JP2011176991A - ローターコア及び電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】ローターコアを作製する手間を軽減するとともに、電動機の性能低下を抑制すること。
【解決手段】ローターコア１０は、磁性材料粉末で形成される胴１１と、複数の腕１２と、複数の突極１３とを有する。胴１１は、所定の回転軸Ｚｒを中心として回転可能である。複数の腕１２は、それぞれ胴１１に設けられるとともに、胴１１の径方向外側に向かって突出し、かつコイルが設けられる。突極１３は、それぞれの腕１２の胴１１とは反対側に設けられる。胴１１と、複数の腕１２と、複数の突極１３とは、前記磁性材料粉末を温間プレス成形等することにより、一体で形成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、直流電動機に用いるローターコア及び電動機に関する。

整流子及びブラシを備える直流電動機のうち小型のものは、電装、情報・通信、音響・映像、車両等、様々な用途に用いられる。このような直流電動機としては、例えば、磁性鋼板を複数積層したコア本体と、軟磁性粉末を加圧成型してなるティース部とを分割可能に構成した電機子コアを有するものがある（特許文献１）。

特開２００９−１２４９２１号公報、［０００６］

特許文献１に開示された技術は、コア本体と、ティース部とが分割可能であるため、電機子コア（ローターコア）を組み立てる際には、コア本体と、ティース部とを組み合わせる必要があるが、この組み立てに手間を要する。また、特許文献１に開示された技術は、コア本体とティース部とを密着させることが難しいため、磁束の経路がコア本体とティース部とを組み合わせる部分で断たれるおそれが大きく、電動機の性能の低下を招くおそれがある。本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ローターコアを作製する手間を軽減するとともに、電動機の性能低下を抑制することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るローターコアは、軟磁性材料粉末で形成されて、所定の回転軸を中心として回転可能な胴と、前記軟磁性材料粉末で前記胴と一体に形成されるとともに、前記胴の径方向外側に向かって突出し、かつコイルが設けられる複数の腕と、前記軟磁性材料粉末で前記腕と一体に形成され、かつそれぞれの前記腕の前記胴とは反対側に設けられる突極と、を含むことを特徴とする。

このローターコアは、軟磁性材料粉末を用いて胴と腕と突極とを一体で形成する。例えば、ローターコアの形状を転写した成型金型に軟磁性材料粉末を充填し、これをプレス成形することで、胴と腕と突極とが一体となった軟磁性材料粉末のローターコアが得られる。このように、プレス成形でローターコアを成型できるので、複雑な３次元形状であってもローターコアを作製する手間が軽減される。また、胴と腕と突極とが軟磁性材料粉末で一体に形成されるので、得られたローターコアは、磁気等方性を有するとともに、ローターコア内においては磁束の経路が連続する。これによって、電動機の性能低下を抑制することができる。

本発明の望ましい態様としては、前記回転軸と平行な方向の前記腕の寸法は、前記回転軸と平行な方向の前記突極の寸法よりも小さいことが好ましい。これによって、腕の体積を小さくすることができるので、ローターコアの質量を小さくすることができる。その結果、低電流で電動機を起動させることができるとともに、ローターコアの慣性が小さくなるので、加減速特性を向上させることもできる。

本発明の望ましい態様としては、前記回転軸と平行な方向に存在する前記腕の両方の端部は、前記回転軸と平行な方向に存在する前記突極の両方の端部よりも凹んでいることが好ましい。これによって、ローターコアの質量を小さくすることができるとともに、凹んでいる部分にコイルの少なくとも一部を配置できる。その結果、コイルがローターコアから突出する部分を小さくすることができるので、電動機を小型化できる。

本発明の望ましい態様としては、前記腕の両方の端部は、前記腕に設けられるコイルの厚さ以上、前記突極のそれぞれの端部よりも凹んでいることが好ましい。これによって、ローターコアの質量を小さくすることができるとともに、凹んでいる部分にコイルの全体を配置できる。その結果、コイルがローターコアから突出する部分をさらに小さくすることができるので、電動機をさらに小型化できる。

本発明の望ましい態様としては、前記腕は、少なくとも一部に曲面を有することが好ましい。これによって、コイルを形成する電線の急激な曲がりが抑制されるので、電線の耐久性低下を抑制して、電動機の耐久性や信頼性を向上させることができる。

本発明の望ましい態様としては、前記腕は、角柱状の形状であり、角部が面取りされていることが好ましい。これによって、コイルを形成する電線の急激な曲がりが抑制されるので、電線の耐久性低下を抑制して、電動機の耐久性や信頼性を向上させることができる。また、角部の面取りは容易に実現できる。

本発明の望ましい態様としては、前記胴及び前記腕及び前記突極は、前記軟磁性材料粉末及び低融点潤滑剤を含み、前記軟磁性材料粉末に対する相対密度が９７．２％以上であることが好ましい。これによって、強度の高い軟磁性材料粉末のローターコアを作製できる。

本発明の望ましい態様としては、前記低融点潤滑剤は、融点が５０℃以上１７０℃以下であることが好ましい。このような低融点潤滑剤を用いることにより、温間プレス成型時の圧力による軟磁性材料粉末の変形を促進することができ、ローターコアの密度を軟磁性材料粉末の理論密度に近づけることができる。その結果、１Ｔ磁界（磁束密度が１Ｔとなる際の磁界Ｈ）を十分に低減することができるとともに、ローターコアの強度も向上させることができる。

本発明の望ましい態様としては、前記低融点潤滑剤は、オレイン酸亜鉛と、ステアリン酸銅と、ステアリン酸亜鉛と、ステアリン酸カルシウムと、ステアリン酸アルミニウムと、ステアリン酸アミドと、エルカ酸アミドと、オレイン酸アミドとの少なくとも１つを含むことが好ましい。これによって、成形温度の広い範囲で、高密度化を十分に図ることができ、高密度化、１Ｔ磁界の低減を図ることができる。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電動機は、筐体と、前記筐体の内周部に保持されるステーターと、前記筐体に回転可能に支持されて、前記ステーターの内側で回転する前記ローターコアと、前記ローターコアのそれぞれの腕に設けられるコイルと、を含むことを特徴とする。この電動機は、前記ローターコアを有するので、電動機の性能低下が抑制され、また、ローターコアを簡易に作製することができる。

本発明の望ましい態様としては、前記回転軸と平行な方向に存在する前記ステーターの両端部と、前記回転軸と平行な方向に存在する前記突極の両端部との位置が合っていることが好ましい。これによって、ステーターの作る磁界をローターコアに設けられたコイルが有効に利用することができるので、電動機の性能を向上させることができる。

本発明は、ローターコアを作製する手間を軽減するとともに、電動機の性能低下を抑制できる。

図１は、本実施形態に係るローターコアを備える電動機の構造を示す断面図である。 図２は、本実施形態に係るローターコアを備える電動機の構造を示すスケルトン図である。 図３は、本実施形態に係るローターコアの斜視図である。 図４は、本実施形態に係るローターコアの正面図である。 図５は、本実施形態に係るローターコアにコイル及び動力伝達シャフトを取り付けた状態を示す斜視図である。 図６は、本実施形態に係るローターコアにコイル及び動力伝達シャフトを取り付けた状態を示す正面図である。 図７は、ケイ素鋼板を積層して作製したローターコアを示す斜視図である。 図８は、本実施形態に係るローターコアを用いた電動機と、複数のケイ素鋼板を積層して作製されたローターコアを用いた電動機との性能特性を示す図である。 図９は、本実施形態に係るローターコアが有する腕の変形例を示す断面図である。 図１０は、本実施形態に係るローターコアが有する腕の変形例を示す断面図である。 図１１は、本実施形態に係るローターコアが有する腕の変形例を示す断面図である。 図１２は、本実施形態に係るローターコアが有する腕の変形例を示す断面図である。 図１３は、本実施形態の変形例に係るローターコアを示す斜視図である。 図１４は、本実施形態の変形例に係るローターコアにコイル及び動力伝達シャフトを取り付けた状態を示す斜視図である。 図１５は、本実施形態に係るローターコアにコイル及び動力伝達シャフトを取り付けた状態を示す正面図である。 図１６は、本実施形態の変形例に係るローターコアにコイルを取り付けた状態の断面図である。 図１７は、本実施形態に係るローターコアにコイルを取り付けた状態の断面図である。 図１８は、本変形例に係るローターコアでの磁束の経路を示す模式図である。 図１９は、ケイ素鋼板を積層したローターコアでの磁束の経路を示す模式図である。 図２０は、ケイ素鋼板を積層したローターコアでの磁束の経路を示す模式図である。 図２１は、本実施形態の変形例の他の例に係るローターコアにコイルを取り付けた状態の断面図である。 図２２は、本実施形態の変形例の他の例に係るローターコアの断面図である。 図２３は、突極をスキューさせて配置したローターコアを示す斜視図である。 図２４は、突極をスキューさせて配置したローターコアを示す平面図である。 図２５は、温間プレス成型時における軟磁性材料粉末と低融点潤滑剤との関係を示す模式図である。 図２６は、比較例の温間プレス成型時における軟磁性材料粉末と高融点潤滑剤との関係を示す模式図である。 図２７は、ローターコアの製造方法を示すフローチャートである。

以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の発明を実施するための形態（以下、実施形態という）により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

図１は、本実施形態に係るローターコアを備える電動機の構造を示す断面図である。図２は、本実施形態に係るローターコアを備える電動機の構造を示すスケルトン図である。図１、図２に示す電動機１は、整流子７と、これに接するブラシ５Ａ、５Ｂとを有する直流（ＤＣ：Direct Current）電動機であり、整流子電動機と呼ばれるものである。電動機１は、筐体２と、ローターコア１０と、コイル８と、整流子７と、ブラシ５Ａ、５Ｂと、ブラシホルダ４Ａ、４Ｂと、ステーター３Ｓ、３Ｎとを含む。ローターコア１０と、コイル８と、整流子７とが電機子となる。

筐体２は、円筒形状の構造体であり、ローターコア１０を回転可能に支持するとともに、ステーター３Ｓ、３Ｎを内周面に支持する。筐体２は磁性体（例えば、電磁軟鉄やケイ素鋼等）で作られており、ステーターヨークを兼ねる。ステーター３Ｓ、３Ｎは界磁用の永久磁石である。ステーター３ＳがＳ極であり、ステーター３ＮがＮ極である。図２に示すように、筐体２は、動力伝達シャフト６の回転軸Ｚｒと平行な方向における両端部に、動力伝達シャフト６を２箇所で回転可能に支持する一対の軸受９Ａ、９Ｂを有する。

動力伝達シャフト６は、ローターコア１０に取り付けられる。ローターコア１０は、動力伝達シャフト６及び一対の軸受９Ａ、９Ｂを介して、筐体２によって回転可能に支持される。これによって、ローターコア１０は、回転軸Ｚｒを中心として動力伝達シャフト６とともに回転する。ローターコア１０には整流子７が取り付けられており、整流子７は、ローターコア１０とともに回転軸Ｚｒを中心として回転する。

ローターコア１０は、回転軸Ｚｒを中心として回転可能な胴１１と、胴１１の外周部に設けられる複数の腕１２と、それぞれの腕１２の先端に設けられる突極１３とを有する。腕１２は、コイル８が設けられる。隣接する腕１２同士の空間はスロット１４である。スロット１４は、コイル８を収納する空間となる。本実施形態において、ローターコア１０は３本の腕１２を備えるので、ローターコア１０には３個のコイル８が備えられる。腕１２及びコイル８の数は３個に限定されるものではなく、これらの数は、電動機１の仕様によって適宜変更できる。

整流子７は、円環状の構造体であり、導体部７Ｃと絶縁部７Ｉとが周方向に向かって交互に配置される。導体部７Ｃと絶縁部７Ｉとは、それぞれコイル８の数だけ用意される。コイル８は、整流子７の導体部７Ｃと電気的に接続される。整流子７の表面には、ブラシ５Ａ、５Ｂが接触している。ブラシ５Ａ、５Ｂは、それぞれ弾性を有し、かつ導電性を有するブラシホルダ４Ａ、４Ｂと電気的に接続されて、支持されている。ブラシホルダ４Ａ、４Ｂは、ブラシ５Ａ、５Ｂを整流子７の表面に押し付ける。

ブラシホルダ４Ａ、４Ｂは、電源と電気的に接続されている。ブラシホルダ４Ａ、４Ｂは、前記電源の電力を、ブラシ５Ａ、５Ｂ及び整流子７を介してそれぞれのコイル８へ供給する。すると、ステーター３Ｓ、３Ｎによって発生している磁界の中に電流が流れることにより、コイル８には力が発生し、この力がローターコア１０を回転させる。ローターコア１０を回転させる力（回転力）は、動力伝達シャフト６から電動機１の外部へ取り出される。整流子７は、ブラシ５Ａ、５Ｂを介して供給される電流の向きを切り替えて、コイル８が設けられたローターコア１０を常に一定の方向へ回転させるように機能する。次に、ローターコア１０についてより詳細に説明する。

図３は、本実施形態に係るローターコアの斜視図である。図４は、本実施形態に係るローターコアの正面図である。図５は、本実施形態に係るローターコアにコイル及び動力伝達シャフトを取り付けた状態を示す斜視図である。図６は、本実施形態に係るローターコアにコイル及び動力伝達シャフトを取り付けた状態を示す正面図である。

図３、図４に示すように、ローターコア１０は、胴１１と、複数の腕１２と、突極１３とを含む。それぞれの腕１２は、一端部が胴１１に設けられるとともに、胴１１の径方向外側、すなわち、回転軸Ｚｒと直交し、かつ回転軸Ｚｒから遠ざかる方向に向かって胴１１から突出する。突極１３は、それぞれの腕１２の先端、すなわち、それぞれの腕１２の胴１１とは反対側に設けられる。

胴１１は、略円筒形状であるが、胴１１の形状はこれに限定されるものではない。図３、図４に示すように、胴１１は、回転軸Ｚｒ方向における両端部を貫通する貫通孔１５を有しており、図１に示す動力伝達シャフト６は貫通孔１５に取り付けられる。本実施形態において、腕１２は、その突出方向（図４の矢印Ｙで示す方向）と直交する平面で切った場合の形状が長方形形状である。すなわち、腕１２は、角柱形状であるが、腕１２の形状はこれに限定されるものではない。突極１３は、回転軸Ｚｒと直交する平面で切ったときの形状が円弧状であり、ローターコア１０の周方向に向かって腕１２から張り出している。ローターコア１０、より具体的には、突極１３及び腕１２及び胴１１は、磁束の通路となる。

図６に示すように、それぞれの腕１２の外周部には、表面が絶縁体で被覆された電線が複数回巻き付けられて、コイル８となる。図６に示すように、腕１２に設けられたコイル８は、突極１３と胴１１との間に配置される。このような構造により、ローターコア１０が回転し、コイル８に遠心力が作用してローターコア１０の径方向外側へ移動しても、突極１３によってコイル８が押さえられる。その結果、ローターコア１０の回転中にローターコア１０からコイル８が脱落することを回避できる。図５、図６に示すように、コイル８及び動力伝達シャフト６を備えたローターコア１０は、断面が円弧形状であるアーチ形状のステーター３Ｓ、３Ｎの間に配置されて、回転軸Ｚｒを中心として回転する。

本実施形態において、胴１１と、複数の腕１２と、複数の突極１３とは、それぞれ軟磁性材料粉末で形成される。このとき、複数の腕１２は胴１１と一体に形成され、複数の突極１３は、対応するそれぞれの腕１２と一体に形成される。すなわち、ローターコア１０は、胴１１と複数の腕１２と複数の突極１３とが、軟磁性材料粉末で一体に形成される。本実施形態において一体とは、胴１１と複数の腕１２と複数の突極１３とが同一材料（同一の軟磁性材料粉末）で一体に形成されるものであり、それぞれを別部品として作製した上で何らかの接合手段や締結手段によって連結して一体にするものではない。本実施形態では、プレス成形、例えば、軟磁性材料粉末を成型金型等に充填し、常温よりも高く加温するとともに加圧する方法（温間プレス成型）によって、胴１１と複数の腕１２と複数の突極１３とを一体としてローターコア１０を成型する。なお、ローターコア１０の作製方法は温間プレス成型に限られるものではない。

図７は、ケイ素鋼板を積層して作製したローターコアを示す斜視図である。図７に示すように、一般に、ローターコア１１０は、複数のケイ素鋼板１１６を回転軸Ｚｒと平行な方向に積層して作製される。このようなローターコア１１０は、製造に手間を要し、また、複雑な形状とすることは難しかった。本実施形態では、胴１１と複数の腕１２と複数の突極１３とを一体に形成してローターコア１０とすることにより、上述したような温間プレス成型によってローターコア１０を作製することができる。このため、複雑な３次元形状であっても、簡易かつ迅速にローターコア１０を作製できる。

ローターコア１０は、磁界内を回転するため、コアロス（高周波損失）が発生する。コアロスの原因は、ローターコア１０に誘導される渦電流が挙げられる。渦電流は周波数依存性が強く、高周波になるほどコアロスは大きくなる。本実施形態では、絶縁体で被覆された軟磁性材料粉末でローターコア１０を形成するため、それぞれの軟磁性材料粉末内に発生する渦電流損失を小さくできる。その結果、ローターコア１０は、図７に示す複数のケイ素鋼板１１６を積層して作製されたローターコア１１０と比較してコアロスを低減できるので、性能向上を図ることができる。次に、ローターコア１０の性能特性を評価した結果を、ケイ素鋼板１１６を積層したローターコア１１０との比較で説明する。

図８は、本実施形態に係るローターコアを用いた電動機と、複数のケイ素鋼板を積層して作製されたローターコアを用いた電動機との性能特性を示す図である。図８の横軸は電動機のトルク、左側の縦軸は電動機の回転速度（単位時間あたりの回転数や回転角）、右側の縦軸は電動機を流れる電流である。図８中の右下がりの直線が回転速度とトルクとの関係を示し、右上がりの直線がトルクと電流との関係を示す。トルク、回転速度、電流は、ケイ素鋼板を積層したローターコアの電動機を基準とした相対値である。図８の点線は、図７に示す、複数のケイ素鋼板１１６を積層したローターコア１１０の評価結果であり、実線は、図３から図６に示すローターコア１０の評価結果である。

ケイ素鋼板１１６を積層したローターコア１１０と、軟磁性材料粉末で一体成型したローターコア１０とは、形状及び寸法を同一とした。また、図５に示すローターコア１０に設けたコイル８と、図７に示すローターコア１１０に設けたコイル８とは、同一材料かつ同一直径の電線を同一巻数とすることで作製した。これにより、ローターコア１０を用いた電動機と、ローターコア１１０を用いた電動機との間で、コイル８の電気抵抗値が同一になるようにした。評価にあたっては、図５、図７に示すように、ローターコア１０及びローターコア１１０にコイル１０８及び動力伝達シャフト１０６及び図１に示す整流子７を設けて電機子とし、これを図１に示す筐体２に組み込んで電動機とした。

図８から、ローターコア１０を用いた電動機（便宜上電動機Ａという）は、ローターコア１１０を用いた電動機（便宜上電動機Ｂという）と比較して、最大トルク（回転速度〜０のときのトルク）が大きいことが分かる。同じ電流であれば、電動機Ａの方が大きいトルクが得られ、電動機Ａの方が電動機Ｂよりも低い電流で同じ大きさのトルクが得られる。このように、電動機Ａは、電動機Ｂと比較して性能、及びエネルギー変換効率が高いといえる。ローターコア１０を軟磁性材料粉末で形成したことにより、ローターコア１０のコアロスが低減され、また、ローターコア１０が磁気等方性を有するようになっている。このために、電動機Ａは、電動機Ｂと比較して性能及びエネルギー変換効率が向上したと考えられる。

なお、最高回転速度は電動機Ｂの方が電動機Ａよりも高いが、電動機Ａのローターコア１０を温間プレス成型で作製する際にローターコア１０に欠けが発生したことが原因と考えられる。ローターコア１０に欠けが発生しない場合、最高回転速度はローターコア１１０と同等以上で、性能及びエネルギー変換効率はさらに向上すると予測される。

図９から図１２は、本実施形態に係るローターコアが有する腕の変形例を示す断面図である。これらの図には、図４に示すローターコア１０の腕１２を、その突出方向（図４の矢印Ｙで示す方向）と直交する平面で切ったときの断面形状を示している。図９に示す腕１２ａは、角柱状（より具体的には略四角柱状）の形状であって、角部１２Ｋ（本実施形態ではすべての角部１２Ｋ）が半径Ｒ１の円形状に形成される。図１０に示す腕１２ｂは、角柱状（より具体的には四角柱状）の形状であって、角部１２Ｋ（本実施形態ではすべての角部１２Ｋ）が面取りされている（面取り寸法はＣ）。図１１に示す腕１２ｃは、回転軸Ｚｒと平行な方向における両端部が半径Ｒ２の円形状に形成される。図１２に示す腕１２ｄは、前記断面形状が楕円形状であり、長径が回転軸Ｚｒと平行になっている。

図９、図１１、図１２に示す腕１２ａ、１２ｃ、１２ｄのように、本実施形態において、ローターコア１０の腕１２は、その側面の少なくとも一部に曲面を有していてもよい。このようにすれば、表面が絶縁体で被覆された電線を腕１２ａ、１２ｃ等に巻き付けてコイル８を形成する場合、角部で電線が急激に折れ曲がることによる絶縁体の耐久性低下を大幅に抑制できる。その結果、絶縁体の耐久性低下に起因する短絡等のおそれは極めて低くなるので、電動機１の耐久性や信頼性は大幅に向上する。さらに、腕の側面の少なくとも一部に曲面を設けることにより、電線の急激な曲がりを低減できるので、電線を腕の表面に沿って巻き付けやすくなる。その結果、電線を確実に腕に巻き付けることができるので、電線の緩みを効果的に抑制できる。また、電線と腕との間の隙間が低減され、電線を腕に密着させた状態で巻き付けやすくなるので、前記隙間の分、多くの電線を腕に巻き付けることもできる。さらに、太い電線であっても腕に巻き付けやすくなる。図１０に示す腕１２ｂのように、角部１２Ｋを面取りした場合、上記効果はやや低減されるが、製造が容易になるという利点が得られる。

図７に示すケイ素鋼板１１６を積層して作製されるローターコア１１０は、腕の角部のバリを取り除く工程が必要であり、製造に手間を要する。しかも、角部のバリを取り除いた程度では、角部における電線の急激な折れ曲がりを抑制するには不十分である。角部における電線の急激な折れ曲がりを抑制するために、腕の側面の少なくとも一部を曲面としたり、角部を面取りしたりすることは、ローターコア１１０を作製した後に新たな加工が必要になるため、製造に多大な手間を要する。

本実施形態では、ローターコア１０を軟磁性材料粉末で形成する。このため、ローターコア１０は、図９から図１２に示すような複雑な形状の腕１２ａから１２ｄを有していても、容易に作製できる。また、腕の形状を、さらに複雑な形状とすることも可能である。このように、本実施形態では、ローターコア１０を軟磁性材料粉末で形成することにより、ローターコア１０の設計の自由度が向上するので、ローターコア１０の性能を追求することに対して極めて好適である。

［ローターコアの変形例］
図１３は、本実施形態の変形例に係るローターコアを示す斜視図である。図１４は、本実施形態の変形例に係るローターコアにコイル及び動力伝達シャフトを取り付けた状態を示す斜視図である。図１５は、本実施形態に係るローターコアにコイル及び動力伝達シャフトを取り付けた状態を示す正面図である。以下においては、回転軸Ｚｒと平行な方向における寸法を、必要に応じて回転軸方向寸法というものとする。

図１３に示すローターコア１０Ａは、上述したローターコア１０（図３等参照）と略同様であるが、回転軸Ｚｒと平行な方向に存在する腕１２Ａの両端部が、回転軸Ｚｒと平行な方向に存在する突極１３Ａの両端部よりもローターコア１０Ａの内側に入り込んでいる点が異なる。他の点は、ローターコア１０と同様である。

このような構造により、ローターコア１０Ａは、回転軸Ｚｒと平行な方向に存在する突極１３Ａの両端部が、回転軸Ｚｒと平行な方向に向かって腕１２Ａから張り出している。すなわち、ローターコア１０Ａは、回転軸Ｚｒと平行な方向に存在する腕１２Ａの両端部が、回転軸Ｚｒと平行な方向に存在する突極１３Ａの両端部よりも凹んでいる。

図１４、図１５に示すように、コイル８は、電線を腕１２Ａに巻き付けることによってそれぞれの腕１２Ａに設けられる。腕１２Ａの両端部は、突極１３Ａの両端部よりも凹んでいるので、ローターコア１０Ａにコイル８を設けると、図１４に示すように、コイル８の少なくとも一部は、突極１３Ａに覆われることになる。これによって、ローターコア１０Ａの回転軸方向寸法が、上述したローターコア１０（図３等参照）と同じであれば、コイル８が回転軸Ｚｒと平行な方向に突出しない分、電機子の回転軸方向寸法を小さくできる。これによって、電動機１を小型化することができる。

図１６は、本実施形態の変形例に係るローターコアにコイルを取り付けた状態の断面図である。図１７は、本実施形態に係るローターコアにコイルを取り付けた状態の断面図である。ステーター３Ｓ、３Ｎの回転軸方向寸法をＬ１、突極１３Ａの回転軸方向寸法をＬ２、腕１２Ａの回転軸方向寸法をＬ３とし、回転軸Ｚｒ方向における突極１３Ａの一方の張り出し寸法をｔ１とする。また、回転軸Ｚｒ方向に存在する腕１２Ａの両方の端部１２ＴＡ、１２ＴＢ側におけるそれぞれのコイル８の回転軸方向寸法（コイル８の厚さに相当する）をｔ２とする。

Ｌ１は、回転軸Ｚｒ方向に存在するステーター３Ｓ、３Ｎの両方の端部３ＴＡ、３ＴＢ間の距離である。Ｌ２は、回転軸Ｚｒ方向に存在する突極１３Ａの両方の端部１３ＴＡ、１３ＴＢ間の距離であり、Ｌ３は、腕１２Ａの両方の端部１２ＴＡ、１２ＴＢ間の距離である。腕１２Ａの両方の端部１２ＴＡ、１２ＴＢは、それぞれ突極１３Ａの両方の端部１３ＴＡ、１３ＴＢよりも凹んでいるので、突極１３Ａの一方の張り出し寸法ｔ１は、腕１２Ａの一方の端部の凹み寸法であるともいえる。Ｌ２とＬ３とｔ１との間には、Ｌ２＝２×ｔ１＋Ｌ３の関係がある。

本変形例では、Ｌ１＞Ｌ２としており、回転軸Ｚｒと平行な方向においては、ステーター３Ｓ、３Ｎの全領域に突極１３Ａが重なるようになっている。また、本変形例ではｔ２＞ｔ１としており、コイル８は、腕１２Ａの両方の端部１２ＴＡ、１２ＴＢ側で、突極１３Ａの両方の端部１３ＴＡ、１３ＴＢから回転軸Ｚｒと平行な方向に向かって張り出している。本変形例においては、Ｌ１＝２×ｔ２＋Ｌ３としてあるので、ステーター３Ｓ、３Ｎの両方の端部３ＴＡ、３ＴＢと、回転軸Ｚｒと平行な方向におけるコイル８の両方の端部とは、回転軸Ｚｒと平行な方向において同じ位置になる。

図１７は、上述した実施形態のローターコア１０を用いた場合を示しており、コイル８の厚さｔ２は、本変形例のローターコア１０Ａに設けたコイル８の厚さｔ２（図１６参照）と同じ大きさとしてある。ローターコア１０に対するステーター３Ｓ、３Ｎの回転軸方向寸法Ｌ１も、本変形例のローターコア１０Ａに対するステーター３Ｓ、３Ｎの回転軸方向寸法Ｌ１と同じ大きさとしてある。また、ローターコア１０が有する突極１３の回転軸方向寸法Ｌ２も、本変形例のローターコア１０Ａが有する突極１３Ａの回転軸方向寸法Ｌ２と同じ大きさとしてある。なお、この例では、Ｌ１＜２×ｔ２＋Ｌ２である。

本変形例では、腕１２Ａの両方の端部１２ＴＡ、１２ＴＢを、突極１３Ａの両方の端部１３ＴＡ、１３ＴＢよりも凹ませることにより、コイル８の少なくとも一部を腕１２Ａの凹みに配置できる。これによって、ローターコア１０Ａの突極１３Ａの回転軸方向寸法Ｌ２が、図１７に示すローターコア１０の突極１３の回転軸方向寸法Ｌ２と同じ大きさであれば、ローターコア１０Ａに設けられたコイル８の回転軸方向寸法をより小さくすることができる。その結果、本変形例は、ローターコア１０Ａを搭載した電動機を小型化できる。

図１７に示すローターコア１０は、Ｌ１＜２×ｔ２＋Ｌ２であるため、回転軸Ｚｒと平行な方向において、コイル８がステーター３Ｓ、３Ｎの外側に張り出してしまい、その分、ステーター３Ｓ、３Ｎが作る磁界を有効に利用できなかった。本変形例のローターコア１０Ａは、上述した理由により、コイル８の少なくとも一部を腕１２Ａの凹みに配置できる。このため、ローターコア１０Ａは、Ｌ１＝２×ｔ２＋Ｌ３とすることにより、回転軸Ｚｒと平行な方向においては、ステーター３Ｓ、３Ｎの全領域と、コイル８の全領域とを一致させることができる。このとき、ステーター３Ｓ、３Ｎの両方の端部３ＴＡ、３ＴＢと、回転軸Ｚｒと平行な方向におけるコイル８の両方の端部とは、回転軸Ｚｒと平行な方向において同じ位置になる。

これによって、ローターコア１０Ａは、ローターコア１０との比較において、Ｌ２の寸法がローターコア１０と同一、かつＬ１が同一のステーター３Ｓ、３Ｎを用いた場合には、回転軸Ｚｒと平行な方向において、コイル８がステーター３Ｓ、３Ｎの外側に張り出すことを回避できる。その結果、ローターコア１０Ａを用いれば、ステーター３Ｓ、３Ｎの作る磁界をコイル８が有効に利用することができる。このため、ローターコア１０Ａは、ローターコア１０と同じステーター３Ｓ、３Ｎを用いた場合であっても、さらに電動機の性能を向上させることができる。また、ローターコア１０Ａを用いれば、ステーター３Ｓ、３Ｎの回転軸方向寸法Ｌ１内にコイル８が収まるので、電動機の回転軸方向寸法も小さくすることができる。さらに、ローターコア１０Ａは、腕１２Ａの両方の端部１２ＴＡ、１２ＴＢが凹んでいる分、軽量化できる。このため、ローターコア１０Ａを用いた電動機は、低い電流で回転を開始し、かつトルクも向上し、さらに、慣性モーメントは小さくなるので加減速しやすく、かつ制御しやすいという利点もある。なお、シミュレーションによる評価によれば、ローターコア１０Ａは、ローターコア１０よりも大きい最大トルクが得られ、また、より低い電流で同じ大きさのトルクが得られ、さらに、エネルギー変換効率はより向上したという結果が得られている。

図１８は、本変形例に係るローターコアでの磁束の経路を示す模式図である。図１９、図２０は、ケイ素鋼板を積層したローターコアでの磁束の経路を示す模式図である。突極１３Ａの両方の端部１３ＴＡ、１３ＴＢを回転軸Ｚｒと平行な方向に向かって張り出させれば、コイル８をローターコア１０Ａに取り付けた状態において、電機子の回転軸方向寸法を小さくすることができる。図１９に示すように、複数のケイ素鋼板１１６を積層させて、突極１１３の端部１１３ＴＡ、１１３ＴＢを回転軸Ｚｒと平行な方向に向かって張り出させることもできるが、異なる形状のケイ素鋼板１１６を積層させる必要があり、製造に手間を要する。また、張り出す部分は接合面積が小さくなるので、接合強度が低下するおそれもある。

本変形例においては、上述した実施形態と同様に、軟磁性材料粉末を用いてローターコア１０Ａを形成する。このため、腕１２Ａの両方の端部１２ＴＡ、１２ＴＢを凹ませたり、突極１３Ａの両方の端部１３ＴＡ、１３ＴＢを回転軸Ｚｒと平行な方向に向かって大きく張り出させたりする等の複雑な３次元形状も容易に実現できる。また、ローターコア１０Ａの張り出す部分は、腕１２Ａや突極１３Ａの張り出さない部分と一体で形成されるので、強度も確保できる。

突極１３Ａの両方の端部１３ＴＡ、１３ＴＢを回転軸Ｚｒと平行な方向に向かって張り出させることで、ステーター３Ｓ、３Ｎの作る磁束を、突極１３Ａを介して効率よくローターコア１０Ａ内に導くことができるので、電動機の性能を向上させることができる。このとき、図１８に示すように、ステーター３Ｓ、３Ｎの両方の端部３ＴＡ、３ＴＢからの磁束ＭＬは、両方の端部１３ＴＡ、１３ＴＢから突極１３Ａ内に入る。

ローターコア１０Ａは、突極１３Ａも含めて、軟磁性材料粉末で一体に形成される。これにより、ローターコア１０Ａは、磁気等方性を有するので、両方の端部１３ＴＡ、１３ＴＢから突極１３Ａ内へ入った磁束ＭＬは、突極１３Ａ内及び腕１２Ａを通り、ローターコア１０Ａ内を通過する。このように、本変形例では、ローターコア１０Ａを軟磁性材料粉末で一体に形成しているので、ローターコア１０Ａ内には、磁束の経路を確実に形成することができる。その結果、ローターコア１０Ａに入り込んだ磁束を有効に利用することができる。

一方、図１９に示すローターコア１１０が有するケイ素鋼板１１６は、板面と平行な方向（図２０の矢印で示す方向）には磁束が通過しやすいが、板面と直交する方向には磁束が通過しにくい。このように、ケイ素鋼板１１６は、磁気異方性を有する。このため、図１９に示すように、ステーター３Ｓ、３Ｎの磁束ＭＬが突極１１３の両方の端部１１３ＴＡ、１１３ＴＢから入ったとしても、ケイ素鋼板１１６の板面と垂直な方向、すなわち、回転軸Ｚｒと平行な方向には磁束ＭＬはほとんど伝わらない。その結果、ローターコア１１０は、突極１１３の両方の端部１１３ＴＡ、１１３ＴＢから入った磁束ＭＬを有効に利用できない。また、ケイ素鋼板を積層させる場合、隣接するケイ素鋼板同士を密着させることは困難で、この部分でも磁束の経路が断たれてしまう。

上述したように、本変形例のローターコア１０Ａは、磁気等方性を有しているため、両方の端部１３ＴＡ、１３ＴＢから突極１３Ａ内へ入った磁束ＭＬもローターコア１０Ａ内を通過させることができる。また、ローターコア１０Ａは、軟磁性材料粉末を一体成型して作製されるので、ローターコア１０Ａは全体にわたって磁気特性は一様であり内部を磁束が通りやすい。その結果、ローターコア１０Ａは、磁束を有効に利用することができるので、ローターコア１０Ａを用いた電動機は、性能が向上する。

図２１は、本実施形態の変形例の他の例に係るローターコアにコイルを取り付けた状態の断面図である。このローターコア１０Ａａは、上述した図１６に示すローターコア１０Ａと略同様であるが、次の点が異なる。すなわち、突極１３Ａの一方の張り出し寸法ｔ１を、コイル８の厚さｔ２以上（ｔ１≧ｔ２）とした点、及び、突極１３Ａの回転軸方向寸法Ｌ２をステーター３Ｓ、３Ｎの回転軸方向寸法Ｌ１と同じ大きさとした点である。

これによって、腕１２Ａの端部１２ＴＡ、１２ＴＢは、腕１２Ａに設けられるコイル８の厚さｔ２以上、突極１３Ａのそれぞれの端部１３ＴＡ、１３ＴＢよりも凹む。その結果、回転軸Ｚｒと平行な方向においては、突極１３Ａの領域内にコイル８を配置することができる。また、ステーター３Ｓ、３Ｎの両方の端部３ＴＡ、３ＴＢと、突極１３Ａの両方の端部１３ＴＡ、１３ＴＢとは、回転軸Ｚｒと平行な方向において同じ位置になる。これによって、ステーター３Ｓ、３Ｎの作る磁束を、突極１３Ａを介してさらに効率よくローターコア１０Ａａ内に導き、通過させることができるので、電動機の性能を向上させることができる。

図２２は、本実施形態の変形例の他の例に係るローターコアの断面図である。このローターコア１０Ａｂは、回転軸Ｚｒと平行な方向に存在する胴１１Ａの両方の端部１１ＴＡ、１１ＴＢを、回転軸Ｚｒと平行な方向におけるローターコア１０Ａｂの外側に向かって突出させたものである。これにより、腕１２Ａの両方の端部１２ＴＡ、１２ＴＢは、突極１３Ａの両方の端部１３ＴＡ、１３ＴＢ及び胴１１Ａの両方の端部１１ＴＡ、１１ＴＢよりも凹む。凹んだ部分が凹部１７である。

胴１１Ａの回転軸方向寸法（回転軸Ｚｒと平行な方向における端部１１ＴＡ、１１ＴＢ間の距離）をＬ４とし、回転軸Ｚｒ方向における突極１３Ａの一方の張り出し寸法（腕１２Ａの端部１２ＴＡ、１２ＴＢと胴１１Ａの端部１１ＴＡ、１１ＴＢとの距離）をｔ３とする。この例においては、腕１２Ａの回転軸方向寸法Ｌ３と胴１１Ａの回転軸方向寸法Ｌ４とを等しくし、ｔ１＝ｔ３とする。したがって、２×ｔ１＋Ｌ２＝２×ｔ３×Ｌ３となり、胴１１Ａのそれぞれの端部１１ＴＡ、１１ＴＢと突極１３Ａのそれぞれの端部１３ＴＡ、１３ＴＢとは、同一平面に存在する（面一となる）ことになる。

ローターコア１０Ａｂは、胴１１Ａのそれぞれの端部１１ＴＡ、１１ＴＢが腕１２Ａのそれぞれの端部１２ＴＡ、１２ＴＢよりも回転軸Ｚｒと平行な方向に向かって突出し、凹部１７が形成されるので、凹部１７に図２１等に示すコイル８を収めることができる。すなわち、コイル８は、胴１１Ａのそれぞれの端部１１ＴＡ、１１ＴＢと突極１３Ａのそれぞれの端部１３ＴＡ、１３ＴＢとで規制されるので、ローターコア１０Ａｂの径方向における位置決め精度が向上する。これにより、ローターコア１０Ａｂの回転バランスが向上するため、このローターコア１０Ａｂを使用した電動機は、振動や騒音等が抑制される。

図２３は、突極をスキューさせて配置したローターコアを示す斜視図である。図２４は、突極をスキューさせて配置したローターコアを示す平面図である。コギングを低減するため、図２３、図２４に示すローターコア１０Ｂのように、突極１３Ｂをスキュー（斜め配置）させる。この場合、隣接する突極１３Ｂの周方向側端部１３ＴＬは、互いに平行に配置されるとともに、図２４に示すように、平面視において回転軸Ｚｒに対して所定の角度θだけ傾斜する。

突極１３Ｂのスキュー配置はコギングの低減に有効であるが、複数のケイ素鋼板を積層してローターコアを作製する場合、積層するケイ素鋼板を徐々に周方向に向かってずらしながら一体化する必要がある。このため、ケイ素鋼板を積層してローターコアを作製する場合、製造に手間を要するとともに、寸法精度の確保が困難である。

このローターコア１０Ｂは、例えば、軟磁性材料粉末を成型金型に充填した後、温間プレス成型によって一体で成型されるので、突極１３Ｂをスキューさせたような複雑な３次元形状であっても、簡易に作製できる。このため、コギングを改善するために複雑な形状を採用した場合でも、比較的容易にローターコアを作製できる。次に、ローターコア１０、１０Ａ、１０Ａａ、１０Ａｂ、１０Ｂを構成する軟磁性材料粉末について説明する。

［ローターコアを構成する軟磁性材料粉末］
ローターコア１０、１０Ａ、１０Ａａ、１０Ａｂ、１０Ｂ（以下、適宜ローターコア１０等という）は、少なくとも軟磁性材料粉末に低融点潤滑剤を添加し、低融点潤滑剤が添加された軟磁性材料粉末を常温よりも高く加温するとともに加圧して任意の形状に成型する温間プレス成型を行うことにより製造されるものである。すなわち、本実施形態に係るローターコア１０等は、軟磁性材料粉末及び低融点潤滑剤を含むものである。

図２５は、温間プレス成型時における軟磁性材料粉末と低融点潤滑剤との関係を示す模式図である。図２６は、比較例の温間プレス成型時における軟磁性材料粉末と高融点潤滑剤との関係を示す模式図である。図２５及び図２６において、２１は軟磁性材料粉末であり、２２は低融点潤滑剤であり、２３は高融点潤滑剤である。高融点潤滑剤２３は、例えば、融点が１８０℃のステアリン酸ベリリウム（以下、単に「Ｓｔ−Ｂｅ」と称する場合がある）や、融点が２２０℃のステアリン酸リチウム（以下、単に「Ｓｔ−Ｌｉ」と称する場合がある）等、一般的に融点が１７０℃を超える潤滑剤をいう。

軟磁性材料粉末２１は、ローターコア１０等の主成分となるものである。軟磁性材料粉末２１は、鉄（純鉄及び不可避的不純物を含む鉄が含まれる）を主成分とするものである。軟磁性材料粉末２１は、鉄のみ、鉄に元素（例えば、Ｓｉ、Ｐ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｂ、Ｖ、Ｚｎ等）を積極的に少量添加した組成物、パーマロイあるいはセンダスト等があり、これらのいずれか１つのみ、あるいは２以上の組み合わせから構成されている。

軟磁性材料粉末２１は、鉄を主成分とする粒子（粉末）である鉄基粉により構成されている。鉄基粉の粒径は、後述する軟磁性材料粉末２１に対する相対密度（以下、単に「相対密度」と称する場合がある）及び１Ｔ（テスラ）磁界に影響を与え、粒径が小さいと温間プレス成型時の圧力により軟磁性材料粉末２１が変形しにくくなる。このため、鉄基粉の粒径が小さいことは好ましくなく、例えば平均粒径２００μｍ程度が好ましい。軟磁性材料粉末２１は、例えば、ガスアトマイズ法、水アトマイズ法、回転アトマイズ法、鋳造粉砕法等の公知の粉末製造方法で製造できる。

低融点潤滑剤２２は、温間プレス成型時における軟磁性材料粉末２１の流動性を確保するとともに、軟磁性材料粉末２１間に介在する絶縁層として機能する。低融点潤滑剤２２は、ローターコア１０等を製造する際に用いられる潤滑剤のうち、融点が低く、絶縁性を有する潤滑剤である。ここで、融点が低いとは、融点が５０℃以上１７０℃以下であることをいう。すなわち、低融点潤滑剤２２は、融点が５０℃以上１７０℃以下の潤滑剤である。融点が５０℃以上１７０℃以下の潤滑剤は、例えば、融点が７８℃のオレイン酸亜鉛（以下、単に「Ｏｒｅ-Ｚｎ」と称する場合がある）、融点が１２５℃のステアリン酸銅（以下、単に「Ｓｔ−Ｃｕ」と称する場合がある）、融点が１２７℃のステアリン酸亜鉛（以下、単に「Ｓｔ−Ｚｎ」と称する場合がある）、融点が１５０℃のステアリン酸カルシウム（以下、単に「Ｓｔ−Ｃａ」と称する場合がある）、融点が１６０℃のステアリン酸アルミニウム（以下、単に「Ｓｔ−Ａｌ」と称する場合がある）、融点が１００℃のステアリン酸アミド（以下、単に「Ｓｔ−アミド」と称する場合がある）、融点が８０℃のエルカ酸アミド（以下、単に「ＥＬ−アミド」と称する場合がある）、あるいは融点が７４℃のオレイン酸アミド（以下、単に「Ｏｒｅ−アミド」と称する場合がある）等である。低融点潤滑剤２２は、これらのいずれか１つのみ、あるいは２以上を組み合わせる。

低融点潤滑剤２２の融点を５０℃以上とするのは、次の（１）、（２）の理由による。すなわち、（１）融点が５０℃未満の潤滑剤では、常温時に後述の固相状態から中間状態に変化するおそれがあり、軟磁性材料粉末２１に添加する際に、潤滑剤が軟磁性材料粉末２１に均一に行き渡らないおそれがある。（２）潤滑剤が温間プレス成型時に成型金型に付着しやすくなり、抜き圧（成型金型から温間プレス成型後の軟磁性材料粉末２１（ローターコア１０等）を取り外すための圧力）が増加し、成型しにくくなるおそれがある。

低融点潤滑剤２２の融点を１７０℃以下とするのは、融点が１７０℃を超える潤滑剤は、後述するように、温間プレス成型時に固相状態から中間状態に十分に変化することができず、軟磁性材料粉末２１間に十分に入り込まないおそれがあるからである。低融点潤滑剤２２としては、融点の低い潤滑剤が良好であり、上記融点が５０℃以上１７０℃以下の潤滑剤のうち、オレイン酸亜鉛やオレイン酸アミドが好適である。

次に、温間プレス成型時における軟磁性材料粉末２１と潤滑剤との関係について説明する。上述のように、温間プレス成型時には、潤滑剤が添加された軟磁性材料粉末２１が常温よりも高く加温されつつ加圧される。したがって、軟磁性材料粉末２１に添加された潤滑剤は、温間プレス成型時に温度が融点に近づくために形態が変化する。具体的には、融点よりも−５０℃以下では層状の規則正しい結晶構造を保持しているが、融点よりも−３０℃以上となると層状の規則正しい結晶構造に緩みが生じ、限られた大きさの円盤状に変化すると考えられている。すなわち、潤滑剤は、温度が融点に向かって上昇することで固相状態から固相と液相との間の中間状態となり、その後、温度が融点以上となることで最終的に液相状態に変化すると考えられている。このことから、潤滑剤は、温度が融点に近づくにともない流動性が向上し、軟磁性材料粉末２１間に入り込みやすくなると考えられる。

低融点潤滑剤２２よりも融点が高い高融点潤滑剤２３は、温間プレス成型時の成型温度（潤滑剤が添加された軟磁性材料粉末２１が充填される成型金型の温度）と融点との温度差が大きい。このため、高融点潤滑剤２３は、温間プレス成型時に固相状態から中間状態に十分に変化することができないと考えられる。したがって、図２６に示すように、高融点潤滑剤２３が添加された軟磁性材料粉末２１の温間プレス成型時には、高融点潤滑剤２３の流動性が向上せず、高融点潤滑剤２３が軟磁性材料粉末２１間に十分に入り込むことができない。このため、鉄基粉の周囲を十分に囲める状態にならないと考えられる。その結果、高融点潤滑剤２３が添加された軟磁性材料粉末２１の温間プレス成型時においては、鉄基粉同士の滑りを向上することができないので、軟磁性材料粉末２１の十分な流動性を確保することができないと考えられる。

したがって、軟磁性材料粉末２１及び高融点潤滑剤２３を含むローターコア１０等では、温間プレス成型時の圧力による軟磁性材料粉末２１の変形を促進することができず、高密度化を十分に図ることができない。また、高融点潤滑剤２３が添加された軟磁性材料粉末２１の温間プレス成型時においては、上述のように、絶縁性を有する高融点潤滑剤２３が鉄基粉の周囲を十分に囲める状態にならないと考えられる。このため、高融点潤滑剤２３が絶縁性を有していても、高融点潤滑剤２３が軟磁性材料粉末２１間に絶縁層として十分に介在することができないと考えられる。したがって、軟磁性材料粉末２１及び高融点潤滑剤２３を含むローターコア１０等では、絶縁性を向上することができない。

一方、高融点潤滑剤２３よりも融点が低い低融点潤滑剤２２は、温間プレス成型時における成型温度と融点との温度差が小さいため、低融点潤滑剤２２が温間プレス成型時に固相状態から中間状態に十分に変化することができると考えられる。特に、低融点潤滑剤２２は、高融点潤滑剤２３と比較して、温間プレス成型時の初期段階においては、温間プレス成型時の圧力により鉄基粉同士が滑ることで鉄基粉の隙間が小さくなる。その後、さらに圧力が増加することによって鉄基粉が変形し、低融点潤滑剤２２が添加された軟磁性材料粉末２１がローターコア１０等としての任意の形状に成型される前には、低融点潤滑剤２２は固相状態から中間状態に変化することができると考えられる。

したがって、図２５に示すように、低融点潤滑剤２２が添加された軟磁性材料粉末２１の温間プレス成型時、特に初期段階で、低融点潤滑剤２２の流動性が向上する。これによって、低融点潤滑剤２２は、軟磁性材料粉末２１間に十分に入り込むことができ、鉄基粉の周囲を十分に囲める状態になると考えられる。その結果、低融点潤滑剤２２が添加された軟磁性材料粉末２１の温間プレス成型時においては、鉄基粉同士の滑りが向上するので、軟磁性材料粉末２１の十分な流動性を確保することができると考えられる。

したがって、軟磁性材料粉末２１及び低融点潤滑剤２２を含むローターコア１０等では、温間プレス成型時の圧力による軟磁性材料粉末２１の変形を促進することができ、ローターコア１０等の密度を軟磁性材料粉末の理論密度に近づける、すなわち真密度に近づけることができ、高密度化を十分に図ることができる。また、高密度化を十分に図ることができるので、１Ｔ磁界（ここでは、磁束密度が１Ｔ（Ｂ＝１〔Ｔ〕）となる際の磁界Ｈ〔Ａ／ｍ〕）を十分に低減することができる。この高密度化により、成型体であるローターコア１０等の強度も向上するので、特に、回転力を受けるローターコア１０等には好適である。成型体であるローターコア１０等の密度は、軟磁性材料粉末２１に対する相対密度（成型体の密度／軟磁性材料粉末の密度）が９７．２％以上であることが好ましい。この範囲であれば、ローターコア１０等として、十分な強度が得られる。

さらに、低融点潤滑剤２２が添加された軟磁性材料粉末２１の温間プレス成型時においては、上述のように、絶縁性を有する低融点潤滑剤２２が鉄基粉を十分に囲める状態となると考えられるので、低融点潤滑剤２２が軟磁性材料粉末２１間に絶縁層として十分に介在することができると考えられる。したがって、軟磁性材料粉末２１及び低融点潤滑剤２２を含むローターコア１０等では、絶縁性を向上することができ、コアロス（ローターコア１０等の損失）の低減を図ることができる。

また、軟磁性材料粉末２１に低融点潤滑剤２２を添加するまでに、軟磁性材料粉末２１に絶縁処理がされる。軟磁性材料粉末２１は、絶縁処理されると、鉄基粉の周囲を囲む絶縁膜が形成され、絶縁性が向上する。しかし、鉄基粉の周囲を囲む絶縁膜は、温間プレス成型する際の加圧により絶縁処理がされた軟磁性材料粉末２１が変形することで、割れが発生し、鉄基粉自体の表面が露出するおそれがある。しかし、上述のように、低融点潤滑剤２２は、軟磁性材料粉末２１間に十分に入り込むことができ、鉄基粉の周囲を十分に囲むことができる。その結果、鉄基粉の周囲を囲む絶縁膜が劣化しても、軟磁性材料粉末２１間に絶縁層として十分に介在するので、絶縁処理された軟磁性材料粉末２１の絶縁性能の低下を抑制できる。

［ローターコアの製造方法］
次に、ローターコア１０等の製造方法について説明する。ローターコア１０等は、上述のように、少なくとも軟磁性材料粉末２１に低融点潤滑剤２２を添加し、低融点潤滑剤２２が添加された軟磁性材料粉末２１を温間プレス成型することにより製造される。

図２７は、ローターコアの製造方法を示すフローチャートである。本実施形態では、絶縁処理されていない軟磁性材料粉末２１（ステップＳ１）からローターコア１０等（ステップＳ７）を製造する場合は、次のステップＳ２からＳ６の各工程を含む。
（１）ステップＳ２：絶縁処理されていない軟磁性材料粉末２１を絶縁処理する工程。
（２）ステップＳ３：絶縁処理された軟磁性材料粉末２１に低融点潤滑剤２２を添加する工程。
（３）ステップＳ４：低融点潤滑剤２２が添加された軟磁性材料粉末２１を混錬する工程。
（４）ステップＳ５：混錬された軟磁性材料粉末２１を温間プレス成型する工程。
（５）ステップＳ６：温間プレス成型された軟磁性材料粉末２１を熱処理する工程。

また、予め絶縁処理された軟磁性材料粉末２１（ステップＳ８）からローターコア１０等（ステップＳ７）を製造する場合は、次のステップＳ３からステップＳ６の各工程を含む。
（１）ステップＳ３：絶縁処理されている軟磁性材料粉末２１に低融点潤滑剤２２を添加する工程。
（２）ステップＳ４：低融点潤滑剤２２が添加された軟磁性材料粉末２１を混錬する工程。
（３）ステップＳ５：混錬された軟磁性材料粉末２１を温間プレス成型する工程。
（４）ステップＳ６：温間プレス成型された軟磁性材料粉末２１を熱処理する工程。
次に、各工程について、より詳細に説明する。

絶縁処理されていない軟磁性材料粉末２１を絶縁処理する工程（ステップＳ２）では、低融点潤滑剤２２を添加する前に予め軟磁性材料粉末２１を絶縁処理し、鉄基粉の周囲を囲む絶縁膜を形成する。絶縁処理としては、例えばリン酸処理がある。リン酸処理は、リン酸及びリン酸塩を主体とする水溶液で、軟磁性材料粉末２１を処理し、鉄基粉の周囲にリン酸塩化被膜を形成するものである。リン酸処理等の水溶液による絶縁処理後は、低融点潤滑剤２２を添加する前に軟磁性材料粉末２１を乾燥させる。乾燥方法としては、リン酸処理後の軟磁性材料粉末２１をホットプレートにより７０℃の環境下で乾燥させる方法がある。軟磁性材料粉末２１は、乾燥される過程で、鉄基粉の周囲を囲む絶縁膜が形成されて、鉄基粉間に絶縁膜が介在することになる。このため、ローターコア１０等の絶縁性が向上する。

絶縁処理されていない軟磁性材料粉末２１、又は予め絶縁処理されている軟磁性材料粉末２１に低融点潤滑剤２２を添加する工程（ステップＳ３）では、軟磁性材料粉末２１に対して所定の添加量の低融点潤滑剤２２を添加する。本実施形態においては、軟磁性材料粉末２１に添加する低融点潤滑剤２２として、融点が５０℃以上１７０℃以下の金属石鹸と、脂肪酸アミドとの少なくとも一方を含む潤滑剤を用いる。融点が５０℃以上１７０℃以下の金属石鹸は、例えば、オレイン酸亜鉛、ステアリン酸銅、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸アルミニウム等である。融点が５０℃以上１７０℃以下の脂肪酸アミドは、例えば、ステアリン酸アミド、エルカ酸アミド、オレイン酸アミド等である。金属石鹸は、これらのうち少なくとも一つを含むことが好ましい。このようにすれば、成形温度の広い範囲で、高密度化を十分に図ることができ、高密度化、１Ｔ磁界の低減を十分に図ることができることができる。

所定の添加量は、０．０２質量％以上０．２質量％以下とし、好ましくは０．１質量％である。所定の添加量を０．０２質量％以上とするのは、所定の添加量が０．０２質量％未満であると、軟磁性材料粉末２１に対する低融点潤滑剤２２が少なすぎ、軟磁性材料粉末２１に低融点潤滑剤２２を添加しても、低融点潤滑剤２２が軟磁性材料粉末２１に均一に行き渡らないおそれがあるためである。また、所定の添加量を０．２質量％以下とするのは、所定の添加量が０．２質量％を超えると、効果が飽和するだけでなく、ローターコア１０等における軟磁性材料粉末２１の含有率の低下により高密度化及び１Ｔ磁界の低減を図ることができなくなるおそれがあるためである。

低融点潤滑剤２２が添加された軟磁性材料粉末２１を混錬する工程（ステップＳ４）では、添加された低融点潤滑剤２２を軟磁性材料粉末２１に均一に行き渡らせるために、軟磁性材料粉末２１と低融点潤滑剤２２の混合物を混練する。この混錬には、混合機（例えばアトライタ、振動ミル、ボールミル、Ｖミキサー等）又は造粒機（例えば、流動造粒機、転動造粒機等）が用いられる。

混錬された軟磁性材料粉末２１を温間プレス成型する工程（ステップＳ５）では、低融点潤滑剤２２が添加された軟磁性材料粉末２１を常温よりも高い温度に加温するとともに、加圧する。これによって、低融点潤滑剤２２を添加した軟磁性材料粉末２１が、任意の形状に成型される。温間プレス成型では、任意の形状のキャビティーを有する成型金型に低融点潤滑剤２２が添加された軟磁性材料粉末２１が充填される。次に、成型金型を成型温度まで加熱し、充填された軟磁性材料粉末２１を圧縮する際の圧力である成型圧力により、低融点潤滑剤２２が添加された軟磁性材料粉末２１を圧縮成型する。

成型温度は８０℃以上２００℃以下とし、好ましくは１３０℃である。成型温度を８０℃以上とするのは、成型温度が８０℃未満であると、低融点潤滑剤２２の融点に対する成型温度が低すぎ、低融点潤滑剤２２が温間プレス成型時に固相状態から中間状態、中間状態から液相状態に十分に変化することができず、軟磁性材料粉末２１間に十分に入り込むことができないおそれがあること、また、温間プレス成型による高密度化及び１Ｔ磁界の低減を図ることができないことが理由である。

成型温度を２００℃以下とするのは、成型温度が２００℃を超えると、温間プレス成型時において軟磁性材料粉末２１の酸化が促進され、軟磁性材料粉末２１の特性が低下するおそれがあること、また、成型金型の加温に必要なエネルギーが増加することで製造コストが増加するおそれがあることが理由である。

成型圧力は、６ｔｏｎ／ｃｍ^２以上１２ｔｏｎ／ｃｍ^２以下とし、好ましくは１０ｔｏｎ／ｃｍ^２である。成型圧力を６ｔｏｎ／ｃｍ^２以上とするのは、成型圧力が６ｔｏｎ／ｃｍ^２未満であると、温間プレス成型による高密度化及び１Ｔ磁界の低減を図ることができないためである。また、成型圧力を１２ｔｏｎ／ｃｍ^２以下とするのは、成型圧力が１２ｔｏｎ／ｃｍ^２を超えると、効果が飽和するだけでなく、低融点潤滑剤２２が添加された軟磁性材料粉末２１の加圧に必要なエネルギーが増加することで製造コストが増加するおそれがあるからである。また、成型圧力が１２ｔｏｎ／ｃｍ^２を超えると、成型金型の耐久性が低下するおそれがあるためである。

温間プレス成型された軟磁性材料粉末２１を熱処理する工程（ステップＳ６）では、温間プレス成型時に加圧されることで鉄基粉に発生した歪みを解放し、コアロス（特に、ヒステリシス損失）を低減する。熱処理としては、例えばアニール処理がある。アニール処理は、温間プレス成型により任意の形状に成型された軟磁性材料粉末２１をアニール炉において加熱する処理である。アニール処理時の炉の雰囲気は、大気雰囲気、アルゴンや窒素等による低酸素雰囲気、水素雰囲気、炭酸ガス雰囲気、あるいは真空のいずれであってもよい。上述した工程により、軟磁性材料粉末２１によってローターコア１０等を一体で作製することができる。

以上のように、本発明に係るローターコア及び電動機は、整流子付きの直流電動機に有用である。

１ 電動機
２ 筐体
３Ｎ、３Ｓ ステーター
４Ａ、４Ｂ ブラシホルダ
５Ａ、５Ｂ ブラシ
６ 動力伝達シャフト
７ 整流子
８ コイル
１０、１０Ａ、１０Ａａ、１０Ａｂ、１０Ｂ、１１０ ローターコア
１１、１１Ａ 胴
１２、１２Ａ、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ 腕
１２Ｋ 角部
１３、１３Ａ、１３Ｂ、１１３ 突極
１４ スロット
１５ 貫通孔
１７ 凹部
２１ 軟磁性材料粉末
２２ 低融点潤滑剤
２３ 高融点潤滑剤
１１６ ケイ素鋼板

Claims (11)

1. 軟磁性材料粉末で形成されて、所定の回転軸を中心として回転可能な胴と、
   前記軟磁性材料粉末で前記胴と一体に形成されるとともに、前記胴の径方向外側に向かって突出し、かつコイルが設けられる複数の腕と、
   前記軟磁性材料粉末で前記腕と一体に形成され、かつそれぞれの前記腕の前記胴とは反対側に設けられる突極と、
   を含むことを特徴とするローターコア。
2. 前記回転軸と平行な方向の前記腕の寸法は、前記回転軸と平行な方向の前記突極の寸法よりも小さい請求項１に記載のローターコア。
3. 前記回転軸と平行な方向に存在する前記腕の両方の端部は、前記回転軸と平行な方向に存在する前記突極の両方の端部よりも凹んでいる請求項２に記載のローターコア。
4. 前記腕の両方の端部は、前記腕に設けられるコイルの厚さ以上、前記突極のそれぞれの端部よりも凹んでいる請求項３に記載のローターコア。
5. 前記腕は、少なくとも一部に曲面を有する請求項１から４のいずれか１項に記載のローターコア。
6. 前記腕は、角柱状の形状であり、角部が面取りされている請求項１から４のいずれか１項に記載のローターコア。
7. 前記胴及び前記腕及び前記突極は、前記軟磁性材料粉末及び低融点潤滑剤を含み、前記軟磁性材料粉末に対する相対密度が９７．２％以上である請求項１から６のいずれか１項に記載のローターコア。
8. 前記低融点潤滑剤は、融点が５０℃以上１７０℃以下である請求項７に記載のローターコア。
9. 前記低融点潤滑剤は、オレイン酸亜鉛と、ステアリン酸銅と、ステアリン酸亜鉛と、ステアリン酸カルシウムと、ステアリン酸アルミニウムと、ステアリン酸アミドと、エルカ酸アミドと、オレイン酸アミドとの少なくとも１つを含む請求項７又は８に記載のローターコア。
10. 筐体と、
    前記筐体の内周部に保持されるステーターと、
    前記筐体に回転可能に支持されて、前記ステーターの内側で回転する請求項１から９のいずれか１項に記載のローターコアと、
    前記ローターコアのそれぞれの腕に設けられるコイルと、
    を含むことを特徴とする電動機。
11. 前記回転軸と平行な方向に存在する前記ステーターの両端部と、前記回転軸と平行な方向に存在する前記突極の両端部との位置が合っている請求項１０に記載の電動機。

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