(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と、該固定子との間に間隙を有して対面し、該固定子に対して相対移動可能な可動子と、該固定子に固定されて該間隙に設けられた電機子巻線とを備えたギャップワインディングモータにおいて、
前記間隙では、表面が電気的に絶縁された磁性粉末からなる充填材により、前記電機子巻線が埋設されていることを特徴とするギャップワインディングモータ。
【請求項２】
前記充填材は、前記磁性粉末の表面にリン酸被膜を被覆したものである請求項１記載のギャップワインディングモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定子と可動子との間隙に電機子巻線を巻き付けるためのティースと呼ばれる凸部を有しないギャップワインディングモータに関する。このギャップワインディングモータは電動パワーステアリング、エアコン等に用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】
図７に示すように、固定子としてのステータ８０に対して可動子としてのロータ８１が相対回転するギャップワインディングモータでは、ステータ８０とロータ８１とが両者の間に間隙８２を有して対面している。
【０００３】
ステータ８０は、筒状のフレーム８０ａと、このフレーム８０ａの内周に固定された固定子鉄心８０ｂとからなる。フレーム８０ａの両端にはブラケット８３、８４が固定されており、ブラケット８３、８４の軸孔には軸受装置８５、８６が設けられている。固定子鉄心８０ｂは、薄いリング状のケイ素鋼板を軸方向に積層することによって成形された筒状のものである。
【０００４】
他方、ロータ８１は軸受装置８５、８６に軸支される回転軸８７のほぼ中央に固定されている。このロータ８１は、ロータ本体８１ａと、ロータ本体８１ａの外周で一体に設けられた可動子鉄心８１ｂと、可動子鉄心８１ｂ内の外周に埋め込まれた永久磁石８１ｃとからなる。可動子鉄心８１ｂも薄いリング状のケイ素鋼板を軸方向に積層することによって成形された円筒状のものである。
【０００５】
これらステータ８０の固定子鉄心８０ｂとロータ８１の可動子鉄心８１ｂとの間に位置する間隙８２のうち間隙８２ａには、図８に示すように、固定子鉄心８０ｂに固定された電機子巻線８８が設けられている。また、間隙８２のうち間隙８２ｂは、ロータ８１を電機子巻線８８と接触することなく回転させるための微小な隙間である。前記電機子巻線８８は、通常、外周面を絶縁されたワイヤがＵ相、Ｖ相及びＷ相を構成する平行四辺形若しくは亀甲形に等間隔で巻かれた後、円筒状に成形されたものである。こうして成形された電機子巻線８８は、図９に示すように、固定子鉄心８０ｂ内に挿入された後、樹脂８９によって埋設されることにより、固定子鉄心８０ｂに固定されている。こうして、図７に示すように、ステータ８０に固定されて間隙８２ａに設けられた電機子巻線８８は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の３組のリード線８８ａがフレーム８０ａの外方に導かれ、これらに交流電流が通電されるようになっている。
【０００６】
このように構成されたギャップワインディングモータでは、電機子巻線８８のＵ相、Ｖ相及びＷ相に交流電流を通電することにより、永久磁石８１ｃと、印加電流と、磁界内の有効導体長との積で求められる力が発生し、ロータ８１が回転軸８７とともに回転する。こうして、このギャップワインディングモータでは、回転軸８７により回転力が取り出されることとなる。特に、このギャップワインディングモータでは、間隙８２ａ内で電機子巻線８８が樹脂８９に埋設され、間隙８２ａにティースが存在しないことから、小型化が実現されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のギャップワインディングモータでは、電機子巻線が非磁性体である樹脂に埋設されていることから、前記樹脂の径方向の厚みによって磁気抵抗が大きくなり、電機子巻線に鎖交する鎖交磁束密度が低下し、たとえ大きな電流値の交流電流を通電したとしても、ロータは大きな高トルクで回転しにくい等、可動子が大きな駆動力で移動せず、可動子の稼動効率が悪い。
【０００８】
この点、電機子巻線を磁性体により埋設し、それらの間の磁気抵抗を無くすことも考えられるが、こうすると、ある相の電機子巻線が他の相の電機子巻線による磁束の影響を受け、可動子の駆動力が得られないおそれがある。
【０００９】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、電流値に対する可動子の稼動効率の優れたギャップワインディングモータを提供することを解決すべき課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題解決のために鋭意研究を行い、表面が電気的に絶縁された磁性粉末を採用することにより、上記課題を解決できると考察し、本発明を完成させるに至った。
【００１１】
すなわち、本発明のギャップワインディングモータは、固定子と、該固定子との間に間隙を有して対面し、該固定子に対して相対移動可能な可動子と、該固定子に固定されて該間隙に設けられた電機子巻線とを備えたギャップワインディングモータにおいて、前記間隙では、表面が電気的に絶縁された磁性粉末からなる充填材により、前記電機子巻線が埋設されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明のギャップワインディングモータでは、間隙において電機子巻線を埋設している充填材は表面が電気的に絶縁された磁性粉末であるため、固定子及び可動子間の磁束は、大部分を占める磁性粉末により容易にその間隙を通過する。
【００１３】
すなわち、従来のギャップワインディングモータにおいて、固定子及び可動子間の磁束が磁気抵抗を受ける長さは、一般的にエアギャップ長と言われる。ここで、固定子及び可動子間の長さである間隙において、電機子巻線を非磁性体により埋設しているとすると、ロータを回転させるために必要な電機子巻線とロータとの間の間隙と、前記非磁性体とにより大きな磁気抵抗を受けることとなり、なかでも、微妙な前記間隙と比べ、径方向厚みの大きな前記電機子巻線部（非磁性体）による磁気抵抗の割合が大きい。他方、本発明のように、間隙において、電機子巻線を表面が電気的に絶縁された磁性粉末からなる充填材により埋設するとすれば、電機子巻線と磁性粉末からなる充填材の磁気抵抗は、各磁性粉末の表面の厚さの総計に過ぎず、充填材が非磁性体からなる従来のモータに比べ磁気抵抗は低減される。このため、固定子及び可動子間の磁束は大きな磁束密度で間隙を通過する。
【００１４】
したがって、本発明のギャップワインディングモータは、電流値に対する可動子の稼動効率が優れている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のギャップワインディングモータを具体化した実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１６】
実施形態のギャップワインディングモータは、図１に示すように、固定子としてのステータ１０に対して可動子としてのロータ１１が相対回転するものである。ステータ１０とロータ１１とは両者の間に間隙１２を有して対面している。
【００１７】
ステータ１０は、筒状のフレーム１０ａと、このフレーム１０ａの内周に固定された固定子鉄心１０ｂとからなる。固定子鉄心１０ｂは、薄いリング状のケイ素鋼板を軸方向に積層することによって成形された筒状のものである。
【００１８】
他方、ロータ１１は、回転軸１７に固定されたロータ本体１１ａと、ロータ本体１１ａの外周で一体に設けられた可動子鉄心１１ｂと、可動子鉄心１１ｂ内の外周に埋め込まれた永久磁石１１ｃとからなる。可動子鉄心１１ｂも薄いリング状のケイ素鋼板を軸方向に積層することによって成形された円筒状のものである。
【００１９】
これらステータ１０の固定子鉄心１０ｂとロータ１１の可動子鉄心１１ｂとの間に位置する間隙１２には、固定子鉄心１０ｂに固定された電機子巻線１８が設けられている。前記間隙１２は、電機子巻線１８が位置する間隙１２ａと、ロータ１１を回転させるために必要な電機子巻線１８とロータ１１との間の間隙１２ｂとからなる。
【００２０】
この電機子巻線１８は以下のように製造される。まず、図３に示すように、従来と同様のワイヤ１８ａが巻型２０で巻かれ、図４に示すように、それぞれ亀甲形コイル１８ｂに形成される。そして、各亀甲形コイル１８ｂは、互いに等間隔をなす３の倍数の数だけ、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の順に重ねられて重巻コイル１８ｃとされる。この重巻コイル１８ｃは、図５に示すように、マンドレル２１に巻き付けられ、図６に示すように、円筒状コイル１８ｄとされる。得られた円筒状コイル１８ｄは、図１に示すように、固定子鉄心１０ｂ内に挿入され、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の３組のリード線１８ｅが外方に導かれた電機子巻線１８とされる。
【００２１】
一方、図２に示すように、鉄を主成分とする軟磁性粉末Ｉの表面が電気的に絶縁可能なリン酸被膜Ｐ及びナイロン系樹脂被膜Ｎによって薄く被覆された充填材（住友電工（株）製「ＦＭ−ＣＭ材」）１９を用意する。
【００２２】
電機子巻線１８を挿入した固定子鉄心１０ｂは図示しない金型のキャビティ内に挿入される。このキャビティは固定子鉄心１０ｂの内周面との間に間隙１２ａと同一の間隙を有している。この間隙において電機子巻線１８の周囲に充填材１９を密に充填し、この状態で２００°Ｃ程度の加熱を施す。これにより、ナイロン系樹脂被膜Ｎがバインダとなって充填材１９は互いに固着することから、電機子巻線１８は充填材１９によって固定子鉄心１０ｂに固定される。電機子巻線１８が固定された固定子鉄心１０ｂはフレーム１０ａの内周に固定され、ステータ１０となる。
【００２３】
こうして、得られたギャップワインディングモータでは、固定子鉄心１０ｂと可動子鉄心１１ｂとの間に位置する間隙１２のうち間隙１２ａにおいて、電機子巻線１８が充填材１９により埋設された状態となっている。電機子巻線１８は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の３組のリード線１８ｅがフレーム１０ａの外方に導かれ、リード線１８ｅから交流電流が通電されるようになっている。
【００２４】
以上のように構成された実施形態のギャップワインディングモータでは、電機子巻線１８のＵ相、Ｖ相及びＷ相に交流電流を通電することにより、ステータ１０における固定子鉄心１０ｂの内周面が周方向で順次Ｎ極又はＳ極に磁化される。これにより、ロータ１１は、永久磁石１１ｃが引き付けられたり、反発したりするとともに、可動子鉄心１１ｂが固定子鉄心１１ｂとの間で磁路を形成する。このため、ロータ１１が回転軸１７とともに回転する。こうして、このギャップワインディングモータでは、回転軸１７により回転力が取り出されることとなる。
【００２５】
特に、このギャップワインディングモータでは、間隙１２ａ内で電機子巻線１８が充填材１９に埋設されていることから、固定子鉄心１０ｂ及び可動子鉄心１１ｂ間の磁束は、充填材１９のナイロン系樹脂被膜Ｎによって磁束密度がさほど小さくされず、充填材１９の大部分を占める軟磁性粉末Ｉにより容易にその間隙１２ａを通過することができる。
【００２６】
つまり、このギャップワインディングモータでは、間隙１２において、固定子鉄心１０ｂ及び可動子鉄心１１ｂ間の磁束が磁気抵抗を受ける長さとしてのエアギャップ長は、電機子巻線１８とロータ１１との間の間隙１２ｂと、間隙１２ａに存在する各充填材１９のリン酸被膜Ｐ及びナイロン系樹脂被膜Ｎの厚さの総計であることから極端に短くなる。したがって、リン酸被膜Ｐ及びナイロン系樹脂被膜Ｎの厚さは、電気的絶縁性及びバインダとしての機能を損ねない範囲で可能な限り薄くすることが望ましい。
【００２７】
このため、このギャップワインディングモータでは、固定子鉄心１０ｂ及び可動子鉄心１１ｂ間の磁束が大きな磁束密度で間隙１２を通過することができる。
【００２８】
したがって、このギャップワインディングモータでは、交流電流の電流値に対する可動子１１のトルク発生効率を向上させることができる。
【００２９】
なお、上記実施形態は固定子に対して可動子が相対回転するギャップワインディングモータであるが、本発明は固定子に対して可動子が相対直線運動するギャップワインディングモータにも具体化可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態のギャップワインディングモータの拡大横断面図である。
【図２】実施形態の充填材の拡大断面図である。
【図３】実施形態のワイヤを巻型に巻いた状態を示す平面図である。
【図４】実施形態の亀甲形コイル及び重巻コイルの平面図である。
【図５】実施形態の重巻コイルの平面図である。
【図６】実施形態の円筒状コイルの斜視図である。
【図７】従来のギャップワインディングモータの縦一部断面図である。
【図８】従来のギャップワインディングモータの横断面図である。
【図９】従来ののギャップワインディングモータの拡大横断面図である。
【符号の説明】
１０…固定子（ステータ）
１２、１２ａ、１２ｂ…間隙
１１…可動子（ロータ）
１８…電機子巻線
Ｉ…磁性粉末（軟磁性粉末）
１９…充填材
【図１】
0003800506.tif 000002
【図２】
0003800506.tif 000003
【図３】
0003800506.tif 000004
【図４】
0003800506.tif 000005
【図５】
0003800506.tif 000006
【図６】
0003800506.tif 000007
【図７】
0003800506.tif 000008
【図８】
0003800506.tif 000009
【図９】
0003800506.tif 000010