(57)【要約】【課題】本発明の目的は、ステータ及びロータの少なくとも一方に焼結金属又は圧粉鉄心を用いることによる製造工数の低減に伴う製造容易で、鉄損低減による珪素鋼板と同等以上の効率を有するモータを提供することにある。【解決手段】本発明は、ステータとロータとを備え、一方が磁石を有し、他方が磁性体を有するモータにおいて、前記ステータとロータとの間を流れる主磁束が３次元方向に変化する磁気構造を有し、前記磁性体の少なくとも一部が圧粉鉄心又は焼結金属によって形成されていることを特徴とするモータにある。【選択図】  図１
2004153977.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータとロータとを備え、一方が磁石を有し、他方が磁性体を有するモータにおいて、前記ステータとロータとの間を流れる主磁束が３次元方向に変化する磁気構造を有し、前記磁性体の少なくとも一部が磁性粉末の集合体によって形成されていることを特徴とするモータ。
【請求項２】
ステータとロータとを備え、一方が磁石を有し、他方が磁性体を有するモータにおいて、前記磁性体の一部が磁性粉末の集合体によって形成されていることを特徴とするモータ。
【請求項３】
ステータとロータとを備え、一方が磁石を有し、他方が磁性体を有するモータにおいて、該モータは３次元方向に主磁束が変化する磁気構造を有し、前記磁性体は２次元平面の主磁束が流れる部分が珪素鋼板によって形成され、３次元方向に主磁束が変化する部分が磁性粉末の集合体によって形成されていることを特徴とするモータ。
【請求項４】
ステータとロータとを備え、一方が磁石を有し、他方が磁性体を有するモータにおいて、前記ロータとステータとの軸方向長さが異なる磁気構造を有することを特徴とするモータ。
【請求項５】
ステータとロータとを備え、一方が磁石を有し、他方が磁性体を有するモータにおいて、前記ロータとステータとの軸方向長さが異なる磁気構造を有し、前記磁性体の少なくとも一部が磁性粉末の集合体によって形成されていることを特徴とするモータ。
【請求項６】
ステータとロータとを備え、一方が磁石を有し、他方が磁性体を有するモータにおいて、前記磁性体が珪素鋼板の積層体に磁性粉末の集合体が一体に射出成形されていることを特徴とするモータ。
【請求項７】
ステータとロータとを備え、一方が磁石を有し、他方が磁性体を有するモータにおいて、前記磁性体の少なくとも一部がバルク状の磁性金属ガラス材によって形成されていることを特徴とするモータ。
【請求項８】
ステータとロータとを備え、一方が磁石を有し、他方が磁性体を有するモータにおいて、前記磁性体が珪素鋼板の積層体にバルク状磁性金属ガラス材が一体に射出成形されていることを特徴とするモータ。
【請求項９】
磁性体に巻回されたコイルを有するステータと磁石を有し前記ステータの外周又は内周に設けられたロータとを備えたモータにおいて、前記磁石の軸方向長さが前記ステータの軸方向長さより大きい磁気構造を有し、前記磁性体の少なくとも一部が磁性粉末の集合体によって形成されていることを特徴とするモータ。
【請求項１０】
磁性体と該磁性体に巻回されたコイルと前記磁性体の磁極先端に設けられた複数の極歯とを有するステータ、及び磁石と該磁石を挟んで両側及び外周側に互いに非接触に設けられた磁性体と該磁性体の磁極先端に設けられた複数の極歯とを有するロータを備えたことを特徴とするモータ。
【請求項１１】
磁性体と該磁性体に巻回されたコイルと前記磁性体の磁極先端に設けられた複数の極歯とを有するステータ、及び磁石と該磁石を挟んで両側及び外周側に互いに非接触に設けられた磁性体と該磁性体の磁極先端に設けられた複数の極歯とを有するロータを備えたモータであって、前記ステータ及びロータの少なくとも一方が前記磁性体の少なくとも一部が磁性粉末の集合体によって形成されていることを特徴とするモータ。
【請求項１２】
リング状ステータとリング状ロータとを備え、一方が磁石を有し、他方が磁性体を有するモータにおいて、前記ステータとロータとの間を流れる主磁束が３次元方向に変化する磁気構造を有することを特徴とするモータ。
【請求項１３】
リング状ステータとリング状ロータとを備え、一方が磁石を有し、他方が磁性体を有するモータにおいて、前記ステータとロータとの間を流れる主磁束が３次元方向に変化する磁気構造を有し、前記磁性体の少なくとも一部が磁性粉末の集合体によって形成されていることを特徴とするモータ。
【請求項１４】
リング状の磁性体とその一方の面に設けられた複数個のコイルとを有するステータとリング状の磁石を有するロータとを備えたモータにおいて、前記コイルの内周部に前記ロータ側に突出した磁性体が形成されていることを特徴とするモータ。
【請求項１５】
リング状の磁性体とその一方の面に設けられた複数個のコイルとを有するステータとリング状の磁石を有するロータとを備えたモータにおいて、前記コイルの内周部に前記ロータ側に突出した磁性体が形成されており、前記磁性体の少なくとも一部が磁性粉末の集合体によって形成されていることを特徴とするモータ。
【請求項１６】
非磁性円筒体と、該円筒体外周に同心円状に巻回されたコイルと、前記円筒体内周部にリング状磁石とを有するリニアモータにおいて、前記コイルは磁性粉末の集合体によって埋め込まれて形成されていることを特徴とするリニアモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステッピングモータ、リニアモータ、ブラシレスモータ、アキシャルギャップ型モータ等の磁気回路が３次元的となる固定子及び回転子コア構造を有する新規なモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平５−３０８７６８号公報
【特許文献２】特開平８−２４２５７２号公報
【特許文献３】特開平９−５６１３９号公報
【特許文献４】特開平９−６５６３８号公報
【特許文献５】特開平９−１８２３２９号公報
【特許文献６】特開平９−２３３７３７号公報
【特許文献７】特開平１１−１２７５４８号公報
【０００３】
モータは軟磁性材料のコアと導電体のコイルから構成される。その軟磁性体コアは、一般的には渦電流の抑制と、飽和磁束密度を高くとるため、鉄にシリコンを含有する珪素鋼板の薄板を積層して構成されることが多い。基本的には軟磁性材料であれば、モータコアを構成できるので、モータの効率を低下させても良い場合には、コアに透磁率の低い材料や、鉄の塊を用いることもできる。しかし実際の製品では採用されている例はほとんど無い。
【０００４】
このモータに関する従来技術としては、
【特許文献２】には固定子鉄心に圧粉鉄心を用いる例、
【特許文献３】及び
【特許文献４】ではステッピングモータの固定子鉄心に圧粉鉄心の焼結を用いる例など、圧粉鉄心を用いてモータを構成することが可能であると提案されている。これらの公報の固定子構造は、一般的なモータの固転子コアを圧粉鉄心に置き換えることでモータを構成するものである。
【０００５】
又、
【特許文献１】にはステッピングモータのステータヨークに圧粉鉄心を用いる例、
【特許文献５】には回転子に強磁性部と非磁性部とが共存する複合焼結体を用いる例、
【特許文献６】には回転子に軟磁性材の焼結体を用いる例、及び
【特許文献７】ではステッピングモータの回転子に硬磁性金属ガラス合金を用いる例が示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術においては、通常、モータの磁気回路は、積層鋼板の磁気特性を考慮して２次元平面を磁束が流れて閉じる磁気回路を構成しているため、ステータとロータとの間の磁路は両者の間だけの２次元面のみを通るものである。一方、圧粉鉄心、焼結コア等の軟磁性材料は薄板を絶縁層を介して積層する構造でなく、３次元的に磁性体が一様に無方向に存在する構成を持つ。このため、導電性を持つ焼結コア、圧粉鉄心の場合には２次元面での磁束に対する渦電流が２次元面と垂直な面に発生し、モータの効率を低下させ、コアの温度上昇を引き起こすことになる。
【０００７】
又、圧粉鉄心、焼結コアは、最大飽和磁束密度が鉄に比べて低く、透磁率も低いために同一の磁束密度を得るための磁界強度が大きい必要があり、結果として電流値が大きくなりモータの効率を低下させ、コイルの温度上昇を引き起こす鉄損が大きいという問題がある。
【０００８】
更に、機械的強度が不足しているため、衝撃や過大な応力に弱いため、バインダである樹脂の量を増加すると磁気特性が低下する問題もある。
【０００９】
本発明の目的は、ステータ及びロータの少なくとも一方に焼結金属又は圧粉鉄心を用いることによる製造工数の低減に伴う製造容易で、鉄損低減による珪素鋼板と同等以上の効率を有するモータを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、磁性焼結金属又は圧粉鉄心の３次元無方向性に着目し、ステータとロータとの間を流れる主磁束密度が３次元方向に変化する磁気構造を有する３次元的な磁路を形成して、従来の珪素鋼板を用いた２次元平面のみでの磁路を、３次元無方向性特性による補完する構造とすることにより性能を同等以上に向上させることのできるモータにある。
【００１１】
即ち、本発明は、３次元的な磁路を構成できることで、回転子側の磁石の起磁力を多く固定子で集める構造とする。具体的には、磁性焼結金属コアを採用したステータコアの軸方向の積厚に対して、マグネットの軸方向長さを長くし、コア積厚方向端部で磁石からの磁束を多く集める構造とするものである。また、マグネット長さとステータコアティース先端の積厚を同等にしても、コイルを巻線する部分の積厚はそれらよりも短くすることで、ティース先端から流入する磁束をコイル鎖交磁束として大きくすることが可能である。
【００１２】
本発明は、ステータとロータとを備え、一方が磁石を有し、他方が磁性体を有するモータにおいて、前記ステータとロータとの間を流れる主磁束密度が３次元方向に変化する磁気構造を有することを特徴とし、具体的には、前記ステータとロータとの間を流れる主磁束密度が３次元方向に変化する磁気構造を有し、前記磁性体の少なくとも一部が磁性粉末の集合体によって形成されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明における磁性粉末の集合体は圧粉鉄心又は焼結金属によって形成されることが好ましい。圧粉鉄心は、酸化皮膜が有り又は無しの磁性粉末を有機樹脂バインダ又は無機バインダによって所定の形状に形成される。焼結金属は、同じく磁性粉末を焼結によって形成されるものである。
【００１４】
又、本発明は、ステータとロータとを備え、一方が磁石を有し、他方が磁性体を有するモータにおいて、前記磁性体の一部が磁性粉末の集合体によって形成されていることを特徴とする。
【００１５】
更に、本発明は、より具体的には、ステータとロータとを備え、一方が磁石を有し、他方が磁性体を有するモータにおいて、該モータは３次元方向に主磁束密度が変化する磁気構造を有し、前記磁性体は２次元平面の主磁束が流れる部分が珪素鋼板によって形成され、３次元方向に主磁束が変化する部分が磁性粉末の集合体によって形成されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明は、構造的には、ステータとロータとを備え、一方が磁石を有し、他方が磁性体を有するモータにおいて、前記ロータとステータとの軸方向長さが異なる磁気構造を有すること、前記ロータとステータとの軸方向長さが異なる磁気構造を有し、前記磁性体の少なくとも一部が磁性粉末の集合体によって形成されていること、前記磁性体が珪素鋼板の積層体に圧粉鉄心又は焼結金属が一体に射出成形されていること、前記磁性体の少なくとも一部がバルク状磁性金属ガラス材によって形成されていること、前記磁性体が珪素鋼板の積層体にバルク状磁性金属ガラス材が一体に射出成形されていること、のいずれかであることを特徴とする。
【００１７】
又、本発明は、磁性体に巻回されたコイルを有するステータと磁石を有し前記ステータの外周又は内周に設けられたロータとを備えたモータにおいて、前記磁石の軸方向長さが前記ステータの軸方向長さより大きい磁気構造を有し、前記磁性体の少なくとも一部が磁性粉末の集合体によって形成されていることを特徴とする。
【００１８】
更に、本発明は、磁性体と該磁性体に巻回されたコイルと前記磁性体の磁極先端に設けられた複数の極歯とを有するステータ、及び磁石と該磁石を挟んで両側及び外周側に互いに非接触に設けられた磁性体と該磁性体の磁極先端に設けられた複数の極歯とを有するロータを備えたこと、又、前記ステータ及びロータの少なくとも一方が前記磁性体の少なくとも一部が圧粉鉄心又は焼結金属によって形成されていることを特徴とする。
【００１９】
このステッピングモータ等の３次元磁気回路に関しては、ティース先端、コイル部等は珪素鋼板のままで、コアバック部を圧粉鉄心、焼結金属コア材料によって構成することにより、全体の透磁率を向上することが可能となるため、モータの性能を向上することが可能となる。この製造方法は、珪素鋼板の打抜き積層で製作されたティース部を焼結コアの成形金型内にセットし、その状態でコアバック部を焼結成形する方法で製造が可能である。インサート成形された珪素鋼板と焼結コアのハイブリッド材料は互いに必要な部分を最適特性で補完するのでモータ全体効率を向上することが可能となる。
【００２０】
同様に、リニアモータ、アキシャルギャップ型モータに関しても磁束ベクトルの変化が３次元的に変化する部分において焼結コア、圧粉鉄心を用いる構造を有することでモータの全体効率を向上することができる。
【００２１】
具体的には、リング状ステータとリング状ロータとを備え、一方が磁石を有し、他方が磁性体を有するモータにおいて、前記ステータとロータとの間を流れる主磁束密度が３次元方向に変化する磁気構造を有すること、前記ステータとロータとの間を流れる主磁束密度が３次元方向に変化する磁気構造を有し、前記磁性体の少なくとも一部が磁性粉末の集合体によって形成されていることを特徴とする。
【００２２】
具体的には、リング状の磁性体とその一方の面に設けられた複数個のコイルとを有するステータとリング状の磁石を有するロータとを備えたモータにおいて、前記コイルの内周部に前記ロータ側に突出した磁性体が形成されていること、又、前記コイルの内周部に前記ロータ側に突出した磁性体が形成されており、前記磁性体の少なくとも一部が圧粉鉄心又は焼結金属によって形成されていること、前記コイルの内周部に前記ロータ側に突出した磁性体が形成されており、前記磁性体の少なくとも一部が磁性粉末の集合体によって形成されていることを特徴とする。
【００２３】
本発明は、非磁性円筒体と、該円筒体外周に同心円状に巻回されたコイルと、前記円筒体内周部にリング状磁石とを有するリニアモータにおいて、前記コイルは磁性粉末の集合体によって埋め込まれて形成されていることを特徴とする。
【００２４】
前述のように、磁性金属ガラス合金のバルク材を軟磁性材料としてモータに適用する場合も同様で、モータの磁束が同一平面以外の変化を行う部分に採用する構造でモータの効率向上に効果を発揮する。
【００２５】
本発明における磁性粉末の集合体である圧粉鉄心又は焼結金属を構成する磁性金属には以下が用いられる。いずれの場合にも、軟磁性金属の金属粉末と結合材（有機バインダ）とを用意し、これらを混練機により混練し、混練物を得、それを射出成形機にて成形体を形成する方法、又、次いでそれを焼成して製造される。
【００２６】
軟鋼、Ｓｉを１．０〜８．Ｏｗｔ％、より好ましくはＳｉを１．５〜６．５ｗｔ％含むＦｅ−Ｓｉ系金属材料、更に、これにＡｌ３〜８ｗｔ％を含むセンダスト、Ｓｉを前述と同程度、Ｂ０．２〜３ｗｔ％を含むＦｅ−Ｓｉ−Ｂ系金属材料、Ｎｉ７０〜８５ｗｔ％を含むＦｅ−Ｎｉ系金属材料、又、Ｎｉの一部をＣｏに置換した材料が用いられる。磁気特性の向上等の種々の目的から、上述の材料にＭｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｐ、Ｖ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｚｒ、Ｚｎ、各種希土類元素等の少なくとも１種を含むことが好ましい。用いられる金属粉末の平均粒径は、５〜１００μｍ程度が好ましく、より５〜５０μｍ程度が好ましい。いずれの金属粉末においても酸化皮膜の有無のいずれかが用いられる。
【００２７】
結合材としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリスチレン等のスチレン系樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリエーテル、液晶ポリマー、ポリフェニレンスルフィド等の各種熱可塑性樹脂や、各種ワックス、パラフィン等の１種または２種以上を混合して用いることができる。結合材の添加量は、２〜５０ｗｔ％程度が好ましく、より２〜１０ｗｔ％が好ましい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
図１は、本発明に係る外転型磁石モータの例を示し、図１（ａ）はその部分斜視図である。磁気回路中に磁束ベクトルが同一平面内以外の空間に向きを変える部分を構成したステータコア構造を示す。本実施例では、ロータマグネット３の軸方向の長さ（ｔ２）を２５ｍｍとしたのに対し、ステータコア１の軸方向の積厚（ｔ１）を１５ｍｍとしたものである。
【００２９】
図１（ｂ）は、珪素鋼鈑を積層した従来のモータの断面図とその磁束の流れを示す図である。この場合には、ロータマグネット３からの磁束はＸ−Ｙ平面に垂直にステータコア１に流入するので、ステータコア１のＸ−Ｙ平面と同じ面積にしか磁束は流れない２次元平面での流入である。
【００３０】
図１（ｃ）図は図１（ａ）図に示したステータコア１全体を焼結金属又は圧粉鉄心で構成した断面図とその磁束の流れを示す図である。この場合、図に示すようにロータマグネット３から出た磁束のステータコア１への流入は、Ｘ−Ｙ平面上の変化以外にＺ方向への磁束の変化がある３次元方向への流れが得られるものであることがわかる。ステータ１を焼結金属又は圧粉鉄心で構成することによりそれらを構成する個々の粉末状の磁性材料が磁化容易軸が無方向に形成されており、ロータマグネット３からの磁束がロータマグネット３の軸方向長さ全体からでる磁束を受けることができ、モータの効率を高めることができる。
【００３１】
図２は磁束の流れを示す図である。図２（ａ）は焼結金属、圧粉鉄心の構造、図２（ｂ）は珪素鋼板の構造のモデル図である。本発明の焼結金属、圧粉鉄心は図２（ａ）に示すように、微細な鉄粉の粉末５の周りに絶縁層６を形成し、その絶縁された鉄粉同士をバインダである有機材料７で結合して成形されるという構造であり、ロータマグネット３からの磁束の流れに沿ってどの方向からも磁束を受けることができる。また、図２（ｂ）の従来の珪素鋼板８はＳｉが含有されたＦｅ−Ｓｉ合金からなり、その表面に無機質や有機材の絶縁膜９が形成されて積層したものであり、ロータマグネット３からの磁束は一方向だけとなる。
【００３２】
図３は、圧粉鉄心と珪素鋼板の磁気特性を示す線図である。珪素鋼鈑の磁気特性はＸ−Ｙ平面では最大飽和磁束密度も高く、透磁率も高い。しかし、積層方向の磁気特性は、その積層占積率にもよるが、Ｘ−Ｙ平面の磁気特性に比べて大幅に特性が低下する。一方、圧粉鉄心、焼結金属の磁気特性は、珪素鋼板のＸ−Ｙ平面の特性に比べて最大飽和磁束密度、透磁率ともに低いが、特性が無方向性でＸ−Ｙ平面、Ｙ−Ｚ平面とも同等であるため、積層方向では珪素鋼板の特性よりもはるかに高い特性を有する。よって図１（ｃ）で示した構造のモータを圧粉鉄心で構成した場合においては、ステータコア１の端部でのロータマグネット３磁束のＺ方向への流入を広く拾い込むことが可能となる。そして、図３に示すように、３０００〜５００００Ａ／ｍにおいて圧粉鉄心、焼結金属の磁気特性は、珪素鋼板のＸ−Ｙ平面と同等になり、珪素鋼板のＺ方向に対しては良好な特性を示すのでモータの効率を高めることができる。
【００３３】
尚、本実施例においては、軟磁性金属粉末として、軟鋼、Ｆｅ−３．５ｗｔ％Ｓｉ合金粉末、これに１％Ｂを含むＦｅ−Ｓｉ−Ｂ合金粉末、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａ１合金（センダスト）粉末、Ｆｅ−７７ｗｔ％Ｎｉ−０．３ｗｔ％Ｃｏ−１ｗｔ％Ｓｉ−０．５ｗｔ％Ｍｎ合金（スーパーマロイ）粉末の５種（いずれも平均粒径は約３０μｍ、表面に酸化皮膜を形成したものと、形成しないもの）と、結合材としてポリエチレンを用意し、結合材が２ｗｔ％となるようにこれらを混合し、混練機により混練して混練物を得た。次に、この混練物を用い、射出成形機により射出成形して、図１に示すステータコア形状の成形体を製造した。このときの成形条件は、金型温度１４０℃、射出圧力１０００ｋｇ／ｃｍ２であった。次に、得られた成形体を４００℃で脱バインダ処理を施した後、真空（１×１０−５Ｔｏｒｒ）中で、３００℃、焼成して、金属焼結体からなるステータコア１を得た。
【００３４】
（実施例２）
図４には、図１の構造を内転型磁石としたモータの例を示す図である。図４（ａ）は断面図、図４（ｂ）は組み立て斜視図、図４（ｃ）は射出成形による一体に形成する断面図である。本実施例においては、ステータコア１の端部のみを焼結金属で構成する例を示し、ステータコア１とロータマグネット３との間を流れる主磁束が焼結金属４を通して３次元方向に変化するものである。また、珪素鋼板のＸ−Ｙ方向の特性を生かして中心に配置し、その先端の圧粉鉄心、焼結金属一部分のみを圧粉鉄心、焼結金属で補う構造である。ロータマグネット３からの磁束は珪素鋼板へのストレートな磁束と圧粉鉄心、焼結金属への３次元方向の磁束の流れが得られる。通常、ステータコア１には巻線が施されるため、ステータコア１の積厚のスペースに比べてロータ磁石を長くとれる場合が多い。その場合に、珪素鋼板の積層品だけでは磁石の磁束を有効に吸収できないため、ステータコア１の積厚と磁石長さを同一にするのが一般的であるが、端部のみ焼結金属、圧粉鉄心にすることで磁石の長い部分の磁束を有効に利用できるように構成することが可能となる。
【００３５】
ステータコア１を焼結による成形によって成形することが可能なため、ティースの形状が自由に作りこめ、先端のみ厚く、コイル巻線部を薄くできる構成が可能である。また、バインダによって絶縁されているため、絶縁物としても利用可能であり、この焼結金属、圧粉鉄心を図４（ｂ）に示すような巻線用のボビン材としても利用可能である。図４（ａ）で示した構造の効果と共に、絶縁材としての機能も持たせる構造である。ボビン材として利用する場合には、焼結金属、圧粉鉄心を成形後、薄い絶縁膜をメッキ、樹脂成形等によって構成することにより絶縁信頼性が向上する。図４（ｂ）は分割されたものであるが、図４（ｃ）に示すようにステータコア１を珪素鋼板によって全体を一体として形成したものである。
【００３６】
図４（ｃ）に示すような端部に構成する場合の射出成形による製造方法としては、単純に形状を成形する場合に加えて、図４（ｃ）に示すような金型を用いて珪素鋼板の積層品を金型にインサートさせ、図４（ｂ）に示す焼結金属、圧粉鉄心を一体に成形することができる。この場合、積層鋼板に貫通穴を配置することにより、成形される圧粉鉄心、焼結金属が、積層された珪素鋼板の中にも機械的構造物のバー４ｂとして充填されるため、端部のみの成形に比べて機械的に強度が増す。この構造によると、機械的強度を向上した圧粉鉄心、焼結金属モータステータを得ることができる。焼結金属、圧粉鉄心の材料は実施例１と同様である。
【００３７】
（実施例３）
図５（ａ）はハイブリット（ＨＢ）型ステッピングモータの構造に圧粉鉄心、焼結金属を使用する例を示す図である。図５（ａ）は斜視図、図５（ｂ）はその断面図及び図５（ｃ）はその磁束の流れ方を示すステータ部分の磁束ベクトルを表した図である。ＨＢ型ステッピングモータの磁束の流れは、ロータに挟み込まれた磁石で起磁力を提供し、そのＮ極から出た磁束は、ステータコア１とロータの小歯が合わさる部分（この（ａ）の場合は１番極）からステータ側に入り、ステータを通ってまたＮ極側のステータとロータの小歯が合わさる部分（この（ａ）の場合は３番極）に戻るステータコア１とロータマグネット３との間を流れる主磁束が３次元方向に変化するものである。
【００３８】
図５（ｂ）に示すように、本実施例においては、シャフト１５に固定されたロータマグネット３に対してそれを囲んでその両端と外周部を互いに非接触で本発明における圧粉鉄心、焼結金属で一体に形成することができる。
【００３９】
また、その回転による磁束の変化は図５（ｃ）に示すように、ＨＢ型ステッピングモータのステータ部では、Ｚ方向の磁束の変化が起こっている。しかし、このステッピングモータのステータコア１を構成する材料は、通常は珪素鋼板の積層品のため、Ｚ方向の透磁率、最大飽和磁束密度は低く、モータの効率を低下させる原因となっている。しかし、本実施例においては、このモータのステータコアを圧粉鉄心又は焼結金属で構成することによって効率を向上することが可能となる。ステータコア全体を圧粉鉄心又は焼結金属で構成する場合には、実施例１で述べたようなティース先端の小歯部のボリュームアップ（積厚増加）を行うなどで流入磁束の増加を考慮する必要がある。
【００４０】
また、図５の磁束ベクトルの変化を見るとステータコア１のコアバック部分のみがＺ方向の磁束変化が大きいことがわかる。よって、このコアバック部分のみを圧粉鉄心又は焼結金属で構成することが効率向上の対策と考えられる。このコアバック部分はもともと、珪素鋼板が飽和するほど高い磁束密度を必要としないため、圧粉鉄心等の磁気特性で充分なことも都合が良い。
【００４１】
本実施例では、ステータコア１とロータとの一方又は両方の一部又は全体を一方に磁石と磁性体、他方に磁性体を形成するもので、その磁性体として本発明の圧粉鉄心又は結金属によって形成するものである。
【００４２】
図６はステータコア１のコアバック部分のみを圧粉鉄心又は焼結金属で構成する斜視図（ａ）及びその製造方法を示す断面図（ｂ）である。図６（ａ）に示すように、高い磁束密度が要求されるティース部とその外周部を珪素鋼板で構成し（場合によっては実施例１のようにボビン形状で補助して）、ティース部間のコアバック部分にのみを圧粉鉄心、焼結金属で構成する。このとき、部品を製作して接着構造とする組み合わせ方法と、図６（ｂ）に示すようにステータコア１のテイ−ス部分に珪素鋼板を用い、コアバック部分全体を圧粉鉄心、焼結金属で一体に形成するものであり、図６（ｃ）に示すようにステータコア１のテイ−ス部分の珪素鋼板を金型にインサートして、コアバック部分全体を圧粉鉄心、焼結金属を一体に射出成形する製造方法で製造可能であり、成形した製品の機械的強度向上も同時に実現できる。焼結金属、圧粉鉄心の材料は実施例１と同様である。
【００４３】
（実施例４）
図７は、本発明に係るアキシャルギャップ型モータの構造を示す斜視図である。本実施例では、アキシャルギャップ型モータのステータコア及びロータに圧粉鉄心、焼結金属を使用する例を示す。このモータの特徴は、平板リング状のロータマグネット３と、平板リング状のステータコア１によって構成され、ロータマグネット３に回転軸となるシャフトが形成され、ラジアルギャップ型（図１、図４に示す型）のモータに比べて主磁束の流れが３次元的である。
【００４４】
コイル１０の巻線されている部分は、コイル１０を鎖交する磁束が流れるが、コアバック部分は、その磁束が周方向に流れる構造となる。このモータもＸ−Ｙ平面だけの磁束の流れだけでは無いため、珪素鋼板で構成することは困難である。一般的には、薄型モータなど小形のモータは、空心コイルを使用しており、磁性体を使用しないケースが多い。大型のモータをアキシャルギャップモータを構成するためには、磁性体は必須のため、このステータ、ロータを構成する場合にも圧粉鉄心、焼結金属が有効である。
【００４５】
図８に圧粉鉄心、焼結金属を使用した場合のアキシャルギャップ型モータのステータの例を示す図である。図８（ａ）は磁性体の全体を全て圧粉鉄心又は焼結金属で構成した例を示す斜視図である。この場合には、ステータコア１とコイル１０の内周部より突き出た構造のテイ―ス先端部とに圧粉鉄心又は焼結金属を一体成形として、継ぎ目や組立て構造を無くす構造とする。図中ではステータコア１の下半分が省略された構造になっているが、上半分と同じ構造を有するものである。これは、アキシャルギャップ型モータの特徴として、回転トルクよりも大きい磁気吸引力がティースに働くため、その吸引力に耐える機械的強度を満足するためである。圧粉鉄心、焼結金属は機械的強度が鉄板よりも低いため、一体構造にすることにより、その強度を向上する必要がある。
【００４６】
図８（ｂ）は、コアバック部分の一部を圧粉鉄心又は焼結金属で補う構造を示す斜視図である。図中ではステータコア１の下半分が省略された構造になっているが、上半分と同じ構造を有するものである。コアバック部分のティース根元部分のみが９０度の磁束ベクトルの変化を起こす部分のため、この部分を圧粉鉄心、焼結金属で補い、それ以外のコイル１０の内周部に突き出た構造とし、珪素鋼板で軸方向に立てて径方向に積層させた賄う構造とすることにより、高い効率のモータを得ることが可能となる。その製造方法は、実施例１及び２で示したような、部品組み立ておよびインサート成形により製造できる。
【００４７】
（実施例５）
図９は３次元構造の特徴的なリニアモータの斜視図とその磁束変化を示す図である。各種のリニアモータに圧粉鉄心、焼結金属を使用することができる。このリニアモータも前述したように、Ｘ−Ｙ平面の磁束変化だけではないため、磁性体全体、又は磁束変化が３次元となる部分を圧粉鉄心、焼結金属を使用する構造とすることで、モータの効率向上が実現できる。
【００４８】
図１０はリニアモータの３個のコイルを焼結金属によって覆って一体に形成した本発明の例を示す図である。図１０（ａ）は３個のコイルを一部開口して示した全体構造を示す斜視図、図１０（ｂ）はその断面図である。製造方法も前述した方法を実施可能である。本実施例においては、３個のコイル１０−Ｕ、１０−Ｖ、１０−Ｗを磁性体の圧粉鉄心又は焼結金属を使用して一体に形成することにより磁束変化が３次元となる主磁束を有効に作用させることができ、マグネット３の位置決め精度を高めることができる。
【００４９】
（実施例６）
図１１は、各種磁性材料の透磁率（μｅ）と飽和磁束密度（Ｔ）との関係を示す図である。磁性体として、磁性金属ガラス材があり、この材料は、図１１に示すように、珪素鋼板よりも高い磁束密度を有し、高い透磁率を有するものが存在する。これらの材料を実施例１〜５の圧粉鉄心、焼結金属に代えて同様に３次元的に無方向性を有する三次元構造モータへの使用、及び三次元的磁束変化部分への局所使用により、モータの効率を一層向上することが可能となる。また、この材料は鉄損特性が極めて高いために、鉄損低減による大幅なモータ効率向上や、より小形化が実現できる。又、高周波領域でも鉄損（渦電流損、ヒステリシス損）が発生しないために、高速回転モータや、ステッピングモータ等の高周波パルス駆動モータの大幅な効率向上が可能となる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、三次元の磁路を有するモータの効率向上と小形化が可能となる。又、圧粉鉄心、焼結金属は成形によって製造できるため、珪素鋼板のプレス打ちぬき積層に比べ、モータとしての性能を損なうことなく、工数低減、材料の歩留まりの向上が期待でき、経済的なモータを得ることが可能となる。
更に、本発明によれば、巻線占積率を向上する構造や、巻線を鉄心で囲む構造が図れるため、コイルの発熱をコアへの熱伝導により放熱する構造となり、より温度特性の良いモータが得られると共に、高周波モータにおいては鉄損低減により大幅な効率向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る焼結金属又は圧粉鉄心をコアに使用したアキシャルギャップ型モータの斜視図及び磁束の流れを示す断面図である。
【図２】焼結金属又は圧粉鉄心と珪素鋼板の積層品の磁束の流れを示す断面図である。
【図３】焼結金属又は圧粉鉄心と珪素鋼板の積層品の直流磁気特性の違いを説明する線図である。
【図４】本発明の焼結金属又は圧粉鉄心をステータコアの一部に形成した断面図、斜視図及びその製造方法を示す断面図である。
【図５】本発明の焼結金属又は圧粉鉄心を適用する３次元の磁気回路構成を持つステッピングモータの斜視図及び磁束の流れを示す断面図である。
【図６】３次元の磁気回路構成を持つステッピングモータの一部に本発明の焼結金属又は圧粉鉄心を使用した斜視図及びその製造方法を示す断面面である。
【図７】本発明に係るアキシャルギャップ型モータの斜視図及びその磁束の流れる方向を説明する斜視図である。
【図８】３次元の磁気回路構成を持つアキシャルギャップ型モータの一部に本発明の焼結金属又は圧粉鉄心を使用する斜視図である。
【図９】本発明に係るニアモータ及びその磁束の流れる方向を示す斜視図である。
【図１０】３次元の磁気回路構成を持つリニアモータの一部に本発明の焼結金属又は圧粉鉄心を使用する斜視図及びその断面図である。
【図１１】本発明に係る種々の軟磁性材料の透磁率と飽和磁束密度の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…ステータコア、２…ロータヨーク、３…ロータマグネット、４…圧粉鉄心、焼結コア、５…鉄粉、６…絶縁膜、７…有機材料（バインダ）、８…珪素鋼板、９…絶縁膜、１０…コイル、１２…成形金型、１３…注入ゲート、１５…シャフト、１６…磁束の方向、１８…リング状マグネット。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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