JP2009207227A - モータの電機子コアおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数の増加を来たすことなく、ティースとコア本体の嵌合部強度の向上を図ることのできるモータの電機子コアおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】圧粉磁性材から成るステータリング１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗの嵌合部や他部材との圧接部、ロータとの対向面２８以外の部分に琺瑯を塗布し、その状態で大気焼成を行う。琺瑯を塗布した部分は非酸化処理部ｎとなり、琺瑯を塗布しなかった部分には酸化処理層ｏが形成される。酸化処理層ｏによって嵌合部等の強度が高まる。非酸化処理部ｎでは鉄損が生じにくくなる。
【選択図】図３

Description

この発明は、圧粉磁性材を主材料として形成されるモータの電機子コアとその製造方法に関するものである。

モータのステータ側の電機子コアが圧粉磁性材によって形成されたものが知られいている（特許文献１参照）。
特許文献１に記載の電機子コアは、円環状のコア本体と、複数のティースが別々に圧粉磁性材によって形成され、各ティースの基端に形成した凸部を、コア本体側の凹部に嵌合することによってコア本体とティースが一体化されている。また、ティース側の凸部には、嵌合部の強度を高めるためにティース補強部材が取付けられている。
特開２００７−３２５３６２号公報

しかし、この従来の電機子コアにおいては、ティースとコア本体の嵌合部の強度を高めるために別体のティース補強部材を取り付けなければならないため、部品点数が多くなり、製造が煩雑になることが懸念される。

そこで、この発明は、部品点数の増加を来たすことなく、ティースとコア本体の嵌合部強度の向上を図ることのできるモータの電機子コアおよびその製造方法を提供しようとするものである。

上記の課題を解決する請求項１に記載の発明は、圧粉磁性材から成るコア本体（例えば、後述の実施形態におけるリターンパスブロック１５ｕ，１５ｖ，１５ｗ）と、圧粉磁性材から成り電磁コイル（例えば、後述の実施形態における環状コイル２１Ｕ，２１Ｗ）が巻回されるティース（例えば、後述の実施形態におけるティース１６ｕ，１６ｖ，１６ｗ）と、を備え、前記コア本体とティースに相互に嵌合される嵌合部（例えば、後述の実施形態における係合突起２３および係止溝２４）が設けられ、前記コア本体とティースが前記嵌合部での嵌合によって連結されているモータの電機子コアにおいて、前記コア本体とティースの嵌合部に酸化処理層（例えば、後述の実施形態における酸化処理層ｏ）を設けたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のモータの電機子コアにおいて、前記コア本体とティースの少なくとも前記嵌合部を除く部位の表面に非酸化処理部（例えば、後述の実施形態における非酸化処理部ｎ）を設けたことを特徴とする。
これにより、コア本体とティースの表面のうちの嵌合部を除く領域に酸化されない部分ができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のモータの電機子コアにおいて、前記コア本体とティースのうちの、少なくとも前記嵌合部と、エアギャップを介して相対変位する磁気作用相手部材（例えば、後述の実施形態におけるロータ１２）との対向面（例えば、後述の実施形態における対向面２８）とを除く部位の表面に非酸化処理部を設けたことを特徴とする。
これにより、コア本体とティースの表面のうちの嵌合部と、磁気作用相手部材との対向面を除く領域に酸化されない部分ができる。

請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載のモータの電機子コアにおいて、前記非酸化処理部は、琺瑯膜が被着されて成ることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、圧粉磁性材から成るコア本体と、圧粉磁性材から成り電磁コイルが巻回されるティースと、を備え、前記コア本体とティースに相互に嵌合される嵌合部が設けられ、前記コア本体とティースが前記嵌合部での嵌合によって連結されているモータの電機子コアの製造方法において、前記コア本体とティースの少なくとも前記嵌合部を除く表面に酸化防止膜処理を行う工程と、その後に大気焼成を行う工程と、を備えていることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、圧粉磁性材から成るコア本体と、圧粉磁性材から成り電磁コイルが巻回されるティースと、を備え、前記コア本体とティースに相互に嵌合される嵌合部が設けられ、前記コア本体とティースが前記嵌合部での嵌合によって連結されているモータの電機子コアの製造方法において、前記コア本体とティースのうちの、少なくとも前記嵌合部と、エアギャップを介して相対変位する磁気作用相手部材との対向面とを除く部位の表面に酸化防止膜処理を行う工程と、その後に大気焼成を行う工程と、を備えていることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項５または６に記載のモータの電機子コアの製造方法において、前記酸化防止膜処理は琺瑯を塗布することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、コア本体とティースの嵌合部に酸化処理層を設けたため、部品点数の増加を来たすことなく、ティースとコア本体の嵌合部の強度を向上させることが可能になる。

請求項２に記載の発明によれば、コア本体とティースの表面のうちの嵌合部を除く領域に酸化されない部分ができるため、嵌合部の強度を高めつつ、電機子コアでの鉄損を少なくすることができる。

請求項３に記載の発明によれば、コア本体とティースの表面のうちの嵌合部と、磁気作用相手部材との対向面を除く領域に酸化されない部分ができるため、嵌合部の強度を高め、かつ、磁気作用相手部材との隙間寸法の精度を高めつつ、電機子コアでの鉄損を少なくすることができる。

請求項４に記載の発明によれば、琺瑯膜を被着して非酸化処理部を構成したため、高温で加熱する前に琺瑯の釉薬を塗布することで、容易にかつ精度良く非酸化処理部を設けることができ、生産効率を高めることが可能になる。また、琺瑯膜は表面が滑らかで充分な硬度をもつため、電磁コイルに対する保護効果も得ることができる。

請求項５に記載の発明によれば、コア本体とティースの少なくとも嵌合部を除く表面に酸化防止膜処理を行った後に大気焼成を行うため、一連の容易な作業によって電機子コアの表面に、嵌合部の酸化処理層と、非酸化処理部とを設けることができる。

請求項６に記載の発明によれば、コア本体とティースのうちの、少なくとも嵌合部と、磁気作用相手部材との対向面とを除く部位の表面に酸化防止膜処理を行い、その後に大気焼成を行うため、一連の容易な作業によって電機子コアの表面に、嵌合部および対向面の酸化処理層と、非酸化処理部とを設けることができる。

請求項７に記載の発明によれば、酸化防止膜処理で琺瑯を塗布するため、その後の大気焼成によって琺瑯膜の焼成と、他の部分の酸化処理を同時に行うことができ、生産効率をより高めることが可能になる。

以下、この発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、この発明にかかる電機子コアをステータ１０として用いたクローポール型モータ１を示すものであり、図２，図３は、同モータ１のステータ１０単体の組立状態での斜視図と分解斜視図である。
このモータ１は、例えば、ハイブリッド車両のエンジンとトランスミッションの間で両者に直結され、モータ動力を、トランスミッションを介して車輪に伝達するとともに、車輪やエンジンの動力を用いて発電を行うのに用いられる。ステータ１０は、エンジンブロックに一体に結合されるアルミニウム製のモータハウジング（図示せず）の内部に取り付けられ、その内周側に同軸にロータ１２（磁気作用相手部材）が回転可能に配置されている。ロータ１２側には円周方向に沿って複数の永久磁石２０が取り付けられ、ステータ１０は、ロータ１２を回転させるための回転磁界を発生する。

ステータ１０は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相のステータリング１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗと、これらに係合されるＵ相とＷ相の環状コイル２１Ｕ，２１Ｗ（電磁コイル）を備えている。なお、図２においては、環状コイル２１Ｕ，２１Ｗが省略されている。
各ステータリング１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗは鉄系の圧粉磁性材によって形成され、外周壁をなす円環状のリターンパスブロック１５ｕ，１５ｖ，１５ｗ（コア本体）と、リターンパスブロック１５ｕ，１５ｖ，１５ｗの内周から径方向内側に突出して環状コイル２１Ｕ，２１Ｗが係合される複数のティース１６ｕ，１６ｖ，１６ｗと、を備えている。ステータリング１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗは、リターンパスブロック１５ｕ，１５ｖ，１５ｗが軸方向に積層され、その状態で各ティース１６ｕ，１６ｖ，１６ｗが円周方向に沿って所定の順序で配列されるようになっている。また、各ティース１６ｕ，１６ｖ，１６ｗの径方向内側の端部には、ティース１６ｕ，１６ｖ，１６ｗの一般断面よりも一回り大きく外側に張り出し、ロータ１２の外周面に対峙して磁束の入出が行われる磁極爪１７ｕ，１７ｖ，１７ｗが設けられている。

軸方向両側のステータリング１３Ｕ，１３Ｗは同構造とされ、両者が鏡面対象を成すようにステータリング１３Ｖを間に挟んで組み付けられる。そして、ステータリング１３Ｕ，１３Ｗの各ティース１６ｕ，１６ｗは、リターンパスブロック１５ｕ，１５ｗとの連接領域から軸方向の一端側に山形状に膨出し、膨出部の先端側は、３相のステータリング１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗが組み立てられた状態において、他方のステータリング１３Ｗ，１３Ｕの内側領域の近傍まで達するようになっている。
また、軸方向中央のステータリング１３Ｖの各ティース１６ｖは、リターンパスブロック１５ｖとの連接領域から軸方向の両側に膨出し、全体として略矩形状断面に形成されている。

環状コイル２１Ｕ，２１Ｗは平角線から成り、線材がそれぞれ所定数周回されて環状の帯として束ねられ、その後にプレス成形によって軸方向に蛇行した波形形状に造形されている。図１０のステータ１０の断面図に示すように、一方の環状コイル２１Ｕは、ステータリング１３Ｕのティース１６ｕの断面の膨出部形状に略沿う山形状の蛇行曲げ部２２ｕがティース１６ｕと同数形成され、他方の環状コイル２１Ｗは、同様にステータリング１３Ｗのティース１６ｗの断面の膨出部形状に略沿う山形状の蛇行曲げ部２２ｗがティース１６ｗと同数形成されている。

環状コイル２１Ｕ，２１Ｗは、ステータ１０を組み立てる際に蛇行曲げ部２２ｕ，２２ｗを各ステータリング１３Ｕ，１３Ｗのティース１６ｕ，１６ｗに合致させるようにして、ステータリング１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗの内側に組み付けられる。こうしてステータリング１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗ内に組み付けられた環状コイル２１Ｕ，２１Ｗは蛇行曲げ部２２ｕ，２２ｗがステータリング１３Ｕ，１３Ｗの山形状の各ティース１６ｕ，１６ｗに沿って配置され、隣接する蛇行曲げ部２２ｕ，２２ｗの間には、軸方向中央のステータリング１３Ｖのティース１６ｖが配置される。これにより、環状コイル２１Ｕ，２１Ｗは、ティース１６ｖの周囲の相反領域にそれぞれ沿って配置される。
両環状コイル２１Ｕ，２１Ｗの蛇行曲げ部２２ｕ，２２ｗは、相手環状コイル２１Ｗ，２１Ｕに対向する側に膨出し、互いに電気角で２４０°の位相差を持つように配置される。そして、両環状コイル２１Ｕ，２１ＷはＶ字状に結線され、互いの位相差が１２０°を成す正弦波で通電されることにより、回転磁界を発生する。

また、各ステータリング１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗの外周縁部には、リターンパスブロック１５ｕ，１５ｖ，１５ｗの径方向外側に膨出する複数の膨出部１８が設けられ、ステータリング１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗが軸方向で積層された状態において、膨出部１８が図示しない締結ボルトによってモータハウジングに締結固定されるようになっている。

図４は、軸方向両側のステータリング１３Ｕ，１３Ｗのリターンパスブロック１５ｕ，１５ｗを示す斜視図であり、図５（Ａ），（Ｂ）は、ステータリング１３Ｕ，１３Ｗのティース１６ｕ，１６ｗをそれぞれ別角度から見た斜視図、図６は、リターンパスブロック１５ｕ，１５ｗとティース１６ｕ，１６ｗの結合状態を示す斜視図である。また、図７は、軸方向中央のステータリング１３Ｖのリターンパスブロック１５ｖを示す斜視図であり、図８（Ａ），（Ｂ）は、ステータリング１３Ｖのティース１６ｖをそれぞれ別角度から見た斜視図、図９は、リターンパスブロック１５ｖとティース１６ｖの結合状態を示す斜視図である。
これらの図に示すように、ステータリング１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗは、円環状のリターンパスブロック１５ｕ，１５ｖ，１５ｗと各ティース１６ｕ，１６ｖ，１６ｗが圧粉成形によって別部品として形成されている。各ティース１６ｕ，１６ｖ，１６ｗの付根部には楔状の係合突起２３（嵌合部）が突設され、リターンパスブロック１５ｕ，１５ｖ，１５ｗの内周面には、対応するティース１６ｕ，１６ｖ，１６ｗの係合突起２３が嵌合される係止溝２４（嵌合部）が形成されている。ティース１６ｕ，１６ｖ，１６ｗとリターンパスブロック１５ｕ，１５ｖ，１５ｗは係合突起２３と係止溝２４の嵌合によって相互に結合されている。

ところで、ステータリング１３Ｕ，１３Ｖ，１３Ｗを構成するリターンパスブロック１５ｕ，１５ｖ，１５ｗとティース１６ｕ，１６ｖ，１６ｗは、圧粉磁性材を型成形によって所定形状に造形した後に、以下で詳述する各処理によって内部歪の除去と、酸化による部分的な表面硬化が行われる。図４〜図９のうちのドットが付されている部分は、酸化による表面の硬化が行われていない非酸化処理部ｎであり、ドットの付されていない部分は、酸化による表面硬化が行われている酸化処理層ｏである。
具体的には、リターンパスブロック１５ｕ，１５ｖ，１５ｗについては、ティース１６ｕ，１６ｖ，１６ｗとの嵌合部となる係止溝２４の内側と、締結ボルトの締め込みによる圧接荷重が作用する軸方向の端面２６とに酸化処理層ｏが設けられ、その他の部分が非酸化処理部ｎとなっている。また、ティース１６ｕ，１６ｖ，１６ｗについては、係合突起２３を含む基端側の端面２７と、ロータ１２の外周面にエアギャップを介して対峙する磁極爪１７ｕ，１７ｖ，１７ｗの対向面２８とに酸化処理層ｏが設けられ、その他の部分が非酸化処理部ｎとなっている。なお、軸方向両側のステータリング１３Ｕ，１３Ｗのティース１６ｕ，１６ｗについては、軸方向外側に向く端面２９にも酸化処理層ｏが設けられている。

以下、リターンパスブロック１５ｕ，１５ｖ，１５ｗとティース１６ｕ，１６ｖ，１６ｗの製造方法について図１２の工程図を参照して説明する。なお、圧粉磁性材を型成形によって造形したものを圧粉成形体ｗと呼ぶものとする。
最初に、圧粉成形体ｗに対し、工程Ａにおいて、窒素焼成を行うことによって内部の歪を除去し、その後に、工程Ｂにおいて、圧粉成形体ｗの表面の所定領域（非酸化処理部ｎに相当する領域）に非酸化処理剤３０を塗布する（酸化防止膜処理）。この場合の非酸化処理剤３０は、耐熱性を有し、かつ液状で圧粉成形体ｗの表面に容易に塗布できるものが望ましい。この例の場合、非酸化処理剤３０として琺瑯の釉薬を用いている。なお、圧粉成形体ｗの表面に非酸化処理剤３０を塗布するに際しては、塗布部以外をマスキングテープで覆って塗布を行い、塗布完了後にそのマスキングテープを除去する。
次に、工程Ｃにおいて、琺瑯（非酸化処理剤３０）を塗布した圧粉成形体ｗに対して大気焼成を行い、圧粉成形体ｗの表面の琺瑯（非酸化処理剤３０）のない領域に酸化処理層ｏ（酸化鉄）を生成すると同時に、琺瑯の釉薬を高温で焼き付けて琺瑯膜３１を生成する。

こうして製造されたリターンパスブロック１５ｕ，１５ｖ，１５ｗとティース１６ｕ，１６ｖ，１６ｗは、嵌合部（係止溝２４，係合突起２３）および他部材との圧接部（端面２６，２７）と、ロータ１２との対向面２８のみに酸化処理層ｏが形成され、他の部分には酸化処理層ｏが形成されないことになる。したがって、最終的に組み付けられたステータ１０は表面の大半の部分が非酸化処理部ｎとなり、全域を酸化処理する場合に比較して鉄損が大幅に低減される。
そして、嵌合部（係止溝２４，係合突起２３）と圧接部（端面２６，２７）については、強度部品の追加を行うことなく、表面の酸化処理層ｏによって充分な強度を得ることが可能になる。また、ティース１６ｕ，１６ｖ，１６ｗのロータ１２との対向面２８は、その表面に酸化処理層ｏが設けられることにより、ロータ１２とのギャップ精度を高く維持することが可能になる。
よって、このステータ１０においては、図１３の鉄損と強度のバランス図に示すように、不要部位に非酸化処理剤３０によるマスキングを施して大気焼成を行うことにより、必要部位の充分な強度を確保しつつ、鉄損を充分に低減することができる。

また、このステータ１０の製造においては、必要部位に非酸化処理剤３０を塗布して大気焼成を行うため、マスキングテープを用いる場合に比較して、非酸化処理部ｎを精度良く、容易に設けることができる。

さらに、上記の例のように非酸化処理剤３０として琺瑯を用いた場合には、大気焼成後に剥離する必要がなく、製造が容易であるとともに、表面が滑らかで充分な硬度をもつ琺瑯膜３１によってステータ表面の多く部分をコーティングすることができる。
図１１は、成形型から取り出したティース１６ｕ，１６ｗの圧粉成形体ｗであるが、例えば、同図に示すようにティース１６ｕ，１６ｗのコイルガイド面４４上に成形型の見切り部によるバリ４５があっても、大気焼成後にコイルガイド面４４全域が琺瑯膜３１（図１０参照）でコーティングされることにより、バリ４５による環状コイル２１Ｕ，２１Ｗ（電磁コイル）の損傷を防止することが可能になる。

なお、この発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば、非酸化処理層の形成は琺瑯処理に限らず、他のセラミックコーティングやグラスライニング等を用いることも可能である。
また、上記の実施形態においては、この発明にかかる電機子コアをステータ側に用いたが、この発明にかかる電機子コアはロータ側に適用することも可能である。さらに、モータは回転タイプに限らず、直線的に作動するリニアモータであっても良い。

この発明の一実施形態のモータの部分断面斜視図。 同実施形態のステータの斜視図。 同実施形態のステータの分解斜視図。 同実施形態のリターンパスブロックの斜視図。 同実施形態のティースの斜視図。 同実施形態のリターンパスブロックとティースの結合部の斜視図。 同実施形態のリターンパスブロックの斜視図。 同実施形態のティースの斜視図。 同実施形態のリターンパスブロックとティースの結合部の斜視図。 同実施形態のステータの円周方向に沿って切った断面図。 同実施形態のティースの斜視図。 同実施形態の製造工程を示す図。 同実施形態の鉄損と強度のバランス図。

符号の説明

１０…ステータ（電機子コア）
１２…ロータ（磁気作用相手部材）
１５ｕ，１５ｖ，１５ｗ…リターンパスブロック（コア本体）
１６ｕ，１６ｖ，１６ｗ…ティース
１７ｕ，１７ｖ，１７ｗ…磁極爪（対向面）
２１Ｕ，２１Ｗ…環状コイル（電磁コイル）
２３…係合突起（嵌合部）
２４…係止溝（嵌合部）
２８…対向面
ｏ…酸化処理層
ｎ…非酸化処理部

Claims (7)

1. 圧粉磁性材から成るコア本体と、圧粉磁性材から成り電磁コイルが巻回されるティースと、を備え、
   前記コア本体とティースに相互に嵌合される嵌合部が設けられ、前記コア本体とティースが前記嵌合部での嵌合によって連結されているモータの電機子コアにおいて、
   前記コア本体とティースの嵌合部に酸化処理層を設けたことを特徴とするモータの電機子コア。
2. 前記コア本体とティースの少なくとも前記嵌合部を除く部位の表面に非酸化処理部を設けたことを特徴とする請求項１に記載のモータの電機子コア。
3. 前記コア本体とティースのうちの、少なくとも前記嵌合部と、エアギャップを介して相対変位する磁気作用相手部材との対向面とを除く部位の表面に非酸化処理部を設けたことを特徴とする請求項１に記載のモータの電機子コア。
4. 前記非酸化処理部は、琺瑯膜が被着されて成ることを特徴とする請求項２または３に記載のモータの電機子コア。
5. 圧粉磁性材から成るコア本体と、圧粉磁性材から成り電磁コイルが巻回されるティースと、を備え、
   前記コア本体とティースに相互に嵌合される嵌合部が設けられ、前記コア本体とティースが前記嵌合部での嵌合によって連結されているモータの電機子コアの製造方法において、
   前記コア本体とティースの少なくとも前記嵌合部を除く表面に酸化防止膜処理を行う工程と、
   その後に大気焼成を行う工程と、
   を備えていることを特徴とするモータの電機子コアの製造方法。
6. 圧粉磁性材から成るコア本体と、圧粉磁性材から成り電磁コイルが巻回されるティースと、を備え、
   前記コア本体とティースに相互に嵌合される嵌合部が設けられ、前記コア本体とティースが前記嵌合部での嵌合によって連結されているモータの電機子コアの製造方法において、
   前記コア本体とティースのうちの、少なくとも前記嵌合部と、エアギャップを介して相対変位する磁気作用相手部材との対向面とを除く部位の表面に酸化防止膜処理を行う工程と、
   その後に大気焼成を行う工程と、
   を備えていることを特徴とするモータの電機子コアの製造方法。
7. 前記酸化防止膜処理は琺瑯を塗布することを特徴とする請求項５または６に記載のモータの電機子コアの製造方法。

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