(57)【要約】【課題】高トルク化を図りつつもコイルを電気的に絶縁することが可能なモータを提供する。【解決手段】磁性粉体と樹脂との混合材１６によってコイル１７ｕ，１７ｖ，１７ｗがモールドされてなるモールド巻線部１４がヨーク１２の内側に設けられている。そして、混合材１６は、磁性粉体の含有率が互いに異なる第１層３１及び第２層３２を有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性粉体と樹脂との混合材によってコイルがモールドされてなるモールド巻線部がヨークの内側に設けられたスロットレスのステータと、
前記コイルにて生じる磁界の作用によって回転するマグネットロータと
を備えたモータであって、
前記混合材は、前記磁性粉体の含有率が互いに異なる第１層及び第２層を有してなることを特徴とするモータ。
【請求項２】
請求項１に記載のモータにおいて、
前記混合材の第１層及び第２層のうち前記磁性粉体の含有率が高い方の第１層は、前記コイルの外周の少なくとも一部を覆い、前記第２層は、前記第１層を含めて前記コイルの外周を覆っていることを特徴とするモータ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のモータにおいて、
前記混合材の第１層及び第２層のうち前記磁性粉体の含有率が高い方の第１層は、前記コイルの線材の周方向間に介在されていることを特徴とするモータ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のステータの製造方法において、
前記磁性粉体は、軟磁性系金属粉であり、
前記コイルに通電を行った状態で、該コイルを内包するように前記混合材を射出成形するモールド工程を備えることを特徴とするステータの製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載のステータの製造方法において、
前記コイルは、互いに異相となるもの同士が周方向に並設されてなり、
前記モールド工程において、周方向に隣り合う異相のコイルの線材に同一方向の電流が流れるように、前記コイルに通電を行うことを特徴とするステータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スロットレスのステータを備えたモータ及びそのステータの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、スロットレスのステータは、例えば特許文献１に示されるように、コイルが樹脂でモールドされてなるモールド巻線部がヨークの内側に設けられており、そのコイルにて生じる磁界の作用によってロータが回転するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−７４７２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
スロットレスのステータでは、トルク向上のためにモールド巻線部の樹脂に磁性粉体を混合することが考えられるが、この場合、コイルの電気的絶縁（コイル同士の間、コイルの線材同士の間、及びコイルとヨークとの電気的絶縁）の信頼性が低下する虞がある。また、線材の表面に絶縁皮膜が施されたコイルを用いる場合であっても、射出成形にてコイルをモールドする際に樹脂の熱や圧力等で絶縁皮膜が消失する虞があり、絶縁性を確実に保持することが難しい。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、高トルク化を図りつつもコイルを電気的に絶縁することが可能なモータ及びステータの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するモータは、磁性粉体と樹脂との混合材によってコイルがモールドされてなるモールド巻線部がヨークの内側に設けられたスロットレスのステータと、前記コイルにて生じる磁界の作用によって回転するマグネットロータとを備えたモータであって、前記混合材は、前記磁性粉体の含有率が互いに異なる第１層及び第２層を有してなる。
【０００７】
この構成によれば、混合材の磁性粉体の含有率がより低い第２層によってコイルの電気的絶縁（コイル同士の間、コイルの線材同士の間、及びコイルとヨークとの電気的絶縁）を図ることが可能となる。また、磁性粉体の含有率が第２層よりも高い第１層を磁束の通路とすることで、漏れ磁束の増加を抑えてトルクの発生に寄与する有効磁束を増加させることが可能となり、その結果、高トルク化を図ることが可能となる。これにより、混合材において磁性粉体の含有率が互いに異なる第１層及び第２層を形成するだけで、高トルク化を図りつつもコイルを電気的に絶縁することが可能となる。
【０００８】
上記モータにおいて、前記混合材の第１層及び第２層のうち前記磁性粉体の含有率が高い方の第１層は、前記コイルの外周の少なくとも一部を覆い、前記第２層は、前記第１層を含めて前記コイルの外周を覆っていることが好ましい。
【０００９】
この構成によれば、より好適に高トルク化及びコイルの絶縁を図ることができる。
上記モータにおいて、前記混合材の第１層及び第２層のうち前記磁性粉体の含有率が高い方の第１層は、前記コイルの線材の周方向間に介在されていることが好ましい。
【００１０】
この構成によれば、コイルの線材の周方向間に磁束の通路としての第１層が形成されるため、第１層をヨークとロータとの間の磁束の通路としてより好適な構成とすることができる。
【００１１】
上記ステータの製造方法において、前記コイルに通電を行った状態で、該コイルを内包するように前記混合材を射出成形するモールド工程を備えることが好ましい。
この製造方法によれば、混合材に含まれる磁性粉体が、通電状態のコイルの磁界に応じた密度分布となるため、磁性粉体の含有率が異なる第１層及び第２層を容易に成形することが可能となる。
【００１２】
上記ステータの製造方法において、前記コイルは、互いに異相となるもの同士が周方向に並設されてなり、前記モールド工程において、周方向に隣り合う異相のコイルの線材に同一方向の電流が流れるように、前記コイルに通電を行うことが好ましい。
【００１３】
この製造方法によれば、隣り合う異相の線材に同一方向の電流が流れるため、その線材間において電流にて生じる磁界の向きが反対方向となり、互いに打ち消し合うように作用する。これにより、周方向に隣り合う異相の線材の間の磁界が弱まるため、その間における混合材の第２層の磁性粉体の含有率をより低く構成することができ、その結果、異相のコイル間の絶縁の信頼度をより向上させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のモータ及びステータの製造方法によれば、高トルク化を図りつつもコイルを電気的に絶縁することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態のモータの軸方向に沿った断面を示す模式断面図である。
【図２】同形態のモータの軸方向と直交する断面を示す模式断面図である。
【図３】同形態のステータの一部を示す模式断面図である。
【図４】同形態のモールド巻線部における磁性粉体の分布を説明するための模式断面図である。
【図５】同形態のモールド巻線部を展開して示す模式図である。
【図６】別例のステータの一部を拡大して示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、モータ及びステータの製造方法の一実施形態について説明する。
図１及び図２に示すように、本実施形態のモータ１０のステータ１１は、スロットレス（コアレス）のものであり、円筒状のヨークハウジング（以下、ヨークという）１２と、ヨーク１２の軸方向両側にそれぞれ固定されたエンドハウジング１３と、ヨーク１２の内周面に固着された略円筒状のモールド巻線部１４とを備えている。なお、ヨーク１２と各エンドハウジング１３とは、モータ１０のハウジングを構成している。
【００１７】
図３に示すように、モールド巻線部１４は、周方向に順に並設されたＵ相コイル群１５ｕ、Ｖ相コイル群１５ｖ及びＷ相コイル群１５ｗが、磁性粉体（本実施形態では軟磁性系金属粉）と樹脂との混合材１６によってモールドされて構成されている。本実施形態では、Ｕ相コイル群１５ｕ、Ｖ相コイル群１５ｖ及びＷ相コイル群１５ｗはそれぞれ、周方向において９０度間隔に４つ設けられている。
【００１８】
図３及び図５に示すように、Ｕ相コイル群１５ｕは、径方向に並設された複数（本実施形態では３つ）のＵ相コイル１７ｕよりなる。各Ｕ相コイル１７ｕは、径方向に沿うそれらの中心軸線が一致するとともに、各コイル１７ｕを構成する線材１８ｕ同士が径方向に並ぶように構成されている。
【００１９】
同様に、Ｖ相コイル群１５ｖは、径方向に並設された複数（本実施形態では３つ）のＶ相コイル１７ｖよりなる。各Ｖ相コイル１７ｖは、径方向に沿うそれらの中心軸線が一致するとともに、各コイル１７ｖを構成する線材１８ｖ同士が径方向に並ぶように構成されている。
【００２０】
同様に、Ｗ相コイル群１５ｗは、径方向に並設された複数（本実施形態では３つ）のＷ相コイル１７ｗよりなる。各Ｗ相コイル１７ｗは、径方向に沿うそれらの中心軸線が一致するとともに、各コイル１７ｗを構成する線材１８ｗ同士が径方向に並ぶように構成されている。なお、各相のコイル１７ｕ，１７ｖ，１７ｗの線材１８ｕ，１８ｖ，１８ｗの表面には、絶縁皮膜が施されている。
【００２１】
モールド巻線部１４を構成する混合材１６は、各コイル１７ｕ，１７ｖ，１７ｗの線材１８ｕ，１８ｖ，１８ｗの間に入り込んでいる。詳述すると、Ｕ相コイル１７ｕの線材１８ｕ同士の周方向間及び径方向間に混合材１６が介在している。Ｖ相コイル１７ｖ及びＷ相コイル１７ｗにおいても同様に、線材１８ｖ同士及び線材１８ｗ同士の周方向間及び径方向間に混合材１６が介在している。また、各コイル群１５ｕ，１５ｖ，１５ｗにおいて周方向に隣り合うものの間では、異なる相の線材１８ｕ，１８ｖ，１８ｗ同士が周方向に並んでおり、それらの周方向間にも混合材１６が介在している。
【００２２】
また、混合材１６は、含有する磁性粉体の密度が均一ではなく粗密が設けられている。その磁性粉体の粗密については、後述の製造方法の項で詳述する。
図１及び図２に示すように、モールド巻線部１４の内周側には、ロータ２０が回転可能に設けられている。ロータ２０は、各エンドハウジング１３に対して回転可能に支持された回転軸２１と、回転軸２１に固定されたロータコア２２と、ロータコア２２の外周面に固定されたマグネット２３と備えている。本実施形態では、マグネット２３は、周方向に交互に異極となるように８極で構成されている。また、マグネット２３の外周面は、モールド巻線部１４に対し空隙を介して径方向に対向するように構成されている。つまり、マグネット２３とヨーク１２の径方向間にモールド巻線部１４が介在されるように構成されている。
【００２３】
［ステータの製造方法］
次に、上記のステータ１１の製造方法について説明する。
まず、ヨーク１２の内周の所定位置に各相のコイル群１５ｕ，１５ｖ，１５ｗを配置する。そして、各コイル１７ｕ，１７ｖ，１７ｗに電流を流した状態で、樹脂に磁性粉体を混合させた混合材１６を、ヨーク１２の内周面にコイル１７ｕ，１７ｖ，１７ｗを内包するように射出成形する（モールド工程）。このとき、コイル１７ｕ，１７ｖ，１７ｗには通電によって磁界が生じており、射出成形される混合材１６に含まれた磁性粉体は、コイル１７ｕ，１７ｖ，１７ｗの磁界（線材１８ｕ，１８ｖ，１８ｗの磁界）に応じた密度分布となる。
【００２４】
具体的には、コイル１７ｕ，１７ｖ，１７ｗの線材１８ｕ，１８ｖ，１８ｗの近くほど磁界が強く、線材１８ｕ，１８ｖ，１８ｗから離れるほど磁界が弱いため、線材１８ｕ，１８ｖ，１８ｗの近くほど磁性粉体の密度が高く、線材１８ｕ，１８ｖ，１８ｗから離れるほど磁性粉体の密度が低くなる。これにより、図４に示すように、混合材１６には、線材１８ｕ，１８ｖ，１８ｗの周囲を覆う、磁性粉体の含有率が高い第１層３１と、その第１層３１の周囲を覆う、第１層３１よりも磁性粉体の含有率が低い第２層３２とが成形される。つまり、各線材１８ｕ，１８ｖ，１８ｗの間には、第１層３１及び第２層３２がそれぞれ介在された構成となっている。なお、モールド巻線部１４の内周面及び外周面には、混合材１６の第２層３２が現れるようになっている。
【００２５】
なお、磁性粉体はコイル１７ｕ，１７ｖ，１７ｗの磁界に応じた密度分布となるため、第１層３１と第２層３２の内部においても磁性粉体の粗密が存在する。また、第１層３１及び第２層３２との境界は、所定の磁性粉体の含有率の値に設定される。
【００２６】
また、図５に示すように、混合材１６の射出成形時において、周方向に隣り合う異相のコイル１７ｕ，１７ｖ，１７ｗには、互いに反対向きの電流が供給される。図５の例では、Ｖ相コイル１７ｖには時計回りに電流を流し、そのＶ相コイル１７ｖと隣り合うＵ相コイル１７ｕ及びＷ相コイル１７ｗには反時計回りの電流を流している。
【００２７】
これにより、周方向に隣り合うＵ相コイル１７ｕの線材１８ｕとＶ相コイル１７ｖの線材１８ｖには、同一方向（図５において上方向）の電流が流れる。このため、線材１８ｕ，１８ｖを流れる電流によってそれぞれ生じる磁界の向きが、それら線材１８ｕ，１８ｖの周方向間において反対方向となり、互いに打ち消し合うように作用する。これにより、周方向に隣り合う線材１８ｕ，１８ｖの間の磁界が弱まり、その結果、線材１８ｕ，１８ｖの周方向間の混合材１６（第２層３２）は、磁性粉体の含有率がより低く構成される。
【００２８】
同様に、周方向に隣り合うＶ相コイル１７ｖの線材１８ｖとＷ相コイル１７ｗの線材１８ｗには、同一方向（図５において下方向）の電流が流れるため、周方向に隣り合う線材１８ｖ，１８ｗの間の磁界が弱まり、その結果、線材１８ｖ，１８ｗの周方向間の混合材１６（第２層３２）は、磁性粉体の含有率がより低く構成される。
【００２９】
また、各相のコイル群１５ｕ，１５ｖ，１５ｗにおいて、電流が同一方向に流れる線材間においても同様の作用によって、磁性粉体の含有率がより低く構成される。
次に、本実施形態の作用について説明する。
【００３０】
モールド巻線部１４の各コイル群１５ｕ，１５ｖ，１５ｗにそれぞれ対応する３相交流電源電圧が供給されると、ステータ１１にて生じる回転磁界とロータ２０のマグネット２３の磁界とが相互に作用してロータ２０が回転する。このとき、ヨーク１２とロータ２０（マグネット２３）との間のモールド巻線部１４（混合材１６）において、磁束は主に磁性粉体の含有率が高い第１層３１を経由して行き来する。つまり、混合材１６の第１層３１によってヨーク１２とロータ２０との間の磁気的なエアギャップが減少（即ちパーミアンスが向上）されるため、ロータ２０の回転に寄与しない漏れ磁束の発生が抑えられ、その結果、高出力化を図ることが可能となっている。
【００３１】
更に、各コイル１７ｕ，１７ｖ，１７ｗの線材１８ｕ，１８ｖ，１８ｗの間には、磁性粉体の含有率が低い第２層３２が介在されており、この第２層３２によって線材１８ｕ，１８ｖ，１８ｗ間の電気的絶縁が図られている。
【００３２】
また、混合材１６の射出成形時に電流が同一方向に流された線材１８ｕ，１８ｖ，１８ｗの間の第２層３２においては、上記の作用によって磁性粉体の含有率がより低く構成されるため、電気的絶縁の信頼性が特に向上されている。
【００３３】
次に、本実施形態の特徴的な効果を記載する。
（１）モールド巻線部１４の混合材１６は、磁性粉体の含有率が互いに異なる第１層３１及び第２層３２を有する。この構成によれば、混合材１６の磁性粉体の含有率がより低い第２層３２によってコイル１７ｕ，１７ｖ，１７ｗの電気的絶縁（コイル１７ｕ，１７ｖ，１７ｗ同士の間、線材１８ｕ，１８ｖ，１８ｗ同士の間、及びコイル１７ｕ，１７ｖ，１７ｗとヨーク１２との電気的絶縁）を図ることが可能となる。また、第１層３１を磁束の通路とすることで、漏れ磁束の増加を抑えてトルクの発生に寄与する有効磁束を増加させることが可能となり、その結果、高トルク化を図ることが可能となる。これにより、混合材１６において磁性粉体の含有率が互いに異なる第１層３１及び第２層３２を形成するだけで、高トルク化を図りつつもコイル１７ｕ，１７ｖ，１７ｗを電気的に絶縁することが可能となる。
【００３４】
（２）混合材１６の第１層３１及び第２層３２のうち磁性粉体の含有率が高い方の第１層３１は、コイル１７ｕ，１７ｖ，１７ｗの線材１８ｕ，１８ｖ，１８ｗの外周を覆い、第２層３２は、第１層３１を含めて線材１８ｕ，１８ｖ，１８ｗの外周を覆っている。この構成によれば、より好適に高トルク化及びコイル１７ｕ，１７ｖ，１７ｗの絶縁を図ることができる。
【００３５】
（３）混合材１６の第１層３１及び第２層３２のうち磁性粉体の含有率が高い方の第１層３１は、コイル１７ｕ，１７ｖ，１７ｗの線材１８ｕ，１８ｖ，１８ｗの周方向間に介在される。この構成によれば、コイル１７ｕ，１７ｖ，１７ｗの線材１８ｕ，１８ｖ，１８ｗの周方向間に磁束の通路としての第１層３１が形成されるため、第１層３１をヨーク１２とロータ２０との間の磁束の通路としてより好適な構成とすることができる。
【００３６】
（４）モールド工程において、コイル１７ｕ，１７ｖ，１７ｗに通電を行った状態で、該コイル１７ｕ，１７ｖ，１７ｗを内包するように混合材１６を射出成形する。この製造方法によれば、混合材１６に含まれる磁性粉体が、通電状態のコイル１７ｕ，１７ｖ，１７ｗの磁界に応じた密度分布となるため、磁性粉体の含有率が異なる第１層３１及び第２層３２を容易に成形することが可能となる。
【００３７】
（５）コイル１７ｕ，１７ｖ，１７ｗは、互いに異相となるもの同士が周方向に並設されてなり、モールド工程において、周方向に隣り合う異相のコイル１７ｕ，１７ｖ，１７ｗの線材１８ｕ，１８ｖ，１８ｗに同一方向の電流が流れるようにコイル１７ｕ，１７ｖ，１７ｗに通電を行う。この製造方法によれば、隣り合う異相の線材１８ｕ，１８ｖ，１８ｗに同一方向の電流が流れるため、その線材１８ｕ，１８ｖ，１８ｗ間において電流にて生じる磁界の向きが反対方向となり、互いに打ち消し合うように作用する。これにより、周方向に隣り合う異相の線材１８ｕ，１８ｖ，１８ｗの間の磁界が弱まるため、その間における混合材１６の第２層３２の磁性粉体の含有率をより低く構成することができ、その結果、異相のコイル１７ｕ，１７ｖ，１７ｗ間の絶縁の信頼度をより向上させることができる。
【００３８】
なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、モールド工程でのコイル１７ｕ，１７ｖ，１７ｗへの通電による磁界の強さに応じて磁性粉体に粗密が設けられる構成としたが、これに特に限定されるものではない。
【００３９】
例えば、図６に示すように、磁性粉体の含有率が異なる２種の混合材（第１混合材４１と第２混合材４２）にてコイル１７ｕ，１７ｖ，１７ｗをモールドする構成としてもよい。同図の例では、第１混合材４１が上記実施形態の第１層３１と対応し、第２混合材４２が上記実施形態の第２層３２と対応している。つまり、第１混合材４１は、第２混合材４２よりも磁性粉体の含有率が高く、第１混合材４１は線材１８ｕ，１８ｖ，１８ｗの外周を覆っている。そして、磁性粉体の含有率がより低い第２混合材４２は、第１混合材４１を含んで線材１８ｕ，１８ｖ，１８ｗの周囲を覆っている。このような構成によっても、上記実施形態と同様に、高トルク化を図りつつもコイル１７ｕ，１７ｖ，１７ｗを電気的に絶縁することが可能となる。
【００４０】
なお、同図の例では、第１混合材４１が線材１８ｕ，１８ｖ，１８ｗの外周を覆い、第２混合材４２は第１混合材４１を含めて線材１８ｕ，１８ｖ，１８ｗの外周を覆っているが、それらの位置関係を反対とし、線材１８ｕ，１８ｖ，１８ｗの直近に第２混合材４２が存在するように構成してもよい。このような構成であっても、第２混合材４２によって線材１８ｕ，１８ｖ，１８ｗの絶縁性が確保されるとともに、線材１８ｕ，１８ｖ，１８ｗの周方向間に第２混合材４２を介して設けられる第１混合材４１が磁束の通路となって、高トルク化を図ることが可能となる。
【００４１】
また、同図の構成では、第１混合材４１を射出成形した後、第２混合材４２が射出成形される。なお、第１及び第２混合材４１，４２の成形時において、コイル１７ｕ，１７ｖ，１７ｗへの通電は必ずしも必要ではないが、上記実施形態と同様にコイル１７ｕ，１７ｖ，１７ｗへの通電を行ってもよい。これにより、第１混合材４１と第２混合材４２のそれぞれに含まれる磁性粉体の粗密が、通電によるコイル１７ｕ，１７ｖ，１７ｗの磁界に応じた分布となる。
【００４２】
・混合材１６の第１層３１と第２層３２の分布は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、線材１８ｕ，１８ｖ，１８ｗの周方向の側方のみに第１層３１が存在するような構成としてもよい。また、混合材１６は、コイル１７ｕ，１７ｖ，１７ｗの軸方向全体を覆っている必要はなく、例えば、コイル１７ｕ，１７ｖ，１７ｗの軸方向端部が混合材１６にて被覆されない構成としてもよい。
【００４３】
・上記実施形態では、コイル１７ｕ，１７ｖ，１７ｗの線材１８ｕ，１８ｖ，１８ｗの表面に絶縁皮膜が施されているが、必ずしも絶縁皮膜を有している必要はない。
・モールド巻線部１４の巻回態様（混合材１６内における各線材１８ｕ，１８ｖ，１８ｗの配置態様）は、上記実施形態に限定されるものではなく、構成に応じて適宜変更してもよい。例えば、上記実施形態では、同相の線材１８ｕ，１８ｖ，１８ｗが径方向に沿って並ぶように構成されているが、径方向に沿った列をなしていない構成としてもよい。
【００４４】
・上記実施形態では、ヨーク１２（モールド巻線部１４）とロータ２０とが径方向に対向するラジアルギャップ型のモータに適用したが、これ以外に例えば、ヨーク（モールド巻線部）とロータとが軸方向に対向するアキシャルギャップ型のモータに適用してもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１０…モータ、１１…ステータ、１２…ヨーク、１４…モールド巻線部、１６…混合材、１７ｕ…Ｕ相コイル、１７ｖ…Ｖ相コイル、１７ｗ…Ｗ相コイル、１８ｕ，１８ｖ，１８ｗ…線材、２０…ロータ（マグネットロータ）、２３…マグネット、３１…第１層、３２…第２層、４１…第１混合材（第１層）、４２…第２混合材（第２層）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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