(57)【要約】【課題】電動機の更なる高出力密度化を図ることを目的とする。【解決手段】コア１はヨーク２とティース３とつば４からなる。コア１は、電磁鋼板等の磁性体を積層してなるものを用いる。導体５及び絶縁層６は、三次元造型機を用いて造形されており、コア１を巻回した形状となっている。また、コア１の表面にも絶縁層６が構成されている。導体の材料である銅粉粉末と、絶縁層の材料であるセラミック粉末に光ビームを照射して、材料粉末を焼結及び溶融固化することにより造形している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機の固定子又は回転子の少なくともいずれか一方に、導電性の三次元造形材料の積層造形体及び非導電性の三次元造形材料の積層造形体を含み、かつ、前記固定子又は前記回転子のいずれかに電磁鋼鈑を含む電動機。
【請求項２】
請求項１に記載の電動機において、非導電性の三次元造形材料の積層造形体に無機物質を含む電動機。
【請求項３】
請求項１に記載の電動機において、固定子の固定子巻線は分布巻の構成であり、かつ、前記固定子巻線には導電性の三次元造形材料の積層造形体及び非導電性の三次元造形材料の積層造形体を含む電動機。
【請求項４】
請求項１に記載の電動機において、固定子の固定子巻線は集中巻の構成であり、かつ、前記固定子巻線には導電性の三次元造形材料の積層造形体及び非導電性の三次元造形材料の積層造形体を含む電動機。
【請求項５】
請求項１に記載の電動機において、電動機の固定子又は回転子の少なくともいずれか一方に、導電性の三次元造形材料の積層造形体の焼結体と、非導電性の三次元造形材料の積層造形体の焼結体とを含み、かつ、固定子及び回転子に電磁鋼鈑を含む電動機。
【請求項６】
請求項１に記載の電動機において、電動機の固定子又は回転子の少なくともいずれか一方に、導電性の三次元造形材料の積層造形体の溶融固化体と、非導電性の三次元造形材料の積層造形体の溶融固化体とを含み、かつ、前記固定子及び前記回転子に電磁鋼鈑を含む電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元造形材料を用いる電動機及びその電動機の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電動機の用途が多様化し、特に自動車分野やロボット分野、医療分野などでは、更なる高出力密度化による電動機の小型化が求められている。
【０００３】
電動機の出力密度は、界磁コアに導線が巻装されたコイルの性能に影響され、導線に流す電流値と、界磁コアに設ける導線の巻装部（以降、スロットと呼称する）内の導体の占める割合である占積率を高めることが有効である。
【０００４】
導線に流す電流値は高い程、電動機の出力は増加するが、電流値が高すぎると導線の発熱が大きくなり、導線を絶縁する被膜が耐えられなくなり、絶縁破壊が発生したり、コイルが焼失したりするなどの不具合が発生する。
【０００５】
一方、界磁コアのスロット内における導体の占積率は、高い程良いとされる。具体的に占積率とは、巻装された導線の導体部の総面積を、スロットの幅寸法と、この幅寸法の方向に略直交する方向の寸法等との積で示される略四角形状又は不等辺四角形状の面積（スロット面積、巻枠面積などとも呼称する）にて除した値を百分率にて表すことが多い。
【０００６】
一般的な電動機の場合、占積率は１００％を大きく下回る。これは、導線は絶縁性を要するため絶縁体にて被覆された絶縁層を具備するからである。また、巻装工程における導線挙動の制御は難しく、導線は完全に整列しない。その結果、導線の一部が非整列に巻装され、隣り合う導線間に意図しない空間が生じるために導線の導体部の総面積を増すことが出来ず、占積率は低下することになる。
【０００７】
導線に流す電流値を高め、占積率を向上させる手段としては、特許文献１等がある。例えば、特許文献１には、空芯コイルに、導線の絶縁被膜に無機物質を用い、かつコイルの回りや隙間に磁性紛体を充填させることにより、みかけの占積率を向上させることについて記されている。
【０００８】
しかしながら、特許文献１等のような方法では、更なる特性向上を図るために、以下のような考察に至る。みかけの占積率は向上しても、コイルの回りや隙間の鉄心（ここでは圧粉鉄心）は磁界発生への寄与が低く、また、鉄心体積は増加するが、導体体積は変化しないため、コイル全体としての磁束密度の向上が望まれる。当然、電動機の更なる高出力密度化も望まれる。
【０００９】
また、特許文献１等のような方法は、空芯コイルを用いているため、巻線の様態は、集中巻方式となり、分布巻方式を採用することは困難を極める。従って、低コギングトルクや低騒音などの高性能化が求められる電動機については、課題を含むこととなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−２５４４２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の電動機は、上記課題に鑑み、電動機の更なる高出力と、高密度化と、高性能化とを図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第１の発明は、電動機の固定子又は回転子の少なくともいずれか一方に、導電性の三次元造形材料の積層造形体及び非導電性の三次元造形材料の積層造形体を含み、かつ、前記固定子又は前記回転子のいずれかに電磁鋼鈑を含む電動機である。
【００１３】
第２の発明は、第１の発明の電動機において、非導電性の三次元造形材料の積層造形体に無機物質を含む電動機である。
【００１４】
第３の発明は、第１の発明の電動機において、固定子の固定子巻線は分布巻の構成であり、かつ、前記固定子巻線には導電性の三次元造形材料の積層造形体及び非導電性の三次元造形材料の積層造形体を含む電動機である。
【００１５】
第４の発明は、第１の発明の電動機において、固定子の固定子巻線は集中巻の構成であり、かつ、前記固定子巻線には導電性の三次元造形材料の積層造形体及び非導電性の三次元造形材料の積層造形体を含む電動機である。
【００１６】
第５の発明は、第１の発明の電動機において、電動機の固定子又は回転子の少なくともいずれか一方に、導電性の三次元造形材料の積層造形体の焼結体と、非導電性の三次元造形材料の積層造形体の焼結体とを含み、かつ、前記固定子及び前記回転子に電磁鋼鈑を含む電動機である。
【００１７】
第６の発明は、第１の発明の電動機において、電動機の固定子又は回転子の少なくともいずれか一方に、導電性の三次元造形材料の積層造形体の溶融固化体と、非導電性の三次元造形材料の積層造形体の溶融固化体とを含み、かつ、前記固定子及び前記回転子に電磁鋼鈑を含む電動機である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、電動機の巻線部の高線積率化を図ることが可能であり、小型で高出力な電動機を提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例１及び比較例に係るコアの形状を示す図
【図２】本発明の実施例１に係るコイルの断面図
【図３】比較例に係るコイルの断面図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明について、図面及び表を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態又は実施例によって本発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００２１】
図１は、本発明の実施例１及び比較例に係るコイルを構成するコア１の形状を示す表す。コア１はヨーク２とティース３とつば４からなる。コア１は、電磁鋼板等の磁性体を積層してなるものを用いた。また、コア１は圧粉鉄心を用いて成型したものや、三次元造形を用いて造形したものを用いることも可能である。
【００２２】
図２は本発明の実施例１に係るコイル１１を示す断面図である。導体５及び絶縁層６は、三次元造型機を用いて造形されており、コア１を巻回した形状となっている。また、コア１の表面にも絶縁層６が構成されている。
【００２３】
三次元造形に関して、具体的には導体の材料である銅粉を含む導電体粉末（導電性の三次元造形材料）からなる塗膜やこの塗膜の積層造形体と、絶縁層の材料であるセラミック粉末を含む絶縁体粉末を含む材料（非導電性の三次元造形材料）からなる塗膜やこの塗膜の積層造形体とに光ビームを照射して、これら塗膜やこの塗膜の積層造形体の材料粉末を焼結及び溶融固化することにより焼結体や溶融固化体を得て造形している。
【００２４】
なお、本実施例では光ビームを用いた造形方法を用いたが、他の方式を用いた三次元造形装置を用いて造形することも可能である。
【００２５】
絶縁層６の厚みの上限値は５μｍ程度が好ましく、１μｍ程度であれば更に好ましい。絶縁層は薄くなればなるほど、厚みあたりの絶縁破壊耐電圧値が高い値となるが、セラミックなどの電気絶縁性の無機物質では１μｍの絶縁層で１０００Ｖ程度の電圧に耐えることが可能である。
【００２６】
一般的な導線をコアに巻回する製造方法の場合、導線の外装となる絶縁皮膜は、巻線工程に耐えうる柔軟性や厚みが必要だったが、三次元造形の場合、巻線工程が存在しないため、材料硬度が高く、従来よりも薄い絶縁層を構成することが可能である。また、三次元造形の場合、従来の巻線工程で発生したスロット内の隣り合う導線間の意図しない空隔を無くすことが可能である。
【００２７】
上記の構成により、コアのスロット内における導体の面積を最大化することが可能であり、従来例に比べて占積率は１００％に最も近い値とすることが可能である。
【００２８】
また、絶縁層を無機物質とし、導線間の空隔が無くなることから、コイルの放熱性が非常に向上するため、コイルに多くの電流を流すことが可能になる。
【００２９】
特許文献１の方法では、スロット内における導体の面積を増加することが出来なかったが、本発明では導体の面積を増加することにより、占積率を高める方法であるため、コイルの出力密度が向上し、より小型で高出力な電動機を実現することが可能である。
【比較例】
【００３０】
図３は比較例に係る従来の巻線工法によるコイルである。導線７は、導体８を絶縁被覆する被膜である絶縁被膜９とから構成されており、比較例の導体８は、実施例１と同様の銅を主成分とする導体材料である。また、コア１は、巻回される導線との絶縁性を保つためのインシュレータ１０で被覆されている。
【００３１】
表１は実施例１及び比較例のコイルを用いたそれぞれの電動機の出力を表している。電動機は車載に使用されるものを用い、電動機の種類やサイズ、及びコイルのサイズに関して、実施例１と比較例は同等である。それぞれの電動機の入力電圧を１２Ｖとし、コイルの電流密度を一定とした。
【００３２】
表１より解るように、実施例１は比較例と比較して、出力が大幅に増加しており、電動機の小型高出力化が可能である。
【００３３】
【表１】
2016039662.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明によれば、電動機の小型化・高出力化を図ることが可能であり、電動機搭載の各種電気機器の性能向上に有用である。
【符号の説明】
【００３５】
１  コア
２  ヨーク
３  ティース
４  つば
５  導体
６  絶縁層
１１  コイル
【図１】
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【図２】
2016039662.tif 000005
【図３】
2016039662.tif 000006