(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性材粉を加圧成形して得られる、モータ用圧粉鉄心であって、該モータ用圧粉鉄心はティース部がヨーク部の軸方向に平行に配置されてヨーク部と接続したものであり、該モータ用圧粉鉄心のティース部とヨーク部に跨る部分にＴ字型の電磁鋼板を埋め込んだことを特徴とするモータ用圧粉鉄心。
【請求項２】
磁性材粉を加圧成形して得られる、モータ用圧粉鉄心であって、該モータ用圧粉鉄心はティース部がヨーク部の軸方向に平行に配置されてヨーク部と接続したものであり、該モータ用圧粉鉄心のティース部とヨーク部に跨る部分にＴ字型の電磁鋼板と、電磁細線を埋め込んだことを特徴とするモータ用圧粉鉄心。
【請求項３】
前記電磁鋼板が無方向性電磁鋼板である請求項１または２のモータ用圧粉鉄心。
【請求項４】
前記電磁鋼板が一方向性電磁鋼板である請求項１または２のモータ用圧粉鉄心。
【請求項５】
前記電磁鋼板が二方向性電磁鋼板である請求項１または２のモータ用圧粉鉄心。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はモータ用圧粉鉄心に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、非特許文献１に示すように、モータの種類には様々なものがある。
【０００３】
２相インダクションモータ（交流モータ）の構造を、図１１（ａ）に模式的に示す。図１１（ａ）に示すのは２相のものであるが、他に２相以外のものもある。４はローター、４１は回転軸、５は鉄心である。
【０００４】
直流モータでも、似たような構造のものに、図１１（ｂ）に示すような、ブラシレスモータがある。
【０００５】
一方、図１１（ｃ）に示すような、ブラシをもつ直流モータもあり、ローター４の外側に配される磁石（鉄心５に相当）として、永久磁石のかわりに巻線６を施した電磁石が用いられる場合がある。
【０００６】
モータ用鉄心の素材としては、従来から主に電磁鋼板が用いられてきた。電磁鋼板は優れた軟磁性材料であり、また、適宜な形状に打ち抜き加工して積層すれば即鉄心を製作できるため、最も一般的に用いられてきた。
【０００７】
一方、小形モータ用や、限られたスペースに収まることが要求される複雑な鉄心形状のモータ用には、電磁鋼板を打ち抜き加工して鉄心を製作するのが難しいため、鉄粉あるいは磁性鉄粉などの磁性材粉を加圧成形して得られる圧粉鉄心が用いられる場合もあった。
【０００８】
しかしながら、圧粉鉄心は、強度や耐久性に問題がある。モータ用鉄心は、正常な使用環境下でも、自らの回転や振動により、過酷な条件に晒されるからである。
【０００９】
このため、圧粉鉄心の強度、耐久性を向上させるべく、加圧成形の方法や条件を改善する試みが種々なされている。代表的なのは、圧粉鉄心を他の材料で補強する方法である。
【００１０】
例えば、特許文献１では、圧粉体の外側を鉄板などの補強材で覆っている。
【００１１】
特許文献２では、上下の圧粉体、中間の積層鋼板の３段構造をとっている。
【００１２】
特許文献３、特許文献４では、電磁鋼板を圧粉鉄心に埋め込んでいる。
【００１３】
特許文献５では、電磁細線を圧粉鉄心に埋め込んでいる。
【非特許文献１】図解  モーターのしくみ  p71,69,31  株式会社  日本実業出版社  1995年2月20日  初版
【特許文献１】特開２０００−２２４７８３号公報
【特許文献２】特開２００５−３０４２０２号公報
【特許文献３】特開２００３−２２４９４０号公報
【特許文献４】特開２００５−１８４８７２号公報
【特許文献５】特開２００４−１０４８９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
特許文献１、特許文献２に記載の方法では、鉄心の形状は、補強材あるいは積層材の形状に大きく依存し、圧粉鉄心の利点である形状の自由度が損なわれる問題がある。
【００１５】
また、特許文献３、特許文献４に記載の方法では、電磁鋼板が鉄心のティース部かヨーク部に埋め込まれており、ティース部とヨーク部の間、すなわちティース部の根元の部分には何も埋め込まれておらず、その部分の強度に問題がある。
【００１６】
さらに、特許文献５に記載の方法では、それだけでは強度不十分であるという問題がある。
【００１７】
本発明は、従来技術のかような問題を解決するべくなされたものであり、モータ用鉄心の形状を自在に製作できるという圧粉鉄心の利点を生かしながら、鉄心の強度、特にティース部とヨーク部の接続部から、ティース部の根元にかけての部分の強度を確保できる、モータ用圧粉鉄心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】
【００１８】
すなわち、本発明は、以下の通りである。
（１）磁性材粉を加圧成形して得られる、モータ用圧粉鉄心であって、該モータ用圧粉鉄心はティース部がヨーク部の軸方向に平行に配置されてヨーク部と接続したものであり、該モータ用圧粉鉄心のティース部とヨーク部に跨る部分にＴ字型の電磁鋼板を埋め込んだことを特徴とするモータ用圧粉鉄心。
（２）磁性材粉を加圧成形して得られる、モータ用圧粉鉄心であって、該モータ用圧粉鉄心はティース部がヨーク部の軸方向に平行に配置されてヨーク部と接続したものであり、該モータ用圧粉鉄心のティース部とヨーク部に跨る部分にＴ字型の電磁鋼板と、電磁細線を埋め込んだことを特徴とするモータ用圧粉鉄心。
（３）前記電磁鋼板が無方向性電磁鋼板である（１）または（２）のモータ用圧粉鉄心。
（４）前記電磁鋼板が一方向性電磁鋼板である（１）または（２）のモータ用圧粉鉄心。
（５）前記電磁鋼板が二方向性電磁鋼板である（１）または（２）のモータ用圧粉鉄心。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、モータ用鉄心の形状を自在に製作できるという圧粉鉄心の利点を生かしながら、鉄心の強度、特にティース部とヨーク部の接続部から、ティース部の根元にかけての部分の強度を確保できるモータ用圧粉鉄心を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に至った経緯および本発明の実施の形態について説明する。
【００２１】
例えば、図２に示すような、ローター４の外径に対してあまり余裕のない、点線で示した筒状のスペースに収納できる鉄心５として、ティース部５１を回転軸４１の延びる方向に平行に配置し、ヨーク部５２の根元の部分で接続した上で、ティース部５１の根元付近に巻線６を施したものを考える。
【００２２】
図２においては、見やすくするために、ティース部５１の本数を一部省いているが、実際にはヨーク部５２の全周にわたり、ティース部５１が間隔をおいて配置される。
【００２３】
圧粉鉄心１でできた鉄心５にあっては、巻線６が施されたティース部５１に対し、ヨーク部５２の周方向１８０°反対側の、やはり巻線６が施されたティース部５１は、通電時に、大きさが同じで符号が反対の磁場を形成する磁極を構成するが、これら磁極は、ヨーク５２を介して繋がっている。
【００２４】
このような形状の鉄心５を、仮にもし、電磁鋼板を積層して製作しようとすると、ティース部５１の根元の部分と、ヨーク部５２と、の接続部では、図３のように、電磁鋼板２を折り曲げて製作するか、図４のように、電磁鋼板２を積層した鉄心同士を接続部５３で接合して製作する必要があった。図中、７，８はそれぞれ、電磁鋼板の折り曲げ部分、接合部分を表す。
【００２５】
これらの方法では、電磁鋼板２を折り曲げた部分７の歪みや、電磁鋼板２を積層した鉄心同士の接合部分８にわずかにできるエアーギャップが、磁束の流れを阻害し、モータの特性を低下させる原因となる。
【００２６】
鉄粉などの磁性材粉を加圧成形して得られる圧粉鉄心では、このような形状の鉄心５の製作を容易に行うことができ、歪みやエアーギャップがない分、磁束の流れもスムーズになる。
【００２７】
しかしながら、鉄粉などの磁性材粉を加圧成形して得られる圧粉鉄心は、強度、耐久性の点で、電磁鋼板を積層して製作した鉄心に比べ、どうしても劣る。例えば、図５のように、図３や図４と同じ形状の鉄心５を圧粉鉄心で製作したとすると、ティース部５１とヨーク部５２の接続部５３から、ティース部５１の根元にかけての部分が破損しやすい。
【００２８】
そこで、発明者らは、同部分の強度を向上することを目的として、圧粉鉄心１内に電磁鋼板２を埋め込むことを考えた。
【００２９】
しかし、図６のように、圧粉鉄心１製の鉄心５のティース部５１とヨーク部５２に、別々に電磁鋼板２を埋めこむと、ティース部５１とヨーク部５２の接続部５３の強度が弱く、ティース部５１とヨーク部５２の接続部５３から、ティース部５１の根元にかけての部分が折れやすく、強度向上には効果がなかった。
【００３０】
そこで、図７のように、ティース部５１とヨーク部５２に跨る部分にＴ字型の電磁鋼板２を埋め込んで補強することにより、強度向上を図ることに想到し、本発明をなすに至ったのである。
【００３１】
図１に、補強部分を拡大して鳥瞰図的に示す。モータの鉄心５を、鉄粉などの磁性材粉を加圧成形して得られる、圧粉鉄心１であって、該圧粉鉄心１のティース部５１とヨーク部５２に跨る部分にＴ字型の電磁鋼板２を埋め込んでいる。
【００３２】
補強するために電磁鋼板を用いることにより、磁束の流れを促進し、鉄心としての強度のみならず軟磁性の向上、モータ特性の向上も図ることができる。
【００３３】
さらに、電磁鋼板にて補強する部分は、ティース部５１とヨーク部５２に跨る部分を通過する磁束を直角にその方向を変化させたい部分でもあるので、無方向性電磁鋼板を用いるのが好ましく、または、一方向性電磁鋼板を二つ、その磁性の強い方向を、通過する磁束が直角に曲がる前後の方向に合わせて、互いに直角に配置するのがより好ましい。
【００３４】
あるいは、二方向性電磁鋼板を、その磁性の強い二つの方向を、通過する磁束が直角に曲がる前後の方向に合わせて、配置するのも好ましい。
【００３５】
そして、図８のように、ティース部５１とヨーク部５２に跨る部分にＴ字型の電磁鋼板２と、それに加え、さらに、電磁細線３を埋め込むと、より一層の強度向上を図ることができる。また、圧粉鉄心１中に電磁鋼板２とともに埋め込まれた電磁細線３が、磁束の流れをより促進し、鉄心としての強度のみならず軟磁性の向上、モータ特性の向上もより一層図ることができる。
【００３６】
電磁細線は、例えば、ティース部５１とヨーク部５２に跨る部分に真っ直ぐに配置しても効果があるが、図８に示すように、電磁細線の延びる方向を、通過する磁束が直角に曲がる前後の方向に合わせると、一層好ましい。
【実施例】
【００３７】
図２のような形状の鉄心を持つブラシレスモータについて、
ケース１  ：  図３のような、電磁鋼板２の折り曲げ部分７をもつ鉄心の場合、
ケース２  ：  図４のような、電磁鋼板２の接合部分８をもつ鉄心の場合、
ケース３  ：  図５のような、圧粉鉄心１のみの鉄心の場合、
ケース４  ：  図６のような、圧粉鉄心１のティース部５１とヨーク部５２に別々に無方向性電磁鋼板２を埋め込んだ鉄心の場合、
ケース５  ：  図７のような、圧粉鉄心１のティース部５１とヨーク部５２に跨る部分にＴ字型の無方向性電磁鋼板２を埋め込んだ鉄心の場合、
ケース６  ：  図７のような、圧粉鉄心１のティース部５１とヨーク部５２に跨る部分にＴ字型の二方向性電磁鋼板２を、その磁性の強い二つの方向を、通過する磁束が直角に曲がる前後の方向に合わせて、埋め込んだ鉄心の場合、
ケース７  ：  図８のような、圧粉鉄心１のティース部５１とヨーク部５２に跨る部分にＴ字型の無方向性電磁鋼板２と電磁細線３を埋め込んだ鉄心の場合、
それぞれについて、回転数２０００ｒｐｍ、トルク０．５Ｎｍの際のモータ効率を、ケース３の場合（圧粉鉄心のみの鉄心の場合）を１とした場合の比率で表したものを、図９に示す。ここで、モータ効率は、モータの出力を消費電力で除したもである。
【００３８】
ケース１の、図３のような、電磁鋼板２の折り曲げ部分７をもつ鉄心の場合、効率は最も低く、ケース２の、図４のような、電磁鋼板２の接合部分８をもつ鉄心の場合は、ケース３の、図５のような、圧粉鉄心のみの鉄心の場合と同程度の効率だった。
【００３９】
ケース４の、図６のような、圧粉鉄心１のティース部５１とヨーク部５２に別々に無方向性電磁鋼板２を埋め込んだ鉄心の場合は、ケース３の、図５のような、圧粉鉄心１のみの鉄心の場合よりも効率は向上した。
【００４０】
ケース５の、図７のような、圧粉鉄心１のティース部５１とヨーク部５２に跨る部分にＴ字型の無方向性電磁鋼板２を埋め込んだ鉄心の場合は、より高い効率を示した。
【００４１】
ケース６の、図７のような、圧粉鉄心１のティース部５１とヨーク部５２に跨る部分にＴ字型の二方向性電磁鋼板２を、その磁性の強い二つの方向を、通過する磁束が直角に曲がる前後の方向に合わせて、埋め込んだ鉄心の場合は、さらに高い効率を示した。
【００４２】
ケース７の、図８のような、圧粉鉄心１のティース部５１とヨーク部５２に跨る部分にＴ字型の無方向性電磁鋼板２と電磁細線３を埋め込んだ鉄心の場合も、高い効率を示した。
【００４３】
また、図１０には、これらのモータで、回転数８０００ｒｐｍ、トルク０．５Ｎｍの運転を起動しては停止する動作を何回も繰り返し、モータ効率が１割低下した際の繰り返し回数を示す。
【００４４】
ケース３の、図５のような、圧粉鉄心１のみの鉄心の場合が、最も少ない繰り返し回数で効率が低下した。
【００４５】
また、ケース２の、図４のような、電磁鋼板２の接合部分８をもつ鉄心の場合は、ケース３の、図５のような、圧粉鉄心１のみの鉄心の場合とほぼ同じ繰り返し回数で効率が低下し、ケース４の、図６のような、圧粉鉄心１のティース部５１とヨーク部５２に別々に無方向性電磁鋼板２を埋め込んだ鉄心の場合も、同様であった。
【００４６】
ケース５の、図７のような、圧粉鉄心１のティース部５１とヨーク部５２に跨る部分にＴ字型の無方向性電磁鋼板２を埋め込んだ鉄心の場合や、ケース６の、図７のような、圧粉鉄心１のティース部５１とヨーク部５２に跨る部分にＴ字型の二方向性電磁鋼板２を、その磁性の強い二つの方向を、通過する磁束が直角に曲がる前後の方向に合わせて、埋め込んだ鉄心の場合や、ケース７の、図８のような、圧粉鉄心１のティース部５１とヨーク部５２に跨る部分にＴ字型の無方向性電磁鋼板２と電磁細線３を埋め込んだ鉄心の場合は、ケース３の、図５のような、圧粉鉄心１のみの鉄心の場合と比べ、効率が低下するまでの繰り返し回数が大幅に増加した。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態の一例について説明するための線図
【図２】本発明に至る経緯についての説明に登場する、筒状のスペースに収納できる鉄心について説明するための線図
【図３】電磁鋼板の折り曲げ部分をもつ鉄心について説明するための線図
【図４】電磁鋼板の接合部分をもつ鉄心について説明するための線図
【図５】圧粉鉄心のみの鉄心について説明するための線図
【図６】圧粉鉄心のティース部とヨーク部に別々に無方向性電磁鋼板を埋め込んだ鉄心について説明するための線図
【図７】圧粉鉄心のティース部とヨーク部に跨る部分にＴ字型の一方向性電磁鋼板を埋め込んだ鉄心について説明するための線図
【図８】圧粉鉄心のティース部とヨーク部に跨る部分にＴ字型の電磁鋼板と電磁細線を埋め込んだ鉄心について説明するための線図
【図９】各鉄心を用いた場合に、モータ効率がどのように変化するかを比較して示す線図
【図１０】各鉄心を用いた場合に、モータ効率が低下するまでの起動と停止の繰り返し回数がどのように変化するかを比較して示す線図
【図１１】モータの種類と構造について説明するための線図
【符号の説明】
【００４８】
１  圧粉鉄心
２  電磁鋼板
３  電磁細線
４  ローター
４１  回転軸
５  鉄心
５１  ティース部
５２  ヨーク部
５３  接続部
６  巻線
７  電磁鋼板の折り曲げ部分
８  電磁鋼板の接合部分
【図１】
0005167820.tif 000002
【図２】
0005167820.tif 000003
【図３】
0005167820.tif 000004
【図４】
0005167820.tif 000005
【図５】
0005167820.tif 000006
【図６】
0005167820.tif 000007
【図７】
0005167820.tif 000008
【図８】
0005167820.tif 000009
【図９】
0005167820.tif 000010
【図１０】
0005167820.tif 000011
【図１１】
0005167820.tif 000012