(57)【要約】【課題】コア形状等を複雑化することなく、簡単な処理により、圧縮応力による圧粉磁性体製のコアの鉄損を低減できるステータコアの製造方法を提供する。【解決手段】このステータコアの製造方法では、分割コア３のモータ等への取り付け前に、予備圧縮工程として分割コア３に対して圧縮応力を少なくとも１回負荷しておくことにより、固定時の焼きバメ応力等の影響による分割コア３の鉄損を低減する。予備圧縮工程の圧縮の強さは、その圧縮により分割コア３中に生じる応力が５０ＭＰａから５００ＭＰａの範囲になるように設定される。【選択図】図１１
2007181323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧粉磁性体材料を用いてステータのコアを製造するステータコアの製造方法であって、
圧粉磁性体材料を用いたプレス成形によりコアを形成するコア形成工程と、
前記コアに対して圧縮を行う少なくとも１回の圧縮工程と、
を備えることを特徴とするステータコアの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のステータコアの製造方法において、
前記圧縮工程における前記圧縮の強さは、その圧縮により前記コア中に生じる応力が５０ＭＰａから５００ＭＰａの範囲になるように設定されることを特徴とするステータコアの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧粉磁性体材料を用いてステータのコアを製造するステータコアの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータのステータを焼きバメによりモータハウジング（又は保持リング）に固定した場合、ステータにはケース側から大きな圧縮応力が負荷され、このときの圧縮応力によりステータのコアの鉄損が劣化することが知られている。
【０００３】
この鉄損の劣化に対する従来の対策としては、コアのモータハウジング等との対向面のアール形状を工夫することで圧縮応力を緩和する技術がある（特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２９７９３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の従来技術では、コアのモータハウジング等との対向面のアール形状を特別な形状に加工する必要がり、コア形状が複雑化する等の問題がある。
【０００６】
そこで、本発明の解決すべき課題は、コア形状等を複雑化することなく、簡単な処理により、圧縮応力による圧粉磁性体製のコアの鉄損を低減できるステータコアの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、請求項１の発明では、圧粉磁性体材料を用いてステータのコアを製造するステータコアの製造方法であって、圧粉磁性体材料を用いたプレス成形によりコアを形成するコア形成工程と、前記コアに対して圧縮を行う少なくとも１回の圧縮工程とを備える。
【０００８】
また、請求項２の発明では、請求項１の発明に係るステータコアの製造方法において、前記圧縮工程における前記圧縮の強さは、その圧縮により前記コア中に生じる応力が５０ＭＰａから５００ＭＰａの範囲になるように設定される。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、モータへの取り付け前に、コアに対して圧縮を少なくとも１回負荷しておくことにより、コア形状等を複雑化することなく、取付時の焼きバメ応力等の圧縮応力によるコアの鉄損を低減することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、コアの取付工程前にコアに対して行う圧縮の強さが、その圧縮によりコア中に生じる応力が５０ＭＰａから５００ＭＰａの範囲になるように設定されるため、焼きバメ応力等の影響によるコアの鉄損を効果的に低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
＜ステータ構成について＞
本発明の一実施形態に係るステータコアの製造方法について以下に説明する。本実施形態が適用されるステータは、図１に示すように、円環状に配列された複数の分割ステータ１を備えている。各分割ステータ１は、分割コア３とコイル５とを備えている。
【００１２】
分割コア３は、ヨーク部１１と、１つのティース部１３と、ツバ部１５とを備え、圧粉磁性体により形成されている。
【００１３】
ここで、圧粉磁性体とは、金属磁性粉末、又は所定の被膜（例えば、燐酸化合物被膜）で覆った金属磁性粉末とバインダ樹脂とを混合し、プレス成形したものであり、圧粉磁性体材料を所定の成形用の型に充填して加圧、圧縮した後、加熱処理することにより形成される。金属磁性粉末としては、例えば、鉄（Ｆｅ）、鉄（Ｆｅ）−シリコン（Ｓｉ）系合金、鉄（Ｆｅ）−窒素（Ｎ）系合金、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）系合金、鉄（Ｆｅ）−炭素（Ｃ）系合金、鉄（Ｆｅ）−ホウ素（Ｂ）系合金、鉄（Ｆｅ）−コバルト（Ｃｏ）系合金、鉄（Ｆｅ）−リン（Ｐ）系合金、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）系合金、及び鉄（Ｆｅ）−アルミニウム（Ａｌ）−シリコン（Ｓｉ）系合金などから形成することができる（すなわち、金属単体でも合金でもよい）。バインダ樹脂は、有機物としては、例えば、熱可塑性ポリイミド、熱可塑性ポリアミド、熱可塑性ポリアミドイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリアミドイミド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド及びポリエーテルエーテルケトンなどの熱可塑性樹脂や、全芳香族ポリエステル及び全芳香族ポリイミドなどの非熱可塑性樹脂や、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸カルシウム、パルミチン酸リチウム、パルミチン酸カルシウム、オレイン酸リチウム及びオレイン酸カルシウムなどの高級脂肪酸を用いることができ、あるいはこれらを互いに混合して用いることもできる。
【００１４】
コイル５は、丸線又は平角線により形成され、分割コア３のティース部１３に外装されている。
【００１５】
このような構成の分割ステータ１は、図１に示すように、円環状に配列された状態で図示しない保持リング（又はモータハウジング）に焼きバメされて固定されるようになっている。この固定状態では、各分割ステータ１の分割コア３には、その全周において、保持リング（又はモータハウジング）から図１の矢印Ａで示すように径方向内方の面圧を受けている。この面圧の影響により、分割コア３のヨーク部１１にはモータ周方向に面圧の約７倍強の応力（内部応力）が作用することとなり、これによって分割コア３の鉄損が劣化する。ここで、応力負荷による鉄損劣化は、圧粉磁性体コア、鋼板コアのいずれのコアでも生じるのであるが、その発生のメカニズムは互いに異なっている。
【００１６】
そこで、本実施形態では、圧粉磁性体により形成されたコア（分割コア３）について、その固定時の応力により生じる鉄損を低減する方法を提供するものである。その方法について以下に説明する。
【００１７】
＜鉄損低減方法について＞
本願発明者は、圧粉磁性体コアについて圧縮試験を行う過程で、圧縮応力の負荷履歴により応力負荷時のコアの鉄損の大きさに違いがあることを見出した。そこで、本願発明者は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すような試験片２１を作製し、その試験片２１を用いた試験により、応力負荷履歴と応力負荷時の鉄損との関係を調べた。ここで、試験片２１は、圧粉磁性体により形成された円形トロイダル形の部材であり、互いに対向する２箇所の部分にコイル２３，２５が巻回されている。試験片２１に対する圧縮応力の負荷は、コイル２３，２５が巻回された部分の間に位置する２箇所の部分２１ａ，２１ｂ（図２（ａ）のハッチングを付した部分）に対して行うようにし、そのときの応力方向は、図２（ｂ）の矢印Ｃで示すように試験片２１をその厚み方向に挟み込む方向に設定した。鉄損の計測は、コイル２３に変動電流（交流電流等）を流して試験片２１中に変動磁界を発生させた際に、コイル２５側に発生する誘導起電力を計測し、コイル２３に入力する電気エネルギーとコイル２５から出力される電気エネルギーとを比較することにより行った。
【００１８】
まず、第１の試験として、試験片２１の部分２１ａ，２１ｂに対する応力負荷、応力解除の工程を３回行い、その過程における試験片２１の鉄損の推移を調べた。図３はその試験結果を示すものであり、グラフの横軸は圧縮応力の大きさに対応し、縦軸は鉄損の大きさに対応している。また、図３のグラフ中の実線ラインＧ１ａは１回目の応力負荷サイクルによるものであり、一点鎖線ラインＧ１ｂは２回目の応力負荷サイクルによるものであり、鎖線ラインＧ１ｃは３回目の応力負荷サイクルによるものである。また、各応力負荷サイクルにおいて、鉄損の計測は、応力負荷前、約５０ＭＰａの応力負荷時、約１００ＭＰａの応力負荷時、約２５０ＭＰａの応力負荷時、及び応力解除時の計５回行った。図３の試験結果より、各回の応力負荷サイクルにおいて負荷する応力の増大に伴って鉄損が増大するが、全体的な傾向として、１回目よりも２回目、２回目よりも３回目の方が、応力負荷時の鉄損が小さくなっていることが分かる。
【００１９】
次に、第２の試験として、試験片２１の表面における応力負荷が行われる面積割合（圧縮面積割合）の変化、及び試験片２１を形成する圧粉磁性体のバインダ樹脂配合比率の違い等による影響を調べるため、次のような試験を行った。
【００２０】
すなわち、バインダ樹脂の配合比率が異なる２種類（タイプＴＰ１，ＴＰ２）の試験片２１（以下、これらを区別するときはタイプＴＰ１，ＴＰ２という）を用意し、各種類の試験片２１に対し、２パターンの圧縮面積割合値（１２．５％，２５％）について試験をそれぞれ行った。ここで、いずれのタイプＴＰ１，ＴＰ２も、金属磁性粉末（鉄粉）としてヘネガスＡＢ社製のSomaloy500（商品名）を用い、バインダ樹脂としてポリフェニレンサルファイド等を用いた点は同一であるが、バインダ樹脂の配合比率が、タイプＴＰ１では０．３ｗｔ％に設定され、タイプＴＰ２では０．５ｗｔ％に設定されている。
【００２１】
まず、各タイプＴＰ１，ＴＰ２の試験片２１の応力負荷部分２１ａ，２１ｂの圧縮面積割合を１２．５％に設定し、その部分２１ａ，２１ｂに対する２５０ＭＰａの応力負荷を３回行い、応力負荷前、１回目の応力負荷時、２回目の応力負荷時、及び３回目の応力負荷時における試験片２１の鉄損の推移を調べた。図４及び図５はその試験結果をグラフ化して示したものである。図４中の曲線Ｇ２ａはタイプＴＰ１の試験結果に対応し、曲線Ｇ２ｂはタイプＴＰ２の試験結果に対応している。図５は、その２回目及び３回目の応力負荷時の鉄損減少率を試験片２１のタイプＴＰ１，ＴＰ２ごとに表したものである。
【００２２】
この試験結果より、タイプＴＰ１の場合は、２回目の応力負荷時は１回目の応力負荷時に比して２．２％の割合で鉄損が減少し、さらに３回目は２回目に比して０．７％の割合で鉄損が減少することが分かった。また、タイプＴＰ２の場合は、２回目の応力負荷時は１回目の応力負荷時に比して２．１％の割合で鉄損が減少し、さらに３回目は２回目に比して０．２％の割合で鉄損が減少することが分かった。またこれより、鉄損減少率は、バインダ樹脂の配合比率にかかわらず、１回目の応力負荷と２回目の応力負荷との間で最大となっていることが分かった。
【００２３】
次に、試験片２１の応力負荷部分２１ａ，２１ｂの面積割合を２５％に設定し、他の条件は同一にして同様な試験を行った。図６及び図７はその試験結果をグラフ化して示したものである。図６中の曲線Ｇ３ａはタイプＴＰ１の試験結果に対応し、曲線Ｇ３ｂはタイプＴＰ２の試験結果に対応している。図７は、その２回目及び３回目の応力負荷時の鉄損減少率を試験片２１のタイプＴＰ１，ＴＰ２ごとに表したものである。この圧縮面積割合を２５％にしたときの試験結果も、全体的な傾向は圧縮面積割合が１２．５％のときとほぼ同様であるが、圧縮面積割合を増加させることにより、２回目、３回目の応力負荷時における前回応力負荷時に対する鉄損減少率が増大することが分かった。
【００２４】
そして、図４及び図６の試験結果に基づき、圧縮面積割合が１００％（試験片２１の全面に応力負荷）のときの応力負荷履歴と応力負荷時の鉄損との関係を推測（換算）した。なお、この推測は、圧縮面積割合の増加幅に鉄損減少率の増大幅が比例することを仮定して行った。図８及び図９はその推測結果を示すものであり、図８が応力負荷履歴と応力負荷時の鉄損との関係を示す図であり、図９が各応力負荷時の鉄損減少率を試験片の各タイプごとに示す図である。また、図８中の曲線Ｇ４ａはタイプＴＰ１の試験結果に対応し、曲線Ｇ４ｂはタイプＴＰ２の試験結果に対応している。
【００２５】
以上の試験結果及びそれに基づく考察により、圧粉磁性体コアに関して、モータ組立前（焼きバメ応力等が負荷される前）に圧縮応力を少なくとも１回負荷しておくことにより、実際にモータに組み込まれて圧縮応力を受けたときの鉄損を低減できることが分かった。
【００２６】
ここで、このモータ組立前の圧縮工程（予備圧縮工程）における圧縮応力の強さは、分割コア３中に生じる応力（内部応力）が５０ＭＰａから５００ＭＰａの範囲になるように設定するのが好ましい。５０ＭＰａの下限値は、図３の試験結果より予備圧縮の効果が安定して得られるのが５０ＭＰａ以上であることに基づくものである。また、５００ＭＰａの上限値は、通常の焼きバメにより保持リング（又はモータハウジング）から分割コア３に作用する面圧が７０ＭＰａ以下に設定され、これに対応して焼きバメ応力により分割コア３のヨーク部１１内においてモータ周方向に作用する内部応力も５００ＭＰａ以下になることに基づくものである。なお、内部応力５０ＭＰａは、焼きバメににより保持リング（又はモータハウジング）から分割コア３に作用する面圧に換算すると７ＭＰａとなる。
【００２７】
また、実際に市場に供給されている圧粉磁性体製のコアについて、鉄損低減のための予備圧縮が行われているものであるか否かの判別方法としては、例えば次のような方法が考えられる。
【００２８】
図４及び図６の試験結果が示すように、２回目圧縮時の前回（１回目）圧縮時に対する鉄損低減率が最も大きいことから、２回目圧縮時の前回圧縮時に対する鉄損低減率と、３回目以降の圧縮時の前記圧縮時に対する鉄損低減率との中間値を閾値レベル（例えば、図５、図７及び図９のレベルＬａ〜Ｌｃ）に設定し、その閾値レベルを利用して予備圧縮工程の履歴を判別できる。すなわち、モータ等への組み込み前のコアについては、圧縮応力を負荷した状態で鉄損を計測した後、一度応力を解除して再び圧縮応力を負荷した状態で鉄損を計測することにより、その２つの鉄損計測値の減少率が前記閾値レベルを上回っていれば予備圧縮を行っていないと判定でき、鉄損計測値の減少率が前記閾値レベル以下であれば予備圧縮を行っていると判定できる。また、モータ等に組み込まれて焼きバメ応力等が負荷された状態のコアについては、その応力が負荷された状態で鉄損を計測した後、コアをモータ等から取り出して応力を解除して再び圧縮応力を負荷した状態で鉄損を計測することにより、その２つの鉄損計測値の減少率に基づいて同様に判別できる。
【００２９】
ここで、図４及び図６の試験結果より、予備圧縮履歴判別のための閾値レベルと圧縮面積割合との関係を導出すると、図１０のような結果が得られる。図１０中の直線Ｇ５ａ（近似的に、ｙ＝０．０４５９ｘで表される）は、図４及び図６の試験結果に基づいて導出したものであり、２５０ＭＰａの圧縮応力を負荷した場合に対応している。また、直線Ｇ５ｂ（近似的に、ｙ＝０．０３１９ｘで表される）は、圧縮応力を１００ＭＰａに設定して図４及び図６と同様な試験を行った結果に基づいて導出したものである。
【００３０】
＜ステータの製造工程について＞
次に、本実施形態に係るステータコアの製造方法を適用したステータの製造方法について具体的に説明する。図１１はその製造工程を示す図である。
【００３１】
まず、ステップＳ１で、上述の如く、圧粉磁性材料を用いたプレス成形により圧粉成形体が形成され、その圧粉成形体に熱処理が行われ、これによって分割コア３が形成される。
【００３２】
続くステップＳ２で、分割コア３に対する鉄損低減のための予備圧縮工程が行われる。この工程では、分割コア３に対する圧縮応力負荷、応力負荷解除の工程が少なくとも１回行われる。このときの圧縮の強さは、圧縮により分割コア３中に生じる内部応力が５０ＭＰａから５００ＭＰａの範囲（より好ましくは、１９０ＭＰａから２８０ＭＰａの範囲）になるように設定される。また、分割コア３に対する応力負荷部分は、実際に分割コア３がモータに組み込まれた際に焼きバメ等による応力が負荷される部分をカバーするように設定するのが好ましい。
【００３３】
圧縮応力の負荷は、例えば図１２に示されるようにプレス装置３１を用いて行われる。このプレス装置３１は、分割コア３のヨーク部１１をモータ周方向の両側から挟み込んで支持する支持部材３３と、プレス機構により駆動される押圧部材３５とを備えている。支持部材３３は、先細り状に傾斜して対向する２つの支持面３３ａを有しており、この支持面３３ａの傾斜角度は、セットされた分割コア３のティース部１３の中心軸方向を基準として、その傾斜角度がヨーク部１１のモータ周方向の両端面１１ａがティース部１３の中心軸方向となす角度と一致するように設定されている。このため、分割コア３が支持部材３３にセットされると、ヨーク部１１の両端面１１ａが支持面３３ａにぴったりと当接するようになっている。そして、分割コア３を支持部材３３にセットした状態で図示しない押圧部材３５により分割コア３のヨーク部１１の外周面の実質的に全面を支持面３３ａ間の奥側に押圧することにより、ヨーク部１１に対する応力負荷が行われる。このとき、押圧部材３５によりヨーク部１１を押圧する面圧を７ＭＰａから７０ＭＰａの範囲（より好ましくは、２７ＭＰａから４０ＭＰａの範囲）に設定すると、ヨーク部１１内においてモータ周方向に５０ＭＰａから５００ＭＰａ（より好ましくは、１９０ＭＰａから２８０ＭＰａ）の内部応力が生じる。
【００３４】
あるいは、図１３に示すように、複数の分割コア３をモータ組込個数単位で円環状に配列し、それらに対して図１３の矢印Ｄで示すように径方向外方から一度に応力負荷するようにしてもよい。このときの応力負荷は、例えば円弧を複数（例えば４つ）に分割したような押圧面の形状を有する押圧部材４１ａ〜４１ｄによって、分割コア３のセットを圧縮することにより行われる。押圧部材４１ａ〜４１ｄの駆動はプレス機構等により行われる。なお、押圧部材４１ａ〜４１ｄにより分割コア３のヨーク部１１の外周面を押圧する際の面圧は、上記の図１２の場合と同様な値に設定される。
【００３５】
続くステップＳ３で、分割コア３のティース部１３にコイル５が外装され、分割ステータ１が形成される。
【００３６】
続くステップＳ４で、分割ステータ１が円環状に配列された状態で、その外周部に焼きバメにより図示しない保持リング等が外嵌され、これによってステータが形成される。このとき、焼きバメにより各分割コア３には圧縮応力がかかり、これによって分割コア３の鉄損が劣化するが、ステップＳ２での予備圧縮工程の寄与により、焼きバメ応力による分割コア３の鉄損が低減される。
【００３７】
＜まとめ＞
以上のように、本実施形態によれば、モータ等への取り付け前に、予備圧縮工程として分割コア３に対する圧縮を少なくとも１回行っておくことにより、コア形状等を複雑化することなく、取付時の焼きバメ応力等の圧縮応力による分割コア３の鉄損を低減することができる。
【００３８】
また、予備圧縮工程の圧縮の強さが、その圧縮により分割コア３中に生じる応力（内部応力）が５０ＭＰａから５００ＭＰａの範囲になるように設定されるため、焼きバメ応力等の影響による分割コア３の鉄損を効果的に低減することができる。
【００３９】
＜変形例＞
上述の実施形態では、本実施形態に係る技術を圧粉磁性体により一体成形された分割コア３に対して適用したが、圧粉磁性体により形成されたステータコアの構成要素（部品等）であれば本実施形態に係る技術を適用することができる。例えば、圧粉磁性体により一体に形成されたステータコアや、圧粉磁性体製のステータコア部品や、圧粉磁性体製の分割コア部品に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】ステータ及びそれに負荷される焼きバメ応力についての説明図である。
【図２】図２（ａ）は応力負荷履歴と応力負荷時の鉄損との関係に関する試験の説明図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図３】試験片に対する圧縮応力負荷サイクルの各時点における鉄損の推移を示す図である。
【図４】各タイプの試験片における圧縮面積割合が１２．５％のときの応力負荷履歴と応力負荷時の鉄損との関係を示す図である。
【図５】圧縮面積割合が１２．５％のときの各応力負荷時の鉄損減少率を試験片の各タイプごとに示す図である。
【図６】各タイプの試験片における圧縮面積割合が２５％のときの応力負荷履歴と応力負荷時の鉄損との関係を示す図である。
【図７】圧縮面積割合が２５％のときの各応力負荷時の鉄損減少率を試験片の各タイプごとに示す図である。
【図８】図４及び図６の試験結果に基づいて、圧縮面積割合が１００％のときの応力負荷履歴と応力負荷時の鉄損との関係を推測して示す図である。
【図９】図４及び図６の試験結果に基づいて、圧縮面積割合が１００％のときの各応力負荷時の鉄損減少率を推測して試験片の各タイプごとに示す図である。
【図１０】予備圧縮履歴判別のための閾値レベルと圧縮面積割合との関係を示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係るステータコアの製造方法が適用されたステータの製造工程の工程図である。
【図１２】分割コアに対して圧縮応力を負荷する予備圧縮工程の説明図である。
【図１３】図１２に示す工程の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  分割ステータ
３  分割コア
５  コイル
１１  ヨーク部
１３  ティース部
１５  ツバ部
２１  試験片
【図１】
2007181323.tif 000003
【図２】
2007181323.tif 000004
【図３】
2007181323.tif 000005
【図４】
2007181323.tif 000006
【図５】
2007181323.tif 000007
【図６】
2007181323.tif 000008
【図７】
2007181323.tif 000009
【図８】
2007181323.tif 000010
【図９】
2007181323.tif 000011
【図１０】
2007181323.tif 000012
【図１１】
2007181323.tif 000013
【図１２】
2007181323.tif 000014
【図１３】
2007181323.tif 000015