JP2016077149A

JP2016077149A - 回転電機及び回転電機の製造方法

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Publication number: JP2016077149A
Application number: JP2015245085A
Authority: JP
Inventors: 大毅梶田; Daiki Kajita; 中須　信昭; Nobuaki Nakasu; 信昭中須
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2015-12-16
Filing date: 2015-12-16
Publication date: 2016-05-12
Anticipated expiration: 2031-12-07
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Abstract

【課題】変形や接着を必要とせず、鉄損が小さく高効率で、かつ低コストで製造可能な構造の鉄心を有する回転電機を提供する。【解決手段】固定子と回転子とを有する回転電機において、前記固定子を構成する固定子ティースは、鉄心と、前記鉄心の周囲に配置される電線３３と、前記鉄心と前記電線の間に配置される絶縁体３２とを備え、前記鉄心は、薄板状の軟磁性材料を一枚毎あるいは少数枚毎に所定の幅に切断することにより形成された長方形平板状の薄板を積層することによって構成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、回転電機のうち、特にその固定子の構造及び製造方法に関するものである。

モータやオルタネータなどの回転電機は、回転子と、固定子と、それらを覆うハウジングなどから構成されている。回転電機を構成する部材のうち固定子は、軟磁性材料による鉄心と、鉄心に巻きつけられた電線と、鉄心と電線の間を絶縁する絶縁体などから構成されている。
固定子に生じる損失は鉄損と銅損に大別され、鉄損は鉄心となる軟磁性材料の特性や鉄心の形状により、銅損は電線の特性や形状により決まるため、回転電機では、こうした損失を低減することにより高効率化が可能となるが、低損失の軟磁性材料や電線材料は高額であるため、より一層の高効率化と低コスト化を両立した回転電機が求められている。
軟磁性材料としては、電磁鋼板やアモルファス金属が用いられる。どちらも小さな鉄損特性を有しており、鉄心として用いることで高効率な回転電機の実現が可能である。

しかし、電磁鋼板は圧延により製造されるために薄板状に成形され、また、アモルファス金属は急冷によって非晶質体を形成させて薄い箔状に成形されるため、いずれもブロック状に成形することができないことが問題であった。
上記の問題を解決する方法として、かしめ用突起を設けた形状に打ち抜いた薄板状の鉄心片を積層してブロック状に成形した例が特許文献１により開示されている。特許文献１は、かしめ用突起を用いて鉄心片を整列積重させ、ブロック状に成形して鉄心を構成した回転電機に関するものであり、薄板状の鉄心片を鉄心として利用可能である。

また、箔帯のアモルファス金属を、絶縁樹脂材を挟んで中空円形状に巻き取ることにより、積層された構造とされた鉄心部を樹脂で固めた上で、法線方向に切断してブロック状に成形した例が特許文献２により開示されている。
すなわち、特許文献２は、巻き取り及び切断によりアモルファス金属の鉄心を構成し、鉄心の周囲に電線を巻きつけて構成した固定子ティースを、回転電機の回転方向に複数個配置することにより固定子を構成した回転電機に関するものであり、箔状のアモルファス金属を鉄心として利用可能である。

特開昭５３−４８０３号公報特開２０１０−１１５０６９号公報

しかしながら、上記特許文献１及び２の方法では、軟磁性材料を変形させることによる鉄損の増加が問題となる。一般に軟磁性材料は変形が加えられた場合、材料内部に生じた残留応力が増加するほど鉄損が増加する性質を持つ。
すなわち、特許文献１に示されるように、かしめにより積重された鉄心片や、特許文献２に示されるように巻き取って成形されたアモルファス金属では、かしめや巻き取り時に発生する残留応力により鉄損が増加し、回転電機の高効率化の妨げとなる。さらに特許文献２においては、アモルファス金属が難削材であることから、絶縁樹脂材を挟んで中空円形状に積層された状態で法線方向に切断する際、個々のアモルファス金属箔帯切断時に発生する応力が隣接するアモルファス金属箔帯に作用するため、切断終了時に非常に高い残留応力が蓄積してしまう。

変形させた軟磁性材料に生じた残留応力を緩和する方法として、焼鈍処理が一般的に行われる。焼鈍処理された軟磁性材料は弾性を失って脆性を示し、内部の残留応力が緩和される。しかし、焼鈍処理をしても内部の残留応力は完全に緩和させることができず、強磁性体を母材とした軟磁性材料のもつ小さな鉄損特性を活かしきることができない。また、焼鈍処理には磁界を発生させることできる特別な焼鈍炉が必要となり、製造コストが増加する。

また、上記特許文献２においては、鉄心片同士やアモルファス金属同士を固定するため、アモルファス金属間に接着層を設けたり、全体を樹脂や接着剤などで覆うなどの固定化処理が必要である。このように樹脂や接着剤などを有する鉄心の場合、製造コスト及び製造時間が増加し、さらには固定子ティース全体の体積に対する軟磁性材料の割合が小さくなるために回転電機の効率が低下する。これを抑制すべく、樹脂や接着剤の層を薄くすると、アモルファス金属間に均一に行き渡らず、切断時等に剥離が発生して、固定子ティースとして使用することができなくなり歩留まりが悪化してしまう。

そこで、本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであって、軟磁性材料を変形させずに、かつ軟磁性材料の層間に介在物の存在なくブロック状の鉄心を構成することができれば、軟磁性材料の鉄損特性を活かした回転電機を得ることができることに着目し、変形や接着を必要とすることなく、軟磁性材料を鉄心として利用した回転電機の固定子の構造及び前記固定子の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の回転電機においては、次のような技術的手段を講じた。すなわち、
（１）固定子と回転子とを有する回転電機において、前記固定子を構成する固定子ティースは、鉄心と、前記鉄心の周囲に配置される電線と、前記鉄心と前記電線の間に配置される絶縁体とを備え、前記鉄心は、薄板状の軟磁性材料を一枚毎あるいは複数枚毎に異なる幅に形成された長方形平板状の薄板を積層することによって構成されるようにした。

（２）上記の回転電機において、前記長方形平板状の薄板は、その長さが等しくなるようにした。

（３）上記の回転電機において、前記絶縁体を、前記電線に被覆された絶縁性被覆により構成した。

（４）上記の回転電機において、同一の幅を有する前記薄板を複数枚積層することにより１個のブロックを形成し、前記鉄心は、幅の異なる前記ブロックを複数個積層することにより構成した。

（５）上記の回転電機において、前記軟磁性材料は、鉄、コバルト、またはニッケルを母材とする電磁鋼板ないしアモルファス金属を材料とした。

（６）上記の回転電機において、前記薄板あるいは前記ブロックが、前記回転子の軸方向と９０度を成す角度に積層されるようにした。

（７）上記の回転電機において、前記薄板あるいは前記ブロックが、前記回転子の軸の径方向とは異なる方向に積層されるようにした。

（８）上記の回転電機において、前記薄板あるいは前記ブロックには、その幅が前記鉄心の回転軸周方向の幅よりも大きい薄板あるいはブロックが含まれるようにした。

（９）上記の回転電機において、前記鉄心には、前記薄板あるいは前記ブロックの幅を異ならせることにより、角部に略Ｒ形状を設けた。

（１０）上記の回転電機において、前記鉄心は、前記薄板あるいは前記ブロックの幅を調整することにより、積層方向上部及び下部の前記薄板あるいはブロックの厚さが積層方向中部の前記ブロックの厚さよりも小さくなるようにした。

（１１）前記絶縁体は、薄肉で凹型の断面形状を有し、凹部の側面と底面との成す角が９０度以上となるようにした。

（１２）前記絶縁体を、薄肉で前記鉄心の外周形状に合わせた凹型の断面形状を有する下部絶縁体と、薄板状の上部絶縁体とで構成した。

（１３）前記絶縁体を、内側に前記鉄心の外周形状に合わせた中空部を有する薄肉の絶縁体とした。

また、本発明の回転電機の製造方法においては、次のような技術的手段を講じた。すなわち、
（１４）固定子ティースを有する回転電機の製造方法であって、薄板状の軟磁性材料を一枚毎あるいは少数枚毎に所定の幅に形成して長方形平板状の薄板を作成する第１の工程と、前記薄板あるいは同一幅の該薄板を複数枚積層してなるブロックを積層する第２の工程と、積層した前記薄板あるいは前記ブロックの周囲を、絶縁体を介して電線を巻きつける第３の工程とを有し、前記第２の工程では前記薄板あるいは前記ブロックの幅を前記固定子ティースの鉄心形状に合わせて積層方向に積層した。

（１５）前記第２の工程において、内部に絶縁紙が敷かれた型の内部に、前記薄板あるいは前記ブロックを設置して積層した。

（１６）前記第２の工程の後に、積層された前記薄板あるいは前記ブロックの最上部を押圧板で押さえ込む第４の工程と、把持具を使用して前記薄板あるいは前記ブロックの積層方向上下から把持する第５の工程と、把持した前記薄板あるいは前記ブロックを中空の絶縁体に挿入する第６の工程とを有し、該第６の工程の後に、前記第３の工程を行うようにした。

（１７）前記第２の工程の後に、積層された前記薄板あるいは前記ブロックの最上部を押圧板で押さえ込む第４の工程と、把持具を使用して前記薄板あるいは前記ブロックの積層方向上下から把持する第５の工程と、把持した前記薄板あるいは前記ブロックを中空の絶縁体に挿入する第６の工程とを有し、前記第３の工程を、前記第４の工程の前、あるいは前記第４の工程と第５の工程と並行して行うようにした。

（１８）前記第２の工程の後に、積層された前記薄板あるいは前記ブロックの最上部を押圧板で押さえ込む第４の工程と、把持具を使用して前記薄板あるいは前記ブロックの積層方向上下から把持する第５の工程とを有し、前記第３の工程において、絶縁性の被覆が形成された電線を巻きつけるようにした。

本発明によれば、長方形平板状に切断した複数枚の軟磁性材料を積層して鉄心を構成し、その周囲を絶縁体及び電線で覆うことにより、変形や接着を必要とせずに固定子ティースを製造することができ、鉄損の小さく高効率な固定子構造を低コストで得ることができる。

本発明の実施例１に関わるアキシャルギャップ型の回転電機の構成を示した図である。本発明の実施例１に関わるアキシャルギャップ型の回転電機の固定子ティースの構成を示した図である。本発明の実施例１に関わる長方形平板状の軟磁性材料を用いた鉄心の構成を示した図である。本発明の実施例１と対比するため、かしめにより固定する鉄心の参考図である。本発明の実施例１において、（Ａ）は軟磁性材料を上底及び下底に垂直な方向に積層した場合の構造図、（Ｂ）軟磁性材料を上底及び下底に平行な方向に積層した場合の構造図、（Ｃ）は軟磁性材料を台形の斜辺に平行な方向に積層した場合の構造図である。本発明の実施例１において、（Ａ）は鉄心の角部が鋭角になるよう積層した場合の構造図、（Ｂ）は鉄心の角部がＲ形状になるよう積層した場合の構造図である。本発明の実施例１に関わる長方形平板状の軟磁性材料を用いた鉄心の構成を示した図である。本発明の実施例２に関わるアキシャルギャップ型の回転電機の固定子ティースの構成を示した図である。本発明の実施例３に関わるアキシャルギャップ型の回転電機の固定子ティースの構成を示した図である。本発明の実施例１、２に関わる回転電機の固定子ティースの製造方法を示した図である。本発明の実施例３に関わる回転電機の固定子ティースの製造方法を示した図である。本発明の実施例３に関わる回転電機の固定子ティースの他の製造方法を示した図である。本発明の実施例４に関わる長方形平板状の軟磁性材料を用いた鉄心の構成を示した図である。本発明の実施例４において、（Ａ）は鉄心の角部が鋭角になるよう積層した場合の構造図、（Ｂ）は鉄心の角部がＲ形状になるよう積層した場合の構造図である。本発明の実施例４に関わる回転電機の固定子ティースの製造方法を示した図である。

以下、本発明の実施形態の例について、アキシャルギャップ型の回転電機を例にとって図面を参照しながら説明するが、長方形平板状の軟磁性材料を積層して形成される鉄心が使用される回転電機であれば、アキシャルギャップ型に限定されるものではなく、ラジアルギャップ型等にも適用できる。

［実施例１］
図１〜３、５〜７を用いて、本発明の軟磁性材料を用いた鉄心及び固定子ティースの構造の一実施例を説明する。なお、図４は、本実施例と対比するための参考図である。
図１は、本発明による軟磁性材料を用いたアキシャルギャップ型の回転電機の構造について説明した図である。アキシャルギャップ型の回転電機１０は、永久磁石２０が円板状の部材２１上に円周方向に複数個配置された回転子５０と、鉄心３１が含まれた固定子ティース３０が円周方向に複数個配置された固定子６０と、回転子５０と固定子６０とを同心円上に配置するための回転軸７０と、それらを格納するハウジング８０とを有している。
なお、永久磁石２０に限らず、磁力を発生するものであればよく、他の磁性体や電磁石などに置き換えることも可能である。

固定子ティース３０は、図２に示されるように、その外周に巻き付けられる電線３３に通電することにより励磁され、永久磁石２０と固定子ティース３０との間に引力を生じさせ、異なる固定子ティース３０を連続して励磁させることにより回転子５０と固定子６０の間に回転運動を発現させる。固定子６０は、複数個の固定子ティース３０により構成されるため、各固定子ティース３０には個別にブロック状の鉄心３１が設けられる。

図２は、固定子ティース３０の構造について説明した図である。固定子ティース３０は、鉄心３１と、絶縁体３２と、電線３３とを有している。絶縁体３２は、鉄心３１と電線３３との絶縁を確保するために鉄心３１の周囲に配置され、絶縁体３２の周囲には電線３３が巻きつけられている。絶縁体３２には、１枚ないし複数枚の絶縁紙や厚さ１ｍｍ以下の薄板状の樹脂材などが用いられ、電線３３には、銅やアルミなどを母材とした断面略円形または断面略矩形の線材が用いられる。

図３は、固定子の鉄心の構造について説明した図である。鉄心３１は、鉄、コバルトまたはニッケルを母材とした薄板状軟磁性材料の積層構造体１からなり、この積層構造体１は、薄板状軟磁性材料を、長さＬ、任意の幅Ｂの長方形平板状に個々に切断されたものを1枚ずつ積層してもよいが、この実施例では、同一の長さＬ、幅Ｂを有する長方形平板状薄板を複数枚重ねることにより略直方体の軟磁性材料ブロック２とし、幅Ｂの異なる軟磁性材料ブロック２をさらに所定の個数積層することにより構成されている。
個々の長方形平板状薄板は、薄板状の軟磁性材料に曲げなどの変形が発生しないよう、１枚あるいは複数枚毎に、剪断機等を用いて切断されるもので、複数枚同時に切断する場合にも、切断に伴って破断面に発生する残留応力が鉄損に影響を与えないよう、軟磁性材料の厚さや使用する切断機に応じて枚数を制限している。
このように、鉄心３１を、幅Ｂの異なる軟磁性材料ブロック２を積層してなる積層構造体１とすることにより、個々の長方形平板状薄板に切断する際、軟磁性材料を変形させることなく略円形、略多角形、または略楕円形などの任意の断面形状にすることが可能である。

前述のように、鉄心３１が電線３３に通電することで発生した磁束により励磁される際、鉄心３１の内部で発生する渦電流や、鉄心３１の加工時に生じた歪による残留応力などを原因として励磁が妨げられて損失となり、回転電機の効率が低下する。
例えば、図４の参考図に示すように、鉄心片をかしめて製造された鉄心３１の場合は、軟磁性材料の積層構造体１のかしめ部に歪が生じて損失が大きくなってしまう。
これに対し、本実施例のように、長方形平板状薄板を複数枚重ねた略直方体の軟磁性材料ブロック２を積層して得られた鉄心３１では、個々の長方形平板状薄板に加工する際に破断面に生じる歪が小さいため、かしめにより製造された鉄心３１に比べ損失を小さくすることが可能である。
また、図４の参考例で示すような、かしめ用突起を有する鉄心では、軟磁性材料を打ち抜き加工により成形するため端材が多く発生するのに対し、本発明における鉄心では軟磁性材料を個々に長方形平板状に切断加工して成形するため、端材の発生量が少なく、軟磁性材料の使用量削減及び部材費のコスト削減の効果も期待できる。

なお、軟磁性材料ブロック２を積層する方向は一方向に限らず、この実施例のように、アキシャルギャップ型の回転電機においては軸方向と概略９０度を成す方向に、一方、ラジアルギャップ型の回転電機においては半径方向と概略９０度を成す方向である限り、積層方向は変更可能である。
一例として、アキシャルギャップ型の回転電機において断面略台形状の鉄心を製造する場合では、図５（Ａ）のように断面略台形状の上底及び下底に垂直な方向、図５（Ｂ）のように断面略台形状の上底及び下底に平行な方向、または図５（Ｃ）のように断面略台形状の斜辺に平行な方向などが積層方向として挙げられる。

図６は、鉄心の角部に略Ｒ形状を設けた場合の固定子ティースの構造について説明した図である。図６（Ａ）のように鉄心３１の角部３６が鋭角な略台形状である場合、電線３３の許容曲げ半径よりも鉄心３１の角部３６が鋭角であるときは、電線３３と絶縁体３２及び鉄心３１との間に隙間が生じることがある。電線３３が角部３６に沿って曲げられない場合、電線３３と絶縁体３２及び鉄心３１との間の隙間によって固定子ティース３０全体の体積に対する鉄心３１の割合が小さくなり、損失が増加する恐れがある。
また、絶縁紙を材料とした絶縁体３２で鉄心３１を覆う場合には、角部３６が鋭角であるために絶縁体３２が破損する恐れもある。このとき、積層する軟磁性材料ブロック２の厚さや幅Ｂを調節することで、図６（Ｂ）のように角部３６が略Ｒ形状となるように積層することにより、絶縁体３２への負荷を軽減して破損を防止し、かつ電線３３を角部３６に沿って曲げられ、電線３３と絶縁体３２及び鉄心３１との間の隙間が小さくなり、鉄心が密に配置されて損失の小さな固定子ティース３０を得ることができる。

図７は、軟磁性材料ブロック２の厚さを変えた場合における固定子ティースの構造について説明した図である。軟磁性材料ブロック２の厚さＴは、厚さの異なる軟磁性材料を切断する、軟磁性材料を複数枚重ねて切断する、もしくは同じ幅Ｂで複数回切断したものを積層することにより変更することが可能である。軟磁性材料ブロック２を積層して鉄心３１を構成する際、軟磁性材料ブロック２の厚さＴは必ずしも一定である必要はない。
一例として、断面略台形状の鉄心において、図７のように略台形状の上底及び下底付近のみ厚さＴの薄い軟磁性材料ブロック２ａとすることにより、軟磁性材料ブロック２の端面で形成される角部３６の略Ｒ形状と絶縁体３２との接触面が滑らかになり、絶縁体３２への負荷を軽減して破損を防止することができる。
また、略台形状の上底及び下底付近以外を厚さＴの厚い軟磁性材料ブロック２ｂとすることにより、同じ長さ、幅の軟磁性材料１を多数準備して軟磁性材料ブロック２ｂを成形することができ、製造時間の短縮も可能となる。もちろん、各軟磁性材料ブロック２を形成する際、積層する薄板状軟磁性材料の幅Ｂを、一枚毎微少に変化させ、より滑らかなＲ形状を形成するようにしてもよい。

［実施例２］
図８は、凹部を備えた絶縁体を用いた場合における固定子ティースの構造について説明した図である。
絶縁体３２は、厚さ１ｍｍ以下の薄板状の絶縁材料で構成されており、鉄心３１の外周形状に合わせた凹部を備えた下側絶縁体３２ａと、下側絶縁体３２ａの上端開口を封止する上側絶縁体３２ｂとから構成されている。なお、下側絶縁体３２ａ、上側絶縁体３２ｂは、ともに合成樹脂等により成型されたものである。
このような絶縁体３２を用いた場合、長方形平板状の軟磁性材料１を１枚ないし複数枚重ねて任意の幅Ｂに切断した軟磁性材料ブロック２は、下側絶縁体３２ａの凹部内部に順に積層され、上側絶縁体３２ｂにより鉄心３１の上部が覆われるが、その際上側絶縁体３２ｂの裏面が最上部の軟磁性材料ブロック２上面に緊密に接触するようにしている。
このように、下側絶縁体３２ａ及び上側絶縁体３２ｂで鉄心３１の周囲が覆われることにより、軟磁性材料１同士の接着を必要とせず鉄心３１を固定することができるため、ハンドリングしやすくなり、電線３３を巻きつけることが容易となる。また、角部３７の外側にＲ形状を有する下側絶縁体３２ａ及び上側絶縁体３２ｂを用いることにより、電線３３を角部３７に沿って曲げられ、電線３３と両絶縁体３２ａ、３２ｂとの間の隙間が小さくなり、鉄心が密に配置され、損失の小さな固定子ティース３０を得ることができる。

［実施例３］
図９は、鉄心３１の外周形状に合わせた断面略台形状の中空部を有する絶縁体３２を用いた際の固定子ティースの構造を説明した図である。
このような絶縁体３２を用いた場合、任意の幅Ｂに切断した軟磁性材料ブロック２が積層されて任意の断面形状を有する鉄心３１が、積層方向上部及び下部において、溝９８に挿入された細い爪あるいは棒状部材等からなる把持器により把持され、絶縁体３２に中空部に挿入されることにより鉄心３１が固定される。
このように中空部を有する絶縁体３２を用いることにより、鉄心３１が固定されてハンドリングしやすくなり、電線３３を巻きつけることが容易となるとともに、鉄心３１を覆う絶縁体３２が１つの部品で構成されているため、部材コストを削減することも可能となる。

図１０〜１２を用いて、本発明の軟磁性材料を用いた鉄心及び固定子ティースの製造方法の一実施例を説明する。
図１０は、図７及び図８において説明した構造の固定子ティースの製造方法を示すフロー図である。
（ステップ１１）
固定子ティース３０の形状に合わせて、下底側が短い略台形状の凹部を有する型に絶縁体３２を設置する。
この場合絶縁体３２として絶縁紙を使用する場合、固定子ティース３０の全周を覆うことのできる絶縁紙を、型の凹部に沿って１枚ないし複数枚を敷き、一方、図８に示されるような凹部を備えた合成樹脂等からなる絶縁体３２を用いる場合は、これを型に合わせて設置するだけでよい。
（ステップ１２）
長方形平板状の軟磁性材料１を１枚ないし複数枚重ねて任意の幅Ｂに切断して形成された軟磁性材料ブロック２を型の凹部に設置した絶縁体３２上に設置する。
（ステップ１３）
幅Ｂの異なる軟磁性材料ブロック２を絶縁体３２上に設置した軟磁性材料ブロック２上に積層する。
（ステップ１４）
軟磁性材料１が所定の枚数を積層されているかを判定する。
積層されている枚数が所定の枚数より少ない場合、所定の枚数になるまでステップ１３を繰り返し、鉄心３１が形成される。
（ステップ１５）
絶縁体３２で鉄心３１の上部を覆い鉄心３１を固定する。
なお鉄心３１の固定は、絶縁体３２を粘着テープや接着剤などを用いて接着したり、図８に示されるような凹部を備えた合成樹脂等からなる絶縁体３２を用いた場合には、はんだ付けやＴＩＧ溶接などによる溶接、また下側絶縁体３２ａの上端及び上側絶縁体３２ｂの下端に設けた嵌合部による結合などの方法により、両絶縁体３２ａ、３２ｂを結合させることで得られる。
（ステップ１６）
絶縁体３２の周囲に電線３３を巻きつける。
以上の工程により、長方形平板状の軟磁性材料を用いた固定子ティース３０を製造することができる。

図１１は、図９において説明した構造の固定子ティースの製造方法を示すフロー図である。
（ステップ２１）
下底側が短い略台形状の凹部及び凹部下底側に１個ないし複数個の溝部を有する型の凹部に、長方形平板状の軟磁性材料１を１枚ないし複数枚重ねて任意の幅Ｂに切断して形成した軟磁性材料ブロック２を設置する。
（ステップ２２）
幅Ｂの異なる軟磁性材料ブロック２を絶縁体３２上に設置した軟磁性材料ブロック２上に積層する。
（ステップ２３）
軟磁性材料１が所定の枚数を積層されているかを判定する。
（ステップ２４）
積層されている枚数が所定の枚数より少ない場合、所定の枚数になるまで第２の工程を繰り返し、鉄心３１が形成される。第４に、下面に１個ないし複数個の溝部を有する押圧板にて鉄心３１の上部を押さえ込む。
（ステップ２５）
第５に、型及び押圧板の溝部に細い爪あるいは棒状部材等からなる把持器を挿入し、鉄心３１を把持する。
（ステップ２６）
中空の絶縁体３２に設けられた溝部９８に爪を通して鉄心３１を中空の絶縁体３２に挿入する。
（ステップ２７）
第７に、絶縁体３２の周囲に電線３３を巻きつける。
以上の工程により、長方形平板状の軟磁性材料を用いた固定子ティース３０を製造することができる。

図１２は、図９において説明した構造の鉄心及び固定子ティースの製造方法の他の例を示すフロー図である。
（ステップ３１）
下底側が短い略台形状の凹部及び凹部下底側に１個ないし複数個の溝部を有する型の凹部に、長方形平板状の軟磁性材料１を１枚ないし複数枚重ねて任意の幅Ｂに切断して形成した軟磁性材料ブロック２を設置する
（ステップ３７）
ステップ３１と並行して、中空の絶縁体３２の周囲に電線３３を巻きつける。
（ステップ３２）
幅Ｂの異なる軟磁性材料ブロック２を型上に設置した軟磁性材料ブロック２上に積層する。
（ステップ３３）
軟磁性材料１が所定の枚数を積層されているかを判定する。
積層されている枚数が所定の枚数より少ない場合、所定の枚数になるまでステップ３２を繰り返し、鉄心３１が形成される。
（ステップ３４）
下面に１個ないし複数個の溝部を有する押圧板にて鉄心３１の上部を押さえ込む。
（ステップ３５）
型及び押圧板の溝部に細い爪あるいは棒状部材等からなる把持器を挿入し鉄心３１を把持する。
（ステップ３６）
中空の絶縁体３２に設けられた溝部９８に爪を通して鉄心３１を中空の絶縁体３２に挿入する。
このように、図１２に示す製造方法で固定子ティースを製造することにより、鉄心３１の成形と電線３３の巻きつけを平行して行うことができ、製造時間を短縮することが可能となる。

以上説明した実施例によれば、長方形平板状に切断した１枚ないし複数枚の軟磁性材料１から成る軟磁性材料ブロック２を積層して鉄心３１を構成することにより、変形や接着を必要とせずに鉄心を製造することができ、鉄損の小さな鉄心を有する固定子を低コストで得ることができる。

［実施例４］
図１３及び図１４を用いて、本発明の軟磁性材料を用いた鉄心及び固定子ティースの構造の一実施例を説明する。
図１３は、本実施例の固定子ティースの構造について説明した図である。固定子ティース３０においては、鉄心３１の周囲に、絶縁性の被膜３４が形成された電線３３が直接巻きつけられることにより固定される。なお、電線３３には、銅やアルミなどを母材とした断面略円形または断面略矩形の線材が用いられる。

図１４は、鉄心の角部に略Ｒ形状を設けた場合の固定子ティースの構造について説明した図である。
鉄心３１は、実施例１〜３と同様に、鉄、コバルトまたはニッケルを母材とした軟磁性材料からなる、長さＬの薄板状の軟磁性材料が長方形平板状に任意の幅Ｂで切断され、それを曲げなどの変形を生じさせずに１枚ないし複数枚重ねて構成された略直方体の軟磁性材料ブロック３１を１個ないし複数個積層することにより構成されている。
鉄心３１は、幅Ｂの異なる軟磁性材料ブロック３１を積層することにより、軟磁性材料を変形させることなく略円形、略多角形、または略楕円形などの任意の断面形状にすることが可能である。

本実施例の場合、絶縁性の被膜３４が形成された電線３３により、幅Ｂの異なる軟磁性材料ブロック３１を積層してなる鉄心３１を固定するため、図６（Ａ）で説明したように、図１４（Ａ）のように鉄心３１の角部３６が鋭角な略台形状である場合、電線３３の許容曲げ半径よりも鉄心３１の角部３６が鋭角であるときは、電線３３と鉄心３１との間に隙間が生じる可能性が高い。
電線３３が角部３６に沿って曲げられない場合、電線３３と鉄心３１との間の隙間によって固定子ティース３０全体の体積に対する鉄心３１の割合が小さくなり、損失が増加する恐れがある。また、角部３６が鋭角であるために絶縁性の被覆３４が破損する恐れもある。

そこで、積層する軟磁性材料ブロック２の幅Ｂを調節することで、図１４Ｂのように角部３６が略Ｒ形状となるように積層することにより、絶縁性の被膜３４への負荷を軽減して破損を防止し、かつ電線３３を角部３６に沿って曲げられ、電線３３と鉄心３１との間の隙間が小さくなり、鉄心が密に配置されて損失の小さな固定子ティース３０を得ることができる。

図１５は、図１３において説明した構造の固定子ティースの製造方法を示すフロー図である。
（ステップ４１）
下底側が短い略台形状の凹部及び凹部下底側に１個ないし複数個の溝部を有する型の凹部に、長方形平板状の軟磁性材料１を１枚ないし複数枚重ねて任意の幅Ｂに切断して形成した軟磁性材料ブロック２を設置する。
（ステップ４２）
幅Ｂの異なる軟磁性材料ブロック２を絶縁体３２上に設置した軟磁性材料ブロック２上に積層する。
（ステップ４３）
第３に、軟磁性材料１が所定の枚数を積層されているかを判定する。
積層されている枚数が所定の枚数より少ない場合、所定の枚数になるまでステップ４２を繰り返し、鉄心３１が形成される。
（ステップ４４）
下面に１個ないし複数個の溝部を有する押圧板にて鉄心３１の上部を押さえ込む。
（ステップ４５）
型及び押圧板の溝部に、細い爪あるいは棒状部材等からなる把持器を挿入し鉄心３１の積層状態がくずれないよう押さえ込んで把持した状態で押圧板を外し、型から鉄心３１を抜き出す。
（ステップ４６）
その状態のまま、鉄心３１の周囲に電線３３を巻きつけ、鉄心３１を固定後、保持器を引き抜く。
このように、図１５に示す製造方法で固定子ティースを製造することにより、鉄心３１が電線３３で固定された長方形平板状の軟磁性材料を用いた固定子ティース３０を製造することができる。
以上説明した実施例によれば、長方形平板状に切断した１枚ないし複数枚の軟磁性材料１から成る軟磁性材料ブロック２を積層して鉄心３１を構成することにより、変形や接着を必要とせずに鉄心を製造することができ、鉄損の小さな鉄心を有する固定子を低コストで得ることができる。

以上、本発明について実施形態に基づき具体的に説明したが、個別に説明した数種の発明を組み合わせて使用することも可能である。また、アキシャルギャップ型の回転電機の場合の例を用いて説明したが、鉄心の断面形状は任意に変更できるため、ラジアルギャップ型の回転電機においても同様の効果を得ることができる。すなわち、本発明は前記発明の実施形態に限定されるものではなく、長方形平板状の軟磁性材料を積層して鉄心とした固定子ティースを有する回転電機において、その要旨を逸脱しない範囲において変更可能であることは言うまでもない。

以上説明したように、本発明の回転電機によれば、固定子ティースの鉄心が、薄板状の軟磁性材料を一枚毎あるいは少数枚毎に所定の幅に切断することにより形成された長方形平板状の薄板を積層することによって構成されているので、軟磁性材料に変形を与えたり、接着剤を必要とすることなく、低コストで高効率な回転電機及びの製造方法として広く採用されることが期待できる。

１・・・軟磁性材料
２・・・軟磁性材料ブロック
１０・・・アキシャルギャップ型の回転電機
２０・・・磁石
２１・・・円板状の部材
３０・・・固定子ティース
５０・・・回転子
６０・・・固定子
７０・・・回転軸
８０・・・ハウジング
９８・・・絶縁体の溝部
３１・・・固定子ティースの鉄心
３２・・・固定子ティースの絶縁体
３３・・・固定子ティースの電線
３４・・・電線の絶縁性の被膜
３６・・・固定子ティースの鉄心の角部
３７・・・固定子ティースの絶縁体の角部
Ｌ・・・軟磁性材料及び軟磁性材料ブロックの長さ
Ｂ・・・軟磁性材料及び軟磁性材料ブロックの幅
Ｔ・・・軟磁性材料及び軟磁性材料ブロックの厚さ

Claims

固定子と回転子とを有する回転電機において、
前記固定子を構成する固定子ティースは、鉄心と、前記鉄心の周囲に配置される電線と、前記鉄心と前記電線の間に配置される絶縁体とを備え、
前記鉄心は、薄板状の軟磁性材料を一枚毎あるいは複数枚毎に異なる幅に形成された長方形平板状の薄板を積層することによって構成されていることを特徴とする回転電機。
前記長方形平板状の薄板は、その長さが等しいことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
前記絶縁体が、前記電線に被覆された絶縁性被覆であることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
同一の幅を有する前記薄板を複数枚積層することにより１個のブロックを形成し、
前記鉄心は、幅の異なる前記ブロックを複数個積層することにより構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の回転電機。
前記軟磁性材料は、鉄、コバルト、またはニッケルを母材とする電磁鋼板ないしアモルファス金属を材料としていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の回転電機。
前記薄板あるいは前記ブロックは、前記回転子の軸方向と９０度を成す角度に積層されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の回転電機。
前記薄板あるいは前記ブロックは、前記回転子の軸の径方向とは異なる方向に積層されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の回転電機。
前記薄板あるいは前記ブロックは、その幅が前記鉄心の回転軸周方向の幅よりも大きい薄板あるいはブロックを含むことを特徴とする請求項７記載の回転電機。
前記鉄心は、前記薄板あるいは前記ブロックの幅が異なることにより、角部に略Ｒ形状が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の回転電機。
前記鉄心は、前記薄板あるいは前記ブロックの幅を調整することにより、積層方向上部及び下部の前記薄板あるいはブロックの厚さが積層方向中部の前記ブロックの厚さよりも小さいことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の回転電機。
前記絶縁体は、薄肉で凹型の断面形状を有し、凹部の側面と底面との成す角が９０度以上であることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載の回転電機。
前記絶縁体は、薄肉で前記鉄心の外周形状に合わせた凹型の断面形状を有する下部絶縁体と、薄板状の上部絶縁体とで構成され、
前記鉄心が前記下部絶縁体と前記上部絶縁体とで覆われていることを特徴とする請求項１１に記載の回転電機。
前記絶縁体は、内側に前記鉄心の外周形状に合わせた中空部を有する薄肉の絶縁体であることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれかに記載の回転電機。
固定子ティースを有する回転電機の製造方法であって、
薄板状の軟磁性材料を一枚毎あるいは少数枚毎に所定の幅に形成して長方形平板状の薄板を作成する第１の工程と、
前記薄板あるいは同一幅の該薄板を複数枚積層してなるブロックを積層する第２の工程と、
積層した前記薄板あるいは前記ブロックの周囲を、絶縁体を介して電線を巻きつける第３の工程とを有し、
前記第２の工程では前記薄板あるいは前記ブロックの幅を前記固定子ティースの鉄心形状に合わせて積層方向に積層することを特徴とする回転電機の製造方法。
前記第２の工程において、内部に絶縁紙が敷かれた型の内部に、前記薄板あるいは前記ブロックを設置して積層することを特徴とする請求項１４に記載の回転電機の製造方法。
前記第２の工程の後に、積層された前記薄板あるいは前記ブロックの最上部を押圧板で押さえ込む第４の工程と、
把持具を使用して前記薄板あるいは前記ブロックの積層方向上下から把持する第５の工程と、
把持した前記薄板あるいは前記ブロックを中空の絶縁体に挿入する第６の工程とを有し、
該第６の工程の後に、前記第３の工程を行うことを特徴とする請求項１４に記載の回転電機の製造方法。
前記第２の工程の後に、積層された前記薄板あるいは前記ブロックの最上部を押圧板で押さえ込む第４の工程と、
把持具を使用して前記薄板あるいは前記ブロックの積層方向上下から把持する第５の工程と、
把持した前記薄板あるいは前記ブロックを中空の絶縁体に挿入する第６の工程とを有し、
前記第３の工程を、前記第４の工程の前、あるいは前記第４の工程と第５の工程と並行して行うことを特徴とする請求項１４に記載の回転電機の製造方法。
前記第２の工程の後に、積層された前記薄板あるいは前記ブロックの最上部を押圧板で押さえ込む第４の工程と、
把持具を使用して前記薄板あるいは前記ブロックの積層方向上下から把持する第５の工程とを有し、
前記第３の工程において、絶縁性の被覆が形成された電線を巻きつけることを特徴とする請求項１４に記載の回転電機の製造方法。