JPH0984282A - 電動機の固定子及び電動機の固定子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 励磁巻線の占積率（巻線密度）を向上させる
ことができ、しかも磁気損失の小さい電動機の固定子、
及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 モータ２の固定子４は、内周面に８個の
極歯８が等間隔に設けられた固定子コア１０と、各極歯
８に夫々嵌装された励磁コイル１２とからなり、固定子
コア１０は、各極歯８毎に均等な形状に分割されたコア
ブロック１８と、このコアブロック１８が焼き填められ
る鋼管２０とにより構成されている。鋼管２０に焼き填
めされたコアブロック１８の分割面１９ａ，１９ｂは、
互いに密着する方向に強力に押圧されるため、分割面１
９ａ，１９ｂでの磁気損失が小さくなる。また、コアブ
ロック１８を分割した状態にて、励磁コイル１２の巻装
作業ができるため、励磁コイル１２の形状を任意に形成
することができ、固定子４における励磁コイル１２間の
空間を極めて小さくできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種産業機器に使
用される電動機（モータ）の固定子に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えばステッピングモータに
おいては、図２（Ａ）に示すように、内周面の円周方向
に沿って等間隔に、磁極となる複数の極歯Ｈが中心軸方
向に向けて突設された円筒状の固定子コア（ステータコ
ア）ＳＣと、その各極歯Ｈの周囲に夫々巻装された励磁
巻線（励磁コイル）ＣＬとから、固定子（ステータ）Ｓ
１が構成されており、その固定子Ｓ１の内部に図示しな
い回転子（ロータ）が回転自在に配置されるようになっ
ている。尚、図２（Ａ）は固定子Ｓの平面断面図を表し
ている。

【０００３】ここで、従来のステッピングモータにおい
て、固定子Ｓ１を製作する際には、図２（Ａ）の点線で
示すように、各極歯Ｈに夫々嵌装可能な同一リング形状
の励磁巻線ＣＬを固定子コアＳＣとは別個に予め成形し
ておき、その励磁巻線ＣＬを、図２（Ａ）の矢印で示す
ように、各極歯Ｈに夫々嵌め込むといった方式を採用し
ている。尚、エナメル線（エナメルによって被覆された
銅線）等を極歯Ｈに直接巻くことによって励磁巻線ＣＬ
を形成する方法もあるが、この方法は、極歯Ｈ間の寸法
が比較的大きくないと用いることができない。

【０００４】しかしながら、上記従来のモータでは、図
２（Ｂ）の斜線部Ｋに示すように、隣接する極歯Ｈに嵌
装された励磁巻線ＣＬ間の空間が多くなってしまい、励
磁巻線ＣＬの巻線密度（即ち励磁巻線ＣＬの占積率）を
大きくすることができず、延いては、モータの出力（ト
ルク）を向上させることができなかった。

【０００５】この問題を解決するものとして、例えば、
特開平７−７８７５号公報には、図３（Ａ）に示すよう
に、極歯Ｈ毎に分割されたコアブロックＣＢを円環状に
連結し、連結部分を溶接Ｍして固着することにより構成
された固定子Ｓ２が開示されている。

【０００６】この固定子Ｓ２では、図３（Ｂ）に示すよ
うに、コアブロックＣＢを連結する前に、予め各コアブ
ロックＣＢ毎に、極歯Ｈに励磁巻線ＣＬを巻装できるの
で、励磁巻線ＣＬの形状を任意に形成することができ
る。従って、ここでは、励磁巻線ＣＬの形状を、固定子
Ｓ２の軸方向に直交する方向の断面形状が、極歯Ｈの先
端側の寸法よりもヨーク側の寸法の方が大きい略扇状に
すれば、コアブロックＣＢを連結して固定子Ｓ２を組み
立てた際に、図２（Ｂ）に示した空間Ｋは、励磁巻線Ｃ
Ｌによって占有されることになるため、励磁巻線ＣＬの
占積率を大きくすることができる。

【０００７】また、一方では、図４（Ａ）に示すよう
に、各極歯Ｈを固定子コアＳＣの中心部側の端部にて連
結した形状に形成された内側コアＣＩと、円筒状に形成
され、内側コアＣＩの周囲にヨークを形成するための外
側コアＣＯとからなり、外側コアＣＯに内側コアＣＩを
焼き填めすることで組み立てられる固定子Ｓ３が知られ
ている。

【０００８】この固定子Ｓ３では、図４（Ｂ）に示すよ
うに、内側コアＣＩを外側コアＣＯに焼き填めする前
に、各極歯Ｈに、励磁巻線ＣＬを巻装するものであり、
各極歯Ｈ間は、互いに連結されていない側の端部ほど広
い。従って、極歯Ｈに嵌挿可能なリング形状の励磁巻線
ＣＬを予め形成し、しかも、その固定子Ｓ３の軸方向に
直交する方向の断面形状を、極歯Ｈの連結された端部側
の寸法よりも開放端側の寸法の方が大きい略扇状に形成
すれば、この励磁巻線ＣＬを各極歯Ｈに嵌め込むことに
より、図２（Ｂ）に示した空間Ｋは、励磁巻線ＣＬによ
って占有されることになるため、励磁巻線ＣＬの占積率
を大きくすることができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前者の固定子
Ｓ２の場合、溶接が行われることにより、固定子Ｓ２に
おける磁気損失が増大し、延いては、この固定子Ｓ２に
て形成されるモータの出力を劣化させてしまうという問
題があった。

【００１０】即ち、図５に示すように、固定子コアＳＣ
は、うず電流を防止するために、通常、０．３５〜０．
５ｍｍ程度の厚さに成形され表面に絶縁層が形成された
珪素鋼板Ｂを積層してなる積層鉄心にて構成されるので
あるが、固定子Ｓ２では、溶接部分Ｍにうず電流が流れ
てしまい、磁気損失が増大してしまうのである。

【００１１】また、それだけでなく、この固定子Ｓ２で
は、溶接部分Ｍの近傍は、溶接時の加熱により、いわゆ
る焼鈍された状態となり、透磁率が変化し磁気的な歪が
生じて磁路が乱れるため、これによっても磁気損失が増
大し、更には、溶接により互いに連結されたコアブロッ
クＣＢの分割面は、密着度が低く、場合によっては、図
に示すように、隙間Ｅが生じてしまうこともあり、その
結果、分割面での磁気抵抗が大きくなるため、これによ
っても磁気損失が増大してしまうのである。

【００１２】一方、後者の固定子Ｓ３の場合は、極歯Ｈ
が、図示しない回転子に対向する側の端部にて互いに連
結されているため、極歯Ｈ間で磁束漏れが発生し、その
結果、モータの出力を劣化させてしまうという問題があ
った。また、外側コアＣＯ及び内側コアＣＩが積層鉄心
にて構成されている場合、焼き填めという、迅速に行わ
れなければならない作業において、全ての極歯Ｈにて、
積層された珪素鋼板の層を一致させることは困難であ
り、外側コアＣＯと内側コアＣＩとで鋼板の層がずれて
しまうと、磁路が乱されて磁気損失が増大するという問
題もあった。

【００１３】本発明は、上記問題点を解決するために、
励磁巻線の占積率を向上させることができ、しかも磁気
損失の小さい電動機の固定子、及びその製造方法を提供
することを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
になされた請求項１に記載の発明は、円筒状に形成され
ると共に、その内周面の円周方向に沿って等間隔に、磁
極となる複数の極歯が中心軸方向に向けて突設された固
定子コアと、前記各極歯の周囲に夫々巻装された励磁巻
線と、を備える電動機の固定子において、前記固定子コ
アは、該固定子コアを各極歯毎に分割してなる分割コア
と、円筒状に連結された上記分割コアを外周側から押圧
して、該分割コアの連結状態を保持する円環状の固定部
材と、からなることを特徴とする。

【００１５】このように構成された請求項１に記載の電
動機の固定子においては、固定部材が、円筒状に連結さ
れた分割コアを、その外周側から押圧し、分割コアの連
結状態を保持する。この時、分割コアの各分割面は互い
に密着する方向に押圧される。

【００１６】つまり、分割コアの全ての分割面が確実に
密着するため、分割面における磁気抵抗が小さくなり、
しかも、分割面にハンダが施されていないので、分割面
にてうず電流が流れることもない。従って、本発明の電
動機の固定子によれば、磁気損失が小さいので、効率よ
く磁束を発生させることができ、延いては、当該固定子
を用いることにより、効率のよい電動機を得ることがで
きる。

【００１７】また、本発明によれば、固定子コアが、分
割コアを連結することにより構成されているため、分割
コアを連結する前に、各分割コアの極歯に、励磁巻線を
予め巻装することができる。その結果、励磁巻線を巻装
する作業性が向上するだけでなく、励磁巻線を任意な形
状で形成できるため、励磁巻線の占積率を大きくするこ
とができ、延いては、当該固定子を用いた電動機の出力
を向上させることができる。

【００１８】更に、本発明によれば、固定子コアが分割
コアにて構成されているため、分割コアを製造するため
のプレス装置を、一体成形の固定子コアを製造する場合
に比べて小型化できると共に、プレス装置にてプレスさ
れる母材も小型化できる。また、分割コアは比較的単純
な形状をしているため、母材を有効に使用できる。

【００１９】次に、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の電動機の固定子において、前記固定部材は、円
筒状に連結された前記分割コアを焼き填めする鋼管から
なることを特徴とする。このように構成された請求項２
に記載の電動機の固定子によれば、円筒状に連結された
分割コアを、簡単かつ強力に押圧保持することができ、
分割コアの分割面における磁気損失をより確実に低減す
ることができる。

【００２０】なお、本発明において固定部材は、図４に
示した従来装置の外側コアＣＯとは異なり、磁路を形成
するためのものではないため、積層鉄心にて構成する必
要がなく、構成の単純な鋼管を使用することができるの
である。また次に、請求項３に記載の発明は、請求項１
または請求項２に記載の電動機の固定子において、前記
分割コアの各分割面には、該分割コアを円筒状に連結し
た時に、互いに嵌合し合う凹部及び凸部が夫々形成され
ていることを特徴とする。

【００２１】このように構成された請求項３に記載の電
動機の固定子によれば、分割コア間の接触面積が大きく
なるので、分割面における磁気抵抗が小さくなり、即ち
分割面での磁気損失をより低減することができる。ま
た、分割コアを円筒状に連結する際に、各分割面に形成
された凹部及び凸部を嵌合させ合うことにより、分割コ
アを容易に連結形状とすることができ、当該固定子組立
の作業性を向上させることができる。

【００２２】次に、請求項４に記載の発明は、請求項１
ないし請求項３のいずれかに記載の電動機の固定子にお
いて、前記分割コアの分割面には、透磁性接着剤が塗布
されていることを特徴とする。

【００２３】このように構成された請求項４に記載の電
動機の固定子によれば、例えば、分割コアの製造精度が
悪かったり、分割コアの分割面が何等かの理由で欠けて
おり、分割コアを連結した時に、分割面間に隙間が生じ
てしまったとしても、透磁性接着材によりこの隙間は埋
められるため、分割面における磁気損失が大きく劣化す
ることがなく、当該固定子の信頼性を向上させることが
できる。

【００２４】また、分割コアを円筒状に連結する際に、
固定部材を取り付ける前であっても、連結形状を保持す
ることができ、当該固定子組立の作業性をより向上させ
ることができる。なお、透磁性接着材としては、例え
ば、接着剤にフェライト等の磁性材料の粉末を混入させ
たものを使用することができる。特に、混入する磁性材
料は、接着剤を塗布した部分にうず電流が流れることが
ないように、できるだけ電気抵抗の大きなものを使用す
ることが望ましい。

【００２５】一方、請求項５に記載の発明は、請求項２
に記載の電動機の固定子を製造するための製造方法であ
って、前記分割コアが個々に分割された状態にて、各分
割コアの極歯に励磁巻線を巻装し、励磁巻線が巻装され
た分割コアを円筒状に連結し、その後、円筒状に連結さ
れた分割コアを、該連結された分割コアの外径よりわず
かに小さな内径を有する鋼管に焼き填めすること、を特
徴とする。

【００２６】そして、このような請求項５に記載の製造
方法によれば、請求項２に記載の電動機の固定子を得る
ことができる。しかも、分割コアを連結する前に各極歯
に励磁巻線を巻装しているので、励磁巻線を自由な形状
に巻装することができ、その結果、固定子における励磁
巻線の占積率を向上させることができ、延いては、高出
力の電動機を得ることができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を図面と共
に説明する。図１（Ａ）は、実施例のステッピングモー
タ２の平面断面図である。図１（Ａ）に示すように、ス
テッピングモータ２は、円筒状の固定子４と、固定子４
内に回転自在に配置された回転子６とから構成されてい
る。

【００２８】そして、固定子４は、円筒状に形成される
と共に、その内周面の円周方向に沿って複数（本実施例
では８個）の極歯８（８ａ〜８ｈ）が等間隔に設けられ
た固定子コア１０と、固定子コア１０の各極歯８ａ〜８
ｈの周囲に夫々巻装された励磁コイル１２（１２ａ〜１
２ｈ）とから構成されており、励磁コイル１２が巻装さ
れた各極歯８によって４相８極の磁極が形成されてい
る。

【００２９】一方、回転子６は、その外周部に６個の等
間隔な歯部１４を有する積層鉄心からなり、その中央の
軸部１６は、固定子４の側部で軸受け（図示省略）を介
して回転自在に支持されている。つまり、本実施例のス
テッピングモータ２は、固定子４側の極歯８のピッチと
回転子６側の歯部１４のピッチとが１５°ずつずれてお
り、極歯８に回転磁界が発生するように各励磁コイル１
２への通電状態を切り換えると、回転子６が極歯８から
の電磁吸引力によって回転する、所謂可変リラクタンス
形（ＶＲ形）の構成を有している。

【００３０】ここで、固定子コア１０は、各極歯８ａ〜
８ｈ毎に均等な形状に分割された積層鉄心からなるコア
ブロック１８（１８ａ〜１８ｈ）と、このコアブロック
１８の外周を包囲する銅製の鋼管２０とにより構成され
ている。このうち、コアブロック１８は、図１（Ｂ）に
示すように、ヨークの一部を構成する円弧部分の中央部
から円弧の中心に向けて極歯８が突出した略Ｔ字形状を
しており、円弧部分の両端に位置する分割面１９ａ，１
９ｂは、他のコアブロック１８の分割面１９ｂ，１９ａ
と互いに嵌合し合うように、一方の分割面１９ａは凸状
に、他方の分割面１９ｂは凹状に形成されている。

【００３１】一方、固定子コア１０の各極歯８に夫々巻
装された励磁コイル１２は、固定子コア１０の軸方向に
直交する方向の断面形状が、極歯Ｈの先端側の寸法より
固定子コア１０のヨーク側の寸法が大きい略扇形状に形
成されている。尚、励磁コイル１２は、上記断面形状を
有するリング状のコイルスプール２２に、エナメル線Ｄ
を巻回することによって、コアブロック１８とは別個に
成形されている。そして、各励磁コイル１２は、コイル
スプール２２の中空部２２ａを極歯８に夫々嵌め込むこ
とで、各極歯８に夫々巻装されている。

【００３２】上記のような固定子４は、次のようにして
作製される。まず、各コアブロック１８ａ〜１８ｈの極
歯８ａ〜８ｈに、断面略扇形状の励磁コイル１２ａ〜１
２ｈを夫々嵌装する。そして、この励磁コイル１２が嵌
挿されたコアブロック１８の分割面１９ａ，１９ｂに透
磁性接着剤を塗布し、凸状に形成された分割面１９ａ
を、他のコアブロック１８の凹状に形成された分割面１
９ｂに嵌合させて接着し、これを順次行うことにより、
８個のコアブロック１８ａ〜１８ｈを連結して円筒状の
コアブロック１８を形成する。

【００３３】なお、コアブロック１８を連結する際に
は、コアブロック１８を構成する積層鉄心の各層が、全
て互いに一致するように連結する。そして、この円筒状
に連結されたコアブロック１８を、この連結されたコア
ブロック１８の外径より僅かに小さな内径を有する鋼管
２０に焼き填めする。即ち、鋼管２０を加熱して、その
内径が、円筒状に連結されたコアブロック１８の外径よ
り大きくなるように膨張させた状態で、鋼管２０の内側
にコアブロック１８を填め込む。その後、鋼管２０を冷
却すると、収縮した鋼管２０が、円筒状に連結されたコ
アブロック１８を外周側から押圧するため、コアブロッ
ク１８の連結形状が保持され、これによって、固定子４
の組立が完了する。

【００３４】以上のように構成された本実施例のステッ
ピングモータ２において、各極歯８に嵌挿された励磁コ
イル１２は、固定子コア１０の軸方向に直交する方向の
断面形状が略扇状に形成されている。従って、本実施例
の固定子４によれば、図２（Ｂ）の斜線Ｋに示したよう
な空間は、励磁コイル１２によって占有されることとな
るため、励磁コイル１２の占積率を大きくすることがで
き、その結果、当該固定子４を用いたステッピングモー
タ２の出力を向上させることができる。

【００３５】また、本実施例によれば、固定子コア１０
が、極歯８毎に分割されたコアブロック１８からなり、
励磁コイル１２は、コアブロック１８を個々に分割した
状態にて、極歯８に巻装することができるため、巻装作
業を容易に行うことができる。しかも、励磁コイル１２
は、予めコイルスプール２２にエナメル線Ｄを所定形状
に巻回することにより構成されたものを、極歯８に嵌挿
するだけであるため、極めて作業性がよい。

【００３６】また、本実施例においては、コアブロック
１８の分割面１９ａ，１９ｂが凹凸形状にされ、互いに
連結されるコアブロック１８間の接触面積が広くされて
いると共に、鋼管２０に焼き填められたコアブロック１
８は、分割面１９ａ，１９ｂが互いに密着する方向に強
力に押圧される。

【００３７】従って、本実施例によれば、分割面１９
ａ，１９ｂでの磁気抵抗が小さくなり、即ち、分割面で
の磁気損失が小さいため、固定子４は、効率よく磁束を
発生させることができ、ステッピングモータ２の性能を
向上させることができる。また、本実施例によれば、コ
アブロック１８の分割面１９ａ，１９ｂに透磁性接着剤
が塗布されているので、製造時に何等かの原因で分割面
１９ａ，１９ｂ間に隙間が生じてしまったとしても、透
磁性接着剤が、この隙間を埋めてしまうため、隙間の生
じた分割面１９ａ，１９ｂでの磁気損失を大きく増大さ
せてしまうことがなく、固定子４の信頼性を向上させる
ことができる。

【００３８】更に、本実施例によれば、分割面１９ａ，
１９ｂが凹凸状に形成され、分割面１９ａ，１９ｂには
透磁性接着剤が塗布されることにより、鋼管２０の焼き
填めを行う前であっても、コアブロック１８の連結状態
を容易に保持することができるため、固定子４の組立作
業を容易に行うことができる。

【００３９】また更に、本実施例では、固定子コア１０
が極歯８毎に分割されたコアブロック１８にて構成され
ているため、コアブロック１８を製造するためのプレス
装置を、一体成形の固定子コアを製造する場合に比べて
小型化できると共に、プレス装置にてプレスされる母材
も小型化できる。また、コアブロック１８は、比較的単
純な形状（略Ｔ字形状）をしているため、母材を有効に
使用できる。

【００４０】以上、本発明の一実施例について説明した
が、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本
発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて
実施することができる。例えば、上記実施例では、励磁
コイル１２を極歯８に対して嵌装可能に形成したが、極
歯８にエナメル線Ｄを直接巻くことによって励磁コイル
１２を形成するようにしてもよい。

【００４１】また、上記実施例においては、エナメル線
Ｄをコイルスプール２２に巻回することで励磁コイル１
２を成形したが、励磁コイル１２は、コイルスプール２
２を用いずに、エナメル線Ｄだけによってリング状に成
形するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例のステッピングモータの構成を表す説
明図である。

【図２】 従来のモータの固定子の構成を表す説明図で
ある。

【図３】 励磁巻線の占積率を向上させた従来のモータ
の固定子の構成を表す説明図である。

【図４】 励磁巻線の占積率を向上させた従来のモータ
の固定子の他の構成を表す説明図である。

【図５】 図３に示す固定子の問題点を表す説明図であ
る。

【符号の説明】

２…ステッピングモータ ４…固定子 ６…回
転子 ８（８ａ〜８ｈ）…極歯 １０…固定子コア １２（１２ａ〜１２ｈ）…励磁コイル １４…歯部
１６…軸部 １８（１８ａ〜１８ｈ）…コアブロック １９ａ，１
９ｂ…分割面 ２０…鋼管 ２２…コイルスプール

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒状に形成されると共に、その内周面
   の円周方向に沿って等間隔に、磁極となる複数の極歯が
   中心軸方向に向けて突設された固定子コアと、 前記各極歯の周囲に夫々巻装された励磁巻線と、 を備える電動機の固定子において、 前記固定子コアは、 該固定子コアを各極歯毎に分割してなる分割コアと、 円筒状に連結された上記分割コアを外周側から押圧し
   て、該分割コアの連結状態を保持する円環状の固定部材
   と、 からなることを特徴とする電動機の固定子。
2. 【請求項２】 前記固定部材は、円筒状に連結された前
   記分割コアを焼き填めする鋼管からなることを特徴とす
   る請求項１に記載の電動機の固定子。
3. 【請求項３】 前記分割コアの各分割面には、該分割コ
   アを円筒状に連結した時に、互いに嵌合し合う凹部及び
   凸部が夫々形成されていることを特徴とする請求項１ま
   たは請求項２に記載の電動機の固定子。
4. 【請求項４】 前記分割コアの分割面には、透磁性接着
   剤が塗布されていることを特徴とする請求項１ないし請
   求項３のいずれかに記載の電動機の固定子。
5. 【請求項５】 請求項２に記載の電動機の固定子を製造
   するための製造方法であって、 前記分割コアが個々に分割された状態にて、各分割コア
   の極歯に励磁巻線を巻装し、 励磁巻線が巻装された分割コアを円筒状に連結し、 その後、円筒状に連結された分割コアを、該連結された
   分割コアの外径よりわずかに小さな内径を有する鋼管に
   焼き填めすること、 を特徴とする電動機の固定子の製造方法。