(57)【要約】【課題】本発明の課題は、圧粉鉄心が様々な形状をとることができるという特徴を利用して、従来から議論されてきた様々な問題を解消し、従来にない優れた電動機を提供することにある。【解決手段】コイル３１，４１，５１，６１，７１，８１，９１を磁性粉体で覆い、それを圧縮成形して電動機１００，１０５の固定子１０，５５，６０，８０，９０あるいは回転子２０，５７を作製する（この固定子１０，５５，６０，８０，９０あるいは回転子２０，５７は、コイル３１，４１，５１，６１，７１，８１，９１を含んだ圧粉鉄心そのものである。）。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子（１０，５５，６０，８０，９０）および回転子（２０，５７）の少なくとも一方にコイル（３１，４１，７１，８１，９１）を有する電動機（１００，１０５）であって、
少なくとも１つの前記コイル（３１，４１，７１，８１，９１）を構成する電線（２５）間の空間部および前記コイル（３１，４１，７１，８１，９１）を構成する電線（２５）間に生じる表面の凹部の少なくとも一方は、その一部あるいは全部が磁性粉体の成形体によって充填される、
電動機（１００，１０５）。
【請求項２】
前記コイル（３１，４１，７１，８１，９１）を構成する電線（２５）は、平角線である、
請求項１に記載の電動機（１００，１０５）。
【請求項３】
固定子（１０，５５，６０，８０，９０）および回転子（２０，５７）の少なくとも一方にコイル（３１，４１，７１，８１，９１）を有する電動機（１００，１０５）であって、
少なくとも１つの前記コイル（３１，４１，７１，８１，９１）は、その全部あるいは大部分が磁性粉体の成形体により覆われる、
電動機（１００，１０５）。
【請求項４】
前記コイル（７１）は、磁性体からなる鉄心（７２，７３）を有する、
請求項３に記載の電動機（１００，１０５）。
【請求項５】
前記コイル（５１，６１）は、樹脂により固められている、
請求項３または４に記載の電動機（１００，１０５）。
【請求項６】
前記コイル（８１，９１）は、密着した状態で配置される、
請求項３から５のいずれかに記載の電動機（１００，１０５）。
【請求項７】
前記コイル（３１，４１，７１，８１，９１）は、非磁性体スペーサ（３２）を介して配置される、
請求項３から５のいずれかに記載の電動機（１００，１０５）。
【請求項８】
前記非磁性体スペーサ（３２）は、空気を含む、
請求項７に記載の電動機。
【請求項９】
前記電動機（１００，１０５）は、略円筒形状のラジアルギャップ型の電動機であり、
前記回転子（２０，５７）の軸方向の長さは、前記固定子（１０，５５，６０，８０，９０）の軸方向の長さより短い、
請求項１から８のいずれかに記載の電動機（１００，１０５）。
【請求項１０】
前記電動機（１００，１０５）は、インバータ駆動永久磁石同期電動機である、
請求項１から９のいずれかに記載の電動機（１００，１０５）。
【請求項１１】
前記電動機（１００，１０５）は、略円筒形状のラジアルギャップ型内転式のインバータ駆動永久磁石同期電動機であり、
前記コイル（３１，４１，７１，８１，９１）は、集中巻線方式により作製されたコイルである、
請求項１から９のいずれかに記載の電動機（１００，１０５）。
【請求項１２】
前記固定子（９０）は、各極毎あるいは複数の極毎に磁性粉体から成形される分割片（９５）を結合されてなる固定子である、
請求項１１に記載の電動機。
【請求項１３】
固定子および回転子の少なくとも一方にコイルを有する電動機であって、
回転軸方向両端の前記コイルのコイルエンド部は、少なくとも片端が磁性粉体の成形体に覆われる、
電動機。
【請求項１４】
固定子（１０，５５，６０，８０，９０）および回転子（２０，５７）の少なくとも一方にコイル（３１，４１，７１，８１，９１）を有する電動機（１００，１０５）の製造方法であって、
電線（２５）から所望の形状のコイル（３１，４１，７１，８１，９１）を作製するコイル作製工程と、
前記コイル（３１，４１，７１，８１，９１）を構成する電線（２５）間の空間部および前記コイル（３１，４１，７１，８１，９１）を構成する電線（２５）間に生じる表面の凹部の少なくとも一方の一部あるいは全部を磁性粉体の成形体によって充填する磁性粉体成形体充填工程と、
を備える、電動機（１００，１０５）の製造方法。
【請求項１５】
前記電線（２５）は、平角線である、
請求項１４に記載の電動機（１００，１０５）の製造方法。
【請求項１６】
固定子（１０，５５，６０，８０，９０）および回転子（２０，５７）の少なくとも一方にコイル（３１，４１，７１，８１，９１）を有する電動機（１００，１０５）の製造方法であって、
前記コイル（３１，４１，７１，８１，９１）を固定子（１０，５５，６０，８０，９０）および回転子（２０，５７）の少なくとも一方の金型（３５，８５）の決められた位置に仮固定あるいは本固定するコイル固定工程と、
少なくとも１つの前記コイル（３１，４１，７１，８１，９１）の全部あるいは大部分を覆うように磁性粉体を成形する磁性粉体成形工程と、
を備える、電動機（１００，１０５）の製造方法。
【請求項１７】
前記固定子（１０，５５，６０，８０，９０）あるいは前記回転子（２０，５７）のどちらか一方に前記コイル（３１，４１，７１，８１，９１）を保持させる場合には前記コイル（３１，４１，７１，８１，９１）全てを樹脂により一体化し、前記固定子（１０，５５，６０，８０，９０）および前記回転子（２０，５７）の両方に前記コイル（３１，４１，７１，８１，９１）を保持させる場合には前記固定子（１０，５５，６０，８０，９０）あるいは前記回転子（２０，５７）のどちらか一方に保持させる前記コイル（３１，４１，７１，８１，９１）全てを樹脂により一体化する、または、前記固定子（１０，５５，６０，８０，９０）に保持させる前記コイル（３１，４１，７１，８１，９１）全てを樹脂により一体化し且つ前記回転子（２０，５７）に保持させる前記コイル（３１，４１，７１，８１，９１）全てをも樹脂により一体化する、コイル一体化工程をさらに備え、
前記コイル固定工程では、前記コイル一体化工程において一体化されたコイル（６１）が固定子（１０，５５，６０，８０，９０）および回転子（２０，５７）の少なくとも一方の金型（３５，８５）の決められた位置に仮固定あるいは本固定され、
前記磁性粉体成形工程では、前記一体化されたコイル（６１）の全部あるいは大部分が覆われるように磁性粉体が成形される、
請求項１６に記載の電動機（１００，１０５）の製造方法。
【請求項１８】
前記樹脂は、耐熱性エンジニアリングプラスチックである、
請求項１７に記載の電動機（１００，１０５）の製造方法。
【請求項１９】
前記コイル固定工程では、互いに隣接する前記コイル（８１，９１）同士を密着させた状態で前記コイル（８１，９１）が前記金型（８５）内に仮固定あるいは本固定される、
請求項１６に記載の電動機（１００，１０５）の製造方法。
【請求項２０】
前記コイル固定工程では、互いに隣接する前記コイル（３１，４１，７１，８１，９１）の間に非磁性体のスペーサ（３２）を挟んだ状態で前記コイル（３１，４１，７１，８１，９１）が前記金型（３５）内に仮固定あるいは本固定される、
請求項１６に記載の電動機（１００，１０５）の製造方法。
【請求項２１】
前記非磁性体のスペーサ（３２）は、空気を含む、
請求項２０に記載の電動機（１００，１０５）の製造方法。
【請求項２２】
前記コイル（３１）は、空芯コイルである、
請求項１６から請求項２１のいずれかに記載の電動機（１００，１０５）の製造方法。
【請求項２３】
前記コイル（７１）は、磁性体からなる鉄心（７２，７３）をあらかじめ有する、
請求項１６から請求項２１のいずれかに記載の電動機（１００，１０５）の製造方法。
【請求項２４】
前記電動機（１００，１０５）は、略円筒形状のラジアルギャップ型の電動機であって、
前記回転子（２０，５７）の軸方向の長さは、前記固定子（１０，５５，６０，８０，９０）の軸方向の長さより短い、
請求項１６から２３のいずれかに記載の電動機（１００，１０５）の製造方法。
【請求項２５】
前記電動機（１００，１０５）は、インバータ駆動永久磁石同期電動機である、
請求項１６から２４のいずれかに記載の電動機（１００，１０５）の製造方法。
【請求項２６】
前記電動機（１００，１０５）は、略円筒形状のラジアルギャップ型内転式のインバータ駆動永久磁石同期電動機であり、
前記コイル（３１，４１，７１，８１，９１）は、集中巻線方式により作製されたコイルである、
請求項１６から請求項２４のいずれかに記載の電動機（１００，１０５）の製造方法。
【請求項２７】
前記固定子（９０）は、１つ以上の極を有する分割片（９５）が結合されてなる固定子である、
請求項２６に記載の電動機（１００，１０５）の製造方法。
【請求項２８】
前記電動機（１００，１０５）は、少なくとも前記固定子（１０，５５，６０，８０，９０）にコイル（３１，４１，７１，８１，９１）を有し、
前記磁性粉体成形工程では、前記固定子用コイル（３１，４１，７１，８１，９１）の全部あるいは大部分を覆うように磁性粉体が成形されると同時に、前記固定子（１０，５５，６０，８０，９０）と前記電動機の枠（４３）とが固定される、
請求項２６に記載の電動機（１００，１０５）の製造方法。
【請求項２９】
前記固定子（１０，５５，６０，８０，９０）は、前記枠（４３）との接触面積を拡大する接触面積拡大部を備える、
請求項２８に記載の電動機（１００，１０５）の製造方法。
【請求項３０】
固定子（１０，５５，６０，８０，９０）および回転子（２０，５７）の少なくとも一方にコイル（３１，４１，７１，８１，９１）を有する電動機（１００，１０５）の製造方法であって、
電線（２５）から所望の形状のコイル（３１，４１，７１，８１，９１）を作製するコイル作製工程と、
回転軸方向両端の前記コイル（３１，４１，７１，８１，９１）のコイルエンド部の少なくとも片端を磁性粉体の成形体により覆うコイルエンド被覆工程と、を備える、電動機（１００，１０５）の製造方法。
【請求項３１】
前記コイル（３１，４１，７１，８１，９１）は、摂氏２００度以上、好ましくは摂氏３００度以上の熱に耐え得る耐熱絶縁層を備える電線（２５）から構成される、
請求項１４から３０に記載の電動機（１００，１０５）の製造方法。
【請求項３２】
前記耐熱絶縁層は、耐熱性エンジニアリングプラスチックからなる、
請求項３１に記載の電動機（１００，１０５）の製造方法。
【請求項３３】
前記耐熱絶縁層は、無機物質からなる、
請求項３１に記載の電動機（１００，１０５）の製造方法。
【請求項３４】
前記無機物質は、セラミックスである、
請求項３３に記載の電動機（１００，１０５）の製造方法。
【請求項３５】
前記コイル（３１，４１，７１，８１，９１）は、圧粉鉄心の成形温度より低い温度で分解する樹脂に絶縁性無機粉体を分散させている絶縁性無機粉体含有樹脂層を備える電線（２５）から構成される、
請求項１６から２９のいずれかに記載の電動機（１００，１０５）の製造方法。
【請求項３６】
前記磁性粉体成形工程では、前記コイル（３１，４１，７１，８１，９１）の全部あるいは大部分を覆うように磁性粉体が成形され、それと同時に前記電線（２５）の前記絶縁性無機粉体含有樹脂層に含まれる樹脂が分解される、
請求項３５に記載の電動機（１００，１０５）の製造方法。
【請求項３７】
前記磁性粉体成形工程の後に、前記電線（２５）の前記絶縁性無機粉体含有樹脂層に含まれる樹脂を分解させる樹脂分解工程をさらに備える、
請求項３５に記載の電動機（１００，１０５）の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁性粉体を利用した電動機およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インバータ駆動の永久磁石同期電動機など、磁束波形に高調波が多く含まれるような電動機に圧粉鉄心を採用すると渦電流損を低減できることが知られている。このような技術を応用した一例として、鉄心を積層鋼板から圧粉鉄心に変更して渦電流損を低減した電気機器がある（特許文献１参照。）。なお、この圧粉鉄心とは、様々な工夫を施された磁性粉体を成形してなる鉄心である。
【０００３】
ところで、このような圧粉鉄心は、渦電流損を低減できるという特徴だけではなく、様々な形状をとることができるという特徴をも有する。例えば、磁性粉体から一定の曲率をもつ圧粉鉄心を作製して電線の損傷を防止するという技術が紹介されている（特許文献２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−１０２４０６号公報（第６−３４項、図１０）
【０００５】
【特許文献２】
特開２００１−１５７３９０号公報（第３−５項、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このように電線の損傷を防止できたというだけで、この圧粉鉄心が様々な形状をとることができるという特徴を有効に活用したとは言い難い。この特徴をより有効に活用すれば、従来から議論されてきた様々な重要な問題、例えば、コイルの導体の占積率の向上、コイルエンドの除去あるいは電動機の剛性向上などに対する問題、を解消することができるはずである。
【０００７】
本発明の課題は、圧粉鉄心が様々な形状をとることができるという特徴を利用して、従来から議論されてきた様々な問題を解消し、従来にない優れた電動機を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の電動機は、固定子および回転子の少なくとも一方にコイルを有する電動機であって、少なくとも１つのコイルを構成する電線間の空間部、およびコイルを構成する電線間に生じる表面の凹部の少なくとも一方は、その一部あるいは全部が磁性粉体の成形体によって充填される。
【０００９】
ここでは、少なくとも１つのコイルを構成する電線間の空間部、およびコイルを構成する電線間に生じる表面の凹部の少なくとも一方が、その一部あるいは全部が磁性粉体の成形体によって充填される。このため、コイルの導体の占積率を１００％近くまで向上させることができる。
従来、固定子などへのコイルの装着には、空芯コイルを狭いスロットオープン部から挿入するか、スロット内部にコイルノズルを挿入してそのノズルを移動させながら直接コイルを作製するといった手法が採られていた。前者の方法を用いれば、コイルの導体の占積率を７０％程度にすることができる。一方、後者の方法を用いれば、図１８に示すようにノズルが移動する部分はコイルを施すことができない。このため、ノズルが移動する部分を含めたコイルの導体の占積率は５０％程度と極めて低くなる。このようなコイルの導体の占積率の向上は、電動機の高効率化という点において非常に重要なテーマである。このため、コイルの導体の占積率の向上に関しては、現時点までに様々な報告がされている。その一例として、特開２００２−１６５４２２号公報が挙げられる。しかし、この公報に公開されている技術は、電線の巻き方に関するものであり、占積率を著しく向上させるようなものではない。
【００１０】
請求項２に記載の電動機は、請求項１に記載の電動機であって、コイルを構成する電線は、平角線である。
ここでは、電線の断面形状が角丸の長方形または扁平形である。このため、ノズルを固定してワークを動かしながらコイルを作製すると、電線をほとんど隙間なく整列巻することができる。したがって、コイルの導体の占積率をさらに向上させることができる。
【００１１】
請求項３に記載の電動機は、固定子および回転子の少なくとも一方にコイルを有する電動機であって、少なくとも１つのコイルは、その全部あるいは大部分が磁性粉体の成形体により覆われる。なお、ここでは、「大部分」という文言を用いているが、これは、コイルの外表面の一部が露出していても電動機の性能には影響を及ぼさないことを意味する。
【００１２】
ここでは、少なくとも１つのコイルの全部あるいは大部分が磁性粉体の成形体により覆われる。このため、電動機のコイル部分の剛性を向上させることができる。また、全てのコイルの全部あるいは大部分を覆うようにして磁性粉体により固定子あるいは回転子を製造すると、その固定子あるいは回転子そのものの剛性を向上させることもできる。したがって、振動や騒音などを低減することができる。
【００１３】
従来、固定子などへのコイルの装着には、スロット内部にコイルノズルを挿入してそのノズルを移動させながら直接コイルを作製するといった手法が採られることがあった。この場合、図１８に示すようにノズルが移動する部分はコイルを施すことができない。このため、固定子などには、一定の空間部が残ることが通常であった。このような空間部の残存は、電動機の剛性を低下させる原因となり、振動や騒音などの問題を引き起こすおそれがある。このため、電動機の剛性向上は、電動機の振動や騒音などの問題の解消という点において、非常に重要なテーマである。したがって、電動機の剛性向上に関しては、現時点までに様々な報告がされている。その一例として、特開２００２−３５９９３９号公報が挙げられる。しかし、この公報に公開されている技術では、空間部が依然と残されており、問題の十分な解決とはなっていない。
【００１４】
請求項４に記載の電動機は、請求項３に記載の電動機であって、コイルは、磁性体からなる鉄心を有する。なお、ここにいう「鉄心」は、積層鉄心であってもアモルファス鉄心であっても、あらかじめ成形された圧粉鉄心であってもよい。
ここでは、コイル内部に鉄心が挿入される。このため、磁性粉体成型工程における電動機のコイル部分の剛性をさらに向上させることができる。
【００１５】
請求項５に記載の電動機は、請求項３または４に記載の電動機であって、コイルは、樹脂により固められている。なお、ここにいう「樹脂」とは、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエステルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ビスマレイミド、ポリフェニレンサルファイド、フェノール樹脂、耐熱型エポキシ樹脂あるいはこれらの樹脂の骨格を任意に組み合わせた共重合体（ランダム、ブロック、グラフトあるいは交互共重合体など）などである。また、これらの樹脂は、ブレンドされて使用されてもかまわない。
【００１６】
ここでは、コイルが樹脂により固められている。このため、磁性粉体成型工程におけるコイルそのものの剛性を向上させることができる。したがって、磁性粉体成型工程においてコイルの変形や移動を抑制することができる。
請求項６に記載の電動機は、請求項３から５のいずれかに記載の電動機であって、コイルは、密着した状態で配置される。
【００１７】
ここでは、コイルが、密着した状態で配置される。このため、主磁束の磁路を最大限に確保でき、磁気飽和を防止することができる。また、隣接するコイル間の磁束漏れを最小化できる。
請求項７に記載の電動機は、請求項３から５のいずれかに記載の電動機であって、コイルは、非磁性体スペーサを介して配置される。
【００１８】
ここでは、コイルが、非磁性体スペーサを介して配置される。このため、隣接するコイル間の磁束漏れを最小化することができる。
請求項８に記載の電動機は、請求項７に記載の電動機であって、非磁性体スペーサは、空気を含む。なお、このスペーサは、空気そのものであってもよい。これは、金型を工夫することで実現可能である。また、この際、電動機の剛性が著しく低下しない程度の空間を設けるように金型を設計することが必要である。
【００１９】
ここでは、非磁性体スペーサが、空気を含む。このため、隣接するコイル間の磁束漏れを最小化することができる。
請求項９に記載の電動機は、請求項１から８のいずれかに記載の電動機であって、電動機は、略円筒形状のラジアルギャップ型の電動機である。また、その回転子の軸方向の長さは、その固定子の軸方向の長さより短い。なお、ここで、回転子の軸方向の長さは、コイルエンド相当分ほど固定子の軸方向の長さより短ければ十分である。
【００２０】
ここでは、電動機が、略円筒形状のラジアルギャップ型の電動機である。また、その回転子の軸方向の長さが、その固定子の軸方向の長さより短い。このようにすると、固定子のコイルエンドに相当する部分は、回転子と対向しない。すなわち、その固定子の磁束発生に有効な部分のみを回転子と対向させることになる。このため、コイルエンド相当部分の電流による漏れ磁束や不要な鉄損を低減できる。また、回転子のサイズを小型化できる。したがって、永久磁石回転子の場合は、磁石コストを削減できる。さらには、ベアリングや回転子に直結する駆動対象をその部分に収納することができれば、その電動機を搭載する電気機器を小型化することができる。
【００２１】
請求項１０に記載の電動機は、請求項１から９のいずれかに記載の電動機であって、電動機は、インバータ駆動永久磁石同期電動機である。
ここでは、電動機が、インバータ駆動永久磁石同期電動機である。インバータ駆動永久磁石同期電動機では、磁束の時間変化に高調波がのるのが通常である。これに対して、ここに示す電動機の固定子あるいは回転子の少なくとも一方は、圧粉鉄心で形成されている。このため、このような高調波に起因する鉄損、特に渦電流損を低減できる。また、この電動機をＰＷＭ制御した場合、特にキャリア周波数による渦電流損を大きく低減できる。
【００２２】
請求項１１に記載の電動機は、請求項１から９のいずれかに記載の電動機であって、電動機は、略円筒形状のラジアルギャップ型内転式のインバータ駆動永久磁石同期電動機である。また、そのコイルは、集中巻線方式により作製されたコイルである。なお、ここにいう「集中巻線方式」とは、１つのコイルが固定子における１つの極を構成し、かつ、コイルが互いに周方向に重なり合わないように電線を巻回する方式をいう。
【００２３】
ここでは、この電動機は、ラジアルギャップ型である。このため、ギャップ断面積を大きくとることができる。したがって、高トルク、高出力を達成できる。また、この電動機は、内回転式である。このため、回転子の保持が容易にでき、アンバランスさを小さくできる。さらに、この電動機は、集中巻線方式で作製されたコイルを有している。このため、電動機を小型化することができる。また、コイルの固定を容易にすることができる。
【００２４】
請求項１２に記載の電動機は、請求項１１に記載の電動機であって、固定子は、各極毎あるいは複数の極毎に磁性粉体から成形される分割片を結合されてなる固定子である。
ここでは、固定子が、各極毎あるいは複数の極毎に磁性粉体から成形される分割片を結合されてなる固定子である。このため、固定子あるいは回転子の寸法精度を向上させることができる。
【００２５】
請求項１３に記載の電動機は、固定子および回転子の少なくとも一方にコイルを有する電動機であって、回転軸方向両端のコイルのコイルエンド部は、少なくとも片端が磁性粉体の成形体に覆われる。
ここでは、回転軸方向両端のコイルのコイルエンド部の少なくとも片端が磁性粉体の成形体に覆われる。このため、少なくとも片端のコイルエンドをなくすことができる。また、成形体の端部を精度良く平坦にできれば、他の機器との取り付けが容易になる。したがって、他の機器との絶縁距離を小さくすることができる。
【００２６】
従来、固定子などへのコイルの装着には、空芯コイルを狭いスロットオープン部から挿入するといった手法が採られることがあった。この方法を用いれば、コイルの導体の占積率を７０％程度にすることができる。しかし、その代わりにコイルエンドが大きくなるという問題があった。コイルエンドが大きくなれば、電動機が大型化したり、コイルの抵抗が増加したりするなどのおそれがある。このようなコイルエンドの除去は、電動機の小型化あるいはコイルの抵抗低減などの点において非常に重要なテーマである。このため、コイルエンドの除去に関しては、現時点までに様々な報告がされている。その一例として、特開２００２−２２３５４０号公報が挙げられる。しかし、この公報に公開されている技術では、コイルエンドの寸法を小さく仕上げることができるが、コイルエンドを完全になくすことはできない。
【００２７】
請求項１４に記載の電動機の製造方法は、固定子および回転子の少なくとも一方にコイルを有する電動機の製造方法であって、コイル作製工程と磁性粉体成形体充填工程とを備える。コイル作製工程では、電線から所望の形状のコイルが作製される。なお、ここでは、電線を単純に巻回することによって所望の形状のコイルを作製してもよいし電線を巻回して適当な形状のコイルとした後にそのコイルに圧力をかけて所望の形状に整形したコイルを作製してもよい。磁性粉体成形体充填工程では、コイルを構成する電線間の空間部およびコイルを構成する電線間に生じる表面の凹部の少なくとも一方の一部あるいは全部が磁性粉体の成形体によって充填される。
【００２８】
ここでは、この方法が実施されると、コイル作製工程で、電線から所望の形状のコイルが作製される。そして、磁性粉体成形体充填工程で、コイルを構成する電線間の空間部およびコイルを構成する電線間に生じる表面の凹部の少なくとも一方の一部あるいは全部が磁性粉体の成形体によって充填される。このため、コイルの導体の占積率を向上させることができる。
【００２９】
請求項１５に記載の電動機の製造方法は、請求項１４に記載の電動機の製造方法であって、電線は、平角線である。
ここでは、電線の断面形状が長方形である。このため、ノズルを固定してワークを動かしながらコイルを作製すると、電線を隙間なく整列巻することができる。したがって、コイルの導体の占積率をさらに向上させることができる。
【００３０】
請求項１６に記載の電動機の製造方法は、固定子および回転子の少なくとも一方にコイルを有する電動機の製造方法であって、コイル固定工程と磁性粉体成形工程とを備える。コイル固定工程では、コイルが固定子および回転子の少なくとも一方の金型の決められた位置に仮固定あるいは本固定される。磁性粉体成形工程では、少なくとも１つのコイルの全部あるいは大部分が覆われるように磁性粉体が成形される。
【００３１】
ここでは、この方法を実施すると、コイル固定工程で、コイルが固定子および回転子の少なくとも一方の金型の決められた位置に仮固定あるいは本固定される。そして、磁性粉体成形工程で、少なくとも１つのコイルの全部あるいは大部分が覆われるように磁性粉体が成形される。このため、電動機のコイル部分の剛性を向上させることができる。また、全てのコイルの全部あるいは大部分を覆うようにして磁性粉体により固定子あるいは回転子を製造すると、その固定子あるいは回転子そのものの剛性を向上させることもできる。
【００３２】
請求項１７に記載の電動機の製造方法は、請求項１６に記載の電動機の製造方法であって、コイル一体化工程をさらに備える。固定子あるいは回転子のどちらか一方にコイルを保持させる場合、コイル一体化工程では、コイル全てが樹脂により一体化される。また、固定子および回転子の両方にコイルを保持させる場合、コイル一体化工程では、固定子あるいは回転子のどちらか一方に保持させるコイル全てが樹脂により一体化される。あるいは、固定子に保持させるコイル全てが樹脂により一体化され、かつ、回転子に保持させるコイル全ても樹脂により一体化される。なお、コイルを樹脂を一体化するときの樹脂の厚みは、磁路を確保でき、かつ、十分な絶縁効果が得られる程度であるのが好ましい。ただし、電線が十分に絶縁処理されている場合には、樹脂の厚みをなるべく薄くするのが好ましい。コイル固定工程では、コイル一体化工程において一体化されたコイルが固定子および回転子の少なくとも一方の金型の決められた位置に仮固定あるいは本固定される。磁性粉体成形工程では、一体化されたコイルの全部あるいは大部分が覆われるように磁性粉体が成形される。
【００３３】
ここでは、固定子あるいは回転子のどちらか一方にコイルを保持させる場合、コイル一体化工程で、コイル全てが樹脂により一体化される。また、固定子および回転子の両方にコイルを保持させる場合、コイル一体化工程で、固定子あるいは回転子のどちらか一方に保持させるコイル全てが樹脂により一体化される。または、固定子に保持させるコイル全てが樹脂により一体化され、かつ、回転子に保持させるコイル全ても樹脂により一体化される。次に、コイル固定工程で、コイル一体化工程において一体化されたコイルが固定子および回転子の少なくとも一方の金型の決められた位置に仮固定あるいは本固定される。そして、磁性粉体成形工程で、一体化されたコイルの全部あるいは大部分が覆われるように磁性粉体が成形される。このため、コイルの相対的な位置を精度良く固定できる。
【００３４】
請求項１８に記載の電動機の製造方法は、請求項１７に記載の電動機の製造方法であって、樹脂は、耐熱性エンジニアリングプラスチックである。なお、ここにいう「耐熱性エンジニアリングプラスチック」とは、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエステルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ビスマレイミド、ポリフェニレンサルファイド、フェノール樹脂、耐熱型エポキシ樹脂あるいはこれらの樹脂の骨格を任意に組み合わせた共重合体（ランダム、ブロック、グラフトあるいは交互共重合体など）などである。また、これらの樹脂は、ブレンドされて使用されてもかまわない。
【００３５】
ここでは、樹脂が、耐熱性エンジニアリングプラスチックである。このため、磁性粉体成形工程において樹脂が溶融したり軟化したり分解したりすることがない。したがって、磁性粉体成形工程においてコイルの位置がずれるのを防ぐことができる。
請求項１９に記載の電動機の製造方法は、請求項１６に記載の電動機の製造方法であって、コイル固定工程では、互いに隣接するコイル同士を密着させた状態でコイルが金型内に仮固定あるいは本固定される。
【００３６】
ここでは、コイル固定工程で、互いに隣接するコイル同士を密着させた状態でコイルが金型内に仮固定あるいは本固定される。このため、磁性粉体成形工程においてコイルがずれるのを防止することができる。また、主磁束の磁路の磁気飽和を防止することができる。さらに、隣接するコイル間の磁束漏れを最小化できる。
【００３７】
請求項２０に記載の電動機の製造方法は、請求項１６に記載の電動機の製造方法であって、コイル固定工程では、互いに隣接するコイルの間に非磁性体のスペーサを挟んだ状態でコイルが金型内に仮固定あるいは本固定される。
ここでは、コイル固定工程で、互いに隣接するコイルの間に非磁性体のスペーサを挟んだ状態でコイルが金型内に仮固定あるいは本固定される。このため、コイルの位置決めがしやすくなる。また、隣接するコイル間の磁束漏れを最小化することができる。
【００３８】
請求項２１に記載の電動機の製造方法は、請求項２０に記載の電動機の製造方法であって、非磁性体のスペーサは、空気を含む。なお、このスペーサは、空気そのものであってもよい。これは、金型を工夫することで実現可能である。また、この際、電動機の剛性が著しく低下しない程度の空間を設けるように金型を設計することが必要である。
ここでは、非磁性体のスペーサが、空気を含む。このため、隣接するコイル間の磁束漏れを最小化することができる。また、スペーサが空気そのものである場合は、他の部品が不要になりコストを削減できる。
【００３９】
請求項２２に記載の電動機の製造方法は、請求項１６から請求項２１のいずれかに記載の電動機の製造方法であって、コイルは、空芯コイルである。なお、この空芯コイルは、磁性粉体成型工程前において空芯コイルである。
ここでは、コイルが、空芯コイルである。このため、固定子あるいは回転子を圧粉鉄心と電線とだけで構成することができる。したがって、コストを削減することができる。
【００４０】
請求項２３に記載の電動機の製造方法は、請求項１６から請求項２１のいずれかに記載の電動機の製造方法であって、コイルは、磁性体からなる鉄心をあらかじめ有する。
ここでは、コイルが、磁性体からなる鉄心をあらかじめ有する。このため、圧粉鉄心成形工程においてコイルの変形を抑えることができる。また、鉄心として圧粉鉄心よりも透磁率の高い積層鉄心などを用いれば、主磁束の通り道の透磁率を向上させることができる。
【００４１】
請求項２４に記載の電動機の製造方法は、請求項１６から２３のいずれかに記載の電動機の製造方法であって、電動機は、略円筒形状のラジアルギャップ型の電動機である。また、その回転子の軸方向の長さは、その固定子の軸方向長さより短い。なお、ここで、回転子の軸方向の長さは、コイルエンド相当分ほど固定子の軸方向の長さより短ければ十分である。
【００４２】
ここでは、電動機が、略円筒形状のラジアルギャップ型の電動機である。また、その回転子の軸方向の長さが、その固定子の軸方向の長さより短い。このようにすると、固定子のコイルエンドに相当する部分は、回転子と対向しない。すなわち、その固定子の磁束発生に有効な部分のみを回転子と対向させることになる。このため、コイルエンド相当部分の電流による漏れ磁束や不要な鉄損を低減できる。また、回転子のサイズを小型化できる。したがって、永久磁石回転子の場合は、磁石コストを削減できる。さらには、ベアリングや回転子に直結する駆動対象をその部分に収納することができれば、その電動機を搭載する電気機器を小型化することができる。
【００４３】
請求項２５に記載の電動機の製造方法は、請求項１６から２４のいずれかに記載の電動機の製造方法であって、電動機は、インバータ駆動永久磁石同期電動機である。
ここでは、電動機が、インバータ駆動永久磁石同期電動機である。インバータ駆動永久磁石同期電動機では、磁束の時間変化に高調波がのるのが通常である。これに対して、ここに示す電動機の固定子あるいは回転子の少なくとも一方は、圧粉鉄心で形成されている。このため、このような高調波に起因する鉄損、特に渦電流損を低減できる。また、この電動機をＰＷＭ制御した場合、特にキャリア周波数による渦電流損を大きく低減できる。
【００４４】
請求項２６に記載の電動機の製造方法は、請求項１６から請求項２４のいずれかに記載の電動機の製造方法であって、電動機は、略円筒形状のラジアルギャップ型内転式のインバータ駆動永久磁石同期電動機である。また、そのコイルは、集中巻線方式により作製されたコイルである。なお、ここにいう「集中巻線方式」とは、１つのコイルが固定子における１つの極を構成し、かつ、コイルが互いに周方向に重なり合わないように電線を巻回する方式をいう。
【００４５】
ここでは、この電動機は、ラジアルギャップ型である。このため、ギャップ断面積が大きくとることができる。したがって、高トルク、高出力を達成できる。また、この電動機は、内回転式である。このため、回転子の保持が容易にでき、アンバランスさを小さくできる。さらに、この電動機は、集中巻線方式で作製されたコイルを有している。このため、電動機を小型化することができる。また、コイルの固定を容易にすることができる。
【００４６】
請求項２７に記載の電動機の製造方法は、請求項２６に記載の電動機の製造方法であって、固定子は、１つ以上の極を有する分割片が結合されてなる固定子である。
ここでは、固定子が、１つ以上の極を有する分割片が結合されてなる固定子である。このため、圧粉鉄心の成形用の金型を小型化できる。また、固定子あるいは回転子の寸法精度を向上させることができる。
【００４７】
請求項２８に記載の電動機の製造方法は、請求項２６に記載の電動機の製造方法であって、電動機は、少なくとも固定子にコイルを有する。また、磁性粉体成形工程では、固定子用コイルの全部あるいは大部分を覆うように磁性粉体が成形されると同時に、固定子と電動機の枠とが固定される。
ここでは、電動機が、少なくとも固定子にコイルを有する。また、磁性粉体成形工程で、固定子用コイルの全部あるいは大部分を覆うように磁性粉体が成形されると同時に、固定子と電動機の枠とが固定される。このため、電動機の枠への焼きバメ工程やボルト固定工程などを省略することができる。また、枠内壁に凹凸をつけたり枠内壁の表面を粗くするなどの工夫を施したりすれば、その保持力をさらに大きくすることができる。
【００４８】
請求項２９に記載の電動機の製造方法は、請求項２８に記載の電動機の製造方法であって、固定子は、枠との接触面積を拡大する接触面積拡大部を備える。
ここでは、固定子が、枠との接触面積を拡大する接触面積拡大部を備える。このため、固定子の枠への保持力を向上させることができる。また、外力に対する枠の強度を向上させることができる。したがって、共振周波数を高くすることができる。
【００４９】
請求項３０に記載の電動機の製造方法は、固定子および回転子の少なくとも一方にコイルを有する電動機の製造方法であって、コイル作製工程とコイルエンド被覆工程とを備える。コイル作製工程では、電線から所望の形状のコイルが作製される。コイルエンド被覆工程では、回転軸方向両端のコイルのコイルエンド部の少なくとも片端が磁性粉体の成形体により覆われる。
【００５０】
ここでは、この方法を実施すると、コイル作製工程で、電線から所望の形状のコイルが作製される。そして、コイルエンド被覆工程で、回転軸方向両端のコイルのコイルエンド部の少なくとも片端が磁性粉体の成形体により覆われる。このため、少なくとも片端のコイルエンドをなくすことができる。また、成形体の端部を精度良く平坦にできれば、他の機器との取り付けが容易になる。したがって、他の機器との絶縁距離を小さくすることができる。
【００５１】
請求項３１に記載の電動機の製造方法は、請求項１４から３０に記載の電動機の製造方法であって、コイルは、摂氏２００度以上、好ましくは摂氏３００度以上の熱に耐え得る耐熱絶縁層を備える電線から構成される。
ここでは、コイルが、摂氏２００度以上、好ましくは摂氏３００度以上の熱に耐え得る耐熱絶縁層を備える電線から構成される。なお、ここで、「熱に耐え得る」というのは、熱処理後も絶縁性能が十分に保持されるという意味である。このため、圧粉鉄心成形工程において、耐熱絶縁層が、融解したり軟化したり分解したりするのを防ぐことができる。このため、圧粉鉄心成形工程後でも、電線は、良好な絶縁性を保持することができる。
【００５２】
請求項３２に記載の電動機の製造方法は、請求項３１に記載の電動機の製造方法であって、耐熱絶縁層は、耐熱性エンジニアリングプラスチックからなる。なお、ここにいう「耐熱性エンジニアリングプラスチック」とは、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイドあるいはこれらの樹脂の骨格を任意に組み合わせた共重合体（ランダム、ブロック、グラフトあるいは交互共重合体など）などである。また、これらの樹脂は、ブレンドされていてもかまわない。
【００５３】
ここでは、耐熱絶縁層が、耐熱性エンジニアリングプラスチックからなる。このため、圧粉鉄心成形工程後においても、良好な耐熱絶縁層を保持することができる。
請求項３３に記載の電動機の製造方法は、請求項３１に記載の電動機の製造方法であって、耐熱絶縁層は、無機物質からなる。なお、ここにいう「無機物質」とは、窒化ケイ素、酸化ケイ素、炭化ケイ素、アルミナ、シリカ、マグネシア、あるいはその他のセラミックスなどである。
【００５４】
ここでは、耐熱絶縁層が、無機物質からなる。このため、圧粉鉄心成形工程後においても、良好な耐熱絶縁層を保持することができる。また、一般的に、無機物質からなる耐熱絶縁層を備える電線の寿命は、合成樹脂からなる耐熱絶縁層を備える電線の寿命よりも長い。したがって、電気機器において電動機を交換する頻度を少なくすることができる。
【００５５】
請求項３４に記載の電動機の製造方法は、請求項３３に記載の電動機の製造方法であって、無機物質は、セラミックスである。なお、ここにいう「セラミックス」とは、窒化ケイ素、酸化ケイ素、炭化ケイ素、アルミナ、シリカ、あるいはマグネシアなどである。
ここでは、無機物質が、セラミックスである。このため、電線の耐熱絶縁性に優れる。
【００５６】
請求項３５に記載の電動機の製造方法は、請求項１６から２９のいずれかに記載の電動機の製造方法であって、コイルは、絶縁性無機粉体含有樹脂層を備える電線から構成される。絶縁性無機粉体含有樹脂層は、圧粉鉄心の成形温度より低い温度で分解する樹脂に絶縁性無機粉体を分散させている層である。
ここでは、コイルが、絶縁性無機粉体含有樹脂層を備える電線から構成される。このため、圧粉鉄心成形工程において、樹脂が分解され、かつ、その分解物が気化すれば、電線が無機物質で被覆されたコイルを得ることができる。なお、このように工夫された電線は、シリコーン樹脂などのケイ素を骨格の一部に含む樹脂からなる無機巻線を構成する電線（例えば、特開２０００−１１７６８参照。）よりも安価に製造できる。このため、電動機の製造コストを抑制できる。また、先のコイルを構成する電線は、無機巻線を構成する電線よりも巻線性に優れる。したがって、電動機の製造時間を短く抑えることができる。
【００５７】
請求項３６に記載の電動機の製造方法は、請求項３５に記載の電動機の製造方法であって、磁性粉体成形工程では、コイルの全部あるいは大部分を覆うように磁性粉体が成形され、それと同時に電線の絶縁性無機粉体含有樹脂層に含まれる樹脂が分解される。
ここでは、磁性粉体成形工程で、コイルの全部あるいは大部分を覆うように磁性粉体が成形され、それと同時に電線の絶縁性無機粉体含有樹脂層に含まれる樹脂が分解される。このため、圧粉鉄心成形工程において、樹脂の分解物が気化すれば、電線が無機物質で被覆されたコイルを得ることができる。また、無機物質被覆電線の作製を、圧粉鉄心成形工程中に行うことができる。したがって、電動機の製造にかかる工程数を増やさずにすむ。
【００５８】
請求項３７に記載の電動機の製造方法は、請求項３５に記載の電動機の製造方法であって、磁性粉体成形工程の後に、樹脂分解工程をさらに備える。樹脂分解工程では、電線の絶縁性無機粉体含有樹脂層に含まれる樹脂が分解される。
ここでは、樹脂分解工程で、電線の絶縁性無機粉体含有樹脂層に含まれる樹脂が分解される。このため、無機粉体を分散する樹脂の耐熱性が圧粉鉄心の最適温度範囲よりも高い場合でも、電線が無機物質で被覆されたコイルを得ることができる。
【００５９】
【発明の実施の形態】
＜第１実施形態＞
［電動機の製造方法］
Ａ．固定子の製造方法
（１）コイル作製工程
ここでは、電線を所定の形状に巻回して、図２に示すような空芯コイル３１を作製する。この際、巻枠を回しながら電線２５を巻回すると、電線２５を整列巻することができる。なお、ここで使用する電線２５は、その断面形状が円である丸線である。
【００６０】
（２）コイル配置工程
ここでは、図３に示すように、空芯コイル３１を金型３５の所定の位置に配置し、互いに隣接する空芯コイル３１の間に非磁性体（望ましくは非導電体）からなるスペーサ３２を挟む。なお、図３において、金型３５は破線で示されている。このスペーサ３２は、隣接する空芯コイル３１に流れる電流の方向が同一ではない場合に、互いに隣接する空芯コイル３１の内部にある固定子極歯部間において磁束が短絡するのを防止する。また、このスペーサ３２は、空芯コイル３１の位置を決める役目も果たす。
【００６１】
（３）磁性粉体成形工程
ここでは、空芯コイル３１およびスペーサ３２を所定の位置に配置した金型３５に、磁性粉体を充填し、その磁性粉体を圧縮成形する。この際、空芯コイル３１の変形、あるいは空芯コイル３１およびスペーサ３２の位置ずれを防止する工夫が必要である。例えば、空芯コイル３１をピンで支えた状態で磁性粉体を充填し、磁性粉体が完全に固まる前にピンを抜き、ピンのあった位置にさらに磁性粉体を充填するなどが考えられる。ここで、ピンを抜くタイミングは、磁性粉体が完全に固まらず、かつ、ピンによる保持を失った後も空芯コイル３１が移動しない状態に至ったときである。
【００６２】
（４）焼結工程
ここでは、磁性粉体の成形体、すなわち固定子を焼結炉に入れ、磁性粉体の溶融点以下の温度でその成形体を焼結する。図４には、焼結工程を終えて完成した固定子１０を示す。この固定子１０は、内部に空芯コイル３１を埋め込んだ略円筒形の圧粉鉄心そのものである。
【００６３】
Ｂ．回転子の製造方法
回転子は、従来の方法で製造されてもよいし上述した方法により製造されてもよい。なお、回転子が上述した方法により製造される場合、永久磁石などを同時に埋め込んでもよい。
Ｃ．電動機の製造方法
回転子を固定子内に挿入し、必要な結線を行う。
【００６４】
［本実施の形態に係る電動機の製造方法により製造可能な電動機］
本製造方法で製造可能な電動機は、モータの形態から見た分類によれば、ラジアルギャップ型電動機（内転式）、ラジアルギャップ型電動機（外転式）および、アキシャルギャップ型電動機（外転型の回転子を有するタイプ。）などである。また、モータの駆動原理から見た分類によれば、インバータ駆動永久磁石同期電動機、インバータ駆動同期リラクタンス電動機、かご型導体つき永久磁石同期電動機、かご型導体つき同期リラクタンス電動機、整流子付電動機（巻線界磁型）、整流子付電動機（永久磁石界磁型）、誘導電動機、スイッチトリラクタンス電動機、およびステッピングモータなどである。なお、これらは一例であって、本発明を限定するものではない。
【００６５】
［本実施の形態に係る製造方法で製造された電動機の動作説明］
第１実施形態に係る製造方法で製造された電動機の斜視図を図１に示す。なお、本図を含め、すべての図面において、渡り線およびリード線は省略される。通常のコイルは３相スター結線であり、同相のコイルは並列または直列で接続される。また、リード線の数は、それぞれの相への給電するために３本必要であり、場合によっては中性点も含めた４本になる。
【００６６】
本実施の形態に係る電動機１００において、ＰＷＭインバータにより整流された３相正弦波または矩形波の電流が空芯コイル３１に流れると、固定子１０の内周に回転磁界が発生する。この結果、固定子内周に発生する回転磁界と、わずかな空隙を持って対向している回転子２０に設けられた永久磁石２１の磁束および逆突極性を有する回転子鉄心２２のインダクタンス変化とが相互作用して、マグネットトルク（固定子の回転磁界と永久磁束の磁束との相互作用）およびリラクタンストルク（固定子の回転磁界と回転子の位置によるインダクタンスの変化の相互作用）が発生する。そして、マグネットトルクおよびリラクタンストルクの発生により回転子２０が回転する。なお、この場合、永久磁石を用いてインバータ駆動すると、特に、ＰＷＭ制御をしたとき、電流波形に高調波が多くのることになる。さらに、永久磁石の磁束の変化は基本的に高調波を含んでおり、また、磁束密度が高いため、鉄損が高くなる。また、インバータ駆動の場合、スイッチングによる電流変化が高調波を多く含む。またＰＷＭ駆動では、キャリア周波数の変動成分が重畳される。
【００６７】
［本実施の形態に係る製造方法で製造された電動機１００の特徴］
（１）
本実施の形態に係る製造方法で製造された電動機１００は、その固定子１０が空芯コイル３１を包含する圧粉鉄心そのものである。ところで、式１には、渦電流損を表す式を示した。電動機１００に圧粉鉄心が用いられると、式１の比例定数Ｋｅｄｄｙが小さくなることが知られている。つまり、本実施の形態に係る電動機では、渦電流損Ｗｅｄｄｙを低減することができる。
【００６８】
［式１］
Ｗｅｄｄｙ＝ΣＫｅｄｄｙ・Ｂｎ２・（ｎ・ｆ）２
ただし、Ｂｎ：ｎ次の磁束密度の振幅、ｆ：基本周波数、Ｋｅｄｄｙ：鉄心の材質に固有の定数
ｎ：基本波に対する次数。Σはｎ＝１〜∞までの総和をとる。
（２）
本実施の形態に係る製造方法で製造された電動機１００の固定子は、図５に示すように、空芯コイル３１の回りや隙間に磁性粉体が入り込んで圧粉鉄心が形成されるため、空芯コイル３１の導体の占積率がほぼ１００％となる。このため、電動機１００を小型化することができる。
【００６９】
（３）
本実施の形態に係る製造方法で製造された電動機１００は、コイルエンドの突出がなくなるため、他の機器との取り付けが容易になる。また、コイルエンド自体が完全に絶縁されていれば、沿面距離や絶縁距離を確保する必要もなくなる。
（４）
従来の固定子鉄心にはスロットがあるため、固定子を円環としてみたときに強度が低くなり、円環振動に起因する振動が発生しやすかった。しかし、本実施の形態に係る製造方法で製造された電動機１００の固定子１０にはスロットがないため、固定子１０の強度が向上し、振動・騒音も低減できる。
【００７０】
＜第１実施形態の変形例＞
（１）
第１実施形態に係る固定子１０の製造方法では、コイル作製工程において電線２５を所定の形状に巻回して単純な空芯コイル３１を作製したが、この空芯コイル３１をさらに樹脂などでモールドしてもよい。なお、図８には、空芯コイル３１を樹脂でモールドしたコイルモールド品５１を示す。このように空芯コイル３１を樹脂でモールドすると、磁性粉体成形工程において、空芯コイル３１が変形しにくくなる。また、この樹脂に鉄粉を混ぜておくと、透磁率を向上させることができる。なお、この樹脂は、耐熱性エンジニアリングプラスチックであることが好ましい。汎用樹脂などでは焼結工程において樹脂が軟化、溶融あるいは分解するおそれがあり、空芯コイル３１の位置を保持できない可能性があるためである。また、モールド材料は、絶縁性を有する材料であればよく、セラミックなどであってもかまわない。渦電流による損失を防ぐためである。また、同様にして回転子２０を製造してもよい。
【００７１】
（２）
第１実施形態に係る固定子１０の製造方法では、コイル配置工程においてスペーサ３２を用いて空芯コイル３１の位置決めを行ったが、これに代えて、次に示すような工夫をしてもよい。
空芯コイル３１を金型３５に配置する前に、全ての空芯コイル３１を所定の位置に配置して樹脂などで固め、図９に示すような一体型コイルモールド品６１を作製する。なお、この場合、スペーサはなくてもかまわない。そして、一体型コイルモールド品６１の全部または大部分を覆うように磁性粉体を成形する。このようにすれば、空芯コイル３１の形状および空芯コイル３１の位置を安定させることができる。また、磁性粉体成形工程において空芯コイル３１が変形したり移動したりするのを防ぐことができる。なお、磁束の短絡を防止するには、一体型コイルモールド品６１の作製時に内部方向へ突起部６１ｔを設ければよい。図１０には、このようにして作製した固定子６０を示す。ここで、一体型コイルモールド品６１の軸方向端部の高さを固定子鉄心６２の高さと同一にすれば、不要な漏洩磁束を防止することができる。なお、図９および図１０において、渡り線及びリード線は省略されているが、渡り線も同時にモールドしてもよい。また、同様にして回転子２０を製造してもよい。
【００７２】
（３）
第１実施形態に係る固定子１０の製造方法では、コイル作製工程において電線２５を所定の形状に巻回して単純な空芯コイル３１を作製したが、図１１に示すように、鉄心７２を取り囲むようにコイル７１を作製してもよい（以下、このコイルの鉄心を圧粉鉄心によりできた鉄心と区別するために、「コイル芯」と呼ぶ。）。なお、このコイル芯には、圧粉鉄心より磁気特性が優れた材料を用いるのが好ましい。特に、磁束密度特性、すなわち飽和磁束密度や透磁率の高い材料がよい。その例として、電磁鋼板を積層した鉄心が挙げられる。このコイル芯の部分は、主として巻線電流により磁束が発生する部分であり、主たる磁路となるためである。また、コイル芯は、図１１に示すようにコイル７１にほぼ隠れる程度の鉄心７２であってもよいし、図１２に示すようにコイル７１内部から突出して回転子２０に対向する部分まで延設された鉄心７３であってもよい。コイル芯は、電線２５の巻線性を考慮した場合、固定子１０が極歯毎に分割されていることが理想的であるが、極歯毎に分割されていなくてもかまわない。すなわち、電線２５の巻線性が良好な程度の形状であればよい。なお、このようなコイル芯を採用すると、磁性粉体成形工程においてコイル７１が変形にくい。また、同様にして回転子２０を製造してもよい。
【００７３】
（４）
第１実施形態に係る固定子１０の製造方法では、コイル作製工程において電線２５を所定の形状に巻回して単純な空芯コイル３１を作製したが、この後、空芯コイル３１に圧力を加え、所望の形状に整形してもかまわない。例えば、図１３に示すように空芯コイル３１を整形すると、互いに隣接するコイル８１同士を密着させた状態で金型８５に配置することができる。なお、図１３において、金型８５は破線で示されている。また、空芯コイル３１をこのような形状に整形する場合、空隙側の面と隣接するコイル８１と接する面とを基準として空芯コイル３１の内側から圧力をかけて整形するのが好ましい。ところで、このような整形は、極数が多い場合ほど容易になる。例えば、図１４に示す固定子８０は、９極の極歯を有する。このため、１極あたりの外周部の角度が４０°となる。例えば、６極の場合は１極あたりの角度が６０°となるため空芯コイル３１の整形は困難となる。図１４に示す固定子８０には、互いに隣接するコイル８１の間に溝部８３を設けている。この溝部８３は、互いに隣接するコイル８１の内部にある極歯部間で磁束が短絡するのを防止する役目を果たす。第１実施形態における固定子１０の製造方法ではスペーサ３２を用いていたが、このように金型の形状を工夫することにより磁束の漏れを防止することもできる。
【００７４】
（５）
第１実施形態に係る固定子１０の製造方法では、電線２５としてその断面形状が円である丸線を使用していたが、これに代えて、断面形状が角丸の長方形あるいは扁平形である平角線を採用してもかまわない。電線２５として平角線を用いた場合、ほとんど隙間のない空芯コイル３１を作製することができる。なお、平角線を採用する場合は、平角線がねじれないよう、巻枠またはコイル芯を回しながら巻回するのが好ましい。
【００７５】
（６）
第１実施形態に係る製造方法で製造された電動機１００の固定子１０の軸方向の長さは回転子２０の軸方向の長さと同じであったが、図７に示す電動機１０５のように回転子５７の軸方向の長さを固定子５５の軸方向の長さよりも短くしてもかまわない（回転子２０は、互いに隣接するコイルの内部にある固定子極歯部にのみ対向していればよい。）。このようにすれば、コイルエンドに相当する部分の一部または全ては回転子５７に対向しないこととなる。このため、磁束発生に有効な部分のみが回転子５７と対向することになる。したがって、回転子５７を小型化することができる。しいては、永久磁石５９も小さくなり、コストを削減することができる。さらに、回転子５７の軸に直結される駆動対象を固定子５５内部に収納することもできる。このようにすれば、機器全体をさらに小型化することができる。ここで、例えば、駆動対象が導電性を有する材料からなっていても、コイルが完全に固定子鉄心内部に埋設されて絶縁されていれば、絶縁空間距離を考慮する必要はなく、純粋に機械的な干渉のみ考慮して駆動対象を配置することができる。また、軸受を回転子に近づけたり軸受長を長くしたりすれば、軸受ピッチが小さくなるので軸強度も増大する。
【００７６】
（７）
第１実施形態に係る電動機１００の製造方法では、固定子１０を作製するために金型３５を用いたが、図６に示すように圧縮機のパイプ４３を金型の一部として、圧縮機のパイプ４３内部で固定子鉄心４２を成形、焼結して、そのまま固定子鉄心４２をパイプ４３に固定してもかまわない。このようにすれば、固定子の圧縮機への勘合の工数が削減できる。また、固定子の外周やパイプの内周の寸法精度も考慮する必要がなくなる。さらに、パイプ４３内部に接触している部分の固定子鉄心をコイル４１のある部分より長くすれば、パイプ４３と固定子鉄心４２との接触面積が大きくなり、これらの締結力が増大するとともに、パイプ４３の剛性も向上するので、振動、騒音が低減される。また、図１７には、本発明に係る電動機を圧縮機１２０に搭載した図を示した。ここで、図面に記載した番号は、図１の番号に対応している。ここでは、電動機の固定子１０をフロントヘッド１３０やシリンダ部１４０にボルトなどにより固定してもかまわない。
【００７７】
（８）
第１実施形態に係る固定子１０の製造方法では、コイル作製工程において電線２５を所定の形状に巻回して空芯コイル３１を作製したが、このとき、テンションを高くして電線２５を巻回してもかまわない。このようにすれば、さらに占積率を向上させることができる。この場合、空芯コイル３１の断面が六角形になる場合があるが、本発明に係る電動機１００には影響を及ぼさない。
【００７８】
（９）
第１実施形態に係る固定子１０の製造方法では、コイル作製工程後、コイル配置工程に移ったが、その間に空芯コイル３１を圧縮して所望の形状に整形してもかまわない。このようにすれば、空芯コイル３１の位置決めなどの精度を向上させることができる。
【００７９】
（１０）
第１実施形態に係る固定子１０の製造方法は、コイル作製工程、コイル配置工程、磁性粉体整形工程および焼結工程から構成されていたが、必要に応じて、再圧工程、機械加工工程または熱処理工程などを設けてもよい。
＜第２実施形態＞
［電動機の製造方法］
Ａ．固定子の製造方法
（１）コイル作製工程
ここでは、電線を所定の形状に巻回して、図２に示すような空芯コイル３１を作製する。
【００８０】
（２）コイル整形工程
ここでは、空芯コイル３１の形状を図１３に示すような形状に整形する。
（３）コイル配置工程
ここでは、図１５に示す固定子片９５に対応するような金型の所定の位置に整形した空芯コイル９１を１つ配置する。
【００８１】
（４）磁性粉体成形工程
ここでは、空芯コイル３１を所定の位置に配置した金型に磁性粉体を充填し、その磁性粉体を圧縮成形する。
（５）焼結工程
ここでは、磁性粉体の成形体、すなわち固定子片９５を焼結炉に入れ、磁性粉体の溶融点以下の温度でその固定子片９５を焼結する。図１５には、焼結後の固定子片９５を示す。この固定子片９５は、内部に１つの空芯コイル３１を埋め込んだ圧粉鉄心そのものである。
【００８２】
（６）固定子片９５の結合工程
ここでは、固定子片９５を結合し、図１６のような固定子９０を作製する。なお、固定子片９５は、固定子９０として組みあがったときに、互いに隣接するコイル８１の間に溝部９３ができるように設計するのが好ましい。互いに隣接するコイル８１の内部にある固定子極歯部間で磁束が短絡するのを防止するためである。
【００８３】
Ｂ．回転子の製造方法
回転子は、従来の方法で製造されてもよいし第１実施形態に示した方法により製造されてもよい。
Ｃ．電動機の製造方法
回転子を固定子内に挿入し、必要な結線を行う。
【００８４】
［第２実施形態に係る電動機の製造方法の特徴］
本実施形態に係る固定子９０の製造方法では、固定子片９５を製造してそのそれらを結合して固定子９０とする。このため、磁性粉体の成形の金型が小型化できる。したがって、製造設備を小型化できる。また、成形の寸法精度も良好となる。
【００８５】
＜第２実施形態の変形例＞
第２実施形態に係る固定子９０の製造方法は、コイル作製工程、コイル整形工程、コイル配置工程、磁性粉体成形工程、焼結工程および固定子片９５の結合工程から構成されていたが、必要に応じて、再圧工程、機械加工工程または熱処理工程などを設けてもよい。
【００８６】
＜本発明に係る電動機の製造方法において要求される電線の例＞
本発明に係る固定子の製造方法には、焼結工程が設けられている。焼結温度は、特に限定されることはないが、およそ摂氏２００度から摂氏３００度が好ましいとされている。したがって、本発明に係る電動機の製造方法に用いられる電線は、この環境に耐え得るものでなければならない。以下、この環境に耐え得る能力のある電線を紹介する。
【００８７】
（１）絶縁性樹脂被覆電線
絶縁性樹脂被覆電線とは、絶縁性を有する樹脂からなる被覆層を有する電線をいう。この樹脂には、ポリイミド樹脂やポリアミドイミド樹脂などがある。国際電気標準会議（ＩＥＣ）や米国ＮＥＭＡ規格などにおいてこれらの樹脂の耐熱クラスは摂氏２４０度および摂氏２２０度と位置づけられている。ちなみに、これは国際電気標準会議（ＩＥＣ）や米国ＮＥＭＡ規格において標準化された方法によって測定された２００００時間の連続使用可能温度である。したがって、このような電線を本発明に係る電動機の製造方法に採用することができる。
【００８８】
（２）無機物質被覆絶縁電線
無機材料からなる絶縁層を備える電線、セラミック電線などは、摂氏２００度以上の耐熱性がある。このため、このような電線も本発明に架かる電動機の製造方法に採用することが可能である。なお、このような電線は、過酷な使用条件下では絶縁性樹脂被覆電線よりも長い寿命を有することが多い。
【００８９】
（３）プレセラミックス電線
プレセラミック電線とは、磁性粉体の成形体の焼結温度より低い温度で分解する樹脂に絶縁性を有する無機粉体を分散させた被覆層を備えている電線である。このプレセラミック電線は、高温で処理して樹脂分を分解させると、無機粉体のみが導体上に残存して皮膜化し、無機物質被覆絶縁電線を得られるというものである。なお、この無機物質とは、セラミックなどの絶縁性を有する無機物質をいう。このプレセラミックス電線は、その製造コストがシリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂あるいはポリカルボシランなど、高温で処理されるとセラミック化する物質が導体上に被覆されているセラミックス電線などの製造コストよりも低いという点で好ましい。また、このプレセラミック電線に潤滑性を付与した樹脂層を設けることができれば、コイル作製も高速に行うことができる。
【００９０】
このプレセラミック電線を第１実施形態または第２実施形態に示した電動機の製造方法に適用すれば、磁性粉体成形時の焼結温度で樹脂分は分解し、またその分解物は気化するため、最終的な絶縁層の厚みを薄くすることができる。このため、絶縁層を除いた導体の占積率を向上させることができる。また、成形体の焼結工程後、電線の導体上には絶縁性無機材料のみが残るので、絶縁性無機粉体の添加量を最適化すれば、導体間の絶縁性を確保しつつ絶縁層の厚みをさらに薄くすることができる。このため、電線の仕上がり外径を小さくすることができる。なお、樹脂の分解は、焼結工程時に行うのが好ましい。より高い温度にて樹脂を分解させる必要がある場合は、コイル作製工程後、焼結工程前にするとよい。
【００９１】
【発明の効果】
請求項１に係る電動機では、コイルの導体の占積率を１００％近くまで向上させることができる。
請求項２に係る電動機では、ノズルを固定してワークを動かしながらコイルを作製すると、電線を隙間なく整列巻することができる。したがって、コイルの導体の占積率をさらに向上させることができる。
【００９２】
請求項３に係る電動機では、コイル部分の剛性を向上させることができる。また、全てのコイルの全部あるいは大部分を覆うようにして磁性粉体により固定子あるいは回転子を製造すると、その固定子あるいは回転子そのものの剛性を向上させることもできる。したがって、振動や騒音などを低減することができる。
請求項４に係る電動機では、磁性粉体成型工程におけるコイル部分の剛性をさらに向上させることができる。
【００９３】
請求項５に係る電動機では、磁性粉体成型工程におけるコイルそのものの剛性を向上させることができる。
請求項６に係る電動機では、主磁束の磁路を最大限に確保でき、磁気飽和を防止することができる。また、隣接するコイル間の磁束漏れを最小化できる。
請求項７に係る電動機では、隣接するコイル間の磁束漏れを最小化することができる。
【００９４】
請求項８に係る電動機では、隣接するコイル間の磁束漏れを最小化することができる。
請求項９に係る電動機では、コイルエンド相当部分の電流による漏れ磁束や不要な鉄損を低減できる。また、回転子のサイズを小型化できる。したがって、永久磁石回転子の場合は、磁石コストを削減できる。さらには、ベアリングや回転子に直結する駆動対象をその部分に収納することができれば、その電動機を搭載する電気機器を小型化することができる。
【００９５】
請求項１０に係る電動機では、高調波に起因する鉄損、特に渦電流損を低減できる。また、この電動機をＰＷＭ制御した場合、特にキャリア周波数による渦電流損を大きく低減できる。
請求項１１に係る電動機は、ラジアルギャップ型である。このため、ギャップ断面積が大きくとることができる。したがって、高トルク、高出力を達成できる。また、この電動機は、内回転式である。このため、回転子の保持が容易にでき、アンバランスさを小さくできる。さらに、この電動機は、集中巻線方式で作製されたコイルを有している。このため、電動機を小型化することができる。また、コイルの固定を容易にすることができる。
【００９６】
請求項１２に係る電動機では、固定子あるいは回転子の寸法精度を向上させることができる。
請求項１３に係る電動機は、少なくとも片端のコイルエンドをなくすことができる。また、成形体の端部を精度良く平坦にできれば、他の機器との取り付けが容易になる。したがって、他の機器との絶縁距離を小さくすることができる。
【００９７】
請求項１４に係る電動機の製造方法では、コイルの導体の占積率を向上させることができる。
請求項１５に係る電動機の製造方法では、ノズルを固定してワークを動かしながらコイルを作製すると、電線を隙間なく整列巻することができる。したがって、コイルの導体の占積率をさらに向上させることができる。
【００９８】
請求項１６に係る電動機の製造方法では、電動機のコイル部分の剛性を向上させることができる。また、全てのコイルの全部あるいは大部分を覆うようにして磁性粉体により固定子あるいは回転子を製造すると、その固定子あるいは回転子そのものの剛性を向上させることもできる。
請求項１７に係る電動機の製造方法では、コイルの相対的な位置を精度良く固定できる。
【００９９】
請求項１８に係る電動機の製造方法では、磁性粉体成形工程において樹脂が溶融したり軟化したり分解したりすることがない。したがって、磁性粉体成形工程においてコイルの位置がずれるのを防ぐことができる。
請求項１９に係る電動機の製造方法では、磁性粉体成形工程においてコイルがずれるのを防止することができる。また、主磁束の磁路の磁気飽和を防止することができる。さらに、隣接するコイル間の磁束漏れを最小化できる。
【０１００】
請求項２０に係る電動機の製造方法では、コイルの位置決めがしやすくなる。また、隣接するコイル間の磁束漏れを最小化することができる。
請求項２１に係る電動機の製造方法では、隣接するコイル間の磁束漏れを最小化することができる。また、スペーサが空気そのものである場合は、他の部品が不要になりコストを削減できる。
【０１０１】
請求項２２に係る電動機の製造方法では、固定子あるいは回転子を圧粉鉄心と電線とだけで構成することができる。したがって、コストを削減することができる。
請求項２３に係る電動機の製造方法では、圧粉鉄心成形工程においてコイルの変形を抑えることができる。また、鉄心として圧粉鉄心よりも透磁率の高い積層鉄心などを用いれば、主磁束の通り道の透磁率を向上させることができる。
【０１０２】
請求項２４に係る電動機の製造方法では、コイルエンド相当部分の電流による漏れ磁束や不要な鉄損を低減できる。また、回転子のサイズを小型化できる。したがって、永久磁石回転子の場合は、磁石コストを削減できる。さらには、ベアリングや回転子に直結する駆動対象をその部分に収納することができれば、その電動機を搭載する電気機器を小型化することができる。
【０１０３】
請求項２５に係る電動機の製造方法では、高調波に起因する鉄損、特に渦電流損を低減できる。また、この電動機をＰＷＭ制御した場合、特にキャリア周波数による渦電流損を大きく低減できる。
請求項２６に係る電動機の製造方法で製造される電動機は、ラジアルギャップ型である。このため、ギャップ断面積を大きくとることができる。したがって、高トルク、高出力を達成できる。また、この電動機は、内回転式である。このため、回転子の保持が容易にでき、アンバランスさを小さくできる。さらに、この電動機は、集中巻線方式で作製されたコイルを有している。このため、電動機を小型化することができる。また、コイルの固定を容易にすることができる。
【０１０４】
請求項２７に係る電動機の製造方法では、圧粉鉄心の成形用の金型を小型化できる。また、固定子あるいは回転子の寸法精度を向上させることができる。
請求項２８に係る電動機の製造方法では、電動機の枠への焼きバメ工程やボルト固定工程などを省略することができる。また、枠内壁に凹凸をつけたり枠内壁の表面を粗くするなどの工夫を施したりすれば、その保持力をさらに大きくすることができる。
【０１０５】
請求項２９に係る電動機の製造方法では、固定子の枠への保持力を向上させることができる。また、外力に対する枠の強度を向上させることができる。したがって、共振周波数を高くすることができる。
請求項３０に係る電動機の製造方法では、少なくとも片端のコイルエンドをなくすことができる。また、成形体の端部を精度良く平坦にできれば、他の機器との取り付けが容易になる。したがって、他の機器との絶縁距離を小さくすることができる。
【０１０６】
請求項３１に係る電動機の製造方法では、圧粉鉄心成形工程において、耐熱絶縁層が、融解したり軟化したり分解したりするのを防ぐことができる。このため、圧粉鉄心成形工程後でも、電線は、良好な絶縁性を保持することができる。
請求項３２に係る電動機の製造方法では、圧粉鉄心成形工程後においても、良好な耐熱絶縁層を保持することができる。
【０１０７】
請求項３３に係る電動機の製造方法では、圧粉鉄心成形工程後においても、良好な耐熱絶縁層を保持することができる。また、一般的に、無機物質からなる耐熱絶縁層を備える電線の寿命は、合成樹脂からなる耐熱絶縁層を備える電線の寿命よりも長い。したがって、電気機器において電動機を交換する頻度を少なくすることができる。
【０１０８】
請求項３４に係る電動機の製造方法では、無機物質が、セラミックスである。このため、電線の耐熱絶縁性に優れる。
請求項３５に係る電動機の製造方法では、圧粉鉄心成形工程において、樹脂が分解され、かつ、その分解物が気化すれば、電線が無機物質で被覆されたコイルを得ることができる。このように工夫された電線は、シリコーン樹脂などのケイ素を骨格の一部に含む樹脂からなる無機巻線を構成する電線（例えば、特開２０００−１１７６８参照。）よりも安価に製造できる。このため、電動機の製造コストを抑制できる。また、先のコイルを構成する電線は、無機巻線を構成する電線よりも巻線性に優れる。したがって、電動機の製造時間を短く抑えることができる。
【０１０９】
請求項３６に係る電動機の製造方法では、圧粉鉄心成形工程において、樹脂の分解物が気化すれば、電線が無機物質で被覆されたコイルを得ることができる。また、無機物質被覆電線の作製を、圧粉鉄心成形工程中に行うことができる。したがって、電動機の製造にかかる工程数を増やさずにすむ。
請求項３７に係る電動機の製造方法では、無機粉体を分散する樹脂の耐熱性が圧粉鉄心の最適温度範囲よりも高い場合でも、電線が無機物質で被覆されたコイルを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る電動機１００の斜視図。
【図２】空芯コイル３１の斜視図。
【図３】第１実施形態に係る固定子１０の製造方法のコイル配置工程において空芯コイル３１とスペーサ３２とを金型３５に配置した様子を表した図。
【図４】第１実施形態に係る固定子１０の斜視図。
【図５】第１実施形態に係る固定子１０の横断面図。
【図６】圧縮機のパイプ４３に取り付けられた第１実施形態の変形例（７）に係る電動機の縦断面図。
【図７】回転子５７の軸方向の長さが固定子５５の軸方向の長さよりも短い電動機１０５の斜視図。
【図８】コイルモールド品５１の斜視図。
【図９】一体型コイルモールド品６１の斜視図。
【図１０】一体型コイルモールド品６１を利用した固定子６０の斜視図。
【図１１】鉄心７２を有するコイル７１の斜視図。
【図１２】回転子２０に対向する部分が設けられた鉄心７３を有するコイル７１の斜視図。
【図１３】第１実施形態の変形例（４）に係る整形された空芯コイル８１を金型８５に配置した様子を表した図。
【図１４】第１実施形態の変形例（４）に係る固定子８０の斜視図。
【図１５】第２実施形態に係る固定子片９５の斜視図。
【図１６】第２実施形態に係る固定子９０の斜視図。
【図１７】第１実施形態の変形例（７）に係る圧縮機１２０の縦断面図。
【図１８】従来の固定子の上面図。
【符号の説明】
１０，５５，６０，８０，９０  固定子
４１，７１                    コイル
２０，５７                    回転子
２１，５９                    永久磁石
２２                          回転子鉄心
２５                          電線
３１                          空芯コイル
３２                          スペーサ
３３，４２，６２              固定子鉄心
３５，８５                    金型
４３                          パイプ
５１                          コイルモールド品
６１                          一体型コイルモールド品
６１ｔ                        突起部
７２                          鉄心
７３                          回転子２０に対向する部分が設けられた鉄心
８１，９１                    整形されたコイル
８３，９３                    溝部
９５                          磁性粉体からなる固定子片
１００，１０５                  電動機
【図１】
2004254421.tif 000003
【図２】
2004254421.tif 000004
【図３】
2004254421.tif 000005
【図４】
2004254421.tif 000006
【図５】
2004254421.tif 000007
【図６】
2004254421.tif 000008
【図７】
2004254421.tif 000009
【図８】
2004254421.tif 000010
【図９】
2004254421.tif 000011
【図１０】
2004254421.tif 000012
【図１１】
2004254421.tif 000013
【図１２】
2004254421.tif 000014
【図１３】
2004254421.tif 000015
【図１４】
2004254421.tif 000016
【図１５】
2004254421.tif 000017
【図１６】
2004254421.tif 000018
【図１７】
2004254421.tif 000019
【図１８】
2004254421.tif 000020