(57)【要約】【課題】  電磁鋼板の巻き回しの際に乱れた曲線隅角部の磁気特性が効果的に改善された巻コアおよびその製造方法、モータコアおよびその製造方法、ＳＲモータおよびその製造方法を提供する。【解決手段】  巻コア２の軸心直角方向の断面視形状は、中央に開口部２４を備えるとともに直線部２２と曲線隅角部２３とからなる略矩形または略正方形であり、電磁鋼板は、断面視形状に沿った方向を該電磁鋼板の圧延方向とする方向性電磁鋼板２１が使用され、隣接する方向性電磁鋼板２１の間にはワニス５が充填硬化されている。直線部２２のワニス５の収縮硬化により、曲線隅角部２３には張力が生じ、方向性電磁鋼板２１の巻き回しの際に乱れた曲線隅角部２３の磁気特性が改善される。巻コア２を２分割することによってモータコア３が製造され、モータコア３をステータ側およびロータ側に装着してＳＲモータ１が製造される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁鋼板を巻き回すことによって形成される巻コアであって、
隣接する電磁鋼板の間には、ワニスが充填硬化されていることを特徴とする巻コア。
【請求項２】
前記巻コアの軸心直角方向の断面視形状は、中央に開口部を備えるとともに直線部と曲線隅角部とからなる略矩形または略正方形であり、前記電磁鋼板は、前記断面視形状に沿った方向を該電磁鋼板の圧延方向とする方向性電磁鋼板からなり、隣接する電磁鋼板の間にはワニスが充填硬化されており、直線部におけるワニスの硬化によって曲線隅角部に生じる張力により、電磁鋼板の巻き回しの際に乱れた曲線隅角部の磁気特性が改善されていることを特徴とする巻コア。
【請求項３】
請求項１または２に記載の巻コアが、その軸心方向に２分割されることにより、該軸心方向に直交する方向の断面視形状が略コの字形に形成されてなることを特徴とするモータコア。
【請求項４】
請求項３に記載のモータコアが、ロータおよびステータに装着されていることを特徴とするＳＲモータ。
【請求項５】
電磁鋼板を巻き回すことによって形成される巻コアの製造方法であって、
巻き回された電磁鋼板をワニスに浸漬させることを特徴とする巻コアの製造方法。
【請求項６】
電磁鋼板を巻き回すことによって形成される巻コアの製造方法であって、
既に巻き回されている電磁鋼板上にワニスを滴下した後に電磁鋼板の巻き回しをおこなうことを特徴とする巻コアの製造方法。
【請求項７】
電磁鋼板を巻き回すことによって形成される巻コアの製造方法であって、
ワニスに浸漬させた後の電磁鋼板を巻き回すことを特徴とする巻コアの製造方法。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれかに記載の巻コアの製造方法によって製造された巻コアを、その軸心方向に２分割することにより、該軸心方向に直交する方向の断面視形状が略コの字形のモータコアが製造されることを特徴とするモータコアの製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載のモータコアの製造方法によって製造されたモータコアを、ロータおよびステータに装着することにより、ＳＲモータが製造されることを特徴とするＳＲモータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、巻コアおよびその製造方法、モータコアおよびその製造方法、ＳＲモータおよびその製造方法に係り、特に、電磁鋼板の巻き回しの際に乱れた曲線隅角部の磁気特性が効果的に改善された巻コア、モータコア、と該モータコアからなるＳＲモータ、およびそれらの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のＳＲモータ（スイッチトリラクタンスモータ）は、ステータを構成するリング状のバックヨークの径方向内側へ突出する複数のティースまわりに形成されたコイルに順次通電することにより、中央部のロータを磁気吸引力で回転させる構成が一般的であった。このステータは、円形の電磁鋼板の中央部とティース間のスロットを打ち抜き加工された複数の電磁鋼板を積層することによって形成されている。コイルに通電することによって生じる磁界は、ティースにおいてはステータの径方向に向かう向きに、バックヨークにおいてはステータの周方向にそれぞれ流れる必要があることから、使用される電磁鋼板は、無方向性電磁鋼板が使用されていた。この無方向性電磁鋼板においては、各結晶軸方向ができるだけランダムに配置されている。それに対して、結晶の磁化容易軸をできるだけ圧延方向に揃えた電磁鋼板が方向性電磁鋼板であり、この方向性電磁鋼板は、鋼板の圧延方向に優れた磁気特性を備えている。この方向性電磁鋼板をＳＲモータに適用した発明が特許文献１に開示されている。このＳＲモータは、電磁鋼板を巻き回すことによってできる巻コアを２分割にしてモータコアとし、このモータコアをステータおよびロータにそれぞれ所定数装着させ、ロータとステータをそれぞれの面方向で対向配置した構成のモータである。
【０００３】
一方、発明者等は鋭意検討を重ね、上記と同様に方向性電磁鋼板を使用してなるＳＲモータの開発に成功した。このＳＲモータは、巻コアを２分割してモータコアとし、このモータコアをステータおよびロータに装着することにより形成される。モータコアは、その軸心方向に直交する方向の断面視形状が略コの字形状であり、ステータに装着されるモータコアは、略コの字形状の開放側が中央のロータ側に向くように配設されており、ロータに装着されるモータコアは、略コの字形状の開放側が外周のステータ側に向くように配設されている。すなわち、ステータの内側にロータが配設された構成のモータである。ステータ側、ロータ側ともに、上記モータコアが上下に重ねられ、ステータ側の２つのモータコアにおける略コの字形状の中空部にはコイルが巻き回されることにより、突極が構成される（例えば、４相式の８極ステータ×６極ロータ（８／６構成）など）。
【０００４】
ここで、使用される方向性電磁鋼板は、略コの字形状に沿った方向に圧延方向が向けられている。
【０００５】
ところで、上記する巻コアは、その軸心方向に直交する方向の断面視形状が、その中央部に開口部を備えるとともに直線部と曲線隅角部とからなる略矩形または略正方形に形成されている。これを巻コアの軸心方向に２分割することにより、上記するような断面視形状が略コの字形状のモータコアが形成されることになる。この巻コアの製造に際し、上記する曲線隅角部には変形応力が集中し易く、結果として電磁鋼板の有する磁気特性が低下するといった問題が生じ得る。なお、特許文献１に開示のＳＲモータに関しては、かかる曲線隅角部に生じる磁気特性低減を解消する方策の記載はない。
【特許文献１】特開２００４−２４８３７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、巻き回された電磁鋼板を２分割してなるモータコアにおいて、該モータコアの曲線隅角部に生じ得る磁気特性の低下が改善された巻コア、モータコアと該モータコアからなるＳＲモータと、それらの製造方法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】
【０００７】
前記目的を達成すべく、本発明による巻コアは、電磁鋼板を巻き回すことによって形成される巻コアであって、隣接する電磁鋼板の間には、ワニスが充填硬化されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の巻コアは、巻き回し方向に方向性を備えた方向性電磁鋼板や無方向性電磁鋼板を所定数巻き回すことによって形成される。隣接する電磁鋼板の間には、不飽和ポリエステルや変性ポリエステルなどの一般に巻線を固着する際に使用されるワニスが充填硬化されており、該ワニスの介在により、電磁鋼板同士の固着を図ることができる。
【０００９】
また、本発明による巻コアの好ましい実施形態において、前記巻コアの軸心直角方向の断面視形状は、中央に開口部を備えるとともに直線部と曲線隅角部とからなる略矩形または略正方形であり、前記電磁鋼板は、前記断面視形状に沿った方向を該電磁鋼板の圧延方向とする方向性電磁鋼板からなり、隣接する電磁鋼板の間にはワニスが充填硬化されており、直線部におけるワニスの硬化によって曲線隅角部に生じる張力により、電磁鋼板の巻き回しの際に乱れた曲線隅角部の磁気特性が改善されていることを特徴とする。
【００１０】
巻コアの曲線隅角部においては、既述するように電磁鋼板の巻き回しの際にその磁気特性が乱されている。ところで、磁気特性が乱された部位に張力を与えることにより、ポテンシャルエネルギー的に安定した方向に磁気特性が改善されることは周知の事実である。特に、方向性を備えた方向性電磁鋼板においては、該方向に沿うような張力を与えることにより、磁気モーメントの方向が容易磁化方向に揃う挙動を示すこととなり、磁気特性の改善が顕著である。なお、かかる張力は、例えば電磁鋼板の弾性変形限界となる臨界張力以下であることが望ましい。
【００１１】
巻コアのうち、直線部の面積は曲線隅角部の面積に比して大きく、さらには直線部の方が電磁鋼板間にワニスが充填され易いことから、直線部のワニスが収縮硬化することによって、曲線隅角部にはその反作用としての張力が生じることとなる。かかる張力により、曲線隅角部で乱された磁気特性の改善が図られる。
【００１２】
なお、発明者等の実験によれば、電磁鋼板間にワニスを充填硬化させることにより、モータ性能（磁界強度に対する磁束密度）の向上を図ることが実証されている。なお、この実験結果に関しては、後述する。
【００１３】
また、本発明によるモータコアは、前記巻コアが、その軸心方向に２分割されることにより、該軸心方向に直交する方向の断面視形状が略コの字形に形成されてなることを特徴とする。
【００１４】
本発明のモータコアは、既述するように発明者等によって開発されたＳＲモータに使用されるものである。曲線隅角部の磁気特性が改善された巻コアをその軸心方向に２分割することによって形成される。
【００１５】
また、本発明によるＳＲモータは、前記モータコアが、ロータおよびステータに装着されていることを特徴とする。
【００１６】
このＳＲモータは、３相式の６極ステータ×４極ロータ（６／４構成）や、４相式の８極ステータ×６極ロータ（８／６構成）など、適宜の極数を備えたモータを選定できる。ステータ側、ロータ側ともに、上記モータコアが上下に重ねられ、ステータ側の２つのモータコアにおける略コの字形状の中空部にはコイルが巻き回された構成となる。
【００１７】
曲線隅角部の磁気特性が改善されたモータコアをロータおよびステータに備えたＳＲモータとすることで、出力性能の高いＳＲモータを得ることができる。
【００１８】
また、本発明による巻コアの製造方法は、電磁鋼板を巻き回すことによって形成される巻コアの製造方法であって、巻き回された電磁鋼板をワニスに浸漬させることを特徴とする。
【００１９】
本発明においては、電磁鋼板を巻き回して製造過程の巻コアを形成させ、かかる製造過程の巻コア全体をワニス槽に浸漬させ、その後に焼き付け加工を施すことにより最終の巻コアが製造される。焼き付け加工時に巻コアの直線部のワニスが収縮硬化することにより、曲線隅角部に張力が作用し、かかる部位の磁気特性の改善が図られる。なお、かかる磁気特性の改善効果は、無方向性電磁鋼板に比して方向性電磁鋼板の方が顕著であることが発明者等により実証されている。
【００２０】
また、本発明による巻コアの製造方法の好ましい実施形態は、電磁鋼板を巻き回すことによって形成される巻コアの製造方法であって、既に巻き回されている電磁鋼板上にワニスを滴下した後に電磁鋼板の巻き回しをおこなうことを特徴とする。
【００２１】
本発明においては、電磁鋼板の巻き回しに際し、既に巻き回されている電磁鋼板上に所定量のワニスを滴下させ、その後に電磁鋼板の巻き回しがおこなわれる。電磁鋼板を巻き回した後に巻コア全体をワニス槽に浸漬させる方法に比べて、隣接する電磁鋼板間にワニスが確実に介装されることとなり、曲線隅角部にはより所望張力に近い張力を作用させることが可能となる。電磁鋼板の巻き回し後は、焼き付け加工を経て巻コアが製造される。
【００２２】
また、本発明による巻コアの製造方法の好ましい実施形態は、電磁鋼板を巻き回すことによって形成される巻コアの製造方法であって、ワニスに浸漬させた後の電磁鋼板を巻き回すことを特徴とする。
【００２３】
本発明においては、電磁鋼板の巻き回しに際して、まず電磁鋼板をワニス槽に通す。ワニス槽から出た電磁鋼板を対向配置された２つのローラ間に通すことにより、電磁鋼板表面のワニスを均一化するとともに付着ワニス量の調整が可能となる。２つのローラ間を通った後の電磁鋼板を巻き回し、その後に焼き付け加工がおこなわれる。
【００２４】
本発明によれば、電磁鋼板表面のワニス量を精度よく調整することができ、所望の張力を曲線隅角部に作用させることが可能となる。
【００２５】
また、本発明によるモータコアの製造方法は、前記巻コアの製造方法によって製造された巻コアを、その軸心方向に２分割することにより、該軸心方向に直交する方向の断面視形状が略コの字形のモータコアが製造されることを特徴とする。
【００２６】
さらに、本発明によるＳＲモータの製造方法は、前記モータコアの製造方法によって製造されたモータコアを、ロータおよびステータに装着することにより、ＳＲモータが製造されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
以上の説明から理解できるように、本発明の巻コア、モータコア、と該モータコアからなるＳＲモータ、およびそれらの製造方法によれば、電磁鋼板内にワニスが充填硬化されることにより、電磁鋼板の巻き回しの際に乱れた曲線隅角部の磁気特性を効果的に改善することができ、その結果としてモータの出力性能の向上を図ることができる。また、電磁鋼板として方向性電磁鋼板を使用することにより、出力性能の向上効果はより顕著となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明のＳＲモータの一実施形態を示した模式図を、図２は、巻コアに作用する収縮力と張力を示した模式図をそれぞれ示している。図３〜図５は、それぞれ本発明の巻コアの製造方法の実施形態を示した図である。図６は、電磁鋼板間にワニスが介装されていない無方向性電磁鋼板からなるＳＲモータと、本発明の巻コアの製造方法によって製造された無方向性電磁鋼板からなるＳＲモータとの出力性能を比較した実験結果であり、それぞれの磁界強度と磁束密度の関係を示したグラフを、図７は、電磁鋼板間にワニスが介装されていない方向性電磁鋼板からなるＳＲモータと、本発明の巻コアの製造方法によって製造された方向性電磁鋼板からなるＳＲモータとの出力性能を比較した実験結果であり、それぞれの磁界強度と磁束密度の関係を示したグラフをそれぞれ示している。なお、図示するＳＲモータは、その大略を示したものであり、図示する４相式の８極ステータ×６極ロータ構成のモータに本発明のＳＲモータが限定されるものでないことは勿論のことである。
【００２９】
図１は、本発明のＳＲモータ１の一実施形態の大略を示したものである。ＳＲモータ１を構成する外周のステータには８組のモータコア３，３，…が周方向に等間隔で配設されることによって８つの突極が形成されており、その内側のロータには、６組のモータコア３，３，…が同様に周方向に等間隔で配設されて６つの突極が形成されている。モータコア３は、その軸心方向に直交する方向の断面形状が略コの字形状に成形されており、ステータ側、ロータ側ともに、２つのモータコア３，３が上下に重ね合わされて１組の突極を形成している。ステータ側のモータコア３とロータ側のモータコア３は、それぞれの開口側が相互に対向するように配設されている。また、ステータ側のモータコア３，３においては、双方の中空部間に略示する導線が巻き回されてコイル４が形成されている。このコイル４に順次通電されることによって磁界が生じ、ロータのモータコア３，３が磁気吸引力で吸引されることによりロータが回転できる。
【００３０】
図１に示すモータコア３は、図２に示す巻コア２をその軸心方向に沿って２分割することにより形成されるものである。巻コア２は、例えば巻き回し方向に方向性を有する方向性電磁鋼板２１を巻き回すことによって形成される。ここで、重ね合わされる方向性電磁鋼板２１の間には、ワニスが充填硬化している。モータコア３をその断面視形状が略コの字形状となるように成形するために、巻コア２は、図２に示すように、その軸心方向に直交する方向の断面視形状が、中央に開口２４を有しつつ、直線部２２，２２，２２，２２と曲線隅角部２３，２３，２３，２３とからなる略矩形（または略正方形）に成形される。
【００３１】
巻コア２の巻き回しに際し、曲線隅角部２３近傍は直線部２２に比して、方向性電磁鋼板２１の磁気特性が乱され、その結果、磁束の流れが阻害され、モータの出力性能の低下に繋がる。そこで、重ね合わされる方向性電磁鋼板２１の間にワニスを介装させ、焼き付け加工によって硬化させる。その場合、直線部２２の面積は曲線隅角部２３の面積に比して大きく、さらには直線部２２の方がワニスが充填され易いことから、直線部２２のワニスが収縮硬化することにより（矢印Ｘ方向）、曲線隅角部２３にはその反作用としての張力が生じることとなる（矢印Ｙ方向）。かかる張力によって曲線隅角部２３近傍の乱された磁気特性が改善される。
【００３２】
次に、図３〜５に基づいて、重ね合わされた方向性電磁鋼板２１間にワニスを介装（充填）させる方法について説明する。
【００３３】
図３は、予め方向性電磁鋼板２１を巻き回して巻コア２の全体形状を作り上げた後に、この巻コア２をワニス槽７内に浸漬させ、ワニス５を方向性電磁鋼板２１内に含浸させる方法を示している。巻コア２をワニス槽７内に所定時間浸漬させた後にワニス槽７から取り出し、巻コア２全体を焼き付け加工することにより、巻コア２が製造される。
【００３４】
一方、図４は、方向性電磁鋼板２１の巻き回しに際し、既に巻き回された方向性電磁鋼板２１上に自動連続的にノズル６，６からワニス５，５を滴下させ、方向性電磁鋼板２１の巻き回しをおこなう方法を示している。かかる方法においては、巻き回し速度と、ワニス５の滴下量を調整することが必要となる。さらに、滴下後のワニス５が巻き回された方向性電磁鋼板２１にて押し広げられた際に、ワニスの未充填箇所がないようにノズル６の数や配設間隔等を調整することも必要となる。
【００３５】
図５は、方向性電磁鋼板２１をまずワニス槽７に通し、次に、ワニス槽７から出てきた方向性電磁鋼板２１を対向する２つのローラ８，８間に通した後に、巻き回しをおこなう方法を示している。ローラ８，８間の間隔は、方向性電磁鋼板２１表面に付着したワニス５が表面全体で均一で、かつ所望の厚みとなるように設定されている。
【００３６】
この方法によれば、所望の張力を生じさせるに当たって必要となるワニス量の微調整を精度よく管理することが可能となる。
【００３７】
次に、発明者等がおこなった、実験結果について説明する。この実験は、ワニスが電磁鋼板間に充填されている場合と充填されていない場合において、一定の磁界強度に対する磁束密度を比較したものである。ここで、使用する電磁鋼板を方向性電磁鋼板を使用した場合（図７）と、無方向性電磁鋼板を使用した場合（図６）で実験をおこなっている。さらに、電磁鋼板間にワニスが充填されているモータにおいては、ワニスの充填方法として上記する３つの方法ごとにモータを製造し、比較をおこなっている。なお、以下、図３に示すワニス槽に巻コアを浸漬させる方法を方法１とし、図４に示すワニスを滴下する方法を方法２とし、図５に示すワニス槽を通った電磁鋼板を巻き回す方法を方法３とそれぞれ略称する。
【００３８】
図６は、無方向性電磁鋼板を使用した場合の実験結果を示したものであり、グラフＸはワニスが充填されていないモータコアからなるＳＲモータを、グラフＹは方法１によって製造されたモータコアからなるＳＲモータを、グラフＺは方法２によって製造されたモータコアからなるＳＲモータを、グラフＷは方法３によって製造されたモータコアからなるＳＲモータをそれぞれ示している。また、図７は、方向性電磁鋼板を使用した場合の実験結果であり、グラフＸ、Ｙ、Ｚ、Ｗは図６と同様のケースを示している。
【００３９】
図６，７より、一定の磁界強度（一定電流）に対する磁束密度は、ワニスが充填されている方が高い値となっており、これは、上記する曲線隅角部の磁気特性の改善によるものである。また、方法１，２，３の順に磁束密度が高くなる傾向となっており、これは、この方法の順に、電磁鋼板間に充填されるワニスが、電磁鋼板表面全体により均一に充填されていること、および、所望のワニス厚管理がより精度良くおこなわれていることの結果である。
【００４０】
また、図６と図７を比較することにより、方向性電磁鋼板を使用する方が、より大きなモータ出力が得られることが理解でき、改めて、方向性電磁鋼板からなるモータコアを装着したＳＲモータが出力性能に優れていることが分かる。
【００４１】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明のＳＲモータの一実施形態を示した模式図。
【図２】巻コアに作用する収縮力と張力を示した模式図。
【図３】本発明の巻コアの製造方法の一実施形態を示した図。
【図４】本発明の巻コアの製造方法の他の実施形態を示した図。
【図５】本発明の巻コアの製造方法の他の実施形態を示した図。
【図６】電磁鋼板間にワニスが介装されていない無方向性電磁鋼板からなるＳＲモータと、本発明の巻コアの製造方法によって製造された無方向性電磁鋼板からなるＳＲモータとの出力性能を比較した実験結果であり、それぞれの磁界強度と磁束密度の関係を示したグラフ。
【図７】電磁鋼板間にワニスが介装されていない方向性電磁鋼板からなるＳＲモータと、本発明の巻コアの製造方法によって製造された方向性電磁鋼板からなるＳＲモータとの出力性能を比較した実験結果であり、それぞれの磁界強度と磁束密度の関係を示したグラフ。
【符号の説明】
【００４３】
１…ＳＲモータ、２…巻コア、２１…方向性電磁鋼板、２２…直線部、２３…曲線隅角部、２４…開口部、３…モータコア、４…コイル、５…ワニス、６…スポイト、７…ワニス槽、８…ローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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