(57)【要約】【課題】性能の低下を抑制できる固定子鉄心およびモータを提供すること。【解決手段】固定子鉄心１は、非晶質磁性体またはナノ結晶構造を有する磁性体を含む単板部材４が複数積層されて構成されている。単板部材４は、励磁部９と、ヨーク部１１とを有する。ヨーク部１１は、励磁部９に比べて表面粗さＲａが大きい領域を含む。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非晶質磁性体またはナノ結晶構造を有する磁性体を含む部材を複数積層した固定子鉄心であって、
前記部材は、励磁部と、ヨーク部とを有し、
前記ヨーク部は、前記励磁部に比べて表面粗さＲａが大きい領域を含む、
固定子鉄心。
【請求項２】
前記領域の表面粗さＲａと前記励磁部の表面粗さＲａとの差異が１．０μｍ以上である、
請求項１に記載の固定子鉄心。
【請求項３】
前記領域には、積層された複数の前記部材を締結するボルトが挿通される穴が形成されている、
請求項１または２に記載の固定子鉄心。
【請求項４】
前記領域は、
前記ヨーク部の一部に形成されている、
請求項１から３のいずれか１項に記載の固定子鉄心。
【請求項５】
前記部材は、
複数枚ずつ所定角度旋回されて積層されている、
請求項４に記載の固定子鉄心。
【請求項６】
前記部材は、
一枚ずつ所定角度旋回されて積層されている、
請求項４に記載の固定子鉄心。
【請求項７】
前記所定角度は、前記励磁部の数をＮとした場合、３６０°／Ｎの整数倍であり、かつ、１８０°の整数倍にならない値である、
請求項５または６に記載の固定子鉄心。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の固定子鉄心を含む、
モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、固定子鉄心およびモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータの固定子鉄心（単に「固定子」または「鉄心」ともいう）には、純鉄または電磁鋼板が用いられている。また、より効率化を目的としたモータの固定子鉄心には、非晶質磁性体またはナノ結晶粒を有する磁性体が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
固定子鉄心は、上述した純鉄、電磁鋼板、非晶質磁性体、またはナノ結晶粒を有する磁性体といった部材（以下、積層部材という）を積層することで構成される。固定子鉄心の性能は、固定子鉄心の磁界に垂直な断面積の大きさ、および、積層部材間の絶縁抵抗に大きく左右される。
【０００４】
特許文献２では、励磁部に突起を設けて積層部材間に空間を設けることにより、積層部材間の絶縁性能の低下を抑制した構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１５５３４７号公報
【特許文献２】特許第４７８１１９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１は、一般的な固定子鉄心を示す斜視図である。図１に示す固定子鉄心は、複数の電磁鋼板２０が積層されて構成されている。電磁鋼板２０同士は、一般的に、カシメまたは絶縁樹脂層を用いて固定される。
【０００７】
これに対し、非晶質磁性体またはナノ結晶粒を有する磁性体が積層されて構成される固定子鉄心では、ボルト等によって複数の磁性体を締結する。このとき、磁性体同士の位置ずれを防ぐために、大きな締結力が必要になる。
【０００８】
しかしながら、積層された磁性体に大きな締結力が与えられると、磁性体の表面に形成されている絶縁層が破壊される。その結果、磁性体間の絶縁抵抗が低下し、固定子鉄心の性能が低下する。
【０００９】
本開示の一態様の目的は、性能の低下を抑制できる固定子鉄心およびモータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示の一態様に係る固定子鉄心は、非晶質磁性体またはナノ結晶構造を有する磁性体を含む単板部材を複数積層した固定子鉄心であって、前記単板部材は、励磁部と、ヨーク部とを有し、前記ヨーク部は、前記励磁部に比べて表面粗さＲａが大きい領域を含む。
【００１１】
本開示の一態様に係るモータは、本開示の一態様に係る固定子鉄心を有する。
【発明の効果】
【００１２】
本開示によれば、性能の低下を抑制できる固定子鉄心を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一般的な固定子鉄心を示す斜視図
【図２Ａ】本開示の実施の形態１に係る固定子鉄心の斜視図
【図２Ｂ】図２ＡのＡ−Ａ断面を示す模式図
【図３】１枚の単板部材の断面の一部を拡大して示す模式図
【図４】単板部材の平面図
【図５Ａ】本開示の実施の形態２に係る合金薄板の平面図
【図５Ｂ】図５Ａに示した合金薄板の表面粗さの分布例を示す図
【図６】本開示の実施の形態２に係る単板部材の平面図
【図７Ａ】本開示の実施の形態３に係る単板部材の平面図
【図７Ｂ】図７Ａに示した単板部材を１２０°旋回した単板部材の平面図
【図７Ｃ】図７Ｂに示した単板部材を１２０°旋回した単板部材の平面図
【図７Ｄ】図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃに示した単板部材の配置例を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本開示の各実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、各図において共通する構成要素については同一の符号を付し、それらの説明は適宜省略する。
【００１５】
（実施の形態１）
本開示の実施の形態１に係る固定子鉄心１について、図２Ａ、図２Ｂ、図３、図４を用いて説明する。
【００１６】
図２Ａは、本実施の形態の固定子鉄心１を示す斜視図である。図２Ｂは、図２ＡのＡ−Ａ断面を示す模式図である。図３は、１枚の単板部材４の断面の一部を拡大して示す模式図である。図４は、単板部材４の平面図である。
【００１７】
図２Ａ、図２Ｂに示すように、固定子鉄心１は、複数の単板部材４（積層部材の一例）が積層されて構成されている。例えば、単板部材４は、１０００枚程度積層される。この固定子鉄心１は、例えばモータに備えられる。
【００１８】
図３に示すように、単板部材４は、磁性体の合金薄板（薄帯といってもよい）２と、その表層に設けられた絶縁皮膜（酸化皮膜といってもよい）３とを有する。磁性体は、例えば、非晶質磁性体、または、ナノ結晶構造を有する磁性体である。単板部材４の厚さａは、例えば、２０μｍ〜４０μｍ程度である。絶縁皮膜３の厚さｂは、例えば、０．２μｍ程度である。
【００１９】
図２Ｂ、図４に示すように、単板部材４は、その外縁部であるヨーク部１１と、ヨーク部１１の内側に設けられた複数の励磁部（ティースといってもよい）９とを有する。
【００２０】
図２Ｂ、図４に示すように、単板部材４のヨーク部１１には、複数（例えば、４つ）のボルト用穴５が設けられている。図２Ａ、図２Ｂに示すように、ボルト６は、複数の単体部材４が積層された状態で、各ボルト用穴５に挿通される。そして、複数の単体部材４は、ボルト６およびナット７により締結され、固定される。図２Ａ、図２Ｂに示すボルト締結部８は、ヨーク部１１におけるボルト用穴５およびその近傍の部分である。
【００２１】
このとき、ボルト締結部８には、単板部材４同士の拘束のために、１×１０５Ｎ程度の圧縮力（締結力といってもよい）が加えられる。励磁部９に巻き線１０を巻くことによる圧縮力は、ボルト締結部８における圧縮力の約１／５であり、２×１０４Ｎ程度である。
【００２２】
上述したボルト締結部８における圧縮力により、しばしば、単板部材４の表層の絶縁被膜３が欠落し、単板部材４間の絶縁抵抗の低下を招くことがある。
【００２３】
そこで、本実施の形態では、ヨーク部１１の表面粗さＲａが励磁部９の表面粗さＲａよりも大きい単板部材４を用いることにした。具体的には、各単板部材４において、ヨーク部１１の凹部の面積が、励磁部９の凹部の面積よりも大きくなるようにした。または、各単板部材４において、ヨーク部１１の凹部の個数が、励磁部９の凹部の個数よりも多くなるようにした。
【００２４】
ヨーク部１１と励磁部９とにおける表面粗さＲａの差異は、１．０以上とする。例えば、励磁部９の表面粗さＲａが０．８である場合、ヨーク部１１の表面粗さＲａは、２．０μｍ程度とする。
【００２５】
磁性体の合金薄板２（以下、単に「合金薄板２」という）は、単ロール急冷凝固法により製造することができる。真空中以外で単ロール急冷凝固法によって合金薄板２を製造する場合、合金薄板２は、ロールと合金との間に気体を巻き込みながら凝固する。そのため、巻き込まれた気体によってできる気泡が合金薄板２の表面に凹部として残る。このような巻き込み気体の差異により、合金薄板２の表面の粗さに差異を生じさせることができる。
【００２６】
以上説明したように、本実施の形態の固定子鉄心１は、ヨーク部１１の表面粗さＲａが励磁部９の表面粗さＲａよりも大きい単板部材４が積層されたことを特徴とする。これにより、積層された複数の単板部材４を締結する時の圧縮力またはモータの動作時の振動等によって、絶縁被膜３が欠落しても、ヨーク部１１の表面粗さＲａと励磁部９の表面粗さＲａに差異を設けない単板部材４を接触させた場合に比べて、単板部材４間の接触面積を低減することができる。よって、単板部材４間の絶縁抵抗の低下を抑制できる。
【００２７】
また、本実施の形態の固定子鉄心１は、圧縮力に対する耐性が弱い励磁部９において凹部の面積が小さいまたは凹部の個数が少ないため、磁束密度の低下を抑制することができる。
【００２８】
したがって、本実施の形態の固定子鉄心１は、その性能の低下を抑制することができる。また、固定子鉄心１を備えたモータも、その性能の低下を抑制することができる。
【００２９】
（実施の形態２）
実施の形態１では、ヨーク部１１の全領域が、励磁部９に比べて表面粗さＲａが大きい場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、ヨーク部１１の一部の領域が、励磁部９に比べて表面粗さＲａが大きくてもよい。単ロール急冷凝固法では、合金薄板２を製造する際に、その幅方向に異なる条件を設定することは比較的容易である。本実施の形態では、合金薄板２の幅方向において表面粗さＲａに差異を設けることにより、ヨーク部１１の一部において、励磁部９よりも表面粗さＲａを大きくする。
【００３０】
図５Ａは、円形に加工される前の合金薄板２を示す平面図である。図５Ａに示すように、合金薄板２の中央部１３は、合金薄板２の幅Ｗの１／２である。また、図５Ａに示すように、合金薄板２の端部１２は、それぞれ、合金薄板２の幅Ｗの１／４である。幅Ｗは、例えば、例えば１２０ｍｍである。
【００３１】
図５Ｂは、図５Ａに示した合金薄板２の表面粗さＲａの分布例を示す図である。図５Ｂに示すように、中央部１３の表面粗さＲａは、両端部１２の表面粗さＲａよりも小さい。
【００３２】
上述した合金薄板２を円形に加工し、その合金薄板２を用いて形成された単板部材４を図６に示す。図６は、単板部材４の平面図である。図６に示す単板部材４において、領域１４は、図５Ａに示した端部１２に相当し、領域１４以外の領域は、図５Ａに示した中央部１３に相当する。よって、この単板部材４において、領域１４の表面粗さＲａは、領域１４以外の領域の表面粗さＲａよりも大きい。なお、図６に示すように、ボルト用穴５は、領域１４に形成されている。
【００３３】
図６に示した単板部材４を用いて、実施の形態１と同様に、固定子鉄心を製造することができる。その固定子鉄心でも、積層された単板部材４同士の接触面積の低減、および、絶縁抵抗の確保の効果を期待できる。また、図５Ａに示した合金薄板２の製造は比較的容易であるため、生産性の向上も期待できる。
【００３４】
（実施の形態３）
合金薄板２の表面の凹凸が磁気特性に影響を与えることは、広く知られている。そのため、上記実施の形態２で説明した単板部材４（図６に示した単板部材４）を用いた固定子鉄心では、固定子鉄心の異方性がモータに要求される性能を満たすことができないことがありうる。
【００３５】
固定子鉄心の異方性の影響を緩和するために、本実施の形態では、図６に示した単板部材４を順次旋回（回転といってもよい）させながら積層する（以下、旋回積層ともいう）ことにより、固定子鉄心を製造する。なお、単板部材４を旋回積層させるとき、固定子鉄心の形状を望ましい形状（詳細は後述）に設計する必要がある。
【００３６】
単板部材４を旋回させる角度は、励磁部９の数をＮとしたときに、３６０°／Ｎの整数倍であればよい。ただし、３６０°／Ｎの整数倍が１８０°の整数倍にならないように設定する。
【００３７】
上述した望ましい形状とは、３６０°／Ｎの整数倍の角度で単体部材４を旋回しても、外形が元の形状と完全に一致する形状である。
【００３８】
ここで、図７Ａ〜図７Ｄを用いて、３枚の単板部材４ａ、４ｂ、４ｃを旋回積層する場合について説明する。図７Ａ〜図７Ｃは、それぞれ、単体部材４ａ〜４ｃの平面図である。図７Ｄは、積層前の単体部材４ａ〜４ｃの斜視図である。
【００３９】
図７Ａ〜図７Ｃに示すように、単体部材４ａ〜４ｃには、９つの励磁部９、および、実施の形態２で説明した２つの領域１４が設けられている。また、単板部材４ａ〜４ｃにおいて、領域１４には、４つのボルト用穴５が形成され、領域１４以外の領域は、２つのボルト用穴５が形成されている。
【００４０】
単体部材４ａは、旋回させていない状態である。単体部材４ｂは、図７Ａに示した単体部材４ａを、単板部材４ａの中心点Ｏを中心として時計回りに１２０度旋回させたものである。単体部材４ｃは、図７Ｂに示した単体部材４ｂを、単板部材４ｂの中心点Ｏを中心として時計回りに１２０度旋回させたものである。
【００４１】
上述した単板部材４ａ〜４ｃを図７Ｄに示すように配置して積層した場合、各領域１４が円周方向にずれることになる。そして、そのように積層された単板部材４ａ〜４ｃの３枚を１組とした単板部材群を複数積層することにより、固定子鉄心を製造することができる。よって、本実施の形態の固定子鉄心では、領域１４の位置を合わせて単板部材４ａ〜４ｃを積層した場合に比べて、単板部材４ａ〜４ｃの凹部に起因する異方性を緩和することができる。
【００４２】
なお、本実施の形態において、単板部材４ａ〜４ｃのそれぞれを１枚ずつ旋回させる場合（換言すれば、１組の単板部材群に単板部材４ａ〜４ｃが１枚ずつ含まれる場合）を例に挙げて説明したが、これに限定されない。単板部材４ａ〜４ｃのそれぞれを複数枚ずつ旋回させてもよい。これにより、より生産性を向上させることができる。
【００４３】
以上のことから、本実施の形態では、磁気特性の異方性を緩和できるとともに、生産性が高く、高性能な固定子鉄心を実現することができる。
【００４４】
なお、本開示は、上記実施の形態１〜３の説明に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本開示の固定子鉄心およびモータは、非晶質磁性体またはナノ結晶構造を有する磁性体の合金薄板を積層する固定子鉄心およびモータに有用である。
【符号の説明】
【００４６】
１  固定子鉄心
２  磁性体の合金薄板
３  絶縁皮膜
４、４ａ、４ｂ、４ｃ  単板部材
５  ボルト用穴
６  ボルト
７  ナット
８  ボルト締結部
９  励磁部
１０  巻き線
１１  ヨーク部
１２  端部
１３  中央部
１４  領域
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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