JP2022040935A - 回転電機用の固定子および回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】高効率と、低騒音、低振動の両立を実現する回転電機の固定子を提供する。【解決手段】回転電機用の固定子であって、内側環状部品と、前記内側環状部品の外側に配置されヨークを構成する外側環状部品と、第１軟磁性金属製の箔体を積層してなる、複数のティースと、前記複数のティースと少なくとも一部が接触して固定される、複数のボビンと、前記複数のボビンに電線が巻回されて形成された、コイルと、を備え、前記内側環状部品は、長手方向を軸方向にして円環状に配置された複数の柱状磁性体と、前記複数の柱状磁性体の、軸方向の両端に取り付けられた非磁性リングと、を有し、前記柱状磁性体が、前記複数のティースの先端側に、前記非磁性リングを用いて固定されており、前記第１軟磁性金属は、アモルファス金属又はナノ結晶材、である、ことを特徴とするものである。【選択図】 図１１

Description

本発明は、回転電機用の固定子とそれを用いた回転電機に関する。

図１に、インナーロータ型の回転電機の内部構造の一例を示す。ハウジング１の内周面に固定子２が焼き嵌めや圧入により固定されている。固定子鉄心３は、一般的には厚さ0.1ｍｍ～0.5ｍｍ程度の電磁鋼板（表面は通電しないように絶縁コートされている）を打抜き、かしめ、溶接、樹脂による接着などで積層して構成する。そして、この固定子鉄心３のスロット（溝）４をスロット絶縁紙や樹脂性のボビン（図示せず）で保護し、皮膜付エナメル線を巻回して構成したコイル５を配置することで固定子２を構成する。

この固定子２の内側の穴に回転子鉄心６が挿入され、回転子鉄心とシャフトを一体化して回転子７を構成し、ベアリング８で支持する。回転子７は回転子鉄心６の外周部に希土類磁石やフェライト磁石などの永久磁石を表面に貼り付けた「表面磁石型」（SPM： Surface Permanent Magnet）や、永久磁石を回転子鉄心６の溝に埋め込んだ「埋め込み磁石型」（IPM： Interior Permanent Magnet）や、回転子鉄心６に籠形導体を組み込んだ誘導型（IM： Induction Motor）など、様々な形態がある。そして、３つの入力端子９各々に、三相の異なる電圧（U相，V相，W相）を加えると、これと電気的に繋がった固定子内のコイル５に電流が流れ、電気エネルギーが機械エネルギーに変換されて、回転子７が回転する。

ここで、回転電機で生じる損失は、コイルの発熱損失である銅損、鉄心の発熱損失である鉄損、ベアリングの摩擦などの機械損などがある。この中で、鉄損を低減するための有効な方策として、固定子鉄心の材料にアモルファス金属やナノ結晶材などの軟磁性材の箔体を用いることが提案されている。アモルファス金属やナノ結晶材は、透磁率が大きい（電磁鋼板の２～４倍）ため、鉄心を磁化した際のヒステリシス損が従来の電磁鋼板よりも小さく、また厚さが25～35μｍ（電磁鋼板：0.1～0.5ｍｍ）と極めて薄いことから鉄心に生じる渦電流損も小さくなる。この結果、例えば、電磁鋼板とアモルファス金属の1.0テスラ、400Wの鉄損W_10/400を比較すると、電磁鋼板が18W、アモルファス金属が1.5Wと桁違いの差が生じる。アモルファス金属やナノ結晶材は、特に高周波領域での透磁率が高いことから、高速回転で運転する回転電機において、より高い鉄損の低減効果を得ることができる。

なお、以後の説明ではアモルファス金属やナノ結晶材といった高透磁率の軟磁性金属を、第１軟磁性金属又は高透磁率の軟磁性金属と呼ぶことがある。また、電磁鋼板のように第１軟磁性金属より低透磁率である軟磁性金属を、第２軟磁性金属又は低透磁率軟磁性金属、と呼ぶことがある。

ただし、アモルファス金属やナノ結晶材は、高硬度（Hv＝900程度）、薄肉（25～35μｍ程度）であり、しかもナノ結晶材は、熱処理をすると更にもろさが増す。そのため、
（１）高硬度であることから、打ち抜き加工に用いる金型の寿命が極端に短くなる。
（２）高硬度、薄肉、低じん性であることから、スロット（溝）やティース（コイルを設ける磁性体の歯）先端の溝や凸部の形状を打ち抜くことが困難である。

以上の理由から、現状、アモルファス金属やナノ結晶材を打抜積層して構成した固定子鉄心と、それを用いた回転電機の製品化はなされていない。

そこで、実用化可能な構造として、特許文献１（特開2019－68567号公報）が提案されている。この構造では、アモルファス金属やナノ結晶材の帯状箔体を台形形状に切断して積層した部品を固定子鉄心のティースとして用い、これを、電磁鋼板を円環形状に打ち抜き積層したヨークの内周の凹部に嵌合させることで固定子鉄心を構成する。

また、特許文献２（国際公開第2017/208290号）では、ヨークおよびティースに矩形の穴が開いた固定子鉄心を電磁鋼板の打抜積層で構成し、この穴の中にアモルファス金属やナノ結晶材の帯状材を切断、積層した部品を挿入する構造が提案されている。

これらの構造では、アモルファス金属やナノ結晶材の形状を単純化しており、帯状材をシャーで切断することができる。シャー切断では、切り刃にかかる応力を集中させ、かつその位置を移動させることで、金型の寿命の問題を解決し、長期間の金型の使用が可能となる。

特開2019－68567号公報 国際公開2017/208290号

一般的な回転電機の固定子鉄心では、回転電機の効率の向上や騒音又は振動低減のために、
（ａ）図２に示すように、ティース１２の先端部の両側に隣り合うティースに向けて突起１３を設けることで、固定子鉄心の内面における隣接するティース１２間の距離を短くするブリッジ構造を設ける、又は
（ｂ）図３に示すように、ティース１２の先端の両側に溝１４を設け、隣り合うティース間に磁性楔（例えば、繊維に磁性粉を混ぜて樹脂で固着したもの）１５を挿入する、
などの構造を用いている。図２のティースの先端の突起１３は、固定子鉄心から回転子への磁束の移動の漏れを調整し、かつ磁束の変化を滑らかにすることで、回転電機の効率を向上し、騒音を低減することができる。また、図３のティース先端の溝１４は、隣り合うティースの溝１４の内部に磁性楔１５を挿入することで、同様の効果を得ることができる。

上記特許文献１記載の固定子鉄心では、突起１３をティースの切断により製造するものであり、高硬度のアモルファス金属やナノ結晶材の帯状材からティースの先端にブリッジや磁性楔を設けることは難しい。また、上記特許文献２記載の固定子鉄心では、軟磁性箔体の外部に電磁鋼板の積層物を配置した上でコイルを巻回する必要があるため、軟磁性箔体の使用率が少ないため、高効率が得られない。

本発明の目的は、軟磁性箔体の積層体をティースの一部として使用した回転電機用固定子を用いた回転電機において、高効率と、低騒音、低振動の両立を実現する構造を提供することである。

上記課題を解決するための、本発明の「回転電機用固定子」の一例を挙げるならば、
回転電機用の固定子であって、内側環状部品と、前記内側環状部品の外側に配置されヨークを構成する外側環状部品と、第１軟磁性金属製の箔体を積層してなる、複数のティースと、前記複数のティースと少なくとも一部が接触して固定される、複数のボビンと、前記複数のボビンに電線が巻回されて形成された、コイルと、を備え、前記内側環状部品は、長手方向を軸方向にして円環状に配置された複数の柱状磁性体と、前記複数の柱状磁性体の、軸方向の両端に取り付けられた非磁性リングと、を有し、前記柱状磁性体が、前記複数のティースの先端側に、前記非磁性リングを用いて固定されており、前記第１軟磁性金属は、アモルファス金属又はナノ結晶材、である、ことを特徴とするものである。

本発明の回転電機用の固定子によれば、高効率と、低騒音、低振動の両立が実現できる。これ以外の効果は以下の実施形態の説明により明らかにされる。

一般的な、インナーロータ型の回転電機の構造を示す図である。 一般的な、ティース先端にブリッジを有する従来の固定子鉄心を示す図である。 一般的な、ティース先端に溝を有し、磁性楔を挿入する従来の固定子鉄心を示す図である。 実施例１及び２における、柱状磁性体（突起がブリッジの役割）を示す図である。 実施例１及び２における、非磁性リングを示す図である。 実施例１における、柱状磁性体と非磁性リングを含む内側環状部品を示す図である。 実施例１乃至３における、ティースとボビンを示す図である。 実施例１乃至３における、固定子で用いる外側環状部品（ヨーク）を示す図である。 実施例１の固定子の組立説明図である。 実施例１の固定子の断面図である。 図１０のティース先端周辺の拡大図である。 実施例２の柱状非磁性体を示す図である。 実施例の柱状非磁性体を固定子に組み立てた後の、ティース先端周辺の拡大図である。 実施例３の柱状磁性体（磁性楔としての役割）を示す図である。 実施例３の内側環状部品２１とティース１２の一部の拡大図である。 実施例４のオープンスロットの環状鉄心（ティースと外側環状部品に相当）を示す図である。

以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。なお、実施例を説明するための各図において、同一の構成要素には同一の名称、符号を付して、その繰り返しの説明を省略する。なお、以下の例では、第１軟磁性金属としてナノ結晶材を、第２軟磁性金属として電磁鋼を用いて説明する。また、「箔体」は材料に言及がない限りは、第１軟磁性金属製の箔体である。「板」は材料に言及がない限りは、第２軟磁性金属体の板である。なお、こうした説明の簡略化は第１及び第２の軟磁性金属として他の金属（例えば第１軟磁性金属としてのアモルファス金属）を除外することを示唆するものではない。

図４乃至図１１を用いて、本発明の実施例１の回転電機用固定子を説明する。本実施例の特徴の一つは、ティース（ナノ結晶材）の先端に接触して配置される柱状磁性体にブリッジの役割を持つ突起を設けることである。ここで、ブリッジとは、固定子鉄心の内面における隣接するティース１２間の距離を短くする構造をいう。ブリッジにより、固定子鉄心から回転子への磁束の移動の漏れを調整し、かつ磁束の変化を滑らかにすることで、回転電機の効率を向上し、騒音を低減することができる。
以下、詳細に説明する。

＜内側環状部品＞
以下に、内側環状部品について説明する。内側環状部品は、長手方向を軸方向にして円環状に配置された複数の柱状磁性体と、これら柱状磁性体の軸方向の両端に取り付けられる、非磁性リング、とを少なくとも含む。以下、各々について説明する。

＜＜柱状磁性体＞＞
図４は柱状磁性体１９（突起がブリッジの役割）を示す図である。柱状磁性体は、複雑な形状への加工が困難である第１軟磁性金属で製造されたティース１２の固定子内側付近の形状融通性を実現するために設けられる。よって、柱状磁性体は、複雑な形状（例えば図４における突起１８ａや凹部１８ｂ）を有するため、第２軟磁性金属で製造されることが好ましい。なお、突起１８ａと凹部１８ｂについては後ほど説明する。

＜＜＜製造方法＞＞＞
柱状磁性体１９の製造方法例を下記に示す。
先ず、図４左側に示す、電磁鋼板（板厚t1.0ｍｍ～t5.0ｍｍ）などの軟磁性金属板を、凹部１８ｂおよび両側に一対の突部１８ａを有する形状に打ち抜いた部材１８を、作製する。
そして、部材１８を積層後に、かしめ、溶接、接着などの手段を用いて固定して、図４右側に示すような、柱状磁性体１９を構成する。なお、以後の説明では代表してかしめを例として説明するため、図４の固定部１８ｋはかしめ部１８ｋと呼ぶ。

なお、柱状磁性体１９は、後ほど外側環状部品２４で説明する製造方法を採用してもよい。

＜＜非磁性リング＞＞
図５は、非磁性リング２０を示す図である。非磁性リング２０は、柱状磁性体１９を、ティース１２の先端に環状に配置（別な言い方をすると固定）するための構造または部品である。ここで、非磁性リング２０は例えば下記にて製造される。

ステンレスSUS304、アルミニウムA5052などの非磁性金属板（板厚t1.0ｍｍ～t5.0ｍｍ）を打ち抜いて、非磁性リング２０を製造する。ここで、非磁性リング２０は打ち抜き部材単品でも、複数の打ち抜き部材を、かしめ、溶接、接着などの手段を用いて積層して構成してもよい。複数積層した方が、強度が得られるからである。しかし、非磁性金属を用いるのであればほかの方法で製造してもよい。なお、以後の説明では代表してかしめを例として説明するため、図５の固定部２０ｋはかしめ部２０ｋと呼ぶ。

ここで、後述するように、非磁性リング２０を用いて柱状磁性体１９を固定することにより、ブリッジや磁性楔の役割を担う部品（以下、内側環状部品２１という。）を組み立てることができ、高硬度のナノ結晶材の帯状材からティースの先端にブリッジや磁性楔を設ける必要をなくすという効果を得られる。

＜＜内側環状部品の組立＞＞
図６は、柱状磁性体１９と非磁性リング２０から、内側環状部品２１を組み立てる形態を示す図である。なお、内側環状部品にはこれら以外の構成物を有してもよい。内側環状部品は下記のように組み立てる。

図６（Ａ）に示すように、複数の柱状磁性体１９を、長手方向を軸方向にして円環状に配置し、軸方向の両端の上下面に非磁性リング２０を配置し、一種のかご型状の内側環状部品を構成する。
そして、非磁性リング２０と柱状磁性体１９を、かしめ、溶接、接着などの手段を用いて一体化する。

以上が組み立て手順である。なお、柱状磁性体１９と非磁性リング２０との結合にかしめを用いる場合は、柱状磁性体１９自体の結合に用いているかしめ部１８ｋとなる穴と非磁性リング２０のかしめ部２０ｋとなる穴の位置を一致させて、一括してかしめによる固定を行ってもよい。

図６（Ｂ）は組み立て後の内側環状部品２１である。なお、内側環状部品の内側の空間には、回転電機の回転子７が配置される。配置後の回転電機は図１と同様（固定子の構成は同様ではない）である。

なお、回転子７と固定子２との間には空隙を有するが、この空隙を形成する固定子側の内面（固定子内面）は例えば下記例１と例２、及びその組み合わせが考えられる。
（例１）内側環状部品２１の内面が固定子内面となる。図１１を用いて説明すると、この例では、固定子内面は図１１の２１ｉｆとなる。なお、固定子内面は、ほとんどの面では柱状磁性体１９の円弧表面１９ｉｆと一致することになる。
（例２）例えば、固定子完成後の絶縁性確保のために、固定子全体を樹脂封止することで形成されることがある。この場合、内側環状部品の内面に樹脂が成形され、当該樹脂の表面が固定子内面の一部となる。図１１では当該樹脂の記載は省略されているが、円弧表面１９ｉｆの下側（回転子７側）に樹脂層が形成される。なお、当該樹脂層は、真円度を確保するために、樹脂形成後に切削されてもよい。

＜ティース、ボビン、及びコイル＞
図７はティース１２、ボビン２３、コイル５の組み立て工程及び組み立て後の形態を示す図である。図７（Ｄ）が組み立て後の形態を示す図であるが、ティース１２の外側にボビン２３が配置される。そしてボビン２３の外側に電線（典型的にはエナメル皮膜付きの電線である）が巻回されてコイル５が形成される。

＜＜ティース＞＞
ティース１２は、図７（Ａ）に示す、ナノ結晶材で製造された部材である。
もし、ナノ結晶材の帯状箔体を材料とする場合、ティース１２は例えば下記の方法で製造される。

先ず、帯状箔体をシャーなどで四角形に切断し、積層する。
次に、積層体を非固着のままとするか、かしめ、接着、溶接などの手段で固着する。

なお、金型による切断と異なり、シャーによる切断では曲率半径が小さな切断線で切断することが難しいことは前述の通りである。よって、切断後の箔体は長方形、平行四辺形、台形等の四角形とすることが製造工数や帯状箔体の廃棄量削減の観点から好ましい。そのような事情があるため、ティース１２の側面１２ｓは、切削誤差や積層時の箔体間のズレといった微小な凹凸を除けば、平面であり、ティース１２は四角柱となる。しかし、ティース１２はほかの形状であってもよい。

＜＜ボビン＞＞
図７（Ｂ）がボビン２３を示す図である。ボビン２３は、図の通り、ティース１２を挿入し、固定するための空間を有し、外面に電線を巻回する部材である。

図７（Ｃ）がボビン２３にティース１２を固定した後の形態を示す図である。ティース１２及びボビン２３の製造誤差や、製造時の組付け誤差を踏まえると必ずしもボビン２３の内面全面がティース１２に接している必要はなく、少なくとも一部が接触していればよい。そして、ボビン２３とティース１２とが接触していない面については空隙が存在してもよく、前述の樹脂封止の延長で樹脂が存在してもよい。なお、このように入り込んだ樹脂はボビン２３の一部とみなしてもよい。なぜならば、ボビンの役割として、コイル５をボビンを介してティース１２に巻回して固定することに貢献するからである。なお、ボビンの素材はＰＢＴやＰＰＳ等の樹脂であることが一例である。このような構造であるため、本実施例及び以後の実施例の固定子は、特許文献２のように電磁鋼板の配置スペースが不要となる。

＜外側環状部品＞
図８は外側環状部品２４を示す図である。外側環状部品２４は固定子におけるヨークの役割を担う。よって、外側環状部品２４は異なるティース間で巡回する磁力線の通路となる、所謂ヨークの役割を担う。外側環状部品２４の内面には、前述のティース１２が等間隔で固定される。なお、ティース１２の固定位置の位置決めのために、外側環状部品２４は、複数の凹部２４ａを有してもよい。外側環状部品２４は、電磁鋼板で製造されることが考えられるが、ナノ結晶材で製造されてもよい。

＜＜外側環状部品の製造方法＞＞
外側環状部品２４は、例えば以下の製造方法が考えられる。

表面が絶縁コートされた電磁鋼板などの磁性金属板、又はナノ結晶材の箔体、を環状に打ち抜く。そして、打ち抜いた板又は箔体を積層して固着することで、図８に示すような円筒状の外側環状部品２４を成形する。固着の方法はかしめ、接着、溶接のどれを用いてもよい。なお、外側環状部品２４は特に凹部２４ａを有する場合は金型による打ち抜きでないと、材料からの切断が困難である。ナノ結晶材を金型で打ち抜く場合の金型寿命が短いことを踏まえると、当該方法では製造コストの観点からは電磁鋼板を用いることが好ましい。

ナノ結晶材の箔体をシャーで環状に切断し、複数枚を積層して固着することで、図８に示すような円筒状の外側環状部品に構成することもできる。固着の方法はかしめ、接着、溶接のどれを用いてもよい。外側環状部品２４の曲率半径がシャーで切断可能な長さの場合は適用可能な方法である。後ほど説明する実施例４では、ティース１２と外側環状部品２４とが結合した形状の切断が必要であり、特にティース１２と外側環状部品２４との接触部付近の曲率半径が小さすぎるため、シャーによる一筆書き相当の切断は困難である。しかし、実施例１乃至３のようにティース１２と外側環状部品２４とを別々な部品とした場合は、こうした加工上の困難が低減される。

樹脂にナノ結晶材の金属粉を混ぜて、外側環状部品２４の形状に形成することもできる。
ナノ結晶材又は電磁鋼の金属粉を圧縮して固めて、外側環状部品２４の形状に形成することもできる。

＜固定子の組立て＞
図９は、内側環状部品２１と、コイル５が巻かれたティース１２が複数と、外側環状部品２４とを組み合わせ、固定子２として組み立てることを示した図である。より具体的にはこれら構成物を同心状に配置し、一体に固定する。なお、固定方法は例えば、圧入や、配置後のかしめ、接着、配置後の樹脂封止による固定といった方法が考えられるが、他の方法でもよい。

なお、内側環状部品２１を構成する柱状磁性体１９は、ティース１２との位置決め構造又は固定構造として、凹部１８ｂを有してもよい。図９の通り、固定子２は部品数が多いため、組み立て中の早期固定又は位置決め支援は、組み立ての難易度の軽減に貢献できる。

＜組み立て後の固定子＞
図１０に、固定子２の軸方向に垂直な断面図を示す。組み立て後の固定子２は、内側環状部品２１と、内側環状部品２１の外側に配置され、ヨークを構成する外側環状部品２４と、複数のティース１２と、複数のティース１２と少なくとも一部が接触して固定される、複数のボビン２３（図１０では省略）と、複数のボビン２３に電線が巻回されて形成された、コイル５と、を有する。また、内側環状部品２１は、円環状に配置された複数の柱状磁性体１９と、複数の柱状磁性体１９の長手方向の両端に取り付けられた非磁性リング２０（断面図のため、図１０には記載されず）と、を有する。なお、複数のティース１２は、一端（ティース１２配置後の外側寄りの端）が外側環状部品２４に接し、他端（ティース１２配置後の内側寄りの端）が複数の柱状磁性体１９に接している。
ここで、図１０の固定子２は、固定子全体を樹脂封止していない場合を例示している。

なお、図１０の例では、内側環状部品２１の中心と、外側環状部品２４の中心が一致している。また、各ティース１２の先端は、前述の中心に向かって配置されている場合を例としている。ただし、製造誤差やその他の設計・製造事項により、前述の中心とティース１２の関係や、前述の中心同士の一致は必ずしも必須のことではない。

図１１に、図１０の固定子２における内側環状部品２１とティース１２の一部の拡大図を示す。なお、固定子２は、樹脂封止をしていないため、固定子内面が内側環状部品２１の内面２１ｉｆに相当する。そして内側環状部品２１の内面２１ｉｆは、複数の柱状磁性体１９の円弧表面１９ｉｆを含む仮想円に一致する。ただし、本特徴は必須ではない。なお、樹脂封止がされる場合は、内側環状部品２１の内面２１ｉｆは、円弧表面１９ｉｆと、回転子７の表面との間に位置するのが一例である。

図１１では、柱状磁性体１９の一部である突起１８ａが、ブリッジの働きを担う。図１１に例示した突起１８ａは、固定子内面２１ｉｆに沿って周方向に突出して配置されている。より具体的には、突起１８ａの表面の一部が、内側環状部品２１を構成する柱状磁性体１９の円弧表面１９ｉｆの一部となっている。当該形状を採用することで、突起１８ａが内側環状部品の内面２１ｉｆより内側に出ることがないため、結果として固定子内面の凹凸を少なくて、高効率と、低騒音、低振動の両立を実現する。

柱状磁性体１９は、図４に示すように、ティース１２の先端をはめ込む凹部１８ｂを有する。これによって、組み立て中のティース１２の位置決めが行われる。

＜実施例１まとめ＞
以上、実施例１では下記を説明した。

回転電機用の固定子であって、内側環状部品と、前記内側環状部品の外側に配置されヨークを構成する外側環状部品と、第１軟磁性金属製の箔体を積層してなる、複数のティースと、前記複数のティースと少なくとも一部が接触して固定される、複数のボビンと、前記複数のボビンに電線が巻回されて形成された、コイルと、を備え、前記内側環状部品は、長手方向を軸方向にして円環状に配置された複数の柱状磁性体と、前記複数の柱状磁性体の、軸方向の両端に取り付けられた非磁性リングと、を有し、前記柱状磁性体が、前記複数のティースの先端側に、前記非磁性リングを用いて固定されており、前記第１軟磁性金属は、アモルファス金属又はナノ結晶材、である、ことを特徴とする固定子。

また、前記柱状磁性体は、ブリッジの働きを担う、ことを特徴とする固定子。

また、前記固定子の内面は：（１）前記柱状磁性体の一部の表面、又は（２）前記柱状磁性体の一部の表面に形成された樹脂の表面、を含むことを特徴とする固定子。

また、前記複数の柱状磁性体は、前記固定子の内面に沿って周方向に突出した突起を有することを特徴とする固定子。

実施例２は、実施例１の内側環状部品２１が、隣り合う柱状磁性体１９の間に配置される、柱状非磁性体１７を有する。これにより、隣り合うティース間、隣り合うコイル間に塵埃等が入り込むことを軽減することができる。以下、詳細に説明する。

＜柱状非磁性体＞
図１２に実施例２の柱状非磁性体１７を示す。柱状非磁性体１７は、例えば、非磁性金属製の部品である。非磁性金属の一例としてはステンレスSUS304、又はアルミニウムA5052である。柱状非磁性体１７の側面は、柱状磁性体１９の側面形状に対応した形を備える。これによって、組み立て後に柱状非磁性体１７のがたつきの軽減や、塵埃等が侵入する隙間を軽減する。

＜＜柱状非磁性体の製造方法＞＞
柱状非磁性体１７の製造方法例を下記に示す。
先ず、ステンレスSUS304、アルミニウムA5052などの非磁性金属板（板厚t1.0ｍｍ～t5.0ｍｍ）を打ち抜いて、図１２左側に示す部材１６を作製する。
そして、部材１６を積層後に、かしめ、溶接、接着などの手段を用いて固定して、図１２右側に示すような、柱状非磁性体１７を構成する。なお、以後の説明では代表してかしめを例として説明するため、図１２の固定箇所１６ｋはかしめ部１６ｋと呼ぶ。

なお、樹脂に非磁性金属粉を混ぜて固めたり、非磁性金属粉を圧縮して固めたり、前述の樹脂により柱状非磁性体１７を構成してもよい。

以上が柱状非磁性体１７の製造方法である。なお、柱状非磁性体１７を用いた内側環状部品２１の製造方法としては、製造時に隣り合う柱状磁性体１９の間に柱状非磁性体１７を配置し、非磁性リング２０にて固定することが考えられるが、他の製造方法でもよい。柱状非磁性体１７、非磁性リング２０、各々の部品とも製造時にかしめを用いる場合は、柱状非磁性体１７のかしめ、非磁性リング２０のかしめ、の位置を一致させて、柱状非磁性体１７と非磁性リング２０とを一体でかしめて固定させてもよい。

＜＜組み立て後の柱状非磁性体の配置＞＞
図１３は、固定子２の組み立て後の柱状非磁性体周辺の拡大図である。本図では、隣り合う柱状磁性体１９の間に柱状非磁性体１７が嵌め合うように配置されている。より具体的には、突起１８ａは、柱状非磁性体１７が内側環状部品の内面２１ｉｆより内側に移動することを抑止する配置関係となっている。また、柱状非磁性体１７と柱状磁性体１９とが接する面は、軸方向から見て「くの字」等の、摺動しながらの離脱を防止する凹凸形状を有する。これにより、柱状非磁性体１７が内側環状部品２１の外周に向けて離脱してしまうことを抑止している。

＜実施例２まとめ＞
以上、実施例２では、実施例１の変形例として、隣り合う柱状磁性体の間に配置される柱状非磁性体を有する、内側環状部品を有する固定子を説明した。

実施例１及び２では前記柱状磁性体の一部又はすべてがブリッジの働きを担う例を示した。実施例３は、前記柱状磁性体の一部又はすべてが磁性楔の働きを担う例を示す。

＜磁性楔の働きを担う柱状磁性体＞
図１４に実施例３の柱状磁性体２９を示す。磁性楔として働かせる場合、固定子２から回転子７への磁束の移動の漏れを調整し、かつ磁束の変化を滑らかにするためには、柱状磁性体２９は、実施例１の柱状磁性体１９同様に電磁鋼板で製造されることが好ましい。また、図１４の通りティース１２と比較してより複雑な形状が要求されることも、実施例１の柱状磁性体１９と同様に電磁鋼板で製造されることが好ましい理由である。なお、磁性楔を導入することで、固定子鉄心から回転子への磁束の移動の漏れを調整し、かつ磁束の変化を滑らかにすることで、回転電機の効率を向上し、騒音を低減することができる。

柱状磁性体２９には、突起２８ａと、かしめ２８ｋを有する。ここで、柱状磁性体２９の製造方法は、柱状磁性体１９と同様の方法で製造可能である。具体的には、実施例１の説明において、部材１８を本実施例の部材２８と読み替えればよい。なお、かしめ２８ｋは製造方法としてかしめを用いたときに必須となる構造である。突起２８ａの役割は後ほど説明する。

＜内側環状部品＞
実施例３の内側環状部品２１は、柱状磁性体１９の代わりに柱状磁性体２９を構成物とする。よって、実施例３の内側環状部品２１は、円環状に配置された複数の柱状磁性体２９と、複数の柱状磁性体２９の長手方向の両端に取り付けられた非磁性リング２０と、を有すると言える。なお、内側環状部品２１の製造方法は、実施例１と同様の方法で製造可能である。具体的には、実施例１の説明において、柱状磁性体１９を本実施例の柱状磁性体２９と読み替えればよい。ただし、柱状磁性体２９は最終的にティース１２の間に配置されるため、非磁性リングとの固定位置は、実施例１の柱状磁性体１９と非磁性リング２０との固定位置と異なってもよい。

＜ティース、ボビン、コイル、外側環状部品＞
ティース１２、ボビン２３、コイル５、外側環状部品２４は実施例１と同様である。

＜固定子の組み立て＞
固定子の組み立て方法も、実施例１と同様である。ただし、実施例１及び２の場合は、ティース１２の先端を柱状磁性体１９の凹部１８ｂに配置することで、組み立て中のティース１２の位置決めが可能な構造としていた。一方で実施例３の場合は、隣り合う柱状磁性体２９の間にティース１２の先端を配置することで、組み立て中のティース１２の位置決めを行う。

＜組み立て後の固定子＞
組み立て後の実施例３の固定子２は、実施例１と同様に、内側環状部品２１と、内側環状部品２１の外側に配置され、ヨークを構成する外側環状部品２４と、複数のティース１２と、複数のティース１２と少なくとも一部が接触して固定される、複数のボビン２３と、複数のボビン２３に電線が巻回されて形成された、コイル５と、を有する。図１５に、実施例３の固定子２における内側環状部品２１とティース１２の一部の拡大図を示す。なお、図１５では樹脂封止をしない場合を例示している。また、図１５は簡略化のためにボビン２３とコイル５は省略している。これまで説明した通り、実施例３の場合、内側環状部品２１は、円環状に配置された複数の柱状磁性体２９と、複数の柱状磁性体２９の長手方向の両端に取り付けられた非磁性リング２０（断面図のため、図１５には記載されず）と、を有する。

なお、実施例３の複数のティース１２は、実施例１と同様に、一端（ティース１２配置後の外側寄りの端）が外側環状部品２４に接し、他端（ティース１２配置後の内側寄りの端）が複数の柱状磁性体２９に接しているが、接する位置が異なる。実施例３では、隣り合う柱状磁性体２９の間にティース１２の先端が配置されるため、柱状磁性体２９は、内側環状部品２１の内面２１ｉｆとほぼ直交する側面２９ｓｆにて接する。これによって、柱状磁性体２９は、隣り合うティース１２の間に配置され、磁性楔として働くことを実現する。

ここで、柱状磁性体２９の突起２８ａは、組み立て時に、ティース１２が内側環状部品２１の内面より内側まで押し込まれることを防ぐ。別な視点を取れば、柱状磁性体２９の突起２８ａは、組み立て後に、ティース１２が内側環状部品２１の内面より内側に配置されることを防ぐと言ってもよい。なお、回転子内面の凹凸が少ないほうが好ましいため、突起２８ａは、固定子内面に沿って形成されていることが好ましい。

実施例３の内側環状部品２１の内面２１ｉｆは、柱状磁性体２９の一部の表面（つまり面２９ｉｆ）と、ティース１２の一部の表面（つまり先端）と、を含むことになる。固定子２を樹脂封止しない場合、柱状磁性体２９の一部の表面（つまり面２９ｉｆ）と、ティース１２の一部の表面（つまり先端）と、は固定子内面を形成することになる。また、固定子２を樹脂封止する場合、固定子内面は、柱状磁性体２９の一部の表面（面２９ｉｆ）に形成された樹脂の表面と、ティース１２の一部の表面（つまり先端）に形成された樹脂の表面と、を有すると言える。

＜実施例３まとめ＞
以上、実施例３に記載の固定子では、軟磁性金属のティースを採用しても、磁性楔を設けることができる。その結果として、固定子を含む回転電機の効率の向上や騒音又は振動低減が可能となる。その特徴としては、次のとおりである。

回転電機用の固定子であって、内側環状部品と、前記内側環状部品の外側に配置されヨークを構成する外側環状部品と、第１軟磁性金属製の箔体を積層してなる、複数のティースと、前記複数のティースと少なくとも一部が接触して固定される、複数のボビンと、前記複数のボビンに電線が巻回されて形成された、コイルと、を備え、前記内側環状部品は、長手方向を軸方向にして円環状に配置された複数の柱状磁性体と、前記複数の柱状磁性体の、軸方向の両端に取り付けられた非磁性リングと、を有し、前記柱状磁性体が、前記複数のティースの先端側に、前記非磁性リングを用いて固定されており、前記第１軟磁性金属は、アモルファス金属又はナノ結晶材、である、ことを特徴とする固定子。

また、前記柱状磁性体は、磁性楔の働きを担う、ことを特徴とする固定子。

また、前記固定子の内面は：（１）前記柱状磁性体の一部の表面、又は（２）前記柱状磁性体の一部の表面に形成された樹脂の表面、を含むことを特徴とする固定子。

また、前記固定子内面は、さらに：（４）前記ティースの一部の表面、又は（５）前記ティースの一部の表面に形成された樹脂の表面、を含むことを特徴とする固定子。

また、前記柱状磁性体は、隣り合うティースの間に配置されることを特徴とする固定子。

また、前記柱状磁性体は、固定子内面に沿った突起を有することを特徴とする固定子。

実施例１乃至３では、ティース１２と外側環状部品２４とは、別々な部品として製造し、組み立てることで固定子２を完成させてきたが、ナノ結晶材での製造技術が向上した場合は、図１６に示す通り、一体型の部品２５としてもよい。

以上、実施例４では、実施例１乃至３の変形例として、複数のティースと外側環状部品とが、一体に形成されたことを特徴とする固定子を説明した。

本発明の回転電機は、図１の回転電機のように、実施例１乃至実施例３のいずれかで説明した固定子と、固定子の内側に配置した回転子と、を備える回転電機である。

１…ハウジング
２…固定子
３…固定子鉄心
４…スロット（溝）
５…コイル
６…回転子鉄心
７…回転子
１２…ティース
１３…突起
１５…磁性楔
１７…柱状非磁性体
１８ａ…突起
１８ｂ…凹部
１９…柱状磁性体（突起含む）
２０…非磁性リング
２１…内側環状部品
２３…ボビン
２４…外側環状部品
２５…一体型部品
２８ａ…突起
２９…柱状磁性体（磁性楔）

Claims (10)

1. 回転電機用の固定子であって、
   内側環状部品と、
   前記内側環状部品の外側に配置されヨークを構成する外側環状部品と、
   第１軟磁性金属製の箔体を積層してなる、複数のティースと、
   前記複数のティースと少なくとも一部が接触して固定される、複数のボビンと、
   前記複数のボビンに電線が巻回されて形成された、コイルと、
   を備え、
   前記内側環状部品は、長手方向を軸方向にして円環状に配置された複数の柱状磁性体と、前記複数の柱状磁性体の、軸方向の両端に取り付けられた非磁性リングと、を有し、
   前記柱状磁性体が、前記複数のティースの先端側に、前記非磁性リングを用いて固定されており、
   前記第１軟磁性金属は、アモルファス金属又はナノ結晶材である、
   ことを特徴とする固定子。
2. 請求項１に記載の固定子であって、
   前記柱状磁性体は、ブリッジ又は磁性楔の働きを担う、
   ことを特徴とする固定子。
3. 請求項１又は請求項２に記載の固定子であって、
   前記固定子の内面は：
   （１）前記柱状磁性体の一部の表面、又は
   （２）前記柱状磁性体の一部の表面に形成された樹脂の表面、
   を含むことを特徴とする固定子。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の固定子であって、
   前記複数の柱状磁性体は、前記固定子の内面に沿って周方向に突出した突起を有することを特徴とする固定子。
5. 請求項４に記載の固定子であって、
   前記内側環状部品は、隣り合う柱状磁性体の間に配置される、柱状非磁性体を有することを特徴とする固定子。
6. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の固定子であって、
   前記固定子内面は、さらに：
   （４）前記ティースの一部の表面、又は
   （５）前記ティースの一部の表面に形成された樹脂の表面、
   を含むことを特徴とする固定子。
7. 請求項６に記載の固定子であって、
   前記柱状磁性体は、隣り合うティースの間に配置されることを特徴とする固定子。
8. 請求項７に記載の固定子であって、
   前記柱状磁性体は、固定子内面に沿った突起を有することを特徴とする固定子。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の固定子であって、
   前記複数のティースと前記外側環状部品とは、一体に形成されたことを特徴とする固定子。
10. 請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の固定子と、
    前記固定子の内側に配置した回転子と、
    を備える回転電機。

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