(57)【要約】【課題】鉄心コイルのコイル冷却能力を向上させる。【解決手段】電流が流れるコイル束１２を鉄心１４に巻回した鉄心コイル１０を製造する場合は、まず、鉄心１４との間に間隙１８をもって、コイル束１２を鉄心１４に巻回する。そして、コイル束１２が鉄心１４に巻回された状態で、鉄心１４のコイル巻回されていない部位を押圧して、鉄心１４をコイル巻回軸直交方向に塑性的に伸張変形させる。これにより、コイル束１２と鉄心１４との間隙１８を無くし、コイル冷却能力を向上できる。【選択図】図１
2006042534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流が流れるコイルを鉄心に巻回した鉄心コイルの製造方法であって、
コイルを鉄心に巻回する巻回工程と、
コイルが鉄心に巻回された状態で、鉄心のコイル巻回されていない部位を押圧して、鉄心をコイル巻回軸直交方向に塑性的に伸張変形させる押圧工程と、
を有することを特徴とする鉄心コイルの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の鉄心コイルの製造方法であって、
押圧工程は、少なくとも、伸張変形により鉄心がコイルの内周を押圧するまで、鉄心を押圧することを特徴とする鉄心コイルの製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の鉄心コイルの製造方法であって、
押圧工程は、コイルの巻回軸方向への変形を阻害する方向に、巻回されたコイルも押圧することを特徴とする鉄心コイルの製造方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の鉄心コイルの製造方法であって、
押圧工程は、コイル外周近傍に、コイルの外周形状を拘束する壁材が設けられた状態で行われることを特徴とする鉄心コイルの製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の鉄心コイルの製造方法であって、
壁材は、鉄心コイルの完成形状と対応する内部形状を有した金型部材であることを特徴とする鉄心コイルの製造方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の鉄心コイルの製造方法であって、
鉄心は、圧粉磁心材料からなることを特徴とする鉄心コイルの製造方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の鉄心コイルの製造方法であって、
鉄心は、心材と、心材の外側に設けられる側材と、からなる二重構造であって、
心材は、側材より優れた磁気特性を有し、
側材は、心材より降伏応力が低く、
押圧工程は、側材にコイルを巻回した状態で、側材を押圧することを特徴とする鉄心コイルの製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の鉄心コイルの製造方法であって、
巻回工程は、側材を心材から分離した状態で、側材にコイルを巻回し、
押圧工程は、側材を心材から分離した状態で、側材を押圧し、
さらに、押圧工程により押圧された側材を、心材に圧入する圧入工程を有することを特徴とする鉄心コイルの製造方法。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の鉄心コイルの製造方法であって、
巻回工程は、予め、導線を巻回して予備成形されたコイルを、鉄心に挿入することを特徴とする鉄心コイルの製造方法。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の鉄心コイルの製造方法であって、
押圧工程で押圧される鉄心は、伸張変形量を考慮した形状に予備成形されていることを特徴とする鉄心コイルの製造方法。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項に記載の鉄心コイルの製造方法であって、
巻回工程は、薄い電気絶縁体を介してコイルを鉄心に巻回することを特徴とする鉄心コイルの製造方法。
【請求項１２】
電流が流れるコイルを鉄心に巻回した鉄心コイルであって、
コイルを鉄心に巻回した状態で、鉄心のコイル巻回されていない部位を押圧して、コイル巻回軸直交方向に塑性的に伸張変形させた鉄心を有することを特徴とする鉄心コイル。
【請求項１３】
複数のティースを備えた電機子鉄心と、ティースに巻回されたコイルと、を有する回転電機の電機子の製造方法であって、
コイルをティースに巻回する巻回工程と、
コイルがティースに巻回された状態で、電機子鉄心の一部を押圧し、ティースをコイル巻回軸直交方向に塑性的に伸張変形させる押圧工程と、
を有することを特徴とする電機子の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の電機子の製造方法であって、
電機子鉄心は、一極ごとに分割された複数の鉄心片からなり、
押圧工程は、電機子の完成形状と対応する内部形状を有した金型内部に複数の鉄心片を配置した状態で、複数の鉄心片を一括押圧することにより、各鉄心片を隣接する鉄心片の方向にも塑性的に伸張変形させることを特徴とする電機子の製造方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の電機子の製造方法であって、
押圧工程は、隣接する鉄心片が互いに圧接されるまで伸張変形させることを特徴とする電機子の製造方法。
【請求項１６】
複数のティースを備えた電機子鉄心と、ティースに巻回されたコイルと、を有する回転電機の電機子であって、
コイルがティースに巻回された状態で、電機子鉄心の一部を押圧し、ティースをコイル巻回軸直交方向に塑性的に伸張変形させた電機子鉄心を有することを特徴とする電機子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流が流れるコイルを鉄心に巻回した鉄心コイル、鉄心コイルを有する電機子およびこれらの製造方法に関する
【背景技術】
【０００２】
鉄心にコイルを巻回した鉄心コイルは、回転電機やトランス、ソレノイド、リアクトルなどに広く利用されている。鉄心コイルのコイルは、通電した際に、ジュール熱などを発生する。コイルの発熱は、コイル寿命や鉄心コイルを利用した機器の出力などに悪影響を与える。そのため、従来から、コイルの冷却能力を向上させることが求められている。
【０００３】
コイル冷却能力を向上させる技術としては、コイルの空冷、コイルへの冷却剤の滴下、コイル同士を密着させることによるコイル冷却能力の向上などが知られている。例えば、特許文献１には、コイルを高密度成形し、コイルの冷却能力を向上させた電動機が開示されている。これは、導線をボビンの外周に整列巻回させて形成されたコイルに対して圧力を付与して塑性変形させることにより、コイルの占積率を向上させている。占積率向上により、スロット内の空隙を低減し、熱抵抗を低減できるため、コイルの冷却能力を向上できる。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−４１３６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、空冷では高能率でのコイル冷却は難しかった。また、冷却剤の滴下ではその滴下部分についての冷却はできるものの、他の部分についてはほとんど冷却できない。したがって、コイル全体としての冷却能力の向上は困難であった。さらに、特許文献１のようにコイルの高密度成形では、コイルを構成する複数の導線間での間隙は低減できるものの、コイルと鉄心との間隙は低減できなかった。そのため、熱容量が大きく、しかも、放熱能力の高い鉄心への伝熱が少なく、冷却能力の大幅な向上は期待できない。また、上記の方法では、製造工程の煩雑化や構成の複雑化、ひいては、コストの増加などの問題もあった。
【０００６】
そこで、本発明では、コイルの冷却能力をより向上できる鉄心コイルおよび鉄心コイルを用いた回転電機の電機子およびこれらの製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
他の本発明の目的は、より簡易に製造できる鉄心コイルおよび鉄心コイルを用いた回転電機の電機子およびこれらの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の鉄心コイルの製造方法は、電流が流れるコイルを鉄心に巻回した鉄心コイルの製造方法であって、コイルを鉄心に巻回する巻回工程と、コイルが鉄心に巻回された状態で、鉄心のコイル巻回されていない部位を押圧して、鉄心をコイル巻回軸直交方向に塑性的に伸張変形させる押圧工程と、を有することを特徴とする。
【０００９】
好適な態様では、押圧工程は、少なくとも、伸張変形により鉄心がコイルの内周を押圧するまで、鉄心を押圧する。別の好適な態様では、押圧工程は、コイルの巻回軸方向への変形を阻害する方向に、巻回されたコイルも押圧する。
【００１０】
別の好適な態様では、押圧工程は、コイル外周近傍に、コイルの外周形状を拘束する壁材が設けられた状態で行われる。望ましくは、壁材は、鉄心コイルの完成形状と対応する内部形状を有した金型部材である。
【００１１】
別の好適な態様では、鉄心は、圧粉磁心材料からなる。別の好適な態様では、鉄心は、心材と、心材の外側に設けられる側材と、からなる二重構造であって、心材は、側材より優れた磁気特性を有し、側材は、心材より降伏応力が低く、押圧工程は、側材にコイルを巻回した状態で、側材を押圧する。望ましくは、巻回工程は、側材を心材から分離した状態で、側材にコイルを巻回し、押圧工程は、側材を心材から分離した状態で、側材を押圧し、さらに、押圧工程により押圧された側材を、心材に圧入する圧入工程を有する。
【００１２】
別の好適な態様では、巻回工程は、予め、導線を巻回して予備成形されたコイルを、鉄心に挿入する。押圧工程で押圧される鉄心は、伸張変形量を考慮した形状に予備成形されている。別の好適な態様では、巻回工程は、薄い電気絶縁体を介してコイルを鉄心に巻回する。
【００１３】
他の本発明である鉄心コイルは、電流が流れるコイルを鉄心に巻回した鉄心コイルであって、コイルを鉄心に巻回した状態で、鉄心のコイル巻回されていない部位を押圧して、コイル巻回軸直交方向に塑性的に伸張変形させた鉄心を有する。
【００１４】
他の本発明である電機子の製造方法は、複数のティースを備えた電機子鉄心と、ティースに巻回されたコイルと、を有する回転電機の電機子の製造方法であって、コイルをティースに巻回する巻回工程と、コイルがティースに巻回された状態で、電機子鉄心の一部を押圧し、ティースをコイル巻回軸直交方向に塑性的に伸張変形させる押圧工程と、を有することを特徴とする。
【００１５】
好適な態様では、電機子鉄心は、一極ごとに分割された複数の鉄心片からなり、押圧工程は、電機子の完成形状と対応する内部形状を有した金型内部に複数の鉄心片を配置した状態で、複数の鉄心片を一括押圧することにより、各鉄心片を隣接する鉄心片の方向にも塑性的に伸張変形させる。望ましくは、押圧工程は、隣接する鉄心片が互いに圧接されるまで伸張変形させる。
【００１６】
他の本発明である電機子は、複数のティースを備えた電機子鉄心と、ティースに巻回されたコイルと、を有する回転電機の電機子であって、コイルがティースに巻回された状態で、電機子鉄心の一部を押圧し、ティースをコイル巻回軸直交方向に塑性的に伸張変形させた電機子鉄心を有する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、鉄心をコイル巻回軸直交方向に塑性的に伸張変形させることができるので、鉄心とコイルとの間隙を削減できる。これにより、コイルの冷却能力を向上できる。本発明の鉄心コイル製造方法は、コイル巻回後に鉄心を押圧するものなので、より簡易に製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下で示す図では、本発明の特徴をより明確にするために、コイルと鉄心との間隙や、鉄心の変形量などを実際より大きめに図示している。また、以下の説明では、主にモータの電機子を例示しているが、本発明はモータ電機子に限らず、発電機の電機子や、トランスやソレノイド、リアクトルなど、鉄心にコイルを巻回した鉄心コイルを利用した機器全般に適用できる。
【００１９】
はじめに図１を用いて本発明の実施の形態の基本原理を説明する。図１は鉄心コイル１０の製造過程における鉄心コイル１０の概略縦断面図である。鉄心コイル１０は、予め巻回成形されたコイル束１２を鉄心１４に挿入、または、直接鉄心１４に導線１６を巻回することにより製造される（図１（Ａ）、（Ｂ）参照）。いずれの方式であっても、鉄心１４とコイル束１２とを密着させることは困難で、鉄心１４とコイル束１２との間には間隙１８が生じる。この間隙１８は、コイル束１２と鉄心１４との間の熱抵抗となり、コイル束１２から鉄心１４への伝熱を阻害する。コイル束１２から鉄心１４への伝熱を阻害された場合、コイル束１２で発生した熱の鉄心１４からの放熱量が少なくなり、結果としてコイル束１２の冷却が阻害される。
【００２０】
この間隙１８を低減するために、鉄心方向にコイル束１２外周を加圧する方法が考えられる。しかし、コイル束１２外周からの加圧では、加圧解除後のコイル束１２のスプリングバックなどが原因で間隙１８を削減することは難しい。また、コイル束１２外周から加圧した場合、鉄心コイル１０の外径寸法の管理が困難である。また、予め、鉄心１４の幅より小さい内径でコイル束１２を巻回成形し、このコイル束１２を鉄心１４に圧入する方法も考えられるが、この場合も確実に間隙１８を削減できず、また、圧入工程が煩雑であった。
【００２１】
そこで、本実施の形態では、鉄心１４の上面および底面、すなわち、コイル束１２が巻回されていない部位を押圧する。この押圧力は、鉄心１４の降伏応力以上、かつ、破壊応力以下である。押圧により、鉄心１４は、圧延され、コイル巻回軸直交方向外側、すなわち、間隙１８を無くす方向に塑性的に伸張変形する（図１（Ｃ）参照）。これにより、鉄心１４とコイル束１２との間隙１８が無くなり、コイル束１２の冷却能力を大幅に向上できる。この鉄心１４の押圧は、伸張変形した鉄心１４の側面でコイル束１２の内周を押圧できるまで行うことが望ましい。鉄心１４でコイル束１２を押圧することにより、より確実に間隙１８を無くすことができる。また、コイル束１２を押圧することにより、コイルの占積率も向上できる。なお、当然ながら、鉄心１４の上面および底面の両方を加圧する必要なく、いずれか一方のみの加圧でもよい。その場合は、加圧されない面は、形状変形しないように拘束されていることが必要である。また、コイル巻回軸直交方向外側への伸張変形は、換言すれば鉄心１４のコイル束軸方向（高さ方向）への圧縮変形である。したがって、加圧前の鉄心１４は、この伸張変形（または、圧縮変形）を考慮したサイズに成形されることが望ましい。すなわち、鉄心１４の幅は伸張変形を考慮して小さめに、鉄心１４の高さは圧縮を考慮して大きめに成形されていることが望ましい。
【００２２】
ここで、鉄心１４は、磁気特性が良好で、降伏応力の小さい（塑性変形しやすい）材料からなることが望ましい。このような材料としては、例えば、圧粉磁心材料がある。圧粉磁心材料とは、微小鉄粉材料に電気絶縁性の皮膜を施した後、加圧成形するものであり、絶縁材同士が圧着接合するためにバルク材のようなブロックとして所望の形態をした製品を得ることができる。この圧粉磁心材料による成形品は、全体が微小な鉄粉の集合体であるため、押圧により塑性的な変形が容易となっている。また、スプリングバックによる形状戻りが少ないという特徴を有する。したがって、圧粉磁心材料を用いれば、比較的小さい加圧力で伸張変形できる。また、加圧の際にスプリングバックによる形状戻りを考慮する必要がないので、所望のサイズに伸張変形した時点で加圧解除でき、加圧工程の制御を簡易に構成できる。
【００２３】
鉄心１４押圧の際には、押圧面（図１の例では鉄心１４の上面および底面）の摩擦を十分に低減しておく。これは、摩擦で押圧面の塑性変形が阻害され、鉄心１４がいわゆる樽形状となるのを防止するためである。摩擦低減の方法としては、押圧面の面粗度向上や、潤滑油の利用などが挙げられる。
【００２４】
また、鉄心１４の押圧時には、コイル束１２の外周近傍に、コイル束１２の外周形状を拘束する壁材２０を設けることが望ましい。壁材２０を設けることにより、コイル束１２の外側への逃げを防止でき、完成後の鉄心コイル１０の外形寸法精度を向上できる。また、コイルの占積率も向上できる。この壁材２０としては、鉄心コイル１０の完成形状と対応した内部形状を有する金型などを用いることができる。
【００２５】
さらに、鉄心１４の押圧の際には、コイル束１２の巻回軸方向（図１における上下方向）への変形を阻害するために、コイル束１２の上下面も押圧することが望ましい。このコイル束１２の押圧は、鉄心１４の伸張変形により生じるコイル束１２の逃げ量や、導線１６の被膜の耐摩耗性などを考慮した押圧力で行う。もちろん、コイル束１２の押圧に代えて、コイル束１２の上下面形状を拘束する壁材を設けてもよい。ただし、この場合、壁材は、鉄心の伸張変形を阻害しない形状とすることが必要である。
【００２６】
さらに、コイル束１２の巻回は、薄い絶縁体（図示せず）、例えば、絶縁紙などを介してコイル束１２を鉄心１４に巻回することが望ましい。これは、換言すれば、コイル束１２と鉄心１４との間に絶縁体を挟み込むということである。絶縁体を挟み込むことにより、鉄心１４の押圧により鉄心１４とコイル束１２とが密着しても、鉄心１４とコイル束１２との電気的絶縁が確実に確保できる。
【００２７】
このように製造された鉄心コイル１０は、コイルの冷却能力が高く、鉄心コイル１０が適用される機器、例えば、モータやソレノイドなどの連続使用時間や定格出力を大幅に向上できる。また、壁材２０でコイル束１２の外周形状を拘束すれば、鉄心コイル１０の外形寸法精度を向上できる。
【００２８】
次に、この原理を応用した本発明の実施形態である回転界磁型のアキシャル型モータの固定子（電機子）について説明する。まず、本実施形態が適用される回転界磁型のアキシャル型モータの構造について説明する。図２は、アキシャル型モータ２２の断面概略図である。また、図３は図２で例示されるアキシャル型モータ２２の回転子２４を示しており、図４は図２で例示されるアキシャル型モータ２２の固定子２６を示している。
【００２９】
アキシャル型モータ２２は、永久磁石２８が複数内在する円板状の回転子２４と、その両側に配置される固定子２６から構成されている。回転子２４は、永久磁石２８によって界磁束発生源となり、固定子２６から発生する回転磁界に従って回転可能となっている。一方、固定子２６（電機子）は、固定子鉄心３０が有するティース３２にコイル束３６が集中巻で巻回された複数の極を持つものであり、図２で例示するアキシャル型モータ２２の場合には、２つの固定子２６が同軸に配置されている。
【００３０】
この固定子２６は、複数のティース３２を有する固定子鉄心３０と、各ティース３２に巻回されたコイル束３６とから構成されている。固定子鉄心３０は、圧粉磁心材料からなり、図５に示すような一極ごとに分割された鉄心片３８の集合体として構成されている。この鉄心片３８のティース３２にコイル束３６を巻回してなる固定子片４０が図１における鉄心コイル１０に相当する。以下、この固定子片４０の製造方法について説明する。
【００３１】
図６は固定子片４０の製造の流れを示す図である。コイル束３６の巻回前において、鉄心片３８およびコイル束３６は、それぞれ、予備成形されている。コイル束３６は、その外径が固定子片４０完成時における外径と同じになるように、導線を巻回して予備成形されている。コイル束３６を構成する導線には、後になされる押圧に耐え得る程度の耐摩耗性を備えた被膜が施されている。
【００３２】
鉄心片３８は、平板状のコアバック３４上にティース３２が突出配置されている。予備成形時において、ティース３２の幅は、コイル束３６が容易に挿入出来得る大きさであり、完成時に比して小さめに成形されている。一方、ティース３２の高さは、押圧によるコイル巻回軸直交方向外側への伸張変形（コイル束軸方向への圧縮変形）を考慮して、完成時に比して大きめに成形される。押圧しても鉄心片３８の全体積そのものは変わらないため、伸張変形により増加するティース幅の割合と、減少するティース高さの割合は一致する。したがって、例えば、完成時に比して予備成形時のティース幅が１０％小さければ、ティース高さは１０％大きく成形する。
【００３３】
次に、予備成形された鉄心片３８にコイル束３６を挿入する。この状態が図６（Ａ）に示される。コイル束３６を挿入する際には、ティース３２の周囲に絶縁紙（図示せず）を設け、コイル束３６が絶縁紙を介してティース３２に巻回されるようにする。この挿入作業においては、ティース幅が小さいためコイル束３６の挿入が容易であり、作業性を向上できる。一方で、コイル束３６の内周とティース３２側面との間には間隙４２が生じる。この間隙４２は、コイル束３６とティース３２との間の熱抵抗の要因であり、コイル冷却を阻害する原因である。
【００３４】
そこで、本実施形態では、鉄心片３８を押圧し、ティース３２をコイル巻回軸直交方向外側に塑性的に伸張変形させる。具体的には、まず、コイル束挿入後の鉄心片３８を成形型４４内に配置する。成形型４４は、完成後の固定子片４０の形状と対応する内部形状を備えており、その内壁はコイル束外周形状および鉄心片３８のコアバック３４側面形状を拘束する壁材として機能する。
【００３５】
成形型４４内に配置した状態で、鉄心片３８の上面を鉄心片３８の降伏応力以上、破壊応力以下の圧力で加圧する。加圧を受けたティース３２は、拘束されていない方向、具体的にはコイル巻回軸直交方向外側に伸張変形していく。そして、コイル束３６との間隙４２を無くし、さらには、ティース３２の側面でコイル束３６の内周を押圧するまで伸張変形させる。これによりコイル束３６とティース３２との間の熱抵抗を低減でき、コイル冷却能力をより向上できる。また、コイル束３６とティース３２との間には、絶縁紙が配されているため、コイル束３６とティース３２とが密着しても両者の電気的絶縁は確実に確保される。さらに、ティース３２側面でコイル束３６を押圧することにより、より確実に間隙４２を削減できるだけでなく、コイル束３６の占積率も向上できる。なお、押圧の条件にもよるが、全く伸張変形させないときに比べて伸張変形後は、熱抵抗が約１０分の１程度に減少する。また、占積率は約５０％から約８０％に向上できる。
【００３６】
ここで、鉄心片３８は、圧粉磁心材料から構成されており、ケイ素鋼板などの電磁鋼板の積層体ではない。したがって、伸張変形にともなう磁束方向変化や各層の接合性などを考慮する必要がない。したがって、鉄心片３８を圧粉磁心材料で構成することにより、電磁鋼板に比べて簡易に伸張変形させることができる。また、圧粉磁心材料は、押圧解除時のスプリングバックを考慮する必要がない。したがって、所望のサイズに変形した時点で押圧解除でき、押圧工程を簡易化できる。
【００３７】
鉄心片３８の加圧と同時に、コイル束３６も加圧する。これは、伸張変形したティース３２に押圧されたコイル束３６が軸方向に変形することを防止するためである。したがって、このコイル束３６への加圧力は、コイル束３６の変形を阻害できうる程度、かつ、コイル束３６の導線を破損しない程度であることが望ましい。コイル束３６も押圧することにより、コイル束３６の形状精度を向上でき、また、占積率も向上できる。
【００３８】
これらの加圧は、成形型４４内で行われるため、加圧解除後の固定子片４０の外形寸法精度を向上できる。すなわち、加圧により鉄心片３８およびコイル束３６が形状変形しても、その外形状は成形型４４で拘束されているため、所定の外形寸法に規制できる。つまり、成形型４４を用いることにより、簡易に同一形状の固定子片４０を大量に生産でき、ひいては、モータの製造コストを低減できる。
【００３９】
以上の流れで製造された固定子片４０は、固定子板状（図示せず）に環状配置され、固定子２６を構成する。この固定子２６は、コイル冷却能力が高く、モータの使用時間および定格出力を向上できる。また、外形寸法精度が高い固定子を簡易に量産することができる。さらに、コイル束３６および鉄心片３８の最終成形を同時にできるため、個別に成形した場合に比べて、工程を簡易化できる。
【００４０】
次に他の実施形態について説明する。上述の固定子２６は各鉄心片３８ごとに静加圧していたが、本実施形態では固定子２６を構成する全ての鉄心片３８を一括加圧する。これについて、図７から図９を用いて説明する。図７は、コイル束挿入後の複数の鉄心片３８を成形型４４に配置した様子を示す図である。また、図８は図７におけるＡ−Ａ断面図、図９は図７におけるＢ−Ｂ断面図である。この成形型４４は、環状の外型４６と円筒形状の内型４８とからなる。外型４６の内径および内型４８の外径は、それぞれ、完成後の固定子２６の外径および内径に対応する。この内型４８と外型４６との間には、コイル束挿入後の鉄心片３８が環状配置される。互いに隣接するコイル束３６の間には、スペーサ５０が配置される。スペーサ５０は、コイル束３６の外周形状を拘束する壁材として機能する。ただし、このスペーサ５０は、図９に示すように、コイル束３６の側面にのみ存在し、鉄心片３８のコアバック３４の側面には設けられない。つまり、鉄心片３８のコアバック３４の側面形状は拘束されていない状態となっている。また、スペーサ５０は、隣接するコイル束３６同士の電気的絶縁を確保するために、電気絶縁性を備えている。具体的には、スペーサ５０の材質として絶縁材料を用いるか、スペーサ５０の表面に電気絶縁膜を形成する。
【００４１】
この状態で、全ての鉄心片３８の上面および底面を静加圧すると、上記の実施形態と同様に、ティース３２がコイル巻回軸直交方向外側に伸張変形し、コイル束３６とティース３２側面との間隙４２が削減できる。このとき、コアバック３４側面は拘束されていないため、コアバック３４も固定子周方向外側、すなわち、隣接する鉄心片３８の方向に伸張変形する。この伸張変形により、隣接する鉄心片３８のコアバック３４側面は互いに密着し、圧接合される。各鉄心片３８のコアバック３４が密着接合することにより、接合面での磁気抵抗を低減でき、ひいては、モータの効率を向上できる。また、一括加圧とすることで、製造工程を大幅に削減することができる。さらに、一括成形とすることで、個別成形の固定子片４０を組み合わせるのに比して、固定子２６全体としての寸法精度を向上できる。また、スペーサ５０は、加圧解除後も隣接するコイル束３６に挟持されて残存するが、電気絶縁性を備えているため隣接するコイル束３６同士の電気的絶縁が確実に確保される。
【００４２】
以上、本実施形態でも、ティース３２とコイル束３６との間隙４２を削減できるため、コイル冷却能力を向上できる。さらに、一括加圧とすることで、各鉄心片間の磁気抵抗を低減でき、モータの効率をより向上できる。また、製造工程を簡易化でき、より安価での製造が可能となる。なお、図７から図９においては絶縁紙の図示を省略しているが、本実施形態においてもコイル束３６とティース３２との間に絶縁紙を設けることが望ましい。
【００４３】
次に他の実施形態である回転界磁型のラジアル型モータ５２について説明する。まず、本実施形態が適用されるラジアル型モータ５２の構造について説明する。図１０はラジアル型モータ５２の軸方向の断面概略図である。また、図１１は固定子の断面概略図である。
【００４４】
本実施形態におけるラジアル型モータ５２は、永久磁石２８が複数内在する円筒状の回転子２４と、固定子鉄心３０にコイル束３６が巻回された複数の極を持つ固定子２６（電機子）とを同軸で配置したものである。回転子２４は、永久磁石２８によって界磁束発生源となり、固定子２６から発生する回転磁界に従って回転可能となっている。
【００４５】
固定子２６は、複数のティース３２を有する固定子鉄心３０と、各ティース３２に巻回されたコイル束３６とから構成されている。固定子鉄心３０は、圧粉磁心材料からなり、一極ごとに分割された鉄心片３８の集合体として構成されている。この鉄心片３８のティース３２にコイル束３６を巻回した固定子片４０が図１で示す鉄心コイル１０に相当する。
【００４６】
各固定子片４０の製造の流れを図１２に示す。ラジアル型モータ５２の場合でも、アキシャル型モータの場合と同様に、コイル束３６および鉄心片３８を予備成形しておく。すなわち、コイル束３６は、その外径が完成形状と一致するように導線を巻回して予備成形される。また、予備成形された鉄心片３８は、底面弧状のコアバック３４と、このコアバック３４から突出したティース３２とを備える。ティース３２の幅および高さは、加圧による伸張変形（または圧縮変形）を考慮したサイズで成形されている。
【００４７】
そして、予備成形された鉄心片３８のティース３２に絶縁紙（図示せず）を介してコイル束３６を挿入した後、成形型内４４に配置し、鉄心片３８を加圧変形させる。本実施形態における成形型４４は、鉄心片３８を支持する支持部、鉄心片側面形状を拘束する側部４４ｂ、コイル束形状を拘束するコイル拘束部４４ｃ、およびティース３２上面を静加圧する加圧部４４ｄに大別される。支持部４４ａ、側部４４ｂ、コイル拘束部４４ｃは、組み合わせることにより、固定子片４０の完成形状と対応した内部形状を構成する。加圧部４４ｄは上下に移動可能であり、下方に移動することによりティース３２上面を加圧する。加圧によりティース３２側面がコイル巻回軸直交方向外側に伸張変形し、コイル束３６との間隙４２を削減する。一方、コイル束３６の外周および鉄心片３８のコアバック３４は成形型４４により拘束されているため、その外形形状は完成形状に保たれる。
【００４８】
つまり、ラジアル型モータ５２の場合も、コイル束３６を巻回した状態でティース３２を加圧することにより、コイル束３６とティース３２との間隙４２を無くし、ひいては、コイル冷却能力を向上できる。また、成形型４４でコイル束外周形状およびコアバック側面形状を拘束することで、簡易に、外形寸法精度を向上できる。
【００４９】
加圧により成形された固定子片４０は、図１３（Ａ）に示すように環状配置された上で、その外周をバンド５４で固定することにより固定子２６として構成される。なお、このとき、各鉄心片３８のコアバック３４間には略三角形状の隙間が生じる。これは、鉄心片３８の側面をコイル束軸方向と平行（図１２参照）に成形したためである。そこで、バンド５４で固定する際は、この略三角形状の隙間と対応する形状の繋ぎ鉄心５６を設けて隙間を埋める。また、別の形態として、図１３（Ｂ）に示すように固定子片４０を環状の金型５８内に配置したうえで、全鉄心片３８のティース３２上面を押圧し、各鉄心片３８を圧接合してもよい。
【００５０】
次に他の実施形態について説明する。この実施形態は、固定子を構成する全鉄心片を一括加圧する。これについて、図１４を用いて説明する。図１４は、絶縁紙（図示せず）を介してコイル束を挿入した後の複数の鉄心片３８を成形型４４に配置した様子を示す図である。この成形型４４は、完成後の固定子２６の外径と同じ内径を備えた環形状となっている。また、互いに隣接するコイル束３６の間には、電気絶縁性を備えたスペーサ５０が配置され、コイル束外周形状が拘束されるとともに隣接するコイル束３６間の電気的絶縁が確保される。隣接する鉄心片３８のコアバック３４の間には、略三角柱形状の繋ぎ鉄心５６が配置される。
【００５１】
この状態で全鉄心片３８のティース３２上面（内周面）を加圧する。加圧によりティース３２がコイル巻回軸直交方向外側に塑性的に伸張変形する。これによりコイル束３６とティース３２との間隙が無くなり、コイル冷却能力を向上できる。また、加圧を受けて鉄心片のコアバック３４も固定子周方向外側に塑性的に伸張変形する。これにより、各鉄心片３８および繋ぎ鉄心５６が密着し、圧接合される。各鉄心片３８が密着することにより、磁気抵抗を低減でき、モータ効率を向上できる。さらに、一括成形することにより、各固定子片４０の個別成形に比べ、工程を大幅に簡略化でき、ひいては、モータ製造のコストを低減できる。
【００５２】
次に他の実施形態について説明する。図１５は他の実施形態である固定子２６の軸方向の断面概略図である。本実施形態において固定子鉄心３０のティース３２は、固定子鉄心３０のコアバック３４と一体成形された心材部６０と、その外側に配置された側材部６２とからなる２重構造となっている。心材部６０はケイ素鋼板を積層してなり、側材部６２は圧粉磁心材料からなる。この２重構造のティース３２にコイル束３６が巻回され、固定子２６を構成している。
【００５３】
この固定子２６の製造の流れを図１５、図１６に示す。この固定子２６を製造する場合は、まず、伸張変形を考慮して予備成形された側材部６２に、予備成形されたコイル束３６を絶縁紙（図示せず）を介して巻回する。これは、側材部６２を心材部６０から分離した状態で行う。そして、側材部６２およびコイル束３６を成形型（図示せず）内部に配置する。この成形型は、外型と内型から構成される。外型は、コイル束３６外径と同じ内径の略楕円環形状であり、コイル束外周形状を拘束する。また、内型は、心材部６０のティース部分とほぼ同じ形状であり、側材部６２の内側面形状を拘束する。この成形型に配置した状態で、側材部６２を押圧し、コイル巻回軸直交方向外側に伸張変形させる。これによりコイル束３６と側材部６２とを一体化でき、コイル束３６と側材部６２との間隙を無くすことができる。次に、図１７に示すように、コイル束３６と一体化された側材部６２を、心材部６０のティース部分に圧入する。これにより、各ティース３２は、心材部６０とその外側に配置された側材部６２とから構成される２重構造となる。
【００５４】
ここで、心材部６０を構成するケイ素鋼板は、非常に優れた磁気特性を持つ。その一方、ケイ素鋼板は、積層して用いられるため、その一部を塑性変形させた場合、各層の接合関係を合わせることが極めて困難であった。一方、側材部６２を構成する圧粉磁心材料は、塑性変形容易であるが、磁気特性の点ではケイ素鋼板に及ばない。
【００５５】
そこで、本実施形態のように、ティース３２を２重構造にすることで、極めて良好な磁気特性と、高いコイル冷却能力とを得ることができる。すなわち、ケイ素鋼板の心材部６０により良好な磁気特性を、塑性変形容易な側材部６２により高いコイル冷却能力を得ることができる。つまり、本実施の形態によれば、良好な磁気特性を維持しつつもコイル冷却能力を向上させた固定子、ひいては、モータの効率を向上できる固定子を得ることができる。なお、本実施形態ではラジアル型モータの固定子を例示したが、当然、アキシャル型モータの固定子や、回転電機子型モータの回転子、トランスやソレノイド、リアクトルなどの、鉄心コイルを適用する機器全般に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施の形態の基本的原理を示す図である。
【図２】アキシャル型モータの断面概略図である。
【図３】アキシャル型モータの回転子を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態であるアキシャル型モータの固定子を示す図である。
【図５】鉄心片の斜視図である。
【図６】固定子片の製造の流れを示す図である。
【図７】他の実施形態における固定子の製造の様子を示す図である。
【図８】図８におけるＡ−Ａ断面図である。
【図９】図９におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図１０】ラジアル型モータの軸方向の断面概略図である。
【図１１】本発明の他の実施の形態であるラジアル型モータの固定子を示す図である。
【図１２】固定子片の製造の流れを示す図である。
【図１３】固定子片の組み付けの様子を示す図である。
【図１４】他の実施形態における固定子の製造の様子を示す図である。
【図１５】他の実施形態における固定子を示す図である。
【図１６】他の実施形態における固定子の製造の様子を示す図である。
【図１７】他の実施形態における固定子の製造の様子を示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０  鉄心コイル、１２  コイル束、１４  鉄心、１６  導線、１８  間隙、２０  壁材、２２  アキシャル型モータ、２４  回転子、２６  固定子、２８  永久磁石、３０  固定子鉄心、３２  ティース、３４  コアバック、３６  コイル束、３８  鉄心片、４０  固定子片、４２  間隙、４４  成形型、５０  スペーサ、５２  ラジアル型モータ、５６  繋ぎ鉄心、６０  心材部、６２  側材部。
【図１】
2006042534.tif 000003
【図２】
2006042534.tif 000004
【図３】
2006042534.tif 000005
【図４】
2006042534.tif 000006
【図５】
2006042534.tif 000007
【図６】
2006042534.tif 000008
【図７】
2006042534.tif 000009
【図８】
2006042534.tif 000010
【図９】
2006042534.tif 000011
【図１０】
2006042534.tif 000012
【図１１】
2006042534.tif 000013
【図１２】
2006042534.tif 000014
【図１３】
2006042534.tif 000015
【図１４】
2006042534.tif 000016
【図１５】
2006042534.tif 000017
【図１６】
2006042534.tif 000018
【図１７】
2006042534.tif 000019