(57)【要約】【課題】形状の自由度が高くかつ安価に製造することが可能なコア、電機子コア及びモータを提供する。【解決手段】本発明のステータコア１０によれば、ステータコア１０のうち軸方向の両端部が１対の粉体製コア構成体２０，２０で構成されたから、ステータコア１０の両端部の形状の自由度が高まる。また、それら１対の粉体製コア構成体２０，２０の間に、鋼板を積層してなる鋼板製コア構成体２１を挟んだから、ステータコア１０の全体を複合材料で構成した場合に比べて安価に製造することができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電線が巻回されるコアであって、
鋼板を積層してなる鋼板製のコア構成体と、
磁性粉体と絶縁部材との複合材料で形成された粉体製のコア構成体とを接合して構成したことを特徴とするコア。
【請求項２】
前記粉体製のコア構成体を対にして設け、
前記鋼板製のコア構成体のうち鋼板の積層方向の両端部に、前記粉体製のコア構成体をそれぞれ接合したことを特徴とする請求項１に記載のコア。
【請求項３】
前記粉体製及び鋼板製のコア構成体のうち少なくとも一方は、形状を異ならせて複数種類設けられ、
前記粉体製及び鋼板製のコア構成体の組み合わせの種類を変更可能としたことを特徴とする請求項１又は２に記載のコア。
【請求項４】
前記鋼板製のコア構成体は、電線を巻回可能な柱状に形成されて複数設けられ、
前記粉体製のコア構成体は、複数の前記鋼板製のコア構成体を電線の巻回軸方向で挟むように対をなして設けられると共に、形状を異ならせて複数種類設けられ、
前記粉体製のコア構成体の種類を変更することにより、それら粉体製のコア構成体の間に挟まれる前記複数の鋼板製のコア構成体の配置及び／又は個数を変更可能にしたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のコア。
【請求項５】
電動機、発電機その他の回転機に備えられて、電線が巻回される複数のティースを界磁との対向面に有した電機子コアであって、
軸方向に並べられた複数のコア構成体を接合してなり、
軸方向の両端部のコア構成体は、磁性粉体と絶縁部材との複合材料で形成された１対の粉体製のコア構成体で構成され、
それら１対の粉体製のコア構成体の間に、鋼板を積層してなる鋼板製のコア構成体を挟みかつ、それら粉体製と鋼板製の各コア構成体に備えたティース同士を整合させてなることを特徴とする電機子コア。
【請求項６】
前記粉体製のコア構成体には、前記ティースの端面のうち界磁側に位置した部分を前記鋼板製のコア構成体と反対側の軸方向に延長してコア突部が形成され、前記コア突部の界磁と反対側部分に前記電線を配置したことを特徴とする請求項５に記載の電機子コア。
【請求項７】
前記粉体製のコア構成体には、前記ティースの端面に電線が収容される凹部が形成され、前記凹部を挟んだ対向壁のうち一方の対向壁によって前記コア突部を構成したことを特徴とする請求項６に記載の電機子コア。
【請求項８】
前記電機子コアに備えた前記ティースが、界磁の磁力発生部より軸方向で長く形成され、
前記ティースのうち前記コア突部の界磁と反対側部分に前記電線を配置したことで、前記電線の巻回部分の長さを、前記磁力発生部の長さより短くしたことを特徴とする請求項６又は７に記載の電機子コア。
【請求項９】
前記粉体製のコア構成体のティースのうち鋼板製のコア構成体との反対面を、円弧状に形成したことを特徴とする請求項５乃至８の何れかに記載の電機子コア。
【請求項１０】
請求項５乃至９の何れかに記載の電機子コアを備えたことを特徴とするモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コア、電機子コア及びモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に普及しているモータのコアは鋼板を積層してなるが、この場合、コアの形状の自由度が低いので、磁性粉体で構成されたコアが開発された（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１５２５３２号公報（段落［０００５］、［００１３］）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、磁性粉体でコア全体を構成すると製造コストがかかる。そこで、形状の自由度が高くかつ安価なコアの開発が求められていた。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、形状の自由度が高くかつ安価に製造することが可能なコア、電機子コア及びモータの提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係るコアは、電線が巻回されるコアであって、鋼板を積層してなる鋼板製のコア構成体と、磁性粉体と絶縁部材との複合材料で形成された粉体製のコア構成体とを接合して構成したところに特徴を有する。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載のコアにおいて、粉体製のコア構成体を対にして設け、鋼板製のコア構成体のうち鋼板の積層方向の両端部に、粉体製のコア構成体をそれぞれ接合したところに特徴を有する。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載のコアにおいて、粉体製及び鋼板製のコア構成体のうち少なくとも一方は、形状を異ならせて複数種類設けられ、粉体製及び鋼板製のコア構成体の組み合わせの種類を変更可能としたところに特徴を有する。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載のコアにおいて、鋼板製のコア構成体は、電線を巻回可能な柱状に形成されて複数設けられ、粉体製のコア構成体は、複数の鋼板製のコア構成体を電線の巻回軸方向で挟むように対をなして設けられると共に、形状を異ならせて複数種類設けられ、粉体製のコア構成体の種類を変更することにより、それら粉体製のコア構成体の間に挟まれる複数の鋼板製のコア構成体の配置及び／又は個数を変更可能にしたところに特徴を有する。
【００１０】
請求項５の発明に係る電機子コアは、電動機、発電機その他の回転機に備えられて、電線が巻回される複数のティースを界磁との対向面に有した電機子コアであって、軸方向に並べられた複数のコア構成体を接合してなり、軸方向の両端部のコア構成体は、磁性粉体と絶縁部材との複合材料で形成された１対の粉体製のコア構成体で構成され、それら１対の粉体製のコア構成体の間に、鋼板を積層してなる鋼板製のコア構成体を挟みかつ、それら粉体製と鋼板製の各コア構成体に備えたティース同士を整合させてなるところに特徴を有する。
なお、本発明における「界磁」とは、磁束を作る部分を意味する。
【００１１】
請求項６の発明は、請求項５に記載の電機子コアにおいて、粉体製のコア構成体には、ティースの端面のうち界磁側に位置した部分を鋼板製のコア構成体と反対側の軸方向に延長してコア突部が形成され、コア突部の界磁と反対側部分に電線を配置したところに特徴を有する。
【００１２】
請求項７の発明は、請求項６に記載の電機子コアにおいて、粉体製のコア構成体には、ティースの端面に電線が収容される凹部が形成され、凹部を挟んだ対向壁のうち一方の対向壁によってコア突部を構成したところに特徴を有する。
【００１３】
請求項８の発明は、請求項６又は７に記載の電機子コアにおいて、電機子コアに備えたティースが、界磁の磁力発生部より軸方向で長く形成され、ティースのうちコア突部の界磁と反対側部分に電線を配置したことで、電線の巻回部分の長さを、磁力発生部の長さより短くしたところに特徴を有する。
【００１４】
請求項９の発明は、請求項５乃至８の何れかに記載の電機子コアにおいて、粉体製のコア構成体のティースのうち鋼板製のコア構成体との反対面を、円弧状に形成したところに特徴を有する。
【００１５】
請求項１０の発明に係るモータは、請求項５乃至９の何れかに記載の電機子コアを備えたところに特徴を有する。
【００１６】
【発明の作用及び効果】
＜請求項１の発明＞
磁性粉体の複合材料でコアを構成した場合には、鋼板を積層してコアを形成した場合に比べて複雑な構造を容易に製造することができる。一方、鋼板を積層してコアを形成した場合には、その積層方向に凹凸を形成することは困難であるが、複合材料に比べて安価にコアを製造することができる。そこで、請求項１のコアでは、鋼板を積層して形成することが困難であった部分を、磁性体の複合材料よりなる粉体製のコア構成体で構成する一方、形状の自由度を要しない部分を鋼板製のコア構成体で構成した。これにより、コア全体を鋼板製にした場合に比べて形状の自由度が高くなり、コア全体を複合材料で構成した場合に比べて安価に製造することができる。
【００１７】
＜請求項２の発明＞
請求項２に記載のコアでは、鋼板製のコア構成体のうち鋼板の積層方向の両端部に、粉体製のコア構成体を接合したので、コアの軸方向の大きさを変更する場合には、鋼板製のコア構成体における鋼板の積層数を変更することで容易に対処することができる。
【００１８】
＜請求項３の発明＞
請求項３のコアでは、粉体製及び鋼板製のコア構成体のうち形状が異なるものを種々の組み合わせにして、複数種類のコアを製造することができる。これにより、複数種類のコアの間で、粉体製及び／又は鋼板製のコア構成体の共通部品化が図られ、製造費用を抑えることができる。
【００１９】
＜請求項４の発明＞
請求項４のコアでは、１対の粉体製のコア構成体を複数種類設けておき、それら粉体製のコア構成体の種類を変更することで、複数の鋼板製のコア構成体の配置及び／又は個数を変更して、複数種類のコアを製造することができる。即ち、それら複数種類のコアにおいて、鋼板製のコア構成体の共通部品化が図られ、製造費用を抑えることができる。
【００２０】
＜請求項５の発明＞
磁性粉体の複合材料で電機子コアを構成した場合には、鋼板を積層して電機子コアを形成した場合に比べて複雑な構造を容易に製造することができる。一方、鋼板を積層して電機子コアを形成した場合には、その積層方向に凹凸を形成することは困難であるが、複合材料に比べて安価にコアを製造することができる。そこで、請求項５の発明では、形状の自由度を要する電機子コアの両端部を、磁性粉体の複合材料よりなる粉体製のコア構成体で構成し、それら粉体製のコア構成体の間に、鋼板を積層してなる鋼板製のコア構成体を設けた。これにより、電機子コアの両端部の形状の自由度が高くなりかつ、電機子コア全体を複合材料で構成した場合に比べて安価に製造することができる。
【００２１】
＜請求項６及び７の発明＞
請求項６の電機子コアの両端面では、ティースの内縁側に位置したコア突部より界磁と反対側が低くなってここに電線が配置される。これにより、従来のものに比べて電機子コアの端面における電線の突出量が抑えられる。また、電線は、コア突部によって他の部品との当接から保護されるので、電機子コアの取り扱いが容易になる。さらに、粉体製のコア構成体のうちティースの端面に電線が収容される凹部を形成し、その凹部を挟んだ対向壁のうち一方の対向壁によってコア突部を構成してもよい（請求項７の発明）。これにより、電線がより確実に保護される。
【００２２】
＜請求項８の発明＞
電線の巻回部分が界磁の磁力発生部より長いと、電線の巻線長が長くなって電気抵抗が大きくなることにより、銅損が大きくなる。ここで、請求項８の構成では、ティースの両端面からコア突部を張り出して、そのコア突部より界磁から離れた部分に電線を配置したことで、電線の巻回部分の長さを、磁力発生部の長さより短くすることができる。これにより、銅損が減少し、モータの効率を向上させることができる。従って、従来のモータと本発明に係る電機子コアを備えたモータとで出力トルクを同じにした場合には、本発明の電機子コアを備えたモータの方が、効率が優れている分、小型化することができる。
【００２３】
＜請求項９の発明＞
請求項９の電機子コアでは、粉体製のコア構成体のティースのうち鋼板製のコア構成体との反対面を円弧状にしたので、ティースに巻回される電線へのストレスが低減される。
【００２４】
＜請求項１０の発明＞
本発明のモータは、従来のものより電機子コアの形状の自由度が高くなり、かつ安価に製造することができる。
なお、磁性粉体は、鉄粉であることが好ましく、無機酸化物で表面を絶縁処理されていることが好ましい。また、磁性鉄粉の大きさは、２０〜１００μｍであることが好ましい。さらに、磁性粉体と共に複合材料を構成する絶縁部材は、合成樹脂であることが好ましい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。
本実施形態は、例えば、ブラシレスモータに備えたステータコア１０に本発明を適用したものである。図１に示すように、ステータコア１０は、円筒部１１の内周面から複数のティース１２を内側に突出させてなる。そして、各ティース１２に電線４０（図３参照）が巻回されると共に、ティース１２より内側の空間に、ロータ１６が遊嵌され、コイルから磁力を受けてロータ１６が回転する。
なお、本実施形態では、ステータコア１０（固定子）が本発明の「電機子コア」に相当し、ロータ２６（回転子）が本発明の「界磁」に相当する。
【００２６】
このステータコア１０の両端面には、ティース１２の内縁側に位置した部分からコア突部１４が軸方向に突出形成されている。図３に示すように、このコア突部１４のうちロータ１６と反対側の外面は、軸方向に沿って凹状に湾曲し、なだらかに低くなっている。また、コア突部１４のうちロータ１６側を向いた内面は、ティース１２の本体部分と面一になっている。
【００２７】
さて、本実施形態のステータコア１０は、図１に示すように、輪切り状に３分割した３つの部品よりなる。詳細には、ステータコア１０の軸方向の両端寄り位置を接合面１０Ｓとして、それら接合面１０Ｓ，１０Ｓより端部側が１対の粉体製のコア構成体２０，２０で構成され、それら粉体製のコア構成体２０，２０の間に鋼板製のコア構成体２１が挟まれている。鋼板製のコア構成体２１は、軸方向に複数同形状の珪素鋼板２２（図２参照）を積層してなる。従って、鋼板製のコア構成体２１は、積層する珪素鋼板２２の数を変更することで、長さを容易に変更することができる。
【００２８】
一方、粉体製のコア構成体２０は、磁性粉体と絶縁部材との複合材料から形成されている。ここで、複合材料は、図４に拡大して概念的に示されており、例えば２０〜１００μｍの磁性粉体としての鉄粉Ｆの表面を燐酸Ｐで絶縁処理し、その鉄粉Ｆを合成樹脂Ｇにコンパウンドした構成になっている。そして、例えば、前記合成樹脂Ｇが溶融した状態で、複合材料を各粉体製のコア構成体２０に対応した成形型（図示せず）に充填し、合成樹脂Ｇが固化してから成形型から固化した複合材料を取り出し、もって粉体製のコア構成体２０が完成される。
【００２９】
そして、鋼板製のコア構成体２１の両端面に粉体製のコア構成体２０，２０を接合すると共に、各コア構成体２０，２１に備えたティース１２同士を整合させた状態にして含浸剤に浸され、その含浸剤の接着作用にて一体化されてステータコア１０になる。そして、完成したステータコア１０の各ティース１２に前述の如く電線４０が巻回されることで、各コア構成体２０，２１が一体的に固定される。
【００３０】
さて、本実施形態では、ステータコア１０の端部においては、電線４０はコア突部１４より外側部分（界磁と反対側部分）に配置される。即ち、図３に示すようにステータコア１０の端面のうちコア突部１４より低い位置に電線４０が収容される。これにより、電線４０と他の部品との当接が規制され、電線４０が保護される。また、電線４０は、コア突部１４に押し当てられて纏められるから、従来必要とされた電線４０のバインド処理工程も不要となる。
【００３１】
なお、粉体製のコア構成体２０のうち電線巻部分を電線４０の巻回方向に沿わせて円弧状に形成すれば、電線４０へのストレスが抑えられて、信頼性が向上する。
【００３２】
電線４０の巻回処理を終えたステータコア１０は、図示しない筒形ハウジング内に例えば焼嵌され、次いで、ステータコア１０の内部にロータ１６が配される。ここで、ロータ１６に備えた永久磁石１６Ｍ（本発明の「磁力発生部」に相当する）の長さＬ３は、図３に示すように、ティース１２の軸方向の長さＬ１より若干短くなっている。また、ステータコア１０のうち電線巻回部分の長さＬ２は、永久磁石１６Ｍの長さＬ３よりも短くなっている。そして、同図に示すように、軸方向と直交する方向（図３の左右方向）において、永久磁石１６Ｍの両端面の間に電線巻回部の全体が対面するようにロータ１６を位置決めして、筒形ハウジングの両端部を閉塞処理し、もってモータが完成されている。
【００３３】
本実施形態のステータコア１０によれば、ステータコア１０のうち軸方向の両端部が１対の粉体製のコア構成体２０，２０で構成されたから、ステータコア１０の両端部の形状の自由度が高まる。これにより、ステータコア１０の両端部に、コア突部１４を形成することが可能になる。また、それら１対の粉体製のコア構成体２０，２０の間に、鋼板を積層してなる鋼板製のコア構成体２１を設けたから、全体を複合材料で構成した場合に比べて安価に製造することができる。
【００３４】
さらに、ステータコア１０の両端面にコア突部１４を形成することで、ティース１２のうちロータ１６側の長さ（図３のＬ１）をロータ１６における永久磁石１６Ｍの長さ（図３のＬ３）と同等に保ちつつ、電線巻回部の長さ（図３のＬ２）を、ロータ１６における永久磁石１６Ｍの長さよりも短くすることができる。
これにより、銅損が減少し、効率が向上する。従って、従来のステータコアを備えたモータと本実施形態のステータコア１０を備えたモータとで出力トルクを同じにした場合には、本実施形態のステータコア１０を備えたモータの方が、効率が優れている分、従来のものに比べて小型化することができる。
【００３５】
＜第２実施形態＞
本実施形態は、図５〜図８に示されており、本発明を２種類の変圧器５０，６０に適用したものである。
第１の変圧器５０は、図５に示されており、この変圧器５０に備えたコア５１は、例えば３つの鋼板製のコア構成体５２と、１対の第１の粉体製のコア構成体５３とからなる。第１の粉体製のコア構成体５３は、磁性粉体と絶縁部材との複合材料（図４参照）で形成されて長板状になっている。一方、鋼板製のコア構成体５２は、珪素鋼板を積層してなり、その積層方向から珪素鋼板を締め付けるようにして電線が巻回され、コイル４１が形成されている。そして、３つの鋼板製のコア構成体５２を、平行状態にして一列に並べ、各鋼板製のコア構成体５２の端面をそれぞれ第１の粉体製のコア構成体５３に接合した状態に固定される。ここで、第１の粉体製のコア構成体５３は、鋼板製のコア構成体５２から側方に張り出して、コイル４１の端面状にオーバーハングする。これにより、コイル４１の軸方向で第１の粉体製のコア構成体５３を薄くすることができる。
【００３６】
第２の変圧器６０は、図６〜図８に示されており、第２の変圧器６０に備えたコア６１は、第１の変圧器５０と同じ３つの鋼板製のコア構成体５２と、第１の変圧器５０とは異なる形状の１対の第２の粉体製のコア構成体５４とからなる。
第２の粉体製のコア構成体５４は、図６及び図７に示すように磁性粉体と絶縁部材との複合材料を略三角形状の平板構造に成形してなる。そして、第２の変圧器６０では、第２の粉体製のコア構成体５４における各頂点寄り位置にそれぞれ３つの鋼板製のコア構成体５２を配置して、第２の粉体製の両コア構成体５４，５４の間にそれら鋼板製のコア構成体５２を挟んで固定した構造になっている。
【００３７】
本実施形態によれば、２種類のコア５１，６１の間で、鋼板製のコア構成体５２を共通部品化したことによって製造コストを抑えることができる。
【００３８】
＜他の実施形態＞
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）本発明は、前記各実施形態で例示したブラシレスモータや変圧器以外の機器に備えたコアに適用してもよい。具体的には、ＤＣモータ、ステッピングモータや誘導モータ、発電機等に備えたコアに本発明を適用してもよい。
【００３９】
（２）前記実施形態では、ティース１２の両端面にコア突部１４が突出形成されていたが、ティースの両端面に凹部を形成してその凹部に電線が収容されるようにしてもよい。これにより、電線の保護を強化することができる。
【００４０】
（３）前記第２実施形態では、２種類の変圧器５０，６０の間で、鋼板製のコア構成体５２を共通部品とし、粉体製コア構成体５３，５４を変更部品としたが、逆に、粉体製のコア構成体を共通部品とし鋼板製のコア構成体を変更部品にしてもよい。また、鋼板製のコア構成体と粉体製のコア構成体との両方を複数種類設けておき、それらの組み合わせを種々変更可能な構成にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るステータコアの斜視図
【図２】ステータコアの分解斜視図
【図３】ティースの側断面図
【図４】磁性粉体と絶縁部材との複合材料の概念図
【図５】第２実施形態における第１の変圧器の斜視図
【図６】第２の変圧器の分解斜視図
【図７】第２の変圧器の平面図
【図８】第２の変圧器の側面図
【符号の説明】
１０…ステータコア（電機子コア）
１２…ティース
１４…コア突部
１６…ロータ（界磁）
２０，５３，５４…粉体製のコア構成体
２１，５２…鋼板製のコア構成体
２２…珪素鋼板
４０…電線
４１…コイル
５０，６０…変圧器
５１，６１…コア
【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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【図８】
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