JP2006014436A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】 圧粉磁心を用いたモータにおいて鉄損を小さくすることができると共に、導線の絶縁被覆の損傷を抑制できるモータを提供する。
【解決手段】 複数の磁極部材10を有するステータ1と、磁性部材（磁石230）を有してステータ1に対して回転されるロータ2とを有するモータである。各磁極部材10は、円筒面を有する圧粉磁心110と、この円筒面に巻き付けられたコイル120とを有する。これらの圧粉磁心110は互いに独立した磁気回路を有するように配置されている。そして、この圧粉磁心110の両端に形成される磁極部111はロータの磁石230に対向可能に配されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、モータに関するものである。特に、圧粉磁心を用いていながら鉄損を小さくできるモータに関するものである。

近年、電気自動車や、バッテリとエンジンとを併用したハイブリッドカーの開発が進んでいる。このような自動車は、車両の駆動にモータを用いている。通常、そのモータは、回転するロータと、固定されたステータとで構成される。この種のモータは各種電動機構の駆動用モータなどの他、回転動力が必要とされる種々の技術分野で広く利用されている。

そのうち、ステータは筒状のヨーク410の内側に、T型のティース420が複数突出したコア400を用いた構造が代表的である（例えば特許文献１）。図14に示すように、ヨーク410の内周側にティース420が一体化され、各ティース420の外側には絶縁被覆を有する導線を巻き付けてコイル450が形成される。ティース420のうち導線が巻回される箇所は、通常、断面が矩形に形成されている。

特開2004-40871号公報（図２）

しかし、上記のモータではコアの鉄損が大きいという問題があった。
従来のコアの鉄損が大きい理由は主に２つある。一つは、磁路長が長くなるためである。つまり、各ティースの一端側はヨークで連結されており、このヨークの部分にも磁力線が通過するため、その通過箇所で鉄損が発生することにより鉄損が大きくなる。

もう一つは、ヨークとティースの連結箇所がほぼ直角に形成されているため、この連結箇所で磁力線が急激に屈曲されて磁力線の集中を招き、その結果、鉄損が増加する。

特に、特許文献１のように、磁性粉末を成形したステータコアでは、以前より広く用いられている電磁鋼板を積層したステータコアに比べて鉄損が大きい傾向にある。

従って、本発明の主目的は、圧粉磁心を用いたモータにおいて鉄損を小さくすることができるモータを提供することにある。

本発明は、従来のステータコアのように複数のティースをヨークで連結するのではなく、いわば個々のティースが独立された構成とすることにより上記の目的を達成する。

本発明モータは、複数の磁極部材を有するステータと、磁性部材を有してステータに対して回転されるロータとを有するモータである。各磁極部材は、圧粉磁心と、この圧粉磁心に巻き付けられたコイルとを有する。これらの圧粉磁心は互いに独立した磁気回路を有するように配置されている。そして、この圧粉磁心の両端に形成される磁極部はロータの磁性部材に対向可能に配されていることを特徴とする。

ステータの磁極部材に、圧粉磁心を用いることで、形状の自由度の高い磁心を得ることができる。特に、円筒面を有する磁心を容易に得ることができる。圧粉磁心は磁性粉末を金型を用いてプレスすることで得られるため、高い形状自由度を有する。そのため、円筒面を有する圧粉磁心を得ることも容易であり、この円筒面に導線を巻き付けることで、導線の絶縁被覆が損傷することを回避できる。その場合、円筒面は完全な円形状である必要は無く、楕円形状や角部に丸みを有する多角形状であっても良い。

また、圧粉磁心に導線を巻き付けた複数の磁極部材を、各々独立した磁気回路を有するように配することで、従来モータのティースに相当する圧粉磁心同士が連結されることがなく、磁路長を短くすることで鉄損を低減することが可能である。

さらに、各磁極部材の圧粉磁心同士を各々独立させることで、各磁極部材の配置の自由度を高めることができる。そのため、急激な屈曲部を有する磁心を用いる必要がなく、磁力線の集中による鉄損の増大も緩和することができる。

本発明モータのより具体的な構成例としては、次の２つが挙げられる。

(1)圧粉磁心を棒状体とした構成
このモータでは、軸部と、この軸部の両端に一体化された回転翼部とを有するロータを用いる。このロータは、これら回転翼部の対向面に磁性部材が周方向に配列されている。一方、ステータの圧粉磁心には直線状のものを用い、その磁心に導線を巻き付けて磁極部材とする。そして、複数の磁極部材は、両回転翼部との間において、圧粉磁心の軸方向を軸部と平行に配置して回転翼部の周方向に所定間隔で配されている。その結果、この圧粉磁心の両端に形成される磁極部はステータの磁性部材に対向可能に配されることになる。

この構成では、直線棒状体の圧粉磁心を用い、かつ各圧粉磁心が互いに独立配置されることで、従来のステータコアにおけるヨークが存在しない構成に相当し、磁路長を短くして鉄損を低減することができる。もちろん、圧粉磁心自体が直線状であるため、急激に屈曲された箇所がなく、磁力線の集中による鉄損の増大も回避することができる。

(2)圧粉磁心をC型の湾曲棒状体とした構成
このモータは、回転軸を有する円盤体のロータを用いる。このロータの周方向には磁性部材が配列されている。一方、ステータの圧粉磁心には、C型の湾曲棒状体を用い、その磁心に導線を巻き付けて磁極部材とする。そして、この圧粉磁心の端部に形成された両磁極部の間にロータの磁性部材が介在されるように複数の磁極部材が配される。

この構成では、各圧粉磁心が独立しているが、磁極部間がC型に湾曲しているため、磁路長を短くすることによる鉄損の低減効果は上記構成(1)ほど期待できない。しかし、C型の緩やかな湾曲形状を有するため、磁力線が集中して鉄損が増加することを緩和することができる。

上記両構成のモータにおいて、ロータの構成としては、磁性部材を上記構成(1)の回転翼部または上記構成(2)の円盤体の周方向に所定間隔で配し、この磁性部材以外の箇所を樹脂等の非磁性材料で構成したものが利用できる。このような構成でもインダクタンスモータとして回転できる。このロータに用いる磁性部材には、磁石あるいは磁性材料が利用できる。

また、いずれの構成であっても、圧粉磁心は複数の分割片を組み合わせて構成することが好ましい。例えば、棒状体あるいはC型棒状体の縦断面で分割して、半円筒状の分割片あるいは断面が半円筒のC型分割片を組み合わせることで棒状体またはC型の湾曲棒状体とすることが挙げられる。

この縦断面で分割可能な圧粉磁心の場合、この磁心を用いた磁極部材を励磁すると、磁力線は圧粉磁心の軸方向或いは長手方向に沿って通過されるため、分割片の接合面に磁力線が交差することがない。通常、分割片の接合には、樹脂などの非磁性材料が用いられることや、接合面における不可避的ギャップが発生する為、磁力線が接合面を交差しない方が磁心の磁気特性がよい。また、このような圧粉磁心はダイとパンチを用いて磁性粉末を圧縮することで得られる。その際、磁性粉末は圧粉磁心の軸方向或いは長手方向を長軸とする扁平状に圧縮される。つまり、磁力線に沿った方向に磁性粉末の長軸が沿った状態となるため、この点からも縦断面で分割可能な圧粉磁心は磁気特性がよい。もちろん、圧粉磁心を横断面で分割して、短い棒状の分割片を組み合わせることで圧粉磁心を構成しても良い。

以下、本発明モータの各部の構成についてより詳しく説明する。

〔圧粉磁心〕
＜磁極部＞
圧粉磁心の両端部には磁極部が形成される。通常、磁極部以外の箇所よりも若干大きく膨出した形状に形成することが好ましい。磁極部材を励磁した際、これら磁極部はN極またはS極に着磁される。

＜断面形状＞
圧粉磁心の断面形状は、ほぼ全長にわたって円形で構成されても良いし、導線を巻き付ける箇所のみ円形に構成してもよい。要するに、少なくとも導線を巻き付ける箇所が円筒面で構成されることが好ましい。このような断面形状の採用により、導線の絶縁被覆が圧粉磁心に接触して損傷することを抑制する。円筒面は完全な円形状である必要は無く、楕円形状や角部に丸形状を有する四角形状であっても良い。特に、円形状の場合には導線を圧粉磁心形状に沿って巻き易く、巻回する導線の隙間をよりコンパクトにすることができる。

〔圧粉磁心の成形〕
＜磁性粉末＞
圧粉磁心は、磁性粉末の圧縮により成形する。磁性粉末は、磁性体の粉末であればすべて本発明に適用可能である。中でも、軟磁性体が好ましい。一般に、軟磁性体は、外部磁界によって磁化された後、外部磁場を取り去ると磁化を失って元の状態に戻る強磁性体のことである。通常、透磁率μの大きな材料、言い換えれば抗磁力Hcの小さな材料が軟磁性体といえる。より具体的には、純鉄、鋼（Fe-N系、Fe-C系、Fe-P系）、Fe-Si系合金（ケイ素鉄）、Fe-Ni系合金（パーマロイ）、Fe-Mo-Ni系合金（スーパーマロイ）、Fe-Co系合金（パーメンジュール）、Fe-Al系合金（センダスト）、MnZnフェライトなどが挙げられる。特に、軟磁性体の粉末に絶縁薄膜をコーティングした磁性粉末が好ましい。このようなコーティングを持つ粉末を用いることで、得られた圧粉磁心の高周波域における鉄損を抑制し、磁束密度等の磁気特性を改善することができる。この絶縁薄膜は、酸化物を含む材料が好適である。より具体的には、リン酸鉄、リン酸マンガン、リン酸亜鉛、リン酸カルシウム、リン酸アルミニウム、酸化シリコン、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなどが挙げられる。

また、磁性粉末には潤滑剤を適量添加しても良い。潤滑剤の添加により、金型から一層容易にプレス体を抜き出すことができる。潤滑剤には、例えば、ステアリン酸、オレイン酸などの脂肪酸などが利用できる。潤滑剤の添加量は、磁性粉末との混合材料に対して0.15質量％以下が好適である。

さらに、磁性粉末にはバインダを適量添加しても良い。バインダを添加することで、プレス体の強度、特に高温下における曲げ強度を向上させることができる。このバインダには、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂もしくは非熱可塑性樹脂などが利用できる。

＜成形方法＞
圧粉磁心は、通常、金型（ダイ）内に磁性粉末を配置し、上パンチと下パンチで加圧することにより成形する。この圧粉磁心は、例えば両端部に膨出した磁極部を有する断面が円形の磁心の場合、一体に成形するよりも分割片ごとに成形して、後で分割片同士を接合することが好ましい。

このような断面が円形の磁心をプレスで一体に成形しようとすれば、磁心の円筒面を形成するために上パンチと下パンチに半円筒状の溝を形成する必要がある。そのため、両パンチの溝の開口縁がエッジ状になり、上下のパンチが圧縮された際に、このエッジ部同士が突き合わされて損傷する可能性がある。その一方で、エッジ部の代わりに平面部を形成すれば、平面部同士で圧縮された箇所がバリ状に突出した成形品が得られ、分割片を組み合わせても円滑な円筒面を構成することができない。

そこで、縦断面で分割して、例えば半円状の断面を有する分割片ごとに成形することとすれば、半円状部を有する金型ダイを用いる事により所望の形状を作製でき、パンチの損傷を生じることなく成形を行うことができる。

圧粉磁心またはその分割片の成形は、公知技術である温間成形法や金型潤滑法を用いることにより、成形品の高密度化・占積率の向上が実現し、磁気特性の改善につながる。温間成形時の粉末温度は、100〜180℃が好ましい。プレス条件は磁性粉末の材質・粒径、プレス対象のサイズ・形状などにもよるが、700〜1500MPa程度の加圧力が好ましい。

＜分割片の接合＞
圧粉磁心を分割片の接合により形成する場合、この接合には樹脂を用いることが好ましい。圧粉体は磁性粉末の集合体から構成されるため、各磁性粉末粒子の微細な間に樹脂が入り込み、この入り込んだ樹脂のアンカー効果により両分割片同士を強力に接合することができる。もっとも、この接合の主目的は、導線を圧粉磁心に巻き付ける際に分割片同士がばらけないようにすることにあるから、導線の巻き付けが可能な程度の接合強度が得られればよい。この樹脂の具体例としては、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂が好適であるが、熱可塑性樹脂、非熱可塑性樹脂などを使用しても構わない。もちろん、貫通孔を有する分割片を作製し、ボルトを貫通孔に通して分割片同士を連結しても構わないし、分割片に前もって凹凸を作製して嵌め込んでも構わない。

〔コイル〕
＜導線＞
上記の圧粉磁心は、導線が巻き付けられてコイルが形成される。この導線には、断面が円形、楕円形、角型、平角型など種々のものが利用できる。通常、導線は金属線上に絶縁被覆を施した構成である。金属線の材質としては、銅、アルミニウム、銀入り銅、ニッケルめっき銅などが好適である。絶縁被覆には、ポリウレタン、ポリエステル、ポリアミド、エステルイミド、アミドイミド、エポキシ樹脂などが利用される。さらに、導線は絶縁被覆に加えて融着層を有するものが好適である。融着層を具える導線をらせん状に巻回して加熱することで、各ターン間を一体化することができ、コイルの保形性を高めることができる。融着層の材質には、ポリビニルブチラール、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂などが好適である。その他、各ターン間のばらけを防止するには、コイルを容易に剥離できるテープで複数のターンを仮止めすること等が挙げられる。

＜コイル形態＞
上記のような導線を用いて、らせん状のコイルを形成する。導線の巻き方は整列巻き・乱巻きのいずれでも良い。例えば、平角型の導線を用いた場合、図13(A)、(B)に示すように、エッジワイズ巻きコイル、フラットワイズ巻きコイルのいずれも利用できる。エッジワイズ巻きコイルの場合、導線120Aの端末はコイルの上下端に引き出される。フラットワイズ巻きコイルの場合、平角導線を折り返して二重にしておき、折り返し端を内周側として導線を巻回することで導線120Aの両端末をコイルの外周に引き出すことができる。さらに、図13(C)に示すように、丸線による乱巻きコイルも利用できる。乱巻きコイルは導線120Aの巻回が容易で、端末をコイルの任意の位置から引き出すことができる。

＜コイルと圧粉磁心の組合せ＞
コイルと圧粉磁心の組み立ては、どのような分割の仕方が可能な圧粉磁心であるかにより異なる方法が選択できる。圧粉磁心が、その縦断面で分割可能な場合、分割片同士を接合してから導線の巻き付けを行う。圧粉磁心が、その横断面で分割可能な場合、予め導線を螺旋状に巻いてコイルを成形しておき、このコイルの両端から各分割片を差し込んで、その後両分割片同士を接合することができる。もちろん、後者の場合であっても分割片同士を接合してから導線の巻き付けを行うことは当然可能である。

以上説明したように、本発明モータによれば、次の効果を奏することができる。

圧粉磁心に導線を巻き付けた複数の磁極部材を、各々独立した磁気回路を有するように配することで、従来モータのティースに相当する圧粉磁心同士が連結されることがなく、磁路長を短くすることで鉄損を低減することができる。

各磁極部材の圧粉磁心同士を各々独立させることで、各磁極部材の配置の自由度を高めることができ、急激な屈曲部を有する磁心を用いる必要がない。そのため、磁力線の集中による鉄損の増大も緩和することができる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。

（第１実施形態）
直線状の圧粉磁心を用いたモータを図1〜図5に基づいて説明する。

＜ステータとロータ＞
図１は第１実施形態のモータに用いるステータ1及びロータ2の組合せ模式図である。このモータは、複数の磁極部材を有するステータ1と、このステータ1に対して回転可能なロータ2を具える。

まず、ステータ1を構成する磁極部材10は、同図(A)に示すように、両端部がフランジ状に膨出した圧粉磁心110と、この圧粉磁心110の外周に導線を巻回して構成したコイル120とを有する。圧粉磁心110は、断面が円形で、フランジ状に膨出した磁極部111の間は円筒面で構成されている。また、導線には、絶縁被覆を有する金属線が用いられている。このような磁極部材10を複数用意し、それを円周上に配置して非磁性材料で一体化する（図１(B)参照）。ここでは樹脂130を環状に成形して複数の磁極部材10を一体に構成している。各磁極部材10は非磁性材料で一体化されているため、コイルを励磁した際、各圧粉磁心110は独立した磁気回路を有するようにされている。

一方、ロータ2は回転軸となる軸部210と、この軸部210の両端部にフランジ状に一体化された円盤状の回転翼部220を有する。この一対の回転翼部220には、その対向面に磁性部材として磁石230が固定されている。ここでは、複数の磁石230が回転翼部220の周方向にほぼ均等間隔で固定されている。また、このロータ2の磁石以外の箇所は、磁性材料でも非磁性材料でもよい。非磁性材料には樹脂などが好適に利用できる。特に、ロータ2の磁石以外の箇所を磁性材料で構成し、図1の上部側回転翼部220の上面と、下部側回転翼部220の下面の各々から磁石230の端面が露出しないように構成することが好ましい。この構成によれば、磁石230の磁力線は磁石以外の磁性材料中を通って外部に漏洩しないため、磁気特性に優れたロータを構成することができる。

そして、前記ステータの磁極部材10は、圧粉磁心の軸方向をロータの軸部210と平行にして一対の回転翼部220の間に介在されて、圧粉磁心の磁極部111がロータの磁石230と対向可能に配されている。

このような構成のモータにおいてコイル120を励磁すると、圧粉磁心の磁極部111がN極またはS極に着磁され、ロータの磁石230との吸着と反発によりロータ2がステータ1に対して回転されることになる。

その際、各磁極部材の圧粉磁心110は、磁気回路として独立しており、従来のステータコアにおけるヨークが存在しない構造に相当するため、磁路長を短くして鉄損を抑制することができる。また、圧粉磁心110は直線状であり、その磁心を通る磁力線が急激に屈曲されることもないため、磁力線の集中による鉄損の増加も抑制することができる。更に、圧粉磁心110のコイル120が巻き付けられる箇所は円筒面で構成するため、導線が圧粉磁心110に押し付けられても、その絶縁被覆が損傷することがない。

その他、ロータの変形例としては、図２に示すように、磁石230の代わりに磁性材240を用いてもよい。この変形例のロータ2では、一方の回転翼部220の下面から軸部210の外周面を通って他方の回転翼部220の上面へとつながる磁性材240を複数用いている。各磁性材240は軸部210および回転翼部220の周方向に所定間隔で配され、磁性材240以外の箇所には非磁性材250が用いられている。例えば、非磁性材250として樹脂を用い、磁性材240を一体にモールドしてロータを形成することが挙げられる。この変形例では、ステータの磁極部材10が励磁されることに伴い、磁性材240も磁化されて磁石として機能し、磁極部材10と磁性材240との間の吸引/反発によりロータが回転される。

＜ステータの製造＞
断面が円形の圧粉磁心は、図３に示す分割片110A、110Bを組み合わせて構成する。この分割片110A、110Bは、圧粉磁心110を縦断面で２分割した際に得られる半円筒状のものである。つまり、分割片110A、110Bの外周は半円筒面と平面とから構成される。

このような分割片110A、110Bは、図４に示すダイ500と、上パンチ600及び下パンチ700を用いて、磁性粉末を圧縮することで得られる。ダイ500には、分割片110A、110B（図３）の接合面の形状に相当する形状の開口が形成され、圧縮時、その開口から磁性粉末が充填される。また、ダイ500の下部には両端部に間隔が開けられ、その間隔の間に下パンチ700が昇降自在にはめ込まれて、さらにダイ500の上部には上パンチ600が昇降自在にはめ込まれている（図４(A)参照）。そして、ダイ500の中間部には、圧粉磁心のコイルが巻き付けられる箇所となる、半円筒状の溝520が形成されている（図４(B)参照）。一方、上パンチ600は圧接面が平面に構成され、ダイ500の上部開口にはまり込む幅に構成されている。また、下パンチ700は、圧粉磁心の磁極部を成形する箇所で、磁極部111の外径に対応する半円筒状の溝710が形成されており、下パンチの縁部には破損防止のために平坦部720を有する。従って、図３では圧粉磁心110の磁極部111が円盤に図示されているが、実際の磁極部は円盤ではなく、円盤の外周の対向位置に一対の矩形状凸部を有する形状となる。

このようなダイ500と上下パンチ600,700を有するプレス機を用い、ダイ500内に磁性粉末を充填する。磁性粉末には、例えばスウェーデン：ホガナス社製：somaloy500を用いることができる。somaloy500は、軟磁性体の粉末にリン酸塩の絶縁被膜を有する磁性粉末である。続いて、上下パンチ600,700のプレスにより磁性粉末を圧縮し、図３に示す分割片を成形する。

同様のプレス作業を行って一対の分割片110A,110Bを作製し、両分割片110A,110Bの平面同士を接合する。その接合には、例えば熱硬化性樹脂を用いる。両分割片110A,110Bの平面に熱硬化性樹脂を挟み、その状態で加熱して樹脂を硬化させる。図３(C)に示す接合面付近の小円は磁性粉末の粒子を誇張して示している。この磁性粉末粒子の間に熱硬化性樹脂が浸透するため、効果的に分割片同士を接合することができる。

分割片110A,110Bを接合して圧粉磁心110を成形したら、その外周に導線を巻き付けてコイル120を形成し、一つの磁極部材10を完成する（図１）。

同様に複数の磁極部材10を作製して、これら磁極部材10をモールド樹脂130で一体化する。すなわち、複数の磁極部材10を金型内で円周上に均等な間隔で配置する。そして、金型内に樹脂130を充填し、圧粉磁心110の両端面だけがモールド樹脂130から露出して、それ以外は全てモールド樹脂130で一体化された樹脂モールド体とする。この樹脂モールド体は、中央に中心孔が形成された環状のものである。

＜ステータとロータの組合せ＞
実際のモータを構成するには図５に示すように、ケース3内にステータを固定すると共に、ケース3に対してロータを回転自在に支持する。

つまり、ロータの軸部を両回転翼部の間で上部側と下部側に2分割できるように構成しておく。また、ケース3も蓋部側310と底部側320に2分割できるようにしておく。このケース蓋部側310の上面には、ロータの軸部210の貫通孔311が形成され、その貫通孔311には軸部210を回転自在に支持するベアリング312がはめ込まれている。一方、ケース底部側320の中心部には、ロータの軸部210の軸受け321が設けられている。さらに、ケース蓋部側310・底部側320の接合箇所近傍において、ケース内面側にはステータの嵌合凹部330が形成されている。この嵌合凹部330に樹脂モールド体とされたステータ1の外周部を支持する。

ステータ1とロータ2を組み合わせるには、まず、複数の磁極部材10が環状に一体成形された樹脂モールド体を、その上下からロータの上部側と下部側で挟み込み、ロータの軸部210を樹脂モールド体の中心孔に貫通させて、ロータ上部側と下部側とを接合する。次に、ケース蓋部側の貫通孔311にロータの軸部210を通し、さらにケース底部側320の軸受け321でロータの軸部を支持する。そして、これらケース蓋部側310および底部側320を接合して、モータのケース3を構成する。その際に樹脂モールド体の外周を嵌合凹部330で支持してケース3内にステータを固定する。

（第2実施形態）
次に、磁心の軸方向と直交する面を分割面とした圧粉磁心を用いた本発明モータを説明する。

＜圧粉磁心＞
このモータは、ステータ及びロータの構成は図1に示すものと同様で、そのステータに用いる圧粉磁心が分割片を接合して構成されている点も共通するが、分割片の形態が異なる。

つまり、本例では、図６に示すように、圧粉磁心の横断面が接合面となる2つの分割片から棒状の圧粉磁心を構成している。一方の分割片（上部分割片110C）の接合箇所には凹部112が形成され、他方の分割片（下部分割片110D）の接合箇所には、前記凹部112にはめ込まれる凸部113が形成されている。

＜圧粉磁心の製造＞
このような分割片を成形するには、図７に示すプレス機を用いる。このプレス機は、円形の開口510を有するダイ500と、この開口510にはめ込まれる上下パンチ600、700を有する。ダイの開口510は、上部は開口径が大きく、下部は開口径が小さく形成されている。また、上パンチ600は、上部の開口径に適合する径を有し、平面の圧接面を有する。一方、下パンチ700は、下部分割片110Dを成形する場合、前記凸部113に適合する凹部720を圧接面に有し（図6(B)、図7(A)参照）、上部分割片110Cを成形する場合、前記凹部112に適合する凸部730を圧接面に有する（図6(B)、図7(B)参照）ものとする。このようなプレス機を用いて、開口に磁性粉末を充填して上下パンチ600,700でプレスすれば、図6に示す分割片110C、110Dを成形することができる。

その他、図８に示すように、CNCプレス機等を用いて本例の分割片110C、110D（図6）を成形してもよい。このダイ500の開口510は上部から下部まで一定径とし、下パンチ700を中心から順に同心状に配された丸棒部740、小筒部750、大筒部760の3つの分割パンチとして、各々独立に分割パンチの圧縮量を制御することで本発明分割片110C、110Dを成形することができる。例えば、丸棒部740、小筒部750、大筒部760の順に押し上げ高さを高く（圧縮量を大きく）することで、下部分割片110Dを成形することができる。また、大筒部760、丸棒部740、小筒部750の順に押し上げ高さを高く（圧縮量を大きく）することで、上部分割片110Cを成形することができる。

本例の場合、予め導線を螺旋状に巻回してコイルを成形しておき、このコイルの上下から上部分割片110Cと下部分割片110Dを差し込んで両分割片を接合し、磁極部材を構成することができる。

なお、本例におけるロータ、ステータ及びケースの組合せ構造は図５と同様なので説明を省略する。

（第3実施形態）
続いて、C型の圧粉磁心を用いた本発明モータを説明する。

＜ロータとステータ＞
図９は、本例のモータを構成するステータとロータの組合せ模式図である。

上記２つの実施形態では直線棒状の圧粉磁心を用いていたのに対し、本例ではC型の湾曲棒状体を圧粉磁心110に用いている。また、本例ではロータ2を円盤状としている。

図9に示すように、このモータも複数の磁極部材10が円周上に配置され、各磁極部材10は圧粉磁心110と、その磁心110の外周に巻き付けられたコイル120とから構成される。この圧粉磁心110は、直線部110Lの各端部にU字部110Uが一体化され、各U字部110Uの一端が膨出して磁極部111が形成されている。ここでは、直線部110Lの外周に導線を巻き付けてコイル120を形成している。従って、直線部110Lの外周面が円筒面で構成されていることが好ましく、その場合でも直線部以外のU字部110Uあるいは磁極部111の外周面が円筒面でなくても構わない。また、両磁極部111はギャップを設けて対向され、そのギャップに後述するロータ2が非接触状態に介在される。そして、円周上に一定間隔で配された各磁極部材10は、直線部110Lおよびコイル120を包括する厚みのモールド樹脂130で環状に一体化されている。

一方、ロータ2は円盤状のもので、複数の磁石230が所定の間隔で周方向に配列されている。このロータ2が上記磁極部111同士のギャップの間に介在され、磁極部111と磁石230が対向可能に構成されている。

このような構成のモータでも、コイル120を励磁すると、圧粉磁心の磁極部111がN極またはS極に着磁され、ロータの磁性部材の磁石230との吸着と反発によりロータ2がステータ1に対して回転されることになる。

本例の場合、各圧粉磁心110はC型に湾曲しているため、第１実施形態の圧粉磁心110に比べれば磁路長が長いが、角部が形成されるような急激な湾曲がされていないため、磁力線が集中するような箇所もなく、鉄損を抑制することができる。更に圧粉磁心のコイルが巻き付けられる箇所は円筒面で構成することで、導線が圧粉磁心に押し付けられても、その絶縁被覆が損傷することがない。ロータにおける磁力線の通過は磁性部材のみとなり、ロータにおける鉄損が低減できる。

＜ステータの製造＞
上記の圧粉磁心は、図10(A)、(B)に示す分割片110E,110Fを組み合わせて構成する。この分割片110E,110Fは、圧粉磁心を縦断面で２分割した際に得られるC型で断面が半円状のものである。

このような分割片110E,110Fは、図11に示すダイ500と、上パンチ600及び下パンチ700を用いて、磁性粉末を圧縮することで得られる。このダイの開口510や上下パンチ600,700の構成は、C型である点を除き、図4に示すプレス機と同様である。つまり、分割片110E,110Fは、導線の巻かれる直線部（110L）に相当する箇所は図11(B)に示すようにダイ500と上パンチ600の圧縮で成形され、それ以外の箇所は図11(C)に示すようにダイ500の開口内で上パンチ600と下パンチ700との間で圧縮されて成形される。

このようなダイ500と上下パンチ600,700を有するプレス機を用い、ダイ500内に磁性粉末を充填し、上下パンチ600,700のプレスにより磁性粉末を圧縮して、図10(A)、(B)に示す分割片を成形する。成形体は下パンチ700で成形体を支持してダイ500から取り出される。

同様のプレス作業を行って一対の分割片110E,110Fを作製し、両分割片110E,110Fの平面同士を接合する。接合には、第一実施形態と同様に熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、非熱可塑性樹脂等を用いることができる。

分割片110E,110Fを接合して圧粉磁心110を成形したら、その直線部の外周に導線を巻き付けてコイル120を形成し、一つの磁極部材10を完成する（図９）。

同様に複数の磁極部材10を作製して、これら磁極部材10をモールド樹脂130で一体化する。すなわち、複数の磁極部材10を金型内で半円周上に均等な間隔で配置する。そして、金型内に樹脂を充填し、圧粉磁心のU字部110Uおよび磁極部111がモールド樹脂130から露出して、それ以外は全てモールド樹脂130で一体化された樹脂モールド体とする。この樹脂モールド体は、中央に半円状の切欠が形成された半環状のものである。この半環状体を一対形成しておき、それらを接合して環状のステータ1とする。

＜ステータとロータの組合せ＞
実際のモータを構成するには図12に示すように、モータケース3内にステータを固定すると共に、ケース3に対してロータ2を回転自在に支持する。このケース3との組合せ構造も基本的には図５の組合せ構造と同様である。図12のモータでは円盤状のロータ2に回転軸を一体化して示している。

ロータ2とステータ1を組み合わせる際、ステータ1は半環状の樹脂モールド体に分離された状態で用意しておく。一対の樹脂モールド体をロータ2の外周側から挟み込むように近接させ、その際に磁極部111のギャップにロータ2がはめ込まれるようにする。そして、一対の樹脂モールド体を接合して、ステータ1とロータ2の組み合わせ体を構成する。この組み合わせ体をケース3内に配置する方法は、第１実施形態に準じて行えばよい。

なお、その他の圧粉磁心110の分割例としては、図10(C)に示すように、直線部110L、U字部110Uおよび磁極部111に分けて接合することも考えられる。

本発明モータは、電気自動車、ハイブリッドカーの走行用モータの他、各種電動機構の駆動用モータなど、回転動力が必要とされる種々の技術分野で広く利用することができる。

第1実施形態のモータを構成するステータ及びロータの組み立て模式図で、(A)は縦断面を(B)は横断面を示す。 第1実施形態のモータを構成するロータの変形例の模式図で、(A)は縦断面を(B)は(A)図のA-A断面を示す。 第1実施形態で用いる圧粉磁心を示し、(A)は斜視図、(B)はそのA-A断面図、(C)は分割片接合前の圧粉磁心を示す縦断面図である。 (A)は圧粉磁心をプレスするプレス機の模式図、(B)はそのB-B断面図、(C)はC-C断面図である。 図１のステータ及びロータをケースに収納した状態のモータの模式図である。 第2実施形態における圧粉磁心を示し、(A)は正面図、(B)は分解斜視図である。 (A)は第2実施形態における下部分割片を成形するプレス機の模式図、(B)は上部分割片を成形するプレス機の模式図である。 CNCプレス機の模式図である。 第3実施形態のモータを構成するステータとロータの組み立て模式図で、(A)は縦断面を、(B)は横断面を示す。 第3実施形態で用いる圧粉磁心を示し、(A)は正面図、(B)は右側面図、(C)は(B)で示す磁心とは分割の仕方が異なる圧粉磁心の平面図である。 (A)は第3実施形態で用いる圧粉磁心をプレスするプレス機の模式図、(B)はそのA-A断面図、(C)はB-B断面図である。 図8のステータ及びロータをケースに収納した状態のモータの模式図である。 (A)はエッジワイズ巻きコイルの斜視図、(B)はフラットワイズ巻きコイルの斜視図、(C)は乱巻きコイルの斜視図である。 従来のステータを示す概略構成図である。

符号の説明

1 ステータ 2 ロータ 3 ケース 10 磁極部材
110A、110B、110E、110F 分割片 110C 上部分割片 110D 下部分割片
110 圧粉磁心 110U U字部 110L 直線部 110 磁心 111 磁極部
112 凹部 113 凸部 120 コイル 120A 導線 130 （モールド）樹脂
210 軸部 220 回転翼部 230 磁石 240 磁性材 250 非磁性材
310 蓋部側 311 貫通孔 312 ベアリング 320 底部側 330 嵌合凹部
400 コア 410 ヨーク 420 ティース 450 コイル
500 ダイ 510 開口 520 溝 600 上パンチ
700 下パンチ 710 溝 720 凹部 730 凸部 740 丸棒部 750 小筒部
760 大筒部

Claims (7)

1. 複数の磁極部材を有するステータと、磁性部材を有してステータに対して回転されるロータとを有するモータであって、
   前記各磁極部材は、圧粉磁心と、この圧粉磁心に巻き付けられたコイルとを有し、
   これらの圧粉磁心は互いに独立した磁気回路を有するように配置されており、
   この圧粉磁心の両端に形成される磁極部はロータの磁性部材に対向可能に配されていることを特徴とするモータ。
2. 前記ロータの磁性部材を磁石としたことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
3. 前記圧粉磁心は棒状体で、
   前記ロータは、軸部と、この軸部の両端に一体化された回転翼部とを具えて、これら回転翼部の対向面に磁性部材が周方向に配列され、
   前記磁極部材は、両回転翼部との間において、圧粉磁心の軸方向を軸部と平行に配置して回転翼部の周方向に所定間隔で配されていることを特徴とする請求項１または２に記載のモータ。
4. 圧粉磁心は、分割された分割片を組み合わせて構成されることを特徴とする請求項３に記載のモータ。
5. 前記圧粉磁心はC型の湾曲棒状体で、
   前記ロータは、回転軸を有する円盤体で、
   前記圧粉磁心の端部に形成された両磁極部の間にロータの磁性部材が介在されるように複数の磁極部材が配されることを特徴とする請求項１または２に記載のモータ。
6. 前記ロータの円盤体は、円盤体の周方向に磁性部材が配列され、前記圧粉磁心の端部に形成された両磁極部の間にロータの磁性部材が介在されるように複数の磁極部材が配されることを特徴とする請求項５に記載のモータ。
7. 圧粉磁心は、分割された分割片を組み合わせて構成されることを特徴とする請求項５または６に記載のモータ。

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