JP4968928B2

JP4968928B2 - 永久磁石モータ及びその製造方法

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Publication number: JP4968928B2
Application number: JP2007177963A
Authority: JP
Inventors: 義一鵜飼; 昭夫松井; 昭橋本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-07-06
Filing date: 2007-07-06
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2027-07-06
Also published as: JP2009017712A

Description

本発明は、円筒形の固定子鉄心及びこの固定鉄心の内面に配置された複数のコイルから成る固定子と、永久磁石及びこの永久磁石を外周に装着したシャフトから成る回転子とを備えたる永久磁石モータの構造に関するものである。

スロットレスモータは、スロットを有しない固定子鉄心の内周面に回転磁界形成用のコイルを装着した固定子と、回転子鉄心を兼ねたシャフトに複数の磁極を有するリング状の永久磁石または複数個のセグメント状の永久磁石を取り付けた回転子とを有し、上記回転子は上記固定子コイルに空隙を介して対向するように配置されている。

モータのサイズが大きい場合には、固定子鉄心は金型を用いて鋼板を打ち抜き加工して得られた板を積層することにより製造することができるが、例えばモータの外形寸法が２０ｍｍ以下のような永久磁石モータの場合には、固定子鉄心の直径が小さく、肉厚が薄いために鋼板を打ち抜き加工することが困難であることや、打ち抜き加工した板を精度よく積層することが困難であるといった問題があった。

固定子鉄心の精度が悪くなると、それを用いたモータのコギングトルクが大きくなる等の問題が発生することになる。また、円筒状の軟磁性部材（一体構造の鉄部材）を固定子鉄心に用いると渦電流損失が大きくなるといった問題がある。

この問題に対して、例えば、特許文献１では、Ｓｉ（シリコン）を含有する焼結金属から成る固定子鉄心の内面に複数のコイルを装着し、コイルを結線した後にコイルを含む固定子鉄心内面部を樹脂でモールドすることにより、安価で高精度なモータの固定子を製造する方法が提案されている。

上記特許文献１では、Ｓｉを含む焼結金属を用いることで渦電流損失の低減を図り、焼結金属を後加工することにより形状精度を向上させている。

また、例えば、特許文献２では、耐熱性を有する無機絶縁皮膜で被覆した絶縁金属磁性粉末に熱硬化性樹脂組成物を添加して加熱圧縮成形することにより得られる圧粉鉄心を固定子鉄心に用いることで、高周波帯域でも渦電流損失の増大を抑えることができることを提案している。

特開２００３−１０２１３５号公報（第２−３頁、図１）特開平０９−１０２４０９号公報（第１頁、図８）

上記特許文献１に開示されたモータでは、固定子鉄心を構成する焼結金属は導体であることから積層鋼板と比べると渦電流損失が大きくなり、積層鋼板と同等の渦電流損失を要求されるモータには採用できないといった問題がある。また、焼結後に後加工を施しているため、製造コストが高くなるといった問題があった。

また、特許文献２に開示されたような、圧粉鉄心を固定子鉄心に用いて、上記特許文献１に開示されたような永久磁石モータを構成しようとする場合、固定子鉄心の内面に装着された複数のコイルを固定子鉄心の内面部に樹脂を充填することで一体にモールドする際、モールドの成形圧力で圧粉鉄心が破損してしまうといった問題がある。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、圧粉鉄心、空芯コイルをモールドにより一体化（固定）するとき、樹脂の成形圧力によって圧粉鉄心が破損することがないようにすることを目的とする。

本発明に係る永久磁石モータは、表面を絶縁処理された軟磁性体の粉末を圧縮成形することにより形成された円筒状の圧粉鉄心、上記圧粉鉄心の内周面に配置され、上記圧粉鉄心の軸方向に長いトラック状に集中巻された複数の空芯コイル、及び上記空芯コイルを上記圧粉鉄心に固定する樹脂を有する固定子と、
複数の磁極を有する永久磁石を装着した回転子シャフトからなり、上記固定子に装着された上記コイルに一定の空隙を介して対向するように配置された回転子と、
上記回転子シャフトを回転可能に支持する軸受と、
上記軸受け及び上記固定子を固定するフレームとを備えた永久磁石モータにおいて、
上記圧粉鉄心の内周面と外周面の双方に上記樹脂として熱硬化性樹脂が配置され、上記空芯コイルの内周面に配置される上記熱硬化性樹脂の肉厚が上記圧粉鉄心の外周面に配置される樹脂の肉厚よりも小さいものである。

本発明に係る第１の永久磁石モータの製造方法は、上記本発明に係る永久磁石モータの製造方法において、
表面を絶縁処理された軟磁性体の粉末を圧縮成形することにより形成された円筒状の圧粉鉄心を形成する工程、上記圧粉鉄心の内周面に、上記圧粉鉄心の軸方向に長いトラック状に集中巻された複数の空芯コイルを上記圧粉鉄心の内周面に配置する工程、上記空芯コイルの内周にボビンをはめ込む工程、上記空芯コイルを配置した上記圧粉鉄心を金型のキャビティ内に設置し、熱硬化性樹脂を上記キャビティ内の上記圧粉鉄心の外周並びに上記圧粉鉄心の内周及び上記空芯コイルの内周に注入して上記空芯コイルを上記圧粉鉄心の内周面に固定して固定子を形成する工程、複数の磁極を有する永久磁石を装着した回転子シャフトを、上記固定子に装着された空芯コイルに一定の空隙を介して対向するように配置する工程、を備えたものである。

本発明に係る永久磁石モータによれば、圧粉鉄心、空芯コイルをモールドにより一体化（固定）するとき、樹脂の成形圧力が圧粉鉄心の内径側と外径側の双方から作用するため、成形圧力によって圧粉鉄心が破損するといった問題が発生することなく、モータを製造することができる。

また、圧粉鉄心の内周側と外周側から作用する成形圧力にアンバランスが生じたとしても（例えば、内周側から作用する成形圧力の方が大きい場合圧粉鉄心に内圧が掛かることになる）、熱硬化性樹脂を用いているので、成形圧力の絶対値が低いためにアンバランス量も小さくなり、圧粉鉄心が破損する危険がない。

また、樹脂充填時に十分な成形圧力を掛けることができるため、ショートショット（充填不足）やボイド（気泡：成形圧力不足で気泡を押し潰せない）といった成形不良を防止することができるので、歩留まりよく低コストにモータを製造することができる。

さらに、従来のモータの場合、圧粉鉄心の強度が小さいため、モールド後の固定子をアルミニウム等で構成されるフレーム内に挿入（一般的には焼き嵌め）して使用しているが、本発明の場合には、圧粉鉄心の外周も樹脂でモールドしているため、フレームで補強する必要がなく、回転子シャフトを支持する軸受け部のみフレーム部品を装着すればよいので、フレーム部品の構造が簡単で安価になり、組立も容易で組立コストも安価である。

本発明に係る永久磁石モータの製造方法によれば、空芯コイルの形状に誤差があり、圧粉鉄心内面の形状に対して差異があっても、樹脂を充填するときの成形圧力によって空芯コイルが圧粉鉄心の内面に押し付けられ、その状態で樹脂が硬化するので、空芯コイル形状を圧粉鉄心内面形状に倣わせることができる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明に係る永久磁石モータの実施の形態１における固定子構造を示す平面図（ａ）及び固定子をＡ−Ａ断面で切断した断面図（ｂ）である。図２は、従来の小型スロットレスモータの固定子の構造を示す平面図（ａ）及び固定子をＢ−Ｂ断面で切断した断面図（ｂ）である。図３は、空心コイルを貼り付けた圧粉鉄心２をインサートした状態の本発明の固定子モールド金型の平面図（ａ）、本発明の固定子モールド用金型のＡ−Ａ断面図（ｂ）及び空心コイル３を貼り付けた圧粉鉄心２がインサートされた状態の固定子モールド用金型のＡ−Ａ断面図（ｃ）である。図４は、空心コイル３を貼り付けた圧粉鉄心２をインサートした状態の従来の固定子モールド用金型の平面図（ａ）及び従来の固定子モールド金型のＢ−Ｂ断面図（ｂ）である。

本発明の永久磁石モータの固定子は、図１に示したように、円筒状の圧粉鉄心２、３個の空心コイル３、熱硬化性のエポキシ樹脂１及び図示はしないが空心コイルの端末を結線するための結線部を有する。従来の永久磁石モータの固定子も本発明のモータと同様の部材で構成される。

次に、本発明の永久磁石モータの固定子の製造方法について説明する。
円筒状の圧粉鉄心２は、表面が絶縁材料でコーティングされた鉄粉を円筒状のキャビティーに充填し、充填した鉄粉を圧縮成形して製造される。圧粉鉄心２の外径が、例えば、φ２０ｍｍ以下、圧粉鉄心２の厚みが１ｍｍ程度の永久磁石モータの場合、出力を得るために圧粉鉄心２の軸長を外径寸法以上にすることが多い。このように薄肉で直径に比べて軸長が長い鉄心を、珪素鋼板を打ち抜いた板を積層する方法で製造することは困難であるため、圧粉鉄心２が用いられることが多い。
第１節
次に、空心コイル３の製造方法について説明する。
断面が長方形形状の自己融着性のマグネットワイヤーを、圧粉鉄心２における内周面と密着するように、軸方向に長いトラック状に２層成形し、その成形状態で加熱することで自己融着層が固化し、空心コイル３が形成される。

次に、このように形成された空心コイル３個を圧粉鉄心内周面に等間隔で接着等の方法で貼り付ける。空心コイル３を等間隔で貼り付けるために、貼り付け用の治具を用いるか、圧粉鉄心２内周面に空心コイル３を位置決めするための突起を設け、その突起に空芯コイル３を嵌め合わせる等の方法を採れば、精度よく空心コイル３を貼り付けることができる。

空心コイル３の端末を結線部に結線した後、熱硬化性のエポキシ樹脂１をモールドすることにより固定子が完成する。ここで、固定子のモールド工程について説明する。
固定子モールド用金型の構造は、図３（ｂ）に示したように、上型９と下型１０からなり、下型１０には、コアピン１５が設けられており、コアピン１５の周囲に樹脂が充填されるキャビティー１１が形成され、コアピン１５の外径により固定子の内径部が形成される。キャビティ１１の底部には圧粉鉄心２の内径部と嵌合する円形の凸部１４が設けられており、凸部１４の外径部に圧粉鉄心２の内径部を嵌合させることによって圧粉鉄心２とコアピン１５との芯合わせができる構造になっている。

図３（ａ）及び（ｃ）に示したように、空心コイル３を貼り付けた圧粉鉄心２を固定子モールド用金型に挿入し、コアピン１５と空心コイル３及び圧粉鉄心２内周面との間には樹脂を充填するための空間１９が形成されており、また下型１０のキャビティ１１の外径側壁面と圧粉鉄心２の外周面との間にも樹脂を充填するための空間１８が形成される。図３（ｂ）に示したように、下型１０には樹脂をキャビティ１１に導入するためのゲート１３及びランナー１２が設けられている。
固定子モールド用金型は１００℃以上になるように温度コントロールされている。成形機のノズルからランナー１２、ゲート１３を通じてキャビティ１１内に充填された熱硬化性のエポキシ樹脂は金型からの熱伝導で加熱されることにより硬化する。

樹脂を成形機内及び金型内の流路に沿って流動させ、キャビティ１１内に充填するためには、成形機を用いて樹脂に成形圧力を加える必要がある。熱硬化性樹脂の場合３〜１０ＭＰａの成形圧力が必要である。流動の末端部であるキャビティ１１でも樹脂に加えられた成形圧力が作用しており、樹脂はキャビティ１１内面やインサート部材（本実施の形態の場合、空芯コイル３が貼り付けられた圧粉鉄心２）に対して成形圧力を伝達する（作用させる）。

このとき、図２に示した従来例のような固定子の構成の場合、図４に示した従来のモールド用金型を用いて、圧粉鉄心２の内周面側だけに樹脂を充填するために、圧粉鉄心２には内周面側からのみ、樹脂の成形圧力が作用した状態になる。樹脂充填時、圧粉鉄心２の外周面はキャビティ１１の外径側壁面に嵌め合わされている状態であるが、キャビティ１１内に圧粉鉄心２を挿入するためには、キャビティ１１の外径側壁面と圧粉鉄心２外周面との間にクリアランスが必要であり（圧粉鉄心２外径の方が、キャビティ内径よりも小さい）、圧粉鉄心２の外周部は厳密には金型によって保持されていない状態である。また、圧粉鉄心の機械的強度は積層鋼板などに比べて１／１０程度（圧粉鉄心の引張強度は３０〜５０ＭＰａである）である。

例えば、圧粉鉄心２の直径が２０ｍｍ、肉厚が１ｍｍであるとすると、２．５ＭＰａの成形圧力（内圧）が加えられると圧粉鉄心２は破損することになり、従来例では圧粉鉄心２に割れ等の不良を発生させることなく、樹脂を充填することは困難であった。

本発明の固定子の場合、圧粉鉄心２の内周面と外周面の双方に熱硬化性のエポキシ樹脂１を配置する構成にしているので、エポキシ樹脂を充填するときに圧粉鉄心２に掛かる成形圧力は、圧粉鉄心の内周面側と外周面側の両方から作用する。したがって、内周面側から作用する圧力と外周面側から作用する圧力が打ち消し合い、圧粉鉄心２にはほとんど成形圧力（圧粉鉄心を圧縮する力は掛かるが、内圧または外圧として作用する力は小さい）が作用しない状態となり、成形圧力により圧粉鉄心２が破損する恐れがない。

また、本発明は上述の通り、熱硬化性のエポキシ樹脂を用い、成形圧力が３〜１０ＭＰａと低いため、圧粉鉄心２の内周面側から作用する成形圧力と外周面側から作用する成形圧力に差がある場合にも、その差は成形圧力の絶対値の２０％程度であり、圧粉鉄心２の内周面側から作用する成形圧力と外周面側から作用する成形圧力の差圧により圧粉鉄心２が破損することはない。充填する樹脂に熱可塑性樹脂を用いた場合には、成形圧力が３０〜１５０ＭＰａとなり、本発明のように圧粉鉄心２の内周面部と外周面部の双方に樹脂を配置する構成としても、内周面側から作用する成形圧力と外周面側から作用する成形圧力の差圧により圧粉鉄心２が破損してしまうが、本発明のように熱可塑性のエポキシ樹脂を用いることで不良を発生させることなくモータを製造することができる。

また、図１に示したように、本実施の形態１では、圧粉鉄心２の内周側に充填される樹脂の肉厚と外周側に充填される樹脂の肉厚がほぼ等しくなるように構成されているので、樹脂流動時の圧力損失は内周側と外周側とがほぼ同等になる。そのため、内周側から圧粉鉄心２に掛かる成形圧力と外周側から掛かる成形圧力はほぼ同等となり、上述のように成形圧力で圧粉鉄心２が破損する危険がない。

また、空芯コイル３の内周側のモールド樹脂の肉厚を圧粉鉄心２の外周側のモールド樹脂の肉厚よりも小さくなるように構成することで、樹脂モールド時に、圧粉鉄心の外周側から作用する成形圧力の方が内周側から作用する成形圧力よりも大きくなるので（樹脂の肉厚が小さいほど圧力損失が大きくなるため）、樹脂モールド時に圧粉鉄心２には外圧（圧縮応力）が作用することになる（内圧は作用しない）。内圧が作用すると、圧粉鉄心２には引張応力が発生し、外圧が作用すると圧粉鉄心２には圧縮応力が発生するが、圧粉鉄心２の圧縮強度は引張強度の２倍以上の値であるため、引張応力が発生する状態で成形圧力を作用させるよりも、圧縮応力が発生する状態で成形圧力を作用させた方が破損の可能性を低減することができる。

したがって、空芯コイル３圧粉鉄心２の内周側のモールド樹脂の肉厚を圧粉鉄心２の外周側のモールド樹脂の肉厚よりも小さくなるように構成することで、圧粉鉄心２に引張応力が作用しないようにすることができるので、樹脂モールド時に圧粉鉄心２が破損する可能性を低減することができる。

また、本発明の固定子の場合、従来と比べ樹脂充填時に十分に大きな成形圧力を掛けることができるため、ショートショット（充填不足）やボイド（気泡：成形圧力不足で気泡を押し潰せない）といった成形不良を防止することができる。

図５は、本発明に係る永久磁石モータの実施の形態１を示す平面図（ａ）及びＥ−Ｅ断面で切断した断面図（ｂ）である。図６は、従来の小型スロットレスモータの平面図（ａ）及びＦ−Ｆ断面で切断した断面図（ｂ）である。

図５に示したように、上述のようにして製造された固定子に、軸受けを取り付けたフレーム７，８及びリング磁石４を接着した回転子シャフト５を組み付けることによって本実施の形態１の永久磁石モータが得られる。

本発明の永久磁石モータは、固定子の外径部にフレーム７，８の嵌合部が挿入され、固定子とフレーム７，８、回転子の芯合わせができる構成となっている。図示はしていないが、軸端のフレーム７，８同士をネジで締結することで固定子、フレーム、回転子が固定される。

図６に示したように、従来例の場合、固定子の外面は圧粉鉄心２の外周面が露出した状態であり、防錆や破損防止（圧粉鉄心２は強度が低く、脆い）のために、圧粉鉄心２の外周面にフレーム８部材を挿入し、圧粉鉄心２部が外部に露出しないようにする必要がある。本発明の場合には、固定子の圧粉鉄心２の外周面には樹脂が充填されているため、防錆や破損防止のために別部品を配置する必要がなく、簡単な構造のフレーム７，８を軸端部に取り付ければよく、安価にモータを製造することができる。

図７は、本発明に係る永久磁石モータの実施の形態１における固定子構造の他の例を示す平面図（ａ）及びＣ−Ｃ断面で切断した断面図（ｂ）である。図８は、図７に示した固定子を用いて構成したモータの平面図（ａ）及びＧ−Ｇ断面図（ｂ）である。この例においては、圧粉鉄心の外周部に配置されている樹脂部の形状が異なる点を除けば、その他の構成は図１及び図３に示した上記実施の形態と同じである。

図７及び図８に示したように、圧粉鉄心２の外周面に配置される熱硬化性のエポキシ樹脂１の外形形状は、フレーム７の外形形状と同じ角柱型になっており、上記の実施の形態の場合よりもモータの剛性を向上することができる。また、上記実施の形態と同様に樹脂充填時の成形圧力を内面側と外面側から作用させるようにできるので、圧粉鉄心２を破損させることなく、樹脂を充填することができる。

図９は、本発明に係る永久磁石モータの実施の形態１における固定子構造の他の例を示す平面図（ａ）及びＤ−Ｄ断面で切断した断面図（ｂ）である。図９に示したように、この例では、圧粉鉄心２の外周部に配置されている熱硬化性エポキシ樹脂１の形状が異なる点を除けば、その他の構成は上記の実施の形態１と同じである。図示のように圧粉鉄心２の外周面の一部に熱硬化性エポキシ樹脂１が配置されていない構成になっている。このような構成でも、上記の実施の形態と同様に圧粉鉄心２を破損させることなく、樹脂を充填することができる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２の永久磁石モータの構成について図に基づいて説明する。
図１０は、本発明に係る永久磁石モータの実施の形態２における固定子の構造を示す平面図（ａ）及びＨ−Ｈ断面で切断した断面図（ｂ）である。また、図１１は、本実施の形態２の永久磁石モータの構造を示す平面図（ａ）及びＪ−Ｊ断面で切断した断面図（ｂ）である。

図１０に示したように、本実施の形態２の固定子は３個の空芯コイル３、圧粉鉄心２、熱硬化性のエポキシ樹脂１及び空芯コイル３の空芯部に挿入された樹脂部材１７で構成されている。基本的な構成は上記実施の形態１と同じであるが、本実施の形態２の場合、圧粉鉄心２の外周側に配置される熱硬化性のエポキシ樹脂１の肉厚には周期的な変化があり、また、空芯コイル３の空芯部に樹脂部材１７が挿入されている。

すなわち、圧粉鉄心２の内周面に配置される各々の空芯コイルの狭間１８に対応する部分の圧粉鉄心２の外周側の樹脂１の肉厚が、空芯コイル３に対応する部分の圧粉鉄心２の外周側の樹脂１の肉厚よりも厚くなるように凸部１６が形成され、空芯コイル３の狭間１８に対応する部分の圧粉鉄心２の外周側の樹脂１の肉厚は圧粉鉄心２の内周面の空芯コイル３の狭間１８に配置される樹脂の厚みと同等の厚み、または、外周側の樹脂１の厚みの方が大きくなるように構成されている。

また、空芯コイル３に対応する位置の圧粉鉄心２の外周側の樹脂１の厚みは、圧粉鉄心２の内周側の空芯コイル３と樹脂部材１７の内周部の樹脂１の厚みとほぼ同等の厚み、または外周側の樹脂の厚みの方が大きくなるように構成されている。

本実施の形態２の構成のように、圧粉鉄心２の内周側の周方向の任意の位置における樹脂１の厚みと圧粉鉄心２の外周側における内周側と同じ周方向の位置における樹脂１の厚みがほぼ同じ、または外周側の方が大きくすることにより、樹脂を充填するときの樹脂の成形圧力は圧粉鉄心の内周側と外周側でほぼ同じ値（圧力分布）になる、または、外周側から作用する成形圧力の方が大きくなり、上記実施の形態１と同様に樹脂１の成形圧力によって圧粉鉄心２が破損する危険がない。

図１１に示したように、本実施の形態２の固定子の外周面の形状と嵌合する形状が内周面に形成されたフレーム１９を固定子に挿入することで、永久磁石モータが得られる。フレーム１９内面の凹形状に固定子外周面の凸部１６が嵌め合わされて挿入されているので、フレーム１９と固定子の間がモータ自身のトルクによって滑ってしまうことがないので、焼き嵌めや冷やし嵌め、圧入などの方法により固定子とフレーム１９とを固定する必要がない。そのため、固定子に焼き嵌め等による応力が掛からず、固定子の圧粉鉄心２や樹脂１がヒートサイクルによって割れ等の不良を起こすのを防止することができる。

実施の形態３．
図１２は、本発明に係る永久磁石モータの実施の形態３における固定子構造を示す平面図（ａ）、Ｌ−Ｌ断面で切断した断面図（ｂ）及び図１２（ａ）の底面図（ｃ）である。また、図１３は、本実施の形態３で用いた樹脂モールド用成形金型（圧粉鉄心等の部材が挿入された状態）の平面図（ａ）及びＫ−Ｋ断面で切断した断面図（ｂ）である。図１４は、図１３の圧粉鉄心等の部材が挿入されていない状態を示す断面図である。

図１２に示したように、本実施の形態３における永久磁石モータの固定子構成は上記実施の形態１と同様であり、製造方法が上記実施の形態１と異なる。その製造方法について説明する。

圧粉鉄心２の内面に３個の空芯コイル３を貼り付ける工程は上記実施の形態１とほぼ同じであるが、本実施の形態３では空芯コイル３の内径部にはそこに嵌り込むボビン１８が取り付けられており、ボビン２０と空芯コイル３を嵌め合わせた後に圧粉鉄心２の内面に貼り付ける。

次に、空芯コイル３とボビン２０が貼り付けられた圧粉鉄心２を、図１３に示したように、樹脂モールド用成形金型に挿入する。樹脂モールド用成形金型には、上記実施の形態１と同様に、圧粉鉄心２と金型の芯を合わせるための凸部１４が設けられている。空芯コイル３とボビン２０が貼り付けられた圧粉鉄心２を金型に挿入した後に、樹脂の流入経路を形成するための置き駒２２を樹脂モールド用成形金型に挿入する。

置き駒２２は円筒状の形状をしており、その下端面には樹脂注入口２１を形成するため、コイル数と同数の径方向の形成された溝がボビン２０の中心位置に対応する位置に設けられている。また、置き駒２２の下端面には樹脂モールド用成形金型に設けられた位置決め用の突起２３が嵌り合う凹みが形成されており、それらを嵌め合わせることで置き駒２２の中心位置と周方向位置（空芯コイル３、ボビン２０に対する回転角度）を合わせることができる。置き駒２２の外周面はコアピン１５の外周面と同一寸法に構成されており、樹脂成形によって固定子内面の樹脂部の内面形状を形成する。

上記実施の形態１とは異なり、樹脂モールド用成形金型のコアピン１５は空芯コイル３、ボビン１８の軸方向の中心位置までの長さしかなく、上端面には上述のように置き駒を位置決めするための置き駒位置合わせ用突起２３が設けられている。

次に、樹脂の成形プロセスについて説明する。
圧粉鉄心２、置き駒２２等が挿入された後、樹脂モールド用成形金型が型締めされ、成形機から金型内へ樹脂が注入される。成形機から注入された樹脂は、図示はしないが金型内の流路を通って、ランナー２４に達する。その後、ゲート２５、置き駒内流路２６を通り、製品部（固定子内）へと樹脂を導く樹脂注入口２１を通り、キャビティ１１内へ充填される。キャビティ１１に導かれた樹脂は空芯コイル３の内径部に配置されたボビン２０の中心部から、空芯コイル３の外径部へ向かって充填され、圧粉鉄心の上下端面部を通って、圧粉鉄心２の外周部へ流れ込む。このとき樹脂の成形圧力は内周面側から空芯コイル３に加わり、空芯コイル３を圧粉鉄心２の内面に押し付けるように作用する。この成形圧力によって空芯コイル３は圧粉鉄心２の内周面に沿う形状に変形させられる。成形圧力が作用したまま、熱硬化性樹脂の硬化が進行し、樹脂の粘度が上昇し、ついには硬化するので、空芯コイル３は圧粉鉄心２の内面に押さえつけられた状態のまま固定される。

圧粉鉄心２に貼り付ける前の空芯コイル３の外面形状を圧粉鉄心２の内面形状と形状に成形することは製造困難であり、多少の誤差が生じる場合が多いが、本実施の形態３によれば、空芯コイル３の外面形状に誤差があり、圧粉鉄心２の内周面形状との間に差異がある場合にも、樹脂充填時の成形圧力によって空芯コイル３の形状が補正され、圧粉鉄心２の内周面形状に倣うので、空芯コイル３の位置精度・形状精度が高い固定子を得ることができ、空芯コイル３の位置バラツキ、形状誤差に起因するモータの特性劣化を防止し、モータ特性を向上させることができる。

また、ボビン２０を軟磁性体または軟磁性体粉末を含有する樹脂成形体で構成することで、漏れ磁束を低減することができるので、モータの特性を向上させることができる。

また、本実施の形態３の場合には、キャビティ１１内の薄肉部の樹脂の流動長を上記実施の形態１よりも短くすることができる。すなわち、本実施の形態３の場合は空芯コイル３中心部から樹脂が充填され、空芯コイル３の上下端部までが薄肉流動長（軸長の約半分）であるが、上記実施の形態１の場合には、軸長相当分が薄肉部の流動長となるので、樹脂部の肉厚が厚く、圧粉鉄心の軸長が短い場合には、図１５に示すように、圧粉鉄心２の外周部に樹脂を配置しなくても、樹脂の成形圧力によって圧粉鉄心２が破損するのを防止することができる場合がある。

本発明に係る永久磁石モータは、ＦＡ、ＯＡ機器に有効に利用することができる。

本発明に係る永久磁石モータの実施の形態１における固定子構造を示す平面図（ａ）及び固定子をＡ−Ａ断面で切断した断面図（ｂ）である。従来の小型スロットレスモータの固定子の構造を示す平面図（ａ）及び固定子をＢ−Ｂ断面で切断した断面図（ｂ）である。空心コイルを貼り付けた圧粉鉄心２をインサートした状態の本発明の固定子モールド金型の平面図（ａ）、本発明の固定子モールド用金型のＡ−Ａ断面図（ｂ）及び空心コイル３を貼り付けた圧粉鉄心２がインサートされた状態の固定子モールド用金型のＡ−Ａ断面図（ｃ）である。空心コイル３を貼り付けた圧粉鉄心２をインサートした状態の従来の固定子モールド用金型の平面図（ａ）及び従来の固定子モールド金型のＢ−Ｂ断面図（ｂ）である。本発明に係る永久磁石モータの実施の形態１を示す平面図（ａ）及びＥ−Ｅ断面で切断した断面図（ｂ）である。従来の小型スロットレスモータの平面図（ａ）及びＦ−Ｆ断面で切断した断面図（ｂ）である。本発明に係る永久磁石モータの実施の形態１における固定子構造の他の例を示す平面図（ａ）及びＣ−Ｃ断面で切断した断面図（ｂ）である。図７に示した固定子を用いて構成したモータの平面図（ａ）及びＧ−Ｇ断面図（ｂ）である。本発明に係る永久磁石モータの実施の形態１における固定子構造の他の例を示す平面図（ａ）及びＤ−Ｄ断面で切断した断面図（ｂ）である。本発明に係る永久磁石モータの実施の形態２における固定子の構造を示す平面図（ａ）及びＨ−Ｈ断面で切断した断面図（ｂ）である。本実施の形態２の永久磁石モータの構造を示す平面図（ａ）及びＪ−Ｊ断面で切断した断面図（ｂ）である。本発明に係る永久磁石モータの実施の形態３における固定子構造を示す平面図（ａ）、Ｌ−Ｌ断面で切断した断面図（ｂ）及び図１２（ａ）の底面図（ｃ）である。本実施の形態３で用いた樹脂モールド用成形金型（圧粉鉄心等の部材が挿入された状態）の平面図（ａ）及びＫ−Ｋ断面で切断した断面図（ｂ）である。図１３の圧粉鉄心等の部材が挿入されていない状態を示す断面図である。本発明に係る永久磁石モータの実施の形態３における固定子構造の他の例を示す平面図である。

１熱硬化性樹脂、２圧粉鉄心、３空芯コイル、４リング磁石、
５回転子シャフト、６軸受け、７，８フレーム、９上型、１０下型、
１１キャビティ、１２ランナー、１３ゲート、１４凸部、１５コアピン、
１６凸部、１７樹脂部材、１８狭間、１９フレーム、２０ボビン、
２１樹脂注入口、２２置き駒、２３置き駒位置決め用突起、２４ランナー、
２５ゲート、２６置き駒用流路。

Claims

表面を絶縁処理された軟磁性体の粉末を圧縮成形することにより形成された円筒状の圧粉鉄心、上記圧粉鉄心の内周面に配置され、上記圧粉鉄心の軸方向に長いトラック状に集中巻された複数の空芯コイル、及び上記空芯コイルを上記圧粉鉄心に固定する樹脂を有する固定子と、
複数の磁極を有する永久磁石を装着した回転子シャフトからなり、上記固定子に装着された上記コイルに一定の空隙を介して対向するように配置された回転子と、
上記回転子シャフトを回転可能に支持する軸受と、
上記軸受け及び上記固定子を固定するフレームとを備えた永久磁石モータにおいて、
上記圧粉鉄心の内周面と外周面の双方に上記樹脂として熱硬化性樹脂が配置され、上記空芯コイルの内周面に配置される上記熱硬化性樹脂の肉厚が上記圧粉鉄心の外周面に配置される樹脂の肉厚よりも小さいことを特徴とする永久磁石モータ。
上記圧粉鉄心の外周面に配置される上記熱硬化性樹脂の肉厚に周期的な変化があり、上記空芯コイルの内周に上記空芯コイルの内周に嵌り込む形状を有するボビンが配置され、上記圧粉鉄心の内周面に配置される複数の空芯コイル間の狭間に対応する位置における上記外周面に配置される上記熱硬化性樹脂の肉厚が、上記空芯コイルの中心部に対応する位置における上記外周面に配置される上記熱硬化性樹脂の肉厚よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の永久磁石モータ。
上記フレームの上記固定子を固定する内壁面に上記圧粉鉄心の外周面に配置された熱硬化性樹脂の形状と嵌合する形状が形成されていることを特徴とする請求項２記載の永久磁石モータ。
上記樹脂を上記金型に充填するための樹脂注入口跡が上記ボビンの中心位置に対応する上記圧粉鉄心の内周面側に設けら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１項に記載の永久磁石モータ。
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の永久磁石の製造方法において、
表面を絶縁処理された軟磁性体の粉末を圧縮成形することにより形成された円筒状の圧粉鉄心を形成する工程、上記圧粉鉄心の内周面に、上記圧粉鉄心の軸方向に長いトラック状に集中巻された複数の空芯コイルを上記圧粉鉄心の内周面に配置する工程、上記空芯コイルの内周にボビンをはめ込む工程、上記空芯コイルを配置した上記圧粉鉄心を金型のキャビティ内に設置し、熱硬化性樹脂を上記キャビティ内の上記圧粉鉄心の外周並びに上記圧粉鉄心の内周及び上記空芯コイルの内周に注入して上記空芯コイルを上記圧粉鉄心の内周面に固定して固定子を形成する工程、複数の磁極を有する永久磁石を装着した回転子シャフトを、上記固定子に装着された空芯コイルに一定の空隙を介して対向するように配置する工程、を備えたことを特徴とする永久磁石モータの製造方法。