JP2007325362A - 電動機，電動機ステータ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧粉磁心材料によって形成されたティースがヨークに嵌合されることによって形成される電動機，電動機ステータ及びその製造方法において、ティースがヨークに嵌合される際にティース又はヨークの破損が抑制される構成及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 複数のティース５４と、複数のティースのそれぞれに巻回されるコイル５８と、ティース５４を嵌合させるための嵌合穴５６ｂを有するヨーク５６とを備える電動機ステータ６０であって、ティース５４は、磁性材料を含む圧粉磁心材料によって形成されるティース本体５４ａと、ティース本体５４ａに比べて高い機械的強度を有するティース補強材料５４ｂとを含み、ティース本体５４ａの表面の少なくとも一部にティース補強材料５４ｂが一体成型され、ヨーク５６の嵌合穴５６ｂの壁面と、ティース補強材料５４ｂとが接するように、ヨーク５６にティース５４が嵌合されることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、電動機，電動機ステータ及びその製造方法に関する。特に、圧粉磁心材料によって形成されたティースと、ヨークとが別体成型され、ティースがヨークに嵌合されることによって形成される電動機，電動機ステータ及びその製造方法に関する。

図１は、従来技術における電動機１０の上面図である。電動機１０は、ステータ１１と、ロータ１８とを備える。ステータ１１は、ティース１２，ヨーク１４及びコイル１６を備える。電動機１０に含まれるステータ１１において、ティース１２及びヨーク１４はそれぞれ別体成型される。更に、ティース１２にコイル１６が巻回された後に、ヨーク１４に設けられた嵌合穴に、ティース１２の一端部１２ｂが嵌合されることによって、ステータ１１が形成される。

ティース１２は、ステータ１１において界磁極になる部分である。一般に、ティース１２の材料には鋼材が用いられる。しかしながら、鋼材の比抵抗は１０^-6Ωｍ以下であるため、渦電流損が大きくなるという問題がある。そこで通常は、鋼材からなる鋼板１２ａが積層されることによってティース１２が形成される（図２）。この構成によれば、鋼板が積層された方向に対しては比抵抗が大きくなり、渦電流損が低減される。

最近では、ティース１２を形成する材料には、圧粉磁心材料が用いられる。圧粉磁心材料とは、鉄などの金属磁性材料の粉末と、樹脂とが混合されたものである。圧粉磁心材料が加圧成型されることによってティース１２が形成される。このティース１２においては、比抵抗が１０^-4Ωｍ以上になる。したがって、圧粉磁心材料によって形成されるティース１２においては、渦電流損が低減される。

また図３に示すように、圧粉磁心材料によって形成されるティース１２は、積層構造ではなく、一体成型されるので、ティース１２を構成する部品点数が少なくなる点でも有利である。

一般に、ヨーク１４の材料には鋼材が用いられる。また、鋼材によって形成された複数の鋼板が積層されてヨーク１４が形成される（図示しない）。あるいは、ヨーク１４における渦電流損を低減するために、圧粉磁心材料によってヨーク１４が形成されてもよい。

特開平１０−２２５０３８号公報 特開２００４−１９７１５７号公報 特開２００４−２８９８９９号公報 特開２００３−１９９３１９号公報 特開２００２−１６５４１０号公報 特開２０００−１８４６３４号公報 特開平１１−２７５７８１号公報

圧粉磁心材料によって形成されるティース１２をヨーク１４に嵌合させる際に、ティース１２が破損するという問題がある。

例えば、ティース１２が圧粉磁心材料によって形成され、ヨーク１４が鋼板の積層構造として形成される場合には、ティース１２をヨーク１４に嵌合させる際に、ティース１２の一端部１２ｂと、ヨーク１４の嵌合穴の壁面とが接する箇所において、ティース１２の一端部１２ｂが欠けることがある。あるいは、ティース１２をヨーク１４に嵌合させる際に、ティース１２の一端部１２ｂの近傍において、ティース１２が折れることがある。

一方、ティース１２と、ヨーク１４とがそれぞれ圧粉磁心材料によって形成される場合には、ティース１２をヨーク１４に嵌合させる際に、ティース１２が破損するだけでなく、ヨーク１４に設けられた嵌合穴の壁面の一部も欠けてしまうことがある。

そこで本発明では、圧粉磁心材料によって形成されたティースと、ヨークとが別体成型され、ティースがヨークに嵌合されることによって形成される電動機，電動機ステータ及びその製造方法において、ティースがヨークに嵌合される際にティース又はヨークの破損が抑制される構成及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、複数のティースと、前記複数のティースのそれぞれに巻回されるコイルと、前記ティースを嵌合させるための嵌合穴を有するヨークとを備える電動機ステータであって、前記ティースは、磁性材料を含む圧粉磁心材料によって形成されるティース本体と、前記ティース本体に比べて高い機械的強度を有するティース補強材料とを含み、前記ティース本体の表面の少なくとも一部に前記ティース補強材料が一体成型され、前記ヨークの前記嵌合穴の壁面と、前記ティース補強材料とが接するように、前記ヨークの前記嵌合穴に前記ティースが嵌合されることを特徴とする。圧粉磁心材料によって形成されたティースが、ヨークに嵌合される際に、ティースの破損を抑制できる点で効果がある。

また、前記ヨークは圧粉磁心材料によって形成されるヨーク本体を有することが好適である。この場合は、ヨークの比抵抗が大きくなるので、電動機ステータにおける渦電流損が低減される効果が顕著になる。

更に、前記ヨークは、前記嵌合穴の壁面の少なくとも一部の領域に、前記ヨーク本体に比べて高い機械的強度を有するヨーク補強材料を更に有し、前記ティース補強材料が前記ヨーク補強材料に接するように、前記ヨークの前記嵌合穴に前記ティースが嵌合されることが好適である。圧粉磁心材料によって形成されたヨークの嵌合穴の壁面の機械的強度がヨーク補強材料によって高くなるので、ティースがヨークに嵌合されるときに、ヨークの破損が抑制される点で効果がある。

更に、前記ヨーク補強材料は、前記ヨーク本体に機械的に固定されることが好ましい。ヨークにおいてヨーク補強材料が形成される際に、ヨーク補強材料がねじ止めや焼きばめによってヨーク本体に固定される点で効果がある。

また、前記ティース補強材料と前記ヨークとが溶接されることが好ましい。あるいは、前記ティース補強材料と前記ヨーク補強材料とが溶接されることが好ましい。この場合は、ヨークに嵌合されたティースが、ヨークに対して強固に固着される。

また、前記ティースの一端部と他のティースの一端部とが圧粉磁心材料を介して連結されるように、前記複数のティースが一体成型されると好ましい。あるいは、前記ティースの一端部と他のティースの一端部とが絶縁材料を介して連結されるように、前記複数のティースが一体成型されると好ましい。この場合は、複数のティースが圧粉磁心材料あるいは絶縁性材料によって一体成型されるので、ティースの部品点数を低減できる。

また本発明は、更に回転子を備える電動機であって、前記ヨークは円盤状であり、前記嵌合穴は、前記ヨークの表面から裏面に向かって穿孔されて形成され、前記回転子は、円盤状の回転体と、前記回転体の中心軸と略一致するように配置された軸体と、を備え、前記ヨークの中心軸と前記軸体とが略一致するように前記回転子が配置され、前記回転体の表面と前記ティースとの間に所定の距離を有することを特徴とする。この場合は、本発明をアキシャルモータに適用することができ、その結果として、電動機に含まれるステータにおいて、圧粉磁心材料によって形成されたティースが、ヨークに嵌合される際に、ティースの破損を抑制できる点で効果がある。

また本発明は、電動機ステータの製造方法であって、磁性材料の粉末を含む圧粉磁心材料からなるティース本体と、前記ティース本体に比べて高い機械的強度を有するティース補強材料とを一体成型することによって、前記ティース本体の表面の少なくとも一部に前記ティース補強材料を有するティースを形成するステップと、前記ティースを嵌合させるための嵌合穴を有するようにヨークを形成するステップと、前記ティースにコイルを巻回するステップと、前記ヨークの前記嵌合穴の壁面と、前記ティース補強材料とが接するように、前記ティースを前記ヨークに嵌合するステップと、を有することを特徴とする。圧粉磁心材料によって形成されたティースが、ヨークに嵌合される際に、ティースの破損を抑制できる点で効果がある。

また、前記ヨークを形成するステップは、磁性材料の粉末を含む圧粉磁心材料によってヨーク本体を形成することが好適である。この場合は、ヨークの比抵抗が大きくなるので、電動機ステータにおける渦電流損が低減される効果が顕著になる。

更に、前記ヨークを形成するステップは、前記ヨーク本体に比べて高い機械的強度を有するヨーク補強材料を、前記ヨークの前記嵌合穴の壁面の少なくとも一部の領域に形成し、前記ティースを前記ヨークに嵌合するステップは、前記ティース補強材料が前記ヨーク補強材料に接するように、前記ティースを前記ヨークに嵌合することが好適である。圧粉磁心材料によって形成されたヨークの嵌合穴の壁面の機械的強度がヨーク補強材料によって高くなるので、ティースをヨークに嵌合させるときに、ヨークの破損が抑制される点で効果がある。

更に、前記ヨークを形成するステップは、更に、前記ヨーク補強材料を前記ヨーク本体に機械的に固定することが好ましい。ヨークにおいてヨーク補強材料が形成される際に、ヨーク補強材料がねじ止めや焼きばめによってヨーク本体に固定される点で効果がある。

また、前記ティース補強材料と前記ヨークとを溶接するステップを備えることが好ましい。あるいは、前記ティース補強材料と前記ヨーク補強材料とを溶接するステップを備えることが好ましい。この場合は、ヨークに嵌合されたティースが、ヨークに対して強固に固着される。

また、前記ティースを形成するステップは、複数のティースのそれぞれの一端部が圧粉磁心材料を介して連結されるように、前記複数のティースを一体成型することが好ましい。あるいは、前記ティースを形成するステップは、複数のティースのそれぞれの一端部が絶縁材料を介して連結されるように、前記複数のティースを一体成型することが好ましい。この場合は、複数のティースが圧粉磁心材料あるいは絶縁性材料によって一体成型されるので、ティースの部品点数を低減できる。

本発明によれば、圧粉磁心材料によって形成されたティースと、ヨークとが別体成型され、ティースがヨークに嵌合されることによって形成される電動機，電動機ステータ及びその製造方法において、ティース又はヨークの破損を抑制することができる。

＜第一の実施の形態の構成＞
図４に、本発明の第一の実施の形態における電動機５０の上面図を示す。電動機５０は、ロータ５２と電動機ステータ６０とを備える。電動機ステータ６０は、ティース５４，ヨーク５６及びコイル５８を備える。

図５に、ティース５４の斜視図を示す。ティース５４は、ティース本体５４ａと、ティース補強材料５４ｂとを備える。

ティース５４は、その断面の形状が略Ｔ字型になるように形成される。ティース５４においてＴ字の上側に張り出した部分を、以下ではティース頭部と称す。また、Ｔ字型の下側に突き出た部分を、以下ではティース底部と称す。電動機ステータ６０において、ティース頭部は、ロータ５２が配置される方向に位置する。一般に、ティース５４を通る磁力線の多くがロータ５２に向かうようにするために、ティース頭部は幅広に形成される。ティース底部の端面７２は、ヨーク５６に形成される嵌合穴５６ｂ（後述）と略同じ形状及び大きさになるように形成される。

ティース本体５４ａは、圧粉磁心材料によって形成される。ティース本体５４ａを形成する圧粉磁心材料は、磁性材料の粉末と樹脂とが混合されたものである。例えば、磁性材料の粉末には、鉄などの金属磁性材料の粉末が用いられる。あるいは、これらの金属を含む合金磁性材料の粉末であってもよい。圧粉磁性材料に含まれる樹脂は、電気的に絶縁性を有する。後述するが、ティース本体５４ａは、圧粉磁心材料が加圧成型されることによって形成される。

圧粉磁性材料によって形成されるティース本体５４ａの比抵抗は、鋼材の１００倍以上になる。例えば、鉄粉と樹脂とを含む圧粉磁性材料によって形成されるティース本体５４ａの比抵抗は、１０^-4Ωｍ以上である。

ティース５４の一端部には、ティース補強材料５４ｂが形成される。具体的には、ティース底部のＴ字型の断面に対して垂直な方向に沿った側面７０の端部と、ティース底部の端面７２の全体とが、ティース補強材料５４ｂによって覆われるように、ティース補強材料５４ｂとティース本体５４ａとが一体成型される（図５）。

あるいは、ティース底部において、Ｔ字型の断面に対して垂直な方向に沿った側面７０の端部と、ティース底部の上面及び下面の端部とを含んで、ティース５４の外周をティース補強材料５４ｂが囲むように、ティース補強材料５４ｂとティース本体５４ａとが一体成型されても良い（図６）。この場合は、ティース５４において、ティース補強材料５４ｂが占める体積の割合が低減される。そのため、ティース補強材料５４ｂによってティース５４の比抵抗が低減することが抑制される。その結果として、ティース５４における渦電流損の発生が抑制される。

あるいは、ティース底部において、Ｔ字型の断面に対して垂直な方向に沿った側面７０の端部と、ティース底部の端面７２の全体と、ティース底部の上面及び下面の端部とがティース補強材料５４ｂによって覆われるように、ティース補強材料５４ｂとティース本体５４ａとが一体成型されても良い（図７）。この構成によれば、ティース５４のティース底部において、ヨーク５６に形成される嵌合穴５６ｂ（後述）の壁面と接する総ての領域が、ティース補強材料５４ｂによって保護される。

ティース補強材料５４ｂには、ティース本体５４ａに比べて機械的強度が高い磁性材料が用いられる。例えば、ティース補強材料５４ｂには、鋼材，ステンレス，軟磁性ステンレス，アルミニウムなどが用いられる。

ティース５４には、コイル５８が巻回される（図示しない）。例えば、コイル５８を形成する部材には、エナメル銅線が用いられる。後述するが、コイル５８が巻回された後に、ティース５４のティース底部はヨーク５６に形成された嵌合穴５６ｂに嵌合される。したがって、ティース５４のティース底部で、かつ、ヨーク５６と嵌合する部分にはコイル５８が巻回されないようにする。

図８に、ヨーク５６の上面図を示す。図９にヨーク５６の斜視図を示す。ヨーク５６は、ヨーク本体５６ａと嵌合穴５６ｂとを備える。

本実施の形態においては、鋼材からなるリング状の鋼板が積層されて、円筒状のヨーク本体５６ａが形成される。また、各鋼板のリングの内側には、電動機５０に備えられるティース５４の数と同じ数の切り欠き穴が形成される。鋼板において各切り欠き穴は、切り欠き穴の数で等角に分割されて円筒の中心から放射状に延びる軸の各々と、鋼板の内周とが交錯する位置に形成される。さらに、各鋼板の切り欠き穴が重なるように各鋼板が積層されることによって、ヨーク本体５６ａに嵌合穴５６ｂを備えるヨーク５６が形成される。

図１０は、電動機ステータ６０の上面図である。図１０には、電動機ステータ６０の一部であって、ヨーク５６に設けられた嵌合穴５６ｂの一つに、ティース５４が嵌合された状態が示されている。コイル５８が巻回されたティース５４は、ヨーク５６に嵌合される。より具体的には、ティース５４のティース底部に備えられたティース補強材料５４ｂと、ヨーク５６に形成された嵌合穴５６ｂの壁面とが接するように嵌合される。圧粉磁心材料によって形成されたティース本体５４ａの表面は、ティース補強材料５４ｂに保護される。その結果、ティース５４を嵌合穴５６ｂに嵌合させる際に、ティース５４の表面の破損が抑制される。

ヨーク５６にティース５４が嵌合された後に、ヨーク５６の表面において、ヨーク５６を形成する鋼板とティース補強材料５４ｂとが溶接されてもよい。この場合は、積層鋼板によって形成されたヨーク５６にティース５４が強固に固定される。

ロータ５２は、軸体５２ａと磁性体５２ｂとを備える。例えば、軸体５２ａには、鋼材のロッドが用いられる。磁性体５２ｂは、軸体５２の周囲に形成される。磁性体５２ｂには永久磁石または電磁石が用いられる。具体的な材料としては、例えば鋼材，圧粉磁心材料などが磁性体５２ｂに用いられる。

電動機ステータ６０対して、円筒状のヨーク５６の中心軸に略一致するように、ロータ５２の軸体５２ａが配置されて回動可能に支持される。

尚、電動機ステータ６０には複数のティースが備えられる。複数のティースのティース頭部が圧粉磁心材料を介して連結されるように、複数のティースを一体成型してもよい。例えば、図１１に示すように、電動機ステータ６０に備えられる総てのティースのティース頭部が連結されるように一体成型してもよい。この場合は、ティース５４が一の部品として形成される。あるいは、電動機ステータ６０に備えられるティースのうち、２個以上のティースを一組として、互いのティース頭部を一体成型してもよい。この場合は、電動機ステータ６０を形成するティースの部品点数が低減される。さらに、円筒状のヨーク５６の略中心方向から、ヨーク５６の内壁に形成された嵌合穴５６に向かって、あるいは、円筒状のヨーク５６の上面に対して垂直な方向から、ヨーク５６の上面においても開口している嵌合穴５６ｂに向かって、ティース５４を差し込むことができる。

あるいは、図１２に示すように、ティースのティース頭部と、他のティースのティース頭部とが、樹脂５４ｃを介して、一体成型されてもよい。この場合は、樹脂５４ｃが電気的に絶縁性を有するので、一体成型されたティース５４における渦電流損を低減できる点で効果がある。

＜第一の実施の形態の製造方法＞
図１３に、本発明の第一の実施の形態に係る電動機ステータ６０の製造工程を示す。

ステップＳ１０においては、圧粉磁心材料５４ｄとティース補強材料５４ｂとによって、ティース５４を形成する。

図１４は、ステップＳ１０におけるティース５４の製造工程の詳細な流れを示す図である。まずステップＳ２０において、高級脂肪酸系潤滑剤を金型８０の内面に塗布する。高級脂肪酸系潤滑剤は、高級脂肪酸からなる潤滑剤と、高級脂肪酸の金属塩からなる潤滑剤の双方を含む。例えば、高級脂肪酸には、ステアリン酸，パルチミン酸，オレイン酸などがある。一方、高級脂肪酸の金属塩には、リチウム塩，カルシウム塩，亜鉛塩などがある。高級脂肪酸系潤滑剤は、 室温域から温間域の間で固体であることが好ましい。

ステップＳ２０を完了すると、ステップＳ２２に移行する。ステップＳ２２においては、ティース補強材料５４ｂを金型８０に装填する。例えば、ティース補強材料５４ｂには、鋼材，ステンレス，軟磁性ステンレス，アルミニウムなどが用いられる。図１５に、ティース補強材料５４ｂが装填された金型８０の上面図を示す。また図１６に、図１５におけるＡ１−Ａ２間の側方断面図を示す。例えば図１６に示す金型８０の断面図において、金型８０の底面全体と、両側の壁面の一部とに接するように予め加工されたティース補強材料５４ｂを、金型８０に装填する。あるいは、上記の形状のティース補強材料５４ｂを金型８０の底部に形成するように、複数のティース補強材料の小片を金型８０に装填してもよい。

ステップＳ２２を完了すると、ステップＳ２４に移行する。ステップＳ２４おいては、ティース補強材料５４ｂが装填された金型８０に、圧粉磁心材料５４ｄを充填する（図１７）。金型８０に装填される圧粉磁心材料５４ｄは、磁性材料の粉末と樹脂とが混合されたものである。例えば、磁性材料の粉末には、鉄，アルミニウム，チタンなどの金属磁性材料の粉末が用いられる。あるいは、これらの金属を含む合金磁性材料の粉末であってもよい。圧粉磁性材料に含まれる樹脂は、電気的に絶縁性を有する。例えば、鉄粉と樹脂とからなる圧粉磁心材料５４ｄを金型８０に充填する。

金型８０に圧粉磁心材料５４ｄを充填する際は、圧粉磁心材料５４ｄと金型８０とを加熱することが好ましい。これらが加熱されていると、この後の工程において、圧粉磁心材料５４ｄと、金型８０の内面に塗布された高級脂肪酸系潤滑剤とが安定して反応し、両者間に均一な潤滑皮膜が形成されやすいからである。例えば、圧粉磁心材料５４ｄと金型８０との温度が１００℃以上になるように金型８０を加熱する。

ステップＳ２４を完了すると、ステップＳ２６に移行する。ステップＳ２６においては、金型８０に充填された圧粉磁心材料５４ｄを温間状態で加圧成型する。ここでは、金型８０と圧粉磁心材料５４ｄとが接触する部分の温度が１００℃から２２５℃、より望ましくは１００℃から１８０℃の温間状態にあるとよい。このような温間状態になるように金型８０が加熱された状態で、金型８０の開口部から、圧粉磁心材料５４ｄに対して圧力を印加する。例えば、圧粉磁心材料５４ｄに鉄粉が含まれる場合には、圧粉磁心材料５４ｄによって形成されるティース本体５４ａとティース補強材料５４ｂとの間に十分な結合強度を付与するために、７００ＭＰａを下限として圧力を印加する。ここで印加する圧力に上限はない。このステップＳ２４によって、ティース本体５４ａとティース補強材料５４ｂとが一体成型されたティース５４が金型８０内に形成される。この金型８０に圧力を印加して、ティース５４を金型８０から取り出す。以上でステップＳ２６を完了し、ステップＳ１０を完了する。

次に、ステップ１２に移行する。ステップ１２においては、ヨーク５６を形成する。鋼板の積層構造としてヨーク５６を形成する方法については、一般に知られているので、ここでは説明を省略する。

次にステップ１４に移行する。ステップ１４においては、ティース５４にコイル５８を巻回する。コイル５８の材料には、導電性材料が用いられる。例えば、コイル５８には、エナメル銅線が用いられる。また、この後のステップ１６において、ティース５４はヨーク５６に嵌合される。したがって、ティース５４の一端で、かつ、ヨーク５６と嵌合する部分にはコイル５８を巻回しないようにする。

次にステップ１６に移行する。ステップ１６においては、コイル５８が巻回されたティース５４を、ヨーク５６に嵌合する。このとき、ヨーク５６の嵌合穴５６ｂの壁面と、ティース５４の一端部に形成されたティース補強材料５４ｂとが接するように、ティース５４をヨーク５６に嵌合する。

ティース５４をヨーク５６に嵌合した後は、ヨーク５６に対してティース５４を溶接してもよい。例えば、ヨーク５６の表面において、ティース補強材料５４ｂと、ヨーク５６を形成する鋼板とを溶接する。

以上のステップＳ１０からステップＳ１６を経て、圧粉磁心材料によって形成されたティース５４と、ヨーク５６と、コイル５８とを備える電動機ステータ６０が形成される。

但し、第一の実施の形態の製造方法において、工程の順序は、ステップＳ１０からステップＳ１６の順序でなくてもよい。例えば、ティース５４よりも先にヨーク５６を形成してもよい。この場合は、ステップＳ１０とステップＳ１２との順序を入れ替える。

あるいは、ティース５４が形成された後であれば、ティース５４にコイル５８を巻回する工程は、ティース５４をヨーク５６に嵌合する工程までに完了すればよい。したがって、ステップＳ１２とステップＳ１４との順序を入れ替えてもよい。

また、ステップＳ１０において、図１１に示すように複数のティースのティース頭部が圧粉磁心材料によって連結されるように、複数のティースを一体成型してもよい。この場合は、金型８０の開口部側において各ティース間に圧粉磁心材料５４ｄを充填し（図示しない）、加圧成型することにより、図１５に示すティース５４が形成される。あるいは、上記の各ティース間に圧粉磁心材料５４ｄを充填する代わりに、樹脂５４ｃを充填することによって、図１２に示すティース５４を形成することもできる。

＜第二の実施の形態の構成＞
第一の実施の形態におけるヨーク５６が、圧粉磁心材料によって形成される場合について説明する。その他の構成要素については、第一の実施の形態と同様である。以下、第一の実施の形態に係る電動機５０と重複する構成要素については、同一の符号を付して、説明を省略する。

図１８にヨーク５６の上面図を示す。ヨーク５６は、ヨーク本体５６ａ，嵌合穴５６ｂ及びヨーク補強材料５６ｃを備える。本実施の形態においては、ヨーク５６及びヨーク本体５６ａの形状は円筒状である。また、ヨーク５６の内壁側に、複数の嵌合穴５６ｂが備えられる。

ヨーク本体５６ａは、圧粉磁心材料によって形成される。ヨーク本体５６ａを形成する圧粉磁心材料は、第一の実施の形態においてティース５４の形成に用いられる圧粉磁心材料と同様である。後述するが、ヨーク本体５６ａは、圧粉磁心材料が加圧成型されることによって形成される。

圧粉磁性材料によって形成されるヨーク本体５６ａの比抵抗は、鋼材の１００倍以上になる。例えば、鉄粉と樹脂とを含む圧粉磁性材料によって形成されるヨーク本体５６ａの比抵抗は、１０^-4Ωｍ以上である。したがって、鋼材によって形成されたヨークに比べて、圧粉磁性材料によって形成されたヨーク本体５６ａでは渦電流損が低減される。

ヨーク補強材料５６ｃは、嵌合穴５６ｂの壁面において、ヨーク本体５６ａと一体成型される。この構成によって、嵌合穴５６ｂの壁面は、ヨーク補強材料５６ｃによって保護される。ヨーク補強材料５６ｃには、ヨーク本体５６ａに比べて機械的強度が高い磁性材料が用いられる。例えば、ヨーク補強材料５６ｃには、鋼材，ステンレス，軟磁性ステンレス，アルミニウムなどが用いられる。

ここで、円筒状のヨーク本体５６ａの上面又は下面に、ヨーク補強材料層５６ｄを一体成型してもよい（図１９に斜視図を示す）。ヨーク補強材料層５６ｄを形成する材料は、上記のヨーク補強材料５６ｃと同じである。この構成によれば、ヨーク５６に形成された嵌合穴５６ｂの壁面において、ヨーク補強材料層５６ｄに相当する箇所の機械的強度が高くなる。

あるいは、円筒状のヨーク本体５６ａと、円筒状のヨーク補強材料層５６ｄとを別々に形成し、ヨーク本体５６ａの上面又は下面に対して、ヨーク補強材料層５６ｄを重ね合わせてヨーク５６を形成してもよい（図２０に斜視図を示す）。この場合は、ねじ５６ｅによって、ヨーク本体５６ａに対してヨーク補強材料層５６ｄを固定してもよい。あるいは、加熱によって熱膨張したヨーク補強材料層５６ｄをヨーク本体５６ａに対して嵌め込んで冷却させることによって、ヨーク補強材料層５６ｄをヨーク本体５６ａに焼きばめしてもよい（図示しない）。

ティース補強材料５４と、ヨーク５６の嵌合穴５６ｂの壁面とが接するように、ティース５４がヨーク５６に嵌合される。嵌合穴５６ｂの壁面の全体又は一部は、ヨーク補強材料５６ｃ又はヨーク補強材料層５６ｄによって保護される。したがって、ティース５４をヨーク５６に嵌合する際に、嵌合穴５６ｂの壁面が破損することを抑制することができる。

また、ティース５４が嵌合された後に、ヨーク５６の表面において、ティース補強材料５４ｂとヨーク補強材料５６ｃとが、あるいは、ティース補強材料５４ｂとヨーク補強材料層５６ｄとが溶接されてもよい。この場合は、圧粉磁心材料によって形成されたヨーク５６にティース５４が強固に固定される。

以下、圧粉磁心材料によって形成されたヨーク５６に、コイル５８が巻回されたティース５４が嵌合されることによって、電動機ステータ６０が形成される。

＜第二の実施の形態の製造方法＞
第二の実施の形態の製造方法は、第一の実施の形態の製造方法と略同様に行なわれる。但し、ヨーク５６を形成するステップ（ステップＳ１２）については、第一の実施の形態におけるティース５４を形成するステップ（ステップＳ１０）と同様に行なわれる。以下では、ヨーク５６を形成するステップに焦点をあてて説明する。また、第一の実施の形態の製造方法と重複するステップについては説明を省略する。

図２１は、圧粉磁心材料によってヨーク５６を形成するステップを示したものである。
ステップＳ１２においては、まずステップＳ３０が行なわれる。ステップ３０においては、高級脂肪酸系潤滑剤を金型の内面に塗布する。

ステップＳ３０を完了すると、ステップＳ３２に移行する。ステップＳ３２においては、ヨーク補強材料５６ｃを金型に装填する。例えば、ヨーク補強材料５６ｃには、鋼材，ステンレス，軟磁性ステンレス，アルミニウムなどが用いられる。

ステップＳ３２を完了すると、ステップＳ３４に移行する。ステップＳ３４おいては、ヨーク補強材料５６ｃが装填された金型に、圧粉磁心材料を充填する。金型に装填される圧粉磁心材料は、磁性材料の粉末と樹脂とが混合されたものである。例えば、鉄粉と樹脂とを含む圧粉磁心材料を金型に充填する。

金型に圧粉磁心材料を充填する際は、圧粉磁心材料と金型とを加熱することが好ましい。例えば、圧粉磁心材料と金型との温度が１００℃以上になるように金型を加熱する。

ステップＳ３４を完了すると、ステップＳ３６に移行する。ステップＳ３６においては、金型に充填された圧粉磁心材料を温間状態で加圧成型する。例えば、金型と圧粉磁心材料５４ｄとが接触する部分の温度が１００℃から２２５℃、より望ましくは１００℃から１８０℃の温間状態になるように金型を加熱する。その後、金型の開口部から、７００ＭＰａを下限として加圧成型する。その結果として、ヨーク本体５６ａとヨーク補強材料５６ｃとが一体成型されたヨーク５６が金型内に形成される。この金型に圧力を印加して、ヨーク５６を金型８０から取り出す。

図１９に示すヨーク５６を形成する場合には、ステップＳ３２とステップＳ３４との順序を入れ替えてもよい。この場合は、ステップ３２においてヨーク補強材料層５６ｄとヨーク本体５６ａとが一体成型されるように、圧粉磁心材料が充填された金型に、ヨーク補強材料を装填する。あるいは、予め金型にあわせて成型されたヨーク補強材料層５６ｄを、圧粉磁心材料が充填された金型に装填してもよい。

あるいは、図２０に示すヨーク５６を形成するために、上記のステップＳ３２を省略して、ヨーク本体５６ａを形成してもよい。この場合は、ヨーク補強材料層５６ｄはヨーク本体５６ａとは別に形成される。さらに、ヨーク本体５６ａの上面にヨーク補強材料層５６ｄを重ね合わせ、ヨーク本体５６ａに対してヨーク補強材料層５６ｄをねじ５６ｅによって固定する。あるいは、加熱によって熱膨張したヨーク補強材料層５６ｄをヨーク本体５６ａに対して嵌め込んで冷却させることによって、ヨーク補強材料層５６ｄをヨーク本体５６ａに焼きばめしてもよい（図示しない）。

以下、第一の実施の形態の製造方法におけるステップＳ１４からステップＳ１６と同様のステップを行なう。その結果として、圧粉磁心材料によって形成されたヨーク５６にティース５４が嵌合されて、電動機ステータ６０が形成される。

＜その他の実施の形態＞
本発明は、一般に知られている電動機とは異なる形状の電動機についても適用できる。その一例として、アキシャルモータ１００を挙げる。以下、第一，第二の実施の形態と重複する構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

図２２は、アキシャルモータ１００の上面図である。図２３は、図２２のＢ１−Ｂ２間の断面図である。アキシャルモータ１００は、ロータ５２と電動機ステータ６０とを備える。電動機ステータ６０は、ティース５４，ヨーク５６及びコイル５８を備える。

図２４に、ティース５４の斜視図を示す。ティース５４は、ティース本体５４ａとティース補強材料５４ｂとを備える。

ティース本体５４ａは、圧粉磁心材料によって形成される。ティース補強材料５４ｂには、ティース本体５４ａに比べて機械的強度が高い磁性材料が用いられる。例えば、圧粉磁心材料及びティース補強材料５４ｂには、第一の実施の形態に例示した材料が用いられる。

ティース５４は、上方又は下方から見た場合の形状が略扇形状になるように、かつ、側方から見た場合の形状が略Ｔ字型になるように形成される。ティース５４においてＴ字の上側に張り出した部分を、以下ではティース頭部と称す。また、Ｔ字型の下側に突き出た部分を、以下ではティース底部と称す。ティース底部の端面７２は、ヨーク５６に形成される嵌合穴５６ｂ（後述）と略同じ形状及び大きさに形成される。

ティース５４の一端部には、ティース補強材料５４ｂが形成される。具体的には、ティース底部において、側方から見た場合のＴ字型の断面に対して垂直な方向に沿った側面７０の端部と、ティース底部の端面７２の全体とがティース補強材料５４ｂによって覆われるように、ティース補強材料５４ｂとティース本体５４ａとが一体成型される。ティース５４において、ティース補強材料５４ｂが形成される領域は、ヨーク５６に形成される嵌合穴５６ｂの壁面と接する領域になる。

ティース５４のティース底部には、コイル５８が巻回される。但し、ティース底部において、ティース補強材料５６ｂが形成された領域には、コイルが巻回されないようにする。

ヨーク５６は、ヨーク本体５６ａと嵌合穴５６ｂとを備える。円盤状の鋼板が積層されることによって、円盤状のヨーク本体５６ａが形成される。各鋼板には、アキシャルモータ１００に備えられるティースの数と同じ数の貫通孔が形成される。鋼板において、貫通孔の数で等角に分割されて円盤の中心から放射状に延びる軸の各々に対して、一の軸上に一の貫通孔が形成される。さらに、各鋼板に形成された貫通孔が重なるように鋼板が積層されることによって、ヨーク本体５６ａに嵌合穴５６ｂを備えるヨーク５６が形成される。

ヨーク５６に形成された嵌合穴５６ｂに、コイル５８が巻回されたティース５４が嵌合されることによって、電動機ステータ６０が形成される。

ロータ５２は、軸体５２ａと磁性体５２ｂとを備える。本実施の形態においては、磁性体５２ｂは円盤状に形成される。電動機ステータ６０に対して、円盤状に形成されたヨーク５６の中心軸に略一致するように、ロータ５２の軸体５２ａが配置されて支持されることにより、アキシャルモータ１００が形成される。

また、アキシャルモータ１００に備えられるヨーク５６を、第二の実施の形態と同様に、圧粉磁心材料と、ヨーク補強材料（あるいはヨーク補強材料層）とによって形成してもよい。例えば、圧粉磁心材料によって形成されるヨーク本体５６ａに対して、嵌合穴５６ｂの壁面の少なくとも一部を覆うように、ヨーク補強材料５６ｃをヨーク本体５６ａと一体成型してもよい（図２５）。あるいは、円盤状のヨーク本体５６ａの上面又は下面に、円盤状のヨーク補強材料層５６ｄを一体成型してもよい。この場合は、ヨーク５６ａに形成される嵌合穴の壁面をヨーク補強材料が覆うように、ヨーク補強材料層５６ｄの形状が決められる（図２６）。特に、ヨーク５６ａに形成される嵌合穴５６ｂにおいて、ティース５４が嵌合される側の角をヨーク補強材料が保護するように、ヨーク補強材料層５６ｄの形状が決められることが好適である。

あるいは、円盤状のヨーク本体５６ａと、円盤状のヨーク補強材料層５６ｄとを別々に形成し、ヨーク本体５６ａの上面又は下面に対して、ヨーク補強材料層５６ｄを重ね合わせてヨーク５６を形成してもよい。この場合は、ねじ５６ｅによって、ヨーク本体５６ａに対してヨーク補強材料層５６ｄを固定してもよい（図示しない）。あるいは、加熱によって熱膨張したヨーク補強材料層５６ｄをヨーク本体５６ａに対して嵌め込んで冷却させることによって、ヨーク補強材料層５６ｄをヨーク本体５６ａに焼きばめしてもよい（図示しない）。

あるいは、第一の実施の形態と同様に、電動機ステータ６０に備えられる複数のティースのティース頭部が圧粉磁心材料又は樹脂を介して連結されるように、複数のティースが一体成型されてもよい。

また、アキシャルモータ１００に備えられる電動機ステータ６０は、第一，第二の発明の実施の形態に示した製造方法と同様のステップを行なうことによって製造される。

以上のように、第一，第二の実施の形態の電動機５０とは形状が異なるアキシャルモータ１００についても、第一，第二の実施の形態と同様に、本発明を適用することができる。

従来技術における電動機１０の上面図である。 従来技術において、鋼板１２ａが積層されることによって形成されるティース１２の斜視図である。 従来技術において、圧粉磁心材料によって形成されるティース１２の斜視図である。 本発明の第一の実施の形態における電動機５０の上面図である。 本発明の第一の実施の形態におけるティース５４の斜視図である。 本発明の第一の実施の形態におけるティース５４の斜視図である。 本発明の第一の実施の形態におけるティース５４の斜視図である。 本発明の第一の実施の形態におけるヨーク５６の上面図である。 本発明の第一の実施の形態において、積層鋼板によって形成されたヨーク５６の斜視図である。 本発明の第一の実施の形態における電動機ステータ６０の上面図である。 本発明の第一の実施の形態において、複数のティースのティース頭部が圧粉磁心材料を介して連結されて一体成型されたティース５４の上面図である。 本発明の第一の実施の形態において、複数のティースのティース頭部が樹脂を介して連結されて一体成型されたティース５４の上面図である。 本発明の第一の実施の形態に係る電動機ステータ６０の製造工程を示す図である。 本発明の第一の実施の形態において、ティース５４の製造工程の詳細な流れを示す図である。 本発明の第一の実施の形態において、ティース補強材料５４ｂが装填された金型８０の上面図である。 図１５におけるＡ１−Ａ２間の側方断面を示す図である。 本発明の第一の実施の形態において、ティース補強材料５４ｂが装填された金型８０に、圧粉磁心材料５４ｄが充填された状態を示す側方断面図である。 本発明の第二の実施の形態におけるヨーク５６の上面図である。 本発明の第二の実施の形態において、ヨーク補強材料層５６ｄとヨーク本体５６ａとが一体成型されて形成されたヨーク５６の斜視図である。 本発明の第二の実施の形態において、ヨーク補強材料層５６ｄとヨーク本体５６ａとによって形成されたヨーク５６の斜視図である。 本発明の第二の実施の形態におけるヨーク５６を形成するステップを示す図である。 本発明のその他の実施の形態におけるアキシャルモータ１００の上面図である。 図２２のＢ１−Ｂ２間の断面を示す図である。 本発明のその他の実施の形態におけるティース５４の斜視図である。 本発明のその他の実施の形態において、圧粉磁心材料によって形成されたヨーク本体５６ａとヨーク補強材料５６ｃとを備えるアキシャルモータ１００の断面図である。 本発明のその他の実施の形態において、圧粉磁心材料によって形成されたヨーク本体５６ａとヨーク補強材料層５６ｄとを備えるアキシャルモータ１００の断面図である。

符号の説明

１０，５０ 電動機、１１ ステータ、１２，５４ ティース、１４，５６ ヨーク、１６，５８ コイル、１８，５２ ロータ、５２ａ 軸体、５２ｂ 磁極、５４ａ ティース本体、５４ｂ ティース補強材料、５４ｃ 樹脂、５４ｄ 圧粉磁心材料、５６ｂ 嵌合穴、５６ｃ ヨーク補強材料、５６ｄ ヨーク補強材料層、６０ 電動機ステータ、７０ ティース底部の側面、７２ ティース底部の端面、８０ 金型、１００ アキシャルモータ。

Claims (17)

1. 複数のティースと、前記複数のティースのそれぞれに巻回されるコイルと、前記ティースを嵌合させるための嵌合穴を有するヨークとを備える電動機ステータであって、
   前記ティースは、磁性材料を含む圧粉磁心材料によって形成されるティース本体と、前記ティース本体に比べて高い機械的強度を有するティース補強材料とを含み、前記ティース本体の表面の少なくとも一部に前記ティース補強材料が一体成型され、
   前記ヨークの前記嵌合穴の壁面と、前記ティース補強材料とが接するように、前記ヨークの前記嵌合穴に前記ティースが嵌合されることを特徴とする電動機ステータ。
2. 請求項１に記載の電動機ステータにおいて、前記ヨークは圧粉磁心材料によって形成されるヨーク本体を有することを特徴とする電動機ステータ。
3. 請求項２に記載の電動機ステータにおいて、
   前記ヨークは、前記嵌合穴の壁面の少なくとも一部の領域に、前記ヨーク本体に比べて高い機械的強度を有するヨーク補強材料を更に有し、
   前記ティース補強材料が前記ヨーク補強材料に接するように、前記ヨークの前記嵌合穴に前記ティースが嵌合されることを特徴とする電動機ステータ。
4. 請求項３に記載の電動機ステータにおいて、
   前記ヨーク補強材料は、前記ヨーク本体に機械的に固定されることを特徴とする電動機ステータ。
5. 請求項１に記載の電動機ステータにおいて、
   前記ティース補強材料と前記ヨークとが溶接されることを特徴とする電動機ステータ。
6. 請求項３又は請求項４に記載の電動機ステータにおいて、
   前記ティース補強材料と前記ヨーク補強材料とが溶接されることを特徴とする電動機ステータ。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一つに記載の電動機ステータにおいて、
   前記ティースの一端部と他のティースの一端部とが圧粉磁心材料を介して連結されるように、前記複数のティースが一体成型されることを特徴とする電動機ステータ。
8. 請求項１から請求項６のいずれか一つに記載の電動機ステータにおいて、
   前記ティースの一端部と他のティースの一端部とが絶縁材料を介して連結されるように、前記複数のティースが一体成型されることを特徴とする電動機ステータ。
9. 請求項１から請求項８のいずれか一つに記載の電動機ステータと、回転子とを備え、
   前記ヨークは円盤状であり、
   前記嵌合穴は、前記ヨークの表面から裏面に向かって穿孔されて形成され、
   前記回転子は、円盤状の回転体と、前記回転体の中心軸と略一致するように配置された軸体と、を備え、
   前記ヨークの中心軸と前記軸体とが略一致するように前記回転子が配置され、
   前記回転体の表面と前記ティースとの間に所定の距離を有することを特徴とする電動機。
10. 磁性材料の粉末を含む圧粉磁心材料からなるティース本体と、前記ティース本体に比べて高い機械的強度を有するティース補強材料とを一体成型することによって、前記ティース本体の表面の少なくとも一部に前記ティース補強材料を有するティースを形成するステップと、
    前記ティースを嵌合させるための嵌合穴を有するようにヨークを形成するステップと、
    前記ティースにコイルを巻回するステップと、
    前記ヨークの前記嵌合穴の壁面と、前記ティース補強材料とが接するように、前記ティースを前記ヨークに嵌合するステップと、
    を有することを特徴とする電動機ステータの製造方法。
11. 請求項１０に記載の電動機ステータの製造方法において、
    前記ヨークを形成するステップは、磁性材料の粉末を含む圧粉磁心材料によってヨーク本体を形成することを特徴とする電動機ステータの製造方法。
12. 請求項１１に記載の電動機ステータの製造方法において、
    前記ヨークを形成するステップは、更に、前記ヨーク本体に比べて高い機械的強度を有するヨーク補強材料を、前記ヨークの前記嵌合穴の壁面の少なくとも一部の領域に形成し、
    前記ティースを前記ヨークに嵌合するステップは、前記ティース補強材料が前記ヨーク補強材料に接するように、前記ティースを前記ヨークに嵌合する
    ことを特徴とする電動機ステータの製造方法。
13. 請求項１２に記載の電動機ステータの製造方法において、
    前記ヨークを形成するステップは、更に、前記ヨーク補強材料を前記ヨーク本体に機械的に固定することを特徴とする電動機ステータの製造方法。
14. 請求項１０に記載の電動機ステータの製造方法において、
    更に、前記ティース補強材料と前記ヨークとを溶接するステップを備えることを特徴とする電動機ステータの製造方法。
15. 請求項１２又は請求項１３に記載の電動機ステータの製造方法において、
    更に、前記ティース補強材料と前記ヨーク補強材料とを溶接するステップを備えることを特徴とする電動機ステータの製造方法。
16. 請求項１０から請求項１５のいずれか一つに記載の電動機ステータの製造方法において、
    前記ティースを形成するステップは、複数のティースのそれぞれの一端部が圧粉磁心材料を介して連結されるように、前記複数のティースを一体成型することを特徴とする電動機ステータの製造方法。
17. 請求項１０から請求項１５のいずれか一つに記載の電動機ステータの製造方法において、
    前記ティースを形成するステップは、複数のティースのそれぞれの一端部が絶縁材料を介して連結されるように、前記複数のティースを一体成型することを特徴とする電動機ステータの製造方法。
    
    

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