JP2003088030A - ギャップワインディングモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電流値に対する可動子の稼動効率の優れたギャ
ップワインディングモータを提供する。 【解決手段】間隙１２ａでは、表面が電気的に絶縁され
た軟磁性粉末Ｉからなる充填材１９により、電機子巻線
１８が埋設されている。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、固定子と可動子と
の間隙に電機子巻線を巻き付けるためのティースと呼ば
れる凸部を有しないギャップワインディングモータに関
する。このギャップワインディングモータは電動パワー
ステアリング、エアコン等に用いて好適である。 【０００２】 【従来の技術】図７に示すように、固定子としてのステ
ータ８０に対して可動子としてのロータ８１が相対回転
するギャップワインディングモータでは、ステータ８０
とロータ８１とが両者の間に間隙８２を有して対面して
いる。 【０００３】ステータ８０は、筒状のフレーム８０ａ
と、このフレーム８０ａの内周に固定された固定子鉄心
８０ｂとからなる。フレーム８０ａの両端にはブラケッ
ト８３、８４が固定されており、ブラケット８３、８４
の軸孔には軸受装置８５、８６が設けられている。固定
子鉄心８０ｂは、薄いリング状のケイ素鋼板を軸方向に
積層することによって成形された筒状のものである。 【０００４】他方、ロータ８１は軸受装置８５、８６に
軸支される回転軸８７のほぼ中央に固定されている。こ
のロータ８１は、ロータ本体８１ａと、ロータ本体８１
ａの外周で一体に設けられた可動子鉄心８１ｂと、可動
子鉄心８１ｂ内の外周に埋め込まれた永久磁石８１ｃと
からなる。可動子鉄心８１ｂも薄いリング状のケイ素鋼
板を軸方向に積層することによって成形された円筒状の
ものである。 【０００５】これらステータ８０の固定子鉄心８０ｂと
ロータ８１の可動子鉄心８１ｂとの間に位置する間隙８
２のうち間隙８２ａには、図８に示すように、固定子鉄
心８０ｂに固定された電機子巻線８８が設けられてい
る。また、間隙８２のうち間隙８２ｂは、ロータ８１を
電機子巻線８８と接触することなく回転させるための微
小な隙間である。前記電機子巻線８８は、通常、外周面
を絶縁されたワイヤがＵ相、Ｖ相及びＷ相を構成する平
行四辺形若しくは亀甲形に等間隔で巻かれた後、円筒状
に成形されたものである。こうして成形された電機子巻
線８８は、図９に示すように、固定子鉄心８０ｂ内に挿
入された後、樹脂８９によって埋設されることにより、
固定子鉄心８０ｂに固定されている。こうして、図７に
示すように、ステータ８０に固定されて間隙８２ａに設
けられた電機子巻線８８は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の３組
のリード線８８ａがフレーム８０ａの外方に導かれ、こ
れらに交流電流が通電されるようになっている。 【０００６】このように構成されたギャップワインディ
ングモータでは、電機子巻線８８のＵ相、Ｖ相及びＷ相
に交流電流を通電することにより、永久磁石８１ｃと、
印加電流と、磁界内の有効導体長との積で求められる力
が発生し、ロータ８１が回転軸８７とともに回転する。
こうして、このギャップワインディングモータでは、回
転軸８７により回転力が取り出されることとなる。特
に、このギャップワインディングモータでは、間隙８２
ａ内で電機子巻線８８が樹脂８９に埋設され、間隙８２
ａにティースが存在しないことから、小型化が実現され
ている。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のギ
ャップワインディングモータでは、電機子巻線が非磁性
体である樹脂に埋設されていることから、前記樹脂の径
方向の厚みによって磁気抵抗が大きくなり、電機子巻線
に鎖交する鎖交磁束密度が低下し、たとえ大きな電流値
の交流電流を通電したとしても、ロータは大きな高トル
クで回転しにくい等、可動子が大きな駆動力で移動せ
ず、可動子の稼動効率が悪い。 【０００８】この点、電機子巻線を磁性体により埋設
し、それらの間の磁気抵抗を無くすことも考えられる
が、こうすると、ある相の電機子巻線が他の相の電機子
巻線による磁束の影響を受け、可動子の駆動力が得られ
ないおそれがある。 【０００９】本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされ
たものであって、電流値に対する可動子の稼動効率の優
れたギャップワインディングモータを提供することを解
決すべき課題としている。 【００１０】 【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
解決のために鋭意研究を行い、表面が電気的に絶縁され
た磁性粉末を採用することにより、上記課題を解決でき
ると考察し、本発明を完成させるに至った。 【００１１】すなわち、本発明のギャップワインディン
グモータは、固定子と、該固定子との間に間隙を有して
対面し、該固定子に対して相対移動可能な可動子と、該
固定子に固定されて該間隙に設けられた電機子巻線とを
備えたギャップワインディングモータにおいて、前記間
隙では、表面が電気的に絶縁された磁性粉末からなる充
填材により、前記電機子巻線が埋設されていることを特
徴とする。 【００１２】本発明のギャップワインディングモータで
は、間隙において電機子巻線を埋設している充填材は表
面が電気的に絶縁された磁性粉末であるため、固定子及
び可動子間の磁束は、大部分を占める磁性粉末により容
易にその間隙を通過する。 【００１３】すなわち、従来のギャップワインディング
モータにおいて、固定子及び可動子間の磁束が磁気抵抗
を受ける長さは、一般的にエアギャップ長と言われる。
ここで、固定子及び可動子間の長さである間隙におい
て、電機子巻線を非磁性体により埋設しているとする
と、ロータを回転させるために必要な電機子巻線とロー
タとの間の間隙と、前記非磁性体とにより大きな磁気抵
抗を受けることとなり、なかでも、微妙な前記間隙と比
べ、径方向厚みの大きな前記電機子巻線部（非磁性体）
による磁気抵抗の割合が大きい。他方、本発明のよう
に、間隙において、電機子巻線を表面が電気的に絶縁さ
れた磁性粉末からなる充填材により埋設するとすれば、
電機子巻線と磁性粉末からなる充填材の磁気抵抗は、各
磁性粉末の表面の厚さの総計に過ぎず、充填材が非磁性
体からなる従来のモータに比べ磁気抵抗は低減される。
このため、固定子及び可動子間の磁束は大きな磁束密度
で間隙を通過する。 【００１４】したがって、本発明のギャップワインディ
ングモータは、電流値に対する可動子の稼動効率が優れ
ている。 【００１５】 【発明の実施の形態】以下、本発明のギャップワインデ
ィングモータを具体化した実施形態を図面を参照しつつ
説明する。 【００１６】実施形態のギャップワインディングモータ
は、図１に示すように、固定子としてのステータ１０に
対して可動子としてのロータ１１が相対回転するもので
ある。ステータ１０とロータ１１とは両者の間に間隙１
２を有して対面している。 【００１７】ステータ１０は、筒状のフレーム１０ａ
と、このフレーム１０ａの内周に固定された固定子鉄心
１０ｂとからなる。固定子鉄心１０ｂは、薄いリング状
のケイ素鋼板を軸方向に積層することによって成形され
た筒状のものである。 【００１８】他方、ロータ１１は、回転軸１７に固定さ
れたロータ本体１１ａと、ロータ本体１１ａの外周で一
体に設けられた可動子鉄心１１ｂと、可動子鉄心１１ｂ
内の外周に埋め込まれた永久磁石１１ｃとからなる。可
動子鉄心１１ｂも薄いリング状のケイ素鋼板を軸方向に
積層することによって成形された円筒状のものである。 【００１９】これらステータ１０の固定子鉄心１０ｂと
ロータ１１の可動子鉄心１１ｂとの間に位置する間隙１
２には、固定子鉄心１０ｂに固定された電機子巻線１８
が設けられている。前記間隙１２は、電機子巻線１８が
位置する間隙１２ａと、ロータ１１を回転させるために
必要な電機子巻線１８とロータ１１との間の間隙１２ｂ
とからなる。 【００２０】この電機子巻線１８は以下のように製造さ
れる。まず、図３に示すように、従来と同様のワイヤ１
８ａが巻型２０で巻かれ、図４に示すように、それぞれ
亀甲形コイル１８ｂに形成される。そして、各亀甲形コ
イル１８ｂは、互いに等間隔をなす３の倍数の数だけ、
Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の順に重ねられて重巻コイル１８ｃ
とされる。この重巻コイル１８ｃは、図５に示すよう
に、マンドレル２１に巻き付けられ、図６に示すよう
に、円筒状コイル１８ｄとされる。得られた円筒状コイ
ル１８ｄは、図１に示すように、固定子鉄心１０ｂ内に
挿入され、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の３組のリード線１８ｅ
が外方に導かれた電機子巻線１８とされる。 【００２１】一方、図２に示すように、鉄を主成分とす
る軟磁性粉末Ｉの表面が電気的に絶縁可能なリン酸被膜
Ｐ及びナイロン系樹脂被膜Ｎによって薄く被覆された充
填材（住友電工（株）製「ＦＭ−ＣＭ材」）１９を用意
する。 【００２２】電機子巻線１８を挿入した固定子鉄心１０
ｂは図示しない金型のキャビティ内に挿入される。この
キャビティは固定子鉄心１０ｂの内周面との間に間隙１
２ａと同一の間隙を有している。この間隙において電機
子巻線１８の周囲に充填材１９を密に充填し、この状態
で２００°Ｃ程度の加熱を施す。これにより、ナイロン
系樹脂被膜Ｎがバインダとなって充填材１９は互いに固
着することから、電機子巻線１８は充填材１９によって
固定子鉄心１０ｂに固定される。電機子巻線１８が固定
された固定子鉄心１０ｂはフレーム１０ａの内周に固定
され、ステータ１０となる。 【００２３】こうして、得られたギャップワインディン
グモータでは、固定子鉄心１０ｂと可動子鉄心１１ｂと
の間に位置する間隙１２のうち間隙１２ａにおいて、電
機子巻線１８が充填材１９により埋設された状態となっ
ている。電機子巻線１８は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の３組
のリード線１８ｅがフレーム１０ａの外方に導かれ、リ
ード線１８ｅから交流電流が通電されるようになってい
る。 【００２４】以上のように構成された実施形態のギャッ
プワインディングモータでは、電機子巻線１８のＵ相、
Ｖ相及びＷ相に交流電流を通電することにより、ステー
タ１０における固定子鉄心１０ｂの内周面が周方向で順
次Ｎ極又はＳ極に磁化される。これにより、ロータ１１
は、永久磁石１１ｃが引き付けられたり、反発したりす
るとともに、可動子鉄心１１ｂが固定子鉄心１１ｂとの
間で磁路を形成する。このため、ロータ１１が回転軸１
７とともに回転する。こうして、このギャップワインデ
ィングモータでは、回転軸１７により回転力が取り出さ
れることとなる。 【００２５】特に、このギャップワインディングモータ
では、間隙１２ａ内で電機子巻線１８が充填材１９に埋
設されていることから、固定子鉄心１０ｂ及び可動子鉄
心１１ｂ間の磁束は、充填材１９のナイロン系樹脂被膜
Ｎによって磁束密度がさほど小さくされず、充填材１９
の大部分を占める軟磁性粉末Ｉにより容易にその間隙１
２ａを通過することができる。 【００２６】つまり、このギャップワインディングモー
タでは、間隙１２において、固定子鉄心１０ｂ及び可動
子鉄心１１ｂ間の磁束が磁気抵抗を受ける長さとしての
エアギャップ長は、電機子巻線１８とロータ１１との間
の間隙１２ｂと、間隙１２ａに存在する各充填材１９の
リン酸被膜Ｐ及びナイロン系樹脂被膜Ｎの厚さの総計で
あることから極端に短くなる。したがって、リン酸被膜
Ｐ及びナイロン系樹脂被膜Ｎの厚さは、電気的絶縁性及
びバインダとしての機能を損ねない範囲で可能な限り薄
くすることが望ましい。また、各被膜は、電気的絶縁性
及びバインダとしての機能を発揮し得るものであればよ
く、前記材質に限定されるものではない。 【００２７】このため、このギャップワインディングモ
ータでは、固定子鉄心１０ｂ及び可動子鉄心１１ｂ間の
磁束が大きな磁束密度で間隙１２を通過することができ
る。 【００２８】したがって、このギャップワインディング
モータでは、交流電流の電流値に対する可動子１１のト
ルク発生効率を向上させることができる。 【００２９】なお、上記実施形態は固定子に対して可動
子が相対回転するギャップワインディングモータである
が、本発明は固定子に対して可動子が相対直線運動する
ギャップワインディングモータにも具体化可能であるこ
とはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】 【図１】実施形態のギャップワインディングモータの拡
大横断面図である。 【図２】実施形態の充填材の拡大断面図である。 【図３】実施形態のワイヤを巻型に巻いた状態を示す平
面図である。 【図４】実施形態の亀甲形コイル及び重巻コイルの平面
図である。 【図５】実施形態の重巻コイルの平面図である。 【図６】実施形態の円筒状コイルの斜視図である。 【図７】従来のギャップワインディングモータの縦一部
断面図である。 【図８】従来のギャップワインディングモータの横断面
図である。 【図９】従来ののギャップワインディングモータの拡大
横断面図である。 【符号の説明】 １０…固定子（ステータ） １２、１２ａ、１２ｂ…間隙 １１…可動子（ロータ） １８…電機子巻線 Ｉ…磁性粉末（軟磁性粉末） １９…充填材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柴田 由之 愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田工 機株式会社内 Ｆターム(参考） 5H002 AA09 AB06 AC07 AE08 5H604 AA05 BB14 CC01 CC05 DB01 PB02 QA03

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】固定子と、該固定子との間に間隙を有して
   対面し、該固定子に対して相対移動可能な可動子と、該
   固定子に固定されて該間隙に設けられた電機子巻線とを
   備えたギャップワインディングモータにおいて、 前記間隙では、表面が電気的に絶縁された磁性粉末から
   なる充填材により、前記電機子巻線が埋設されているこ
   とを特徴とするギャップワインディングモータ。