JP4680875B2 - ステータコアの製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、インナーロータ型モータに係り、ステータコアが外周部に開口部を有するものに関する。

「課題」が、従来のステータコアに比べて磁気抵抗が小さくかつばらつかないステータコア及びそのようなステータコアを備えたモータを提供することであり、「解決手段」が、磁性粉体と絶縁材料との複合材料は、磁性体でありかつ絶縁体であるので、積層構造にしなくても渦電流損を抑えた磁気回路を構成することができる。そして、本発明のコアピースは、複合材料の一体物であるから、コアピース同士の接合面の平面度を、従来の積層構造のものに比べて高くすることができる。これにより、本発明のステータコアでは、従来のものに比べて磁気抵抗及び磁気抵抗のばらつきが共に小さくなり、このようなステータコアを備えたモータは、従来のモータに比べて、出力トルクが大きくなり、コギングトルクを抑えることができるという、ステータコアが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−４０８７１号公報

しかしながら、前記特許文献１のステータコアは、複数のコアピースに分割されているため、後からそれらを結合する必要があり、組立工程が多くなっていた。また、環状に結合した際の真円度等の寸法精度や、結合部での磁気特性の低下の恐れなどがあった。

前記特許文献１は、結合部の平面度が高いため、磁気特性のばらつきが抑えられることを特徴としているが、結合部の微小なギャップは避けられず、鉄粉と絶縁部材との複合材料によって形成されるコアであれば、積層鋼板より磁気特性が低くなるため、ギャップによる磁気特性の低下は更に拡大される。

さらに、前記特許文献１のステータコアは、各分割コアに巻線を巻回後に、各コアを連結するような構造となっている。分割コアであるため、各コアへの巻線は比較的用意にでき、占積率も高くすることが可能であるが、各分割コアと同数の絶縁材を設けなければならず、巻線後の結線作業の回数が多くなるなど、製造工程が多くなっていた。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、複数のティースを持つステータコアを一体に成形するか、或いは分割されたコアピースを簡単な方法で連結することを特徴とし、かつ配向磁場成形をすることで、モータ特性を確保することを目的とし、さらに、巻線性の向上、低振動・低騒音化を目的とする。

この発明に係るステータコアは、内周側にロータを配置するインナーロータ型モータのステータコアにおいて、径方向に延びる複数のティースと、このティースの内周側を繋ぎ、一体化させる連結部と、ティース同士の間の外周側に形成される開口部とを備え、軟質磁性粉末と樹脂との混練材料により成形されることを特徴とする。

この発明に係るステータコアは、ロータとの対向面が全て連結部で連結されていることにより、磁束の流れが滑らかになり、コギングトルクやトルクリプルを低く抑えることができる。また、開口部を外周側に設けたことで、巻線性が大幅に向上する。

実施の形態１．
図１、図２は実施の形態１を示す図で、図１はステータコア１と、ステータコア１を成形するステータコア成形金型２とを示す平面図、図２はステータコア成形金型２内でのステータコア１の磁束の流れを示す図である。

図１に示すように、ステータコア１は、内周側にロータを配置するインナーロータ型モータを構成する。通常、インナーロータ型モータのステータコアは、磁路の短絡を防ぐためと、巻線を挿入するために、ロータの対向面に開口部（スロットオープニング）を有する構造になっている。

本実施の形態のステータコア１は、ロータとの対向面である内周面に開口部を設けず、内周面は連続している。外周面に開口部１ｃを設けている。ステータコア１は、放射状に径方向に延びるティース１ａを複数個（図１の例は６個）有する。ティース１ａ同士の間は、内周側の薄肉部１ｂ（連結部の一例）で連結している。薄肉部１ｂの厚さは、例えば、０．５〜０．７ｍｍ程度である。

ステータコア１の材料には、軟質磁性粉末と樹脂との混練材料を使用する。この軟質磁性粉末と樹脂との混練材料を用いて、図１のステータコア成形金型２によりステータコア１の成形を行う。ステータコア成形金型２は、周方向に配列されたティース１ａと同数（図１では６個）の配向磁石２ａ及び配向ヨーク２ｂを有する。配向磁石２ａは、隣接する配向磁石２ａの極が同極となるように配置する。配向ヨーク２ｂは、ティース１ａと対向するように径方向に配置される。

上記のように構成されたステータコア成形金型２の内部に、軟質磁性粉末と樹脂との混練材料を射出してステータコア１を成形すると、成形時軟質磁性粉末は図２に示す磁束の流れ（矢印で示す）に沿って並ぶ。

以上のように成形されたステータコア１は、次のような特徴がある。
（ａ）ロータとの対向面が全て薄肉部１ｂで連結されていることにより、磁束の流れが滑らかになり、コギングトルクやトルクリプルを低く抑えることができる。
（ｂ）積層鋼板などの透磁率の高い材料で同形状にした場合は、薄肉部１ｂで磁路の短絡が起き、磁性材の使用量に対して、モータ特性が著しく低下する。しかし、本実施の形態では、軟質磁性粉末と樹脂との混練材料を用いているため、磁気抵抗が高くなり、連結部分が薄肉部１ｂであれば、磁路の短絡は少なく、モータ特性の低下も防げる。
（ｃ）開口部１ｃを外周側に設けたことで、巻線性が大幅に良好となる。また、内周側で既に連結されているので、分割コアのように巻線後に結合する工程が不要となり、最初から寸法精度（真円度）の高いステータコア１を得ることができる。
（ｄ）前述のように、図２のような磁場内で成形することにより、矢印の向きに磁束が通りやすいステータコア１を得ることができ、通常の粉体鉄心よりも磁気特性が高くなる。

なお、軟質磁性粉末と樹脂との混練材料は、樹脂の比率によっては磁気特性が十分に上がらない場合もあるが、その場合でも、コアバック側の磁路として、ステータコア１を収納する磁性フレームが磁路となるので、モータ特性を損なうことはない。

実施の形態２．
図３乃至図６は実施の形態２を示す図で、図３はステータ５０の斜視図、図４はステータコア１０を示す図、図５は絶縁部材３の斜視図、図６はステータ５０の側面図である。

図３に示すステータ５０は、径方向に放射状に配置される複数個（図３では６個）のステータコア１０と、このステータコア１０を内部に収納する第１の絶縁部材３ａと第２の絶縁部材３ｂとからなる絶縁部材３と、絶縁部材３の外周部に嵌合する磁性フレーム４とを備える。尚、実施の形態１のステータコア１にも絶縁部材３は使用可能である。

ステータコア１０は、図４に示すように、ステータ５０の磁束が主に通るティース部を構成する形状である。即ち、内周面、外周面が、内部に配置されるロータと同心の円弧形状になっている。それぞれの円弧形状の両端に顎部１０ａ（内周側）、顎部１０ｂ（外周側）を有する。これらの顎部１０ａ、顎部１０ｂは、磁束の変化を緩和するために設けるものであり、内周側の顎部１０ａだけを設けてもよい。

ステータコア１０は、電磁鋼板を積層した積層鋼板で形成してもよいし、軟質磁性粉末と樹脂との混練材料を射出成形することにより形成してもよい。

軟質磁性粉末と樹脂との混練材料によって各ステータコア１０を形成する場合、図４に示すように、実施の形態１と同様、モータの磁束の流れる向き（図４の矢印の向き）に沿って軟質磁性粉末が並ぶようにするのが好ましい。それにより磁気特性が向上する。この場合、実施の形態１よりも簡単な構造の金型と配向磁石で成形できる。

ステータコア１０を、内周側が連結され、外周側に開口部を有する絶縁部材３の内部に配置し、巻線（図示せず）後に磁性フレーム４に嵌合することで、環状のステータ５０が完成する。

絶縁部材３は、図５に示すように、軸方向の略中央部において、軸方向に２分割されている。絶縁部材３は、第１の絶縁部材３ａと、第２の絶縁部材３ｂとからなる。

第１の絶縁部材３ａは、ステータコア１０を内部に収納して巻線と絶縁するティース絶縁部５ａ（図５の例では、６個）、ティース絶縁部５ａの外側に形成される外周部８ａ、外周部８ａ間にある開口部６ａ、ティース絶縁部５ａの内側に連結する内周連結部７ａを備える。

第２の絶縁部材３ｂは、ステータコア１０を内部に収納して巻線と絶縁するティース絶縁部５ｂ（図５の例では、６個）、ティース絶縁部５ｂの外側に形成される外周部８ｂ、外周部８ｂ間にある開口部６ｂ、ティース絶縁部５ｂの内側に連結する内周連結部７ｂを備える。

尚、低電圧仕様のモータでは、片側のみの簡単な構成の絶縁部材でもよい。

磁性フレーム４に嵌合する前のステータ５０は、実施の形態１と同様、外周側から巻線を巻回することができる。内周側から巻線するのに比べ、巻線性の大幅な向上と、占積率の拡大が実現できる。また、各ティースを連結する、一体型の絶縁部材３は、巻線の巻枠としても利用できる。

また、実施の形態１と同様、外周側の磁路形成として、ステータコアを収納する磁性フレーム４を磁路として利用してもよい（図６参照）。このとき、ステータコア１０（ティース部）の外径と、磁性フレーム４の内径とが略同寸法であり、圧入することが望ましい。

実施の形態１を示す図で、ステータコア１と、ステータコア１を成形するステータコア成形金型２とを示す平面図。 実施の形態１を示す図で、ステータコア成形金型２内でのステータコア１の磁束の流れを示す図。 実施の形態２を示す図で、ステータ５０の斜視図。 実施の形態２を示す図で、ステータコア１０を示す図。 実施の形態２を示す図で、絶縁部材３の斜視図。 実施の形態２を示す図で、ステータ５０の側面図。

符号の説明

１ ステータコア、１ａ ティース、１ｂ 薄肉部、１ｃ 開口部、２ ステータコア成形金型、２ａ 配向磁石、２ｂ 配向ヨーク、３ 絶縁部材、３ａ 第１の絶縁部材、３ｂ 第２の絶縁部材、４ 磁性フレーム、５ａ ティース絶縁部、５ｂ ティース絶縁部、６ａ 開口部、６ｂ 開口部、７ａ 内周連結部、７ｂ 内周連結部、８ａ 外周部、８ｂ 外周部、１０ ステータコア、１０ａ 顎部、１０ｂ 顎部、５０ ステータ。

Claims (2)

1. 径方向に延びる複数のティースと、このティースの内周側を繋ぎ、一体化させる連結部と、前記ティース同士の間の外周側に形成される開口部とを備え、内周側にロータを配置するインナーロータ型モータのステータコアの製造方法であって、
   当該ステータコアの成形を行うステータコア成形金型は、周方向に配列された前記ティースと同数の配向磁石及び配向ヨークを有し、前記配向磁石は、隣接する配向磁石の極が同極となるように配置され、前記配向ヨークは、前記ティースと対向するように径方向に配置され、
   前記ステータコア成形金型の内部に、軟質磁性粉末と樹脂との混練材料が射出されて当該ステータコアが成形されることを特徴とするステータコアの製造方法。
2. 前記連結部が薄肉部で構成されることを特徴とする請求項１記載のステータコアの製造方法。

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