(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯部の内周部もしくは外周部に位置する継鉄部につなぎ片をもって環状に複数個の歯部を配列した鉄心素形鋼板を積層した固定子を備える回転電機において、前記固定子の歯部にはコイルが巻装され、前記歯部の根本部に設けられた変形圧吸収空間が圧縮されて固定子が形成されることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
請求項１記載において、圧縮変形圧を歯部の外周継鉄部に形成した変形圧吸収空間により吸収したことを特徴とする回転電機。
【請求項３】
請求項１記載において、変形圧吸収空間は歯部の根本部の少なくとも一方に形成されたつなぎ片により形成されていることを特徴とする回転電機。
【請求項４】
請求項１記載において、変形圧吸収空間は歯部の根本部の少なくとも一方に形成されたつなぎ片により形成されて、反つなぎ片側開口端を契合端としていることを特徴とする回転電機。
【請求項５】
請求項２記載において、変形圧吸収空間は歯部の外周継鉄部に形成されたつなぎ片により形成されていることを特徴とする回転電機。
【請求項６】
請求項１記載において、固定子鉄心のスロットピッチとスロット開口部の幅寸法比を５％〜１２.５％ の範囲に設定したことを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回転電機用固定子に係り、特にディスク駆動用ブラシレス電動機等に好適な回転電機用固定子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に事務機器用ディスク駆動用電動機は小スペース，省エネルギーの観点等から小型軽量で高効率であることが望まれる。このためには、永久磁石を利用したブラシレス電動機が最適である。特に、上記ブラシレス電動機の小型機の分野において、固定子巻線の多くは特開平７−２９８５２２  号公報にあるように固定子鉄心歯部に集中して巻装する集中巻方式が採用されている。
【０００３】
上記従来例には、積層鉄心を円周方向で磁極毎に分割し、巻線後環状に結合して固定子鉄心を形成することが開示されている。
【０００４】
また、特開昭６２−２０３５２７号公報にはスロットを解放状態にして巻線し、その後鉄心歯部に設けられた貫通窓部（変形圧吸収空間）を圧縮変形してコイルを保持した点が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記前者の従来技術によれば、固定子コイルは周方向に分割された固定子鉄心歯部に集中して巻装することによって固定子コイルのコイルエンド部も短く、かつコイルの占積率するので、電動機の体格を小さくすることができる利点がある。しかし、積層して分割した固定子鉄心歯部を環状にするため内外周部を溶接している。
【０００６】
従って、第１には取り扱い部品点数が多く、構成が複雑になる。第２には分割された固定子鉄心歯部に直接固定子巻線を巻回しているため、コイル巻回に要する時間が長く、かつコイルを整列に巻回するのが困難である。さらには隣の固定子巻線間の隙間によって占積率が低下するなど、必ずしも小型軽量化，製作容易とは言えない等の問題点があった。
【０００７】
また、後者の従来技術によれば、コイルの線積率が上がるので高出力，高効率化が期待できるが単に歯部のコイル係止片を巻線後に設けただけであるため小型軽量化にはつながらない。
【０００８】
本発明の目的は小型軽量で、高効率が達成可能な回転電機の固定子を提供するにある。
【０００９】
本発明の目的は小型にして、巻線占積率の高い積層鉄心を備えた回転電機の固定子を提供するにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、歯部の内周部もしくは外周部に位置する継鉄部につなぎ片をもって環状に複数個の歯部を配列した鉄心素形鋼板、該素形鋼板を積層して形成した素形積層鉄心の歯部にコイルを巻装し、その後該積層鉄心を外周方向から所定の外径寸法まで圧縮変形して固定子鉄心とすることにより達成される。
【００１１】
本発明の好ましくは、圧縮変形圧を歯部の根本部に形成した変形圧吸収空間により吸収することにより達成される。
【００１２】
本発明の好ましくは、圧縮変形圧を歯部の外周継鉄部に形成した変形圧吸収空間により吸収することにより達成される。
【００１３】
本発明は、積層されて形成された素形積層鉄心のスロットを解放状態にしてコイルを施し、その後外周方向から圧縮変形させて固定子鉄心とすることにより達成される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
第１の実施例
図１は本発明の第１の実施例における回転電機用固定子の積層鉄心成形状態図及び固定子コイル巻線状態図を示すもので、特に集中巻線型に有効な外転型電動機用固定子鉄心の構造である。
【００１５】
固定子鉄心は図１に示すように、内周継鉄部１１に放射状に複数個の歯部１２を形成した積層鉄心１と、前記歯部１２にそれぞれ巻装される固定子コイル２とから構成され、それぞれの歯部１２は数ミリのスロット空隙ｇを介して環状に配列されている。
【００１６】
前記積層鉄心１の原形である素形積層鉄心１Ａの鋼板１枚１枚は磁性鋼板（例えば３５Ｓ２１０）を図２のように打ち抜き或いはエッチング加工で形成したものが用いられる。即ち鉄心の素形鋼板は図２に示すように内周継鉄部１１とそれぞれの歯部１２間に変形圧吸収空間３が形成されるように歯部の根本部１３から延びるつなぎ片１４が設けられている。一方、反つなぎ片側は開口端４とし、その角部を契合端１５，１６としている。そしてこの素形鋼板は所定の板圧に積層され積層鉄心１の原形である素形積層鉄心１Ａとなる。
【００１７】
次に、固定子コイル２の巻線行程となるが、この状態では各々歯部１２間、即ちスロット空間５は巻線機のノズルが十分に移動できる範囲まで広げて設けられており、余裕を持ってスピーディに、効果的にコイルが集中巻きされる。
【００１８】
このとき、素形積層鉄心１Ａは変形圧吸収空間３の分だけ巻線部内径および外径が大きいため固定子コイル２が入るスロット空間５の断面積は大きくできると共に、スロット空間５の開口部の幅Ｇ（固定子鉄心歯部１２間のスリット）は外径の増大分だけ広がる。すなわち、スロット空間５の断面積が大きくなった分だけ固定子コイル２は巻数を多く巻装するか、あるいは巻線の線径を大きくすることができる。
【００１９】
コイルが施された前記素形積層鉄心１Ａは外周方向から所定の外径寸法まで圧縮変形されて、即ち変形圧吸収空間３がゼロになるまで圧縮変形されるとつなぎ片１４は固定子コイル２の底辺に沿って塑性変形し、開口端の契合端１５，１６は互いにがっちり噛み合い強固に連結される。上記塑性変形による圧縮空間は前記したようにゼロが目標であるが、塑性変形の容易性を或いは塑性変形時のスプリングバックを考慮すれば予めつなぎ片１４に塑性変形のための逃げ空間３１を設けておくのが良い。これによって精度よく塑性変形される。
【００２０】
ここで重要なのは歯部１２が同心的に圧縮変形されることで、コイルの損傷防止，圧縮空間をゼロにして磁気損失を最小限に抑さえることにつながる。その一例を図３，図４にて説明する。図３，図４は積層鉄心をプレス機械により圧縮変形するための治具である。治具は、円筒状の内側面にテーパーを有する固定治具１００と、その固定治具のテーパー面に対接して配置され、前記固定治具１００のテーパー面に沿って移動する断面三角形状の摺動駒２００と、素形積層鉄心１Ａの内径を保持し、かつ前記摺動駒２００のスライドをガイドする保持治具３００とから構成される。摺動駒２００は素形積層鉄心の歯部に相当する数だけ周方向に配置され、軸方向に押す力を固定治具１００と摺動駒２００とのテーパー面の分力により径方向の力に変換させ、素形積層鉄心歯部１２に圧力を加えて素形積層鉄心１Ａの変形圧吸収空間３を圧縮する。
【００２１】
ここで、周方向に配置する摺動駒２００の数は、素形積層鉄心歯部１２と一対一に対応し、全ての素形積層鉄心歯部１２を同時に、かつ均等に圧力を加える。すなわち、９個の歯部を所有する素形積層鉄心１Ａの場合の摺動駒２００の所定の数は９である。圧縮変形する素形積層鉄心１Ａは、固定子コイル２を巻装したもので摺動駒２００の中心に固定し、固定治具１００に対して摺動駒２００の押し込み送り量により発生する径方向の分力により圧縮変形される。このとき、圧縮時の圧力は、摺動駒２００の送り量によって調整され、摺動駒２００を介して個々の素形積層鉄心歯部１２Ａに圧力を加え、素形積層鉄心１Ａの変形圧吸収空間３を押し潰す。
【００２２】
これにより、積層鉄心１の全ての変形圧吸収空間３をほぼ同時に押し潰すことができるため圧縮変形圧後の積層鉄心１の形状の精度を確保することができる。
第２の実施例
図５，図６は第２の実施例を示すもので、前述の第１の実施例と相違する点は、図６からわかるように素形積層鉄心１Ｂの変形圧吸収空間３Ａの成形は打ち抜きによって形成されていることである。これによってつなぎ片１４ａと１４ｂが鉄心歯部１２Ｂの両側に対向して位置し、素形積層鉄心１Ｂを圧縮成形する際均等にバランスして塑性変形させることができる。もちろん塑性変形の精度を上げるにはそれぞれのつなぎ片１４ａ，１４ｂに変形圧吸収空間３１，３２を設けておいた方が好ましい。
【００２３】
第３の実施例
図７，図８は第３の実施例で、内転型磁石電動機に用いる場合の固定子を示す。図７において積層された素形積層鉄心２０Ａは外周継鉄部２１の磁極間に相当する位置につなぎ片２１Ａを設けている。このつなぎ片は外周から内周に向けて斜めに掛けられ、これにより外周継鉄部２１の内側と外側にそれぞれ変形圧吸収空間２１ａ，２１ｂが形成される。このように所定の厚さに積層された素形積層鋼板２０Ａは固定子コイル２を巻装した後、前述の実施例と同様の治具により同心状に圧縮変形される。これにより変形圧吸収空間２１ａ，２１ｂは詰まりゼロになってスロット空間Ｇも所定空隙ｇまで詰まる。
【００２４】
なお、このようにして成形された積層鉄心は圧縮変形により生じる突き合わせ部２１ｃ，２１ｄの結合力を得るため図８に示すようにアルミニウム製円筒ケーシング２２で覆って使用するのが一般的であるが、突き合わせ部を溶接接合してもよい。
【００２５】
第４の実施例
図９は第４の実施例で、前述同様内転型磁石電動機に用いる場合の固定子を示す。図において素形積層鉄心４０は、外周継鉄部４１の内周から外周に向かって「く」の字状のスリット４１ａが設けられており、その外周部はそれぞれの歯部４２が環状つながるように外周に突出するつなぎ片４１ｂにて連結されている。このつなぎ片４１ｂは素形積層鉄心４０の圧縮成型時に変形圧吸収空間として働き成形精度を高める。また使用状態ではアルミニウムケーシングに圧入すればつなぎ片が回り止め効果として働き機械強度の高い固定子となる。
【００２６】
第５の実施例
図１０，図１１，図１２は第５の実施例を示すもので、前述の第１の実施例におけるスロットピッチとスロット空間の開口部の幅ｇの寸法比（スロット開口率）の範囲を規定している。
【００２７】
図１０，図１１の縦軸にはステータ外径φ＝２０ｍｍ，スロット開口率が１６％の場合を基準値とし、各測定値を同基準値に対する比に換算して示したものである。なお、基準としたスロット構造の値はステータ外径φ＝２０ｍｍにおいて自動巻線機を用いる場合の一般的な寸法である。また、モータは２〜５Ｗ級の永久磁石界磁の外転型ブラシレスモータとした。
【００２８】
図１１に示すように、永久磁石界磁のモータの振動要因には、ロータが回転したときに生じるコギングトルクとモータ通電時に生じる転流トルクリプルとがある。
【００２９】
コギングトルクは、ロータが回転したときに永久磁石と固定子鉄心との空隙部（ギャップ）がスロット開口部で変化する（パーミアンスが変化する）ことによって発生し、固定子鉄心のスロット開口率を小さくすればコギングトルクは小さくできる。ステータ外径を大きくした場合、ステータの外側に配置された永久磁石の表面積を増やせるため、出力トルクを大きくできるが、コギングトルクも増大する。
【００３０】
一方、転流トルクリプルΔＴは固定子巻線のリアクタンスによる電流の遅れＤｔによってトルク変動が発生し、固定子鉄心のスロット開口率を小さくすれば転流トルクリプルは大きくなる。これは、スロット開口部の幅ｇを小さくするとスロット開口部での漏れリアクタンスが増えることにより固定子巻線のリアクタンスが増加するためである。
【００３１】
図１２で転流トルクリプルは、各Ｕ，Ｖ，Ｗ相の固定子巻線の巻線印加電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを相切替え（転流）して巻線電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを流す際、巻線のリアクタンスにより印加電圧から巻線電流が遅れＤｔを生じ、各Ｕ，Ｖ，Ｗ相の総合の出力トルクは相切替えの度に落ち込み脈動トルクとなる。この脈動分が転流トルクリプルΔＴである。ここで、Ｗ相の巻線電流Ｉｗと巻線印加電圧Ｖｖ，Ｖｗは図示していない。
【００３２】
ステータ外径を大きくした場合、永久磁石の磁束量が増やせるため、小さい巻線電流値で同じ出力トルクを得ることが可能となる。すなわち、ステータ外径が大きいφ２４を用いてφ１６と同じ出力トルクを得ようとした場合、巻線電流は小さくできるため、巻線電流の影響を小さくすることができ、転流トルクリプルは小さくすることができる。
【００３３】
図１０に示すように、これら２つのトルクリプル成分によって生じるモータ振動（周方向の振動）はモータの取付部を介して装置全体を加振し、振動・騒音の原因となる。モータ振動比とスロット開口率の関係は、下に凸の曲線となり最小値が存在する。
【００３４】
基準値以下となり、かつステータ外径によらずモータ振動が最小値となるスロット開口率を求めると、ステータ外径φ２４とφ１６の交点となるスロット開口率が１２．５％  以下で、かつステータ外径φ２４とφ２０の交点となるスロット開口率が５％以上の範囲に設定すれば良いことが見いだせる。
【００３５】
以上により、本発明による固定子鉄心のスロットピッチとスロット開口部の幅寸法比を永久磁石界磁のモータに適用すれば、振動・騒音の低減が可能となる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、積層されて形成された素形積層鉄心のスロットを解放状態にしてコイルを施し、その後外周方向から圧縮変形させて固定子鉄心としてあるので、小型軽量，高効率が達成可能な回転電機の固定子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例における巻線後の固定子鉄心の正面図。
【図２】図１における加工前正面図。
【図３】本発明に用いられる治具と固定子鉄心の配置横断面図。
【図４】図３における要部横断面図。
【図５】本発明の他の一実施例における巻線後の固定子鉄心の正面図。
【図６】図５における加工前正面図。
【図７】本発明の更に他の実施例に固定子鉄心の加工前正面図。
【図８】図７の使用状態を示す固定子鉄心の正面図。
【図９】本発明の更に他の実施例における固定子鉄心の加工前正面図。
【図１０】モータ振動とスロット開口率の関係図。
【図１１】図１０におけるモータ振動要因の関係図。
【図１２】図１１における転流トルクリプルの説明図。
【符号の説明】
１…積層鉄心、１Ａ，１Ｂ，２０Ａ…素形積層鉄心、２…固定子コイル、３，３Ａ，２１ａ，２１ｂ，３１，３２…変形圧吸収空間、５…スロット空間、１１…内周継鉄部、１２…歯部、１３…歯部の根本、１４，１４ａ，１４ｂ，２１Ａ…つなぎ片。
【図１】
0003551732.tif 000002
【図２】
0003551732.tif 000003
【図３】
0003551732.tif 000004
【図４】
0003551732.tif 000005
【図５】
0003551732.tif 000006
【図６】
0003551732.tif 000007
【図７】
0003551732.tif 000008
【図８】
0003551732.tif 000009
【図９】
0003551732.tif 000010
【図１０】
0003551732.tif 000011
【図１１】
0003551732.tif 000012
【図１２】
0003551732.tif 000013