(57)【要約】【課題】  本発明は、硅素鋼板シートに帯状に製造したバックヨークを螺旋状に積層した後、該バックヨークの内面に磁性鉄粉末により成形されたポールを差し込んで組立てることで、製造原価を減らしてB-H特性と鉄損特性を向上し得る無整流子直流電動機の固定子製造方法及びその方法により製造された無整流子直流電動機の固定子を提供することを目的とする。【解決手段】  無整流子直流電動機の固定子製造方法において、硅素鋼板シートをパンチングして帯状のバックヨーク素材を製造する段階と、該バックヨーク素材を螺旋状に積層させて固定子のバックヨークを製造する段階と、磁性鉄粉末によりポールを製造する段階と、該ポールをバックヨークの内面に差し込んで、該ポールをバックヨークに組立てる段階と、ポールに絶縁紙を覆い被せる段階と、該絶縁紙が覆い被せられたポールの外周面にコイルを巻回する段階と、を順次行うことを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
硅素鋼板シートをパンチングして帯状のバックヨーク素材を製造する段階と、
該バックヨーク素材を螺旋状に積層させて固定子のバックヨークを製造する段階と、
磁性鉄粉末によりポールを製造する段階と、
該ポールを前記バックヨークの内面に差し込んで、該ポールを前記バックヨークに組立てる段階と、
前記ポールに絶縁紙を覆い被せる段階と、
該絶縁紙が覆い被せられた前記ポールの外周面にコイルを巻回する段階と、を順次行うことを特徴とする無整流子直流電動機の固定子製造方法。
【請求項２】
前記バックヨーク素材を製造する段階においては、該バックヨーク素材の内側に均等間隔に結合溝を形成し、前記ポールを形成する段階においては、前記結合溝に差し込まれ得るように前記ポールの端部に結合突起を形成することを特徴とする請求項１記載の無整流子直流電動機の固定子製造方法。
【請求項３】
前記バックヨークを製造する段階においては、前記バックヨークを円筒状に積層することを特徴とする請求項１記載の無整流子直流電動機の固定子製造方法。
【請求項４】
硅素鋼板シートをパンチングして帯状のバックヨーク素材を製造する段階と、
該バックヨーク素材を螺旋状に積層して固定子のバックヨークを製造する段階と、
磁性鉄粉末によりポールを製造する段階と、
ボビンにコイルを巻回する段階と、
該ボビンを前記ポールの外周面に組立てる段階と、
該ポールを前記バックヨークの内面に差し込んで、該ポールを前記バックヨークに組立てる段階と、を順次行うことを特徴とする無整流子直流電動機の固定子製造方法。
【請求項５】
前記バックヨーク素材を製造する段階においては、該バックヨーク素材の内側に均等間隔に結合突起を形成し、
前記ポールを形成する段階においては、前記結合突起が差し込まれ得るように該ポールの端部に結合溝を形成することを特徴とする請求項４記載の無整流子直流電動機の固定子製造方法。
【請求項６】
前記ポールを形成する段階においては、前記ポールの外周面にラウンディング部を形成することを特徴とする請求項２または４記載の無整流子直流電動機の固定子製造方法。
【請求項７】
前記ポールのラウンディング部の距離を、両端部の距離より相対的に小さく形成することを特徴とする請求項６記載の無整流子直流電動機の固定子製造方法。
【請求項８】
帯状の硅素鋼板シートが螺旋状に積層されたバックヨークと、
該バックヨークの内周面に均等間隔に形成された結合溝に差し込まれるポールと、
該ポールの外周面に絶縁紙を介在して巻回されたコイルと、を包含して構成されることを特徴とする無整流子直流電動機の固定子。
【請求項９】
帯状の硅素鋼板シートが螺旋状に積層されたバックヨークと、
該バックヨークの内周面に均等間隔に形成された結合溝に差し込まれるポールと、
該ポールの外周面に差し込まれるボビンと、
該ボビンの外周面に巻回されたコイルと、を包含して構成されることを特徴とする無整流子直流電動機。
【請求項１０】
前記バックヨークは、円筒状に積層されていることを特徴とする請求項８または９記載の無整流子直流電動機の固定子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無整流子直流電動機の固定子製造方法、及びその方法により製造された無整流子直流電動機の固定子に係るもので、詳しくは、硅素鋼板シートにより製造されたバックヨークを螺旋状に積層し、磁性鉄粉末により成形されたポールをバックヨークの内周面に差し込んで組立てることで、B-H特性と鉄損特性を向上し得る無整流子直流電動機の固定子製造方法及びその方法により製造された無整流子直流電動機の固定子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、無整流子直流電動機は、整流子を含まない電動機であって、回転子又は固定子の一方のみが電源に接続されていて、他の側は誘導によって作動する電動機を言う。
【０００３】
硅素鋼板シートからなる無整流子直流電動機においては、図１１及び図１２に示したように、ケーシングの役割をする電動機本体１０の内周面に沿って固定子２０が設置されていて、該固定子２０の中心部分には、回転軸４０を中心に回転子３０が回転可能に設置されていた。
【０００４】
また、固定子２０は、複数の硅素鋼板シートの積層構造から成るため、固定子２０の外周面にバックヨーク２１が形成され、該バックヨーク２１の内周面には、所定間隔を置いてポール(Pole)２２が複数形成されている。
【０００５】
また、固定子２０のバックヨーク２１とポール２２は、公知の技術であるプレス工法のパンチング工程により形成される。
【０００６】
また、各ポール２２の間には、スロット２３が所定間隔に複数形成され、これらポール２２の外周面とバックヨーク２１の内周面には、絶縁紙２５が覆い被せてあり、ポール２２の外周面にコイル２４が巻回されている。
【０００７】
このように構成された従来の硅素鋼板シートの積層構造を有する無整流子直流電動機の作動においては、コイル２４に電源が印加されると、該コイル２４に流れる電流により回転子磁界(rotating  magnetic  field:回転子を回転させ得る磁気場が及ぼす範囲)が発生し、回転子３０に誘導電流が発生する。
【０００８】
このようにして発生した回転子磁界と誘導電流との相互作用により、回転子３０に回転トルクが発生し、回転子３０と共に回転軸４０が回転する。
【０００９】
然し、従来の珪素鋼板シート構造の無整流子電動機の固定子においては、硅素鋼板シートをプレッシング及びパンチングしてバックヨーク２１とポール２２を形成するため、パンチング工程時、バックヨーク２１とポール２２を除外した残りの部分は、捨てられる破片であるスクラップ(Scrap)となってたくさん発生し、材料硅素鋼板シートの損失があまりにも大きいという不都合な点があった。
【００１０】
このような問題点を解決するために、近来は、磁性鉄粉末を金型に注入して焼結させることにより、所望の部品を製造する粉末冶金工法が開始されている。
【００１１】
磁性鉄粉末により成形された従来の無整流子直流電動機の固定子５０においては、図１３に示したように、該固定子５０の外周面にバックヨーク５１が形成されていて、該バックヨーク５１の内周面には、一体にポール５２が均等間隔に複数形成されている。
【００１２】
磁性鉄粉末に成形された固定子５０の場合には、バックヨーク５１とポール５２をユーザーの望む形態に形成し得るし、ポール５２の外周面に巻回されるコイル５３の体積を減らし得るという長所があるが、図１２に図示された硅素鋼板シートの固定子２０に比べてB-H特性及び鉄損特性が劣るという不都合な点があった。
【００１３】
以下、図１４及び図１５を参照して、硅素鋼板シートと磁性鉄粉末に対するB-H特性及び鉄損特性に対し、比較説明する。
【００１４】
B-H特性においては、図１４に示したように、横軸は電界(H)(electric  field)を、縦軸は磁束密度(B)(flux  density)を、曲線(１)は硅素鋼板シートを、曲線(２)は磁性鉄粉末を示したものである。
電界１0,000-２0,000の区間で、磁束密度Bに関して曲線(２)が曲線(１)に比べて相対的に小さいことを確認することができる。
【００１５】
即ち、電界は電流に比例し、磁束密度は出力と比例するために、同様な電流供給時、磁性鉄粉末で形成された固定子を採択した電動機の出力が、硅素鋼板シートを採択した電動機の出力に比べて相対的に低いことを示している。
【００１６】
また、鉄損特性においては、図１５に示したように、横軸は磁束密度を、縦軸は鉄損失を、曲線(１)は硅素鋼板シートを、曲線(２)は磁性鉄粉末を示している。磁束密度の全区間における曲線(２)で示す鉄損失が曲線(１)で示す鉄損失に比べて相対的に大きいことが分かる。
【００１７】
従って、B-H特性と鉄損特性を考慮してみる時、磁性鉄粉末で形成された固定子を採択した電動機の出力の方が、硅素鋼板シートを採択した電動機の出力に比べて相対的に小さいことが分かる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
然るに、従来の硅素鋼板シートを用いた無整流子直流電動機においては、磁性鉄粉末により形成された従来の無整流子直流電動機より相対的にB-H特性と鉄損特性が優秀であるが、スクラップがたくさん発生するので、硅素鋼板シートの材料損失が大きくなるという不都合な点があった。
【００１９】
また、磁性鉄粉末で形成された従来の無整流子直流電動機においては、スクラップが発生しなくて材料損失は無くなるが、硅素鋼板シートにより製造された従来の無整流子直流電動機より相対的にB-H特性と鉄損特性が劣るので、出力及び効率が低下するという不都合な点があった。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、このような不都合な点に鑑みて成されたもので、 硅素鋼板シートを用いてバックヨークを帯状に製造し、該バックヨークを螺旋状に積層した後、該バックヨークの内面に磁性鉄粉末により形成されたポールを差し込んで組立てることで、製造原価を減らしてB-H特性と鉄損特性を向上し得る無整流子直流電動機の固定子製造方法、及びその方法により製造された無整流子直流電動機の固定子を提供することを目的とする。
【００２１】
この目的を達成するため、本発明の第１実施形態に係る無整流子直流電動機の固定子製造方法においては、固定子のバックヨークをプレス工程で製造し、固定子のポールを粉末冶金工程で製造した後、これらを組立てて固定子を完成することで、プレス工程の長所と粉末冶金工程の長所を生かすもので、硅素鋼板シートをパンチングして帯状のバックヨーク素材を製造する段階と、バックヨーク素材を螺旋状に積層して固定子のバックヨークを製造する段階と、磁性鉄粉末を成形焼結させて固定子のポールを製造する段階と、該ポールをバックヨークの内面に差し込んで、該ポールをバックヨークに組立てる段階と、該ポールに絶縁紙を覆い被せる段階と、絶縁紙が覆い被せられた該ポールの外周面にコイルを巻回する段階と、を順次行うことを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の第１実施形態に係る無整流子直流電動機の固定子製造方法により製造された固定子においては、帯状の硅素鋼板シートが螺旋状に積層されたバックヨークと、該バックヨークの内周面に均等間隔に形成された結合溝に差し込まれるポールと、該ポールの外周面に絶縁紙を介在して巻回されるコイルと、を包含して構成されることを特徴とする。
【００２３】
一方、本発明の他の実施形態に係る無整流子直流電動機製造方法においては、硅素鋼板シートをパンチングして帯状のバックヨーク素材を製造する段階と、該バックヨーク素材を螺旋状に積層させて固定子のバックヨークを製造する段階と、磁性鉄粉末によりポールを製造する段階と、ボビンにコイルを巻回する段階と、該ボビンをポールの外周面に組立てる段階と、該ポールをバックヨークの内面に差し込んで、該ポールをバックヨークに組立てる段階と、を順次行うことを特徴とする。
【００２４】
本発明の他の実施形態に係る無整流子直流電動機の固定子製造方法により製造された固定子においては、帯状の硅素鋼板シートが螺旋状に積層されたバックヨークと、該バックヨークの内周面に均等間隔に形成された結合突起に差し込まれるポールと、該ポールの外周面に差し込まれるボビンと、該ボビンの外周面に巻回されるコイルと、を包含して構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
以上、説明したように、このように構成された本発明の他の実施形態に係る無整流子直流電動機の固定子２００においては、スクラップによる材料の損失を低減し得るし、B-H特性及び鉄損特性を向上し得るという効果がある。
【００２６】
また、絶縁紙を使用することなく、ボビンを使用することでコイル巻回工程において作業性及び組立性を向上し得るという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、添付された図面を参照して本発明の実施形態に係る無整流子直流電動機について説明する。
【００２８】
本発明の第１実施形態に係る無整流子直流電動機の固定子製造方法においては、プレス工法により硅素鋼板シートをパンチングして帯状のバックヨーク素材を製造する段階(S１)と、該バックヨーク素材を螺旋状に積層させて固定子のバックヨークを製造する段階(S２)と、磁性鉄粉末で固定子のポールを製造する段階(S３)と、該ポールをバックヨークの内面に差し込んで、該ポールをバックヨークに組立てる段階(S４)と、該バックヨークの内周面とポールの外周面に絶縁紙を覆い被せる段階(S５)と、該絶縁紙が覆い被せられたポールの外周面にコイルを巻回する段階(S６)と、を順次行う。
【００２９】
また、上記したバックヨーク素材を製造する段階においては、図２(A)に示したように、ベース金型１上に置かれた珪素鋼板シート３を可動金型２にプレッシング及びパンチングして硅素鋼板シート３を帯状のバックヨーク素材１１０'に製造する。この時、図２(B)に示したように、バックヨーク素材１１０'の一方の側面に均等間隔に結合溝１１０aを形成する。
【００３０】
また、バックヨークを製造する段階においては、図３（A）に示したように、図２（B）のバックヨーク素材１１０'を螺旋状に巻回しながら積層させて内周面に結合溝１１０aが位置される円筒状のバックヨーク１１０を製造する。
【００３１】
ポールを製造する段階においては、図２(B)に示したように、粉末冶金工法によりポール１２０を製造する。即ち、磁性鉄粉末をポール状の金型(図示されず)の中に注入した後、焼結させてポール１２０を製造する。
【００３２】
該ポール１２０の形状において、ポール１２０の一方側の端部には、結合突起１２１を形成して中間部の外周面にはラウンディング部１２２を形成する。
【００３３】
ポール１２０をバックヨーク１１０に組立てる段階においては、図３(C)に示したように、ポール１２０の結合突起１２１をバックヨーク１１０の内面に形成された結合溝１１０aに差し込んで、ポール１２０をバックヨーク１１０に組立てる。
【００３４】
ポール１２０に絶縁紙を覆い被せる段階においては、図４(A)に示したように、上記したコイル１４０がポール１２０とバックヨーク１１０に直接的に接触しないように、ポール１２０の外周面であるラウンディング部１２２及びバックヨーク１１０の内周面に絶縁紙１３０を覆い被せる。
【００３５】
絶縁紙１３０が覆い被せられたポールの外周面にコイルを巻回する段階においては、図４(B)に示したように、通常的な方法によりポール１２０の外周面にコイル１４０を巻回して固定子１００を完成する。
【００３６】
本発明の第１実施形態に係る無整流子直流電動機の固定子製造方法により製造された固定子１１０においては、図５に示したように、帯状の硅素鋼板シートが螺旋状に積層されて、円筒状上にバックヨーク１１０が形成され、該バックヨーク１１０の内周面に均等間隔に形成された結合溝１１０aにポール１２０の結合突起１２１が挟まれて、ポール１２０の外周面及びバックヨーク１１０の内周面に絶縁紙１３０が巻回され、ポール１２０の外周面にコイル１４０が巻回されている。
【００３７】
また、ポール１２０の外周面には、ラウンディング部１２２が形成されていて、該ラウンディング部１２２の距離dは両端部の距離Dより相対的に小さく形成されているため、ラウンディング部１２２に巻回されるコイル１４０は、その体積を小さくすることができる。
【００３８】
このように構成された本発明の第１実施形態に係る無整流子直流電動機の固定子製造方法により製造された固定子１００においては、プレス工法にてバックヨーク１１０を形成し、粉末冶金工法にてポール１２０を製造した後、該ポール１２０をバックヨーク１１０に組立てることで、スクラップによる材料の損失を低減し得るし、B-H特性及び鉄損特性を向上させることができる。
【００３９】
一方、図６は、本発明の他の実施形態に係る無整流子直流電動機の固定子製造工程を示したブロック図で、図７(A)，(B)、図８(A)〜(C)及び図９(A)，(B)は、本発明の他の実施形態に係る無整流子直流電動機の固定子の製造工程図である。
【００４０】
本発明の他の実施形態に係る無整流子直流電動機の固定子製造方法においては、図６に示したように、硅素鋼板シートをパンチングして帯状のバックヨーク素材を製造する段階(S１０)と、該バックヨーク素材を螺旋状に積層して固定子のバックヨークを製造する段階(S２０)と、磁性鉄粉末によりポールを製造する段階(S３０)と、ボビンの外周面にコイルを巻回する段階(S４０)と、ボビンをポールに締結する段階(S５０)と、該ボビンが挟まれたポールをバックヨークに組立てる段階(S６０)と、を順次行うことを特徴とする。
【００４１】
ポールの外周面には、ラウンディング部１２２が形成されていて、該ラウンディング部１２２の距離ｄは両先端部の距離Dより相対的に小さく形成されているため、ラウンディング部１２２に巻回されるコイル１４０は、その体積を小さくすることができる。
【００４２】
このように、構成された本発明の第１実施形態に係る無整流子直流電動機の固定子製造方法により製造された固定子においては、プレス工法によりバックヨーク１１０を形成し、粉末冶金工法によりポール１２０を製造した後、該ポール１２０をバックヨークに組立てることで、スクラップによる材料の損失を低減し得るし、B-Hと特性及び鉄損特性を向上させることができる。
【００４３】
前述したバックヨーク素材を製造する段階においては、図７(A)に示したように、ベース金型１上に置かれた珪素鋼板シート３を可動金型２によりプレッシング及びパンチングして硅素鋼板シート３を帯状のバックヨーク素材２１０'を製造する。この時、図７(B)に示したように、バックヨーク素材２１０'の一方の側面に均等間隔に結合突起２１０aを形成する。
【００４４】
また、バックヨークを製造する段階においては、図８(A)に示したように、帯状のバックヨーク素材を螺旋状に巻きながら積層させて内周面に結合突起２１０aが位置する円筒状のバックヨーク２１０を製造する。
【００４５】
また、ポールを製造する段階においては、 図８(B)に示したように、粉末冶金工法により磁性鉄粉末をポール状を有する金型(図示されず)の内部に注入した後に焼結させてポール２２０を製造する。
【００４６】
ポールの形状においては、ポール２２０の一方側の端部には、結合突起２１０aが差し込まれる結合溝２２１が形成され、中間部の外周面にはラウンディング部２２２が形成される。
【００４７】
また、ボビンの外周面にコイルを巻回する段階においては、 図８(C)に示したように、図８(B)に図示されたポール２２０に嵌め得る筒状のボビン２３０の外周面にコイル２４０を巻回する。未説明符号２３０aは、挿入ホールを示している。
【００４８】
また、ボビン２３０をポール２２０に嵌める段階においては、 図９(A)に示したように、ポール２２０の端部２２０aをボビン２３０の挿入ホール２３０aに挿入させてポール２２０の外周面にボビン２３０を嵌める。
【００４９】
また、ボビンが挟まれたポールをバックヨークに組立てる段階においては、図９(B)に示したように、ポール２２０の結合溝２２１にバックヨーク２１０の結合突起２１０aが差し込まれるようにして、ポール２２０をバックヨーク２１０の内周面に組立てて固定子２００を完成する。
【００５０】
本発明の他の実施形態に係る無整流子直流電動機の固定子２００においては、 図１０に示したように、帯状の硅素鋼板シートが螺旋状に積層されてバックヨーク２１０が形成され、該バックヨーク２１０の内周面に均等間隔に形成された結合溝２１０aにポール２２０が挟まれていて、該ポール２２０の外周面にボビン２３０が挟まれていて、該ボビン２３０の外周面にはコイル２４０が巻回されている。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る無整流子直流電動機の固定子製造工程を示したブロック図である。
【図２】(A)，(B)は本発明の第１実施形態に係る無整流子直流電動機の固定子製造工程図である。
【図３】(A)〜(C)は本発明の第１実施形態に係る無整流子直流電動機の固定子製造工程図である。
【図４】(A)，(B)は本発明の第１実施形態に係る無整流子直流電動機の固定子製造工程図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る無整流子直流電動機の固定子製造方法により製造された固定子を示した平面図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る無整流子直流電動機の固定子製造工程を示したブロック図である。
【図７】(A)，(B)は本発明の他の実施形態に係る無整流子直流電動機の固定子製造工程図である。
【図８】(A)〜(C)は本発明の他の実施形態に係る無整流子直流電動機の固定子製造工程図である。
【図９】(A)，(B)は本発明の他の実施形態に係る無整流子直流電動機の固定子製造工程図である。
【図１０】本発明の他の実施形態に係る無整流子直流電動機の固定子製造方法により製造された固定子を示した平面図である。
【図１１】硅素鋼板シートの従来の無整流子直流電動機を示した種断面図である。
【図１２】硅素鋼板シートの従来の無整流子直流電動機の固定子を示した平面図である。
【図１３】磁性鉄粉末により成形された従来の無整流子直流電動機の固定子を示した平面図である。
【図１４】B-H特性を示したグラフである。
【図１５】鉄損特性を示したグラフである。
【符号の説明】
【００５２】
１００、２００    無整流子直流電動機の固定子
１１０、２１０    バックヨーク
１２０、２２０    ポール
１１０a    結合溝
２１０a    結合突起
１３０    絶縁紙
２３０    ボビン
１４０、２４０    コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2005261183.tif 000012
【図１１】
2005261183.tif 000013
【図１２】
2005261183.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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