JPH06261471A

JPH06261471A - モータ及びその製造方法

Info

Publication number: JPH06261471A
Application number: JP5044102A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Seto; 毅瀬戸; Michiro Sato; 道郎佐藤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1993-03-04
Filing date: 1993-03-04
Publication date: 1994-09-16

Abstract

(57)【要約】【構成】巻線をコの字形導体とＩ字形導体あるいはＬ字
形導体を接続して構成し、モータケースに絶縁皮膜を固
着した凹部を設け、導体をモータケースに固定した後、
樹脂を混入させた形状異方性を持つ軟磁性材料粉末を注
入し、形状異方軸を樹脂硬化時にトロイダル巻線に電流
を流すことで周方向に配向させ、軸方向に整列した複数
の電機子のトロイダル巻線部が、隣接する電機子のトロ
イダル巻線部と係合し、回転子の磁石極性が交互となる
ように磁石を配し、磁石の両面に隣接する磁石の異極が
磁気的に結合しないように磁極片を固着したモータ及び
その製造方法。【効果】電気自動車等に好適な、大電流対応の小型軽量
高効率モータが安価に提供できる

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工場の動力用、空調機
用、電気自動車の動力用等に用いられる、小型、高効率
が要求されるモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】モータには、様々な種類があるが、動力
用モータに多用されているのは、固定子を電機子とした
誘導モータ及び磁石回転子を持つブラシレスモータであ
る。なかでも、プレスで打ち抜いた珪素鋼板を積層し、
内周にスロットを持つ電機子ヨークの内周に分布巻の巻
線を配したものが一般的である。前記の構成の問題点は
電機子の軸方向端部において巻線が交錯することで、こ
のことが製造工程の複雑化、巻線の線積率低下、電機子
端部の大型化をもたらしていた。

【０００３】上記の問題点は、例えば、特開平１−１３
８９３７に記載され、図１０に示すように積層した珪素
鋼板に対しトロイダル巻線を用いることによって解決さ
れる。トロイダル巻線を用いた場合の問題点は、一体型
の電機子ヨークでは一度、電機子ヨークと交錯するリー
ルに巻線を巻とってから電機子ヨークに巻線するという
手順を必要とする事で、通常、前記引用例に示すような
分割可能な電機子ヨークを用いる。

【０００４】電機子ヨークの材質は、前述したように珪
素鋼板が一般的であるが、特開昭６０−１０７８０７、
特開平２−７２６０３に記載されるように軟磁性材料粉
末を樹脂結合、圧縮成形、焼結等の方法で固めたものも
ある。これらの目的は、珪素鋼板のプレス打ち抜きによ
る製法に比して、形状自由度、精度、鉄損の低下等の利
点があった。これらの場合、巻線は内周に分布巻、集中
巻等の方法で施されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
トロイダル巻線を用いたモータは、電機子ヨークを分割
させない限り製造にかかる労力が大きく、また完成した
電機子が小部品の組み合わせで構成されるため精度、強
度が劣るという課題があった。

【０００６】一方、従来の軟磁性材料粉末を用いた電機
子ヨークは、巻線による電機子端部の大型化という問題
を解決できず、また軟磁性材料粉末を使用した場合の透
磁率は珪素鋼板を使用した場合のおおむね１／１００に
なるため、モータのトルクが小さくなってしまうという
課題があった。

【０００７】さらに従来の全てのモータに共通の課題と
して以下のことがあげられる。

【０００８】すなわち、公害問題等から注目を浴びてい
る電気自動車の動力用に用いる場合、安全性の面から従
来に比較して低電圧、大電流のモータが求められる。従
って巻線は太くする必要があるが、従来のモータでは巻
線を電機子ヨークに巻き付けるという作業が不可欠で、
太い巻線では巻線作業が実質上不可能であった。

【０００９】また、モータの小型高効率化という目的で
は、誘導モータに比較して回転子に希土類磁石を用いた
ブラシレスモータが望ましいが、従来のモータでは、磁
石の形状が瓦状、長方形の平板状等に限られ、磁石の整
形による歩留まりの悪化からコストの上昇をもたらして
いた。

【００１０】本発明は、従来のこのような課題を解決す
るためになされたもので、その目的とするところは、製
造が容易で小型、軽量、高効率でかつ低電圧、大電流に
も対応可能なモータを安価に提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、モータ及びその製造方法において、第一に
前記モータの電機子をトロイダル巻線で構成し、前記ト
ロイダル巻線の巻かれる電機子ヨークを、形状異方性を
持つ軟磁性材料粉末を周方向に異方性を持つように樹脂
結合して構成し、その製造方法としては、電機子ヨーク
を、導体をモータケースあるいは治具に固定した後、樹
脂を混入させた軟磁性材料粉末を注入し軟磁性材料粉末
の形状による磁気異方軸を、樹脂硬化時にトロイダル巻
線に電流を流すことで周方向に配向させて製造すること
を特徴とする。

【００１２】第２に電機子にトロイダル巻線を用いたモ
ータにおいて、前記トロイダル巻線をコの字形導体とＩ
字形導体、あるいは少なくとも２種類以上のＬ字形導体
を接続して構成し、モータケースには巻線に係合し、絶
縁皮膜を固着した凹部を設けたことを特徴とする。その
製造方法においては、モータケースに設けられた凹部に
コの字形導体、Ｉ字形導体、Ｌ字形導体の少なくとも１
種を固定した後、モータケースに電機子ヨークを挿入す
るか、あるいは樹脂を混入した軟磁性材料を注入して電
機子ヨークを構成したことを特徴とする。

【００１３】第３に、電機子にトロイダル巻線を用いた
モータにおいて、軸方向に整列した少なくとも２個の電
機子を有し、前記各電機子の軸方向面のトロイダル巻線
部が、隣接する電機子のトロイダル巻線部と係合するこ
とを特徴とする。

【００１４】第４に軸方向に整列した少なくとも２個の
電機子を有するモータにおいて、固定子の軸方向に磁石
極性が交互となるように少なくとも２個の磁石を配し、
かつ前記磁石の両面に、隣接する磁石の異極が磁気的に
結合しないように磁極片を固着したことを特徴とする。

【００１５】

【実施例】以下、請求項１、２、３及び４に記載の発明
の実施例を、図１及び図２を用いて説明する。図１は、
本発明のモータの製造工程の正面図である。図１におい
て３０１はモータケース、４０１は治具で、両者の位置
関係は、図示しないフランジによって固定されている。
治具４０１とフランジには、離型剤が塗布してある。１
０１はエナメル銅線を多数回巻いた巻線で、長方形型に
巻いた後、ワニス処理で硬化させてある。巻線はモータ
ケース３０１と治具４０１の凹部に固定される。

【００１６】巻線１０１を固定した後、急冷法によって
製造した鉄フレークに３重量％のエポキシ樹脂を混合
し、治具に開けられた注入ゲート４０１から注入する。
注入後、巻線１０１を発生磁束が全て同一方向になるよ
うに通電しながらエポキシ樹脂の硬化温度で保持するこ
とにより、鉄フレークの形状異方軸を配向させる。エポ
キシ樹脂硬化後、治具４０１及び軸方向フランジを取り
外すことでモータケースと一体化した電機子が完成す
る。

【００１７】図２は、前述の製造方法で製作した、本発
明のモータの電機子の斜視図である。

【００１８】なお、実際は樹脂結合電機子ヨーク２０１
の外周にモータケースが固着しているが図２では省略し
ている。このような方法によって製作された電機子を用
いた本発明のモータは、トロイダル巻線を予め、電機子
ヨークの外部で型巻ででき、しかも、完成した状態で電
機子ヨークは一体構造となるため機械精度、強度が高く
なる。電機子ヨークの比透磁率は２５０で、形状異方性
を持たないアトマイズ法によって製造された鉄粉を用い
た場合の比透磁率がほぼ１００であることに比較して２
倍以上となる。

【００１９】本発明のモータの特性を、従来の珪素鋼板
を用いたモータと比較すると電機子ヨークの飽和磁化の
減少により、最大トルクは３０％減少しているが、抵抗
率の増加から、渦電流に起因する鉄損が約１／１０に減
少したため、高速回転時の効率が良くなっている。さら
にケースと電機子ヨークとの密着性が高いため、放熱性
も良く従来発熱のため不可能であった高速運転が可能で
最大出力は約１．５倍に向上する。

【００２０】次に、請求項５、６、７、８及び９に記載
の発明の実施例を、図３、図４、図５及び図６を用いて
説明する。図３は、本発明の請求項５に対応する、Ｉ字
形導体１１１とコの字形導体１１２を用いた巻線の１タ
ーン分の斜視図である。Ｉ字形導体１１１とコの字形導
体１１２はそれぞれ銅板をプレスで打ち抜いて製作され
る。図４は本発明の請求項６に対応し、形状が若干異な
るＬ字形導体ａ１２１とＬ字形導体ｂを組み合わせた巻
線であり、コの字形導体を使用したものより、プレス打
ち抜き時の銅板の利用率が高いという特徴がある。

【００２１】図５はＩ字形導体とコの字形導体を用い
た、本発明のモータの電機子部分の正面図、図６は同部
分の斜視図である。モータケース３１１はアルミニウム
製で、その内周には凹部３１２が形成されている。電機
子ヨーク凹部３１２の幅は、コの字形導体１１２の幅よ
りやや広く、エポキシ系の樹脂の絶縁皮膜を固着してあ
る。これは、導体のモータケース３１１に対する短絡を
防止し、モータケースと導体の熱抵抗を減少する目的が
ある。製造方法としては、モータケース３１１に固着し
たエポキシ樹脂が、完全硬化する前に、モータケース凹
部３１２にコの字形導体を押し込んで固定する。その
後、外部で成形した電機子ヨーク２１１を挿入する。電
機子ヨーク２１１の内周にはコの字形導体１１２に対応
する位置に凹部２１３、及び凸部２１２が形成されてい
るので、磁気回路の磁気抵抗が小さくなり、トルクの増
加をもたらす。

【００２２】電機子ヨーク２１１の挿入後、Ｉ字形導体
１１１を隣接したコの字形導体１１２の上端が接続する
ように置きスポット溶接を行う。ここに１３１はスポッ
ト溶接部である。

【００２３】上記の構成による本発明のモータは、従来
のエナメル線を用いたモータ電機子と異なり、巻線部の
位置及び形状精度が高いため他部品との、間隔を小さく
でき小型化が可能である。しかも従来、電機子ヨークの
溝部の面積に対して６０％前後であった線積率が９０％
以上に向上するため、銅損、鉄損ともに小さい高性能モ
ータが構成できる。また、コの字形導体がモータケース
に対して樹脂をはさんで面接触しているため、放熱性に
優れ対負荷容量が極めて大きい。さらに、エナメル線と
異なり、曲げによる断線や短絡を起こす確率が小さく、
安全性が重視される電気自動車等に好適である。

【００２４】また、従来、大きな力を必要としていたエ
ナメル線を用いた巻線の電機子ヨークのスロットへの挿
入工程がないため、ロボットによる製造が可能で多品種
小量生産を行いやすい。

【００２５】さらに、本実施例で示したような形状の電
機子ヨークは、内周に凹凸があるため周長が長く、従来
の珪素鋼板打ち抜きによる電機子ヨークでは製造に大型
のプレス装置を必要としていた。本実施例では、小型の
射出成形機を使用すれば良いため、スペース、騒音、安
全性等の工場の環境を向上させることができる。

【００２６】上述の実施例は、外部で成形した電機子ヨ
ークを用いた例であるが、Ｉ字形導体をスポット溶接す
る前に樹脂を混入した軟磁性材料を注入し、Ｉ字形導体
溶接後に導体に通電しながら樹脂の硬化温度に保持する
ことで、異方性を持った電機子を製作することも可能で
ある。この場合には、外部で電機子ヨークを成形するた
めの、周方向に磁気をかけることが可能な型が不要で多
品種小量生産にさらに適合している。

【００２７】次に、請求項１０及び１１に記載の発明の
実施例を図５、図７、図８及び図９を用いて説明する。
図７は、本発明の請求項１０に対応するモータの電機子
ヨークを軸方向から見た展開図である。第２の実施例で
説明したものと同様の製造方法であるが、本実施例では
モーターケース軸方向両側からモータケースの軸方向長
さの約半分の高さを持つコの字形導体１１２をモータケ
ース凹部に挿入する。モータケース内周の凹部は、モー
タケースの軸方向中心を境界に１／２ピッチずれてい
る。したがって両側から挿入したコの字形導体の底部
は、交互に重なり軸方向長さを小さくすることができ
る。またモータケースフランジ３２１にはモータケース
と同様な凹部が設けられ、Ｉ字形導体とエポキシ樹脂を
はさんで面接触しているため放熱が良くなっている。

【００２８】図８は本発明の請求項１１に対応するモー
タの回転子の正面図、図９は側面図である。ハブ５０３
は円筒状の非磁性材料である。磁極５０１は珪素鋼板を
プレスで扇形に打ち抜いたものを積層して構成してい
る。磁極５０１は軸方向に２段重なり、間に磁極５０１
の扇形より外形が小さい磁石５０２が配してある。各々
の構成要素は接着によって固着される。磁石５０２の着
磁方向は軸方向で周方向に隣合う磁石とは逆となってい
る。

【００２９】本発明の請求項１０及び１１をを組み合わ
せることによって以下の長所が生じる。まず従来の電機
子を２段にしたモータに比較してトロイダル巻線を採用
し、しかも導体にプレス打ち抜きで製作した銅板を用い
ているため、巻線部の膨らみがなく小型で、形状精度が
良いため小型軽量のモータを構成できる。

【００３０】また太い導体が使用できるため電気自動車
等に必要とされる大電流モータに好適である。さらに磁
石の形状は平板状でさえあればどんな形状でも良く、小
さな磁石を並べる等の方法も可能で、磁石の歩留まりが
良くモータを安価に構成できる。

【００３１】

【発明の効果】本発明は以上説明したように、トロイダ
ル巻線と異方性を付加した樹脂結合電機子ヨークとＬ、
Ｉ、コの字形導体と２段式電機子、回転子を組み合わせ
ることで、製造が容易で小型、軽量、高効率でかつ低電
圧、大電流にも対応可能なモータを安価に提供すること
を可能にするという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のモータの製造工程の正面図である。

【図２】本発明のモータの電機子の構成図である。

【図３】本発明のモータのコの字、Ｉ字形導体の斜視
図である。

【図４】本発明のモータのＬ字形導体の斜視図であ
る。

【図５】本発明のモータの電機子ヨークの正面図であ
る。

【図６】本発明のモータの電機子ヨークの斜視図であ
る。

【図７】本発明のモータの電機子ヨークの展開図であ
る。

【図８】本発明のモータの回転子の正面図である。

【図９】本発明のモータの回転子の側面図である。

【図１０】従来のモータの電機子の斜視図である。

【符号の説明】

１０１巻線１１１Ｉ字形導体１１２コの字形導体１２１Ｌ字形導体ａ１２２Ｌ字形導体ｂ２０１樹脂結合電機子ヨーク２１１樹脂結合電機子ヨークｂ２１２電機子ヨーク凸部２１３電機子ヨーク凹部３０１モータケースａ３１１モータケースｂ３１２モータケース凹部３２１モータケースフランジ４０１治具４０２注入ゲート５０１磁極５０２磁石５０３ハブ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電機子にトロイダル巻線を用いたモータに
おいて、前記トロイダル巻線の巻かれる電機子ヨーク
を、樹脂で硬化させた軟磁性材料粉末で構成したことを
特徴としたモータ。
【請求項２】軟磁性材料粉末の形状による磁気異方軸を
周方向に配向させたことを特徴とする請求項１記載のモ
ータ。
【請求項３】電機子にトロイダル巻線を用いたモータの
製造方法において、前記トロイダル巻線の巻かれる電機
子ヨークが、導体をモータケースあるいは治具に固定し
た後、樹脂を混入させた軟磁性材料粉末を注入して硬化
させて構成されることを特徴とするモータの製造方法。
【請求項４】電機子にトロイダル巻線を用いたモータの
製造方法において、軟磁性材料粉末の形状による磁気異
方軸を、樹脂硬化時にトロイダル巻線に電流を流すこと
で周方向に配向させることを特徴とする請求項３記載の
モータの製造方法。
【請求項５】電機子にトロイダル巻線を用いたモータに
おいて、前記トロイダル巻線をコの字形導体とＩ字形導
体を交互に接続して構成したことを特徴とするモータ。
【請求項６】電機子にトロイダル巻線を用いたモータに
おいて、前記トロイダル巻線をＬ字形導体を接続して構
成したことを特徴とするモータ。
【請求項７】電機子にトロイダル巻線を用いたモータに
おいて、モータケースに巻線に係合する凹部を設けたこ
とを特徴とするモータ。
【請求項８】モータケースに設けられた凹部に絶縁皮膜
を固着したことを特徴とする請求項７記載のモータ。
【請求項９】電機子にトロイダル巻線を用いたモータの
製造方法において、モータケースに設けられた凹部にコ
の字形導体、Ｉ字形導体、Ｌ字形導体の少なくとも１種
を固定した後、モータケースに電機子ヨークを挿入する
か、あるいは樹脂を混入した軟磁性材料を注入して電機
子ヨークを構成したことを特徴とするモータの製造方
法。
【請求項１０】電機子にトロイダル巻線を用いたモータ
において、軸方向に整列した少なくとも２個の電機子を
有し、前記各電機子の軸方向面のトロイダル巻線部が、
隣接する電機子のトロイダル巻線部と係合することを特
徴とするモータ。
【請求項１１】軸方向に整列した少なくとも２個の電機
子を有するモータにおいて、回転子に隣合う磁石の軸方
向の極性が交互となるように磁石を配し、かつ前記磁石
の両面に、隣接する磁石の異極が磁気的に結合しないよ
うに軟磁性材料の磁極片を固着したことを特徴とするモ
ータ。