(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非晶質の磁性箔帯を巻取りして構成される磁性鉄心において、
前記磁性箔帯の複数回の巻取りにより作製される前記磁性箔帯の積層体を複数備え、
前記積層体間に樹脂が充填されており、
前記積層体間に充填される前記樹脂と一体となってつながっている樹脂により覆われていることを特徴とする磁性鉄心。
【請求項２】
請求項１記載の磁性鉄心において、
前記積層体間にスペーサを備える磁性鉄心。
【請求項３】
請求項１記載の磁性鉄心において、
前記磁性鉄心は、前記磁性箔帯を巻取る軸方向に対して垂直な面での断面形状は、円、長円、楕円、または略多角形である磁性鉄心。
【請求項４】
請求項１記載の磁性鉄心において、
鉄心占積率が８０％以上であるように、前記積層体間に前記樹脂が充填されている磁性鉄心。
【請求項５】
非晶質の磁性箔帯を積層して構成される磁性鉄心において、
前記磁性鉄心は、請求項１に記載の巻取り形状の磁性鉄心を切断して得られる分割された磁性鉄心であり、形状が略六面体で、切断面が前記磁性箔帯の積層体と前記樹脂との繰り返しで構成されており、切断面以外の面が前記樹脂で覆われている磁性鉄心。
【請求項６】
請求項５記載の磁性鉄心において、
前記分割された磁性鉄心の前記切断面を構成する樹脂は、前記切断面以外の面を覆う樹脂と一体となってつながっている磁性鉄心。
【請求項７】
固定子を備えるアキシャルギャップ型回転電機において、
前記固定子の鉄心に、請求項１、２、５及び６のいずれか１項記載の磁性鉄心を用いることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項８】
回転子を備えるアキシャルギャップ型回転電機において、
前記回転子の継鉄部に、請求項１、２、５及び６のいずれか１項記載の磁性鉄心を用いることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項９】
固定子と回転子とを備えるアキシャルギャップ型回転電機において、
前記固定子の鉄心と前記回転子の継鉄部とに、請求項１、２、５及び６のいずれか１項記載の磁性鉄心を用いることを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項１０】
請求項８記載のアキシャルギャップ型回転電機において、
前記磁性鉄心と前記回転子を構成する磁石とは、前記樹脂に埋め込まれて一体となっているアキシャルギャップ型回転電機。
【請求項１１】
請求項１または２記載の磁性鉄心と、コイルとで構成された静止機。
【請求項１２】
電磁鋼板または冷間圧延鋼板を巻取りして構成される磁性鉄心において、
前記電磁鋼板または前記冷間圧延鋼板の複数回の巻取りにより作製される前記電磁鋼板または前記冷間圧延鋼板の積層体を複数備え、
前記積層体間に樹脂が充填されており、
前記積層体間に充填される前記樹脂と一体となってつながっている樹脂により覆われており、
鉄心占積率が８０％以上である磁性鉄心。
【請求項１３】
非晶質の磁性箔帯を所定の回数巻き取る工程を、スペーサを介在させて複数回行う工程
と、
前記スペーサによって前記磁性箔帯の間に形成される空隙に樹脂を充填させる工程と、
を含むことを特徴とする磁性鉄心の製造方法。
【請求項１４】
樹脂が充填される空隙を設けるためのスペーサを介在させて、非晶質の磁性箔帯を巻き、前記磁性箔帯の積層体を作製する工程と、
前記磁性箔帯の積層体を、前記空隙を有する形状を保ったまま金型に配置する工程と、
前記金型に配置した前記磁性箔帯の積層体に、射出成型またはトランスファーモールドにより樹脂を注入する工程と、を含むことを特徴とする磁性鉄心の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非晶質の磁性箔帯や鋼板を利用する鉄心の構造に関する。さらに、この鉄心を固定子や回転子として利用する回転電機、およびリアクトルや変圧器の鉄心として利用する静止機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、産業用機器や家電品、自動車部品などにおいて、省エネルギー化の必要性が重要視されるようになってきた。現在、国内の火力、水力、原子力、風力などの発電所において作られる電気のほとんどは、電磁応用製品である回転電機（発電機）を用いて作られている。また、国内で使用される電力使用量のうちの半分以上は、回転電機の駆動によって消費されている。さらに、これらの電力を送電する際に使用される変圧器やリアクトルなどの静止機も電磁応用製品である。これらの電磁応用製品は、鉄心部に軟磁性材料が用いられており、この鉄心部の損失を低減することで、高効率化が実現可能になる。また、上記の電磁応用製品には、高効率化と同時に低コスト化も求められている。
【０００３】
回転電機の基本的構造は、軟磁性材料による鉄心と、コイルと、永久磁石などから構成されている。そして、この回転電機の損失は、鉄損と銅損に大別される。鉄損は、軟磁性材料の特性によって決まる。銅損は、コイルの抵抗値、すなわち占積率によって決まり、巻線をコンパクトな構造にすればするほど、損失を小さくすることができる。効率を高めるのは、これらの損失を小さくするように回転電機の形状や寸法などを設計することによって達成されるが、材料の特性を変更することでも、高効率化に寄与できる。
【０００４】
静止機においても同様であり、静止機を構成する軟磁性材料の鉄心とコイルは、鉄損と銅損を有し、これらの損失が小さいほど、効率の良い機械となる。
【０００５】
アモルファス金属は、軟磁性材料の中でもトップクラスの低鉄損特性を有している。しかし、アモルファス金属は、急速冷却して非晶質体を形成する方法で製造されるために、薄い箔帯（リボン状）の形態でしか構成できない。このため、鉄心として形状をなすことが困難であり、これまでは上述のような電磁応用製品に採用されていなかった。
【０００６】
アモルファスを鉄心として利用する一例として、巻鉄心がある。巻鉄心は、箔帯を巻き取るだけで構成できるので、アモルファスの加工性の悪さや、薄くて扱いにくいなどの欠点を補うことが可能である。巻鉄心を切断して分割せずに、そのままの形状でモータに利用する場合には、アキシャルギャップモータ（アキシャルギャップ型回転電機）のような構成が適している。
【０００７】
アキシャルギャップ型回転電機の基本的な構造には、特許文献１に示されるような構造がある。この構造は、ティース部と継鉄部を有しており、軸方向に一箇所しかトルク出力に寄与する対向面を持たない。また、ティースから、継鉄部に磁束を流す構造であるため、３次元的に磁束が流れることを考慮した軟磁性材料を用いる必要がある。これらの要求を満たすためには、圧粉磁心など、磁気特性が３次元的に等方性を有する材料を利用する必要があるが、これらの材料は、一般的に使用される珪素鋼板などに比べて透磁率が低いことや、鉄損が大きいことから、小形化が困難という課題がある。
【０００８】
上記課題を解決するための方法として、軸方向に２面の対向面を設けて、鉄心をアモルファスで構成する技術がある。この技術の課題点は、鉄心の製作方法である。鉄心を製造する場合には、巻鉄心を切断して分割し個々の固定子鉄心を得るが、巻鉄心は、この切断に耐えうるように固定して高強度化する必要がある。このために、巻鉄心の周囲と箔帯間の隙間に樹脂を含浸して切断に耐えうる強度を得る方法が考えられるが、このような構造を実現するためには、樹脂の含浸は、真空または減圧雰囲気下で行う必要があり、ひとつの鉄心を製造するのに時間を要してしまうという課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−２８７２１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記の従来技術の課題点である、巻鉄心、特にアモルファス箔帯巻鉄心の高強度化と、製造時間の短縮、製造コスト低減を同時に満足させ、良質な磁性鉄心を提供することを目的とする。また、この磁性鉄心の応用として、高効率で小形の電磁応用製品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明による磁性鉄心は、次のような特徴を有する。
【００１２】
非晶質の磁性箔帯を巻取りして構成される磁性鉄心において、前記磁性箔帯の複数回の巻取りごとに樹脂が充填されていることを特徴とする。
【００１３】
前記磁性鉄心は、前記磁性箔帯の複数回の巻取りごとにスペーサを介して前記樹脂が充填されているのが好ましく、前記磁性箔帯の複数回の巻取りごとに充填される前記樹脂と一体となってつながっている樹脂により覆われているのが好ましい。
【００１４】
さらに、非晶質の磁性箔帯を積層して構成される磁性鉄心において、前記磁性鉄心は、上記の巻取り形状の磁性鉄心を切断して得られる分割された磁性鉄心であり、形状が略六面体で、切断面が前記磁性箔帯の積層体と前記樹脂との繰り返しで構成されており、切断面以外の面が前記樹脂で覆われている。
【００１５】
前記分割された磁性鉄心の前記切断面を構成する樹脂は、前記切断面以外の面を覆う樹脂と一体となってつながっているのが好ましい。
【００１６】
また、本発明による磁性鉄心は、電磁鋼板または冷間圧延鋼板を巻取りして構成される磁性鉄心において、前記電磁鋼板または前記冷間圧延鋼板の複数回の巻取りごとに樹脂が充填されており、鉄心占積率が８０％以上である磁性鉄心である。
【００１７】
また、本発明によるアキシャルギャップ型回転電機は、次のような特徴を有する。
【００１８】
少なくとも固定子と回転子とを備えるアキシャルギャップ型回転電機において、少なくとも前記固定子の鉄心と前記回転子の継鉄部のいずれかに、上記の磁性鉄心を用いることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明による静止機は、上記の磁性鉄心とコイルとで構成される。
【００２０】
また、上記課題を解決するために、本発明による磁性鉄心の製造方法は、次のような特徴を有する。
【００２１】
非晶質の磁性箔帯を所定の回数巻き取る工程を、スペーサを介在させて複数回行う工程と、前記スペーサによって前記磁性箔帯の間に形成される空隙に樹脂を充填させる工程とを含むことを特徴とする。
【００２２】
また、樹脂が充填される空隙を設けるためのスペーサを介在させて、非晶質の磁性箔帯を巻き、前記磁性箔帯の積層体を作製する工程と、前記磁性箔帯の積層体を、前記空隙を有する形状を保ったまま金型に配置する工程と、前記金型に配置した前記磁性箔帯の積層体に、射出成型またはトランスファーモールドにより樹脂を注入する工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、アモルファス箔帯、電磁鋼板、または冷間圧延鋼板を巻き取って積層した鉄心を高強度に保持することが可能となり、この巻鉄心を切断する場合や、回転電機、静止機などの電磁応用製品に適用する場合の信頼性を向上できる。また、このような巻鉄心を短時間で安価に製造することができ、巻鉄心を利用した電磁応用製品の高効率化と低価格化を同時に満足することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施例におけるアモルファス箔帯を積層した固定子鉄心の構造を示す図である。
【図２（ａ）】本発明の第１実施例におけるアモルファス箔帯積層鉄心を軸方向から見た図である。
【図２（ｂ）】本発明の第１実施例におけるアモルファス箔帯積層鉄心の、軸方向に対して平行な面での断面図である。
【図３（ａ）】本発明の第１実施例におけるアモルファス箔帯積層鉄心の切断形状を示す斜視図である。
【図３（ｂ）】本発明の第１実施例におけるアモルファス箔帯積層鉄心の切断形状を示す上面図である。
【図４（ａ）】本発明の第１実施例におけるアモルファス箔帯積層鉄心を、アキシャルギャップモータの固定子鉄心として使用する場合の固定子を示す図である。
【図４（ｂ）】本発明の第１実施例におけるアモルファス箔帯積層鉄心を、アキシャルギャップモータの固定子鉄心として使用する場合の組立図である。
【図５（ａ）】本発明の第２実施例におけるアモルファス箔帯積層鉄心の製造に用いる、周方向全周にわたる絶縁材を示す図である。
【図５（ｂ）】本発明の第２実施例におけるアモルファス箔帯積層鉄心の、軸方向に対して平行な面での断面図である。
【図６（ａ）】本発明の第３実施例におけるアモルファス箔帯積層鉄心の製造に用いる金型を示す図である。
【図６（ｂ）】本発明の第３実施例における金型と巻き取ったアモルファス箔帯とを示す図である。
【図６（ｃ）】本発明の第３実施例における金型を用いて製造したアモルファス箔帯積層鉄心を示す図である。
【図７（ａ）】本発明の第４の実施例におけるアモルファス箔帯の巻鉄心を示す図である。
【図７（ｂ）】本発明の第４の実施例における巻鉄心と円盤と磁石との組立構造を示す図である。
【図７（ｃ）】本発明の第４の実施例における巻鉄心を用いたアキシャルギャップモータの回転子の構成を示す図である。
【図７（ｄ）】本発明の第４の実施例における巻鉄心を用いたアキシャルギャップモータの回転子を示す図である。
【図８（ａ）】本発明の第５の実施例におけるアモルファス箔帯積層鉄心を示す図である。
【図８（ｂ）】本発明の第５の実施例におけるアモルファス箔帯積層鉄心の断面図である。
【図８（ｃ）】本発明の第５の実施例におけるアモルファス箔帯積層鉄心をリアクトルに利用した例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明は、非晶質磁性体の箔帯（アモルファス箔帯）を巻いて構成した磁性鉄心（巻鉄心）を製作する際に、あらかじめ樹脂が配置されるための空隙を設けてアモルファス箔帯を巻き、このアモルファス箔帯の積層体を、空隙を有する形状を保ったまま金型などに配置して、樹脂を射出成型またはトランスファーモールドなどにより注入して巻鉄心を製作し、樹脂とアモルファス箔帯の積層体とが交互に配置される構造とすることで、巻鉄心の強度を高めることを特徴とするものである。非晶質磁性体としては、例えば、鉄基アモルファスやコバルト基アモルファスを用いることができる。
【００２６】
空隙は、アモルファス箔帯を巻き取る際に、絶縁材のスペーサを挟み込んで介在させることで作成する。具体的な空隙の作成方法は、アモルファス箔帯を巻き取る際に、所定の複数回の巻取りごとに絶縁材を周方向に複数個配置して空隙を確保しつつ、巻取りを行うような形態が望ましい。また、周方向に複数個の絶縁材の配置が困難な場合においては、巻取る箔帯の幅方向（巻鉄心の軸方向）に、周方向全域にわたる絶縁材（例えばリング状の絶縁材）を１個または複数個配置する方法も考えられる。
【００２７】
アモルファス箔帯の積層体間に挟み込む絶縁材の厚さは、射出成型やトランスファーモールド法などによって樹脂が流動する限界寸法とすることが望ましい。絶縁材が厚いと、鉄心部材中の絶縁部の領域が大きくなり、鉄心占積率を著しく低下させるために好ましくない。また、絶縁材が薄すぎると、空隙内で樹脂が流動できずにボイド（空隙）となり、巻鉄心を切断した際などにはボイド部分より剥離が生じる可能性がある。
【００２８】
本発明で用いているアモルファスと樹脂とのハイブリッド材料は、３次元的に樹脂が結合される構造となるため、切断などの方法によって巻鉄心の一部を切り取る場合においても、有効である。
【００２９】
なお、巻取るアモルファス箔帯として電磁鋼板や冷間圧延鋼板を用いた場合にも、上記と同様の効果が得られる。
【００３０】
さらに、本発明による磁性鉄心は、円筒形状のものだけでなく、アモルファス箔帯を巻取る軸方向に対して垂直な面での断面が、円、長円、楕円、または略多角形など、各種の形状での実施が可能である。本明細書において、長円とは、対向する２本の直線とこれらをつなぐ２つの円弧とから構成される形状、およびそれに類似する形状である。また、略多角形とは、角が円弧などの曲線である多角形や、辺が曲線である多角形であり、完全な多角形も含む。
【００３１】
また、本発明による磁性鉄心は、切断加工して固定子に用いる鉄心形状とし、電磁応用製品に適用する回転電機や静止機の固定子や回転子鉄心として構成可能である。
【００３２】
以下、本発明による磁性鉄心の実施例を、図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００３３】
本発明による磁性鉄心の第１の実施例について、図１から図４を用いて説明する。
【００３４】
図１に、本発明による、アモルファス箔帯を非晶質の磁性箔帯として利用する鉄心（巻鉄心）を切断して分割し、固定子に用いる形状とした鉄心を示す。
【００３５】
この鉄心１０２は、略六面体の形状であり、図１に示す上面、下面、および側面のうち対向する２面は、樹脂で覆われている。側面のうち、残りの対向する２面は、アモルファス箔帯４の積層体と薄い樹脂部８とが見える面となる。ここで、略六面体とは、面と面との接続部に曲率がある六面体や、面が曲面である六面体であり、完全な六面体も含む。
【００３６】
側面のうち、アモルファス箔帯４の積層体と薄い樹脂部８とが見える面は、巻鉄心を切断した際の切断面であり、アモルファス箔帯４の積層体と樹脂部８との繰り返しで構成されている。また、側面のうち、樹脂で覆われている面は、切断面ではない面である。
【００３７】
なお、図１では、アモルファス箔帯４は図の左右方向に積層されている。樹脂部８は、アモルファス箔帯４の複数枚の積層毎に配置されており、上面と下面を覆う樹脂部８と一体となってつながっている。上面と下面は、磁石と対向するギャップ面１０６となる。
【００３８】
アモルファス箔帯４の積層体間に配置される樹脂部８は、アモルファス箔帯４の複数枚毎に、周期的に、または非周期的に複数配置されるが、いずれの樹脂部８も、前述のように鉄心１０２の上面と下面を覆う樹脂部８と一体となってつながっている。図１では、鉄心１０２の一部を切り欠いて内部構造を示しているが、アモルファス箔帯４の積層体間に配置される樹脂部８は、鉄心１０２の内部においても、周方向および軸方向に連続的にアモルファス箔帯４の積層体間に配置されており、アモルファス箔帯４をしっかりと保持する構造となっている。
【００３９】
図２（ａ）と図２（ｂ）に、図１に示した鉄心１０２の製造方法の一例を示す。
【００４０】
図２（ａ）は、アモルファス箔帯４を円環状に巻き取るリング状コア（図示せず）の軸方向から、製造過程にある巻鉄心を見た図である。図２（ａ）では、アモルファス箔帯４の積層体の間に、絶縁材２が周方向に８個、径方向に２個、計１６個配置され、空隙３が形成されている。
【００４１】
アモルファス箔帯４は、巻鉄心の内側から巻き取るが、周回数を複数回巻いた時点で、図のように周方向８か所に絶縁材２を配置する。この例では、周回数は４０回を想定しており、厚さ０．０２５ｍｍのアモルファス箔帯４を４０巻きするので、アモルファス箔帯４の積層体の厚さは約１．０ｍｍとなる。
【００４２】
絶縁材２は、アモルファス箔帯４を巻き取る軸方向に連続して伸びている構造のものを用いる。絶縁材２としては、例えばエンジニアリングプラスチック製のものを用いる。絶縁材２の位置決めは、仮止めのため、粘着テープまたは接着材などで固定しても良い。絶縁材２の厚さは、例えば０．２ｍｍ程度と設定している。
【００４３】
周方向８か所に絶縁材２を配置した後、さらに、絶縁材２の上にアモルファス箔帯４を巻き進めて空隙３を形成し、再度４０巻きした時点で、先ほどと同様に０．２ｍｍ厚の絶縁材２を配置し、さらにアモルファス箔帯４を巻き進める、といった具合にして巻鉄心を製作する。
【００４４】
このように、厚さ０．０２５ｍｍのアモルファス箔帯４の４０回の巻取りに対して、すなわち、アモルファス箔帯４の積層体の厚さを１．０ｍｍとして、空隙３の隙間寸法を０．２ｍｍとすることで、本発明による磁性鉄心は、８０％の鉄心占積率を得ることができる。鉄心占積率は、モータ（回転電機）に必要な磁化特性を得るためには８０％以上が必要である。従って、本実施例ではアモルファス箔帯４を４０回巻き取る毎に絶縁材２を配置したが、４０回以上巻き取る毎に絶縁材２を配置し、鉄心占積率が８０％以上になるようにすることもできる。
【００４５】
図２（ｂ）は、アモルファス箔帯４を巻き取った後に樹脂をモールドした構造の巻鉄心の、図２（ａ）の切断線Ａ−Ａにおける断面図である。樹脂は、巻鉄心の全体を覆う形でモールドするものとする。また、樹脂は、アモルファス箔帯４の積層体の内部には入り込まず、絶縁材２を挟み込んだ空隙３の部分（図２（ａ）参照）だけに充填される。このようにして、巻鉄心の樹脂部８が形成される。
【００４６】
この樹脂のモールド方法には、短時間で成形を行える射出成型法やトランスファーモールド法などが適している。樹脂の種類については、流れ性の良い樹脂なら何でもよいが、強度を確保するために、熱可塑性であれば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＯＭ（ポリオキシメチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥＥＫ（ポリエテルエーテルケトン）、ＬＣＰ（液晶ポリマ）などのエンジニアリングプラスチックが望ましい。また、流れ性に問題は残るが、これらにフィラーを入れたグレードなどで強度を増す方法も考えられる。熱硬化性樹脂であれば、エポキシや不飽和ポリエステルなどが適している。これらは流れ性が良いため、０．２ｍｍの隙間にも低圧力で含浸することが可能である。さらに、熱の伝達を良くするために、シリカやアルミナを含んだ樹脂を使用することも効果的である。
【００４７】
図３（ａ）と図３（ｂ）に、このように樹脂をモールドした構造の巻鉄心を切断して分割し、固定子に用いる鉄心とする概念を示した。図３（ａ）は、巻鉄心の斜視図であり、図３（ｂ）は上面図である。図中の点線は、鉄心１０２（ａ）と鉄心１０２（ｂ）を得るときの切断線を示している。
【００４８】
巻鉄心は、通常、砥石などによって切断することが可能である。図３（ｂ）を用いて、切断形状について説明する。切断形状は、鉄心１０２（ａ）のように、巻鉄心の中心軸から径方向に向かう方向（法線方向）の切断線２００に沿って切断刃を入れ、周方向に等分割して得られる形状や、法線方向に角度をつけた切断線２０１に沿って切断して得られる形状などが考えられる。複雑な形状への加工も実現可能ではあるが、製造コストを考えると得策では無いとも判断できる。このように巻鉄心を切断して、図１に示したアモルファス箔帯の積層体からなる固定子鉄心を得ることが可能である。
【００４９】
通常、アモルファス箔帯は、厚さが２５μｍと非常に薄い。これは、アモルファスが急冷法で製造されるために、厚い材料ができないことが原因である。磁性材料として使用される鉄基のアモルファス金属は、溶けた鉄を高速で回転するロール上に落として、急速に冷却された状態とし、薄い箔帯状にして巻き取る方法で製造される。これによって出来たアモルファス箔帯は、一方の面が、非常に面粗さが細かい鏡面状の面となる。このアモルファス箔帯によって出来た巻鉄心は、内側か外側のどちらか一方の面が鏡面状の面となるため、樹脂モールド構造によっては、その面粗さが金型の面よりも細かい場合があり、切断するときに樹脂とアモルファス表面とが剥離を起こしやすいという問題がある。
【００５０】
このため、従来は巻鉄心の最内周層と最外周層にしか存在しなかった樹脂部を、本発明のように巻鉄心の最内周層と最外周層との間にも複数個所設け、この樹脂部も巻鉄心の上面や下面の樹脂部と一体となってつながった構造とすることで、樹脂部だけで巻鉄心の強度を増し、アモルファス箔帯の積層体を保持する構造とすることができる。
【００５１】
図４（ａ）と図４（ｂ）に、このアモルファス箔帯の積層鉄心を用いた回転電機の構成の一例を示す。この例では、アキシャルギャップ型モータの固定子鉄心に、図１に示した本発明による鉄心を用いる構造を示している。本発明による鉄心１０２は、軸方向に対して垂直な面での断面が略扇型形状を有しており、アキシャルギャップ型モータの固定子鉄心の一極分として利用する。図４（ａ）と図４（ｂ）に示した例では、磁石極が６極、固定子磁極が９個の回転電機の例を示している。
【００５２】
固定子は、図４（ａ）に示すように、周方向に９個配置された鉄心１０２のそれぞれの周囲に、巻き線された導体であるコイル１３が配置される。鉄心１０２は、図３（ａ）、図３（ｂ）を用いて説明したように巻鉄心を切断して得られる分割された磁性鉄心である。鉄心１０２とコイル１３で構成される固定子の中央部分には、軸受け（ベアリング）を保持するための部材であるベアリング保持部１２が配置されている。ベアリング保持部１２は、これらの関係を維持して固定するための固定用部材（固定子鉄心保持部）としても機能している。これらの部材の外側に、これらの位置関係を維持したままハウジング１４を配置し、固定子が構成される。
【００５３】
回転子は、図４（ｂ）に示すように、６個の磁石１７を、回転する磁性体の円盤１８の片面に等間隔にＳ極とＮ極とが交互に並ぶように配置し、接着などの方法によって固定する。回転子は、２個作製し、固定子の上下に配置する。一方の回転子の円盤１８は、中央部にシャフト１５が圧入、焼嵌め、接着などの方法によって固定されており、片面の内側部（中央付近）に、ベアリング１６が配置される。
【００５４】
図４（ａ）と図４（ｂ）では、ベアリング保持部１２は、前述の固定子鉄心保持部と一体の構造として示している。すなわち、ベアリング保持部１２は、固定子鉄心保持部を兼ねている。ベアリング保持部１２は、アキシャルギャップ型モータのベアリング１６を配置可能である。ベアリング保持部１２の軸方向中央部に保持部材が配置されていて、この保持部材の軸方向両側にベアリング１６が配置される。
【００５５】
本実施例では、このベアリング保持部１２と固定子鉄心保持部とを一体の構成で示したが、個別に製造したベアリング保持部と固定子鉄心保持部とを組み合わせて、このような構成にすることも可能である。例えば、円筒状のベアリング保持部と、中空の円盤状で内径が円形である固定子鉄心保持部とを、圧入、焼嵌め、隙間嵌めなどの手段を用いて組み立てて、上述の構成とすることができる。
【００５６】
最後に、固定子に２個の回転子を組み入れる。まず、シャフト１５が固定されている回転子の円盤１８に配置されたベアリング１６を、固定子のベアリング保持部１２に組み込む。次に、ベアリング保持部１２の、回転子を組み込んだ側と反対側に、別のベアリング１６を組み付ける。最後に、もう１個の回転子を、先に組み込んだ回転子のシャフト１５に組み込み、圧入、焼嵌め、接着などの方法によって固定する。このような方法で組み立てて、アキシャルギャップ構造のモータを得る。アモルファスで構成された鉄心１０２は、高透磁率、低鉄損特性を有するので、非常に効率の良いモータを得ることができる。
【実施例２】
【００５７】
本発明による磁性鉄心の第２の実施例について、図５と図６を用いて説明する。
【００５８】
第１の実施例では、アモルファス箔帯を巻き取る際に、巻き取る軸方向に連続して伸びている構造の絶縁材を、巻き取る方向（周方向）の複数個所に挟み込んで、アモルファス箔帯の間に空隙を設ける構造とした。第２の実施例は、周方向に連続して伸びている絶縁材を挿入する例である。
【００５９】
図５（ａ）は、アモルファス箔帯４と本実施例の絶縁材２とを示した図である。図５（ａ）に示すように、アモルファス箔帯４を複数回（例えば、第１の実施例と同様に４０回）巻き取った後、このアモルファス箔帯４の積層体の軸方向（図５（ａ）では上下方向）の少なくとも一部に、全周にわたって連続したリング状の絶縁材２を配置する。図５（ａ）では、アモルファス箔帯４の積層体の軸方向中央部に、１個の絶縁材２を配置している。これにより、周方向に均一に空隙を確保可能である。
【００６０】
図５（ｂ）は、この構造でアモルファス箔帯４を巻き取った後に樹脂をモールドした巻鉄心の断面図であり、第１の実施例の図２（ｂ）と同様の位置の断面を示している。断面を見ると、絶縁材２を配置した軸方向中央部分には絶縁材２が残っており、その周囲も含めて巻鉄心の全体は樹脂部８で覆われている。従って、本実施例でも巻鉄心の強度を向上することができ、第１の実施例と同様の効果が得られる。
【実施例３】
【００６１】
本発明による磁性鉄心の第３の実施例について、図６を用いて説明する。
【００６２】
図６は、本発明による磁性鉄心の樹脂を充填するための空隙を、金型を用いて作成する方法について示している。
【００６３】
まず、図６（ａ）に示すような、薄い突起が周方向に配置されたリング状の金型９を準備する。図６（ａ）の例では、突起は周方向に８個あり、この突起により、樹脂を流し込む空隙を作製する。図６（ａ）に示した金型９では空隙は一層分のみできるが、空隙が多層になるように径の異なる金型を組み合わせて用いてもよい。
【００６４】
次に、図６（ｂ）に示すように、金型９の突起を、巻き取ったアモルファス箔帯４の径方向中間部に挿入し、さらにアモルファス箔帯４を巻き進める。アモルファス箔帯４を所定の回数だけ巻いたのち、射出成型などの金型中へ金型９ごと配置して、射出成型を行う。
【００６５】
樹脂成型を行った後に、金型９を取り除くと、図６（ｃ）に示すような形に巻鉄心が成形される。このような方法でも巻鉄心の強度を向上することができ、前述した実施例と同様の効果が得られる。
【実施例４】
【００６６】
本発明による磁性鉄心の第４の実施例について、図７を用いて説明する。
【００６７】
第１から第３の実施例では、固定子側に本発明による磁性鉄心を利用する方法について述べた。本発明による磁性鉄心は、強度が高いために、回転子としても利用可能である。
【００６８】
図７（ａ）は、アモルファス箔帯の巻鉄心を、極力薄く（すなわち軸方向に短く）作成したものを示している。本実施例の薄い鉄心（巻鉄心）１０２は、アモルファス箔帯を細くスリット加工したものを巻いて製作するため、比較的簡単に作成することができる。また、図７（ａ）に示すように、アモルファス箔帯４は、複数枚毎に絶縁材２によって空隙３を空けて巻いている。
【００６９】
図７（ｂ）は、この巻鉄心１０２と、巻鉄心１０２の外側と下部を保持するための保持部である円盤１８との組立構造を示している。巻鉄心１０２を円盤１８へ組み付けた後、磁石１７を巻鉄心１０２の上面に接着などの方法を用いて仮に固定する。
【００７０】
図７（ｃ）は、巻鉄心１０２に磁石１７を８枚配置して、アキシャルギャップモータの回転子を構成した図である。このような構造とすることにより、磁石１７の裏側（下側）を通る磁束の変化で発生する渦電流損を低減することができる。
【００７１】
最後に、磁石１７の本固定法として、巻鉄心と磁石１７と円盤１８の全体を樹脂モールドによって固着する。図７（ｄ）には、磁石１７と巻鉄心とを含む回転子全体を樹脂部８によってモールドした構造を示す。これによって、巻鉄心の空隙部分に樹脂が入り込み、強度が高く保てるとともに、樹脂が磁石の表面を覆うため、風損（機械的な損失）の低減にも効果がある。
【実施例５】
【００７２】
本発明による磁性鉄心の第５の実施例について、図８を用いて説明する。
【００７３】
図８（ａ）は、本実施例における鉄心を示す。本実施例での鉄心１０２は、軸方向に対して垂直な面での断面が、対向する２本の直線とこれらをつなぐ２つの円弧とから構成される長円形状である。アモルファス箔帯を、円形ではなく、長円状に巻取りすると、このような形状の鉄心を製作できる。通常、リアクトル、変圧器などの静止機の鉄心は、このような形状となることが多い。
【００７４】
このような形状にアモルファス箔帯を巻き取る場合においても、第１の実施例で示した巻取り方法を採用し、アモルファス箔帯を複数回巻くごとに、絶縁材で空隙を確保しながら巻き取っていく。そして、最後に全体を樹脂モールド（射出成型、トランスファーモールド）して、空隙に樹脂を充填させた形状とする。これにより、アモルファス箔帯は複数枚毎に電気的に絶縁され、固定強度の高いアモルファスの鉄心が得られる。
【００７５】
図８（ｂ）には、モールド後の鉄心１０２を、長円形状の長手方向の中央で切断した斜視図を示す。アモルファス箔帯４の積層体と樹脂部８とが入り組んで構成されており、鉄心の切断時にもアモルファスの剥離などの問題が無い。
【００７６】
図８（ｃ）は、本実施例での磁性鉄心を利用したリアクトルを示した図である。本実施例での鉄心１０２に、コイル１３を２個配置してリアクトルとしている。
【００７７】
なお、本実施例では、鉄心１０２の軸方向に対して垂直な面での断面形状が長円形の場合を示したが、断面形状が略多角形などでも本発明は有効であり、鉄心の形状は問わない。
【００７８】
以上の実施例で述べた巻鉄心は、リアクトル、変圧器、チョークコイル用鉄心、ノイズフィルタ用鉄心、トロイダル巻き線を有する電気機械などに利用可能であり、応用できる範囲が広い。例えば、本発明による磁性鉄心は、アキシャルギャップ型回転電機において、固定子の鉄心や回転子の継鉄部に用いることができ、磁性鉄心と回転子を構成する磁石とが樹脂に埋め込まれて一体となっている構成にすることもできる。
【００７９】
本発明による磁性鉄心は、鉄心部の損失を低減することで高効率化が達成できるとともに、アモルファス箔帯の積層体間に樹脂が配置されるので高強度化も実現できる。また、容易に製作できるので、製造時間の短縮や製造コストの低減が図れる。
【００８０】
本発明によれば、アモルファス金属の高透磁率特性を有効に利用することが可能となるため、高効率化と小形化により電磁応用製品の性能の向上が期待できるほか、製造工程の簡易化、磁石材料の低級化などによる低コスト化も可能であり、高性能で経済的な製品を得ることが可能となる。本発明による磁性鉄心は、電気のほとんどを製造し、または消費する電磁応用製品に使用されるため、大幅なＣＯ２削減などの効果があり、地球環境問題対策ともなり得る。
【００８１】
また、以上の実施例では、アモルファス箔帯で構成される巻鉄心について説明してきたが、薄い鉄板（冷間圧延鋼板や薄手の電磁鋼板）などで構成される磁性鉄心についても、同様の効果がある。磁性鉄心を冷間圧延鋼板や電磁鋼板で構成する場合も、モータ（回転電機）に必要な磁化特性を得るために、鉄心占積率は８０％以上が必要である。従って、鉄心占積率が８０％以上になるように、冷間圧延鋼板や電磁鋼板を所定の回数巻き取ったら絶縁材を配置し、樹脂を充填するための空隙を設ける。その後は、アモルファス箔帯を用いた場合と同様にして、巻鉄心を製作する。鋼板を用いて構成した磁性鉄心も、アモルファス箔帯で構成される磁性鉄心と同様に、例えば、回転電機の固定子の鉄心や回転子の継鉄部、および静止機の鉄心に用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明による磁性鉄心は、小型、高効率、低騒音を目的としたアキシャルギャップタイプのブラシレスモータに応用することができる。また、本発明による磁性鉄心を用いたアキシャルギャップ構造のモータは、薄形、高効率のファンシステム等、一般的なモータシステムに応用することが可能である。さらに、本発明による磁性鉄心は、リアクトル、変圧器、チョークコイル用鉄心、ノイズフィルタ用鉄心、トロイダル巻き線を有する電気機械など、広範囲に利用可能である。
【符号の説明】
【００８３】
２…絶縁材、３…空隙、４…アモルファス箔帯、８…樹脂部、９…金型、１２…ベアリング保持部、１３…コイル、１４…ハウジング、１５…シャフト、１６…ベアリング、１７…磁石、１８…円盤、１０２…鉄心、１０６…ギャップ面、２００…巻鉄心の法線方向の切断線、２０１…巻鉄心の法線方向に角度をつけた切断線。
【図１】
0005442388.tif 000002
【図２（ａ）】
0005442388.tif 000003
【図２（ｂ）】
0005442388.tif 000004
【図３（ａ）】
0005442388.tif 000005
【図３（ｂ）】
0005442388.tif 000006
【図４（ａ）】
0005442388.tif 000007
【図４（ｂ）】
0005442388.tif 000008
【図５（ａ）】
0005442388.tif 000009
【図５（ｂ）】
0005442388.tif 000010
【図６（ａ）】
0005442388.tif 000011
【図６（ｂ）】
0005442388.tif 000012
【図６（ｃ）】
0005442388.tif 000013
【図７（ａ）】
0005442388.tif 000014
【図７（ｂ）】
0005442388.tif 000015
【図７（ｃ）】
0005442388.tif 000016
【図７（ｄ）】
0005442388.tif 000017
【図８（ａ）】
0005442388.tif 000018
【図８（ｂ）】
0005442388.tif 000019
【図８（ｃ）】
0005442388.tif 000020