(57)【要約】  固定子（６０）と回転子（５０）とを有する回転電機において、固定子（６０）を構成する固定子ティースは、鉄心（３１）と、この鉄心（３１）の周囲に配置される電線（３３）と、両者の間に配置される絶縁体とを備え、鉄心（３１）は、薄板状のアモルファス金属材料を一枚毎あるいは複数枚毎に異なる幅に形成された長方形平板状の薄板を積層することによって構成されている。固定子（６０）に対し回転軸方向両側に設けられた回転子（５０）には、固定子ティースと対向する位置にフェライト磁石（２０）が設けられており、電線（３３）としてアルミを母材とする電線を用いている。このような構造により、鉄心材料の変形や接着を必要とせず、鉄損が小さく高効率で、かつ低コストで製造可能な構造の鉄心を有する回転電機を提供する。
2014102950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と回転子とを有する回転電機において、
前記固定子を構成する固定子ティースは、鉄心と、前記鉄心の周囲に配置される電線と、前記鉄心と前記電線の間に配置される絶縁体とを備え、
前記鉄心は、薄板状のアモルファス金属材料を一枚毎あるいは複数枚毎に異なる幅に形成された長方形平板状の薄板を積層することによって構成され、
前記回転子には、前記固定子ティースと対向する位置にフェライト磁石が設けられており、
前記回転子は前記固定子に対して回転軸方向の両側に設けられ、前記鉄心の周囲に配置される電線としてアルミを母材とする電線を用いていることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記鉄心の周囲に配置される電線により構成される固定子コイルは３相を有し、各相を、少なくとも２つの並列回路を有するデルタ結線で接続したことを特徴とする。請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記薄板は、回転軸方向における両端部がそれぞれ、前記固定子に対して回転軸方向の両側に設けられた前記回転子のフェライト磁石と対向するように積層されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項４】
前記長方形平板状の薄板は、その長さが等しいことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項５】
前記絶縁体が、前記電線に被覆された絶縁性被覆であることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項６】
同一の幅を有する前記薄板を複数枚積層することにより１個のブロックを形成し、
前記鉄心は、幅の異なる前記ブロックを複数個積層することにより構成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項７】
前記薄板は、前記回転子の軸方向と９０度を成す角度に積層されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項８】
前記薄板は、前記回転子の軸の径方向とは異なる方向に積層されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項９】
前記薄板は、その幅が前記鉄心の回転軸周方向の幅よりも大きい薄板あるいはブロックを含むことを特徴とする請求項７に記載の回転電機。
【請求項１０】
前記鉄心は、前記薄板の幅が異なることにより、角部に略Ｒ形状が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項１１】
前記鉄心は、前記薄板の幅を調整することにより、積層方向上部及び下部の前記薄板あるいはブロックの厚さが積層方向中部の前記ブロックの厚さよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項１２】
前記絶縁体は、薄肉で凹型の断面形状を有し、凹部の側面と底面との成す角が９０度以上であることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項１３】
前記絶縁体は、薄肉で前記鉄心の外周形状に合わせた凹型の断面形状を有する下部絶縁体と、薄板状の上部絶縁体とで構成され、
前記鉄心が前記下部絶縁体と前記上部絶縁体とで覆われていることを特徴とする請求項１１に記載の回転電機。
【請求項１４】
前記絶縁体は、内側に前記鉄心の外周形状に合わせた中空部を有する薄肉の絶縁体であることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータやオルタネータなどの回転電機は、回転子と、固定子と、それらを覆うハウジングなどから構成されている。回転電機を構成する部材のうち固定子は、軟磁性材料による鉄心と、鉄心に巻き付けられた電線と、鉄心と電線の間を絶縁する絶縁体などから構成されている。
固定子に生じる損失は鉄損と銅損に大別され、鉄損は鉄心となる軟磁性材料の特性や鉄心の形状により、銅損は電線の特性や形状により決まるため、回転電機では、こうした損失を低減することにより高効率化が可能となる。しかし、低損失の軟磁性材料や電線材料は高額であるため、回転電機の高効率化と低コスト化を両立するため、低コストの材料を採用しながらも高効率を得るという相反する課題が求められている。【０００３】
ところで、軟磁性材料としては、電磁鋼板やアモルファス金属が広く用いられている。どちらも小さな鉄損特性を有しており、鉄心として用いることで高効率な回転電気の実現が可能である。しかし、電磁鋼板は圧延により薄板状に成形され、また、アモルファス金属は急冷によって非晶質体を形成させて薄い箔状に成形されるため、直接ブロック状に成形することができない。【０００４】
この問題を解決する方法として、かしめ用突起を設けた形状に打ち抜いた薄板状の鉄心片を積層してブロック状に成形した例が特許文献１により開示されている。特許文献１は、かしめ用突起を用いて鉄心片を整列積重させ、ブロック状に成形して鉄心を構成した回転電機に関するものであり、薄板状の鉄心片を鉄心として利用可能である。【０００５】
また、絶縁樹脂材料を挟んで中空円形状に巻き取った箔帯のアモルファス金属を円の法線方向に切断してブロック状に成形した例が特許文献２により開示されている。特許文献２に記載された回転電機においては、巻き取り及び切断により成形したアモルファス金属の鉄心の周囲に電線を巻き付けて構成した固定子ティースを、回転電機の回転方向に複数個配置することにより固定子を構成するものであり、これにより箔状のアモルファス金属を鉄心として利用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５３−４８０３号公報
【特許文献２】特開２０１０−１１５０６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記特許文献１及び２の方法では、軟磁性材料を変形させたことによる鉄損の増加が問題となる。一般にアモルファス金属材料等の軟磁性材料は変形が加えられた場合、材料内部に生じた残留応力が増加するほど鉄損が増加する性質を持つ。そのため、かしめにより積重された鉄心片や、巻き取って成形されたアモルファス金属に対して、焼鈍処理が一般的に行われる。
焼鈍処理されたアモルファス金属は弾性を失って脆性を示し、内部の残留応力が緩和される。しかし、焼鈍処理によっても内部の残留応力は完全に緩和させることができず、強磁性体を母材としたアモルファス金属の小さな鉄損特性を最大限に活用することができない。しかも、焼鈍処理には内部に磁界を発生させる特別な焼鈍炉が必要となり、製造コストが増加する。【０００８】
また、上記特許文献１及び２の方法では鉄心片同士やアモルファス金属同士を固定するため、鉄心片間またはアモルファス金属間に接着層を設けたり、全体を樹脂や接着剤などで覆うなどの固定化処理が必要である。樹脂や接着剤などを有する鉄心の場合、製造コスト及び製造時間が増加し、さらには固定子ティース全体の体積に対する軟磁性材料の割合が小さくなるために回転電機の効率が低下する。【０００９】
さらに、特許文献１に示される、かしめ用突起を設けた形状に打ち抜いた薄板状の鉄心片を積層してブロック状に成形された鉄心や、特許文献２に示される、巻き取り及び切断により成形したアモルファス金属の鉄心では、かしめ工程や、巻き取り部に形成される湾曲部及びその法線方向の切断に伴い、回転子に対向する端面に凹凸が発生し、平面性にばらつきが発生しやすい。このため、固定子−回転子間の設計上の間隙を大きく確保しないと、両者が干渉するおそれがあるため、出力特性を悪化させる原因となっていた。
アモルファス金属を変形させずに、また、アモルファス金属の層間に介在物を存在させることなく、しかも、平面性の高い端面を備えた、ブロック状の鉄心を構成することができれば、アモルファス金属の鉄損特性を最大限に活かした回転電機を得ることができる。【００１０】
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであって、変形や接着を必要とせずに、材料、製造工程の低コストを図りながらも、鉄心として使用するアモルファス金属の低鉄損特性を最大限に活かし、高効率の回転電機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第１の発明に関わる回転電機は、固定子と回転子とを有する回転電機において、前記固定子を構成する固定子ティースは、鉄心と、前記鉄心の周囲に配置される電線と、前記鉄心と前記電線の間に配置される絶縁体とを備え、前記鉄心は、薄板状のアモルファス金属材料を一枚毎あるいは複数枚毎に異なる幅に形成された長方形平板状の薄板を積層することによって構成され、前記回転子には、前記固定子ティースと対向する位置にフェライト磁石が設けられており、前記回転子は前記固定子に対して回転軸方向の両側に設けられ、前記電線としてアルミを母材とする電線を用いている。【００１２】
さらに、前記鉄心の周囲に配置される電線により構成される固定子コイルは３相を有し、各相を、少なくとも２つの並列回路を有するデルタ結線で接続した。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、短冊平板状に切断した複数枚のアモルファス金属材料を積層して鉄心を構成し、その周囲を絶縁体及び電線で覆うことにより、変形や接着を必要とせずに固定子ティースを製造することができ、固定子ティースと対向する回転子側の磁石としてフェライト磁石を採用しても、鉄損の小さく高効率な固定子構造を低コストで得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の実施例に関わる回転電機の全体構造を示した図である。
【図２】図２は、本発明の実施例に関わる回転電機の中心軸方向断面図を示した図である。
【図３】図３は、本発明の実施例で採用する固定子ティースの構成を示した図である。
【図４】図４は、本発明の実施例で採用する固定子ティースの構造例１において、短冊平板状のアモルファス金属材料を用いた鉄心の構成を示した図である。
【図５】図５は、本発明の実施例と対比するため、かしめにより固定する鉄心の構成を示した図である。
【図６Ａ】図６Ａは、薄板状のアモルファス金属材料を断面略台形状の上底及び下底に垂直な方向に積層した鉄心構造例を示す。
【図６Ｂ】図６Ｂは、薄板状のアモルファス金属材料を断面略台形状の上底及び下底に平行な方向に積層した鉄心構造例を示す。
【図６Ｃ】図６Ｃは、断面略台形状の斜辺に平行な方向に積層した鉄心構造例を示す。
【図７Ａ】図７Ａは、鉄心の角部が鋭角になるよう積層した場合の固定子ティースの構造例２を示す。
【図７Ｂ】図７Ｂは、鉄心の角部がＲ形状になるよう積層した場合の固定子ティースの構造例２の別の例である。
【図８】図８は、固定子ティースの構造例３を示す。
【図９】図９は、凹部を備えた絶縁体を用いた場合における固定子ティースの構造例４を示す。
【図１０】図１０は、固定子ティースの構造例５を示す。
【図１１】図１１は、構造例３、４の固定子ティースの製造方法を示すフロー図である。
【図１２】図１２は、構造例５の固定子ティースの製造方法を示すフロー図である。
【図１３】図１３は、構造例５の鉄心及び固定子ティースの製造方法の他の例を示すフロー図である。
【図１４】図１４は、固定子ティースの構造例６を示す。
【図１５Ａ】図１５Ａは、鉄心の角部が鋭角になるよう積層した固定子ティースの構造例７を示す。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、鉄心の角部がＲ形状になるよう積層した固定子ティースの構造例７の別の例を示す。
【図１６】図１６は、構造例６の固定子ティースの製造方法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施例について、アキシャルギャップ型の回転電機を例にとって図面を参照しながら説明するが、短冊平板状のアモルファス金属を積層して形成される鉄心が使用されたモータであればアキシャルギャップ型に限定されるものではない。
【実施例】
【００１６】
図１を用いて、本実施例に係る鉄心及び固定子ティースを用いたアキシャルギャップ型の回転電機１０の全体構造を説明する。
図１において、アキシャルギャップ型回転電機１０は、リアブラケット８１ａ、後述する固定子６０を覆う円筒状のハウジング８０、フロントブラケット８１ｂにより構成される筺体を具備している。
回転子５０の回転軸７０は、リアブラケット８１aの内周部に配置される軸受１３ａと、フロントブラケット８１ｂの内周部に配置される軸受１３ｂとによって回転可能に支持されている。【００１７】
回転軸７０の中央付近には、回転軸７０に接触しない程度の最小限の間隙を介して固定子６０が配置される。固定子６０には電線（導体コイル）３３と、この電線３３が巻回された鉄心３１と絶縁体３２とによって構成される固定子ティース３０が、回転軸７０を囲むように周方向に並べた上で、合成樹脂によってモールド成型することにより樹脂モールド部８５として一体化されている。
固定子ティース３０は、後述する構造例１〜構造例４のいずれかの構造を採用している。
なお、図１では鉄心３１と電線３３との間に絶縁体３２を設けているが、この間の絶縁性が確保できれば、必ずしも設ける必要はない。【００１８】
アモルファス金属材料からなる薄板を積層してなる鉄心３１は、その回転軸方向における両端面がそれぞれ、この固定子６０に対して回転軸方向の両側に設けられた回転子のフェライト製の永久磁石２０と対向するように配置されている。合成樹脂によって一体化された鉄心３１と電線３３とは、ハウジング１２の内周部に固定される。
固定子６０に対して軸方向に所定の空隙を介して回転子５０が回転軸７０に固定されている。回転子５０は鉄、電磁鋼板、圧紛磁心、アモルファス金属、パーメンジュールなどの軟磁性材料で構成されるバックコア２５と、バックコア２５の軸方向表面または内部に周方向に配置された、フェライト磁石製の永久磁石２０と、バックコア２５と永久磁石２０を支持する円盤状の支持部材２１によって構成されている。【００１９】
この実施例では、回転子５０は回転軸７０の軸方向において固定子６０の両側に対向するように設けられている。
支持部材２１は回転軸７０に固定されて、回転子５０の回転を回転軸７０に伝えるものであり、支持部材２１と回転軸７０は固定する際にはキー溝７５を入れておくと位置決めが容易となり、しかも、支持部材２１が周方向に移動するのを規制することができる。この他にスプライン等を用いて、支持部材２１と回転軸７０を結合してもよい。【００２０】
一方、周方向に配置されたフェライト磁石製の永久磁石２０は、各々の極の向きが隣合うよう配置され、軸方向の固定子側向きとその反対向きが交互になるように配置されている。
永久磁石２０がバックコア２５の表面に貼り付けで固定されている場合、組立は簡単であるが、永久磁石２０をバックコア２５の表面に貼り付けているだけなので、支持部材２１の回転によって生じる遠心力に対して永久磁石２０が飛散するのを防止する必要がある。【００２１】
このため、一般には永久磁石２０の内周側と外周側を、支持部材２１によって移動しないように覆って飛散防止を行っている。また、永久磁石２０がバックコア２５の内部に収納された場合、永久磁石２０をバックコア２５の軸方向から挿入するものとし、内周側と外周側がバックコア２５の収納壁で覆われるように配置する。このとき、永久磁石２０はバックコア２５よりも軸方向で見て、固定子６０側に近いように配置される。
永久磁石２０がバックコア２５の内部に挿入された場合には、支持部材２１の回転によって生じる遠心力に対する永久磁石２０の飛散を防止するとともに、突極比の関係からリラクタンストルクを利用することも可能となる。【００２２】
電線３３としては、銅線、アルミを母材とする線材等を用いることができるが、本実施例では、低コストで加工性のよいアルミ導線を採用している。
回転子５０を、回転軸７０の軸方向において固定子６０の両側に対向するように配置し、鉄心３１として、後述するアモルファス金属を母材とした薄板状軟磁性材料の積層体を用いることにより、回転電機の高効率化を図っている。
これにより、永久磁石２０として希土類磁石ではないフェライト磁石を用いても、回転電機の大型化を招くことなく、高出力化を実現することができる。【００２３】
また電線３３としてアルミ導線を用いると、銅線を用いる場合と比べて発熱による銅損が問題となる。しかし、鉄心３１としてアモルファス金属材料を母材とする薄板状の軟磁性材料の積層体を用いることによって、回転電機の高効率化を図ることができるので、同じ出力を得るのに要する電流値を抑制することができる。【００２４】
ところで、固定子ティース３０において、電線３３により形成される巻線部と回転電機の効率の関係は、一般に、巻線部の体積、すなわち、巻線部の回転軸７０に直交する断面積とその軸方向の長さの積を、巻線１本当たりの抵抗率で除した値が同じであれば、同一の効率を得ることができる。
すなわち、電線３３として、抵抗率の高いアルミ導線を用いて、抵抗率の低い銅線と同等の効率を維持しようとする場合には、巻線部の体積を、銅線で構成する場合より大きくすることで、導線１本当たりの抵抗率で除した値を同一の値に確保する必要がある。【００２５】
具体的には、アルミニウムの抵抗率は銅の約１．６倍であるから、銅の巻線で構成する場合と同等の効率を確保するためには、軸方向の長さを同一とした場合、アルミ導線の直径を銅の場合に比べて約１．３倍太い線とした上で、巻き数を同じ値にする必要がある。
前述した回転電機の構成である、アモルファス金属材料からなる薄板状軟磁性材料を積層してなる固定子鉄心を具備するアキシャルギャップモータにおいては、薄板状磁性材料の切断工程で、その寸法を調整することにより、固定子鉄心の軸方向長を延長することで、巻き線を実装する領域を大きくすることができる。【００２６】
このため、断面積で１．６倍になったアルミ導線を実装するために、軸方向には１．６倍とすることで、アルミニウムの導線を用いた場合でも高効率を維持することができる。
このとき鉄心の体積は１．６倍と大きくなるため、その分は鉄心で発生する損失である鉄損が増加するが、鉄心を構成する薄板状の軟磁性材料の母材が鉄損が非常に少ないアモルファス金属材料であるため、軸方向にボリュームが増加しても、その影響は限りなく小さい。これに対し、電磁鋼板など、他の材料を用いる場合には、アルミニウム導線とすることによる鉄損の増加は無視できないものとなる。【００２７】
なお、回転電機の仕様変更を容易にするため、軸方向からみた鉄心の外形を同一とし、銅の巻線を巻回することを前提にして設計する場合も想定される。
この場合、銅線の径を太くして、例えば、極端な例としてφ３ｍｍ径の電線が１段巻きなどになっているような設計を行うと、アルミ導線の場合は、上述のように１．３倍のφ３．９ｍｍの線径になる。このため、φ３ｍｍの銅線が１本しか配置できないスペースにφ３．９ｍｍの径の線は配置できないことになり、設計変更が困難になる。
この問題を解決するためには、アルミ導線の線径を細くすることにより、銅線のどちらの設計でも、軸方向長だけの調整によって、アルミ導線からなる電線３３により形成される巻線部の体積を調整できるようにすることにより、いずれの仕様にも対応できるようにしておく必要がある。【００２８】
しかし、線径を細くすると、抵抗率が増大するため、コイルの端子間の電圧が高くなるよう設計とする必要がある。ひとつのコイルの端子間電圧は、結線の方法によって異なる。３相モータの場合には、スター結線とデルタ結線が一般的に用いられる。
スター結線では、一相のコイルが直列につながるため、一相あたりの電圧は、モータの定格電圧の半分となる。そして、一相に複数個のコイルがある場合には、ひとつのコイルあたりの電圧は、定格電圧の半分を一相コイルの数で除した値となるため、非常に小さくなる。【００２９】
これに対し、デルタ結線では、１相のコイルに定格電圧が直接負荷されるため、スター結線よりも高い電圧を印加することができる。さらに、一相コイルが複数ある場合、これらを並列接続することで、ひとつのコイルの端子間の電圧を大きくする設計ができるため、アルミ導線を使用する設計の場合には、２並列や４並列のデルタ結線を採用することが好適である。【００３０】
また、本実施例のように、アキシャルギャップモータの場合には、コイルの表面に対向する磁石の面積を大きく取ることができ、磁石の磁束によるコイル内の渦電流損失の発生なども低減することができるため、線径をできる限り細くしておくことが効率を向上する観点で重要である。【００３１】
したがって、回転子５０を回転軸７０の軸方向において固定子６０の両側に設け、回転子５０にフェライト磁石製の永久磁石２０を配置した構造によっても、アモルファス金属材料の薄板状軟磁性材料を積層してなる鉄心３１とアルミ導線３３とを用いて高出力の回転電機を実現できる。【００３２】
図２〜４、６〜８を用いて、本発明の回転電機に採用する、アモルファス金属材料を用いた鉄心及び固定子ティースの構造、及びその製造方法の具体例を説明する。なお、図５は、本発明で採用する鉄心と対比するため、かしめ用突起を有する鉄心の参考図である。
図２は、本発明による、アモルファス金属からなる軟磁性材料を用いたアキシャルギャップ型の回転電機の中心軸方向断面図を示す。なお、図２は、固定子６０の上面に回転子５０を対向させたシングルロータ型の回転電機１０への適用例を示している
アキシャルギャップ型の回転電機１０は、フェライト磁石製の永久磁石２０が円板状の部材２１上に円周方向に複数個配置された回転子５０と、鉄心３１が含まれた固定子ティース３０が円周方向に複数個配置された固定子６０と、回転子５０と固定子６０とを同心円上に配置するための回転軸７０と、それらを格納するハウジング８０とを有している。【００３３】
固定子ティース３０は、図３に示されるように、その外周に巻き付けられる電線３３に通電することにより励磁され、永久磁石２０と固定子ティース３０との間に引力を生じさせ、異なる固定子ティース３０を連続して励磁させることにより回転子５０と固定子６０の間に回転運動を発現させる。固定子６０は、複数個の固定子ティース３０により構成されるため、各固定子ティース３０には個別にブロック状の鉄心３１が設けられる。【００３４】
図３は、固定子ティース３０の構造について説明した図である。固定子ティース３０は、鉄心３１と、絶縁体３２と、電線３３とを有している。絶縁体３２は、鉄心３１と電線３３との絶縁を確保するために鉄心３１の周囲に配置され、絶縁体３２の周囲には電線３３が巻き付けられている。絶縁体３２には、１枚ないし複数枚の絶縁紙や厚さ１ｍｍ以下の薄板状の樹脂材などが用いられ、電線３３には、銅やアルミなどを母材とした断面略円形または断面略矩形の線材が用いられる。【００３５】
図４は、固定子に採用する固定子の構造例１における鉄心について説明した図である。
鉄心３１は、アモルファス金属材料を母材とした薄板状軟磁性材料の積層構造体１からなり、この積層構造体１は、薄板状軟磁性材料を、長さＬ、任意の幅Ｂの長方形平板状に個々に切断されたものを1枚ずつ積層してもよいが、この実施例では、同一の長さＬ、幅Ｂを有する長方形平板状薄板を複数枚重ねることにより略直方体の軟磁性材料ブロック２とし、幅Ｂの異なる軟磁性材料ブロック２をさらに所定の個数積層することにより構成されている。
個々の長方形平板状薄板は、薄板状アモルファス金属材料に曲げなどの変形が発生しないよう、１枚あるいは複数枚毎に、剪断機等を用いて切断されるもので、複数枚同時に切断する場合にも、切断に伴って破断面に発生する残留応力が鉄損に影響を与えないよう、アモルファス金属材料の厚さや使用する切断機に応じて枚数を制限している。
このように、鉄心３１を、幅Ｂの異なる軟磁性材料ブロック２を積層してなる積層構造体１とすることにより、個々の長方形平板状薄板に切断する際、軟磁性材料を変形させることなく略円形、略多角形、または略楕円形などの任意の断面形状にすることが可能である。【００３６】
前述のように、鉄心３１が電線３３に通電することで発生した磁束により励磁される際、鉄心３１の内部で発生する渦電流や、鉄心３１の加工時に生じた歪による残留応力などを原因として励磁が妨げられて損失となり、回転電機の効率が低下する。
例えば、図５の参考図に示すように、鉄心片をかしめて製造された鉄心３１の場合は、アモルファス金属材料の積層構造体１のかしめ部に歪が生じて損失が大きくなってしまう。
これに対し、本構造例のように、長方形平板状薄板を複数枚重ねた略直方体の軟磁性材料ブロックを積層して得られた鉄心３１では、個々の長方形平板状薄板に加工する際に破断面に生じる歪が小さいため、かしめにより製造された鉄心３１に比べ損失を小さくすることが可能である。
また、図５の参考例で示すような、かしめ用突起を有する鉄心では、軟磁性材料を打ち抜き加工により成形するため端材が多く発生するのに対し、本発明における鉄心では軟磁性材料であるアモルファス金属材料を個々に長方形平板状に切断加工して成形するため、端材の発生量が少なく、軟磁性材料の使用量削減及び部材費のコスト削減の効果も期待できる。【００３７】
なお、アモルファス金属材料ブロック２を積層する方向は一方向に限らず、この実施例のように、アキシャルギャップ型の回転電機においては軸方向と概略９０度を成す方向に、一方、ラジアルギャップ型の回転電機においては半径方向と概略９０度を成す方向である限り、積層方向は変更可能である。
一例として、アキシャルギャップ型の回転電機において断面略台形状の鉄心を製造する場合では、図６Ａのように断面略台形状の上底及び下底に垂直な方向、図６Ｂのように断面略台形状の上底及び下底に平行な方向、または図６Ｃのように断面略台形状の斜辺に平行な方向などが積層方向として挙げられる。【００３８】
図７Ａ、Ｂは、鉄心の角部に略Ｒ形状を設けた場合の固定子ティースの構造例２について説明した図である。図７Ａのように鉄心３１の角部３６が鋭角な略台形状である場合、電線３３の許容曲げ半径よりも鉄心３１の角部３６が鋭角であるときは、電線３３と絶縁体３２及び鉄心３１との間に隙間が生じることがある。電線３３が角部３６に沿って曲げられない場合、電線３３と絶縁体３２及び鉄心３１との間の隙間によって固定子ティース３０全体の体積に対する鉄心３１の割合が小さくなり、損失が増加する恐れがある。
また、絶縁紙を材料とした絶縁体３２で鉄心３１を覆う場合には、角部３６が鋭角であるために絶縁体３２が破損する恐れもある。このとき、積層するアモルファス金属材料ブロック２の厚さや幅Ｂを調節することで、図７Ｂのように角部３６が略Ｒ形状となるように積層することにより、絶縁体３２への負荷を軽減して破損を防止し、かつ電線３３を角部３６に沿って曲げられ、電線３３と絶縁体３２及び鉄心３１との間の隙間が小さくなり、鉄心が密に配置されて損失の小さな固定子ティース３０を得ることができる。【００３９】
図８は、固定子に採用する固定子ティースの構造例３について説明したものであり、特に、アモルファス金属材料ブロック２の厚さを変えた場合における鉄心構造を示す図である。
アモルファス金属材料ブロック２の厚さＴは、厚さの異なるアモルファス金属材料を切断する、アモルファス金属材料を複数枚重ねて切断する、もしくは同じ幅Ｂで複数回切断したものを積層することにより変更することが可能である。アモルファス金属材料ブロック２を積層して鉄心３１を構成する際、アモルファス金属材料ブロック２の厚さＴは必ずしも一定である必要はない。
一例として、断面略台形状の鉄心において、図８のように略台形状の上底及び下底付近のみ厚さＴの薄いアモルファス金属材料ブロック２ａとすることにより、アモルファス金属材料ブロック２の端面で形成される角部３６の略Ｒ形状と絶縁体３２との接触面が滑らかになり、絶縁体３２への負荷を軽減して破損を防止することができる。
また、略台形状の上底及び下底付近以外を厚さＴの厚いアモルファス金属材料ブロック２ｂとすることにより、同じ長さ、幅のアモルファス金属材料を多数準備してアモルファス金属材料ブロック２ｂを成形することができ、製造時間の短縮も可能となる。もちろん、各軟磁性材料ブロック２を形成する際、積層する薄板状軟磁性材料の幅Ｂを、一枚毎微少に変化させ、より滑らかなＲ形状を形成するようにしてもよい。【００４０】
図９は、凹部を備えた絶縁体を用いた場合における固定子ティースの構造例４について説明した図である。
絶縁体３２は、厚さ１ｍｍ以下の薄板状の絶縁材料で構成されており、鉄心３１の外周形状に合わせた凹部を備えた下側絶縁体３２ａと、下側絶縁体３２ａの上端開口を封止する上側絶縁体３２ｂとから構成されている。なお、下側絶縁体３２ａ、上側絶縁体３２ｂは、ともに合成樹脂等により成型されたものである。
このような絶縁体３２を用いた場合、長方形平板状のアモルファス金属材料を１枚ないし複数枚重ねて任意の幅Ｂに切断した軟磁性材料ブロック２は、下側絶縁体３２ａの凹部内部に順に積層され、上側絶縁体３２ｂにより鉄心３１の上部が覆われるが、その際上側絶縁体３２ｂの裏面が最上部のアモルファス金属材料ブロック２上面に緊密に接触するようにしている。
このように、下側絶縁体３２ａ及び上側絶縁体３２ｂで鉄心３１の周囲が覆われることによりアモルファス金属材料同士の接着を必要とせず鉄心３１を固定することができるため、ハンドリングしやすくなり、電線３３を巻き付けることが容易となる。また、角部３７の外側にＲ形状を有する下側絶縁体３２ａ及び上側絶縁体３２ｂを用いることにより、電線３３を角部３７に沿って曲げられ、電線３３と両絶縁体３２ａ、３２ｂとの間の隙間が小さくなり、鉄心が密に配置され、損失の小さな固定子ティース３０を得ることができる。【００４１】
図１０は、鉄心３１の外周形状に合わせた断面略台形状の中空部を有する絶縁体３２を用いた際の固定子ティースの構造例５を説明した図である。
このような絶縁体３２を用いた場合、任意の幅Ｂに切断したアモルファス金属材料ブロック２が積層されて任意の断面形状を有する鉄心３１が、積層方向上部及び下部において、溝９８に挿入された細い爪あるいは棒状部材等からなる把持器により把持され、絶縁体３２に中空部に挿入されることにより鉄心３１が固定される。
このように中空部を有する絶縁体３２を用いることにより、鉄心３１が固定されてハンドリングしやすくなり、電線３３を巻き付けることが容易となるとともに、鉄心３１を覆う絶縁体３２が１つの部品で構成されているため、部材コストを削減することも可能となる。【００４２】
図１１〜１３を用いて、本発明の実施例で採用するアモルファス金属材料を用いた鉄心及び固定子ティースの製造方法について説明する。
図１１は、図８及び図９において説明した構造例３、４の固定子ティースの製造方法を示すフロー図である。
（ステップ１１）
固定子ティース３０の形状に合わせて、下底側が短い略台形状の凹部を有する型に絶縁体３２を設置する。
この場合絶縁体３２として絶縁紙を使用する場合、固定子ティース３０の全周を覆うことのできる絶縁紙を、型の凹部に沿って１枚ないし複数枚を敷き、一方、図９に示されるような凹部を備えた合成樹脂等からなる絶縁体３２を用いる場合は、これを型に合わせて設置するだけでよい。
（ステップ１２）
長方形平板状のアモルファス金属材料を１枚ないし複数枚重ねて任意の幅Ｂに切断して形成されたアモルファス金属材料ブロック２を型の凹部に設置した絶縁体３２上に設置する。
（ステップ１３）
幅Ｂの異なるアモルファス金属材料ブロック２を絶縁体３２上に設置したアモルファス金属材料ブロック２上に積層する。
（ステップ１４）
アモルファス金属材料が所定の枚数を積層されているかを判定する。
積層されている枚数が所定の枚数より少ない場合、所定の枚数になるまでステップ１３を繰り返し、鉄心３１が形成される。
（ステップ１５）
絶縁体３２で鉄心３１の上部を覆い鉄心３１を固定する。
なお鉄心３１の固定は、絶縁体３２を粘着テープや接着剤などを用いて接着したり、図９に示されるような凹部を備えた合成樹脂等からなる絶縁体３２を用いた場合には、はんだ付けやＴＩＧ溶接などによる溶接、また下側絶縁体３２ａの上端及び上側絶縁体３２ｂの下端に設けた嵌合部による結合などの方法により、両絶縁体３２ａ、３２ｂを結合させることで得られる。
（ステップ１６）
絶縁体３２の周囲に電線３３を巻き付ける。
以上の工程により、長方形平板状のアモルファス金属材料を用いた固定子ティース３０を製造することができる。【００４３】
図１２は、図１０において説明した構造例５の固定子ティースの製造方法を示すフロー図である。
（ステップ２１）
下底側が短い略台形状の凹部及び凹部下底側に１個ないし複数個の溝部を有する型の凹部に、長方形平板状のアモルファス金属材料を１枚ないし複数枚重ねて任意の幅Ｂに切断して形成したアモルファス金属材料ブロック２を設置する。
（ステップ２２）
幅Ｂの異なるアモルファス金属材料ブロック２を絶縁体３２上に設置した軟磁性材料ブロック２上に積層する。
（ステップ２３）
アモルファス金属材料が所定の枚数を積層されているかを判定する。
（ステップ２４）
積層されている枚数が所定の枚数より少ない場合、所定の枚数になるまで第２の工程を繰り返し、鉄心３１が形成される。第４に、下面に１個ないし複数個の溝部を有する押圧板にて鉄心３１の上部を押さえ込む。
（ステップ２５）
第５に、型及び押圧板の溝部に細い爪あるいは棒状部材等からなる把持器を挿入し、鉄心３１を把持する。
（ステップ２６）
中空の絶縁体３２に設けられた溝部９８に爪を通して鉄心３１を中空の絶縁体３２に挿入する。
（ステップ２７）
第７に、絶縁体３２の周囲に電線３３を巻き付ける。
以上の工程により、長方形平板状のアモルファス金属材料を用いた固定子ティース３０を製造することができる。【００４４】
図１３は、図１０において説明した構造例５の鉄心及び固定子ティースの製造方法の他の例を示すフロー図である。
（ステップ３１）
下底側が短い略台形状の凹部及び凹部下底側に１個ないし複数個の溝部を有する型の凹部に、長方形平板状のアモルファス金属材料を１枚ないし複数枚重ねて任意の幅Ｂに切断して形成した軟磁性材料ブロック２を設置する
（ステップ３７）
ステップ３１と並行して、中空の絶縁体３２の周囲に電線３３を巻き付ける。
（ステップ３２）
幅Ｂの異なるアモルファス金属材料ブロック２を型上に設置したアモルファス金属材料ブロック２上に積層する。
（ステップ３３）
アモルファス金属材料が所定の枚数を積層されているかを判定する。
積層されている枚数が所定の枚数より少ない場合、所定の枚数になるまでステップ３２を繰り返し、鉄心３１が形成される。
（ステップ３４）
下面に１個ないし複数個の溝部を有する押圧板にて鉄心３１の上部を押さえ込む。
（ステップ３５）
型及び押圧板の溝部に細い爪あるいは棒状部材等からなる把持器を挿入し鉄心３１を把持する。
（ステップ３６）
中空の絶縁体３２に設けられた溝部９８に爪を通して鉄心３１を中空の絶縁体３２に挿入する。
このように、図１３に示す製造方法で固定子ティースを製造することにより、鉄心３１の成形と電線３３の巻き付けを平行して行うことができ、製造時間を短縮することが可能となる。【００４５】
以上説明した実施例によれば、長方形平板状に切断した１枚ないし複数枚の軟磁性材料から成るアモルファス金属材料ブロック２を積層して鉄心３１を構成することにより、変形や接着を必要とせずに鉄心を製造することができ、鉄損の小さな鉄心を有する固定子を低コストで得ることができる。【００４６】
図１４を用いて、本発明のアモルファス金属材料を用いた鉄心及び固定子ティースの構造例６について説明する。
図１４は、本構造例の固定子ティースについて説明した図である。
固定子ティース３０においては、鉄心３１の周囲に、絶縁性の被膜３４が形成された電線３３が直接巻き付けられることにより固定される。なお、電線３３には、アルミを母材とした断面略円形または断面略矩形の線材が用いられる。【００４７】
図１５Ａ、Ｂは、鉄心の角部に略Ｒ形状を設けた場合の固定子ティースの構造例７について説明した図である。
鉄心３１は、構造例１〜６と同様に、アモルファス金属材料を母材とした軟磁性材料からなる、長さＬの薄板状のアモルファス金属材料が長方形平板状に任意の幅Ｂで切断され、それを曲げなどの変形を生じさせずに１枚ないし複数枚重ねて構成された略直方体のアモルファス金属材料ブロック３１を１個ないし複数個積層することにより構成されている。
鉄心３１は、幅Ｂの異なるアモルファス金属材料３１を積層することにより、アモルファス金属材料を変形させることなく略円形、略多角形、または略楕円形などの任意の断面形状にすることが可能である。【００４８】
本構造例の場合、絶縁性の被膜３４が形成された電線３３により、幅Ｂの異なるアモルファス金属材料ブロック３１を積層してなる鉄心３１を固定するため、図６Ａで説明したように、図１５Ａのように鉄心３１の角部３６が鋭角な略台形状である場合、電線３３の許容曲げ半径よりも鉄心３１の角部３６が鋭角であるときは、電線３３と鉄心３１との間に隙間が生じる可能性が高い。
電線３３が角部３６に沿って曲げられない場合、電線３３と鉄心３１との間の隙間によって固定子ティース３０全体の体積に対する鉄心３１の割合が小さくなり、損失が増加する恐れがある。また、角部３６が鋭角であるために絶縁性の被覆３４が破損するおそれもある。【００４９】
そこで、積層するアモルファス金属材料ブロック２の幅Ｂを調節することで、図１５Ｂに示すように角部３６が略Ｒ形状となるように積層することにより、絶縁性の被膜３４への負荷を軽減して破損を防止し、かつ電線３３を角部３６に沿って曲げられ、電線３３と鉄心３１との間の隙間が小さくなり、鉄心が密に配置されて損失の小さな固定子ティース３０を得ることができる。【００５０】
図１６は、図１４において説明した構造例６の固定子ティースの製造方法を示すフロー図である。
（ステップ４１）
下底側が短い略台形状の凹部及び凹部下底側に１個ないし複数個の溝部を有する型の凹部に、長方形平板状のアモルファス金属材料を１枚ないし複数枚重ねて任意の幅Ｂに切断して形成したアモルファス金属材料ブロック２を設置する。
（ステップ４２）
幅Ｂの異なるアモルファス金属材料ブロック２を絶縁体３２上に設置したアモルファス金属材料ブロック２上に積層する。
（ステップ４３）
第３に、アモルファス金属材料が所定の枚数を積層されているかを判定する。
積層されている枚数が所定の枚数より少ない場合、所定の枚数になるまでステップ４２を繰り返し、鉄心３１が形成される。
（ステップ４４）
下面に１個ないし複数個の溝部を有する押圧板にて鉄心３１の上部を押さえ込む。
（ステップ４５）
型及び押圧板の溝部に、細い爪あるいは棒状部材等からなる把持器を挿入し鉄心３１の積層状態がくずれないよう押さえ込んで把持した状態で押圧板を外し、型から鉄心３１を抜き出す。
（ステップ４６）
その状態のまま、鉄心３１の周囲に電線３３を巻き付け、鉄心３１を固定後、保持器を引き抜く。
このように、図１６に示す製造方法で固定子ティースを製造することにより、鉄心３１が電線３３で固定された長方形平板状のアモルファス金属材料を用いた固定子ティース３０を製造することができる。
以上説明した実施例によれば、長方形平板状に切断した１枚ないし複数枚の軟磁性材料から成るアモルファス金属材料ブロック２を積層して鉄心３１を構成することにより、変形や接着を必要とせずに鉄心を製造することができ、鉄損の小さな鉄心を有する固定子を低コストで得ることができる。【００５１】
以上、本発明について実施形態に基づき具体的に説明したが、個別に説明した数種の発明を組み合わせて使用することも可能である。また、アキシャルギャップ型の回転電機の場合の例を用いて説明したが、鉄心の断面形状は任意に変更できるため、ラジアルギャップ型の回転電機においても同様の効果を得ることができる。すなわち、本発明は前記発明の実施形態に限定されるものではなく、長方形平板状のアモルファス金属材料を積層して鉄心とした固定子ティースを有する回転電機において、その要旨を逸脱しない範囲において変更可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５２】
１・・・アモルファス金属材料
２・・・アモルファス金属材料ブロック
１０・・・アキシャルギャップ型の回転電機
２０・・・フェライト製の磁石
２１・・・円盤状の支持部材
３０・・・固定子ティース
５０・・・回転子
６０・・・固定子
７０・・・回転軸
８０・・・ハウジング
９８・・・絶縁体の溝部
３１・・・固定子ティースの鉄心
３２・・・固定子ティースの絶縁体
３３・・・固定子ティースの電線
３４・・・電線の絶縁性の被膜
３６・・・固定子ティースの鉄心の角部
３７・・・固定子ティースの絶縁体の角部
Ｌ・・・アモルファス金属材料及びアモルファス金属材料ブロックの長さ
Ｂ・・・アモルファス金属材料及びアモルファス金属材料ブロックの幅
Ｔ・・・アモルファス金属材料及びアモルファス金属材料ブロックの厚さ
【図１】
2014102950.tif 000003
【図２】
2014102950.tif 000004
【図３】
2014102950.tif 000005
【図４】
2014102950.tif 000006
【図５】
2014102950.tif 000007
【図６Ａ】
2014102950.tif 000008
【図６Ｂ】
2014102950.tif 000009
【図６Ｃ】
2014102950.tif 000010
【図７Ａ】
2014102950.tif 000011
【図７Ｂ】
2014102950.tif 000012
【図８】
2014102950.tif 000013
【図９】
2014102950.tif 000014
【図１０】
2014102950.tif 000015
【図１１】
2014102950.tif 000016
【図１２】
2014102950.tif 000017
【図１３】
2014102950.tif 000018
【図１４】
2014102950.tif 000019
【図１５Ａ】
2014102950.tif 000020
【図１５Ｂ】
2014102950.tif 000021
【図１６】
2014102950.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成27年12月22日(2015.12.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と回転子とを有する回転電機において、
前記固定子を構成する固定子ティースは、鉄心と、前記鉄心の周囲に配置される電線と、前記鉄心と前記電線の間に配置される絶縁体とを備え、
前記鉄心は、薄板状のアモルファス金属材料を一枚毎あるいは複数枚毎に異なる幅に形成された長方形平板状の薄板を用いて、角部に略Ｒ形状が形成されるように積層された構成であり、
前記回転子には、前記固定子ティースと対向する位置にフェライト磁石が設けられており、
前記回転子は前記固定子に対して回転軸方向の両側に設けられ、前記鉄心の周囲に配置される電線としてアルミを母材とする電線を用いていることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記鉄心の周囲に配置される電線により構成される固定子コイルは３相を有し、各相を、少なくとも２つの並列回路を有するデルタ結線で接続したことを特徴とする。請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記薄板は、回転軸方向における両端部がそれぞれ、前記固定子に対して回転軸方向の両側に設けられた前記回転子のフェライト磁石と対向するように積層されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項４】
前記長方形平板状の薄板は、その長さが等しいことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項５】
前記絶縁体が、前記電線に被覆された絶縁性被覆であることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項６】
同一の幅を有する前記薄板を複数枚積層されることにより１個のブロックが形成され、
前記鉄心は、幅の異なる前記ブロックが複数個積層されることにより構成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項７】
前記薄板は、前記回転子の軸方向と９０度を成す角度に積層されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項８】
前記薄板は、前記回転子の軸の径方向とは異なる方向に積層されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項９】
前記薄板は、その幅が前記鉄心の回転軸周方向の幅よりも大きい薄板あるいはブロックを含むことを特徴とする請求項７に記載の回転電機。
【請求項１０】
前記鉄心は、積層方向上部及び下部の前記薄板あるいはブロックの厚さが積層方向中部の前記ブロックの厚さよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項１１】
前記絶縁体は、薄肉で凹型の断面形状を有し、凹部の側面と底面との成す角が９０度以上であることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項１２】
前記絶縁体は、薄肉で前記鉄心の外周形状に合わせた凹型の断面形状を有する下部絶縁体と、薄板状の上部絶縁体とで構成され、
前記鉄心が前記下部絶縁体と前記上部絶縁体とで覆われていることを特徴とする請求項１０に記載の回転電機。
【請求項１３】
前記絶縁体は、内側に前記鉄心の外周形状に合わせた中空部を有する薄肉の絶縁体であることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
上記課題を解決する第１の発明に関わる回転電機は、固定子と回転子とを有する回転電機において、前記固定子を構成する固定子ティースは、鉄心と、前記鉄心の周囲に配置される電線と、前記鉄心と前記電線の間に配置される絶縁体とを備え、前記鉄心は、薄板状のアモルファス金属材料を一枚毎あるいは複数枚毎に異なる幅に形成された長方形平板状の薄板を用いて、角部に略Ｒ形状が形成されるように積層された構成であり、前記回転子には、前記固定子ティースと対向する位置にフェライト磁石が設けられており、前記回転子は前記固定子に対して回転軸方向の両側に設けられ、前記電線としてアルミを母材とする電線を用いている。
【国際調査報告】
2014102950.tif 000023
2014102950.tif 000024
2014102950.tif 000025
2014102950.tif 000026