JP2007074851A - コアおよびコアの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧粉コアを基体とするコアであって、高耐熱化が図られたコアを提供する。
【解決手段】絶縁皮膜で被覆された磁性粉末が加圧成形されてなる圧粉コア３１を基体とする。圧粉コア３１のうち巻線１２に対向する面の少なくとも一部には、無機系の耐熱絶縁皮膜３２が形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、巻線が巻回されるコア、およびコアの製造方法に関する。

図５は、特許文献１に記載されているモータコア５０のティース５１の概略断面図である。図５において、モータコア５０は、絶縁皮膜を有する磁性粉体が圧縮成形されてなる圧粉コアである。ティース５１は、その外周面が滑らかな曲面をなすように形成されている。ティース５１の外周面には、樹脂塗装が施されて絶縁皮膜層５２が形成されている。そして、この絶縁皮膜層５２の上からティース５１の全周に渡って巻線５３が巻回されている。

上記構成を有する特許文献１に記載のモータコア５０によれば、ティース５１の外周面が滑らかな曲面に形成されているので、巻線５３の特定の一部分の面圧が高くなることがなく、巻線５３を被覆する絶縁皮膜が剥離し難い。このため、極めて薄い絶縁皮膜層５２をティース５１に施すだけで、モータを長期使用した場合にも、十分に巻線５３の芯線（銅線）とティース５１との短絡を防止することができる。

また、ティース５１の外周面が滑らかな曲面に形成されているので、ティース５１と巻線５３との間に隙間が生じない。このため、巻線５３の巻回スペースが大きくなるので、巻線５３を増やして巻線占積率を上げること、またはティース５１を太くして磁束量を増やすことができる。この結果、モータの出力を向上させることができる。

特開２００４−２４２４４３号公報 特開２００４−３６４４０２号公報 特開平１−０５０７３０号公報 特開平９−１４９５８０号公報 特開２００４−２５１４１２号公報

上述したとおり、特許文献１に記載されたコアによれば、形状自由度の高い圧粉コアを用いるので、ティースの外周面を滑らかな曲面にすることができ、それにより多くの効果を得ることができる。

しかし、上記特許文献１に記載のコアでは、樹脂塗膜を絶縁皮膜層としているので、耐熱温度が低く（高くても２００℃程度）、巻線の電流密度、発熱密度を高くすることができない。このことは、特にモータの小型化を図る際に障害となる。具体的に説明すると、近年、自動車用のモータにおいては小型化の要請が大きいところ、小型化に際しては、巻線の密度を増して、そこにより多くの電流を流すこととなり、巻線からの発熱が増大する。これに加えて、小型化によりヒートマスが小さくなるので、モータ温度が上がり易くなる。このため、モータの小型化において、耐熱温度の高さは非常に重要なポイントとなり、上記コアにおける絶縁皮膜層の耐熱性の低さは小型化の障害となる。

そこで、本発明は、圧粉コアを基体とするコアであって、高耐熱化が図られたコアを提供する。

本発明に係るコアは、巻線が巻回されるコアであって、絶縁皮膜で被覆された磁性粉末が加圧成形されてなる圧粉コアを基体とし、前記圧粉コアのうち前記巻線に対向する面の少なくとも一部に、無機系の耐熱絶縁皮膜が形成されていることを特徴とする。

本発明の好適な態様では、前記圧粉コアのうち前記巻線が巻回される巻回面は、滑らかな曲面となるように形成されている。

また、本発明の好適な態様では、前記無機系の耐熱絶縁皮膜は、ＤＬＣ皮膜である。

本発明に係るコアの製造方法は、巻線が巻回されるコアを製造するコアの製造方法であって、絶縁皮膜で被覆された磁性粉末を成形用金型に充填し、当該成形用金型内の磁性粉末を加圧成形する成形工程と、加圧成形された圧粉コアの表層をエッチングにより除去するエッチング工程と、エッチング後の圧粉コアのうち前記巻線に対向する面の少なくとも一部に、無機系の耐熱絶縁皮膜を形成する成膜工程と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係るコアの製造方法は、巻線が巻回されるコアを製造するコアの製造方法であって、絶縁皮膜で被覆された磁性粉末を成形用金型に充填し、当該成形用金型内の磁性粉末を加圧成形する成形工程と、加圧成形された圧粉コアのうち前記巻線に対向する面の少なくとも一部に、絶縁性のセラミック材料を塗布する塗布工程と、セラミック材料塗布後の圧粉コアに熱処理を施して、前記セラミック材料の焼成と前記圧粉コアの焼鈍とを同時に行う熱処理工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、圧粉コアを基体とするコアであって、高耐熱化が図られたコアを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。ここでは、本発明に係るコアをいわゆる集中巻永久磁石埋込型モータのステータコアに適用した場合を例にとって説明することとする。ただし、これは単なる例示であって、本発明に係るコアは、他のタイプのモータにも適用可能である。

［モータ全体の構成］
図１は、本発明に係るコアが適用されたモータ１の概略断面図である。図１において、モータ１は、集中巻方式のステータ１０と、永久磁石埋込型のロータ２０とが組み合わされて構成されている。

ステータ１０は、略円筒形状であり、主としてステータコア１１とこれに巻回される巻線１２とで構成されている。ステータコア１１は、略円筒形状のヨーク部１１ａと、このヨーク部１１ａの内側に所定間隔ごとに中心軸に向けて延設された複数個（ここでは６個）のティース部１１ｂとで構成されている。６個のティース部１１ｂには、各相の巻線１２が集中巻により巻回されている。

ロータ２０は、略円筒形状であり、ステータ１０の内部にエアギャップを介してステータ１０と同軸に配置されている。ロータ２０は、回転軸２１を備えている。この回転軸２１には、これを中心軸とする円筒形状のロータコア２２が装着されている。このロータコア２２の内部には、複数の磁極を構成する永久磁石が埋め込まれている。ここでは、ロータコア２２の内部には、Ｖ字状に配置された一対の永久磁石２３ａ，２３ｂが、周方向に等角度間隔で４組埋め込まれており、これにより４つの磁極が構成されている。

上記構成において、ステータ１０の巻線１２に３相交流が供給されると、回転磁界が発生し、マグネットトルクおよびリラクタンストルクによりロータ２０が回転軸２１周りに回転する。

［ステータコアの構成］
図２は、図１のＡ−Ａ断面図、すなわちステータコア１１のティース部１１ｂの断面図である。以下、図２を参照して、ステータコア１１の構成について説明する。

本実施の形態では、ステータコア１１は、絶縁皮膜で被覆された磁性粉末が加圧成形されてなる圧粉コア３１を基体とする。この圧粉コア３１のうち巻線１２が巻回される巻回面（具体的には、圧粉コア３１のうちティース部１１ｂに相当する部分の外周面３１ａ）は、滑らかな曲面をなすように形成されている。図２に示される例では、ティース部１１ｂにおいて圧粉コア３１の断面は略矩形であり、その４つの角部３１ｂはＲ形状に形成されている。

そして、圧粉コア３１のうち巻線１２に対向する面には、無機系の耐熱絶縁皮膜３２が形成されている。この無機系の耐熱絶縁皮膜３２としては、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン：Diamond Like Carbon）皮膜、またはセラミック皮膜が好適である。ここでは、耐熱絶縁皮膜３２は、巻線１２に対向するスロット表面の全域に形成されているものとする。ただし、耐熱絶縁皮膜３２は、巻線１２に対向するスロット表面の一部（例えば巻回面）に形成されていてもよい。

そして、圧粉コア３１のうちティース部１１ｂに相当する部分の外周面３１ａには、上記の耐熱絶縁皮膜３２を介して、巻線１２が巻回されている。

［ステータの製造方法（セラミック皮膜を施す場合）］
図３は、耐熱絶縁皮膜３２としてセラミック皮膜を施す場合における、ステータ１０の製造方法を示す工程図である。以下、図３を参照して、セラミック皮膜を施す場合におけるステータ１０の製造方法について説明する。

まず、成形工程１０１では、絶縁皮膜で被覆された磁性粉末を成形用金型に充填し、当該成形用金型内の磁性粉末を加圧成形する。ここで、この加圧成形は、当該成形工程１０１で得られる成形体のティース部に相当する部分の外周面が滑らかな曲面となるように行われる。

ついで、エッチング工程１０２では、加圧成形された圧粉コア（成形体）の表層をエッチングにより除去する。具体的には、希釈した酸（硝酸等）などのエッチング液中に成形体を数分程度浸漬して表層をエッチング除去した後、洗浄し、防錆処理を施す。このようなエッチングを施すのは、次の理由による。すなわち、成形工程１０１において成形用金型から成形体を抜き出すとき、成形体の表面が成形用金型の壁面と擦れて、磁性粉末を被覆する絶縁皮膜が破れてしまう。このため、成形体の表層では、磁性粉末どうしが短絡し、絶縁皮膜による磁性粉末間の絶縁効果が失われた状態となる。この結果、圧粉コアの磁気特性が損なわれてしまう。そこで、短絡が生じた表層をエッチングにより除去するのである。なお、このエッチング工程１０２は、圧粉コアに要求される磁気特性などを考慮して、適宜に省略可能である。

ついで、塗布工程１０３では、エッチング後の圧粉コアのうち巻線に対向することとなる面に、絶縁性のセラミック材料を塗布する。

ついで、熱処理工程１０４では、セラミック材料塗布後の圧粉コアに熱処理を施して、セラミック材料の焼成と圧粉コアの焼鈍とを同時に行う。ここで、圧粉コアの焼鈍とは、加圧成形時に圧粉コア内部に生じた歪を除去するための歪取り焼鈍であり、圧粉コアのヒステリシス損失を低減させるために一般的に行われる熱処理である。熱処理工程１０４の内容について具体的に説明すると、セラミック材料塗布後の圧粉コアは、（１）昇温→（２）定温保持→（３）冷却の順に連続炉などで処理される。（１）の昇温工程では、２０〜３０℃／ｍｉｎ程度の昇温速度で所望の温度まで上昇させる。（２）の定温保持工程では、歪取り焼鈍とセラミック成膜焼成とが同時に可能な温度（例えば７００〜８００℃程度）に、所定時間（数十分程度）保持する。（３）の冷却工程では、２０〜３０℃／ｍｉｎ程度の冷却速度で所望の温度まで低下させる。

ついで、巻線工程１０５では、工程１０１〜１０４を経て製造されたステータコアのティース部に、巻線を巻回する。

［ステータの製造方法（ＤＬＣ皮膜を施す場合）］
図４は、耐熱絶縁皮膜３２としてＤＬＣ皮膜を施す場合における、ステータ１０の製造方法を示す工程図である。以下、図４を参照して、ＤＬＣ皮膜を施す場合におけるステータ１０の製造方法について説明する。

まず、成形工程２０１では、上記成形工程１０１と同様に、絶縁皮膜で被覆された磁性粉末を成形用金型に充填し、当該成形用金型内の磁性粉末を加圧成形する。

ついで、エッチング工程２０２では、上記エッチング工程１０２と同様に、加圧成形された圧粉コア（成形体）の表層をエッチングにより除去する。なお、このエッチング工程２０２は、圧粉コアに要求される磁気特性などを考慮して、適宜に省略可能である。

ついで、焼鈍工程２０３では、エッチング後の圧粉コアに歪取り焼鈍を施す。この焼鈍工程２０３の内容について具体的に説明すると、エッチング後の圧粉コアは、（１）昇温→（２）定温保持→（３）冷却の順に連続炉などで処理される。（１）の昇温工程では、２０〜３０℃／ｍｉｎ程度の昇温速度で所望の温度まで上昇させる。（２）の定温保持工程では、歪取り焼鈍に必要とされる温度（例えば７００〜８００℃程度）に、所定時間（数十分程度）保持する。（３）の冷却工程では、２０〜３０℃／ｍｉｎ程度の冷却速度で所望の温度まで低下させる。

ついで、成膜工程２０４では、エッチング・焼鈍後の圧粉コアのうち巻線に対向することとなる面に、ＤＬＣコーティングを施してＤＬＣ皮膜を形成する。このＤＬＣコーティングは、適宜の方法で実現可能であるが、例えば、メタンガス等の炭化水素系ガスをプラズマで分解して成膜するプラズマＣＶＤ法が用いられる。

ついで、巻線工程２０５では、工程２０１〜２０４を経て製造されたステータコアのティース部に、巻線を巻回する。

以上説明した本実施の形態によれば、以下の効果が得られる。

（１）本実施の形態では、絶縁皮膜で被覆された磁性粉末が加圧成形されてなる圧粉コアを基体とし、圧粉コアのうち巻線に対向する面の少なくとも一部に、無機系の耐熱絶縁皮膜を形成する。このため、本実施の形態によれば、上述した特許文献１に記載のコアと同様の効果を得つつ、絶縁皮膜が有機系である特許文献１に記載のコアと比較して、高耐熱化を図ることができ、モータを小型化することができる。また、形状自由度の高い圧粉コアを基体とするので、耐熱絶縁皮膜が形成される面を成膜に適した形状（例えば角部の無い滑らかな曲面）に容易に成形することができ、成膜性の向上を容易に図ることができる。

（２）本実施の形態では、圧粉コアのうち巻線が巻回される巻回面を滑らかな曲面に形成するので、耐熱絶縁皮膜の成膜性を向上させることができる。特に、ＤＬＣ皮膜に関しては、３次元形状への成膜性が向上する。

（３）無機系の耐熱絶縁皮膜をＤＬＣ皮膜とする構成によれば、耐熱絶縁皮膜を薄くすることができ、より一層の小型化を図ることができる。また、表面摩擦係数を小さくすることができ、巻特性および耐加工劣化性を向上させることができる。

（４）本実施の形態では、成形工程で加圧成形された圧粉コアの表層をエッチングにより除去した後に、耐熱絶縁皮膜の成膜を行う。このため、本実施の形態によれば、エッチングにより悪化した圧粉コアの表面性（面粗度等）を回復することができる。また、エッチングにより脆くなった部位を保護することができる。さらに、エッチングで粗面化された表層に成膜を行うことになるので、アンカー効果による圧粉コアと耐熱絶縁皮膜との密着性の増大を期待することができる。

（５）本実施の形態では、セラミック材料塗布後の圧粉コアに熱処理を施して、セラミック材料の焼成と圧粉コアの歪取り焼鈍とを同時に行う。このため、焼付および焼鈍の２つの熱処理工程を統合して工程をスリム化することができ、製造時間の短縮や製造コストの低減を図ることができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更することができる。

例えば、上記実施の形態では、加圧成形後の圧粉コアの表層をエッチングにより除去することとしたが、切削等の機械加工など、他の方法で除去することとしてもよい。

また、上記実施の形態では、本発明に係るコアをモータに適用した場合を例にとって説明したが、本発明に係るコアは、トランス、リアクトル、発電機など、他の電気・電子機器にも適用可能である。

本発明に係るコアが適用されたモータの概略断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 耐熱絶縁皮膜としてセラミック皮膜を施す場合における、ステータの製造方法を示す工程図である。 耐熱絶縁皮膜としてＤＬＣ皮膜を施す場合における、ステータの製造方法を示す工程図である。 特許文献１に記載されているモータコアのティースの概略断面図である。

符号の説明

１ モータ、１０ ステータ、１１ ステータコア、１１ａ ヨーク部、１１ｂ ティース部、１２ 巻線、２０ ロータ、２１ 回転軸、２２ ロータコア、２３ａ，２３ｂ 永久磁石、３１ 圧粉コア、３１ａ 外周面（巻回面）、３１ｂ 角部、３２ 耐熱絶縁皮膜。

Claims (5)

1. 巻線が巻回されるコアであって、
   絶縁皮膜で被覆された磁性粉末が加圧成形されてなる圧粉コアを基体とし、
   前記圧粉コアのうち前記巻線に対向する面の少なくとも一部に、無機系の耐熱絶縁皮膜が形成されていることを特徴とするコア。
2. 請求項１に記載のコアであって、
   前記圧粉コアのうち前記巻線が巻回される巻回面は、滑らかな曲面となるように形成されていることを特徴とするコア。
3. 請求項１または２に記載のコアであって、
   前記無機系の耐熱絶縁皮膜は、ＤＬＣ皮膜であることを特徴とするコア。
4. 巻線が巻回されるコアを製造するコアの製造方法であって、
   絶縁皮膜で被覆された磁性粉末を成形用金型に充填し、当該成形用金型内の磁性粉末を加圧成形する成形工程と、
   加圧成形された圧粉コアの表層をエッチングにより除去するエッチング工程と、
   エッチング後の圧粉コアのうち前記巻線に対向する面の少なくとも一部に、無機系の耐熱絶縁皮膜を形成する成膜工程と、
   を有することを特徴とするコアの製造方法。
5. 巻線が巻回されるコアを製造するコアの製造方法であって、
   絶縁皮膜で被覆された磁性粉末を成形用金型に充填し、当該成形用金型内の磁性粉末を加圧成形する成形工程と、
   加圧成形された圧粉コアのうち前記巻線に対向する面の少なくとも一部に、絶縁性のセラミック材料を塗布する塗布工程と、
   セラミック材料塗布後の圧粉コアに熱処理を施して、前記セラミック材料の焼成と前記圧粉コアの焼鈍とを同時に行う熱処理工程と、
   を有することを特徴とするコアの製造方法。

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