JP7445914B2 - 巻枠部材及びそれを備えた固定子、モータ、巻枠部材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、巻枠部材及びそれを備えた固定子、モータ、巻枠部材の製造方法に関する。

従来、巻枠部材は、モータの固定子等において、コイルを構成するマグネットワイヤとティースとの間で絶縁を保つために設けられている。巻枠部材は、例えば、ガラス繊維やセラミック等のフィラーが添加された樹脂を金型に注入して成形することで得られる（例えば、特許文献１参照）。フィラーは、巻枠部材の強度や熱伝導性を高めるために添加される。

特開２０１６－１５２７４３号公報

ところで、モータの効率を向上させるために、固定子のスロット内に配置されるコイルの占積率を向上させることが知られている。コイルの占積率を高めることで、モータの駆動時に、コイルに流れる電流に起因する損失を抑制できる。

一方、コイルの占積率を高めるためには、コイルを構成するマグネットワイヤの巻き崩れを防止する必要がある。これを実現するため、例えば、巻枠部材の表面に複数の溝等を設ける手法が知られている。この溝等により、巻枠部材の表面でマグネットワイヤが所定の位置に位置決めして保持される。しかし、この手法では、マグネットワイヤの線径や形状毎に専用の金型が必要となっていた。

特に、マグネットワイヤの線径が小さい場合、金型を用いて巻枠部材の表面に溝等を形成することが困難であり、巻き付けられたマグネットワイヤの位置が巻枠部材の表面で安定せず、マグネットワイヤの巻き崩れが起こるおそれがあった。また、固定子の量産において、ロット毎のマグネットワイヤの巻回形状が安定しないおそれがあった。これらのことにより、コイルの占積率が十分に向上できず、また、複数の固定子間で占積率がばらつくことでモータの効率もばらつくおそれがあった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、その目的は、巻き回されるマグネットワイヤの巻き崩れを抑制可能な巻枠部材及びそれを備えた固定子、モータ、巻枠部材の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る巻枠部材は、フィラーが添加された樹脂材料からなる巻枠部材であって、マグネットワイヤが巻回されるワイヤ巻回部と、前記ワイヤ巻回部の両端部に設けられたフランジ部とを有し、前記ワイヤ巻回部の表面に形成された複数の溝部と、を少なくとも備え、前記溝部の表面には前記フィラーが露出し、前記フィラーの露出率は、互いに隣り合う前記溝部の間に位置する前記ワイヤ巻回部の表面よりも前記溝部の表面で高いことを特徴とする。

本発明に係る固定子は、前記巻枠部材と、前記複数の溝部に沿って前記巻枠部材に巻回されたマグネットワイヤと、を少なくとも備えたことを特徴とする。

本発明に係るモータは、前記固定子と、前記固定子と所定の間隔をあけて設けられた回転子と、を少なくとも備えたことを特徴とする。

本発明に係る巻枠部材の製造方法は、マグネットワイヤが巻回される巻枠部材の製造方法であって、ワイヤ巻回部を有し、フィラーが添加された樹脂材料からなる巻枠母材を準備する巻枠母材準備工程と、前記ワイヤ巻回部にレーザ光を照射して複数の溝部を形成する溝部形成工程と、を少なくとも備えたことを特徴とする。

本発明の巻枠部材によれば、ワイヤ巻回部に巻回されたマグネットワイヤの整列状態を維持しやすくなり、マグネットワイヤの巻き崩れを防止できる。また、本発明の固定子によれば、マグネットワイヤの巻き崩れを防止できるため、スロット内でのコイルの占積率を高められる。本発明のモータによれば、スロット内でのコイルの占積率を高められるため、モータの効率を高められる。本発明の巻枠部材の製造方法によれば、マグネットワイヤの線径を変える毎に専用の金型を起こす必要がなく、巻枠部材の製造コストが上昇するのを抑制できる。

本発明の実施形態１に係るモータの上面図である。 モータ内の固定子の部分断面図である。 巻枠部材の斜視図である。 巻枠部材の斜視図である。 巻枠部材の表面の電子顕微鏡写真である。 溝部の表面の拡大写真である。 固定子の要部の斜視図である。 図４のＶ－Ｖ線での断面模式図である。 実施形態１に係る巻枠部材の製造方法の工程説明図である。 実施形態１に係る別の巻枠部材の斜視図である。 本発明の実施形態２に係る固定子の要部の断面模式図である。 実施形態２に係る巻枠部材の製造方法の工程説明図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。

（実施形態１）
［モータの構成］
図１Ａは、本実施形態に係るモータの上面図を、図１Ｂは、モータ内の固定子の部分断面図を示す。なお、図１Ａにおいて、コイル４０間の渡し線や外部電源との接続部となる外部端子については図示及び説明を省略している。

また、以降の説明において、モータ１０００の半径方向を「径方向」と、外周方向を「周方向」と、モータ１０００の出力軸２２０の延びる方向（図１Ａにおける紙面と垂直な方向）を「軸方向」とそれぞれ呼ぶことがある。また、径方向において、モータ１０００の中心側を径方向内側と、外周側を径方向外側と呼ぶことがある。

モータ１０００は、固定子１００と回転子２００とを有している。なお、モータ１０００は、これら以外の構成部品、例えば、出力軸２２０を軸支する軸受やモータケース等の部品を有しているが、説明の便宜上、その図示及び説明を省略する。モータ１０００は、いわゆるインナーロータ型のモータであるが特にこれに限定されず、アウターロータ型のモータであってもよい。

固定子１００は、円環状のヨーク２０と、ヨーク２０の内周に接続され、当該内周に沿って等間隔に設けられた複数のティース１０（図１Ｂ参照）と、複数のティース１０のそれぞれに装着された複数の巻枠部材５０と、周方向に隣り合うティース１０の間の空間として構成される複数のスロット３０（図１Ｂ参照）と、複数のスロット３０内にそれぞれ収容された複数のコイル４０とを有しており、回転子２００の径方向外側に、回転子２００と一定の間隔をあけて配置されている。

なお、以降の説明において、単数であることを意味する場合はトゥース（Ｔｏｏｔｈ）１０と呼び、複数であることを意味する場合はティース（Ｔｅｅｔｈ）１０と呼ぶこととする。また、単数、複数いずれでもよい場合は、ティース１０と呼ぶこととする。

ティース１０は、例えば、ケイ素等を含有した電磁鋼板を積層後に打ち抜き加工して形成される。ヨーク２０は、複数の分割ヨーク２１（図１Ｂ参照）を周方向に接続してなる円環状の部材である。分割ヨーク２１は、ティース１０と同様に、電磁鋼板を積層後に打ち抜き加工して形成される。分割ヨーク２１のそれぞれにトゥース１０が配設されている。

コイル４０は、断面が円形状のマグネットワイヤ４１（図１Ｂ参照）が巻回されてなる部品であり、コイル４０は、巻枠部材５０を挟んでトゥース１０に装着されて、スロット３０内に収容されている。巻枠部材５０はトゥース１０及び分割ヨーク２１に装着された絶縁材料からなる部品であり、コイル４０とティース１０及びヨーク２０とを電気的に分離している。巻枠部材５０の構造については後で詳述する。なお、本実施形態では、巻枠部材５０は、軸方向に二分割されているが（図２参照）、分割されていなくてもよい。また、コイル４０に流れる電流の位相に応じて、コイル４０をコイルＵ１～Ｕ４，Ｖ１～Ｖ４，Ｗ１～Ｗ４とそれぞれ呼ぶことがある。また、コイル４０を構成するマグネットワイヤ４１はトゥース１０に装着された巻枠部材５０に対して整列巻きかつ多層巻きされている（図１Ｂ参照）。

回転子２００は、軸心に貫通孔を有する略円筒状の回転子コア２１０と、回転子コア２１０の貫通孔に挿通された出力軸２２０と、固定子１００に対向してＮ極、Ｓ極が回転子コア２１０の外周方向に沿って交互に配置された磁石２３０とを有している。なお、磁石２３０の材料や形状や材質については、モータ１０００の出力等に応じて適宜変更しうる。なお、回転子コア２１０も、ヨーク２０やティース１０と同様に、電磁鋼板を積層後に打ち抜き加工して形成される。

コイルＵ１～Ｕ４，Ｖ１～Ｖ４，Ｗ１～Ｗ４はそれぞれ直列に接続されており、互いに電気角で１２０°の位相差を有するＵ，Ｖ，Ｗ相の３相の電流がそれぞれコイルＵ１～Ｕ４，Ｖ１～Ｖ４，Ｗ１～Ｗ４に供給されて励磁され、固定子１００に回転磁界が発生する。この回転磁界と、回転子２００に設けられた磁石２３０が発生する磁界とが相互作用して、回転子２００にトルクが発生し、出力軸２２０が図示しない軸受に支持されて回転する。

［巻枠部材及び固定子の要部の構成］
図２Ａ及び図２Ｂは、巻枠部材を模式的に示した斜視図を示す。図２Ｂは、図２Ａに示す巻枠部材５０を径方向と平行な軸回りに所定の角度回転させた斜視図である。

図３Ａは、巻枠部材の表面の電子顕微鏡写真を、図３Ｂは、溝部の表面の拡大写真をそれぞれ示す。図４は、固定子の要部の斜視図を、図５は、図４のＶ－Ｖ線での断面模式図をそれぞれ示す。

なお、説明の便宜上、図２Ａ，２Ｂ、図４及び後で示す図６，７において、二分割された巻枠部材５０の一方のみを図示している。また、図５において、１層目のマグネットワイヤ４１１のみを図示している。

図２Ａ，２Ｂに示すように、巻枠部材５０は、ワイヤ巻回部５１とその両端にフランジ部５５ａ，５５ｂとを有しており、フィラー６０（図３Ａ，３Ｂ参照）が添加された樹脂からなる絶縁部材である。後で述べるレーザ光に対して零よりも大きい有限の吸収率を有するように樹脂の材質等が選択されている。本実施形態において、樹脂の材質はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）であり、フィラー６０としてガラス繊維が３０重量％添加されている。ただし、特にこれに限定されず、モータ１０００や固定子１００に要求される用途や仕様等に応じて適宜、他の樹脂材料やフィラーを適用しうる。なお、ガラス繊維の直径は１０μｍ程度であるが、特にこれに限定されない。

ワイヤ巻回部５１は略角筒状であり、トゥース１０の断面形状に対応している。ワイヤ巻回部５１の周方向に対向する両側面には、複数の溝部５２が径方向に所定の間隔をあけて形成されている。本実施形態において、溝部５２の各種寸法は以下の値に設定されている。まず、溝部５２の配列ピッチＬ（以下、単にピッチＬと呼ぶことがある）は、０．６ｍｍであり、この値はマグネットワイヤ４１の線径Ｄに略等しい。なお、各溝部５２のピッチＬのばらつき（以下、ピッチ精度と呼ぶことがある）が、±５μｍ以内となるように、後で述べるレーザ加工が行われる。

なお、本願明細書において、「略等しい」や「略同じ」とは、各部品や部材の製造公差や組立公差を含んで等しいまたは同じという意味であり、比較対象同士が厳密な意味で等しいまたは同じであることまでを意味するものではない。

また、溝部５２の深さは、１００μｍ～１５０μｍに設定されている。この値は、ワイヤ巻回部５１の厚さ（＝３００μｍ～５００μｍ）に比べて十分小さく設定されている。

溝部５２は、ワイヤ巻回部５１の表面に所定の出力のレーザ光を照射して加工することで形成されている。レーザ光の照射により樹脂の一部が蒸発するため、図３Ａに示すように、溝部５２の表面凹凸は、樹脂が蒸発していない部分、例えば、互いに隣り合う溝部５２の間の表面の表面凹凸よりも大きくなっている。

このことを定量化するために、評価長さを２ｍｍとして、溝部５２の表面の算術平均粗さ及び十点平均粗さと、互いに隣り合う溝部５２の間の表面の算術平均粗さ及び十点平均粗さをそれぞれ測定した。なお、測定方向は溝部５２と平行な方向である。

その結果、溝部５２の表面の算術平均粗さ及び十点平均粗さは、それぞれ、０．０２０ｍｍと０．１１９ｍｍであったのに対し、互いに隣り合う溝部５２の間の表面の算術平均粗さ及び十点平均粗さは、それぞれ、０．００２ｍｍと０．０１３ｍｍであった。

つまり、溝部５２の表面の算術平均粗さ及び十点平均粗さは、互いに隣り合う溝部５２の間の表面の算術平均粗さ及び十点平均粗さよりの、それぞれ１桁程度大きくなっていると言える。

また、溝部５２の表面に存在する元素をそれぞれエネルギー分散型Ｘ線分析法（ＥＤＳ法：Energy Dispersive X-ray Spectrometer）により分析すると、シリコン（Ｓｉ）とカルシウム（Ｃａ）のピークがそれぞれ確認された。また、それぞれのピーク強度は、樹脂が蒸発していない部分、例えば、互いに隣り合う溝部５２の間の表面をＥＤＳ法により分析した結果よりもかなり高い値を示した。Ｓｉに関しては、溝部５２の表面で確認されたピーク強度は、互いに隣り合う溝部５２の間の表面で確認されたピーク強度の２７．２倍であった。Ｃａに関しては、溝部５２の表面で確認されたピーク強度は、互いに隣り合う溝部５２の間の表面で確認されたピーク強度の７２．４倍であった。

Ｓｉは、フィラー６０であるガラス繊維の主成分である。したがって、溝部５２の表面でＳｉのピーク強度が高くなっているのは、樹脂が蒸発することで残存したフィラー６０が露出しているためだと考えられた。また、ＰＥＴ樹脂を成形する際、核となる物質としてＣａ化合物を混入させている。溝部５２の表面でＣａのピーク強度が高くなっているのは、樹脂が蒸発して、表面にＣａ化合物が残存しているためだと考えられた。

以上のことから、図３Ａ，３Ｂに見られる、溝部５２の表面の凹凸は、巻枠部材５０を構成する樹脂内のフィラー６０が露出して見えているものと結論付けられる。

また、図３Ｂに示すように、溝部５２の表面に露出したフィラー６０の多くは、先端が球状に丸まった球状部６１となっていた。これは、レーザ光が照射された際に、フィラー６０の先端部分でレーザ光の一部が吸収され、当該先端部分が溶融または軟化するためと考えられた。

また、溝部５２の表面においてフィラー６０が露出している割合（以下、フィラー６０の露出率という）は、樹脂が蒸発していない部分、例えば、互いに隣り合う溝部５２の間の表面におけるフィラー６０の露出率よりも高くなっている。

本実施形態において、フィラー６０が露出していることやフィラー５０の露出率は、具体的には次に説明する方法で評価する。まず、エネルギー分散形Ｘ線分析装置（Energy Dispersive X-ray Spectrometer：EDS）を装着した走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope、SEM）にて試料の表面におけるシリコン（Ｓｉ）を分析定量し、フィラー６０の露出量とした。また、ＥＤＳに付属の解析ソフトウエアを用いた。使用した装置及び解析ソフトウエアを以下に示す。

・エネルギー分散形Ｘ線分析装置：日本電子株式会社（JEOL Ltd.）製 型番JSM-6610A
・走査型電子顕微鏡：日本電子株式会社（JEOL Ltd.）製 型番JED-2300 Analysis Station
・解析ソフトウエア：日本電子株式会社（JEOL Ltd.）製 製品名JED-2300 Analysis Station 標準ソフトウェア ZAF法 定量分析

なお、フィラー６０がシリコン（Ｓｉ）ではなく他の元素を含有している場合は、シリコン（Ｓｉ）に替えて当該元素を使ってフィラー６０の露出及び露出率を判断することができる。

フランジ部５５ａ，５５ｂは、ワイヤ巻回部５１の径方向両端部にそれぞれ設けられている。フランジ部５５ａ，５５ｂはワイヤ巻回部５１と一体に成形されている。一対のフランジ部５５ａ，５５ｂのうち、径方向外側に位置するフランジ部５５ａにワイヤ案内溝５６が形成されている。ワイヤ案内溝５６は、マグネットワイヤ４１をワイヤ巻回部５１に案内するとともに、マグネットワイヤ４１の巻き始め部分、または巻き終わり部分を固定、保持し、マグネットワイヤ４１を巻枠部材５０に整列して巻回するために設けられる。

図５に示すように、多層巻きされたマグネットワイヤ４１のうち１層目のマグネットワイヤ４１１が、溝部５２に沿うようにワイヤ巻回部５１に巻き回されている。溝部５２の表面に露出したフィラー６０は、巻回時にマグネットワイヤ４１が径方向に移動するのを防止する抵抗として機能する。このことにより、巻枠部材５０の表面に１層目のマグネットワイヤ４１１が位置決めされた上で保持される。また、マグネットワイヤ４１の２層目以降は、１層目のマグネットワイヤ４１１のうち、互いに隣り合う線間に保持されるため、マグネットワイヤ４１の巻き崩れが発生せず、結果としてコイル４０の占積率が高められる。

［巻枠部材の製造方法］
図６は、本実施形態に係る巻枠部材の製造方法の工程説明図を示す。

図６の（ａ）図に示すように、巻枠母材５０ａを準備する（巻枠母材準備工程）。この巻枠母材５０ａは、前述したように、フィラー６０が添加された樹脂を金型に注入して成形加工することで得られる。また、この時点でワイヤ巻回部５１とフランジ部５５ａ，５５ｂとが形成されている。また、ワイヤ巻回部５１の表面には、所定の間隔をあけて凸部５４が形成されている。この凸部５４は、巻枠部材５０に巻回される予定の複数種類のマグネットワイヤ４１に対し、各々の線径の最小公倍数に対応するピッチで形成されている。また、一方のフランジ部５５ａには、ワイヤ案内溝５６が形成されている。なお、凸部５４に替えて凹部を形成することもできる。この場合、隣接する凹部の間に位置する部分が凸部５４として機能する。

次に、図６の（ｂ）図に示すように、巻枠部材５０に巻回されるマグネットワイヤ４１を準備し、その線径Ｄを測定する（線径測定工程）。線径Ｄはカメラ３００等の測定機器により測定される。マグネットワイヤ４１の線径Ｄは、所定の長さ毎に、または１つの巻枠部材５０へのワイヤ巻回作業が終了する毎に測定される。また、この値は、記憶部４００に保存される。

次に、図６の（ｃ）図に示すように、巻枠母材５０ａのワイヤ巻回部５１、具体的には凸部５４にレーザ光を照射して溝部５２を形成する（溝部形成工程）。このとき、制御部５００は、線径測定工程で測定され、記憶部４００に保存されたマグネットワイヤ４１の線径Ｄに応じて、溝部５２の幅や深さの目標値を決定する。その後にレーザヘッド６００からレーザ光を巻枠部材５０に照射して、溝部５２の加工が行われる。

また、ワイヤ巻回部５１の周方向に対向する両側面に、それぞれレーザ光が照射される。１つの溝部５２が形成されると、レーザヘッド６００を所定のピッチで径方向に送り、溝部５２を順次形成する。このとき、溝部５２のピッチＬが、マグネットワイヤ４１の線径Ｄに略等しくなるように、溝部５２を形成する。なお、本実施形態におけるワイヤ巻回部５１の厚さは、３００μｍ～５００μｍ程度であるが、特にこれに限定されない。ただしレーザ光がワイヤ巻回部５１を貫通しないように、溝部５２の深さよりも所定値以上に厚くする必要がある。また、レーザ光が照射された部分の温度上昇やレーザ光の吸収率等を考慮して、レーザ光の出力及び照射時間が制御される。

なお、図７に示すように、複数の溝部５３は、ワイヤ巻回部５１の角部にのみ形成されていてもよい。このようにしても、複数の溝部５３により、１層目のマグネットワイヤ４１１が位置決めされた上で保持されるため、マグネットワイヤ４１の巻き崩れを防止できる。このことにより、スロット３０内でのコイル４０の占積率、ひいては、モータ１０００の効率を高められる。

また、図２において、複数の溝部５２は、ワイヤ巻回部５１の軸方向に対向する両端面にも形成されていてもよい。

［効果等］
以上説明したように、本実施形態に係る巻枠部材５０は、フィラー６０が添加された樹脂材料からなる。巻枠部材５０は、マグネットワイヤ４１が巻回されるワイヤ巻回部５１と、ワイヤ巻回部５１の両端に設けられたフランジ部５５ａ，５５ｂとを有している。

ワイヤ巻回部５１の表面には、径方向に所定の間隔をあけて複数の溝部５２が形成されている。溝部５２の表面にはフィラー６０が露出している。

巻枠部材５０をこのように構成することで、溝部５２の表面に露出したフィラー６０が、１層目のマグネットワイヤ４１１が径方向に移動するのを抑制するため、複数の溝部５２に沿ってワイヤ巻回部５１に巻回された１層目のマグネットワイヤ４１１の整列状態を維持しやすくなる。また、１層目のマグネットワイヤ４１１の整列状態が維持されることで、２層目以降マグネットワイヤ４１も整列した状態で巻枠部材５０に巻回され、マグネットワイヤ４１の巻き崩れを防止できる。

フィラー６０の露出率は、互いに隣り合う溝部５２の間に位置するワイヤ巻回部５１の表面よりも溝部５２の表面で高いことが好ましい。

また、溝部５２の表面の算術平均粗さは、互いに隣り合う溝部５２の間に位置するワイヤ巻回部５１の表面の算術平均粗さよりも大きいことが好ましい。

このようにすることで、複数の溝部５２に沿ってワイヤ巻回部５１に巻回されるマグネットワイヤ４１の整列状態をより維持しやすくなり、ひいては、マグネットワイヤ４１の巻き崩れを防止できる。

溝部５２の表面に露出したフィラー６０の端部は、球状部６１を有しているのが好ましい。

このようにすることで、複数の溝部５２に沿ってワイヤ巻回部５１に巻回されるマグネットワイヤ４１の整列状態をより維持しやすくなり、ひいては、マグネットワイヤ４１の巻き崩れを防止できる。また、マグネットワイヤ４１の表面に設けられた絶縁被膜（図示せず）の損傷を抑制でき、コイル４０の絶縁性を維持できる。

本実施形態に係る固定子１００は、巻枠部材５０と、複数の溝部５２に沿って巻枠部材５０に巻回されたマグネットワイヤ４１と、を少なくとも備えている。

固定子１００をこのように構成することで、巻枠部材５０に巻回されたマグネットワイヤ４１の整列状態を維持しやすくなり、マグネットワイヤ４１の巻き崩れを防止できる。このことにより、スロット３０内でのコイル４０の占積率を高められる。

溝部５２の深さは、マグネットワイヤ４１の線径Ｄの５０％以下であることが好ましく、マグネットワイヤ４１の線径Ｄの１０％以上でかつ１５％以下であることがより好ましい。

このようにすることで、１層目のマグネットワイヤ４１１を溝部５２で安定して保持できる。なお、本実施形態では、マグネットワイヤ４１の線径Ｄを０．６ｍｍとしているが、特にこれに限定されない。例えば、線径Ｄが０．１ｍｍ程度であってもよいし、３ｍｍ程度であってもよい。マグネットワイヤ４１の線径Ｄが０．１ｍｍ～３ｍｍ程度であることが好ましい。

また、溝部５２のピッチＬは、マグネットワイヤ４１の線径Ｄと略同じであることが好ましい。

このようにすることで、１層目のマグネットワイヤ４１１を巻枠部材５０に隙間なく巻回でき、マグネットワイヤ４１の巻き崩れを防止しつつ、コイル４０の占積率を高められる。

本実施形態のモータ１０００は、固定子１００と、固定子１００と所定の間隔、この場合は、径方向内側に所定の間隔をあけて設けられた回転子２００と、を少なくとも備えている。

モータ１０００をこのように構成することで、スロット３０内でのコイル４０の占積率、ひいては、モータ１０００の効率を高められる。

本実施形態に係る巻枠部材５０の製造方法は、マグネットワイヤ４１が巻回される巻枠部材５０の製造方法であって、ワイヤ巻回部５１を有し、フィラー６０が添加された樹脂材料からなる巻枠母材５０ａを準備する巻枠母材準備工程と、ワイヤ巻回部５１の表面にレーザ光を照射して複数の溝部５２を形成する溝部形成工程と、を少なくとも備えている。

本実施形態によれば、マグネットワイヤ４１の線径Ｄに対応させたピッチＬで、溝部５２を後から形成できるため、マグネットワイヤ４１の線径Ｄを変える毎に専用の金型を起こす必要がなく、巻枠部材５０の製造コストが上昇するのを抑制できる。また、金型では形成が難しい細幅の溝もレーザ光を用いることで容易に形成できる。また、溝部５２の表面にフィラー６０を露出させられるため、１層目のマグネットワイヤ４１１が径方向に移動するのを抑制でき、マグネットワイヤ４１を巻枠部材５０に対して整列した状態で巻回することが容易となる。

また、例えば、この巻枠部材５０の製造工程を固定子１００の製造工程に組み込むことで、巻枠部材５０とマグネットワイヤ４１との寸法がミスマッチするといった部品間違いを無くすことが可能となる。

溝部形成工程の前に、ワイヤ巻回部５１に巻回される予定のマグネットワイヤ４１の線径Ｄを測定する線径測定工程をさらに備え、線径測定工程で測定されたマグネットワイヤ４１の線径Ｄに基づいて、溝部５２の幅や深さの目標値を設定した後に、溝部形成工程を実行することが好ましい。

例えば、異なる固定子１００の製造毎に、あるいは、異なる巻枠部材５０へのマグネットワイヤ４１の巻回作業毎に、マグネットワイヤ４１の線径Ｄがばらつくことがある。このような場合、マグネットワイヤ４１の線径Ｄの設計値にあわせて溝部５２を形成すると、溝部５２とマグネットワイヤ４１とのサイズがマッチせず、マグネットワイヤ４１の巻き崩れが起こるおそれがあった。

一方、本実施形態に示すように、線径測定工程での測定結果に基づいて、溝部５２を形成することで、マグネットワイヤ４１の線径Ｄがばらつく場合にも、溝部５２に沿ってマグネットワイヤ４１を整列した状態で巻き回すことが可能となる。

巻枠母材５０ａのワイヤ巻回部５１には、複数の溝部５２が配列される予定の方向、本実施形態で言えば、径方向に所定のピッチで複数の凸部５４が形成されており、溝部形成工程において、凸部５４にレーザ光を照射することで、複数の溝部５２を形成するのが好ましい。

このように、金型で予め凸部５４を形成しておくことで、レーザ光の照射回数を短縮でき、巻枠部材５０の製造コストを低減できる。

また、前述したように、所定のピッチは、巻枠部材５０に巻回される予定の複数種類のマグネットワイヤ４１に対し、各々の線径の最小公倍数に対応している。

よって、マグネットワイヤ４１の線径が異なる場合にも、レーザ光の照射回数を短縮しつつ、複数の溝部５２を形成するのが容易となる。

また、巻枠母材５０ａに凸部５４を設ける場合、互いに隣り合う凸部５４の間隔は、巻枠部材５０に巻回される予定の複数種類のマグネットワイヤ４１のうち、最小の線径にあわせるのがより好ましい。

このようにすることで、マグネットワイヤ４１の線径が異なる場合にも、マグネットワイヤ４１を隙間なく巻枠部材５０に巻回することができる。また、マグネットワイヤ４１の線径が太くなる場合は、凸部５４の径方向の端部を除去することで、互いに隣り合う凸部５４の間隔をマグネットワイヤ４１の線径にあわせることができる。

なお、前述したように、金型で形成するのが難しい細幅の溝部５２を巻枠部材５０に形成する場合は、巻枠母材５０ａに凸部５４を設けなくてもよい。

（実施形態２）
図８は、本実施形態に係る固定子の要部の断面模式図を示し、図９は、巻枠部材の製造方法の工程説明図を示す。図８は、具体的には、マグネットワイヤ４１が巻回された巻枠部材５０の断面模式図を示している。なお、図８，９において、実施形態１と同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。また、説明の便宜上、図９において、巻枠母材５０ａの一部のみを図示している。また、１層目のマグネットワイヤ４１１の一部のみを図示している。

図８に示すように、本実施形態の巻枠部材５０は、ワイヤ巻回部５１とフランジ部５５ａとがなすコーナー部５７が曲面となっており、当該曲面は、断面視で曲率半径Ｒを有している。また、曲率半径Ｒは、マグネットワイヤ４１の半径、つまり、マグネットワイヤ４１の線径Ｄの１／２よりも小さくなるように設定されている。

本実施形態の巻枠部材５０を製造するにあたって、図９の（ａ）図に示すように、巻枠母材５０ａを準備する。この工程は、図６の（ａ）図に示すのと同じ工程である。また、図示しないが、図９に示す巻枠母材５０ａには、図６に示す凸部５４が形成されている。

次に、図９の（ｂ）図に示すように、ワイヤ巻回部５１とフランジ部５５ａとがなすコーナー部５７にレーザ光を照射する。レーザ光の照射により、樹脂の一部が蒸発してコーナー部５７の形状が変化する。さらに、レーザ光の出力や照射時間や照射角度を調整して、図９の（ｃ）図に示すように、コーナー部５７の曲率半径が所定値Ｒになるように巻枠母材５０ａを加工する（コーナー部加工工程）。コーナー部加工工程の終了後、図６に示す線径測定工程と溝部測定工程を経て、巻枠部材５０が形成される。

図９の（ａ）図に示すように、巻枠母材５０ａが準備された時点では、コーナー部５７の曲率半径Ｒ１は図８に示す曲率半径Ｒよりも大きい。前述したように、巻枠母材５０ａは、金型で成形されるため、成形時に圧力が加わる。また、金型から取り出すときにも巻枠母材５０ａに圧力が加わる。この時点でのコーナー部５７の曲率半径Ｒ１が小さいと、これらの圧力がコーナー部５７に集中して、巻枠母材５０ａが変形したり破損したりおそれがあるからである。

一方、本実施形態によれば、コーナー部５７にレーザ光を照射し、図８や図９の（ｃ）図に示す形状とすることで、コーナー部５７の曲率半径Ｒを小さくすることができる。このことにより、ワイヤ巻回部５１の端部でのマグネットワイヤ４１の巻き乱れを抑制できる。このことについてさらに説明する。

図９の（ａ）図に示すように、コーナー部５７の曲率半径Ｒ１がマグネットワイヤ４１の線径Ｄよりも大きいと、コーナー部５７において、１層目のマグネットワイヤ４１１は、ワイヤ巻回部５１かフランジ部５５ａのいずれかにしか当接しない。このため、コーナー部５７に配置された１層目のマグネットワイヤ４１１は、外力を受けると容易に移動してしまう。このように、１層目のマグネットワイヤ４１１の位置が定まらないと、ワイヤ巻回部５１の端部でマグネットワイヤ４１の巻き乱れを生じ、マグネットワイヤ４１が巻き崩れてしまう。

一方、コーナー部５７にレーザ光を照射して加工し、コーナー部５７の曲率半径Ｒを調整することで、線径の小さいマグネットワイヤ４１を用いる場合にも、図９の（ｃ）図に示すように、コーナー部５７に配置された１層目のマグネットワイヤ４１１がワイヤ巻回部５１とフランジ部５５ａの両方に当接して、その位置が定められる。このことにより、ワイヤ巻回部５１の端部でのマグネットワイヤ４１の巻き乱れを抑制でき、巻枠部材５０に巻回されたマグネットワイヤ４１の整列状態を維持しやすくなり、マグネットワイヤ４１の巻き崩れを防止できる。

また、レーザ加工前のコーナー部５７の曲率半径Ｒ１が大きいため、マグネットワイヤ４１の線径が太い場合にも容易に対応できる。この観点で言えば、巻枠母材準備工程で準備される巻枠母材５０ａのコーナー部５７の曲率半径Ｒ１は、巻回される予定のマグネットワイヤ４１における最大半径以上であるのが好ましい。コーナー部加工工程において、コーナー部５７の曲率半径Ｒを小さくできるため、巻回される予定のすべてのマグネットワイヤ４１に対し、適切な形状のコーナー部５７を形成できる。

なお、線径測定工程は、コーナー部加工工程の前に行ってもよい。その場合、線径測定工程で測定されたマグネットワイヤ４１の線径Ｄに応じて、図６に示す制御部５００が、コーナー部加工工程における曲率半径Ｒの目標値を設定し、レーザ加工を行ってもよい。このようにすることで、ワイヤ巻回部５１の端部でのマグネットワイヤ４１の巻き乱れをより確実に抑制できる。また、巻枠部材５０に巻回されたマグネットワイヤ４１の整列状態を維持しやすくなり、マグネットワイヤ４１の巻き崩れを防止できる。

（その他の実施形態）
実施形態１，２において、フランジ部５５ａ，５５ｂは、ワイヤ巻回部５１の一方の端部のみに設けられていてもよい。その場合、ワイヤ巻回部５１の径方向外側の端部にフランジ部５５ａが設けられているのが好ましい。また、ワイヤ案内溝５６が設けられたフランジ部５５ａが、ワイヤ巻回部５１の径方向内側の端部に設けられていてもよい。

フランジ部５５ａがワイヤ巻回部５１の一方の端部のみに設けられる場合にも、フランジ部５５ａにワイヤ案内溝５６が設けられていることが好ましい。マグネットワイヤ４１をワイヤ巻回部５１に案内するとともに、マグネットワイヤ４１の巻き始め部分、または巻き終わり部分を固定、保持し、マグネットワイヤ４１を巻枠部材５０に整列して巻回することができる。

フランジ部５５ａにレーザ光を照射することで、ワイヤ案内溝５６を形成するようにしてもよい。このようにすることで、ワイヤ案内溝５６の表面に、先端に球状部６１を有するフィラー６０が露出し、マグネットワイヤ４１が移動するのを防止する抵抗として機能する。このことにより、ワイヤ巻回部５１に巻回されるマグネットワイヤ４１の整列状態を維持しやすくなり、ひいては、マグネットワイヤ４１の巻き崩れを防止できる。

また、実施形態２において、ワイヤ巻回部５１とフランジ部５５ｂとがなすコーナー部をレーザ加工して、その曲率半径をマグネットワイヤ４１の線径Ｄよりも小さくなるようにしてもよい。この場合も、１層目のマグネットワイヤ４１１がワイヤ巻回部５１とフランジ部５５ｂの両方に当接して、その位置が定められる。このことにより、ワイヤ巻回部５１の端部でのマグネットワイヤ４１の巻き乱れを抑制でき、巻枠部材５０に巻回されたマグネットワイヤ４１の整列状態を維持しやすくなり、マグネットワイヤ４１の巻き崩れを防止できる。ワイヤ巻回部５１とフランジ部５５ａとがなすコーナー部５７と、ワイヤ巻回部５１とフランジ部５５ｂとがなすコーナー部のそれぞれをレーザ加工して、それぞれの曲率半径がマグネットワイヤ４１の線径Ｄよりも小さくなるようにしてもよい。

なお、マグネットワイヤ４１の断面形状は円形に限定されず、モータ１０００の仕様等に応じて、適宜他の形状を取りうる。例えば、マグネットワイヤ４１の断面形状が楕円形であってもよいし、四角形であってもよい。つまり、マグネットワイヤ４１が通常の平角線であってもよい。

また、本願明細書では、固定子１００のティース１０に巻枠部材５０が装着され、さらにマグネットワイヤ４１が巻回されて、コイル４０が構成される例を説明したが、本発明の巻枠部材５０は、他の用途にも適用しうる。例えば、ＤＣモータの電機子に適用されてもよい。その場合も、線径が異なるマグネットワイヤ４１を巻枠部材５０に整列した状態で巻回することができるため、電機子のスロット内でのコイルの占積率が高められ、ひいては、ＤＣモータの効率を向上できる。

本発明の巻枠部材は、線径が異なる場合にもマグネットワイヤを整列した状態で巻回できるため、コイルの占積率を高められ、高効率のモータを実現する上で有用である。

１０ ティース
２０ ヨーク
２１ 分割ヨーク
３０ スロット
４０ コイル
４１ マグネットワイヤ
４１１ １層目のマグネットワイヤ
５０ 巻枠部材
５０ａ 巻枠母材
５１ ワイヤ巻回部
５２，５３ 溝部
５４ 凸部
５５ａ，５５ｂ フランジ部
５６ ワイヤ案内溝
５７ コーナー部
６０ フィラー
６１ 球状部
１００ 固定子
２００ 回転子
２１０ 回転子コア
２２０ 出力軸
２３０ 磁石
３００ カメラ
４００ 記憶部
５００ 制御部
６００ レーザヘッド
１０００ モータ

Claims (14)

1. フィラーが添加された樹脂材料からなる巻枠部材であって、
   マグネットワイヤが巻回されるワイヤ巻回部と、前記ワイヤ巻回部の両端部に設けられたフランジ部とを有し、
   前記ワイヤ巻回部の表面に形成された複数の溝部と、を少なくとも備え、
   前記溝部の表面には前記フィラーが露出し、
   前記フィラーの露出率は、互いに隣り合う前記溝部の間に位置する前記ワイヤ巻回部の表面よりも前記溝部の表面で高いことを特徴とする巻枠部材。
2. 請求項１に記載の巻枠部材において、
   前記溝部の表面の算術平均粗さは、互いに隣り合う前記溝部の間に位置する前記ワイヤ巻回部の表面の算術平均粗さよりも大きいことを特徴とする巻枠部材。
3. 請求項１ないし２のいずれか１項に記載の巻枠部材において、
   前記溝部の表面に露出した前記フィラーの先端は、球状部を有していることを特徴とする巻枠部材。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の巻枠部材と、
   前記複数の溝部に沿って前記巻枠部材に巻回されたマグネットワイヤと、を少なくとも備えたことを特徴とする固定子。
5. 請求項４に記載の固定子において、
   前記溝部の深さは、前記マグネットワイヤの線径の５０％以下であることを特徴とする固定子。
6. 請求項５に記載の固定子において、
   前記溝部の深さは、前記マグネットワイヤの線径の１０％以上でかつ１５％以下であることを特徴とする固定子。
7. 請求項４ないし６のいずれか１項に記載の固定子において、
   前記ワイヤ巻回部は、前記複数の溝部の配列方向に沿った両端部のうちの少なくとも一方にフランジ部を有しており、
   前記ワイヤ巻回部と前記フランジ部とがなすコーナー部の曲率半径は、前記マグネットワイヤの半径よりも小さいことを特徴とする固定子。
8. 請求項４ないし７のいずれか１項に記載の固定子と、
   前記固定子と所定の間隔をあけて設けられた回転子と、を少なくとも備えたことを特徴とするモータ。
9. マグネットワイヤが巻回される巻枠部材の製造方法であって、
   ワイヤ巻回部を有し、フィラーが添加された樹脂材料からなる巻枠母材を準備する巻枠母材準備工程と、
   前記ワイヤ巻回部にレーザ光を照射して複数の溝部を形成する溝部形成工程と、を少なくとも備えたことを特徴とする巻枠部材の製造方法。
10. マグネットワイヤが巻回される巻枠部材の製造方法であって、
    ワイヤ巻回部とその両端部の少なくとも一方にフランジ部とを有し、フィラーが添加された樹脂材料からなる巻枠母材を準備する巻枠母材準備工程と、
    前記ワイヤ巻回部と前記フランジ部とがなすコーナー部にレーザ光を照射して、前記コーナー部が所定の曲率半径を有するように加工するコーナー部加工工程と、を少なくとも備えたことを特徴とする巻枠部材の製造方法。
11. 請求項１０に記載の巻枠部材の製造方法において、
    前記コーナー部の曲率半径は、前記ワイヤ巻回部に巻回される予定のマグネットワイヤの半径よりも小さいことを特徴とする巻枠部材の製造方法。
12. 請求項１０または１１に記載の巻枠部材の製造方法において、
    前記ワイヤ巻回部にレーザ光を照射して複数の溝部を形成する溝部形成工程と、をさらに備えたことを特徴とする巻枠部材の製造方法。
13. 請求項９または１２に記載の巻枠部材の製造方法において、
    前記溝部形成工程の前に、前記ワイヤ巻回部に巻回される予定のマグネットワイヤの線径を測定する線径測定工程をさらに備え、
    前記線径測定工程で測定された前記マグネットワイヤの線径に基づいて、前記溝部の幅や深さの目標値を設定した後に、前記溝部形成工程を実行することを特徴とする巻枠部材の製造方法。
14. 請求項１３に記載の巻枠部材の製造方法において、
    前記巻枠母材の前記ワイヤ巻回部には、前記複数の溝部が配列される予定の方向に所定のピッチで複数の凸部が形成されており、
    前記溝部形成工程において、前記凸部に前記レーザ光を照射することで、前記複数の溝部を形成することを特徴とする巻枠部材の製造方法。

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