(57)【要約】【課題】  歩留まりおよび磁気特性を向上させたステータおよび該ステータを備えた回転電機を提供する。【解決手段】  ステータ１００は、圧粉磁心である圧粉コア１３０により構成されたティース部１１０と、ティース部１１０の径方向外方に設けられるヨーク部１２０とを備え、ヨーク部１２０は、圧粉コア１３０の外周上に連続的に巻き付けられてステータ１００の軸方向（ＤＲ１方向）に積層された電磁鋼板１４０を有する。【選択図】        図３
2006280066.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧粉磁心により構成されたティース部と、
前記ティース部の径方向外方に設けられるヨーク部とを備え、
前記ヨーク部は、前記圧粉磁心の外周上に連続的に巻き付けられて積層された積層鋼板部を有する、ステータ。
【請求項２】
前記圧粉磁心は、ティース部を構成する第１部分と、前記第１部分の外周上に設けられ、該第１部分の軸方向端面よりも前記ステータの軸方向に突出する第２部分とを有し、
前記積層鋼板部は、前記第２部分の軸方向端部にまで達するように前記圧粉磁心に巻き付けられて形成される、請求項１に記載のステータ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のステータを備えた、回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステータおよび回転電機に関し、特に、圧粉磁心と電磁鋼板とを用いて作製されるステータおよび該ステータを備える回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄板製のコアと粉体製のコアとを組合わせて形成したステータが従来から知られている。
【０００３】
たとえば、特開２００４−２０１４８３号公報においては、ステータコアのうち軸方向の両端部に１対の粉体製のコアを配設し、それらの間に鋼板を積層してなる鋼板製のコアを挟んで構成したステータが開示されている。
【０００４】
また、特開２００３−１４３７８１号公報においては、積層鋼板によりティース部を構成し、その外周を磁性粉の圧縮成形体で固定したステータが開示されている。
【０００５】
また、ティース部を周方向に分割して形成したステータが従来から知られている。このようなステータは、たとえば、２００３−２４４８７３号公報、特開２０００−２７８８９１号公報、特表２００２−５４４７５３号公報などに記載されている。
【０００６】
また、ステータコアの軸方向端面の一部を凹ませたり軸方向に突出させたりしたステータが従来から知られている。このようなステータは、たとえば、特開２００４−４０９４８号公報、特開２００２−９５１９１号公報、特開２００３−３２９２４号公報、特開２００１−２５１８３号公報などに記載されている。
【特許文献１】特開２００４−２０１４８３号公報
【特許文献２】特開２００３−１４３７８１号公報
【特許文献３】特開２００３−２４４８７３号公報
【特許文献４】特開２０００−２７８８９１号公報
【特許文献５】特表２００２−５４４７５３号公報
【特許文献６】特開２００４−４０９４８号公報
【特許文献７】特開２００２−９５１９１号公報
【特許文献８】特開２００３−３２９２４号公報
【特許文献９】特開２００１−２５１８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
比較的複雑な形状を有するティース部を積層鋼板により形成することで、歩留まりが低下する場合がある。
【０００８】
これに対し、たとえば、特開２００３−２４４８７３号公報においては、ステータのティース部を磁性鉄粉成形体で構成し、ヨーク部の最外周部に電磁鋼板を巻き付けることが開示されているが、ここでの鋼板の巻き付けは「補強」のために行なわれるものであり、ステータの磁気特性を向上させるために、磁性鉄粉成形体の外周上に鋼板を連続的に巻き付けて積層する思想は開示されていない。
【０００９】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、歩留まりおよび磁気特性を向上させたステータおよび該ステータを備えた回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るステータは、圧粉磁心により構成されたティース部と、ティース部の径方向外方に設けられるヨーク部とを備え、ヨーク部は、圧粉磁心の外周上に連続的に巻き付けられて積層された積層鋼板部を有する。
【００１１】
上記構成によれば、ティース部を圧粉磁心で構成することで歩留まりを向上させ、圧粉磁心の外周上に鋼板を連続的に巻き付けて積層することで、ステータの磁気特性を向上させることができる。
【００１２】
ここで、「圧粉磁心の外周上に鋼板を連続的に巻き付けて積層する」とは、圧粉磁心の外周を少なくとも１周するように切れ目なく巻き付けることにより該鋼板を積層させることを意味する。また、「圧粉磁心の外周上に鋼板を巻き付ける」とは、「鋼板を巻回した後に該鋼板の内周に圧粉磁心を組付ける」場合を含む。
【００１３】
上記ステータにおいて、圧粉磁心は、ティース部を構成する第１部分と、第１部分の外周上に設けられ、該第１部分の軸方向端面よりもステータの軸方向に突出する第２部分とを有し、積層鋼板部は、第２部分の軸方向端部にまで達するように圧粉磁心に巻き付けられて形成されることが好ましい。
【００１４】
圧粉磁心の外周部をその軸方向端面から軸方向に突出させ、かつ、該突出部の端部（先端）にまで達するように積層鋼板を巻付けることで、コイルエンド近傍のデッドスペースを利用して磁路の有効断面積を確保することができる。また、圧粉磁心の形状は金型の形状を変化させることで容易に調整することができる。したがって、上記構成によれば、外径が縮小された、すなわち小型化されたステータを容易に得ることができる。
【００１５】
本発明に係る回転電機は、上述したステータを備える。これにより、歩留まりおよび磁気特性に優れた回転電機が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ステータの歩留まりおよび磁気特性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明に基づくステータおよび回転電機の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。
【００１８】
図１は、後述する実施の形態１〜３に係る回転電機を示した軸方向断面図である。図１を参照して、回転電機１は、リング状のステータ１００と、ステータ１００の径方向内方で回転自在に固定されたロータ２００とを備える。なお、以下の説明では、図１におけるＤＲ１方向を「ステータの軸方向」と称し、図１におけるＤＲ２方向を「ステータの周方向」と称する場合がある。
【００１９】
ステータ１００およびロータ２００は、ハウジング（図１においては図示せず）内に形成されている。ステータ１００は、ティース部１１０およびヨーク部１２０を有する。ティース部１１０には、コイル（図１においては図示せず）が巻回される。ロータ２００は、ステータの周方向（ＤＲ２方向）に回転する。
【００２０】
（実施の形態１）
図２は、実施の形態１に係る回転電機に含まれるステータ１００を示した軸方向断面図である。また、図３は、図２に示されるステータ１００を矢印IIIの方向から見た側断面図である。
【００２１】
図２，図３を参照して、本実施の形態に係るステータ１００は、鉄などの磁性粉末を含む粉体を成形した圧粉磁心から構成される圧粉コア１３０と、圧粉コア１３０の外周に巻き付けられた電磁鋼板１４０とを有する。圧粉コア１３０は、主にステータ１００のティース部１１０を構成し、電磁鋼板１４０は、ステータ１００のヨーク部１２０の一部を構成する。
【００２２】
圧粉コア１３０は、周方向に分割されて形成されている。これにより、たとえば集中巻コイルが組付けやすくなる。分割された圧粉コア１３０が組み合わされ、その外周に電磁鋼板１４０が巻き付けられることでステータコアが形成される。
【００２３】
電磁鋼板１４０は、軟磁性材料の薄板である帯状の電磁鋼板（たとえば幅：２〜５ｍｍ程度、厚み：０．２〜０．３５ｍｍ程度）からなり、圧粉コア１３０の外周面に沿って螺旋状に巻き付けられる。これにより、電磁鋼板１４０は、ステータ１００の軸方向（矢印ＤＲ１方向）に積層される。そして、電磁鋼板１４０は、ステータ１００の周方向（矢印ＤＲ２方向）に分割された圧粉コア１３０を締結する。
【００２４】
次に、本実施の形態に係るステータ１００の製造プロセスについて説明する。
【００２５】
まず、圧粉コア１３０を構成する原料粉末を用意する。原料粉末としては、たとえば、純鉄（Ｆｅ）およびＦｅ−Ｓｉのアトマイズ粉末にシリコン系樹脂を０．３ｗｔ％程度混合し、攪拌、乾燥させたものが使用可能である。
【００２６】
次に、所定の面圧（たとえば１１７６ＭＰａ程度）で粉末成形を行なう。成形の手法としては、たとえば、金型潤滑成形法と温間成形法とを組合わせた方法を用いることができる。次に、成形体に熱処理（たとえば、７５０℃×３０ｍｉｎ，Ｎ２雰囲気中）が施される（焼結工程）。以上の工程により、ステータの周方向に分割された分割コアとしての圧粉コア１３０が形成される。
【００２７】
さらに、上記分割コアの単体状態で、コイル組付けを行なう。ここでは、ティース部にコイル（集中巻コイル）を挿入する。
【００２８】
そして、分割コアを周方向（矢印ＤＲ２方向）に整列させて円筒コアを形成し、円筒コアの外周面に沿って電磁鋼板１４０を螺旋状に巻回する。これにより、分割コアが締結される。
【００２９】
なお、電磁鋼板１４０を螺旋状に巻回した後に、巻回された電磁鋼板１４０の内周に圧粉コア１３０を組付けてもよい。
【００３０】
上述したように、本実施の形態に係るステータ１００は、圧粉磁心である圧粉コア１３０により構成されたティース部１１０と、ティース部１１０の径方向外方に設けられるヨーク部１２０とを備え、ヨーク部１２０は、圧粉コア１３０の外周上に連続的に巻き付けられて積層された電磁鋼板１４０を有する。なお、電磁鋼板１４０は、「積層鋼板部」を構成する。
【００３１】
ステータのティース部を電磁鋼板で構成した場合には、歩留まりが低下する場合がある。これに対し、ティース部１１０を圧粉磁心で構成することで歩留まりを向上させることができる。また、ステータ１００においては、圧粉コア１３０の外周に電磁鋼板１４０を連続的に巻き付けることで、ステータ１００の磁気特性を向上させることができる。典型的には、たとえば、電磁鋼板１４０として方向性電磁鋼板を用い、その磁化容易方向をステータ１００の周方向に一致させながら圧粉コア１３０の外周に巻付けることで、ヨーク部１２０においてステータ１００の周方向に磁束が流れやすくなる。また、上記とは異なる観点では、相対的に強度の高い電磁鋼板１４０を圧粉コア１３０の外周に配設することで、ステータ１００の強度向上を図ることができる。
【００３２】
図７は、本実施の形態に係るステータ１００と比較されるステータ１００Ａを示した軸方向断面図である。また、図８は、図７に示されるステータ１００Ａを矢印ＶIIIの方向から見た側断面図である。
【００３３】
図７，図８を参照して、ティース部１１０Ａおよびヨーク部１２０Ａを有するステータ１００Ａにおいては、周方向に分割された圧粉コア１３０Ａの外周上に非磁性リング１４０Ａが取付けるられことにより、周方向に分割された圧粉コア１３０Ａが締結されている。この非磁性リング１４０Ａは、ステータ１００Ａの磁気特性の向上には寄与せず、また、ステータ１００Ａの小型化を阻害する。
【００３４】
これに対し、ステータ１００においては、分割コアである圧粉コア１３０の締結用リングとして、切れ目なく連続的に巻回された電磁鋼板１４０が用いられる。これにより、締結用リングを磁路として活用することができるので、ステータの磁気特性の向上および小型化を図ることができる。
【００３５】
また、ステータ１００においては、圧粉コア１３０の外周に電磁鋼板１４０が螺旋状に巻き付けられている。これにより、圧粉コア１３０の径方向外方において、電磁鋼板１４０がステータ１００の軸方向に積層される。したがって、圧粉コア１３０から電磁鋼板１４０に磁束が流れる際の渦電流損が抑制される。
【００３６】
さらに、電磁鋼板１４０を螺旋状に巻回することで、リング状の電磁鋼板を積層する場合と比較して、歩留まりが向上する。
【００３７】
本実施の形態においては、圧粉コア１３０が周方向に分割された分割コアとして形成される場合について主に説明したが、１つの変形例として、圧粉コア１３０は周方向に一体に形成されてもよい。この場合にも、圧粉コア１３０の周囲に電磁鋼板を巻回して積層させることで、ステータの磁気特性を向上させることができる。
【００３８】
（実施の形態２）
図４は、実施の形態２に係る回転電機に含まれるステータ１００を示した軸方向断面図である。図５は、図４に示されるステータを矢印Ｖの方向から見た側断面図である。
【００３９】
図４，図５を参照して、本実施の形態に係るステータ１００は、実施の形態１に係るステータの変形例であって、圧粉磁心である圧粉コア１３０が、ティース部１１０を構成する第１部分１１００と、第１部分１１００の外周上に設けられ、第１部分１１００の軸方向端面よりもステータ１００の軸方向に突出する第２部分１２００とを有することを特徴とする。なお、第２部分１２００は、ステータ１００のヨーク部１２０の一部を構成する。また、第１と第２部分１１００，１２００は、一体の圧粉磁心として形成される。
【００４０】
電磁鋼板１４０は、典型的には、図５に示すように、第２部分１２００の一方の軸方向端部から他方の軸方向端部にまで達するように設けられる。電磁鋼板１４０は、実施の形態１と同様に、圧粉コア１３０の外周上に螺旋状に巻き付けられて形成される。そして、電磁鋼板１４０は、ステータ１００のヨーク部１２０の一部を構成する。
【００４１】
なお、本実施の形態に係る回転電機においては、ロータ２００の軸方向端面の位置が圧粉コア１３０の第１部分１１００の軸方向端面の位置にほぼ一致する。すなわち、圧粉コア１３０の第２部分１２００は、ロータ２００の軸方向端面よりもステータ１００の軸方向に突出している。
【００４２】
次に、本実施の形態に係るステータ１００の製造プロセスについて説明する。
【００４３】
まず、圧粉コア１３０を構成する原料粉末を用意する。原料粉末としては、実施の形態１と同様のものが使用可能である。
【００４４】
次に、粉末成形および熱処理が行なわれる。本実施の形態においては、金型の形状を実施の形態１と異ならせる。すなわち、上述した第１と第２部分１１００，１２００の形状に対応した形状を有する金型を準備する。なお、粉末成形および熱処理の手法は、実施の形態１と同様である。これにより、ステータ１００の径方向において段差を有する圧粉コア１３０が形成される。
【００４５】
その後、コイルの組付けおよび分割コアの締結が行なわれる。コイル組付けおよびコア締結の手法については、実施の形態１と同様である。
【００４６】
上述したように、圧粉コア１３０の第２部分１２００と電磁鋼板１４０とからなるヨーク部１２０をステータ１００の軸方向に突出させることで、磁路の有効断面積を増大させることができる。換言すると、同一出力の回転電機を形成するためのステータ外径を縮小することができる。そして、電磁鋼板１４０は、分割コアを締結するという機能を有する。
【００４７】
ここで、第２部分１２００の突出高さは、ティース部１１０の軸方向端面上におけるコイル１５０の高さ（または、コイル１５０の高さ以下）程度（たとえば５ｍｍ程度）であることが好ましい。これにより、従来はコイルエンド近傍のデッドスペースであった領域を有効に活用して、磁路の有効断面積を確保することができる。
【００４８】
なお、図４に示されるような形状を有する圧粉コア１３０は、金型を変形させることで容易に作製することができる。
【００４９】
図９は、本実施の形態に係るステータ１００と比較されるステータ１００Ｂを示した軸方向断面図である。また、図１０は、図９に示されるステータ１００Ｂを矢印Ｘの方向から見た側断面図である。
【００５０】
図９，図１０を参照して、ティース部１１０Ｂおよびヨーク部１２０Ｂを有するステータ１００Ｂにおいては、電磁鋼板を積層した鋼板コア１３０Ｂをステータコアとして用いている。この場合、ヨーク部１２０Ｂを軸方向に突出させる段付き構造を形成するためには、別段の工程を設ける必要がある。また、鋼板コア１３０Ｂにおけるヨーク部１２０Ｂを軸方向に突出させたとしても、該コア内を流れる磁束は必ずしも十分に突出部の先端にまで伝達されない。
【００５１】
これに対し、ステータ１００においては、圧粉磁心である圧粉コア１３０に段差が設けられる。この段差は、金型の形状を変更するだけで形成可能であるので、段差を設けるための別段の工程を設ける必要はない。また、突出部である第２部分１２００の軸方向端部には、圧粉コア１３０内を流れる磁束が十分に伝達される。したがって、ステータの軸方向に突出するように形成された部分が、磁路の有効断面積を向上させる部分として十分に機能する。結果として、ステータの外径を縮小することができる（たとえば、図９，図１０に示される構造ではφ１９０（ｍｍ）であったものを、図４，図５に示される構造ではφ１８３（ｍｍ）にすることができる。）。すなわち、図４，図５に示される構成によれば、ステータの小型化を図ることができる。
【００５２】
また、ステータ１００において、電磁鋼板１４０は、第２部分１２００の一方の軸方向端部から他方の軸方向端部にまで達するように設けられている。これにより、締結用リングである電磁鋼板１４０を磁路として有効に活用することができるので、ステータの磁気特性の向上および小型化を図ることができる。
【００５３】
本実施の形態においては、圧粉コア１３０が周方向に分割された分割コアとして形成される場合について主に説明したが、１つの変形例として、圧粉コア１３０は周方向に一体に形成されてもよい。この場合にも、圧粉コア１３０に上述した段差を設けることで、ステータの磁気特性を向上、または、ステータの外径を縮小することができる。
【００５４】
（実施の形態３）
図６は、実施の形態３に係る回転電機に含まれるステータ１００を示した軸方向断面図である。
【００５５】
図６を参照して、本実施の形態に係るステータ１００は、実施の形態１，２に係るステータの変形例であって、圧粉磁心である圧粉コア１３０を、第１コア１３１と第２コア１３２とに分けて形成したことを特徴とする。なお、第１コア１３１は、第２コア１３２との接合面上に凹部を有し、第２コア１３２は、第１コア１３１との接合面上に上記凹部と嵌合する凸部を有する。これにより、第１と第２コア１３１，１３２の位置決めが行なわれる。組み合わされた第１と第２コア１３１，１３２の外周に電磁鋼板１４０が螺旋状に巻き付けられる。
【００５６】
第１コア１３１は、ステータ１００のティース部１１０とヨーク部１２０の一部とを構成する。一方、第２コア１３２および電磁鋼板１４０は、ステータ１００のヨーク部１２０の一部を構成する。
【００５７】
図６に示すように、第１コア１３１におけるヨーク部１２０に含まれる部分の幅は、ティース部１１０の幅と同じまたはそれ以下である。したがって、第１コア１３１の外周側から矢印ＤＲ３の方向にコイル１５０を組付けることが可能である。
【００５８】
次に、本実施の形態に係るステータ１００の製造プロセスについて説明する。
【００５９】
まず、圧粉コア１３０を構成する原料粉末を用意する。原料粉末としては、実施の形態１と同様のものが使用可能である。
【００６０】
次に、粉末成形および熱処理を行なう。本実施の形態においては、金型の形状を実施の形態１と異ならせる。すなわち、上述した第１と第２コア１３１，１３２の形状に対応した形状を有する２種類の金型を準備する。なお、粉末成形および熱処理の手法は、実施の形態１と同様である。
【００６１】
その後、コイルの組付けおよび分割コアの締結が行なわれる。本実施の形態においては、コイル１５０は、ヨーク部１２０側（外周側）から矢印ＤＲ３方向に組付けられる。なお、分割コアの締結の手法については、実施の形態１と同様である。
【００６２】
図１１は、本実施の形態に係るステータ１００と比較されるステータ１００Ｃを示した軸方向断面図である。
【００６３】
図１１を参照して、ティース部１１０Ｃおよびヨーク部１２０Ｃを有するステータ１００Ｃにおいては、圧粉コア１３０Ｃに電磁鋼板を巻き付けることによってステータコアを形成している。ここで、圧粉コア１３０Ｃにおけるヨーク部１２０Ｃを構成する部分の幅は、ティース部１１０Ｃを構成する部分の幅よりも大きい。したがって、コイル１５０Ｃは、ティース部１１０側（内周側）から矢印ＤＲ４の方向に組付ける必要がある。この場合、コイル１５０Ｃはティース先端部１１１Ｃの形状の影響を受ける。したがって、コイル占積率の向上が制限される。換言すると、ティース先端部１１１Ｃの形状は、コイル１５０Ｃの形状の影響を受ける。したがって、ティース先端部１１１Ｃにおける磁路制御が制限される。
【００６４】
これに対し、ステータ１００においては、第１コア１３１の外周側から矢印ＤＲ３の方向にコイル１５０を組付けることが可能である。したがって、ティース先端部１１１の形状による制約を受けることなくコイル１５０の形状を決定することができる。換言すると、コイル１５０の形状による制約を受けることなくティース先端部１１１の形状を決定することができる。したがって、本実施の形態に係るステータによれば、コイル１５０の占積率を向上させること、および、ティース先端部１１１において磁路制御することが容易になる。
【００６５】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、上述した実施の形態１〜３の特徴部分を適宜組合わせることは、当初から予定されている。
【００６６】
また、上述した実施の形態１〜３においては、電磁鋼板１４０を螺旋状に巻回してステータ１００の軸方向に積層する例について主に説明したが、１つの変形例として、圧粉コア１３０の外周において、電磁鋼板１４０を径方向に積層することも考えられる。
【００６７】
このように、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施の形態１〜３に係る回転電機を示した軸方向断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る回転電機に含まれるステータを示した軸方向断面図である。
【図３】図２に示されるステータを矢印IIIの方向から見た側断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る回転電機に含まれるステータを示した軸方向断面図である。
【図５】図４に示されるステータを矢印Ｖの方向から見た側断面図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る回転電機に含まれるステータを示した軸方向断面図である。
【図７】図２に示されるステータと比較されるステータを示した軸方向断面図である。
【図８】図７に示されるステータを矢印ＶIIIの方向から見た側断面図である。
【図９】図４に示されるステータと比較されるステータを示した軸方向断面図である。
【図１０】図９に示されるステータを矢印Ｘの方向から見た側断面図である。
【図１１】図６に示されるステータと比較されるステータを示した軸方向断面図である。
【符号の説明】
【００６９】
１  回転電機、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ  ステータ、１１０，１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ  ティース部、１１１，１１１Ｃ  ティース先端部、１２０，１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃ  ヨーク部、１３０，１３０Ａ，１３０Ｃ  圧粉コア、１３０Ｂ  鋼板コア、１３１  第１コア、１３２  第２コア、１４０  電磁鋼板、１４０Ａ  非磁性リング、１５０，１５０Ｂ，１５０Ｃ  コイル、２００  ロータ、１１００  第１部分、１２００  第２部分。
【図１】
2006280066.tif 000003
【図２】
2006280066.tif 000004
【図３】
2006280066.tif 000005
【図４】
2006280066.tif 000006
【図５】
2006280066.tif 000007
【図６】
2006280066.tif 000008
【図７】
2006280066.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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