(57)【要約】  アキシャルギャップ型の回転電機に用いられるコアであって、環状のバックヨークと、前記バックヨークの第一平面に対して垂直な軸方向に突出する複数のティースと、を備え、前記複数のティースは前記第一平面の周方向に間隔をあけて設けられ、前記バックヨークと前記ティースとは一体成形された圧粉成形体で構成されており、前記ティースと前記バックヨークとの角部に、前記ティースの周面と前記バックヨークの前記第一平面との間をつなぐ第一曲面部を有し、前記第一曲面部の曲率半径が０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であるコア。
2020084926.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アキシャルギャップ型の回転電機に用いられるコアであって、
環状のバックヨークと、
前記バックヨークの第一平面に対して垂直な軸方向に突出する複数のティースと、を備え、
前記複数のティースは前記第一平面の周方向に間隔をあけて設けられ、
前記バックヨークと前記ティースとは一体成形された圧粉成形体で構成されており、
前記ティースと前記バックヨークとの角部に、前記ティースの周面と前記バックヨークの前記第一平面との間をつなぐ第一曲面部を有し、
前記第一曲面部の曲率半径が０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である、
コア。
【請求項２】
前記第一平面と前記バックヨークの外周面との間をつなぐ外側曲面部と、
前記第一平面と前記バックヨークの内周面との間をつなぐ内側曲面部と、を有し、
前記外側曲面部及び前記内側曲面部の各曲率半径が０．５ｍｍ以上である請求項１に記載のコア。
【請求項３】
前記外側曲面部の曲率半径と前記内側曲面部の曲率半径とが異なる請求項２に記載のコア。
【請求項４】
前記バックヨークの外周面及び内周面の少なくとも一方に、軸方向に沿って延びる直線部を有し、
前記直線部の長さが前記バックヨークの厚みの１５％以上である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のコア。
【請求項５】
前記バックヨークの軸中心から外周面までの径方向の寸法と、前記バックヨークの軸中心から前記ティースの外周側に位置する面までの径方向の寸法との差が６．０ｍｍ以下である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のコア。
【請求項６】
前記バックヨークの軸中心から前記ティースの内周側に位置する面までの径方向の寸法と、前記バックヨークの軸中心から内周面までの径方向の寸法との差が７．０ｍｍ以下である請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のコア。
【請求項７】
前記バックヨークの外周面及び内周面の少なくとも一方に部分的に設けられ、径方向に突出する凸部又は径方向に凹む凹部を有する請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のコア。
【請求項８】
前記圧粉成形体は、軟磁性粒子の表面に絶縁被覆を有する複数の被覆軟磁性粒子の集合体で構成され、
前記軟磁性粒子が、純鉄、又は、Ｆｅ−Ｓｉ系合金、Ｆｅ−Ａｌ系合金、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系合金及びＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系合金から選択される少なくとも一種の鉄基合金からなる鉄基粒子である請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のコア。
【請求項９】
前記絶縁被覆がリン酸塩被覆を含む請求項８に記載のコア。
【請求項１０】
前記圧粉成形体の相対密度が９０％以上である請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のコア。
【請求項１１】
アキシャルギャップ型の回転電機に用いられるコアであって、
環状のバックヨークと、
前記バックヨークの第一平面に対して垂直な軸方向に突出する複数のティースと、を備え、
前記複数のティースは前記第一平面の周方向に間隔をあけて設けられ、
前記バックヨークと前記ティースとは一体成形された圧粉成形体で構成されており、
前記ティースと前記バックヨークとの角部に、前記ティースの周面と前記バックヨークの前記第一平面との間をつなぐ第一曲面部を有し、
前記第一曲面部の曲率半径が０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であり、
前記第一平面と前記バックヨークの外周面との間をつなぐ外側曲面部と、
前記第一平面と前記バックヨークの内周面との間をつなぐ内側曲面部と、を有し、
前記外側曲面部及び前記内側曲面部の各曲率半径が０．５ｍｍ以上であり、
前記バックヨークの外周面及び内周面の少なくとも一方に、軸方向に沿って延びる直線部を有し、
前記直線部の長さが前記バックヨークの厚みの１５％以上である、
コア。
【請求項１２】
アキシャルギャップ型の回転電機のステータであって、
請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載のコアと、
前記コアの各ティースに配置されるコイルと、を備える、
ステータ。
【請求項１３】
ロータとステータとを備え、前記ロータと前記ステータとが軸方向に対向して配置されたアキシャルギャップ型の回転電機であって、
前記ステータが請求項１２に記載のステータである、
回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、コア、ステータ、及び回転電機に関する。
本出願は、２０１８年１０月２６日付の日本国出願の特願２０１８−２０２３７３号に基づく優先権を主張し、前記日本国出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１、２は、ロータとステータとが軸方向に対向して配置されたアキシャルギャップ型のモータ（回転電機）を開示する。この種の回転電機に用いられるステータは、円環状のバックヨークと、バックヨークから軸方向に突出する複数のティースとを有するコアと、各ティースに配置されるコイルとを備える。複数のティースは、バックヨークの一面（上面）に周方向に間隔をあけて設けられる。【０００３】
特許文献１には、バックヨークとティースとが一体成形された圧粉成形体でコアを構成することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１４２０９５号公報
【特許文献２】特開２０１７−２２９１９１号公報
【発明の概要】
【０００５】
本開示のコアは、
アキシャルギャップ型の回転電機に用いられるコアであって、
環状のバックヨークと、
前記バックヨークの第一平面に対して垂直な軸方向に突出する複数のティースと、を備え、
前記複数のティースは前記第一平面の周方向に間隔をあけて設けられ、
前記バックヨークと前記ティースとは一体成形された圧粉成形体で構成されており、
前記ティースと前記バックヨークとの角部に、前記ティースの周面と前記バックヨークの前記第一平面との間をつなぐ第一曲面部を有し、
前記第一曲面部の曲率半径が０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である。
【０００６】
本開示のステータは、
アキシャルギャップ型の回転電機のステータであって、
本開示のコアと、
前記コアの各ティースに配置されるコイルと、を備える。
【０００７】
本開示の回転電機は、
ロータとステータとを備え、前記ロータと前記ステータとが軸方向に対向して配置されたアキシャルギャップ型の回転電機であって、
前記ステータが本開示のステータである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施形態に係るコアの概略上面図である。
【図２】図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う概略断面図である。
【図３】図３は、図２の部分拡大概略断面図である。
【図４】図４は、実施形態に係るコアを成形する金型の一例を示す概略断面図である。
【図５】図５は、ダイの概略上面図である。
【図６】図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う概略断面図である。
【図７】図７は、図６の部分拡大概略断面図である。
【図８】図８は、下パンチの概略上面図である。
【図９】図９は、図８のＩＸ−ＩＸ線に沿う概略断面図である。
【図１０】図１０は、金型でコアを成形した状態を示す部分拡大概略断面図である。
【図１１】図１１は、実施形態に係るステータの概略上面図である。
【図１２】図１２は、実施形態に係る回転電機の概略断面図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、変形例に係るコアの一例を示す概略上面図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、図１３Ａに示すコアを用いた回転電機の概略断面図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、変形例に係るコアの別の一例を示す概略上面図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、図１４Ａに示すコアを用いた回転電機の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［本開示が解決しようとする課題］
アキシャルギャップ型の回転電機の効率を向上させることが望まれている。回転電機の効率を向上させる観点から、回転電機に用いられるコアの磁気特性を改善することが望まれる。
【００１０】
本開示は、磁気特性を改善できるコアを提供することを目的の一つとする。また、本開示は、上記コアを備えるステータを提供することを目的の一つとする。更に、本開示は、上記ステータを備える回転電機を提供することを目的の一つとする。
【００１１】
［本開示の効果］
本開示のコアは磁気特性を改善できる。また、本開示のステータはコアの磁気特性に優れる。更に、本開示の回転電機は効率に優れる。
【００１２】
［本開示の実施形態の説明］
本発明者らは、アキシャルギャップ型の回転電機に用いられるコアの磁気特性について鋭意検討した結果、以下のような知見を得た。
【００１３】
アキシャルギャップ型の回転電機において、コイルに電流を流すと、コアに磁束が流れて磁路が形成される。コアに流れる磁束が減少すると、回転電機のトルクが低下する。回転電機のコアにおいて、ティースでは軸方向に磁束が流れ、バックヨークでは周方向に磁束が流れる。そのため、ティースとバックヨークとの間で磁束の方向が変わる。
【００１４】
従来の圧粉成形体からなるコアでは、特許文献２にも記載があるように、金型を用いて成形する際、２つの下パンチを用い、ティースの端面と、ティースが突出するバックヨークの第一平面とをそれぞれ異なる下パンチで成形することが一般的である。この場合、パンチ強度などの観点から、ティースの周面と、ティースが突出するバックヨークの第一平面とが直交するように成形される。このようなコアでは、ティースの周面とバックヨークの第一平面とが直交するため、ティースとバックヨークとの間の角部を磁束が流れる際、磁束の一部がコアの外側を通ってティースの周面とバックヨークの第一平面との間をショートカットすることがある。つまり、ティースとバックヨークとの角部に漏れ磁束が発生し易い。回転電機のコアに漏れ磁束が発生すると、トルクの低下を招いたり、コアの損失が増大して効率の低下を招く。
【００１５】
本発明者らは、段付きダイを用いて、ティースの端面を下パンチで、バックヨークの第一平面をダイで成形することを試みた。これにより、ティースとバックヨークとの角部に第一曲面部を形成可能とし、上述した従来のコアに比較して、ティースとバックヨークとの角部に発生するコアの漏れ磁束を低減できることを見出した。これは、ティースとバックヨークとの角部に第一曲面部を形成することによって、ティースの周面とバックヨークの第一平面との間をショートカットする漏れ磁束が減少するためである。そして、ティースとバックヨークとの角部に第一曲面部を有するコアをアキシャルギャップ型の回転電機に用いることで、漏れ磁束によるトルクの低下やコアの損失を抑制できる。したがって、上記第一曲面部を有することで、コアの磁気特性を改善でき、ひいては回転電機の効率を向上させることが可能である。
【００１６】
本開示は、以上の知見に基づいてなされたものである。最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
【００１７】
（１）本開示の実施形態に係るコアは、
アキシャルギャップ型の回転電機に用いられるコアであって、
環状のバックヨークと、
前記バックヨークの第一平面に対して垂直な軸方向に突出する複数のティースと、を備え、
前記複数のティースは前記第一平面の周方向に間隔をあけて設けられ、
前記バックヨークと前記ティースとは一体成形された圧粉成形体で構成されており、
前記ティースと前記バックヨークとの角部に、前記ティースの周面と前記バックヨークの前記第一平面との間をつなぐ第一曲面部を有し、
前記第一曲面部の曲率半径が０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である。
【００１８】
上記本開示のコアは、ティースとバックヨークとの角部に第一曲面部を有することで、ティースとバックヨークとの角部に発生する漏れ磁束を低減できる。よって、上記コアは磁気特性を改善できる。第一曲面部の曲率半径が０．２ｍｍ以上であることで、漏れ磁束を効果的に低減できる。また、第一曲面部の曲率半径が１．５ｍｍ以下であることで、ティースに配置されるコイルのスペースを確保して、コイルの占積率の向上を図ることができる。これにより、コイルのターン数の減少を抑制することができるので、回転電機のトルクの低下を抑制できる。
【００１９】
（２）上記コアの一形態として、
前記第一平面と前記バックヨークの外周面との間をつなぐ外側曲面部と、
前記第一平面と前記バックヨークの内周面との間をつなぐ内側曲面部と、を有し、
前記外側曲面部及び前記内側曲面部の各曲率半径が０．５ｍｍ以上であることが挙げられる。
【００２０】
圧粉成形体からなる上記コアは、金型で軟磁性粉末を圧縮して成形する。具体的には、ティースを下パンチで、バックヨークをダイで成形することが挙げられる。金型を用いてコアを成形する際の成形圧によって、金型、特にダイの角部に曲げ応力が集中し易く、金型の角部に亀裂が発生することがある。上記形態は、バックヨークの外側曲面部及び内側曲面部の各曲率半径が０．５ｍｍ以上であることで、金型の角部における応力集中を緩和できる。よって、上記形態は金型の破損を抑制できる。外側曲面部及び内側曲面部の各曲率半径の上限は、特に限定されないが、例えば５．０ｍｍ以下であることが挙げられる。外側曲面部及び内側曲面部の各曲率半径が大きくなると、バックヨークの厚みに対してバックヨークの外周面及び内周面の直線部の長さが短くなる。外側曲面部及び内側曲面部の各曲率半径が５．０ｍｍ以下であれば、バックヨークの外周面及び内周面の直線部の長さを確保し易い。
【００２１】
（３）上記（２）に記載のコアの一形態として、
前記外側曲面部の曲率半径と前記内側曲面部の曲率半径とが異なることが挙げられる。
【００２２】
バックヨークの外側曲面部及び内側曲面部の曲率半径は異なっていてもよい。外側曲面部及び内側曲面部の曲率半径を異ならせる場合、外側曲面部の曲率半径を内側曲面部の曲率半径よりも大きくすることが好ましい。金型を用いて上記コアを成形する際、バックヨークの外周縁の角部を成形する金型の外縁角部の方がバックヨークの内周縁の角部を成形する金型の内縁角部よりも応力が高くなる傾向がある。外側曲面部の曲率半径が内側曲面部の曲率半径よりも大きい場合、金型の外縁角部における応力集中を効果的に緩和できる。よって、上記形態は、金型の破損を抑制し易い。上記コアを用いて回転電機を構成した場合、バックヨークの内周側は外周側よりも磁束が流れ易い傾向がある。外側曲面部の曲率半径が内側曲面部の曲率半径よりも大きいことで、バックヨークの有効磁路面積を確保し易くなる。その結果、バックヨークの内周側での磁束の集中を抑制でき、ひいては回転電機のトルクや効率を向上させる効果が期待できる。
【００２３】
（４）上記コアの一形態として、
前記バックヨークの外周面及び内周面の少なくとも一方に、軸方向に沿って延びる直線部を有し、
前記直線部の長さが前記バックヨークの厚みの１５％以上であることが挙げられる。
【００２４】
上記コアをケースに収納して回転電機を構成する場合、バックヨークの外周面をケースの内周面に嵌合させることがある。バックヨークの外周面に直線部を有する場合、外周面の直線部がケースの内周面に面接触することにより、ケースに対してコアを固定し易くなる。また、上記コアを用いて回転電機を構成する場合、バックヨークの内側にコイルを結線するバスバーが取り付けられることがある。バックヨークの内周面に直線部を有する場合、内周面の直線部がバスバーに面接触することにより、コアに対してバスバーを固定し易くなる。上記形態は、バックヨークの外周面及び内周面の少なくとも一方の直線部の長さがバックヨークの厚みの１５％以上であることで、コアに対するケースやバスバーの組み付けが容易になる。バックヨークの外周面及び内周面において、バックヨークの厚みに対する直線部の長さの比率の上限は、特に限定されないが、例えばバックヨークの厚みの７５％以下であることが挙げられる。直線部の長さは、例えば０．５ｍｍ以上９ｍｍ以下であることが挙げられる。バックヨークの厚みは、例えば１．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが挙げられる。
【００２５】
（５）上記コアの一形態として、
前記バックヨークの軸中心から外周面までの径方向の寸法と、前記バックヨークの軸中心から前記ティースの外周側に位置する面までの径方向の寸法との差が６．０ｍｍ以下であることが挙げられる。
【００２６】
バックヨークにおいて、バックヨークの外周面からティースが突出する部分までの領域を外周領域とする。成形した上記コアを金型から取り出す際、バックヨークの外周領域に曲げ応力が作用することがある。この応力によって外周領域が変形してしまうことがある。バックヨークにおける外周領域の径方向の寸法が小さいほど、金型から取り出す際の応力による外周領域の変形を抑制し易い。上記形態は、バックヨークの軸中心から外周面までの径方向の寸法と、バックヨークの軸中心からティースの外周側に位置する面までの径方向の寸法との差が６．０ｍｍ以下である。これにより、バックヨークにおける外周領域の径方向の寸法が小さくなり、外周領域の変形を抑制できる。以下では、バックヨークの軸中心から外周面までの径方向の寸法のことを「バックヨークの外半径」という場合がある。バックヨークの軸中心からティースの外周側に位置する面までの径方向の寸法のことを「ティースの外半径」という場合がある。
【００２７】
また、バックヨークの外半径とティースの外半径との差が６．０ｍｍ以下であれば、金型を用いてコアを成形する際の圧縮面積が小さくなる。そのため、高い成形圧を加えることができるので、コアを高密度化できる。バックヨークの外半径とティースの外半径との差は、更に４．０ｍｍ以下、３．０ｍｍ以下であることが挙げられる。
【００２８】
（６）上記コアの一形態として、
前記バックヨークの軸中心から前記ティースの内周側に位置する面までの径方向の寸法と、前記バックヨークの軸中心から内周面までの径方向の寸法との差が７．０ｍｍ以下であることが挙げられる。
【００２９】
バックヨークにおいて、バックヨークの内周面からティースが突出する部分までの領域を内周領域とする。成形した上記コアを金型から取り出す際、バックヨークの内周領域に曲げ応力が作用することがある。この応力によって内周領域が変形してしまうことがある。バックヨークにおける内周領域の径方向の寸法が小さいほど、金型から取り出す際の応力による内周領域の変形を抑制し易い。上記形態は、バックヨークの軸中心からティースの内周側に位置する面までの径方向の寸法と、バックヨークの軸中心から内周面までの径方向の寸法との差が７．０ｍｍ以下である。これにより、バックヨークにおける内周領域の径方向の寸法が小さくなり、内周領域の変形を抑制できる。以下では、バックヨークの軸中心からティースの内周側に位置する面までの径方向の寸法のことを「ティースの内半径」という場合がある。バックヨークの軸中心から内周面までの径方向の寸法のことを「バックヨークの内半径」という場合がある。
【００３０】
また、ティースの内半径とバックヨークの内半径との差が７．０ｍｍ以下であれば、金型を用いてコアを成形する際の圧縮面積が小さくなる。そのため、高い成形圧を加えることができるので、コアを高密度化できる。ティースの内半径とバックヨークの内半径との差は、更に５．０ｍｍ以下、４．０ｍｍ以下であることが挙げられる。
【００３１】
（７）上記コアの一形態として、
前記バックヨークの外周面及び内周面の少なくとも一方に部分的に設けられ、径方向に突出する凸部又は径方向に凹む凹部を有することが挙げられる。
【００３２】
上記コアを用いて回転電機を構成する場合、上記形態は、バックヨークの外周面に凸部又は凹部を有することで、この凸部又は凹部をケースに対する位置決めに利用できる。例えば、バックヨークの外周面に凸部又は凹部を設け、この凸部又は凹部に対応する凹部又は凸部をケースの内周面に設けておく。これら凸部と凹部との嵌合により、ケースに対してコアを位置決めすることが可能である。また、上記コアを用いて回転電機を構成する場合、バックヨークの内側に上記バスバーを配置することがある。バックヨークの内周面に凸部又は凹部を有することで、この凸部又は凹部をバスバーの位置決めに利用できる。例えば、バックヨークの内周面に凸部又は凹部を設け、この凸部又は凹部に対応する凹部又は凸部をバスバーに設けておく。これら凸部と凹部との嵌合により、コアに対してバスバーを位置決めすることが可能である。
【００３３】
（８）上記コアの一形態として、
前記圧粉成形体は、軟磁性粒子の表面に絶縁被覆を有する複数の被覆軟磁性粒子の集合体で構成され、
前記軟磁性粒子が、純鉄、又は、Ｆｅ−Ｓｉ系合金、Ｆｅ−Ａｌ系合金、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系合金及びＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系合金から選択される少なくとも一種の鉄基合金からなる鉄基粒子であることが挙げられる。
【００３４】
純鉄又は上記鉄基合金は比較的軟質である。そのため、軟磁性粒子が純鉄又は上記鉄基合金からなる鉄基粒子であることで、圧粉成形体の成形時に軟磁性粒子が変形し易い。よって、上記形態は、高密度で寸法精度の高い圧粉成形体が得られる。圧粉成形体を高密度化することで、コアの機械的強度や磁気的特性を改善できる。また、軟磁性粒子の表面に絶縁被覆を有することで、軟磁性粒子間の電気的絶縁性を高めることができる。そのため、渦電流損に起因するコアの鉄損を低減できる。
【００３５】
（９）上記（８）に記載のコアの一形態として、
前記絶縁被覆がリン酸塩被覆を含むことが挙げられる。
【００３６】
リン酸塩被覆は鉄基粒子との密着性が高く、変形性にも優れている。そのため、絶縁被膜がリン酸塩被覆を含むことで、圧粉成形体の成形時に鉄基粒子の変形に追従し易い。よって、上記形態は、絶縁被覆が損傷し難く、コアの鉄損を低減できる。
【００３７】
（１０）上記コアの一形態として、
前記圧粉成形体の相対密度が９０％以上であることが挙げられる。
【００３８】
上記形態は、圧粉成形体の相対密度が９０％以上であることで、圧粉成形体の密度が高い。圧粉成形体の高密度化により、コアの機械的強度や磁気的特性を改善できる。
【００３９】
（１１）本開示の実施形態に係るコアは、
アキシャルギャップ型の回転電機に用いられるコアであって、
環状のバックヨークと、
前記バックヨークの第一平面に対して垂直な軸方向に突出する複数のティースと、を備え、
前記複数のティースは前記第一平面の周方向に間隔をあけて設けられ、
前記バックヨークと前記ティースとは一体成形された圧粉成形体で構成されており、
前記ティースと前記バックヨークとの角部に、前記ティースの周面と前記バックヨークの前記第一平面との間をつなぐ第一曲面部を有し、
前記第一曲面部の曲率半径が０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であり、
前記第一平面と前記バックヨークの外周面との間をつなぐ外側曲面部と、
前記第一平面と前記バックヨークの内周面との間をつなぐ内側曲面部と、を有し、
前記外側曲面部及び前記内側曲面部の各曲率半径が０．５ｍｍ以上であり、
前記バックヨークの外周面及び内周面の少なくとも一方に、軸方向に沿って延びる直線部を有し、
前記直線部の長さが前記バックヨークの厚みの１５％以上である。
【００４０】
上記本開示のコアは、ティースとバックヨークとの角部に第一曲面部を有することで、ティースとバックヨークとの角部に発生する漏れ磁束を低減できる。よって、上記コアは磁気特性を改善できる。特に、第一曲面部の曲率半径が０．２ｍｍ以上であることで、漏れ磁束を効果的に低減できる。また、第一曲面部の曲率半径が１．５ｍｍ以下であることで、ティースに配置されるコイルのスペースを確保して、コイルの占積率の向上を図ることができる。これにより、コイルのターン数の減少を抑制することができるので、回転電機のトルクの低下を抑制できる。
【００４１】
また、上記（２）に記載の形態で説明したように、バックヨークの外側曲面部及び内側曲面部の各曲率半径が０．５ｍｍ以上であることで、金型の角部における応力集中を緩和できる。よって、上記コアは金型の破損を抑制できる。
【００４２】
更に、上記（４）に記載の形態で説明したように、バックヨークの外周面及び内周面の少なくとも一方の直線部の長さがバックヨークの厚みの１５％以上であることで、コアに対するケースやバスバーの組み付けが容易になる。
【００４３】
（１２）本開示の実施形態に係るステータは、
アキシャルギャップ型の回転電機のステータであって、
上記（１）から（１１）のいずれか１つに記載のコアと、
前記コアの各ティースに配置されるコイルと、を備える。
【００４４】
上記ステータはコアの磁気特性に優れる。これは、実施形態に係る上記コアを備えることで、コアの磁気特性を改善できるからである。
【００４５】
（１３）本開示の実施形態に係る回転電機は、
ロータとステータとを備え、前記ロータと前記ステータとが軸方向に対向して配置されたアキシャルギャップ型の回転電機であって、
前記ステータが上記（１２）に記載のステータである。
【００４６】
上記回転電機は効率に優れる。これは、実施形態に係る上記ステータを備えることで、コアの磁気特性に優れるからである。
【００４７】
［本開示の実施形態の詳細］
以下、図面を参照して、本開示の実施形態に係るコア、ステータ、及び回転電機の具体例を説明する。図中の同一符号は、同一名称物を示す。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００４８】
＜コア＞
図１〜図３を参照して、実施形態に係るコア１について説明する。コア１は、アキシャルギャップ型の回転電機に用いられる。コア１は、環状のバックヨーク２と、バックヨーク２から突出する複数のティース３とを備える。コア１の特徴の１つは、図２、図３に示すように、ティース３とバックヨーク２との角部に第一曲面部３１を有する点にある。以下の説明では、コア１について説明するときは、ティース３が突出する側を上、その反対側を下とする。
【００４９】
（バックヨーク）
図１に示すバックヨーク２は、円環板状である。図２に示すように、バックヨーク２において、その一方の平面、即ち上面を第一平面２１とし、第一平面２１とは反対側の面、即ち下面を第二平面２２とする。バックヨーク２の第一平面２１には、図２に示すように、ティース３が突出して設けられる。バックヨーク２の厚みは、例えば１．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下、更に２．０ｍｍ以上７．０ｍｍ以下である。図２中、バックヨーク２の厚みをＴ２で示す。本例では、第一平面２１及び第二平面２２が、バックヨーク２の軸方向に直交する方向に沿った平面である。
【００５０】
バックヨーク２において、第一平面２１の外周縁の角部には、図２に示すように、第一平面２１とバックヨーク２の外周面とをつなぐ外側曲面部２３を有する。外側曲面部２３は、第一平面２１の延長面とバックヨーク２の外周面に対して内接する円弧、換言すれば両延長面の交線に向かって凸となる円弧である。また、第一平面２１の内周縁の角部には、第一平面２１とバックヨーク２の内周面とをつなぐ内側曲面部２４を有する。内側曲面部２４は、第一平面２１の延長面とバックヨーク２の内周面に対して内接する円弧、換言すれば両延長面の交線に向かって凸となる円弧である。外側曲面部２３及び内側曲面部２４の各曲率半径は、例えば０．５ｍｍ以上であることが好ましく、更に１．０ｍｍ以上、１．５ｍｍ以上がより好ましい。外側曲面部２３及び内側曲面部２４の各曲率半径の上限は、例えば５．０ｍｍ以下、更に４．０ｍｍ以下、３．０ｍｍ以下である。また、外側曲面部２３及び内側曲面部２４の各曲率半径は、例えばバックヨーク２の厚みの１０％以上８５％以下、更に２０％以上６０％以下であることが好ましい。外側曲面部２３の曲率半径と内側曲面部２４の曲率半径は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。図２では、外側曲面部２３の曲率半径と内側曲面部２４の曲率半径とが同じである。
【００５１】
外側曲面部２３及び内側曲面部２４の各曲率半径が０．５ｍｍ以上であることで、金型を用いてコア１を成形する際、金型の角部における応力集中を緩和できる。よって、金型の破損を抑制できる。この理由については後述する。また、外側曲面部２３及び内側曲面部２４の各曲率半径が５．０ｍｍ以下であれば、バックヨーク２の外周面及び内周面の直線部２５、２６の長さを確保し易い。これは、外側曲面部２３又は内側曲面部２４の曲率半径を大きくすると、バックヨーク２の厚みに対して外周面又は内周面の直線部２５、２６の長さが短くなるからである。
【００５２】
外側曲面部２３及び内側曲面部２４の曲率半径を異ならせる場合、外側曲面部２３の曲率半径を内側曲面部２４の曲率半径よりも大きくすることが好ましい。金型を用いてコア１を成形する際、バックヨーク２の外周縁の角部を成形する金型の外縁角部の方がバックヨーク２の内周縁の角部を成形する金型の内縁角部よりも応力が高くなる傾向がある。外側曲面部２３の曲率半径が内側曲面部２４の曲率半径よりも大きい場合、金型の外縁角部における応力集中を効果的に緩和できる。よって、金型の破損を抑制し易い。
【００５３】
バックヨーク２の外周面及び内周面の少なくとも一方には、軸方向に沿って延びる直線部を有することが好ましい。この例では、外周面及び内周面に直線部２５、２６を有する。直線部２５、２６の長さは、例えばバックヨーク２の厚みの１５％以上であることが好ましく、更に２５％以上がより好ましい。
【００５４】
コア１をケースに収納する場合、バックヨーク２の外周面をケースの内周面に嵌合させることがある。バックヨーク２の外周面に直線部２５を有する場合、直線部２５がケースの内周面に面接触することにより、ケースに対してコア１を固定し易くなる。また、コア１を用いて回転電機を構成する場合、バックヨーク２の内側にバスバーを設けることがある。バックヨーク２の内周面に直線部２６を有する場合、直線部２６がバスバーに面接触することにより、コア１に対してバスバーを固定し易くなる。直線部２５、２６の長さがバックヨーク２の厚みの１５％以上であることで、コア１に対するケースやバスバーの組み付けが容易になる。バックヨーク２の厚みに対する直線部２５、２６の長さの比率の上限は、例えばバックヨーク２の厚みの９０％以下、更に８０％以下であることが挙げられる。直線部２５、２６の長さは、例えば０．５ｍｍ以上９ｍｍ以下、更に０．８ｍｍ以上８．０ｍｍ以下であることが挙げられる。
【００５５】
（ティース）
ティース３は、図１に示すように、バックヨーク２の第一平面２１に周方向に間隔をあけて設けられている。ティース３は、図２に示すように、第一平面２１からバックヨーク２の軸方向に突出する。具体的には、ティース３が第一平面２１に対して垂直な方向に突出する。ティース３の個数は、適宜決めればよく、例えば３個以上、更に６個以上である。この例では、図１に示すように、９個のティース３が周方向に等間隔に配置されている。また、ティース３の形状は、特に限定されるものではなく、例えば円柱状、多角形柱状などの種々の形状とすることができる。この例では、ティース３の形状が三角柱状である。ティース３の形状は、台形柱状などの四角柱状などであってもよい。
【００５６】
ティース３とバックヨーク２との角部には、図２、図３に示すように、ティース３の周面とバックヨークの第一平面２１との間をつなぐ第一曲面部３１を有する。第一曲面部３１の曲率半径は０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下、好ましくは０．３ｍｍ以上、更に０．４ｍｍ以上１．２ｍｍ以下である。この第一曲面部３１を有することにより、ティース３のバックヨーク２に連結される根元部側は、ティース３の周面が第一平面２１に向かって広がるように形成されている。ティース３の周面のうち、第一曲面部３１以外の箇所はティース３の軸方向に沿って直線状に形成されている。
【００５７】
ティース３の周面には、図３に示すように、コイル１１０が配置される。コイル１１０に電流を流すことにより、コア１に磁束が流れて磁路が形成される。第一曲面部３１の曲率半径が０．２ｍｍ以上であることで、ティース３とバックヨーク２との角部に発生する漏れ磁束を低減できる。また、第一曲面部３１の曲率半径が１．５ｍｍ以下であることで、ティース３に配置されるコイル１１０のスペースを確保し易い。そのため、コイル１１０のターン数の減少を抑制できる。
【００５８】
コア１とコイル１１０との間の電気的絶縁を確保するため、コア１の表面に図示しない絶縁塗膜を施してもよい。絶縁塗膜は、電気絶縁性を有する樹脂を塗装することで形成できる。絶縁塗膜を構成する樹脂としては、例えば、エポキシ系樹脂、フッ素系樹脂、ポリイミド系樹脂などが挙げられる。絶縁塗膜は、コア１の表面のうち、少なくともコイル１１０と接触する面に設けられていればよい。例えば、絶縁塗膜は、ティース３の周面及びバックヨーク２の第一平面２１に設けることが挙げられる。また、コア１とコイル１１０との間に図示しないインシュレータを介在させてもよい。
【００５９】
コア１において、バックヨーク２の外半径とティース３の外半径との差が０ｍｍ以上６．０ｍｍ以下であることが好ましく、更に４．０ｍｍ以下、３．０ｍｍ以下がより好ましい。バックヨーク２の外半径は、バックヨーク２の軸中心から外周面までの径方向の寸法を意味する。また、ティース３の外半径は、バックヨーク２の軸中心からティース３の外周側に位置する面までの径方向の寸法を意味する。図１中、バックヨーク２の外半径をＲ２ｏで示し、ティース３の外半径をＲ３ｏで示す。バックヨーク２の外半径とティース３の外半径との差（Ｒ２ｏ−Ｒ３ｏ）が６．０ｍｍ以下であることで、図３に示すように、バックヨーク２における外周領域２７の径方向の寸法が小さくなる。バックヨーク２の外周領域２７とは、バックヨーク２の外周面からティース３が突出する部分までの領域をいう。バックヨーク２における外周領域２７の径方向の寸法が小さいほど、成形したコア１を金型から取り出す際に外周領域２７に作用する曲げ応力を低減できる。この理由については後述する。よって、バックヨーク２の外半径Ｒ２ｏとティース３の外半径Ｒ３ｏとの差が６．０ｍｍ以下、更に４．０ｍｍ以下であることで、金型から取り出す際の応力による外周領域２７の変形を抑制できる。
【００６０】
また、バックヨーク２の外半径Ｒ２ｏとティース３の外半径Ｒ３ｏとの差が６．０ｍｍ以下、更に３．０ｍｍ以下であれば、金型を用いてコアを成形する際の圧縮面積が小さくなる。そのため、高い成形圧を加えることができるので、コア１を高密度化できる。この理由については後述する。
【００６１】
コア１において、ティース３の内半径とバックヨーク２の内半径との差が０ｍｍ以上７．０ｍｍ以下であることが好ましく、更に５．０ｍｍ以下、４．０ｍｍ以下がより好ましい。ティース３の内半径は、バックヨーク２の軸中心からティース３の内周側に位置する面までの径方向の寸法を意味する。また、バックヨーク２の内半径は、バックヨーク２の軸中心から内周面までの径方向の寸法を意味する。図１中、ティース３の内半径をＲ３ｉで示し、バックヨーク２の内半径をＲ２ｉで示す。ティース３の内半径とバックヨーク２の内半径との差（Ｒ３ｉ−Ｒ２ｉ）が７．０ｍｍ以下であることで、図３に示すように、バックヨーク２における内周領域２８の径方向の寸法が小さくなる。バックヨーク２の内周領域２８とは、バックヨーク２の内周面からティース３が突出する部分までの領域をいう。バックヨーク２における内周領域２８の径方向の寸法が小さいほど、成形したコア１を金型から取り出す際に内周領域２８に作用する曲げ応力を低減できる。この理由については後述する。よって、ティース３の内半径Ｒ３ｉとバックヨーク２の内半径Ｒ２ｉとの差が７．０ｍｍ以下、更に５．０ｍｍ以下であることで、金型から取り出す際の応力による内周領域２８の変形を抑制できる。
【００６２】
また、ティース３の内半径Ｒ３ｉとバックヨーク２の内半径Ｒ２ｉとの差が７．０ｍｍ以下、更に４．０ｍｍ以下であれば、金型を用いてコアを成形する際の圧縮面積が小さくなる。そのため、高い成形圧を加えることができるので、コア１を高密度化できる。この理由については後述する。
【００６３】
コア１における複数のティース３のうち、最も高いティース３の端面の位置と最も低いティース３の端面の位置との差は、例えば０．２ｍｍ以下であることが好ましい。ティース３の端面の位置とは、図２に示すように、バックヨーク２の第二平面２２、即ち下面を平面上に載置した状態で、その面からティース３の端面までの軸方向の高さ位置Ｈ３のことをいう。最も高いティース３の端面の位置と最も低いティース３の端面の位置との差が０．２ｍｍ以下であることで、ティース３の各端面の高さのばらつきが小さい。後述するように、コア１を用いて図１２に示す回転電機３００を構成した場合、ティース３の各端面はロータ２００の磁石２２０に対向するように配置される。ティース３の各端面の高さのばらつきが小さいことで、回転電機３００において、ティース３の各端面とロータ２００との間隔のばらつきを小さくできる。これにより、コギングを低減できるなど、回転電機３００の特性の低下を抑制できる。
【００６４】
（圧粉成形体）
バックヨーク２とティース３とは、一体成形された圧粉成形体で構成されている。つまり、コア１は圧粉成形体で構成されている。圧粉成形体は、軟磁性粉末を圧縮して成形したものである。軟磁性粉末は、軟磁性粒子の表面に絶縁被覆を有する複数の被覆軟磁性粒子の集合体である。つまり、圧粉成形体は、複数の被覆軟磁性粒子の集合体で構成されている。本例では、コア１を構成する圧粉成形体が、実質的に、被覆軟磁性粒子からなる軟磁性粉末のみで構成されている。
【００６５】
軟磁性粒子は、例えば、純度９９質量％以上の純鉄、又は、Ｆｅ（鉄）−Ｓｉ（シリコン）系合金、Ｆｅ（鉄）−Ａｌ（アルミニウム）系合金、Ｆｅ（鉄）−Ｃｒ（クロム）−Ａｌ（アルミニウム）系合金、Ｆｅ（鉄）−Ｃｒ（クロム）−Ｓｉ（シリコン）系合金から選択される少なくとも一種の鉄基合金からなる鉄基粒子であることが挙げられる。純鉄又は上記鉄基合金は比較的軟質である。そのため、軟磁性粒子が純鉄又は上記鉄基合金からなる鉄基粒子であることで、コア１を構成する圧粉成形体の成形時に軟磁性粒子が変形し易い。よって、高密度で寸法精度の高い圧粉成形体が得られる。圧粉成形体を高密度化することで、コア１の機械的強度や磁気的特性を改善できる。また、軟磁性粒子の表面に絶縁被覆を有することで、軟磁性粒子間の電気的絶縁性を高めることができる。そのため、渦電流損に起因するコア１の鉄損を低減できる。絶縁被覆としては、例えばリン酸塩被覆、シリカ被覆などが挙げられる。中でも、絶縁被覆はリン酸塩被覆を含むことが好ましい。リン酸塩被覆は鉄基粒子との密着性が高く、変形性にも優れている。そのため、絶縁被膜がリン酸塩被覆を含むことで、圧粉成形体の成形時に鉄基粒子の変形に追従し易い。よって、絶縁被覆が損傷し難く、コア１の鉄損を低減できる。
【００６６】
コア１を構成する圧粉成形体の相対密度は９０％以上であることが好ましい。圧粉成形体の高密度化により、コア１の機械的強度や磁気的特性を改善できる。より好ましい相対密度は９３％以上である。相対密度とは、圧粉成形体の真密度に対する実際の圧粉成形体の密度の比率（％）のことである。圧粉成形体の真密度は、軟磁性粉末の真密度から求めることができる。圧粉成形体の相対密度は、例えば、［（圧粉成形体の成形密度／圧粉成形体の真密度）×１００］として求めることが挙げられる。圧粉成形体の成形密度は、圧粉成形体を油中に浸漬して圧粉成形体に油を含浸させ、［含油密度×（含油前の圧粉成形体の質量／含油後の圧粉成形体の質量）］から求めることができる。含油密度は、含油後の圧粉成形体の質量を体積で除した値である。圧粉成形体の体積は、代表的には液体置換法によって測定することができる。
【００６７】
＜金型＞
圧粉成形体からなるコア１は、金型で軟磁性粉末を圧縮して成形することにより、製造することができる。以下、図４〜図１０を参照して、コア１の製造に用いる金型５について説明する。金型５は、図４に示すように、ダイ５０と、ダイ５０内に配置されるコアロッド６０と、ダイ５０に嵌合される上下のパンチ７０、８０とを備える。
【００６８】
ダイ５０は、段付きダイである。ダイ５０は、図５、図６に示すように、第一成形部５１と、複数の第二成形部５２とを含み、第一成形部５１と第二成形部５２との間に段部５３を有する。第一成形部５１は、図１、図２に示すバックヨーク２を成形する空間を形成する部分である。第二成形部５２は、図１、図２に示すティース３を成形する空間を形成する部分である。第一成形部５１は、ダイ５０の上側に設けられている。第二成形部５２は、ダイ５０の下側に第一成形部５１に連続して設けられている。コアロッド６０は、ダイ５０の第一成形部５１内に同軸状に配置される。上パンチ７０は、ダイ５０の上側に位置し、第一成形部５１に上方から嵌合される。下パンチ８０は、ダイ５０の下側に位置し、第二成形部５２に下方から嵌合される。下パンチ８０は、図８、図９に示すように、その先端側に図５、図６に示す第二成形部５２に挿入される複数のパンチ部８２を有する。パンチ部８２の基端側は一体に形成されている。
【００６９】
図４に示す金型５では、ダイ５０の第一成形部５１、コアロッド６０及び上パンチ７０によって、図１、図２に示すバックヨーク２を成形する環状の空間が形成される。また、ダイ５０の第二成形部５２及び下パンチ８０のパンチ部８２によって、図１、図２に示すティース３を成形する柱状の空間が形成される。金型５を用いてコア１を成形するときは、ダイ５０の第一成形部５１内にコアロッド６０を配置すると共に、それぞれの第二成形部５２に下パンチ８０の各パンチ部８２を挿入した状態とする。その状態で、第一成形部５１及び第二成形部５２内に図示しない原料粉末を充填する。そして、上パンチ７０を下降させ、第一成形部５１の上側から上パンチ７０で原料粉末を押圧する。図１０に示すように、金型５を用いてコア１を成形した場合、第一成形部５１の内周面でバックヨーク２の外周面を成形し、段部５３の面でバックヨーク２の第一平面２１を成形する。コアロッド６０の外周面でバックヨーク２の内周面を成形する。上パンチ７０の端面でバックヨーク２の第二平面２２を成形する。また、第二成形部５２の内周面でティース３の周面を成形する。下パンチ８０のパンチ部８２の端面でティース３の端面を成形する。一方、成形したコア１を金型５から取り出すときは、上パンチ７０を上昇させ、ダイ５０及びコアロッド６０を下パンチ８０に対して下降させる。そして、パンチ部８２でティース３の端面を支持しながらダイ５０からコア１を抜き出す。
【００７０】
原料粉末は、軟磁性粉末を主成分とする。主成分とは、原料粉末を１００質量％とするとき、９０質量％以上含有することを意味する。原料粉末には、潤滑剤やバインダ樹脂などを必要に応じて添加してもよい。
【００７１】
軟磁性粉末の平均粒子径は、例えば２０μｍ以上３００μｍ以下、更に４０μｍ以上２５０μｍ以下とすることが挙げられる。軟磁性粉末の平均粒子径を上記範囲内とすることで、取り扱い易く、圧縮成形し易い。軟磁性粉末の平均粒子径は、レーザ回折・散乱式粒子径・粒度分布測定装置を用いて測定し、積算質量が全粒子の質量の５０％となる粒径を意味する。
【００７２】
軟磁性粉末を含有する原料粉末を圧縮する際の成形圧を高くすることで、コア１を高密度化できる。成形圧は、例えば７００ＭＰａ以上、更に８００ＭＰａ以上とすることが挙げられる。
【００７３】
図７に示すように、ダイ５０において、段部５３の面と第二成形部５２の内周面との間の第一角部５３１は、図２に示すコア１の第一曲面部３１に対応する曲面状に形成されている。第一角部５３１の曲率半径は０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である。第一角部５３１が曲面状に形成されていることで、ティース３とバックヨーク２との角部に第一曲面部３１が形成される。
【００７４】
また、図７に示すように、段部５３の外縁角部５３２及び内縁角部５３３は、図２に示すバックヨーク２の外側曲面部２３及び内側曲面部２４に対応する曲面状に形成されている。外縁角部５３２及び内縁角部５３３の各曲率半径は、例えば０．５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下である。外縁角部５３２及び内縁角部５３３が曲面状に形成されていることで、バックヨーク２の外周縁及び内周縁の角部に外側曲面部２３及び内側曲面部２４が形成される。
【００７５】
上パンチ７０で原料粉末を押圧してコア１を成形するとき、図１０に示すように、上パンチ７０の端面で押圧されるバックヨーク２の第二平面２２が圧縮面となる。また、このとき、段部５３の面と下パンチ８０のパンチ部８２の端面が受圧面となる。この場合、段部５３の面に作用する圧力を外縁角部５３２及び内縁角部５３３で受けることになるので、外縁角部５３２及び内縁角部５３３に曲げ応力が集中し易い。外縁角部５３２及び内縁角部５３３の各曲率半径が０．５ｍｍ以上であることで、応力集中を緩和できる。よって、ダイ５０の破損を抑制できる。
【００７６】
一方、成形したコア１を金型５から取り出すときは、パンチ部８２でティース３の端面のみを支持して、ダイ５０を下げることで相対的にコア１を押し上げるようにダイ５０から抜き出す。このとき、バックヨーク２の外周面が第一成形部５１の内周面に摺動する。また、バックヨーク２の内周面がコアロッド６０の外周面に摺動する。そのため、図３に示すティース３から径方向の外側及び内側に張り出すバックヨーク２の外周領域２７及び内周領域２８には、曲げ応力が作用することになる。図１に示すバックヨーク２の外半径Ｒ２ｏとティース３の外半径Ｒ３ｏとの差が６．０ｍｍ以下であることで、外周領域２７の径方向の寸法が小さくなる。また、図１に示すティース３の内半径Ｒ３ｉとバックヨーク２の内半径Ｒ２ｉとの差が７．０ｍｍ以下であることで、内周領域２８の径方向の寸法が小さくなる。よって、コア１を金型５から取り出す際に、外周領域２７及び内周領域２８に作用する曲げ応力を低減できるので、外周領域２７及び内周領域２８の変形を抑制できる。
【００７７】
バックヨーク２の外半径Ｒ２ｏとティース３の外半径Ｒ３ｏとの差、及びティース３の内半径Ｒ３ｉとバックヨーク２の内半径Ｒ２ｉとの差の一方、好ましくは両方が４．０ｍｍ以下、更に３．０ｍｍ以下であれば、第二平面２２の面積を小さくできる。金型５でコア１を成形するとき、図１０に示すように、第二平面２２の面積が小さいほど、上パンチ７０の端面で押圧される圧縮面の面積が小さくなる。圧縮面積が小さい分、高い成形圧を加えることができるので、コア１を高密度化できる。バックヨーク２の外半径Ｒ２ｏとティース３の外半径Ｒ３ｏとの差と、ティース３の内半径Ｒ３ｉとバックヨーク２の内半径Ｒ２ｉとの差は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。図１、図２では、バックヨーク２の外半径Ｒ２ｏとティース３の外半径Ｒ３ｏとの差が、ティース３の内半径Ｒ３ｉとバックヨーク２の内半径Ｒ２ｉとの差よりも大きい場合を例示している。コア１の成形時、バックヨーク２とティース３の内周側の方がスプリングバックが小さく、金型５との摩擦が小さくなる。そのため、ティース３の根元部にかかる負荷が内周側の方が小さくなる。よって、ティース３の内半径Ｒ３ｉとバックヨーク２の内半径Ｒ２ｉとの差の方が、バックヨーク２の外半径Ｒ２ｏとティース３の外半径Ｒ３ｏとの差に比べて大きくできる。
【００７８】
＜ステータ＞
図１１を参照して、実施形態に係るステータ１００について説明する。ステータ１００は、アキシャルギャップ型の回転電機に用いられる。ステータ１００は、コア１と、コア１の各ティース３に配置されるコイル１１０とを備える。コイル１１０は、巻線をティース３に巻回して構成される。
【００７９】
＜回転電機＞
図１２を参照して、実施形態に係る回転電機３００について説明する。回転電機３００は、モータであってもよいし、発電機であってもよい。回転電機３００は、ロータ２００と、ステータ１００とを備える。回転電機３００は、ロータ２００とステータ１００とが回転軸方向に対向して配置されたアキシャルギャップ型の回転電機である。
【００８０】
ステータ１００及びロータ２００は、円筒状のケース３１０に収納されている。ケース３１０の両端にはそれぞれ円板状のプレート３２０が取り付けられている。両プレート３２０の中心には、貫通孔が形成されており、回転軸３３０がケース３１０内を貫通している。
【００８１】
（ロータ）
ロータ２００は、平板状の複数の磁石２２０と、これら磁石２２０を支持する円環状の保持板２１０とを備える。磁石２２０の平面形状は、ティース３の端面にほぼ対応した形状である。ティース３の端面の形状が三角形状の場合、磁石２２０の平面形状は、例えば三角形状や台形状であることが挙げられる。保持板２１０は、回転軸３３０に固定され、回転軸３３０と一緒に回転する。各磁石２２０は、保持板２１０に埋め込まれている。各磁石２２０は、保持板２１０に接着剤で固定されていてもよい。磁石２２０は、回転軸３３０の周方向に等間隔に配置されている。また、磁石２２０は、回転軸３３０の軸方向に着磁されている。周方向に隣り合う磁石２２０の磁化方向は互いに逆になっている。
【００８２】
（ステータ）
ステータ１００は、ティース３の端面がロータ２００の磁石２２０に対向するように配置される。ステータ１００は、コア１のバックヨーク２の外周面をケース３１０の内周面に嵌合させることにより、ケース３１０に固定されている。この例では、バックヨーク２の外周面に直線部２５を有することから、ケース３１０に対してステータ１００を構成するコア１を固定し易い。また、バックヨーク２の内周側には、回転軸３３０を回転自在に支持する円環状のベアリング３４０が配置されている。
【００８３】
［変形例］
コア１において、バックヨーク２の外周面及び内周面の少なくとも一方に凸部又は凹部を有してもよい。図１３Ａ及び図１３Ｂ、図１４Ａ及び図１４Ｂを参照して、バックヨーク２の外周面に凸部４１又は凹部４２を有する例を説明する。
【００８４】
図１３Ａに示すコア１は、バックヨーク２の外周面に径方向に突出する凸部４１が形成されている。凸部４１は、バックヨーク２の外周面に部分的に設けられている。図１３Ａに示す例では、凸部４１が１個の場合を示すが、凸部４１の個数は複数であってもよい。この例では、コア１を平面視したときの凸部４１の形状が矩形状である。凸部４１の形状は、矩形状に限定されるものではなく、例えば半円状、三角形状、台形状などであってもよい。
【００８５】
図１３Ａに示すコア１を用いて回転電機３００を構成する場合、図１３Ｂに示すように、バックヨーク２の外周面の凸部４１に対応する凹部３１１をケース３１０の内周面に設けておく。これら凸部４１と凹部３１１との嵌合により、ケース３１０に対してステータ１００のコア１を位置決めすることが可能である。
【００８６】
図１４Ａに示すコア１は、バックヨーク２の外周面に径方向に凹む凹部４２が形成されている。凹部４２は、バックヨーク２の外周面に部分的に設けられている。図１４Ａに示す例では、凹部４２が１個の場合を示すが、凹部４２の個数は複数であってもよい。この例では、コア１を平面視したときの凹部４２の形状が矩形状である。凹部４２の形状は、矩形状に限定されるものではなく、例えば半円状、三角形状、台形状などであってもよい。
【００８７】
図１４Ａに示すコア１を用いて回転電機３００を構成する場合、図１４Ｂに示すように、バックヨーク２の外周面の凹部４２に対応する凸部３１２をケース３１０の内周面に設けておく。これら凹部４２と凸部３１２との嵌合により、ケース３１０に対してステータ１００のコア１を位置決めすることが可能である。
【００８８】
図１３Ａ及び図１３Ｂ、図１４Ａ及び図１４Ｂでは、バックヨーク２の外周面に凸部４１又は凹部４２を有する例を説明したが、バックヨーク２の内周面に凸部又は凹部を部分的に設けてもよい。凸部又は凹部の個数は、１個以上であればよく、特に限定されない。コア１を平面視したときの凸部又は凹部の形状は、矩形状とする他、例えば半円状、三角形状、台形状などであってもよい。
【００８９】
例えば、バックヨーク２の内側に図示しないバスバーを配置することがある。その場合、バックヨーク２の内周面に凸部又は凹部を設けると共に、この凸部又は凹部に対応する凹部又は凸部をバスバーの外周面に設けておく。これら凸部と凹部との嵌合により、コア１に対してバスバーを位置決めすることが可能である。
【００９０】
上述したように、バックヨーク２の外周面及び内周面の少なくとも一方に凸部又は凹部を有することで、この凸部又は凹部を位置決めに利用できる。また、凸部又は凹部を位置決めに利用する場合、コア１を平面視したときの凸部又は凹部の形状は、少なくとも１つの直線部を有することが好ましい。直線部は、コア１を平面視したときの凸部又は凹部の輪郭のうち、直線で構成される箇所である。凸部又は凹部の形状が直線部を有することで、位置決め精度を高めることができる。
【００９１】
｛実施形態の効果｝
上述した実施形態のコア１、ステータ１００、及び回転電機３００は、次の効果を奏する。
【００９２】
コア１は、ティース３とバックヨーク２との角部に曲率半径が０．２ｍｍ以上の第一曲面部を有することで、ティース３とバックヨーク２との角部に発生する漏れ磁束を低減できる。よって、漏れ磁束による損失を抑制できる。また、第一曲面部３１の曲率半径が１．５ｍｍ以下であることで、コイル１１０のターン数の減少を抑制できる。これにより、回転電機３００のトルクの低下を抑制できる。
【００９３】
ステータ１００は、コア１を備えることで、磁気特性に優れる。回転電機３００は、ステータ１００を備えることで、効率に優れる。
【００９４】
［試験例１］
実施形態で説明したコア１と同じ構成のものを作製し、その評価を行った。試験例１では、第一曲面部３１の曲率半径を異ならせた複数のコアを用意した。各コアを試料Ｎｏ．１−０〜Ｎｏ．１−６とする。用意したコア１の各ティース３に巻線を巻回してコイル１１０を形成することにより、ステータ１００を作製した。そして、作製したステータ１００を用いて、アキシャルギャップ型の回転電機３００を構成した。この回転電機３００はモータとして機能する。
【００９５】
巻線には、線径が１．５ｍｍの銅線を使用した。各試料におけるコイルのターン数を表１に示す。
【００９６】
電磁界解析ソフトウェアを用いて、コイルに電流を流したときのコアの磁束密度分布を解析し、ティースの根元部における最大磁束密度を求めた。使用した電磁界解析ソフトウェアは、ＪＳＯＬ社製「ＪＭＡＧ」である。各試料におけるティース根元部の最大磁束密度を表１に示す。また、電磁界解析により、コアの鉄損及びモータのトルクを求めた。その結果も表１に併せて示す。
【００９７】
【表１】
2020084926.tif 000003
【００９８】
表１から、第一曲面部の曲率半径が０．２ｍｍ以上である試料Ｎｏ．１−１〜Ｎｏ．１−６では、曲率半径が０ｍｍである試料Ｎｏ．１−０に比較して、鉄損が小さいことが分かる。曲率半径が０ｍｍである試料Ｎｏ．１−０では、ティースの周面とバックヨークの第一平面との間を磁束がショートカットすることにより、漏れ磁束による鉄損が大きくなったと考えられる。これに対し、試料Ｎｏ．１−１〜Ｎｏ．１−６では、曲率半径が０．２ｍｍ以上であるため、ショートカットする漏れ磁束が減少し、漏れ磁束による鉄損が小さくなったと考えられる。
【００９９】
試料Ｎｏ．１−１〜Ｎｏ．１−６の比較から、第一曲面部の曲率半径が大きいほど、鉄損を抑制できることが分かる。しかし、曲率半径が２．０ｍｍである試料Ｎｏ．１−６では、曲率半径が１．５ｍｍ以下である試料Ｎｏ．１−１〜Ｎｏ．１−５に比較して、トルクが減少していることが分かる。これは、試料Ｎｏ．１−６では、曲率半径が大きいため、試料Ｎｏ．１−１〜Ｎｏ．１−５に比べてコイルのターン数が減少したことが原因である。
【０１００】
以上のことから、第一曲面部の曲率半径は０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下が好ましいといえる。
【０１０１】
［試験例２］
実施形態で説明したコア１を金型５で成形したときのダイ５０に作用する応力分布をＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）により解析した。そして、ＣＡＥによる応力解析の結果から、ダイ５０における段部５３の外縁角部５３２に発生する最大応力を求めた。試験例２では、外縁角部５３２の曲率半径を異ならせ、それぞれの場合での最大応力を求めた。その結果を表２に示す。
【０１０２】
応力解析には、構造解析ソフトウェア、具体的にはシーメンス社製「ＮＸ  Ｎａｓｔｒａｎ」を使用した。解析条件は次のように設定した。成形圧は９８０ＭＰａとした。ダイ５０の物性値は、ヤング率：２０６０００ＭＰａ、ポアソン比：０．３とした。また、成形するコア１のバックヨーク２の外半径Ｒ２ｏを２５ｍｍ、内半径Ｒ２ｉを１０ｍｍ、厚みＴ２を３．０ｍｍとした。
【０１０３】
【表２】
2020084926.tif 000004
【０１０４】
表２から、外縁角部の曲率半径が大きいほど、コア成形時の外縁角部における最大応力を低減できることが分かる。特に、外縁角部の曲率半径が０．５ｍｍ以上である場合、外縁角部に発生する最大応力を２０００ＭＰａ以下に低減できることが分かる。
【０１０５】
ダイにおける段部の外縁角部の曲面は、コアにおけるバックヨークの外側曲面部を成形する部分であるため、外側曲面部の曲率半径は０．５ｍｍ以上とすることが好ましいといえる。
【０１０６】
［試験例３］
試験例３では、試験例２と同様にＣＡＥによる応力解析により、コア成形時のダイ５０における段部５３の内縁角部５３３に発生する最大応力を求めた。その結果を表３に示す。解析条件は、試験例２と同じである。
【０１０７】
【表３】
2020084926.tif 000005
【０１０８】
表３から、内縁角部の曲率半径が大きいほど、コア成形時の内縁角部における最大応力を低減できることが分かる。特に、内縁角部の曲率半径が０．５ｍｍ以上である場合、内縁角部に発生する最大応力を２０００ＭＰａ以下、更に１５００ＭＰａ以下に低減できることが分かる。
【０１０９】
ダイにおける段部の内縁角部の曲面は、コアにおけるバックヨークの内側曲面部を成形する部分であるため、内側曲面部の曲率半径は０．５ｍｍ以上とすることが好ましいといえる。また、表２、表３の結果から、ダイにおける段部の外縁角部の方が内縁角部よりもコア成形時の最大応力が高くなる傾向があることが分かる。よって、外縁角部の曲率半径を内縁角部の曲率半径よりも大きくする、つまり、外側曲面部の曲率半径を内側曲面部の曲率半径よりも大きくすることが好ましいといえる。また、バックヨークに流れる磁束は内周側を選択的に通り易い点に鑑み、モータ性能の観点からも、外側曲面部の曲率半径を内側曲面部の曲率半径よりも大きくすることが好ましいといえる。
【０１１０】
以上説明した本開示の実施形態に関連して、更に以下の付記を開示する。
【０１１１】
［付記１］
アキシャルギャップ型の回転電機に用いられるコアであって、
環状のバックヨークと、
前記バックヨークの第一平面から軸方向に突出する複数のティースと、を備え、
前記複数のティースは前記第一平面の周方向に間隔をあけて設けられ、
前記バックヨークと前記ティースとは一体成形された圧粉成形体で構成されており、
前記ティースと前記バックヨークとの角部に、前記ティースの周面と前記バックヨークの前記第一平面との間をつなぐ第一曲面部を有し、
前記第一曲面部の曲率半径が０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である、
コア。
【０１１２】
付記１に係るコアは、ティースとバックヨークとの角部に第一曲面部を有することで、ティースとバックヨークとの角部に発生する漏れ磁束を低減できる。よって、付記１のコアは磁気特性を改善できる。第一曲面部の曲率半径が０．２ｍｍ以上であることで、漏れ磁束を効果的に低減できる。また、第一曲面部の曲率半径が１．５ｍｍ以下であることで、ティースに配置されるコイルのスペースを確保して、コイルの占積率の向上を図ることができる。これにより、コイルのターン数の減少を抑制することができるので、回転電機のトルクの低下を抑制できる。
【０１１３】
［付記２］
前記第一平面と前記バックヨークの外周面との間をつなぐ外側曲面部と、
前記第一平面と前記バックヨークの内周面との間をつなぐ内側曲面部と、を有し、
前記外側曲面部及び前記内側曲面部の各曲率半径が０．５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下である付記１に記載のコア。
【０１１４】
圧粉成形体からなる上記コアは、金型で軟磁性粉末を圧縮して成形する。金型を用いてコアを成形する際、金型、特にダイの角部に曲げ応力が集中し易く、金型の角部に亀裂が発生することがある。付記２の形態は、バックヨークの外側曲面部及び内側曲面部の各曲率半径が０．５ｍｍ以上であることで、金型の角部における応力集中を緩和できる。よって、上記形態は金型の破損を抑制できる。外側曲面部及び内側曲面部の各曲率半径が大きくなると、バックヨークの厚みに対してバックヨークの外周面及び内周面の直線部の長さが短くなる。外側曲面部及び内側曲面部の各曲率半径が５．０ｍｍ以下であれば、バックヨークの外周面及び内周面の直線部の長さを大きく確保し易い。
【０１１５】
［付記３］
前記圧粉成形体は、軟磁性粒子の表面に絶縁被覆を有する複数の被覆軟磁性粒子の集合体で構成され、
前記軟磁性粒子の平均粒子径が２０μｍ以上３００μｍ以下である付記１に記載のコア。
【０１１６】
圧粉成形体を構成する軟磁性粒子の平均粒子径は、原料粉末に含まれる軟磁性粉末の平均粒子径に依存する。軟磁性粒子の平均粒子径が２０μｍ以上３００μｍ以下であることで、緻密で高密度な圧粉成形体が得られ易い。
【０１１７】
圧粉成形体における軟磁性粒子の平均粒子径は、次のようにして求めることができる。
圧粉成形体の任意の断面を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や光学顕微鏡などの顕微鏡で観察する。観察視野内に存在する全ての軟磁性粒子を抽出し、各粒子の面積を測定する。各粒子の面積に等しい面積を有する円の直径をそれぞれ算出し、その平均値を軟磁性粒子の平均粒子径とする。観察視野のサイズは、例えば、５０個以上の軟磁性粒子が含まれるように設定する。軟磁性粒子の抽出、面積の測定、等面積円相当径の算出は、画像解析ソフトウェアなどを用いて行うとよい。
【０１１８】
［付記４］
前記圧粉成形体は、軟磁性粒子の表面に絶縁被覆を有する複数の被覆軟磁性粒子の集合体で構成され、
前記軟磁性粒子の平均粒子径が４０μｍ以上２５０μｍ以下である付記１に記載のコア。
【０１１９】
軟磁性粒子の平均粒子径が４０μｍ以上２５０μｍ以下であることで、より緻密で高密度な圧粉成形体が得られ易い。
【０１２０】
［付記５］
前記圧粉成形体の相対密度が９３％以上である付記１に記載のコア。
【０１２１】
圧粉成形体の相対密度が９３％以上であることで、圧粉成形体の密度が高い。圧粉成形体の高密度化により、コアの機械的強度や磁気的特性を改善できる。
【符号の説明】
【０１２２】
１  コア
２  バックヨーク
２１  第一平面    ２２  第二平面
２３  外側曲面部    ２４  内側曲面部
２５、２６  直線部
２７  外周領域    ２８  内周領域
３  ティース
３１  第一曲面部
４１  凸部    ４２  凹部
５  金型
５０  ダイ
５１  第一成形部    ５２  第二成形部
５３  段部
５３１  第一角部
５３２  外縁角部    ５３３  内縁角部
６０  コアロッド
７０  上パンチ    ８０  下パンチ    ８２  パンチ部
１００  ステータ
１１０  コイル    ２００  ロータ
２１０  保持板    ２２０  磁石
３００  回転電機
３１０  ケース
３１１  凹部    ３１２  凸部
３２０  プレート
３３０  回転軸    ３４０  ベアリング
Ｔ２  厚み
Ｒ２ｏ、Ｒ３ｏ  外半径
Ｒ３ｉ、Ｒ２ｉ  内半径
Ｈ３  高さ位置
【図１】
2020084926.tif 000006
【図２】
2020084926.tif 000007
【図３】
2020084926.tif 000008
【図４】
2020084926.tif 000009
【図５】
2020084926.tif 000010
【図６】
2020084926.tif 000011
【図７】
2020084926.tif 000012
【図８】
2020084926.tif 000013
【図９】
2020084926.tif 000014
【図１０】
2020084926.tif 000015
【図１１】
2020084926.tif 000016
【図１２】
2020084926.tif 000017
【図１３Ａ】
2020084926.tif 000018
【図１３Ｂ】
2020084926.tif 000019
【図１４Ａ】
2020084926.tif 000020
【図１４Ｂ】
2020084926.tif 000021
【国際調査報告】
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