(57)【要約】【課題】ステータコアのヨーク部ではその円周方向に、ティース部ではアキシャル方向に、夫々透磁率を高くすることで、アキシャルギャップモータの出力を向上させることができるアキシャルギャップモータのステータコアと、そのアキシャルギャップモータのステータコアの製造方法を提供することを課題とする。【解決手段】ステータコア１は、表面に絶縁被膜が施された偏平形状の金属磁性粉末５を圧粉成形した圧粉磁性体で形成されており、偏平形状の金属磁性粉末５は、その長軸方向が、ステータコア１のヨーク部２ではその円周方向に、ステータコア１のティース部３ではアキシャル方向に、夫々配向している。【選択図】図１
2011030334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータとロータが回転軸の軸方向に対向して配置されたアキシャルギャップモータのステータコアであって、
前記ステータコアは、円盤状のヨーク部と、そのヨーク部から円周方向に間隔を置いてロータ側に突設した複数のティース部より構成されており、そのティース部の外周面にはコイルが巻回されていると共に、
前記ステータコアは、表面に絶縁被膜が施された偏平形状の金属磁性粉末を圧粉成形した圧粉磁性体で形成されており、
前記偏平形状の金属磁性粉末は、その長軸方向が、前記ヨーク部ではその円周方向に、前記ティース部ではアキシャル方向に、夫々配向していることを特徴とするアキシャルギャップモータのステータコア。
【請求項２】
偏平形状の金属磁性粉末を、ステータコアの圧粉成形型内に一部空間を残した状態で充填した後、
前記圧粉成形型の上方と下方に夫々配置された磁場発生器により前記圧粉成形型の上下面側に夫々同一の極性を発生させた状態で、磁場中成形を行い、
前記偏平形状の金属磁性粉末のうち、前記ステータコアのヨーク部を形成する前記金属磁性粉末の長軸方向をその円周方向に配向させると共に、前記ステータコアのティース部を形成する前記金属磁性粉末の長軸方向をアキシャル方向に配向させた状態で、圧粉成形を行うことを特徴とするアキシャルギャップモータのステータコアの成形方法。
【請求項３】
前記圧粉成形は、静水圧プレスで実施することを特徴とする請求項２記載のアキシャルギャップモータのステータコアの成形方法。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車、電気自動車等の輸送機の回転機（モータ）並びに発電機、或いはその他の産業機器用の回転機等に用いられるアキシャルギャップモータを構成するステータコアと、そのステータコアの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車、燃料電池自動車、電気自動車等の輸送機の回転機や発電機（以下、モータと説明するが、発電機も回転機と基本的に同じ構造であるため、発電機の説明については省略する。）は、車両に搭載されるため、小型で高出力であることが求められている。
【０００３】
また、モータの中でもアキシャルギャップモータは、コイルで発生する界磁磁場と永久磁石の磁束の作用面積を大きくさせやすいモータであるため、モータを高トルクにすることができるとして期待されている。このアキシャルギャップモータのステータの磁路方向は、例えば、図１に両方向矢印で示すように、円盤状のヨーク部ではその円周方向であるのに対し、外周面にコイルが巻回されたティース部ではアキシャル方向（回転軸の軸方向）であるため、必然的にアキシャルギャップモータにおけるステータは、円周方向とアキシャル方向の両方向での透磁率が高いことが求められる。
【０００４】
一般的にモータのコア材としては、電磁鋼板を打ち抜いて積層する積層コアが用いられているが、この積層コアは各鋼板面内での透磁率は高いものの、積層方向の透磁率が低いため、ラジアルギャップモータのコア材としては適しているが、円周方向とアキシャル方向の両方向での透磁率が高いことが求められるアキシャルギャップモータのコア材として用いることには不向きである。
【０００５】
以上のような理由もあって、アキシャルギャップモータのコア材としては、金属磁性粉末を圧粉成形した圧粉コアが検討されており、アキシャルギャップモータのコア材として、等方的な磁気特性を有する圧粉コアを使用したモータが、特許文献１として提案されている。
【０００６】
この特許文献１には特に詳細な記載はないが、コア材に偏平形状の金属磁性粉末を用いると、その金属磁性粉末の長軸方向の透磁率が高くなって異方性を生じるため、等方的な磁気特性を有する圧粉コアには、球形に近い、例えばアスペクト比が５未満の金属磁性粉末がコア材として使用されている。
【０００７】
一方、モータの出力を向上させるためには、コイルで発生する界磁磁場を大きくする必要があり、圧粉コアに用いる金属磁性粉末には透磁率が高い金属磁性粉末、すなわち、偏平形状の金属磁性粉末を用いることが有効と考えられる。しかしながら、先に説明したように偏平形状の金属磁性粉末を圧粉コアに用いると異方性を生じるという矛盾が発生するため、従来の技術では、偏平形状の金属磁性粉末をアキシャルギャップモータのステータコアを構成する圧粉コアに用いることはできず、モータ性能を向上することが困難であるのが実情であり、その点がアキシャルギャップモータに圧粉コアを用いる上での大きな問題点となっていた。
【０００８】
以上が、圧粉コアを使用したアキシャルギャップモータの現状であるが、偏平形状の金属磁性粉末を用いた異方性コアとしては、ノイズフィルタなどの電源部品に用いた事例として特許文献２に記載の技術が、また、モータコアに用いた事例としては特許文献３に記載の技術が夫々提案されている。しかしながら、これらの先行技術は、その何れもが面内方向での異方性を持たせた技術であり、それら先行技術をそのままアキシャルギャップモータのステータコアに適用したとしても、円周方向とアキシャル方向の両方向で透磁率を高くすることは不可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−９４９５５号公報
【特許文献２】特開平８−１６７５１８号公報
【特許文献３】特開２００２−１００５２２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、上記従来の問題を解消せんとしてなされたもので、ステータコアのヨーク部ではその円周方向に、ティース部ではアキシャル方向に、夫々透磁率を高くすることで、アキシャルギャップモータの出力を向上させることができるアキシャルギャップモータのステータコアと、そのアキシャルギャップモータのステータコアの製造方法を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１記載の発明は、ステータとロータが回転軸の軸方向に対向して配置されたアキシャルギャップモータのステータコアであって、前記ステータコアは、円盤状のヨーク部と、そのヨーク部から円周方向に間隔を置いてロータ側に突設した複数のティース部より構成されており、そのティース部の外周面にはコイルが巻回されていると共に、前記ステータコアは、表面に絶縁被膜が施された偏平形状の金属磁性粉末を圧粉成形した圧粉磁性体で形成されており、前記偏平形状の金属磁性粉末は、その長軸方向が、前記ヨーク部ではその円周方向に、前記ティース部ではアキシャル方向に、夫々配向していることを特徴とするアキシャルギャップモータのステータコアである。
【００１２】
請求項２記載の発明は、偏平形状の金属磁性粉末を、ステータコアの圧粉成形型内に一部空間を残した状態で充填した後、前記圧粉成形型の上方と下方に夫々配置された磁場発生器により前記圧粉成形型の上下面側に夫々同一の極性を発生させた状態で、磁場中成形を行い、前記偏平形状の金属磁性粉末のうち、前記ステータコアのヨーク部を形成する前記金属磁性粉末の長軸方向をその円周方向に配向させると共に、前記ステータコアのティース部を形成する前記金属磁性粉末の長軸方向をアキシャル方向に配向させた状態で、圧粉成である。
【００１３】
請求項３記載の発明は、前記圧粉成形は、静水圧プレスで実施することを特徴とする請求項２記載のアキシャルギャップモータのステータコアの成形方法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の請求項１記載のアキシャルギャップモータのステータコアによると、ステータコアのヨーク部ではその円周方向に、ティース部ではアキシャル方向に、夫々透磁率を高くすることができるので、アキシャルギャップモータの出力を向上させることができ、高出力なアキシャルギャップモータを構成することができる。
【００１５】
本発明の請求項２記載のアキシャルギャップモータのステータコアの成形方法によると、偏平形状の金属磁性粉末の長軸方向を、ステータコアのヨーク部ではその円周方向に、ティース部ではアキシャル方向に、夫々配向させることが成形時に極めて容易にできる。
【００１６】
本発明の請求項３記載のアキシャルギャップモータのステータコアの成形方法によると、アキシャル方向に長軸の方向が配向するティース部の金属磁性粉末が、圧粉成形時に座屈することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態のアキシャルギャップモータのステータコアを用いて組み立てたアキシャルギャップモータの要部を示す縦断面斜視図である。
【図２】同実施形態のアキシャルギャップモータのステータコアを示す斜視図である。
【図３】アキシャルギャップモータのロータおよび回転軸を示す分解斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態のアキシャルギャップモータのステータコアの成形方法を示すもので、磁場を発生させて金属磁性粉末を配向させる前の状態を示す縦断面図である。
【図５】同実施形態のアキシャルギャップモータのステータコアの成形方法を示すもので、磁場を発生させて金属磁性粉末を配向させた状態を示す縦断面図である。
【図６】実施例での試験に用いた発明例のアキシャルギャップモータのステータコアの一単位を示し、図１とは直交する方向の縦断面図である。
【図７】実施例での試験に用いた比較例１のアキシャルギャップモータのステータコアの一単位を示し、図１とは直交する方向の縦断面図である。
【図８】実施例での試験に用いた比較例２のアキシャルギャップモータのステータコアの一単位を示し、図１とは直交する方向の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて更に詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明のアキシャルギャップモータＡのステータコア１を用いて組み立てたアキシャルギャップモータＡの要部の縦断面を示し、図中の両方向矢印はステータコア１のヨーク部２、ティース部３での磁路方向を夫々示している。また、図２は、アキシャルギャップモータＡのステータコア１を示す斜視図であり、図３は、アキシャルギャップモータＡのロータＣおよび回転軸Ｄを示す分解斜視図である。
【００２０】
図１に示すように、アキシャルギャップモータＡは、一対のステータＢ，Ｂと、それらステータＢ，Ｂの間に挟まれるようにして配置されたロータＣが、回転軸Ｄの周囲に設けられて構成されている。ロータＣは回転軸Ｄの周囲に固定されているのに対し、ステータＢは回転軸Ｄには固定されてはおらず、それらステータＢ，ＢとロータＣは、回転軸Ｄの軸方向に対向して配置されている。
【００２１】
ステータコア１は、図１および図２に示すように、円盤状のヨーク部２と、そのヨーク部２から円周方向に間隔を置いてロータＣ側に突設する複数のティース部３より構成されている。また、ティース部３のヨーク部２寄りの外周面にはコイル４が巻回されて、ステータコア１とコイル４でステータＢが構成されている。また、ステータコア１は、図４および図５に示すような鉄粉や鉄基合金粉末等の金属磁性粉末（軟磁性粉末）５を圧粉成形した圧粉磁性体で形成されている。
【００２２】
この金属磁性粉末５の形状は偏平形状であり、圧粉磁性体を形成する全ての金属磁性粉末５のアスペクト比（長軸／短軸）の平均は５〜２０であることが好ましい。このアスペクト比が５以上であると、長軸方向の透磁率を確実に高くすることができる。一方、アスペクト比が２０を超えると長軸方向が長くなり過ぎるため、後述する製造工程において、金属磁性粉末５の長軸方向を、ティース部３でアキシャル方向に配向させることが困難となる。
【００２３】
また、金属磁性粉末５の表面には絶縁被膜が形成されている。絶縁被膜の素材としては、リン酸系化成被膜やクロム系化成被膜などの無機物や樹脂を用いることができる。樹脂としては、例えば、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、スチレン樹脂、アクリル樹脂、スチレン／アクリル樹脂、エステル樹脂、ウレタン樹脂、ポリエチレンなどのオレフィン樹脂、カーボネート樹脂、ケトン樹脂、フッ化メタクリレートやフッ化ビニリデンなどのフッ素樹脂、ＰＥＥＫなどのエンジニアリングプラスチックまたはその変性品などを使用することができる。
【００２４】
こうした絶縁被膜の中でも、その絶縁被膜をリン酸系化成被膜とすれば、絶縁被膜の電気絶縁性を特に向上させることができる。リン酸系化成被膜は、オルトリン酸（Ｈ３ＰＯ４）などの化成処理によって生成するガラス状の被膜であり、電気絶縁性に優れているからである。更にそのリン酸系化成被膜の上面にシリコーン樹脂被膜を形成して二重の被膜とすれば、高度な耐熱性を有する絶縁被膜を形成することができる。
【００２５】
また、偏平形状の金属磁性粉末５の長軸方向は、ヨーク部２ではその円周方向に、ティース部３ではアキシャル方向（回転軸Ｄの軸方向）に、夫々配向しており、この点が本発明の最大の特徴点となっている。すなわち、金属磁性粉末５は長軸方向で透磁率が高くなるので、ステータコア１は、ヨーク部２ではその円周方向の、ティース部３ではアキシャル方向の、透磁率が夫々高くなっている。
【００２６】
尚、先に図１の両方向矢印は、夫々ステータコア１のヨーク部２、ティース部３での磁路方向を示していると先に説明したが、この矢印は、金属磁性粉末５の長軸方向とも略一致しており（詳しくは、金属磁性粉末５の長軸方向は曲線状ではなく直線状である。）、図１の両方向矢印は、金属磁性粉末５の長軸方向も併せて示している。
【００２７】
また、ロータＣは、図１および図３に示すように、永久磁石９と、その永久磁石９の上下面を被覆するようにして設けられた金属磁性粉末５を圧粉成形した圧粉磁性体等よりなる被覆板１０，１０と、それら永久磁石９および被覆板１０を支持するフレーム１１より構成されている。
【００２８】
永久磁石９は、ロータＣの円周方向に向けてＮ極、Ｓ極が交互に設けられており、その個数は限定しないが必ず偶数個である必要がある。被覆板１０は、金属磁性粉末５の圧粉磁性体等よりなると説明したが、金属磁性粉末５はステータコア１に用いられる偏平形状の金属磁性粉末５でなくても良い。フレーム１１は、回転軸Ｄに固定された複数本の放射状骨部と、円形の外周部より構成されており、隣り合う放射状骨部と外周部で囲まれた扇形の空間に永久磁石９および被覆板１０が設けられて固定されている。尚、図３には永久磁石９および被覆板１０は一組しか図示していないが、実際は前記した全ての扇形の空間に永久磁石９および被覆板１０が設けられて固定される。
【００２９】
次に、本発明のアキシャルギャップモータＡのステータコア１の成形方法について、図４および図５に基づき説明する。
【００３０】
本発明のアキシャルギャップモータＡのステータコア１を成形するにあたっては、偏平形状の金属磁性粉末５を準備する。この偏平形状の金属磁性粉末５は、アスペクト比の平均が５〜２０の範囲内にあることが望ましい。
【００３１】
まず、図４に示すように、この偏平形状の金属磁性粉末５を、ステータコア１の一単位を成形する圧粉成形金型６内に充填する。その金属磁性粉末５の充填量は、圧粉成形金型６の内部に僅かに空間７が残る程度とする。この圧粉成形金型６内に金属磁性粉末５を充填した時点で、金属磁性粉末５の長軸方向は、ランダムではあるが全て水平方向に配向した状態となる。
【００３２】
尚、ステータコア１の一単位と説明したが、ここで述べるステータコア１の一単位とは、ステータコア１のうち、一つのティース部３を含む範囲のことを示す。このようにステータコア１の一単位毎に成形することが、偏平形状の金属磁性粉末５の長軸方向を、ヨーク部２でその円周方向に、ティース部３でアキシャル方向に、夫々配向させることが確実にできることで望ましい。
【００３３】
次に、圧粉成形金型６の上方と下方に、電気磁石などの磁場発生器８，８を夫々配置する。この上下方の磁場発生器８，８により、磁場を発生させ、圧粉成形型６の上下面側に夫々同一の極性を発生させた状態で、磁場中成形による圧粉成形を実施する。
【００３４】
この磁場中成形では、磁束の方向が図４の破線矢印で示す方向となるので、成形されるステータコア１のヨーク部２を形成する金属磁性粉末５は向きを変え、その長軸の方向が全て図４の左右方向（完成したステータコア１の円周方向）に配向する。一方、ステータコア１のティース部３を形成する金属磁性粉末５の上部には空間７が形成されているので、金属磁性粉末５は磁束の方向に合わせて立ち上がり、長軸方向は全て図４の上下方向（完成したステータコア１のアキシャル方向）に配向することとなる。
【００３５】
以上で、ステータコア１の一単位の圧粉成形は終了するが、このステータコア１の一単位は一つのティース部３を含む範囲だけであるため、同じ形状の圧粉磁性体（ステータコア１の一単位）を複数個圧粉成形した後で、これら複数個の圧粉磁性体を接合することでステータコア１は完成する。
【００３６】
尚、ここでは、ステータコア１は、一つのティース部３を含む範囲毎、すなわち、ステータコア１の一単位毎に圧粉成形する方法を説明したが、ステータコア１は、偏平形状の金属磁性粉末５の長軸方向を、ヨーク部２でその円周方向に、ティース部３でアキシャル方向に、夫々配向させることができさえすれば、一体に圧粉成形しても良いことは勿論である。
【００３７】
また、この圧粉成形は、一軸に加圧する一般的なプレスにより実施することができるが、ティース部３のアキシャル方向に長軸方向が配向した金属磁性粉末５が、条件によれば成形時に座屈する可能性もあるので、静水圧プレスで実施することが好ましい。
【実施例】
【００３８】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で適宜変更を加えて実施することも可能であり、それらは何れも本発明の技術的範囲に含まれる。
【００３９】
本実施例では、神戸製鋼所製の偏平鉄粉２９０ＰＣ−２を用いて、図６に示す発明例と、図７に示す比較例１のアキシャルギャップモータＡのステータコア１を静水圧プレスによる圧粉成形により作製した。また、神戸製鋼所製の球状鉄粉３００ＮＨを用いて、図８に示す比較例２のアキシャルギャップモータＡのステータコア１を静水圧プレスによる圧粉成形により作製した。各ステータコア１の作製にあたっての静水圧プレスのプレス圧は１０００ＭＰａとし、磁場中成形における配向磁場は１０ｋＯｅとした。
【００４０】
尚、発明例のステータコア１では、金属磁性粉末５の長軸方向が、ヨーク部２ではその円周方向に、ティース部３ではアキシャル方向に夫々配向しているが、比較例１のステータコア１では、成形時に空間を形成しなかったため、ティース部３を構成する金属磁性粉末が向きを変えることができず、金属磁性粉末の長軸方向は全て円周方向に配向している。
【００４１】
本実施例では、以上の方法で成形した各ステータコア１のヨーク部２とティース部３における、アキシャル方向（表１ではＡ方向と示す。）および円周方向の透磁率を、理研電子製の直流磁気測定装置「ｍｏｄｅｌ−５０」を用いて夫々測定した。測定結果は表１に示す通りである。尚、図６〜図８において、アキシャル方向は上下方向であり、円周方向は左右方向である。
【００４２】
【表１】
2011030334.tif 000003
【００４３】
表１に示す測定結果によると、発明例のステータコア１では、ヨーク部２の円周方向とティース部３のアキシャル方向（Ａ方向）で透磁率が高くなっているのに対し、比較例１のステータコア１では、ヨーク部２、ティース部３ともに円周方向で透磁率が高くなっており、また、球状鉄粉で形成した比較例２のステータコア１では、全体的に透磁率が低い傾向が認められる。
【００４４】
以上の結果から、発明例のステータコア１では、ヨーク部２ではその円周方向に、ティース部３ではアキシャル方向に、夫々透磁率を高くすることができることが確認できた。すなわち、発明例のステータコア１は、比較例１と比較例２のステータコア１と比較して、高出力のアキシャルギャップモータＡを構成することができるという結果を得ることができた。
【符号の説明】
【００４５】
Ａ…アキシャルギャップモータ
Ｂ…ステータ
Ｃ…ロータ
Ｄ…回転軸
１…ステータコア
２…ヨーク部
３…ティース部
４…コイル
５…金属磁性粉末
６…圧粉成形型
７…空間
８…磁場発生器
９…永久磁石
１０…被覆板
１１…フレーム
【図１】
2011030334.tif 000004
【図２】
2011030334.tif 000005
【図３】
2011030334.tif 000006
【図４】
2011030334.tif 000007
【図５】
2011030334.tif 000008
【図６】
2011030334.tif 000009
【図７】
2011030334.tif 000010
【図８】
2011030334.tif 000011