請求項１に記載のステータ。
3. 前記複数の断片部材の各々の軸方向の長さ及び前記マグネットの軸方向の長さは、いずれも一定であり、
   前記複数の断片部材の各々は、当該各々の軸方向の距離の中点と、前記マグネットの軸方向の距離の中点とが、軸方向において一致するように配置されていることを特徴とする請求項２に記載のステータ。
4. 前記複数の断片部材の各々の厚みは、前記マグネットの厚みより小さく、前記メインヨークの厚みよりも大きく形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のステータ。
5. 径方向における前記マグネットと前記電機子との間の隙間の長さが、前記メインヨークの厚みよりも小さいことを特徴とする請求項４に記載のステータ。
6. 前記複数の断片部材の各々における中央部と端部との間には段差が形成されており、
   前記複数の断片部材の各々は、当該各々の中央部が前記段差の分だけ前記メインヨークの外周面から離れた状態で配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のステータ。
7. 前記複数の断片部材の各々は、当該各々に形成された凸部を前記メインヨークの外周面に当接させながら前記メインヨークの外周面に対してプロジェクション溶接することで、前記メインヨークの外周面に取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のステータ。
8. 回転軸に固定された電機子を格納する有底筒状の回転電機のステータの製造方法であって、
   前記ステータは、有底筒状に形成されたメインヨークと、該メインヨークの内部において前記電機子の外側面と対向するように配置された界磁用のマグネットと、該マグネットの少なくとも一部と径方向に対向する位置に配置された補助ヨークと、を有して構成されるものであり、
   前記メインヨーク内において、前記マグネットを固定するマグネット固定工程と、
   前記補助ヨークが複数備える断片部材を、前記メインヨークの外周面又は内周面に沿って前記マグネットの極数に応じた個数だけ配置することで、前記補助ヨークを前記メインヨークに対して固定する補助ヨーク固定工程と、を行い、
   該補助ヨーク固定工程では、前記断片部材を、該断片部材間に間隔を設けた状態で並べ、前記メインヨーク内に固定された隣接するマグネット間を跨ぐ位置に配置することを特徴とするステータの製造方法。
9. 前記補助ヨーク固定工程では、前記マグネットの軸方向の長さよりも小さい軸方向の長さを有するように形成された前記断片部材を配置することを特徴とする請求項８に記載のステータの製造方法。
10. 前記補助ヨーク固定工程では、前記断片部材の各々の軸方向の距離の中点と、前記マグネットの軸方向の距離の中点とが、軸方向において一致するように前記断片部材を配置することを特徴とする請求項９に記載のステータの製造方法。
11. 前記補助ヨーク固定工程では、前記メインヨークを形成するための素材であるメインヨーク形成用板素材と、前記補助ヨークを形成するための素材であって前記断片部材の基材をなす複数の補助ヨーク形成用板素材と、を同時に絞ることにより、前記メインヨークと前記補助ヨークとを一体化することを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか一項に記載のステータの製造方法。
12. 前記補助ヨーク固定工程では、前記断片部材に形成された凸部を前記メインヨークの外周面に当接させ、前記メインヨークの外周面に対して前記断片部材をプロジェクション溶接することを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか一項に記載のステータの製造方法。