(57)【要約】【課題】ヨーク部とティース部とに分割された、高性能かつ高信頼性のアキシャルモータ用コア、ならびにこれを利用したステータおよびアキシャルモータを提供する。【解決手段】ステータ１０は、ヨーク部１１およびティース部１２からなるコア１５と、コイル１３とを備えている。ティース部１２の基部１２ｃの嵌合穴１２ａの出口に位置する部位には、外周溝１２ｅと、内周溝１２ｆとが形成されている。また、各ティース部１２の各外周溝１２ｅに共通に嵌め込まれた外周リング１７ａと、各ティース部１２の各内周溝１２ｆに共通に嵌め込まれた内周リング１７ｂとが装着されている。ティース部１２の段部１２ｇと、外周リング１７ａおよび内周リング１７ｂとによって、各ティース部１２がヨーク部１１に強固に固定される構造となっている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の嵌合穴を有する板状のヨーク部と、前記ヨーク部の各嵌合穴に嵌合される基部を有する複数のティース部とを組み立てて構成されるアキシャルモータ用コアであって、
前記ティース部の各基部の一部は前記嵌合穴を貫通して外側に突出し、かつ、突出部分のうち前記嵌合穴の出口側端部に位置する部位には溝が形成されており、
前記溝に係合して、前記ティース部を前記ヨーク部に係止させる少なくとも１つのリング部材を備えている、アキシャルモータ用コア。
【請求項２】
請求項１記載のアキシャルモータ用コアにおいて、
前記ティース部は、圧粉磁性材料により構成されている、アキシャルモータ用コア。
【請求項３】
請求項１または２記載のアキシャルモータ用コアにおいて、
前記ティース部の前記嵌合穴の入口側端部に位置する部位には、基部側で小断面積となる段部が形成されている、アキシャルモータ用コア。
【請求項４】
請求項１〜３のうちいずれか１つに記載のアキシャルモータ用コアにおいて、
前記少なくとも１つのリング部材は、前記各ティース部毎に設けられている、アキシャルモータ用コア。
【請求項５】
請求項１〜４のうちいずれかに１つに記載のアキシャルモータ用コアにおいて、
前記ヨーク部の各嵌合穴の中心は、閉環上に位置しており、
前記少なくとも１つのリング部材は、前記閉環の内方および外方のうち少なくとも一方に配置されて、各ティース部を共通に係止する、アキシャルモータ用コア。
【請求項６】
請求項１〜５のうちいずれか１つに記載のアキシャルモータ用コアと、
前記ティース部に巻回されたコイルと、
を備えている、ステータ。
【請求項７】
請求項６記載のステータと、
前記ステータと軸方向において対向するロータと、
を備えている、アキシャルモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アキシャルモータ用コア、これを利用したステータ、およびアキシャルモータの改良に関する。
【０００２】
近年、各種電気機器、電気自動車，ハイブリッド車，ロボットなどの新技術の進展に伴い、それらに用いられる回転電機（モータや発電機）に対する性能の高度化、小型化、コスト低減などの要請も高まっている。
【０００３】
そこで、特許文献１，２には、小型化（薄型化）に適したモータとして、モータ回転軸の方向においてステータに対してロータを対向させたアキシャルモータが開示されている。これらの文献には、コアを構成する磁性材料として、圧粉磁性体を用いることにより、磁性鋼板を用いるよりも、コイルによって生成される磁性流を効率よく利用する構造が開示されている。特に、特許文献１の技術では、コアをヨーク部とティース部とに分割し、ティース部の底部をヨーク部の凹部に圧入する構造を採ることで、コアの各パーツの製造および組立の容易化を図っている。一方、特許文献２の技術では、ティース部をヨーク部にネジ止めによって固定する構造が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３４８４７２号公報
【特許文献２】特開２００４−２７４９７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、パーツに分割したものを組み立てる際には、破損しないように注意する必要がある。特に、圧粉磁性体は、磁性鋼板に比べて、製造コストは低いものの、機械的強度が低い。そのために、特許文献１のように、ヨーク部の凹部にティース部の底部を圧入する際に、ヨーク部またはティース部が破損するおそれがあった。また、特許文献２のように、ティース部をヨーク部にネジ止めする構造を採った場合、ティース部にネジ穴を形成する工程や、モータの使用中において、ティース部が破損するおそれがあった。反面、接着剤を介在させると、コア内で磁流が妨げられて、磁界が弱められる。
【０００６】
本発明の目的は、ティース部とヨーク部とを直接接触させながら、破損させずに固定しうる手段を講ずることにより、高性能かつ高信頼性のアキシャルモータ用コア、これを利用したステータ、およびアキシャルモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のアキシャルモータ用コアは、複数の嵌合穴を有するヨーク部の各嵌合穴にティース部の基部を貫通させて組み立てたアキシャルモータ用コアであって、ティース部の基部のうち嵌合穴の出口側端部に位置する部位に溝を形成し、この溝に、ティース部をヨーク部に係止させるリング部材を嵌め込んだものである。
【０００８】
これにより、ヨーク部とティース部とが、嵌合穴および基部で直接接触し、接着剤を介さずに直接接触しているので、コイルによって生じるコア内の磁性流を効率よく利用して強い磁界を発生させることができる。しかも、単純な溝を形成し、溝にリング部材（いわゆるスナップリング）を係合させるだけで、ティース部がヨーク部に固定されるので、ティース部やヨーク部に衝撃や局部的応力がほとんど作用することがなく、破損のおそれもほとんどない。したがって、パーツの製造および組立が容易で、高性能かつ高信頼性のコアが得られる。
【０００９】
ティース部が、圧粉磁性材料により構成されていることにより、アキシャルモータに適したコア構造を採りつつ、圧粉磁性材料からなり、比較的強度が弱いコアに対しても、十分な信頼性を発揮することができる。
【００１０】
ティース部の嵌合穴の入口側端部に位置する部位には、基部側で小断面積となる段部が形成されていることが好ましい。ティース部本体の周囲には、インシュレータが設けられ、さらにインシュレータの上にコイルが巻き付けられているので、リング部材だけでも、ティース部の基部が嵌合穴の外方側に移動するのを規制することが可能であるが、段部によってより確実な規制機能が得られる。
【００１１】
リング部材は、各ティース部毎に設けられていてもよいし、すべてのティース部を共通に係止する部材であってもよい。前者の構成により、各ティース部の固定がより確実になるが、後者の構成により、組立工程の簡素化とコストの低減とを図ることができる。
【００１２】
本発明のアキシャルモータ用コアを用いたステータまたはアキシャルモータにより、高性能のステータやアキシャルモータが得られる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のアキシャルモータ用コア，ステータまたはアキシャルモータによると、パーツの製造および組立の容易化を図りつつ、高性能かつ高信頼性のコア，ステータまたはモータを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、実施の形態におけるアキシャルモータＭＯの概略的な構造を示す断面図である。同図に示すように、モータＭＯは、モータケースＣＡ内にステータ１０と、ロータ２０とを収納して構成されている。ステータ１０は、圧粉磁性材料を主材料とするヨーク部１１およびティース部１２からなるコア１５と、ティース部１２の周囲にインシュレータ１６を介して巻回されたコイル１３とを備えている。一方、ロータ２０は、モータケースＣＡに取り付けられたベアリングＢＲによって回転自在に支持される回転軸２１と、回転軸２１に固定されたロータ本体２２と、ステータ１０のコア１５に対向してロータ本体２２に取り付けられた永久磁石２３とを備えている。
【００１５】
本明細書においては、図１に示すように、回転軸２１（モータ回転軸）に平行な方向を軸方向ｚ（スラスト方向）とし、回転軸２１に直交する方向をラジアル方向ｒとする。本実施の形態のモータＭＯは、ステータ１０とロータ２０とが（具体的にはステータ１０のコア１５とロータ２０の永久磁石２３とが）、軸方向ｚにおいて相対向しているアキシャルモータである。
【００１６】
図２は、コア１５の一部を拡大して示す斜視図である。同図において、コイルの図示は省略されている。図３は、ヨーク部１１とティース部１２との嵌合部における構造を拡大して示す断面図である。図４は、図３に示すIV-IV線における断面図である。
【００１７】
図１〜図４に示すように、ヨーク部１１は、リング状の部材であり、多数の嵌合穴１１ａを有している。嵌合穴１１ａの中心は、図４に示す閉環Ｃｎｔ上に位置している。
一方、ティース部１２は、本体部１２ａと、本体部１２ａの先端に設けられた鍔部１２ｂと、嵌合穴１２ａを貫通する基部１２ｃとが設けられており、基部１２ｃの一部は、嵌合穴１１ａよりも外方に突出した突出部１２ｄとなっている。また、ティース部１２の突出部１２ｄのうち嵌合穴１２ａの側端に位置する部位には、外周溝１２ｅと、内周溝１７ｆとが形成されている。また、ティース部１２の基部１２ｃは、本体部１２ａよりも断面寸法が小さくなっており、本体部１２ａと基部１２ｃの境界に位置する部位には、嵌合穴１１ａに係止される段部１２ｇが形成されている。つまり、この段部１２ｇにより、基部１２ｃの嵌合穴１１ａから突出する側への移動が規制される構造となっている。段部１２ｇは、ティース部１２の周囲全体に形成されている必要はなく、嵌合穴１１ａで係止されるためには、１つの辺だけでもよい。
【００１８】
そして、各ティース部１２の各外周溝１２ｅに共通に嵌め込まれた外周リング１７ａと、各ティース部１２の各内周溝１２ｆに共通に嵌め込まれた内周リング１７ｂとが装着されている。この実施の形態では、図４に示す閉環Ｃｎｔの内方と外方の双方にリング部材が設けられている。この外周リング１７ａおよび内周リング１７ｂとによって、各ティース部１２が嵌合穴１１ａから抜ける方向に移動するのが規制される。前述のように、段部１２ｇにより、基部１２ｃの嵌合穴１１ａから突出する側への移動が規制されるので、ティース部１２の段部１２ｇと各リング１７ａ，１７ｂとの規制機能により、ティース部１２がヨーク部１１に強固に固定される構造となっている。
【００１９】
外周リング１７ａおよび内周リング１７ｂは、たとえばバネ鋼や、エンジニアリングプラスチックなどのバネ機能を有する材料によって構成された、いわゆるスナップリングである。外周リング１７ａ，内周リング１７ｂを外周溝１２ｅおよび内周溝１２ｆに装着する際には、両端の穴に係合する突起部を有する工具を用いる。そして、外周リング１７ａは各ティース部１２の外方に位置するまでリング径を強制的に拡大した状態で外周溝１２ｅに嵌め込めまれ、内周リング１７ｂは各ティース部１２の内方に位置するまでリング径を強制的に縮小した状態で内周溝１２ｆに嵌め込まれる。
【００２０】
本実施の形態のコア１０のヨーク部１１およびティース部１２は、絶縁被膜を有する磁性粉末（圧粉磁性材料）を圧縮成形して形成されている。多数の珪素鋼板を樹脂絶縁層を挟んで積層したものであってもよいが、少なくともティース部１２は、圧粉磁性材料を用いて形成されていることが好ましい。アキシャルモータにおいては、ティース部１２の鍔部１２ｂが四方に突出した構造を有しているので、たとえば図３に示す軸方向ｚに平行な磁性鋼板を積層する構造は、製造上不利である反面、ラジアル方向ｒに平行な磁性鋼板を積層する構造では、軸方向ｚに流れる磁流の損失が多大となるからである。
【００２１】
ティース部１２の軸方向ｚの寸法は２０ｍｍ程度であり、ヨーク部１１やロータ本体２２の径は１００ｍｍ〜１５０ｍｍ程度であり、モータケースＣＡの軸方向ｚの寸法は、４０ｍｍ程度である。つまり、本実施の形態のモータＭＯは、薄型のアキシャルモータであることがわかる。また、ヨーク部１１の厚みは５ｍｍ〜１０ｍｍであり、底壁部１１ｂの厚さは、たとえば１．５ｍｍ〜２ｍｍ程度である。ティース部１２の突出部１２ｄの突出高さは、たとえば６ｍｍ〜８ｍｍ程度である。
【００２２】
また、外周溝１２ｅおよび内周溝１２ｆの深さはたとえば２ｍｍ程度であり、幅はたとえば３ｍｍ程度である。また、外周リング１７ａの内径は、たとえば８０ｍｍ程度であり、幅はたとえば８ｍｍ程度であり、厚みはたとえば３ｍｍ程度である。一方、内周リング１７ｂの外径は、たとえば６０ｍｍ程度であり、幅はたとえば５ｍｍ程度であり、厚みはたとえば３ｍｍ程度である。
【００２３】
上記外周リング１７ａおよび内周リング１７ｂとして、市販のスナップリングを用いてもよいし、特別に製作してもよい。また、各溝１２ｅ，１２ｆは、ティース部１２の圧粉磁性材料を用いた成形を行なった後に、放電加工、研磨加工などによって形成することができる。
【００２４】
本実施の形態によると、ティース部１２の基部１２ｃと、ヨーク部１１の嵌合穴１１ａとが、直接接触しているので、ティース部１２とヨーク部１１との間で、磁流（磁束の流れ）がスムーズに流れる。すなわち、接着剤を介在させた場合のごとく、磁流が妨げられて磁界が弱められることがほとんどない。そして、段部１２ｇ，外周リング１７ａおよび内周リング１７ｂによって、ティース部１２がヨーク部１１に確実に固定され、圧入構造やネジ止め構造のように、ヨーク部１２またはティース部１１が破損するおそれもほとんどない。よって、高性能かつ高信頼性のコア１５が得られる。
【００２５】
また、本実施の形態のコア１５を利用して、高性能かつ高信頼性のステータ１０、およびアキシャルモータＭＯを得ることができる。
【００２６】
上記実施の形態では、外周リング１７ａおよび内周リング１７ｂを設けたが、いずれか一方のリングだけでも、ティース部１２をヨーク部１１に固定する機能は得られる。ただし、外周リング１７ａおよび内周リング１７ｂを設けることにより、ティース部１２の基部１２ｃと、ヨーク部１１の嵌合穴１１ａとの接触状態が安定し、磁束の利用効率がより向上することになる。
【００２７】
（変形例）
図５は、実施の形態の変形例に係るヨーク部１１とティース部１２との嵌合部における構造を拡大して示す断面図である。同図に示すように、この変形例においては、ティース部１２の本体部１２ａと基部１２ｃとの間に段部は形成されておらず、本体部１２ａと基部１２ｃとの断面寸法は、ほぼ同じである。図５において、上記以外の構造は、実施の形態における図３と同じであり、図３と同じ符号を付して説明を省略する。
【００２８】
本変形例によると、実施の形態における図１，図３に示される段部１２ｇは形成されていないものの、インシュレータ１６やコイル１３によって、ティース部１２の基部１２ｃが嵌合穴１１ａから突出する方向に移動するのが規制されるので、外周リング１７ａおよび内周リング１７ｂによって、ティース部１２がヨーク部１１に固定される。
【００２９】
（他の実施の形態）
上記実施の形態およびその変形例では、各ティース部１２の各外周溝１２ｅに共通に嵌め込まれた外周リング１７ａと、各ティース部１２の各内周溝１２ｆに共通に嵌め込まれた内周リング１７ｂとを設けたが、個々のティース部１２の周囲全体に溝を形成して、各ティース部１２ごとに別々のリング部材でヨーク部１１に固定する構造としてもよい。
【００３０】
上記開示された本発明の実施の形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明のアキシャルモータ用コア、ステータおよびアキシャルモータは、産業用モータ、ハイブリッド車、電気自動車、燃料電池車，ロボット，モータ付き自転車などに配置されるアキシャルモータに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施の形態に係るモータＭＯの概略的な構造を示す断面図である。
【図２】実施の形態に係るコアの一部を拡大して示す斜視図である。
【図３】実施の形態に係るヨーク部とティース部との嵌合部における構造を拡大して示す断面図である。
【図４】図３に示すIV-IV線における断面図である。
【図５】実施の形態の変形例に係るヨーク部とティース部との嵌合部における構造を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０    ステータ
１１    ヨーク部
１１ａ  嵌合穴
１１ｂ  底壁部
１１ｃ  ティース取付部
１２    ティース部
１２ａ  本体部
１２ｂ  鍔部
１２ｃ  基部
１２ｄ  突出部
１２ｅ  外周溝
１２ｆ  内周溝
１２ｇ  段部
１３    コイル
１５    コア
２０    ロータ
２１    回転軸
２２    ロータ本体
２３    永久磁石
ＢＲ    ベアリング
ＣＡ    モータケース
Ｃｎｔ  閉環
ＭＯ    アキシャルモータ
【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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