(57)【要約】【課題】  本発明は難加工性アモルファス鋼板積層体をシャフトに組み、回転バランス調整を行い、電機子ならび当該電機子を具備するモータを提供することにある。【解決手段】  本発明は、アモルファス鋼板からなるアモルファス鋼板積層体２の積厚方向の上，中，下の何れかに非磁性材料片３が積層されており、電機子組立工程においてはシャフト圧入時の衝撃緩衝材、巻線加工時における絶縁材料、バランス調整においてはバランス材として活用する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アモルファス鋼板を積層した積層体からなる電機子において、
前記積層体が、非磁性材料片を有し、シャフトにより一体化されていることを特徴とする電機子。
【請求項２】
前記電機子に、巻線加工が施されていることを特徴とする請求項１に記載の電機子。
【請求項３】
前記非磁性材料片が、切削加工されていることを特徴とする請求項１に記載の電機子。
【請求項４】
前記積層体の内周面と、前記シャフトの外周面と、が摩擦接触により固定されていることを特徴とする請求項１に記載の電機子。
【請求項５】
前記シャフトにステーキング加工が施されており、かつ、アモルファス鋼板成形体にステーキングに対する逃げ溝を有することを特徴とする請求項１に記載の電機子。
【請求項６】
前記積層体の外径と、前記非磁性材料片の外径とが、略同一の大きさであることを特徴とする請求項１に記載の電機子。
【請求項７】
前記非磁性材料片が、比重２〜５の樹脂からなることを特徴とする請求項１に記載の電機子。
【請求項８】
アモルファス鋼板と、非アモルファス材料の端板と、を積層して形成される積層体を有する電機子であって、
前記積層体が、シャフトにより一体化されており、
前記アモルファス鋼板の外径と、前記非磁性材料の端板の外径とが、略同一の大きさであり、
前記非磁性材料の外周部が、一部切削加工されていることを特徴とする電機子。
【請求項９】
前記非アモルファス材料が、非磁性体材料であることを特徴とする請求項８に記載の電機子。
【請求項１０】
前記非磁性材料が、無機フィラーを含有する樹脂を有することを特徴とする請求項９に記載の電機子。
【請求項１１】
前記非磁性材料が、比重２〜５の樹脂を有することを特徴とする請求項９に記載の電機子。
【請求項１２】
アモルファス鋼板と、非磁性材料の端板と、を積層して形成される積層体を有する電機子を有するモータであって、
前記積層体が、シャフトにより一体化されており、
前記アモルファス鋼板の外径と、前記非磁性材料の端板の外径とが、略同一の大きさであり、
前記非磁性材料の外周部が、一部切削加工されている電機子を有することを特徴とするモータ。
【請求項１３】
前記モータの回転速度が、３０,０００回転／分以上で回転することを特徴とする請求項１２に記載のモータ。
【請求項１４】
前記モータが、整流子を有していることを特徴とする請求項１２に記載の整流子モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アモルファス鋼板を積層してなる電機子、ならびに当該電機子を具備したモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車・家電・産業用に求められるモータは、地球環境保護の観点から高効率化が必須要求となり、かつ小型化・軽量化・低振動・低騒音化などの従来の要求事項も改善を満たさなければならない。
【０００３】
一般にモータは、板厚０.３〜０.７mmの電磁鋼板を積層しコアとした電機子と固定子が空隙を介して自在に回転できるようになっている。これら電磁鋼板は、固定子にあっては例えば外枠にてカシメ加工，電機子においてはシャフトへのステーキング加工によって一体化されている。また、高速回転モータの電機子においては、必ず回転バランス修正を行っている。このバランス修正に広く用いられている工法がダイナミックバランス修正法と呼ばれ、アンバランス検出センサの出力に対応したアンバランス量をコア材の外周部を切削して修正する方法である。
【０００４】
電磁鋼板をはじめとする軟磁性材料を交番磁界の中で磁化すると、材料内に渦電流が流れ、渦電流損と呼ばれる損失が発生する。この渦電流損は、材料の厚みの２乗，モータ駆動周波数の２乗に比例し増加するため、モータ効率の悪化につながることが知られている。
【０００５】
近年、渦電流損低減による高効率化を目的に、アモルファス鋼板のモータコアへの適用が検討されつつある。Ｆｅ系アモルファス鋼板あるいはＣｏ系アモルファス鋼板は、高透磁率，高電気抵抗、かつ板厚が０.０１〜０.０３mm程度でモータコア材に適した電磁気特性を有している。
【０００６】
しかし、アモルファス金属は硬くて脆く、形状加工や一体化加工時に大きな応力が加わると、割れ，欠け等が発生する難加工材料であるため、モータコアへの適用に関し工夫が必要である。
【０００７】
例えば、特許文献１には、金属板鉄心片と、かしめ用抜き穴を具備するアモルファス鉄心片を適宜積層し、抜き穴を通して上下の金属板鉄心片同士をカシメ加工し、一体化した積層鉄心が開示されている。
【０００８】
また、特許文献２には、多結晶性軟磁性材料とアモルファス軟磁性材料を、ねじなどの機械的接合による鉄心が開示されている。
【０００９】
また、特許文献３には、薄電磁鋼板（アモルファス含む）積層体の両端に厚電磁鋼板を端板として積層し、外枠や回転軸にヤキバメ等により接続する際に発生する座屈・変形を防ぐ鉄心が開示されている。
【００１０】
しかしながら、これら何れの特許もコアを積層構造化や一体化する際のアモルファスの難加工性を回避することのみに触れているだけであり、モータとして重要であるバランス調整に関しては一切触れていない。
【００１１】
また、特許文献４には積層磁性板からなるコアの両端面を絶縁コアで覆い、巻線加工する記載がある。
【００１２】
【特許文献１】特開２００３−３０４６５４号公報
【特許文献２】特開平５−１０９５４５号公報
【特許文献３】特開２００５−１５１６４８号公報
【特許文献４】特開２００６−８７１６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、難加工性アモルファス鋼板をモータコアに積層かつ一体化し、かつ、アモルファス鋼板の低鉄損性が期待できる高速回転モータにおいて重要なバランス調整を行い、高効率モータを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は上記目的を達成するために、アモルファス鋼板と非アモルファス材料が積層して成る積層体であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、難加工性のアモルファス鋼板をコアに積層一体化でき、かつモータに必要なバランス調整が可能となり、渦電流損を低減され、高効率な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】
【００１６】
本発明は、アモルファス鋼板を積層した積層体からなる電機子において、積層体が、非磁性材料片を有し、シャフトにより一体化されていることを特徴とする。
【００１７】
また、電機子には巻線加工が施されており、非磁性材料片が切削加工されていることを特徴とする。非磁性材料片を設けることにより、バランス修正時には、非磁性材料部のみを切削加工することでバランス調整を行うことができる。また、コア成形時にはシャフト圧入時の衝撃緩衝かつ固定補助材として用いることができる。
【００１８】
さらに、本発明は、積層体の内周面とシャフトの外周面とが摩擦接触により固定されており、シャフトにステーキング加工が施されており、かつ、アモルファス鋼板成形体にステーキングに対する逃げ溝を有することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明は、アモルファス鋼板と非アモルファス材料の端板とを積層して形成される積層体を有する電機子であって、積層体が、シャフトにより一体化されており、アモルファス鋼板の外径と、非アモルファス材料の端板の外径とが、略同一の大きさであり、非磁性材料の外周部が一部切削加工されていることを特徴とする。非アモルファス材料は、非磁性材料であることが好ましく、非磁性材を選択したのは渦電流を発生しない物質を選択し、アモルファス鋼板の低鉄損性を最大限活用することを目的としている。非磁性材料であれば如何なる材料も適用は可能であるが、材料成形性，切削性，生産性を考慮し、樹脂材料であることが望ましい。樹脂であれば市販の如何なる樹脂も適用可能であるが、バランス調整材として作用するため、比重の大きな樹脂が好ましい。具体的には、ガラスビーズ，アルミナ，シリカなどの無機フィラーを含有する比重２〜５の樹脂が好ましい。
【００２０】
アモルファス鋼板と非アモルファス鋼板の積層位置は、アモルファス鋼板を上下で挟んだ積層法が好ましい。これは積層する際は端板のような作用効果を発揮し、生産時の搬送工程では保護材、バランス調整をする際には中心から離れた部位で少量の切削加工によりバランス調整が可能であるためである。ただし、モータの構造・大きさ・必要バランス調整量により片面のみ積層，多重積層であっても問題ない。
【００２１】
また、誘導モータの場合、この樹脂を巻線加工の絶縁樹脂として活用することも可能である。
【００２２】
以下本発明の詳細を図面を用いながら説明する。
【実施例１】
【００２３】
説明には、電動送風機に用いられているユニバーサルモータを例として取り上げる。これは、ユニバーサルモータの回転速度３０,０００〜５０,０００回転／分と高速回転（高周波駆動）モータに分類され、渦電流損が大きいこと。電機子に巻線加工を施すため、バランス不均衡が大きいモータであること。高速回転モータであるためにバランス調整が不可避であること。また、高速回転モータのため外付けバランス材では遠心力により樹脂が剥れ、製品安全性に問題があるため適用出来ず、材料切削によるバランス調整を適用しなければならない典型的なモータであるためである。
【００２４】
アモルファス鋼板を用いた積層体の工程模式図を図１に示す。市販の板厚０.０２５mmのアモルファス鋼板をエッチング加工により外径約φ４０mm、１２スロットのアモルファス鋼板成形体１とした。
【００２５】
本実施例ではエッチング加工を施したが、プレス加工，ワイヤーカット加工など既知の加工法の何れにより加工してもよい。
【００２６】
アモルファス鋼板成形体１に絶縁性と接着力のある樹脂を塗布しながら積厚約２０mmのアモルファス鋼板積層体２とした。その両端に厚み約２mm、外径が約４０mmの非磁性材料片３として樹脂成形品３Ａ，３Ｂを端板として宛がい、位置決めをした後、シャフト４を圧入し、整流子５を嵌め込み、組立体６として一体化した。
【００２７】
上記組立体６に対し、コイル７を巻線加工し、絶縁樹脂を含浸させて図２に示す電機子８とした。
【００２８】
上記電機子８に対し、公知の機器にてアンバランス量を測定し、非磁性材料片３のみを切削することによりバランス調整を行い、図３に示すような切削加工凹部９を有するバランス調整電機子１０とした。
【００２９】
上記バランス調整電機子１０を図４に示すような電動送風機１１に組みこんだ。電動送風機１１は大きく分けると、ユニバーサルモータ１２と、このユニバーサルモータ１２に連結された送風機１３とで構成されている。
【００３０】
ユニバーサルモータ１２は前記バランス調整電機子１０と固定子１４とを備えている。固定子１４は前記バランス調整電機子１０と微小隙間をもって対向する磁極面を有する固定子鉄心である界磁鉄心１５と、この界磁鉄心に巻装された固定子巻線１６を有している。
【００３１】
上記バランス調整電機子１０と固定子１４は、固定子１４の外周側を支持するハウジング１７を回転軸側に接近させ、その接近部と前記シャフト４間に軸受１８を介在させることで一体化させている。
【００３２】
更にユニバーサルモータ１２はコイル７に電気的に接続された整流子５をシャフト４上に固定しており、この整流子５と摺動して電力の授受を行うカーボンブラシ１９と、このカーボンブラシ１９を保持し、前記ハウジング１７に設けられたブラシホルダ２０とを有している。
【００３３】
次に、上記のように構成したアモルファス鋼板積層体２へのシャフト圧入に関して説明する。ユニバーサルモータ１２のシャフト４には図１に示すようにステーキング（部分線状突起）４Ｓと呼ばれる線上の凹凸加工が施されている。このシャフト４に上記アモルファス鋼板積層体２や整流子５を圧入により固定され、モータの加減速時に発生するトルクに対しズレないように固定されている。
【００３４】
電磁鋼板積層体にシャフト４を圧入する際は電磁鋼板がステーキング形状に変形し一体化される。しかし、難加工性のアモルファス鋼板成形体１からなるアモルファス鋼板積層体２にシャフト４を圧入すると、アモルファス鋼板積層体２が分離したり、入口面の数層が破損したり、出口面のシャフト近傍部が膨らむ現象や、シャフト自体に無数の線傷が発生し、設計どおりの電機子にならない。
【００３５】
しかし本発明では、アモルファス鋼板をエッチング加工する際に、内径側にステーキング逃げ１Ｓを加工してあり、アモルファス鋼板積層体２にはステーキング逃げ溝２Ｓが形成される。さらにエッチング加工されたアモルファス鋼板積層体２の両端に非磁性材料片３を両端に宛がい、シャフト４を圧入することで、非磁性材料片３が端板として衝撃緩衝材となりアモルファス鋼板積層体２への応力が緩和されることで圧入加工が可能である。また、前記ステーキング逃げ溝２Ｓは、アモルファス鋼板積層体２において、キー溝として作用し、回転方向に対する耐力を有している。
【００３６】
次に、上記のように構成したユニバーサルモータ１２の電機子８のバランス調整について説明する。図５に示すように、アモルファス鋼板積層体２から突出したコイル端部７Ｅは、周方向に均一に突出しているわけではなく、スロット間の渡りにより突出寸法が大きい箇所Ｗ１と小さい箇所Ｗ２がある。当然、突出寸法が大きい箇所Ｗ１の重量が大きくなり、回転アンバランスを生じる。
【００３７】
このような場合には、アモルファス鋼板積層体２の両端に設置した非磁性材料片３を切削し、切削加工凹部９形成し、バランス調整を行う。その際、非磁性材料片３の直径がアモルファス鋼板積層体２の直径と同等に形成され、かつ樹脂の比重を２〜５としているので、その外周部を僅かに切削するだけで容易にバランス調整できる。
【００３８】
ちなみに、アモルファス鋼板積層体２が直径４０mm、長さが２０mmで電機子８の重量が２００ｇの場合、重量バランス調整に最大２ｇ切削する必要がある。非磁性材料片３を比重１.０〜１.５の汎用樹脂で端板を作製した場合、２ｇ切削するには１.３〜２cm3切削せねばならず、切削体積が大きくなり、切削量確保のために板厚の厚い非磁性材料片３を用いねばならない。これはモータの大型化につながり、市場の小型化要求に対応できない。しかし、本発明では比重２〜５の樹脂を非磁性材料片３として使用しているため、切削体積を減らすことができ、板厚の薄い非磁性材料片３を使用することができる。ただし、比重が５より大きい樹脂では、シャフト４圧入時の衝撃緩衝性が悪くなるとともに成形性とコストの面で非実用的である。
【００３９】
また、本発明では非磁性材料片３が電機子８の巻線加工における巻線とコアとの絶縁体の役割も満たしているため、通常必要なシャフト絶縁部材を新たに配置する必要なく、巻線加工の施工が可能である。
【００４０】
かつ、アモルファス鋼板の比重は電磁鋼板に比べ小さいという特徴があり、アモルファス鋼板積層体２の重量は、一般の電磁鋼板積層体より小さくできる。よって、比重２〜５の比磁性材料を配置しても電機子８の総重量は、既存の電磁鋼板製電機子と変わらない。
【００４１】
回転バランスの悪い電機子８は整流悪化を引き起こし、上記整流子５とカーボンブラシ１９間にスパーク火花が発生し、カーボンブラシ１９の極端な寿命低下となるが、本発明ではバランス調整電機子１０の非磁性材料片３をアンバランスに対応した部位を必要量切削することでバランスが調整されているため、整流問題は発生しない。
【００４２】
以上により、低鉄損特性を有するアモルファス鋼板を電機子として採用し、シャフト圧入に伴う、欠け割れなどの破損を回避し、かつ残留応力に伴う磁気特性劣化を低減し、回転バランス性に優れた整流子及びモータを作製でき、鉄損低減によるモータ効率の改善となる。
【００４３】
ただし、本発明はユニバーサルモータに限定されず、自動車，家電，産業用の如何なるモータにおいても適用されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明のアモルファス鋼板を用いた積層体の工程模式図。
【図２】本発明の電機子略図。
【図３】本発明のバランス調整電機子略図。
【図４】本発明によるモータの一実施形態である電動送風機を示す縦断側面図。
【図５】図３の縦断面図。
【符号の説明】
【００４５】
１  アモルファス鋼板成形体
１Ｓ  ステーキング逃げ
２  アモルファス鋼板積層体
２Ｓ  ステーキング逃げ溝
３  非磁性材料片
３Ａ，３Ｂ  樹脂成形品
４  シャフト
４Ｓ  ステーキング（部分線状突起）
５  整流子
６  組立体
７  コイル
７Ｅ  コイル端部
８  電機子
９  切削加工凹部
１０  バランス調整電機子
１１  電動送風機
１２  ユニバーサルモータ
１３  送風機
１４  固定子
１５  界磁鉄心
１６  固定子巻線
１７  ハウジング
１８，１８Ａ，１８Ｂ  軸受
１９  カーボンブラシ
２０  ブラシホルダ
【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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