JP2013158120A

JP2013158120A - アキシャルギャップ型モータ及びアキシャルギャップ型モータの製造方法

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Publication number: JP2013158120A
Application number: JP2012016095A
Authority: JP
Inventors: Ryozo Masaki; 良三正木; Yuji Enomoto; 裕治榎本
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2012-01-30
Filing date: 2012-01-30
Publication date: 2013-08-15
Anticipated expiration: 2032-01-30
Also published as: JP5963454B2

Abstract

【課題】アキシャルギャップ型モータにおいて、コアの損失低減を図るために、コアユニット部材を切断する方法は、加工の時間が長くなってしまい、加工に伴う残留応力による損失増加を生じるという課題がある。本発明は、この課題を解決するために、コアの渦流損を低減しながら、かつ、コアの製作時間を短縮することができるアキシャルギャップ型モータを実現させることを目的とする。

【解決手段】モータにおいて、磁束を発生するコイルと前記磁束を通すコアを有する固定子と、該固定子と回転軸方向で対向する回転子を備え、複数の板状鉄材を重ねて、長方形、あるいは、台形などのあらかじめ決められた形状に切断したコアユニット部材を、複数回、折り返すことにより、コアユニットを成形する手段を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、アモルファス金属の薄板状磁性体をコアユニットとして用いるアキシャルギャップ型モータ、及びその製造方法に関するものである。

近年、モータの高効率化を図るために、材料特性を向上した磁性材をモータコアとして用いる方法が実用化されつつある。一方、アモルファス金属は、低損失、高透磁率を特徴としており、モータの性能向上に貢献することが期待されている。また、アキシャルギャップ型モータは、固定子と回転子との間の空隙を回転軸方向に有する構造で、薄型モータとして、高出力化に有利である。そのため、アモルファス金属をアキシャルギャップ型モータのコアに用いることにより、高出力化と高効率化を両立するモータが提案されてきている。

本発明は、リボン状（薄板状）のアモルファス金属を巻回することでアキシャルギャップ型モータのコアを成形するものであるが、広い概念においては、このようなアキシャルギャップ型モータは既に知られている。

特許文献１（特開２００９−２８４５７８号公報）には、高効率，低コスト，低騒音なアキシャルギャップモータ及びファン装置を提供することを課題として、アキシャルギャップモータの固定子鉄心をアモルファス金属リボンを巻き取ることによって形成することを特徴とし、モータの高効率，簡易構造による生産性向上，コスト低減を実現するものが開示されている。また、アモルファス金属リボンを巻取り後、切断することによって固定子鉄心を形成することも可能であり、モータの高効率化を図ることができることも開示されている。

特許文献２（特開２０１０−１１５０６９号公報）には、モータ用の剥離防止，ギャップ面の錆びを防止したアモルファス電機子鉄心、及びそれを用いたモータを提供することを課題として、アモルファス鉄心は樹脂モールドを形成することを特徴とし、剥離防止，ギャップ面の錆びを防止可能なアモルファス鉄心を実現した発明が記載されている。また、巻線とアモルファス接触部分は角Ｒを設けているため、アモルファス鉄心の周囲に巻線を配線できるとしており、さらに、アキシャルギャップ型のモータにおいて、固定子コアとしてアモルファス積層したカット鉄心を用いたことを特徴とするアキシャルギャップ型のモータを提供するとしている。

特許文献３（特開２０１１−１０９８０９号公報）には、高価な金型設備が不要で簡易に製造可能であり、かつ占積率の高いコア、アキシャルギャップ用モータおよびその製造方法を提供することを課題とした発明が開示されている。この特許文献３では、軟磁性合金薄帯が巻かれた屈曲部を持つ巻磁心部材を用いたコアであって、前記巻磁心部材と、前記巻磁心部材の外周側に配置される軟磁性合金薄帯を用いた外周側磁心部材を少なくとも備え、前記巻磁心部材の周囲の側面と外周側磁心部材の内側の側面は部分的に隙間が設けられた状態で接触していることを特徴とするコアを開示している。

特許文献４（特開２００９−１５９７１４号公報）には、コイルの磁力のバラツキを抑制する電動機を提供することを課題として、回転軸を備えた回転子と、回転子と軸方向に対向するように配置された固定子と、回転子と固定子とを内装するケースとを備えた電動機において、固定子は、ケースに固定されるヨークと、コイルが巻回されるティースとからなるコアを備え、ティースは、磁性材料のリボン材で構成される内芯と外芯からなり、内芯は、リボン材を積層して形成された複数の積層体を、ティースの形状に応じて接合して構成され、外芯は、内芯の外周に前記リボン材を巻回して形成されることを特徴とする電動機が開示されている。

特開２００９−２８４５７８号公報特開２０１０−１１５０６９号公報特開２０１１−１０９８０９号公報特開２００９−１５９７１４号公報

上記特許文献１及び２に記載されている技術では、コアの渦電流損を低減する目的で、巻回したアモルファス金属を切断することによりコアを構成するコアユニットを成形する方法が示さている。この方法では、アモルファス金属の長さに比較して、切断する箇所が多くなり、硬度の高いアモルファスを切断する時間が長くなってしまい、加工に伴う残留応力による損失増加を生じるという欠点がある。また、上記特許文献３及び４に記載されている技術では、コアの占積率を高くすることには限界があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、コアの渦流損を低減しながら、かつ、コアの製作時間を短縮することができるアキシャルギャップ型モータを実現させることを目的とする。本発明は、コア鉄心にアモルファス金属を適用し、モータの軸方向にステータとロータのエアギャップを設けるアキシャルギャップ構造として、希土類磁石を用いることなく、安価なフェライト磁石で効率を大幅に向上したアキシャルギャップ型モータを提供することである。

本発明に係るアキシャルギャップ型モータは、磁束を発生するコイルと前記磁束を通す複数のコアユニットからなるコアを有する固定子と、該固定子と回転軸方向で対向する回転子を備え、複数の板状鉄材を重ねて、長方形、あるいは、台形などのあらかじめ決められた形状に切断したコアユニット部材を、複数回折り返し加工をすることにより、コアユニットを成形する。このコアユニットを複数配置したコアと前記コイルにより固定子を形成することで、アキシャルギャップ構造のモータを構成する。

本発明のアキシャルギャップ型モータは、磁束を発生するコイルと前記磁束を通すコアを有する固定子と、該固定子と回転軸方向にエアギャップを設けて対向する回転子を備えたアキシャルギャップ型モータにおいて、
前記コアは複数個のコアユニットからなり、該コアユニットはそれぞれ所定長に切断された複数枚の板状鉄材を所望の厚さに重ねて積層成形し、該積層板状鉄材を少なくとも１回以上折り返して内周側の厚み寸法と外周側の厚み寸法を相違させてコアユニットを形成し、該折り返し成形したコアユニットを円周状に複数個配置してコアを構成することを特徴とする。

本発明のアキシャルギャップ型モータは、
前記積層板状鉄材を同じ折り返し方向に複数回折り返して内周側の厚み寸法と外周側の厚み寸法を相違させコアユニットを形成し、該折り返し成形したコアユニットを円周状に複数個配置して構成することを特徴とする。

また、本発明のアキシャルギャップ型モータは、前記折り返し成形されたコアユニットは、前記積層板状鉄材の端面が前記折り返し成形されたコアユニットの内側に包み込まれるように形成されたことを特徴とする。

また、本発明のアキシャルギャップ型モータは、前記折り返し成形されたコアユニットは、前記積層板状鉄材を折り返して概ね扇形状、あるいは台形状に成形されたことを特徴とする。

また、本発明のアキシャルギャップ型モータは、前記折り返し成形されたコアユニットの外周側の折り返し部の折り返し回数が、回転軸心側の折り返し部の折り返し回数よりも多いことを特徴とする。

本発明のアキシャルギャップ型モータの製造方法は、磁束を発生するコイルと前記磁束を通すコアを有する固定子と、該固定子と回転軸方向にエアギャップを設けて対向する回転子を備えたアキシャルギャップ型モータの製造方法であって、前記コアは複数個のコアユニットからなり、
該コアユニットは、それぞれ所定長に切断された複数枚の板状鉄材を重ねて積層成形し、該積層板状鉄材を少なくとも１回以上折り返して内周側の厚み寸法と外周側の厚み寸法を相違させてコアユニットを概ね扇形状、あるいは台形状に形成し、該折り返し成形したコアユニットを円周状に複数個配置して前記コアを形成することを特徴とする。

また、本発明のアキシャルギャップ型モータの製造方法は、前記積層板状鉄材を積層する際には、それぞれ所定長に切断された板状鉄材を複数枚の台形状に重ねて積層成形し、該台形状の平行する２辺のうち、短い辺の方向に折り返して前記コアユニットを形成することを特徴とする。

また、本発明のアキシャルギャップ型モータの製造方法は、前記コアユニットを折り返し成形する際には、前記積層板状鉄材の端面が前記折り返し成形されたコアユニットの内側に包み込まれるように折り返し成形することを特徴とする。

本発明に係るアキシャルギャップ型モータは、コアの製作時間を短縮し、かつ、モータの低損失化を図ることができる。これにより、モータの高効率化を実現することができる。

本発明に係るアキシャルギャップ型モータは、コアユニットを折り返し成形する際に、コアユニット積層板状鉄材の端面が折り返し成形されたコアユニットの内側に包み込まれるように折り返されているために、脆いアマルファス金属材であっても、その端面が欠け落ちることを防ぐことができるものである。

本発明の実施例１に係るモータの固定子の正面図である。図１の固定子を構成するコアユニット構造の正面図である。図２のコアユニットを成形するためのコアユニット部材の正面図と、それを折り返して図２のコアユニットに成形していく手順を示した説明図である。本発明の実施例２に係るモータの固定子の正面図である。図４に示す固定子のコアユニットを成形する台形状のコアユニット部材と、それを折り返して図４のコアユニットに成形していく手順を示した説明図である。本発明の実施例３に係るモータの固定子の正面図である。図６に示す固定子のコアユニットを成形する長方形（平行四辺形）状のコアユニット部材とそれを折り返して図６のコアユニットに成形していく手順を示した説明図である。本発明の実施例４に係るモータの固定子の正面図である。図８に示す固定子のコアユニットを成形する台形状のコアユニット部材とそれを折り返して図８のコアユニットに成形していく手順を示した説明図である。本発明の実施例５におけるモータの固定子の正面図である。図１０に示す固定子のコアユニットを成形する長方形状のコアユニット部材とそれを折り返して図１０のコアユニットに成形していく手順を示した説明図である。本発明の実施例６に係るモータの固定子の正面図である。図１２に示す固定子のコアユニットを成形する台形状のコアユニット部材とそれを折り返して図１２のコアユニットに成形していく手順を示した説明図である。本発明の基本となるアキシャルギャップ型モータを固定子と2つの回転子に分解した分解図である。（ａ）（ｂ）は、本発明の基本概念を説明する図であり、１枚のアモルファス帯状体（ａ）を折り返した場合（ｂ）の説明図である。（ａ）（ｂ）（ｃ）は、複数枚の積層帯状体の場合の本発明の基本概念を説明する図であり、３枚のアモルファス帯状体（ａ）を折り返した場合（ｂ）の説明図である。（ａ）（ｂ）は、本発明の実施例のコアユニットを折り返しにより成形する場合の説明図である。

本発明の具体的内容を説明する前に、本発明の基本となる考え方、及び説明に用いる用語等の定義等を説明する。
本発明においては、薄膜のリボン状のアモルファス材からなる帯状体（又は板状鉄材）を複数枚積層して積層帯状体を構成し、その帯状体を「折り返して」所望の寸法のコアユニットを形成してアキシャルギャップ型モータのコアを得るものである。そこで、最初に、本発明及び実施例中において、薄膜のリボン状のアモルファス金属を積層しコアユニットを形成するにあたって、アモルファス金属の形成方法である「折り返し」とは、以下のように規定されるものである。

図１５（ａ）は、厚さｔで長さが２Ｌのアモルファス材からなる薄膜帯状体を示し、図１５（ｂ）は、その薄膜帯状体を中央で折り返し成形した場合の図を示している。帯状体の幅方向の寸法はアキシャルギャップ型モータのコアの寸法によって決まってくる。ここにおいては、本発明において「折り返し」との用語は、図１５（ａ）、（ｂ）に示すように、薄板状の帯状体を所定の位置において９０°以上、隣り合う帯状体との間に間隙を作らないように折り曲げることであると定義して用いるものとする。

本発明を理解するには、説明において幾つかの仮定をおいて説明する必要がある。それは本発明を曖昧にすることなく、その本質的な技術概念を浮き上がらせるための仮定である。まず、「折り返し」の基本を理解するために、図１５（ａ）に示すような長さ２Ｌ、厚さｔとなる１枚の帯状体を、その中央部分（長さ方向で２Ｌの中心部）で折り返す際には、折り返しの内側面がそれぞれ接するようにして折り返すものとし、図１５（ｂ）に示すような長さＬ、厚さ２ｔの折り返し帯状体なるものが形成されるものとする。この場合において、内側面と外側面の伸び縮みによる寸法の変化は無視する。

次に、厚さｔの帯状体をｎ枚積層すると、積層帯状体の厚みはｎｔとなるとする。つまり、隣り合う帯状体面と帯状体面の間には間隙は発生しないものとする。不可避的な隙間の発生は避けられないものではあるが、可及的に隙間はゼロであるとする。そこで、複数枚の積層帯状体の「折り返し」の説明に利するために、図１６は、帯状体を３枚積層した状態を示している。この場合は、隣り合う帯状体面間の隙間はないと考えるから、積層帯状体の厚みは３ｔとなる。

図１６（ｂ）は、図１６（ａ）に示す長さ２Ｌの３枚の帯状体の積層帯状体を中央部分の地点で折り返した状態を示すものであり、図１６（ｃ）は、図１６（ｂ）の折り返した部分Ｃ（以下、「折り返し部」と称呼する場合がある）の折り返し状態を示す拡大図である。ここにおいても、本発明の基本的な発明概念を理解するために、幾つかの仮定をおくことが有用である。まず、長さ２Ｌ、厚さｔの１枚の帯状体を複数枚（３枚）積層した状態で中央部で折り返すと、最も内側の帯状体は長さＬで厚さ２ｔの折り返し帯状体になると考えられる。２層目の帯状体は、最も内側の折り返し帯状体に沿って隙間なく沿って折り返されるものとし、その折り返し部の曲率は、その外側面において２ｔであるとする。従って、３層目の帯状体の曲率は、その外側面で３ｔであるとし、ｎ層目の帯状体の曲率はその外側面でｎｔとなるものとする。

このような積層帯状体の折り返しにおいては、各層の折り返し部では、内側の折り返し帯状体に沿って円形状に折り返されるものとする。したがって、最内層の帯状体を１８０°折り返す場合の折り返し部の外側面の曲率半径はｔと仮定され、２層目の帯状体は、最内層の折り返し帯状体に沿って円形状に折り返される（半円で折り返される）とすると、曲率半径は２ｔであり、３層目の曲率半径は３ｔとなり、ｎ層目の曲率半径はｎｔとなる（図１６（ｃ））。

このような積層帯状体の折り返しにおいては、外側に位置する帯状体の折り返しの終端部が、折り返し部で必要とされる距離分だけ順次後退することになる。その後退距離を、図１６（ｂ）においてはｍとして示している。２層目の後退距離は、２層目の折り返し部の距離（当該曲率半径の半円部の距離）、つまり２π・２ｔ／２だけ後退し、３層目の後退距離は、３層目の折り返し部の距離だけ２π・３ｔ／２後退する（２層目の折り返し終端部からの後退距離は）。したがって、折り返し帯状体の外側面を基準に考えれば、層毎にπｔだけ後退することとなる。

以上のような「折り返し」成形を基礎として、本発明の実施例のコアユニットにより近い図１７に示す積層帯状体の「折り返し」について説明する。厚さｔの帯状体の始端部を揃え、終端部を順次所定距離短くしてｎ枚積層させ、図１７（ａ）に示すような積層帯状体を形成する（図１７（ａ））。さらに、図１７（ａ）の矢印の点（最内層の帯状体の終端部）を折り返しの中心として図１７（ｂ）のように折り返し成形がなされるものとする。この場合、積層帯状体の厚さＴは、Ｔ＝ｎｔで示すことができる。

このように、図１７（ａ）に示すような積層帯状体（最外層の長さＡ、最内層の長さＢ、厚さＴ）を１８０°折り返すと、図１７（ｂ）のような形状の折り返し積層帯状体が成形される。この場合、最内層の帯状体（長さをＢとする）は折り返えされることなく、その形状を維持することとなる。

最外層の帯状体（長さＡ）は、折り返し部において円形に沿って折り返されて、最内層の始端部に達する。折り返し部は半円であり、その折り返しの中心を最内層帯状体の終端部とすることから、折り返し部の始まり点ｐと終了点ｑを結んだ線分（図１７（ｂ）の一点鎖線）が最内層の帯状体と直行することから、折り返し直線部の長さは、最内層の長さＢ及び積層帯状体の厚さＴを隣辺とする直角三角形の斜辺であるといえる。このことから、折り返し直線部の長さは、√（Ｂ^２＋Ｔ^２）で示すことができる。したがって、ｎ層目の帯状体の折り返し直線部の長さは、√（Ｂ^２＋（ｎｔ）^２）で示すことができる。

すなわち、最外層の帯状体の長さＡは、図１７（ｂ）に示すように、直線部（Ｂと同一寸法）＋（折り返し部の長さ）＋（折り返し直線部の長さ）で求めることができることから、大凡で次の式で求めることができる。
Ａ＝Ｂ＋２π・Ｔ／２＋√（Ｂ^２＋Ｔ^２）

中間層の帯状体の長さは、それよりも内側に積層された帯状体の数によって計算することができる。したがってｎ層目の帯状体の帯状体の長さは、大凡で次の式で示すことができる。
Ａｎ＝Ｂ＋２π・Ｔ／２＋√（Ｂ^２＋（ｎｔ）^２）
従って、アキシャルギャップ型モータのコアユニットとしての所望の寸法に応じて積層帯状体の形状（積層枚数（積層後の所望の厚みと帯状体の厚みによって決定される）、積層された帯状体の各々の長さ（最内層と最外層の帯状体の長さ））を適宜決めることができる。

つまり、本発明は、アモルファス薄板材を所定厚さ（ｄ）に積層したアモルファス積層帯状体を用意し、その積層帯状体を折り返して、その内周側の厚み寸法が（ｍ×ｄ）となり、外周側の厚み寸法が（ｎ×ｄ）となるように成形して、略扇形状のコアユニットを形成するものである。つまり、コアユニットの内周側の厚み寸法と外周側の厚み寸法は、アモルファス薄板材の積層厚さ（ｄ）と、倍数のｍ及びｎを適宜選択することにより決めることができるものであり、占積率の高いコアの設計が可能なものである。この場合ｍ＜ｎとするのが望ましく、ｍ：ｎを１：２、２：３、２：４等と選択することにより「径」と「極数」に応じたアキシャルギャップ型モータを得ることができる。勿論、実施例にあるように、ｍ及びｎは０．５単位に増減させることも可能である。これにより、本発明においては、ｍ，ｎ，ｄを適宜選択することにより所望のアキシャルギャップ型モータの設計を行えるものである。また、アモルファス薄板積層ユニットの端面を内側にして折り返すことにより、アモルファス薄板材の破片が外部にこぼれない等の副次的効果もある。

以上、積層帯状体の「折り返し」によるコアユニットの形成方法を踏まえて、本発明の実施例について、さらに図面を用いて説明する。

図１は、内周側寸法が２ｄで、外周側寸法が４ｄとなるコアユニット構成（コイル６）を備えた、本発明の実施例１に係るモータの固定子１の正面図である。この固定子１を有するアキシャルギャップ型モータの全体構成を図１４に示す。

図１４において、図示のアキシャルギャップ型モータは、固定子１と回転子（２つの回転子板２、３）から構成され、６極、９スロットのモータ仕様となっている。２つの回転子板２、３は、固定子１の中心にある軸受４ａにより支持された回転軸４で互いに接続され、各回転子板２、３の磁石８，９は６個ずつ配置されている。図１では、回転子板３と回転軸４が接続されており、回転子板２と回転軸４は未接続の状態が示されている。回転子板２と回転軸４は組み立て後に接続される。固定子１の軸方向の両側で、回転子板２，３は、それぞれ、固定子１に磁石８，９面が対向するように、空隙（ギャップ）を挟んで配置されており、このような構造のモータをアキシャルギャップ型モータと呼び、公知のモータである。固定子１は、各スロットを形成する９つのコアユニット６とその外周部に巻いたコイル５とから構成され、３相の交流電圧をコイル端子７に印加することで、コイル６に電流を流して回転磁束を発生させる。その回転磁束がコアユニット６、空隙を介して回転子３に配置した磁石８の磁束と作用して反発・吸引により回転子３を駆動する。固定子１の回転子３と対向する面と反対側の面にある回転子２についても、同様に、回転子２に配置した磁石９の磁束と作用して、駆動力が回転軸４に加わる。従って、２つの回転子を有することにより、１つの回転子だけの場合と比較して、駆動力は２倍になる。

このような原理のモータにおいて、本発明の固定子１のコア構造について述べる。図１の固定子１は、９スロット構造になっており、磁性体のコアユニット６の周囲に、コイル５を巻いたものを９つ配置しているが、このスロットの数自体が本発明を構成する要素ではないが、６極、９スロットのモータ仕様のコアユニット６を得るために、内周部の寸法を２ｄとし、外周部の寸法を４ｄとした。ここで、ｄは積層帯状体の積層厚さである。

図２は、図１に示した本発明の実施例１の本質的部分であるコアユニット６（内周部の寸法が２ｄ、外周部の寸法が４ｄ）の正面図（ａ）と斜視図（ｂ）を示す。このコアユニット６は、薄膜のリボン状のアモルファス金属を厚さｄで積層したコアユニット部材６を折り返して図２のように成形する。この成形方法を図３（ａ）乃至（ｅ）に示す。まず、図３（a）のように、アモルファス金属薄板を所定長さに切断して台形状に積層し、積層厚さｄのコアユニット部材６とする。ここで、この台形状のコアユニット部材６の傾斜端面６ａを「コアユニット部材端面」又は「端面」として以降の説明を行う。ここで、図３（a）の矢印部Ｅを押えながら、その点Ｅを中心に台形状のコアユニット部材の右側を折り返して、図３（b）の形状とする。その際、コアユニット部材端面６ａは、最内周層となる帯状体の上面に接するようにして折り返され、断面半円形状の折り返し部６ｂが形成される。次に、図３（b）の矢印部Ｆを押えながら、その点Ｆを中心に、それより右側の部材の折り返し部６ｂの形状を変化させないで、さらに図３（ｃ）のように折り返す。次いで、図３（ｃ）の矢印部Ｇの位置で押さえながら、それより右側の部材を円周の形状６ｂに従い回転させて、折り返すことにより、図３（ｄ）のように折り返し、最終的に、右側の部材を回転することにより、図６（ｅ）のように折り返して内周部の寸法が２ｄ、外周部の寸法が４ｄのコアユニット部材６を成形する。その際、コアユニット部材６の両端面６ａ，６ａは、それぞれコアユニット６の内側部に包まれるように形成される。なお、アモルファス金属は板の厚さが数10μｍなので、折り返し加工は比較的容易である。

このように、コアユニット形状は、薄膜アモルファス金属薄板から成るコアユニット部材を折り返して製作するため、固定子における外周方向のコアユニットの厚さが積層したコアユニット部材の厚さｄの約４倍であるのに対して、内周側のコアユニットの厚さは折り返す部分で、積層コアユニット部材の厚さｄの約２倍で、外周部の厚さの１／２になる。これは折り返し回数が外周部側で２回、内周部側で１回であることによるものである。

以上のような方法により、アモルファス金属を台形状に積層したコアユニット部材を用いれば、右側から順に３回折り返すことで、図２の内周部の寸法が２ｄ、外周部の寸法が４ｄのコアユニット６を容易に成形することができる。つまり、コアユニットの製作方法は、所定長に切断したアモルファス金属を厚さｄの台形状になるように積層して、それを複数回折り返すことで実現することができる。このように、コアユニットを複数回折り返すだけで、巻回したコアユニットを纏めて切断するよりも、薄板の切断と折り返し加工で製造することができるので、結果的にはコアユニットの製作時間を短くできる。そのため、加工に伴う残留応力による損失増加も低減することができる。また、折り返し成形のために占積率を高めることも可能である。

本発明の実施例２では、図４、図５を用いて、８極１２スロットのモータに適用するコアユニットの成形方法を説明する。実施例２のコアユニット１０は、内周部の寸法が２ｄ、外周部の寸法が３ｄのため、折り返し回数を２回にした点が実施例１と異なる。

図４に示す１２スロットの固定子は、内周部の寸法が２ｄ、外周部の寸法が３ｄのコアユニット１０を１２個有しており、その成形方法を図5に示す。図５（ａ）において、図３（ａ）とは形状が異なる台形状の厚さｄのコアユニット部材を切断加工により準備する。このコアユニット部材１０もリボン状のアモルファス金属を複数枚積層したものであるが、各積層帯状体の長さが相違しているために左右の端面１０ａの傾斜角度が相違している。これは、固定子を構成する成形完了時のコアユニット１０との関係で予め決められるものである。この実施例２の場合も、コアユニット部材１０の両端面１０ａ，１０ａは、それぞれコアユニット１０の内側部に包まれるように形成される。

まず、図５（ａ）に示す矢印部Ｅを押えて、その点Ｅを中心に右側から折り返して折り返し部１０ｂを形成し、図５（ｂ）の形状にする。次に、図５（ｂ）の矢印部Ｆを押えて、その点Ｆを中心に右側の折り返し部１０ｂの形状を変形することなく折り返すことで、図５（ｃ）のようにし、さらに、左端部を折り返し部１０ｂに沿って成形することで図５（ｄ）の内周部の寸法が２ｄ、外周部の寸法が３ｄのコア形状に成形することができる。このように図３の場合と同様に、右側から順に折り返すことで容易に隙間のないコアユニット１０を成形することができるので、占積率の高いコアを実現できる。なお、実施例２の場合は、折り返し部における外周部の幅が厚さｄの３倍であるのに対して、内周部の幅は厚さｄの２倍になっているため、その比は１.５倍である。従って、このようなコアユニット形状の場合には、比較的極数の多いモータに適している。例えば、１２スロット以上のコアに適しているといえる。つまり、多極、多スロット形状のモータにおいて、コア製作時間の短縮と、損失低減を図ることができる。実施例２の場合は、コアユニット部材１０の左側の端面１０ａは、コアユニット外面に面している。

本発明の実施例３では、薄板状のアモルファス金属板を台形状に積層したコアユニット部材を用い１回の折り返しにより内周部の寸法がｄ、外周部の寸法が２ｄのコアユニット１１を形成するときの適用例を説明する。図６に示すように、１２スロットの固定子を用いる場合のコアユニット１１を用いている。内周部の寸法がｄ、外周部の寸法が２ｄのコアユニット１１の成形方法を図７に示す。この実施例では、薄板状のアモルファス金属板を長方形状に厚さｄで積層したものをコアユニット部材１１として用いているため、アモルファス金属帯を所定長さの板状に切断して積層することで、コアユニット部材を容易に製作できる。板の厚さは下記に説明する折り返し加工を必要とするため、0.2mm以下であることが望ましい。

図７（a）において、長方形状に積層したコアユニット部材１１を、上方の積層帯状体をわずかに図示で左側に若干移動して平行四辺形にした後、左右に２等分する矢印部Ｅを押えて固定した状態で、図示右側から折り返すことで、図７（b）、（c）の順に、変形していき、最終のコア形状である図７（d）のように成形する。このようにして形成されるコアユニット１１のコアユニット部材端面１１ａは、コアユニット外周に面して構成されることとなる。これにより、コアユニット１１の外周側折り返し部の厚さが２ｄであるのに対して、内周部側の厚さはｄである。本実施例を用いた場合には、長方形状の積層コアユニット部材を切断加工により製作することと、１回の折り返し加工でコアユニット１１を成形することにより、比較的短時間で製作できる特徴がある。

実施例３の内周部の寸法がｄ、外周部の寸法が２ｄのコアユニット１１は、折り返し成形の基本的概念を説明する際に用いた、図１７の方法によっても得ることができる。この場合は、コアユニット１１の一方のコアユニット部材端面１１ａは、コアユニット１１の内側に面して配されることができる。なお、図７（ａ）において、最初に図示で左側に若干移動して平行四辺形にする工程は、コアユニット１１を１２スロット設けて固定子を形成する際に、内周部がより円形に沿った配置となるようにするためであり、図１７においても適用することができる。

本発明の実施例４では、内周部の寸法が２ｄ、外周部の寸法が４ｄのコアユニット１２の成形方法で他と異なる例を図８、図９により説明する。図８に９スロットの固定子を示すが、これに用いるコアユニット１２は図９のような方法により成形する。まず、図９（a）に示すように、リボン状のアモルファス金属を所定長さに切断して複数枚積層して厚さｄの比較的長方形に近い台形のコアユニット部材を製作する。コアユニット部材の左右の端面１２ａ，１２ａの傾斜角は相違している。図９（a）の矢印部Ｅを固定し、点Ｅを支点としてコアユニット部材１２の右側を折り返して、図９（b）のように成形する。この場合には、図９（a）の積層したアモルファス金属帯状体のうち、底辺部にある材料の右終端部は、図９（b）では折り返し点の最上部になる。この方法では、コアユニット１２の端面１２ａを包み込む形状にはならないので、折り返し部を図９（ｂ）に図示の形状に保持することが重要である。次に、図９（b）の矢印部Ｆを中心に、右側の折り返し形状を保持したまま折り返すことで、図９（c）の形状にする。この場合、左側端面１２ａの傾斜角は、最初の折り返しにより変わってきている。

次に、図９（c）の矢印部Ｇを固定し、右側の折り返し部の形状を保持した状態で、コアユニット部材１２の左側を折り畳むように折り返すことで、図９（d）のよう左側の折り返し部を成形することができる。このように、図９（d）の矢印部Ｈを中心にして、右側の折り返し形状を変形することなく、左側折り返し部をさらに折り返すことにより、積層したコアユニット部材の左右端面１２ａ，１２ａを包み込むような形でコアユニット１２に成形することができる。以上のようにして形成されるコアユニット１２のコアユニット部材の両方の端面１２ａ，１２ａは、コアユニット１２の内部に包まれるような位置となり、内周部の寸法が２ｄ、外周部の寸法が４ｄのコアユニット１２が得られる。このような折り返し方を採用することにより、９スロットの固定子の場合でも、比較的長方形状に近い台形状のコアユニット部材を利用できるので、コアユニット部材を製作しやすい利点がある。実施例４の場合は、折り返し部における外周部の幅が厚さｄの４倍であるのに対して、内周部の幅は厚さｄの２倍になっている。

本発明の実施例５では、実施例４の場合と同様に、コアユニット部材を包み込むように折り返す方法で、内周部の寸法が２ｄ、外周部の寸法が４ｄのコアユニットを成形するスロット数１２の例を説明する。図１０に示すように、スロット数１２のコアユニット１３は比較的細長い形状になっている。その成形方法を図１１に示すが、基本的には、実施例４の図９の場合と同じ方法を採用している。異なる点は、積層したコアユニット部材が台形でなく、長方形状になっていることである。これを図１１（a）−（ｆ）の順に折り返すことにより、コア１３を成形できる。以上のようにして形成されるコアユニット１３のコアユニット部材端面１３ａは、コアユニット１３の内部に包まれるような位置となる。スロット数が９から１８までの場合には、このような折り返し方法を採用することにより、積層したコアユニット部材を長方形状、あるいは、長方形に近い台形状のものにすることができるので、切断加工で作るコアユニット部材が比較的容易に実現する特徴を持っている。実施例５の場合も、折り返し部における外周部の幅が厚さｄの４倍であるのに対して、内周部の幅は厚さｄの２倍になっているが、比較的細長い形状になっている。このように、積層したコアユニット部材の形状は、折り返し成形後のコアユニットの形状により決まるものである。

本発明の実施例６では、内周部の寸法が２ｄ、外周部の寸法が４ｄのコアユニット部材の折り返し加工で他と異なる方法を適用した例を説明する。図１２は、４極６スロットのモータに適用する固定子の正面図である。極数が少ないモータに適用するためのスロット形状である。このコアユニット１４の成形方法を図１３に示す。図１３（ａ）に示すように、アモルファス金属を厚さｄの台形状に積層したコアユニット部材１４を図１３（ｂ）のようにずらして変形し、上辺右端部の矢印部Ｅを固定して折り返す。もちろん、積層する際に、最初から図１３（ｂ）のようにずらして積層することも可能である。これにより、図１３（ｂ）の矢印部Ｅを中心に、右側のコアユニット部材を折り返して折り返し部１４ｂを形成して図１３（ｃ）の形状にした後、図１３（ｃ）の矢印部Ｆを中心に、さらに最初の折り返し部１４ｂを一緒に右側のコアユニット部材を折り返すと、図１３（ｄ）のように成形される。これを１２０°時計方向に回転して置くことで図１３（ｅ）となる。図１３（ｄ）と図１３（ｅ）は回転して表示しただけであり、次の折り返し加工（図１３（ｆ））の準備段階としてあるもので、加工工程としては同じである。ここで、図13（ｅ）の矢印部Ｇを押えて、右側のコア材を折り返すことで、図１３（ｆ）に示すコアユニット１４を成形することができる。このようにすることにより、折り返しの方向を変えて加工することができる。以上のようにして形成される内周部の寸法が２ｄ、外周部の寸法が４ｄのコアユニット１４のコアユニット部材端面１４ａは、コアユニット１４の内部に包まれるような位置となる。

このように、アモルファス金属の辺が長い方向にも折り返すことで、６スロットのようなスロット数が少ないモータ固定子についても、長方形あるいは長方形に近い台形状のコアユニット部材を利用できるので、積層が容易でありコアユニット部材を容易に実現することができる。

以上の実施例１〜６では、板状積層帯状体としてリボン状のアモルファス金属を用いた例として、積層するコアユニット部材の形状は直方体状、あるいは、平面視長方形状・側面視台形状のコアユニット部材をそのまま折り返して、コアユニットを成形するアキシャル型モータの例を説明したが、折り返しの回数及びその形状は限定されるものではない。現状では、モータの損失低減を図る上で、アモルファス金属を利用することが望ましいが、それに限定するものではない。本発明は、薄板の電磁鋼板を積層したコアユニット部材を成形したアキシャル型モータにも適用可能なものである。また、本発明の適用対象は、３相磁石モータについて述べているが、それに限られるものではなく、リアクタンス併用モータ、誘導モータ、単相交流モータなどにも適用できる。

本発明においては、各実施例を参照すれば容易に理解可能であるように、コアユニットは、積層帯状体の端面がコアユニットの外周に面する配置となるように形成することもできるし、コアユニットの内側に面する配置となるように形成することもできる。また、回転子と対向するコアユニットの数は９以上１８以下とするのが望ましい。積層帯状体は長さが同じアモルファス材を重ねて長方形状とすることもできるし、長さが異なるアモルファス材を重ねて台形状とすることもできる。また、コアユニットは、積層帯状体の台形状の平行する２辺のうち、短い辺の方向に折り返して形成することもできるし、積層帯状体の台形状の平行する２辺のうち、長い辺の方向に折り返すこともできる。コアユニットの外周側折り返し部の折り返し回数は、軸側折り返し部の折り返し回数よりも多くの折り返し回数とする。このようにしてコアユニットは、積層帯状体を少なくとも１回以上折り返して、所望の内周部寸法と外周部寸法を備えた概ね扇形状あるいは台形状に成形する。

コアユニットは、複数の帯状材を重ねた台形状のコアユニット部材を用いて、台形状の平行する２辺のうち、短い辺の端部を中心に折り返して巻き込むことにより成形する。また、コアユニットは、複数の帯状材を重ねた長方形を含む台形状のコアユニット部材を用いて、台形状の平行する２辺のうちの１辺をほぼ４等分にするように３ヶ所を折り返して成形することもできるし、複数の帯状材を重ねた長方形を含む台形状のコアユニット部材を用いて、台形状の平行する２辺の両側に折り返して成形することもできる。

１：固定子
２、３：回転子
４：回転軸
５：コイル
６、１０、１１、１２、１３、１４：コアユニット
６ａ、１０ａ、１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａ：コアユニット部材の端面
６ｂ、１０ｂ、１１ｂ、１２ｂ、１３ｂ、１４ｂ：コアユニット部材の折り返し部
７：コイル端子
８、９：磁石

Claims

磁束を発生するコイルと前記磁束を通すコアを有する固定子と、該固定子と回転軸方向にエアギャップを設けて対向する回転子を備えたアキシャルギャップ型モータにおいて、
前記コアは複数個のコアユニットからなり、該コアユニットはそれぞれ所定長に切断された複数枚の板状鉄材を所望の厚さに重ねて積層成形し、該積層板状鉄材を少なくとも１回以上折り返して内周側の厚み寸法と外周側の厚み寸法を相違させてコアユニットを形成し、該折り返し成形したコアユニットを円周状に複数個配置してコアを構成することを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
前記積層板状鉄材を同じ折り返し方向に複数回折り返して内周側の厚み寸法と外周側の厚み寸法を相違させコアユニットを形成し、該折り返し成形したコアユニットを円周状に複数個配置して構成することを特徴とする請求項１記載のアキシャルギャップ型モータ。
前記折り返し成形されたコアユニットは、前記積層板状鉄材の端面が前記折り返し成形されたコアユニットの内側に包み込まれるように形成されたことを特徴とする請求項１又は２記載のアキシャルギャップ型モータ。
前記折り返し成形されたコアユニットは、前記積層板状鉄材を折り返して概ね扇形状、あるいは台形状に成形されたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちの一つの請求項に記載のアキシャルギャップ型モータ。
前記折り返し成形されたコアユニットの外周側の折り返し部の折り返し回数が、回転軸心側の折り返し部の折り返し回数よりも多いことを特徴とする請求項４記載のアキシャルギャップ型モータ。
磁束を発生するコイルと前記磁束を通すコアを有する固定子と、該固定子と回転軸方向にエアギャップを設けて対向する回転子を備えたアキシャルギャップ型モータの製造方法であって、前記コアは複数個のコアユニットからなり、
該コアユニットは、それぞれ所定長に切断された複数枚の板状鉄材を重ねて積層成形し、該積層板状鉄材を少なくとも１回以上折り返して内周側の厚み寸法と外周側の厚み寸法を相違させてコアユニットを概ね扇形状あるいは台形状に形成し、該折り返し成形したコアユニットを円周状に複数個配置して前記コアを形成することを特徴とするアキシャルギャップ型モータの製造方法。
前記積層板状鉄材を積層する際には、それぞれ所定長に切断された複数枚の板状鉄材を台形状に重ねて積層成形し、該台形状の平行する２辺のうち、短い辺の方向に折り返して前記コアユニットを形成することを特徴とする請求項６記載のアキシャルギャップ型モータの製造方法。
前記コアユニットを折り返し成形する際には、前記積層板状鉄材の端面が前記折り返し成形されたコアユニットの内側に包み込まれるように折り返し成形することを特徴とする請求項６又は７記載のアキシャルギャップ型モータの製造方法。