JP5178688B2

JP5178688B2 - 永久磁石型回転電機の固定子

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Publication number: JP5178688B2
Application number: JP2009249989A
Authority: JP
Inventors: 祥子川崎; 和彦馬場; 篤松岡
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2029-10-30
Also published as: JP2011097759A

Description

この発明は、永久磁石型回転電機の固定子に関する。詳しくは、モータ特性を落とすことなく、固定子鉄心を歩留まりよく打ち抜く技術に関する。

従来、永久磁石型回転電機用の鉄心は、薄肉の鋼板（電磁鋼板やＳＰＣＣなどの冷間圧延鋼板）を所定の形状に打ち抜き加工後、所定枚数積層して形成されることが一般的に広く知られている。

その中で、固定子巻線（コイル）の占積率を向上させるため、固定子鉄心の打ち抜き時に、磁極ティースを直線状に配置し、コイルを巻回後に磁極ティース同士をつなぐ薄肉連結部を屈曲させ、環状に成形して固定子を完成させる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、特許文献１のような形状の固定子鉄心を歩留まりよく打ち抜くために、固定子鉄心を直線状に配置し、ティース部とティース部の間に互いのティース部が向き合って入るように配置して対にして打ち抜く固定子鉄心が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平９−１９１５８８号公報（段落番号［００２８］、図１、図４等）特開２００２−３２０３５１号公報（段落番号［０００４］、図４等）

近年、あらゆる製品への適用が増えつつある永久磁石型回転電機において、省エネ化・低コスト化が求められている。特に家庭用空気調和気の送風機用や、住宅の換気扇用等、家庭用電化製品に組み込まれる小型モータにおいては、省エネかつ低コスト化への要求は大きい。

低コスト化の一手段として、例えば、上記特許文献２に開示されているように、モータコアの歩留まりを改善する、即ちモータコア打ち抜き時のコア形状および配置を工夫して薄肉の鋼板の利用率を高める方法がある。

しかしながら、スロット部や磁極ティース先端の張り出し部の形状などから、薄肉の鋼板の利用率向上には限界があった。

また、例えば磁極ティースの幅を太くするなどして利用率を向上させたとしても、巻線スペースが狭まり、巻線周長が広がるなど本来のモータ特性を悪化させてしまう傾向があった。

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、モータ特性を落とすことなく、固定子鉄心の材料歩留まりを向上することができる、安価な永久磁石型回転電機の固定子を提供する。

この発明に係る永久磁石型回転電機の固定子は、全体形状が平面視で帯状であり、帯状の長手方向が薄肉部で略等間隔に区分されて形成される複数のヨークと、ヨークに形成される溝部とを有する固定子ヨークと、固定子ヨークに直交する長手方向の固定子ヨーク側の端部に突起部を有する複数の固定子ティースとを備え、ヨークの溝部に固定子ティースの突起部を嵌合して形成される固定子鉄心と、
固定子鉄心の固定子ティースに絶縁材を介して巻回される巻線と、を具備し、
巻線が施された固定子鉄心を、薄肉部を支点にして固定子ティースが内側になるように折り曲げ、固定子ヨークの両端部の突合せ部を溶接して形成され、
当該永久磁石型回転電機は、永久磁石を有する回転子を備え、
固定子ティースの固定子ヨークと反対側の先端の周方向の幅が、永久磁石の磁極幅と略等しいことを特徴とする。

この発明に係る永久磁石型回転電機の固定子は、モータ特性を落とすことなく固定子コアの材料歩留まりを向上させることができ、安価なモータを提供できる。また、固定子ティースの固定子ヨークと反対側の先端の周方向の幅が、永久磁石の磁極幅と略等しくすることにより、固定子に鎖交するフラックス量を最大にすることができる。

実施の形態１を示す図で、永久磁石型回転電機１００の構成を示す図。実施の形態１を示す図で、固定子鉄心２１の部分平面図。実施の形態１を示す図で、固定子ヨーク２１１の平面図。図３の部分拡大図。実施の形態１を示す図で、固定子ヨーク２１１の長手方向の一方の端部とその一方の端部に最も近い薄肉部２１１ａとの間のヨーク２３０付近の材料取りを示す平面図。実施の形態１を示す図で、固定子ヨーク２１１の隣接する二つの薄肉部２１１ａの間のヨーク２３０付近の材料取りを示す平面図。実施の形態１を示す図で、固定子ヨーク２１１の長手方向の他方の端部とその他方の端部に最も近い薄肉部２１１ａとの間のヨーク２３０付近の材料取りを示す平面図。実施の形態１を示す図で、固定子ティース２１２の平面図。実施の形態１を示す図で、固定子ティース２１２の打ち抜き時の配置を示す図。実施の形態１を示す図で、固定子ティース２１２の打ち抜き時の材料取りを示す図。実施の形態１を示す図で、固定子ヨーク２１１に固定子ティース２１２を嵌合した固定子鉄心２１の部分平面図。実施の形態１を示す図で、固定子鉄心２１の固定子ティース２１２に絶縁材２２を施した部分平面図。実施の形態１を示す図で、固定子鉄心２１の絶縁材２２を施した固定子ティース２１２に巻線２３を施す途中の部分平面図。実施の形態１を示す図で、固定子鉄心２１を逆反りした状態を示す図。実施の形態１を示す図で、巻線２３を施した後、薄肉部２１１ａを支点に固定子ヨーク２１１を折り曲げる様子を示す部分平面図。実施の形態１を示す図で、完成した固定子２を示す図。実施の形態１を示す図で、永久磁石型回転電機１００の部分拡大図。実施の形態１を示す図で、永久磁石型回転電機２００の部分拡大図。実施の形態１を示す図で、Ｓ１／Ｒ１と固定子２に鎖交するフラックス量との関係を示す図。実施の形態１を示す図で、変形例１の固定子鉄心３２１の部分平面図。実施の形態１を示す図で、変形例１の固定子鉄心３２１の固定子ティース３１２の平面図。実施の形態１を示す図で、変形例１の固定子鉄心３２１の固定子ティース３１２の打ち抜き時の配置と材料取りを示す図。比較のために示す図で、一般的な固定子ヨーク４１１の打ち抜き時の材料取りを示す平面図である。比較のために示す図で、一般的な固定子鉄心５００の打ち抜き時の材料取りを示す平面図である。

実施の形態１．
図１乃至図２２は実施の形態１を示す図で、図１は永久磁石型回転電機１００の構成を示す図、図２は固定子鉄心２１の部分平面図、図３は固定子ヨーク２１１の平面図、図４は図３の部分拡大図、図５は固定子ヨーク２１１の長手方向の一方の端部とその一方の端部に最も近い薄肉部２１１ａとの間のヨーク２３０付近の材料取りを示す平面図、図６は固定子ヨーク２１１の隣接する二つの薄肉部２１１ａの間のヨーク２３０付近の材料取りを示す平面図、図７は固定子ヨーク２１１の長手方向の他方の端部とその他方の端部に最も近い薄肉部２１１ａとの間のヨーク２３０付近の材料取りを示す平面図、図８は固定子ティース２１２の平面図、図９は固定子ティース２１２の打ち抜き時の配置を示す図、図１０は固定子ティース２１２の打ち抜き時の材料取りを示す図、図１１は固定子ヨーク２１１に固定子ティース２１２を嵌合した固定子鉄心２１の部分平面図、図１２は固定子鉄心２１の固定子ティース２１２に絶縁材２２を施した部分平面図、図１３は固定子鉄心２１の絶縁材２２を施した固定子ティース２１２に巻線２３を施す途中の部分平面図、図１４は固定子鉄心２１を逆反りした状態を示す図、図１５は巻線２３を施した後、薄肉部２１１ａを支点に固定子ヨーク２１１を折り曲げる様子を示す部分平面図、図１６は完成した固定子２を示す図、図１７は永久磁石型回転電機１００の部分拡大図、図１８は永久磁石型回転電機２００の部分拡大図、図１９はＳ１／Ｒ１と固定子２に鎖交するフラックス量との関係を示す図、図２０は変形例１の固定子鉄心３２１の部分平面図、図２１は変形例１の固定子鉄心３２１の固定子ティース３１２の平面図、図２２は変形例１の固定子鉄心３２１の固定子ティース３１２の打ち抜き時の配置と材料取りを示す図である。

図２３、図２４は比較のために示す図で、図２３は一般的な固定子ヨーク４１１の打ち抜き時の材料取りを示す図、図２４は一般的な固定子鉄心５００の打ち抜き時の材料取りを示す図である。

図１を参照しながら、本実施の形態の永久磁石型回転電機１００の構成を説明する。

図１に示す永久磁石型回転電機１００は、少なくとも固定子２と、回転子３とを備える。

永久磁石型回転電機１００は、例えば、インバータ等で駆動されるブラシレスＤＣモータである。

ここでは、一例として、固定子２が１２個の固定子ティース２１２（図２、図８参照）を有し、回転子３が１６個の永久磁石３１（図１参照）を有する１６極の永久磁石型回転電機１００（ブラシレスＤＣモータ）を示す。但し、これは一例で、固定子ティース２１２の数、回転子３の永久磁石３１の数は、任意でよい。

固定子２は、少なくとも本実施の形態の特徴部分である固定子鉄心２１と、固定子鉄心２１の固定子ティース２１２に施される絶縁材２２と、絶縁材２２が施された固定子ティース２１２の夫々に巻回される巻線２３とを備える。

固定子２の他の構成要素とし、巻線２３の端部を固定するからげピン（図示せず）や、巻線２３同士を電気的に接合する渡り線（図示せず）、端子ピン（図示せず）などがある。

固定子２は、例えば、１２個の固定子ティース２１２を有し、夫々の固定子ティース２１２に巻線２３が施される。そして、夫々の巻線２３を渡り線で接続して、例えば、三相Ｙ結線の固定子巻線を形成する。

回転子３は、本実施の形態の本題ではないので、簡単に説明する。回転子３は、全体が円柱形状で、回転子鉄心３２の外周に１６個の永久磁石３１を備える。永久磁石３１は、隣合うもの同士が、異なる極性に着磁される。永久磁石３１は、回転子鉄心３２の外周に、例えば、接着により固定される。

回転子鉄心３２は、薄板の電磁鋼板（例えば０．１〜１．０ｍｍ程度の板厚の無方向性電磁鋼板（鋼板の特定方向に偏って磁気特性を示さないよう、各結晶の結晶軸方向をできる限りランダムに配置させたもの））を所定の形状（ここでは、ドーナツ状）に金型で打ち抜き、所定の枚数（複数枚）積層して構成される。

回転子鉄心３２は、略中心部に軸孔３４を有し、軸孔３４に回転軸３３が、例えば、圧入等により嵌められる。

ここでは、回転子鉄心３２の外周に永久磁石３１を備えるタイプのものを示したが、永久磁石３１が磁石挿入穴（図示せず）に埋め込まれる磁石埋め込み型のものでもよい。

永久磁石３１の材料には、合金磁石、フェライト磁石、希土類磁石等があるが、その中のどれを用いてもよい。

合金磁石は、鉄を主成分とする合金で、永久磁石としてはもっとも古い歴史を持ち、代表的なものに、Ｆｅ−Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｏ磁石（鉄−アルミニウム−ニッケル−コバルト、アルニコ磁石と呼ばれる）、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ磁石（鉄−クロム−コバルト磁石）などがある。

フェライト磁石は、鉄の酸化物をフェライトと呼び、これを原料として作られた永久磁石をフェライト磁石と呼ぶ。磁力は三種類の磁石の中で最も低いが、酸化鉄が主成分であるから非常に安価でなおかつ耐食性も良いため、現在最も多量に使用されている永久磁石である。保磁力も比較的大きいので、パーミアンスを低くすることができ、磁石あるいは磁気回路の設計に自由度がある。

フェライト磁石の粉を、プラスチックに煉り込んだプラスチック磁石もあり、これらをまとめてボンド磁石あるいはボンデッド磁石と呼ぶ。

希土類磁石は、希土類元素（周期律表のランタニドと称される一連の元素）とコバルトあるいは鉄からなる金属間化合物を主成分とした磁石である。この磁石は合金磁石とは違い、硬くて脆いという特徴がある。どちらかというと、セラミックのような性質で、代表的なものに、Ｓｍ−Ｃｏ磁石（サマリウム−コバルト）、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石（ネオジム−鉄−ホウ素磁石、単にネオジム磁石ともいう）などがある。希土類磁石の特徴は非常に強力なことで、強さを示す最大エネルギー積で比べてみるとフェライト磁石の１０倍以上である。

次に、本題の固定子鉄心２１について説明する。固定子鉄心２１は、絶縁材２２及び巻線２３が施されて環状（リング状）の固定子２の状態では、環状である。

本実施の形態の固定子鉄心２１は、図２に示すように、絶縁材２２及び巻線２３を施す前の状態は、帯状（直線状）である。

図２には、固定子鉄心２１の一部を示すが、全体では、１２個の固定子ティース２１２がある。図２では、その中の４個の固定子ティース２１２と、固定子ヨーク２１１の一部を示す。

図２に示す固定子鉄心２１は、固定子ヨーク２１１と固定子ティース２１２とが嵌合により形成される点に特徴がある。

即ち、固定子ヨーク２１１と固定子ティース２１２とからなる固定子鉄心２１を、一体に電磁鋼板等から打ち抜くのではなく、固定子ヨーク２１１と固定子ティース２１２とを、別々に電磁鋼板等から打ち抜き、その後、固定子ヨーク２１１と固定子ティース２１２とを嵌合して固定子鉄心２１を形成する。

先ず、固定子ヨーク２１１から説明する。本実施の形態は、電磁鋼板等のフープ材から固定子鉄心２１を打ち抜く際の、歩留り（製品重量／材料重量（原価の指標））を従来のものより改善することを目的とする。

固定子ヨーク２１１は、図３、図４にその一部を示すように、全体の形状が帯状（直線状）である。そして、固定子ヨーク２１１は、長手方向（図３では、左右方向）に、ヨーク２３０が薄肉部２１１ａで略等間隔に区分されている。ここでは、薄肉部２１１ａは、１１箇所に設けられ、ヨーク２３０が１２個形成されている。

固定子ヨーク２１１の長手方向の一方の端部とその一方の端部に最も近い薄肉部２１１ａとの間のヨーク２３０（一箇所）、隣接する二つの薄肉部２１１ａの間のヨーク２３０（十箇所）、及び固定子ヨーク２１１の長手方向の他方の端部とその他方の端部に最も近い薄肉部２１１ａとの間のヨーク２３０（一箇所）は、夫々後述する固定子ティース２１２に対応する。

そして、それらのヨーク２３０の略中央部に固定子ティース２１２が嵌合する溝部２１１ｂが形成されている。溝部２１１ｂの断面形状は台形で、溝部２１１ｂの入口が奥より狭い形状になっている（図４で、Ｙ２＞Ｙ３）。これは、後に溝部２１１ｂに固定子ティース２１２の突起部２１２ａが嵌合された場合に、径方向に固定子ティース２１２が溝部２１１ｂから抜けないようにするためである。

帯状の固定子ヨーク２１１の長手方向の外周部２１１ｃ、内周部２１１ｄは、断面が略直線状である。外周部２１１ｃは、後の工程で薄肉部２１１ａが折り曲げられて環状に成形されたときに、外周側となる部分である。また、内周部２１１ｄは、後の工程で薄肉部２１１ａが折り曲げられて環状に成形されたときに、回転子３と対向する内周側となる部分である。

図５乃至図７により、固定子ヨーク２１１の電磁鋼板等からの打ち抜き時の歩留りいついて説明する。

図５に示すように、固定子ヨーク２１１の長手方向の一方の端部とその一方の端部に最も近い薄肉部２１１ａとの間のヨーク２３０付近では、電磁鋼板等のフープ材の横幅と固定子ヨーク２１１の短手方向の幅が略同じとすると、電磁鋼板等の打ち抜き時に製品にならない部分は、図５に示す斜線（ハッチング）部分のみである。

即ち、固定子ヨーク２１１の長手方向の一方の端部は、後に固定子２にする場合に、環状になるように斜めにカットされている。そのため、固定子ヨーク２１１の長手方向の一方の端部から、略直角三角形のプレススクラップ２４０ｃが発生する。

また、ヨーク２３０の略中央部の溝部２１１ｂは、略台形のプレススクラップ２４０ａになる。

さらに、ヨーク２３０の固定子ヨーク２１１の長手方向の一方の端部の反対側（図５の右端）は、薄肉部２１１ａを形成するため、略三角形に打ち抜かれる。そのため、この部分からも略三角形のプレススクラップ２４０ｂが発生する。

図６に示すように、固定子ヨーク２１１の隣接する二つの薄肉部２１１ａの間のヨーク２３０付近でも、電磁鋼板等のフープ材の横幅と固定子ヨーク２１１の短手方向の幅が略同じとすると、電磁鋼板等の打ち抜き時に製品にならない部分は、図６に示す斜線（ハッチング）部分のみである。

即ち、隣接する二つの薄肉部２１１ａの間のヨーク２３０の両端は、薄肉部２１１ａを形成するため、略三角形に打ち抜かれる。そのため、この部分から略三角形のプレススクラップ２４０ｂが発生する。

図７に示すように、固定子ヨーク２１１の長手方向の他方の端部とその他方の端部に最も近い薄肉部２１１ａとの間のヨーク２３０付近では、電磁鋼板等のフープ材の横幅と固定子ヨーク２１１の短手方向の幅が略同じとすると、電磁鋼板等の打ち抜き時に製品にならない部分は、図７に示す斜線（ハッチング）部分のみである。

即ち、固定子ヨーク２１１の長手方向の他方の端部は、後に固定子２にする場合に、環状になるように斜めにカットされている。そのため、固定子ヨーク２１１の長手方向の他方の端部から、略直角三角形のプレススクラップ２４０ｃが発生する。

さらに、ヨーク２３０の固定子ヨーク２１１の長手方向の他方の端部の反対側は、薄肉部２１１ａを形成するため、略三角形に打ち抜かれる。そのため、この部分からも略三角形のプレススクラップ２４０ｂが発生する。

このように、帯状の固定子ヨーク２１１の長手方向の外周部２１１ｃ、内周部２１１ｄの断面を略直線状とすることにより、電磁鋼板等から帯状の固定子ヨーク２１１を打ち抜く場合に、製品にならない部分は、以下のとおりである。
（１）ヨーク２３０の略中央部の溝部２１１ｂを形成するために発生する略台形のプレススクラップ２４０ａ（十二箇所）；
（２）薄肉部２１１ａを形成するために発生する、略三角形のプレススクラップ２４０ｂ（十一箇所）；
（３）固定子ヨーク２１１の長手方向の両端部から発生する略直角三角形のプレススクラップ２４０ｃ（二箇所）。

比較のために、ヨークが一般的な円弧の場合の、固定子ヨークの電磁鋼板等からの打ち抜き時の材料取りについて、図２３を参照しながら説明する。

本実施の形態の固定子ヨーク２１１のヨーク２３０の短手方向（固定子２で径方向）の幅Ｄ１と、比較例の固定子ヨーク４１１のヨーク４３０の短手方向の幅Ｄ１とは、等しいとする。

図５乃至図７と、図２３とを比較すると、図２３の比較例の固定子ヨーク４１１では、図５乃至図７の固定子ヨーク２１１に対して、クロスハッチングで示す部分のプレススクラップ４５０の分だけ増えている。

図２３において、ハッチングで示す略台形のプレススクラップ４４０ａ、略三角形のプレススクラップ４４０ｂ、略直角三角形のプレススクラップ４４０ｃは、図５乃至図７の固定子ヨーク２１１と略同一面積である。

図２３のプレススクラップ４５０の部分の合計の面積は、図５乃至図７の固定子ヨーク２１１のプレススクラップ２４０ａ、プレススクラップ２４０ｂ、プレススクラップ２４０ｃの合計の面積よりも、はるかに大きいことは明白である。

このように、本実施の形態の帯状の固定子ヨーク２１１は、帯状の固定子ヨーク２１１の長手方向の外周部２１１ｃ、内周部２１１ｄの断面を略直線状とすることにより、電磁鋼板等から帯状の固定子ヨーク２１１を打ち抜く場合の歩留りが、ヨークが一般的な円弧の場合よりも、大幅に改善される。

次に、固定子ティース２１２について、説明する。図８に示すように、固定子ティース２１２は、全体形状が略長方形である（平面視）。平面視、略長方形のティース部２１２ｄの一方の短辺（固定子ヨーク２１１側）の略中央部から外側に突起部２１２ａが突出している。ティース部２１２ｄの一方の短辺の突起部２１２ａの両側を、肩部２１２ｃとする。そして、ティース部２１２ｄの他方の短辺（固定子ヨーク２１１の反対側）から、固定子ヨーク２１１に略平行に張り出し部２１２ｂが両方向に張り出している。

突起部２１２ａの形状は、固定子ヨーク２１１の溝部２１１ｂの形状に近似し、略台形である。図８に示すように、突起部２１２ａの固定子ヨーク２１１に平行な先端の寸法をＴ２、突起部２１２ａの固定子ヨーク２１１に直交する方向の突出長さをＴ１、突起部２１２ａの固定子ヨーク２１１に平行な根元の寸法をＴ３、張り出し部２１２ｂの固定子ヨーク２１１に平行な寸法をＴ４、ティース部２１２ｄの固定子ヨーク２１１に平行な幅をＴ０とする。また、図４に示すように、固定子ヨーク２１１の溝部２１１ｂの深さをＹ１、同底部の寸法（固定子ヨーク２１１の長手方向と平行）をＹ２、同開口部（固定子ヨーク２１１の長手方向と平行）の寸法をＹ３とする。

このとき、Ｔ１とＹ１、Ｔ２とＹ２、Ｔ３とＹ３とが、以下の関係を満たすように選ぶのが好ましい。即ち、
Ｔ１＜Ｙ１式（１）
Ｔ２≧Ｙ２式（２）
Ｔ３≧Ｙ３式（３）

式（１）の関係を満たすことにより、固定子ティース２１２の突起部２１２ａを固定子ヨーク２１１の溝部２１１ｂに嵌合したときに、突起部２１２ａの先端と溝部２１１ｂの底部との間に隙間があるので、固定子ティース２１２を固定子ヨーク２１１に密着して嵌合することができる。

また、式（２），（３）の関係を満たすことにより、固定子ティース２１２の突起部２１２ａを固定子ヨーク２１１の溝部２１１ｂに圧入することが可能となり、強固に（確実に）固定子ティース２１２を固定子ヨーク２１１嵌合することができる。

固定子ティース２１２を電磁鋼板等から打ち抜くときの配置の一例を、図９を参照しながら説明する。固定子ティース２１２を電磁鋼板等から打ち抜く際は、例えば、図９に示すように、固定子ティース２１２の長手方向の向きが交互に反対になるように打ち抜かれる。図９は、一つの固定子鉄心２１分の１２個の固定子ティース２１２を示す。

即ち、例えば、図９において、左端の固定子ティース２１２を＃１とし、順に＃２→＃１２（右端の固定子ティース２１２）とする。

＃１、＃３・・・・＃１１の奇数番の固定子ティース２１２は、図９において、突起部２１２ａが上で、固定子ヨーク２１１に略平行に両方向に張り出す張り出し部２１２ｂが下になる配置である。

＃２、＃４・・・・＃１２の偶数番の固定子ティース２１２は、図９において、突起部２１２ａが下で、固定子ヨーク２１１に略平行に両方向に張り出す張り出し部２１２ｂが上になる配置である。

このように配置すると、例えば、＃１の固定子ティース２１２の突起部２１２ａと肩部２１２ｃとで形成される一方のスペース（突起部の側部の空間、図９では右側）に、＃２の固定子ティース２１２の一方の張り出し部２１２ｂ（図９では左側）が納まる。

また、＃１の固定子ティース２１２の他方の張り出し部２１２ｂ（突起部の側部の空間、図９では右側）は、＃２の固定子ティース２１２の突起部２１２ａと肩部２１２ｃとで形成される他方のスペース（突起部の側部の空間、図９では左側）に納まる。

さらに、＃２の固定子ティース２１２の他方の張り出し部２１２ｂ（図９では右側）は、＃３の固定子ティース２１２の突起部２１２ａと肩部２１２ｃとで形成される他方のスペース（突起部の側部の空間、図９では左側）に納まる。

このように、固定子ティース２１２の張り出し部２１２ｂは、両隣の固定子ティース２１２の突起部２１２ａと肩部２１２ｃとで形成されるスペース（突起部の側部の空間）に納まる。

従って、固定子ティース２１２の電磁鋼板等のフープ材からの打ち抜き時の歩留りが、ヨークと固定子ティースが一体の一般的な磁極ティースよりも改善される。

固定子ティース２１２を電磁鋼板等から打ち抜くときの配置の最も好ましい形態を説明する。図８に示すように、突起部２１２ａの固定子ヨーク２１１に平行な先端の寸法をＴ２、突起部２１２ａの固定子ヨーク２１１に直交する方向の突出長さをＴ１、突起部２１２ａの固定子ヨーク２１１に平行な根元の寸法をＴ３、張り出し部２１２ｂの固定子ヨーク２１１に平行な寸法をＴ４、ティース部２１２ｄの固定子ヨーク２１１に平行な幅をＴ０とするとき、
Ｔ２＋２×Ｔ４≦Ｔ０式（４）
式（４）を満たすことにより、固定子ティース２１２の電磁鋼板等から打ち抜き時の歩留まりを最も大きくすることができる。隣接する固定子ティース２１２間にプレススクラップが発生しないからである。

一般的な固定子鉄心５００の打ち抜き時の材料取りを図２４に示す。図４のように、一般的な固定子鉄心５００は、固定子ヨーク５００ａと、固定子ティース５００ｂとが一体に打ち抜かれる。また、固定子ヨーク５００ａは、各磁極ティースにおいて、円弧状に形成されている

一般的な固定子鉄心５００は、固定子鉄心５００を直線状に配置し、固定子ティース５００ｂと固定子ティース５００ｂとの間に互いの固定子ティース５００ｂが向き合って入るように配置して対にして打ち抜く。

この方法でも、固定子鉄心５００を一列で抜く場合に比べれば、歩留まりは可なり改善されるが、まだ製品にならないプレススクラップ６００（図２４参照）が多い。

本実施の形態では、固定子ティース２１２の打ち抜き時の材料取りは、図１０に示すように、製品にならないプレススクラップ２６０が、図２４に示す一般的な固定子鉄心５００の打ち抜き時の材料取りのプレススクラップ６００の固定子ティース５００ｂに係る部分と比べれば明らかなように、大幅にそれ（プレススクラップ６００の固定子ティース５００ｂに係る部分）よりも減少している。

次に、固定子２の組立手順を、図１１乃至図１６を参照しながら説明する。

固定子ヨーク２１１及び固定子ティース２１２は、例えば、抜きカシメにより積層される。公知の方法なので、説明は省く。

図１１に示すように、抜きカシメにより積層された固定子ヨーク２１１に、同様に抜きカシメにより積層された１２個の固定子ティース２１２を嵌合する。

固定子ヨーク２１１の溝部２１１ｂに、固定子ティース２１２の突起部２１２ａを圧入により嵌合する。既に説明したように、略台形の突起部２１２ａについて、突起部２１２ａの固定子ヨーク２１１に平行な先端の寸法をＴ２、突起部２１２ａの固定子ヨーク２１１に直交する方向の突出長さをＴ１、突起部２１２ａの固定子ヨーク２１１に平行な根元の寸法をＴ３とする（図８参照）。また、図４に示すように、固定子ヨーク２１１の溝部２１１ｂの深さをＹ１、同底部の寸法（固定子ヨーク２１１の長手方向と平行）をＹ２、同開口部（固定子ヨーク２１１の長手方向と平行）の寸法をＹ３とする。このとき、Ｔ１とＹ１、Ｔ２とＹ２、Ｔ３とＹ３とが、式（１）〜式（３）の関係を満たすように選ぶことにより、固定子ティース２１２の突起部２１２ａを固定子ヨーク２１１の溝部２１１ｂに嵌合したときに、突起部２１２ａの先端と溝部２１１ｂの底部との間に隙間があるので、固定子ティース２１２を固定子ヨーク２１１に密着して嵌合することができる。また、固定子ティース２１２の突起部２１２ａを固定子ヨーク２１１の溝部２１１ｂに圧入することが可能となり、強固に（確実に）固定子ティース２１２を固定子ヨーク２１１嵌合することができる。

次に、図１２に示すように、各固定子ティース２１２に絶縁材２２を施す。絶縁材２２を施す方法は、例えば、樹脂の一体成形による方法、もしくは分割された絶縁材２２を固定子ティース２１２の積層方向の両端から挿入する方法のどちらでもよい。

絶縁材２２には、例えば、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等の熱可塑性樹脂が用いられる。

各固定子ティース２１２に絶縁材２２を施した後、図１３に示すように、固定子鉄心２１は帯状（直線状）の状態で、絶縁材２２が施こされた各固定子ティース２１２に、銅線等のマグネットワイヤを用いて巻線２３を巻く。

図１３に示すように、固定子鉄心２１が帯状（直線状）の状態で、各固定子ティース２１２に巻線２３を巻いてもよいが、固定子鉄心２１を逆反りしてから各固定子ティース２１２に巻線２３を巻いてもよい。

逆反りとは、完成後の固定子２の状態と逆方向に曲げることを意味する（図１４参照）。即ち、逆反りにより、固定子ヨーク２１１が内周側で、固定子ティース２１２が外周側になる。この状態は、隣合う固定子ティース２１２の先端の間隔が、固定子鉄心２１が帯状（直線状）の状態よりも広くなるので、巻線２３の巻回がさらに容易になる。

固定子ティース２１２への巻線２３の巻回が完了したら、図１５に示すように、固定子ヨーク２１１の薄肉部２１１ａを支点として、固定子ティース２１２が内側になるように順に、固定子ヨーク２１１を折り曲げる。

固定子ヨーク２１１の折り曲げが完了したら、固定子ヨーク２１１の両端（周方向）の突合せ部２１１ｅ（図１５参照）を溶接して、固定子２が完成する（図１６参照）。

次に、固定子鉄心２１の磁極幅と回転子３の磁極幅との関係について説明する。

図１７は固定子鉄心２１の磁極幅と回転子３の磁極幅とが略等しい場合で、固定子２の固定子ティース２１２の数が１２で、回転子３の磁極数が１６極である。

ここで、固定子ティース２１２の二つの張り出し部２１２ｂの端部間の距離をＳ１（固定子ヨークと反対側の先端の周方向の幅、図１７では固定子ティース２１２の先端の幅Ｓ１）、回転子３の磁極幅をＲ１とすると、図１７に示す固定子２の固定子ティース２１２の数が１２で、回転子３の磁極数が１６極の永久磁石型回転電機１００では、式（４）の関係を満たす。
Ｓ１≒Ｒ１式（５）

また、図１８は固定子鉄心２１の磁極幅と回転子２０３の磁極幅とが異なる場合で、固定子２の固定子ティース２１２の数が１２で、回転子２０３の磁極数が８極である。回転子２０３は、８個の永久磁石２３１を備える。

ここで、固定子ティース２１２の二つの張り出し部２１２ｂの端部間の距離をＳ１（図１８では、固定子ティース２１２の先端の幅Ｓ１）、回転子３の磁極幅をＲ１とすると、図１８に示す固定子２の固定子ティース２１２の数が１２で、回転子２０３の磁極数が８極の永久磁石型回転電機２００では、式（５）の関係を満たす。
Ｓ１＜Ｒ１式（６）

図１９に、Ｓ１／Ｒ１と固定子２に鎖交するフラックス量との関係を示す。固定子２に鎖交するフラックス量は、最大値を１００％とする。

図１９に示すように、Ｓ１とＲ１とが等しいか、Ｓ１＞Ｒ１になると、固定子２に鎖交するフラックス量は１００％に近づくか、もしくは１００％になる。

また、図１８に示す固定子２の固定子ティース２１２の数が１２で、回転子２０３の磁極数が８極の永久磁石型回転電機２００のように、Ｓ１＜Ｒ１の場合は、Ｓ１／Ｒ１が小さくなるに従って、固定子２に鎖交するフラックス量が徐々に減少する。

固定子２の固定子ティース２１２の数が１２（１２スロットという表現もある）の場合、回転子の磁極数は、１６極が８極より好ましい。

また、図示はしないが、固定子２の固定子ティース２１２の数が９（９スロット）の場合、回転子の磁極数は、１２極が６極より好ましい。

次に、図２０乃至図２２を参照しながら変形例１の固定子鉄心３２１、特に固定子ティース３１２について説明する。

図２０に示すように、変形例１の固定子鉄心３２１は、固定子ヨーク３１１と、固定子ティース３１２とを備える。

固定子ヨーク３１１は、図３乃至図７で説明した固定子ヨーク２１１と同様なので、説明は省く。

固定子ティース３１２は、図２１に示すように、固定子ヨーク３１１側の突起部３１２ａ付近の構成は、図８に示した固定子ティース２１２と同じである。

また、固定子ティース３１２の固定子ヨーク３１１と反対側の構成は、図８に示した固定子ティース２１２のそれと異なる。ティース部３１２ｄの他方の短辺（固定子ヨーク３１１の反対側）の略中央部に、突起部３１２ａと同形状の溝部３１２ｅが形成されている。図２１の寸法Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３は、図８と同じである。

固定子ティース３１２の電磁鋼板等からの打ち抜き時は、図２２に示すように、固定子ティース３１２は長手方向に並んだ形で打ち抜かれる（突起部３１２ａが溝部３１２ｅに重なる形で打ち抜かれる）。このとき、固定子ティース３１２の突起部３１２ａと溝部３１２ｅとが同形状であるから、固定子ティース３１２の間に、プレススクラップは発生しない。

最初に打ち抜かれる固定子ティース３１２の突起部３１２ａと肩部３１２ｃとで形成されるスペースにプレススクラップ３６０が発生するだけである。

そのため、図２２に示す固定子ティース３１２の打ち抜き時の歩留りは、図１０に示す固定子ティース２１２の歩留りよりも、さらに改善される。

尚、本実施の形態では、固定子ヨーク２１１と、固定子ティース２１２とは、別々の電磁鋼板ロール材から打ち抜かれることを特徴とする。

また、固定子ヨーク２１１と、固定子ティース２１２とは、磁気特性の異なる電磁鋼板を使用してもよい。例えば、鉄損低減効果の大きい固定子ティース２１２に低鉄損の電磁鋼板を用い、固定子ヨーク２１１に通常の電磁鋼板を使用する。

さらに、固定子ヨーク２１１と、固定子ティース２１２とは、軸方向の積層枚数を変えてもよい。

２固定子、３回転子、２１固定子鉄心、２２絶縁材、２３巻線、３１永久磁石、３２回転子鉄心、３３回転軸、１００永久磁石型回転電機、２０３回転子、２１１固定子ヨーク、２１１ａ薄肉部、２１１ｂ溝部、２１１ｃ外周部、２１１ｄ内周部、２１１ｅ突合せ部、２１２固定子ティース、２１２ａ突起部、２１２ｂ張り出し部、２１２ｃ肩部、２１２ｄティース部、２３０ヨーク、２３１永久磁石、２４０ａプレススクラップ、２４０ｂプレススクラップ、２４０ｃプレススクラップ、３１１固定子ヨーク、３１２固定子ティース、３１２ａ突起部、３１２ｃ肩部、３１２ｄティース部、３１２ｅ溝部、３６０プレススクラップ、４１１固定子ヨーク、４１１ａ薄肉部、４１１ｂ溝部、４３０ヨーク、４４０ａプレススクラップ、４４０ｂプレススクラップ、４４０ｃプレススクラップ、４５０プレススクラップ、５００固定子鉄心、５００ａ固定子ヨーク、５００ｂ固定子ティース、６００プレススクラップ。

Claims

全体形状が平面視で帯状であり、該帯状の長手方向が薄肉部で略等間隔に区分されて形成される複数のヨークと、前記ヨークに形成される溝部とを有する固定子ヨークと、前記固定子ヨークに直交する長手方向の前記固定子ヨーク側の端部に突起部を有する複数の固定子ティースとを備え、前記ヨークの前記溝部に前記固定子ティースの前記突起部を嵌合して形成される固定子鉄心と、
前記固定子鉄心の前記固定子ティースに絶縁材を介して巻回される巻線と、を具備し、
前記巻線が施された前記固定子鉄心を、前記薄肉部を支点にして前記固定子ティースが内側になるように折り曲げ、前記固定子ヨークの両端部の突合せ部を溶接して形成され、
当該永久磁石型回転電機は、永久磁石を有する回転子を備え、
前記固定子ティースの前記固定子ヨークと反対側の先端の周方向の幅が、前記永久磁石の磁極幅と略等しく、
前記固定子ティースは、前記突起部の反対側の端部に該突起部と略同形状の溝部を備え、
前記固定子ティースの薄肉鋼板からの打ち抜き時に、前記突起部が前記溝部に重なる形で打ち抜かれることを特徴とする永久磁石型回転電機の固定子。
前記固定子鉄心の外周が多角形に形成されることを特徴とする請求項１記載の永久磁石型回転電機の固定子。