JP2019165519A - 固定子、固定子の製造方法、アキシャルギャップ型モータ、及び電動ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】隣り合う単位コアに空隙を生じず、しかも曲げ応力による磁気特性の劣化を抑制することができる新規な固定子、及びこの固定子の製造方法、及びこの固定子を使用したアキシャルギャップ型モータ、及びこのアキシャルギャップ型モータを使用した電動ポンプを提供することにある。【解決手段】環状に形成されたコア（２２）の少なくとも１周分が連続した薄板状の電磁鋼帯（２３）作られ、この電磁鋼帯（２３）を径方向に積層してコアを形成する共に、コアに形成された単位コア部（２４）の外周面と、コアに形成されたコアバック部（２５）の外周面を平面状に形成した。これによれば、単位コアが連続的に形成されるので空隙が生じず、また、コアの単位コア部の外周面とコアバック部の外周面が平面状に形成されているので曲げ応力が緩和されるので磁気特性の劣化を抑制できる。【選択図】図２

Description

本発明はアキシャルギャップ型モータの固定子、及びこの固定子の製造方法、及びこの固定子を使用したアキシャルギャップ型モータ、及びこのアキシャルギャップ型モータを使用した電動ポンプに関するものである。

近年、地球温暖化が深刻化する中で、電気機器に対する省エネルギー化の要求が高まっている。現在、国内の年間消費電力量の約５５％が電動モータによって消費されているといわれており、電動モータのこれまで以上の高効率化の要求が強くなっている。そして、これまで電動モータの高効率化には、高いエネルギー積を有する希土類磁石を用いた設計が採用されている。

しかしながら、希土類磁石の原料であるネオジムやディスプロシウムは、近年価格が高騰している。このため、希土類磁石を使わずにフェライト磁石を使用した電動モータが使用されるようになってきている。そして、フェライト磁石を使用した電動モータの高効率化を図る方法として、アキシャルギャップ型モータを使用することが提案されている。アキシャルギャップ型モータは、ラジアルギャップ型モータに比べて磁石面積を広くとることができるため、高効率化を図ることができるものである。

そして、一般的にアキシャルギャップ型モータは、複数のコア部を有し、そのコア部の周囲に巻線が巻回されて構成された固定子と、この固定子の軸方向の端面の一方側に偏平状の回転子を有する構成となっている。

ところで、固定子を構成するコアの形成方法として、例えば特開２００６−３５３０５４公報（特許文献1）に記載されたものが知られている。この特許文献１には、金型費用を削減してコストを低減し、更に回転駆動時におけるティースの周方向の剛性を向上させるアキシャルギャップ型モータのコアの構成が示されている。特許文献1に記載のコアは、周方向にコアを所定数に物理的に分割して単位コアを形成し、この分割された単位コアは複数の鋼板を積層して形成するようにしたものである。したがって、鋼板は単位コアの形状に形成され、内周側から外周側に向かってその形状が大きくなるように形成されている。

特開２００６−３５３０５４公報

ところで、特許文献１に記載されているアキシャルギャップ型モータのコアは、分離された単位コアを周方向に並べて組み合わせることでコアを形成するものである。このため、隣り合う単位コア毎に接合、或いは嵌合が必要であり、組み付け作業性が煩雑になる共に、単位コアの加工精度の悪化や接合、或いは嵌合がうまく行われないと、隣り合う単位コアの間に隙間が生じて磁気特性が劣化するという課題がある。

このような単位コアの組み合わせによってコアを形成した場合の上述した課題に対応するためには、例えば、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示すような構成のコアが提案されている。図１１（Ａ）に示すように、連続した細長い電磁鋼帯６１を巻き始め端部６１Ｓから積層しながら渦巻状に巻回し、所定の積層数に達すると巻き終り端部６１Ｅで切断して、径方向に所定の長さを有する円環状のコア６０に形成する。

その後、図１１（Ｂ）に示すように、フライス盤等の加工機械を用いて、電磁鋼帯６１を積層した円環状のコア６０を所定角度毎に削ってスロット部６２を形成し、更にスロット部６２の間に単位コア部６３を形成すると共に、外周側にコアバック部６４を形成している。このように、連続した電磁鋼帯６１を積層して巻き重ねることによってコア６０を形成しているので、上述したような単位コアを組み合わせたコアのように隙間を生じないため、磁気特性が劣化するのを抑制できるようになる。

しかしながら、電磁鋼帯６１のコア部の外周面及びコアバック部の外周面が塑性変形して円弧状に形成されるので、この部分に曲げ応力が生じて磁気特性を劣化させ、モータ特性が低下する課題がある。

また、副次的であるが電磁鋼帯６１の巻き取りとスロット部の加工が別工程となると共に、スロット部の加工では径方向に積層した電磁鋼帯６１を固定する治具が必要になり、更にコア部の外周面及びコアバック部の外周面を円弧状に塑性変形させる治具が必要となり製造コストが増加する課題がある。

本発明の目的は、隣り合う単位コアに空隙を生じず、しかも曲げ応力による磁気特性の劣化を抑制することができる新規な固定子、及びこの固定子の製造方法、及びこの固定子を使用したアキシャルギャップ型モータ、及びこのアキシャルギャップ型モータを使用した電動ポンプを提供することにある。

本発明の特徴は、環状に形成されたコアの少なくとも１周分が連続した薄板状の電磁鋼帯で作られ、この電磁鋼帯を径方向に積層してコアを形成する共に、コアに形成された単位コア部の外周面と、コアに形成されたコアバック部の外周面を平面状に形成した、ところにある。

本発明によれば、単位コアが連続的に形成されるので空隙が生じず、また、コアの単位コア部の外周面とコアバック部の外周面が平面状に形成されているため、曲げ応力が緩和されるので磁気特性の劣化を抑制できる。

本発明が適用されるアキシャルギャップ型モータの概略的な断面図である。 本発明の第１の実施形態になる固定子を構成するコアの斜視図である。 図２に示すコアの積層する前の電磁鋼帯の形状を説明する構成図である。 本発明の第２の実施形態になるコアの積層する前の電磁鋼帯の形状を説明する構成図である。 図４に示す電磁鋼帯で作られたコアの径方向の断面図である。 本発明の第３の実施形態になる環状コアの斜視図である。 図６に示す環状コアを使用して形成した多角形積層コアの径方向の断面図である。 第２の実施形態に使用される電磁鋼帯を製造する製造装置の構成図である。 図８に示す製造装置の製造工程を説明するフロー図である。 本発明が適用される電動ウォータポンプの断面図である。 従来のコアで最終形状に加工される前のコアの斜視図である。 図１１(Ａ)に示すコアで最終形状に加工された後のコアの斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。

図１は、本発明の実施形態になる固定子を使用したアキシャルギャップ型モータ１０の軸方向断面を示している。このアキシャルギャップ型モータ１０は、ハウジング１１内に固定された固定子１２と、固定子１２の軸方向の端面に回転可能に配置された永久磁石を備えた回転子１３から構成されている。固定子１２と回転子１３とは所定の空隙を介して対向するように配置されている。

固定子１２はコアバック部１４側がハウジング１１の軸方向端面部１１Ａに位置し、この反対側に向けてコア部１５が延びるようにして形成されている。コア部１５は径方向で所定角度を有して複数個設けられており、夫々のコア部１５の間にはスロット部（図１では示されていない）が形成されている。スロット部には巻線１７が配置されており、巻線１７とコア部１５によって回転磁界を形成している。

コア部１５と対向する回転子１３の側面には、永久磁石１８が設けられており、回転磁界に応じて回転子１３を回転させる構成となっている。回転子１３はバックヨーク１９を備えており、このバックヨーク１９に永久磁石１８が配置されている。尚、回転子１３の構成はアキシャルギャップ型モータ１０を構成するのに必要な機能を備えていれば良いものである。

回転子１３の中央には回転軸２０が固定されており、ハウジング１１の中央付近に配置されたベアリング２１に軸支されている。ベアリング２１としては、転動軸受、滑り軸受などを使用することができる。

このような構成のアキシャルギャップ型モータ１０の構成とその動作は良く知られているものであるため、これ以上の説明は省略する。

次に本実施形態になる、固定子１２を構成するコアの具体的な構成について説明する。図２及び図３に示すように、本実施形態のコアは、図１１（Ｂ）に示す従来のコアのように円環状の積層コアに形成されていなく、多角形の環状の積層コアとして形成されている。

図２には、打抜き機（プレス機）でプレス打抜きされた電磁鋼帯を径方向に積層して完成させた多角形の環状の積層コア２２（以下、多角形積層コアと表記する）を示している。この多角形積層コア２２は、巻線が巻回される単位コア部と、隣り合う単位コア部の間に形成されたスロット部と、スロット部に対応して形成され隣り合う単位コア部を接続するコアバック部が環状に配置された積層コアである。

そして、この多角形積層コア２２の大きな特徴は、図２に示されている通り、環状に形成された積層コアの少なくとも１周分（本実施形態では巻き始め端部から巻き終り端部までが連続した薄板状の電磁鋼帯２３で作られている）の電磁鋼帯２３を径方向に積層する共に、積層された電磁鋼帯２３に形成された単位コア部２４の外周面と、電磁鋼帯２３に形成されたコアバック部２５の外周面を平面状に形成して、多角形積層コア２２としたところである。

したがって、多角形積層コア２２はスロット数に対応した多角形の形状に形成されている。ここでは、スロット数を９スロットとして、９角形の例を示している。本実施形態では、後述するようにスロット部２６に対応して形成されたコアバック部２５の周方向の中央付近を折り曲げ部としているので、多角形積層コア２２の多角数を「Ｎ」、スロット数を「Ｓ」とした時、Ｎ＝Ｓ×1で多角数が決められている。

図２においては、各スロット数に対応して、単位コア部、コアバック部、及びスロット部に「ａ」〜「ｉ」の符号を付している。そして、多角形積層コア２２には複数の単位コア部２４が形成されており、本実施形態では９スロットなので、９個の単位コア部２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ、２４ｆ、２４ｇ、２４ｈ、２４ｉが形成されている。以下ではまとめて単位コア部２４と表記する。

また、多角形積層コア２２には、隣り合う単位コア部２４を繋ぐコアバック部２５が形成されている。本実施形態では９スロットなので、９個のコアバック部２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅ、２５ｆ、２５ｇ、２５ｈ、２５ｉが形成されている。以下ではまとめてコアバック部２５と表記する。コアバック部２５は、細長い電磁鋼帯に後述のスロット部２６を形成することで形成されるものである。

更に、夫々の単位コア部２４の間にはスロット部２６が形成されている。本実施形態では９スロットなので、９個のスロット部２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ、２６ｆ、２６ｇ、２６ｈ、２６ｉが形成されている。以下ではまとめてスロット部２６と表記する。

スロット部２６は、多角形積層コア２２の最外周面から最内周面まで中心に向かって延びており、その幅は一定(平行スロット)である。したがって、単位コア部２４は最外周面から最内周面に至るにつれて周方向の幅が漸減するようになっている。

そして、隣り合う単位コア部２４で挟まれたコアバック部２５の周方向の中央付近に折り曲げ部２７が形成されている。この折り曲げ部２７は、スロット部２６の周方向の中央付近でもある。したがって、コアバッック部２５の折り曲げ部２７を折り曲げることで、９角形の多角形積層コア２２が形成されるものである。

これによって、夫々の単位コア部２４とこれに対応した両側のコアバック部２５の折り曲げ部２７までは同一の平面形状となるものである。そして、スロット部２６には、夫々の単位コア部２４に巻回された巻線が配置されるものである。巻線は、夫々の単位コア部２４に直接的に巻回しても良いし、別途巻回した巻線を夫々の単位コア部２４に挿入する構成でも良いものである。

次に、図２に示す多角形積層コア２２が形成される前の電磁鋼帯２３の形状について説明する。図３は単位コア部２４とコアバック部２５とスロット部２６が、打抜き機で打ち抜かれた後の形状を示しており、スロット部２６に対応したコアバック部２５の周方向の中央付近の折り曲げ部２７を折り曲げることによって、図２に示す多角形積層コア２２が形成されるものである。

図３において、電磁鋼帯２３は細長い連続した板状の形を有しており、第１層Ｐ１の巻き始め端部２３Ｓから最終層Ｐｎの巻き終り端部２３Ｅの間に、各層毎の単位コア部２４とコアバック部２５とスロット部２６が形成されている。電磁鋼帯２３は、多角形積層コア２２の内側から重ねられて積層されており、所定の積層数になると切断されるものである。ここで、環状の多角形積層コア２２の１周分に相当する１層の長さは、巻き重ねられるにしたがって長くなるものである。

例えば、第１層Ｐ１においては、単位コア部２４はスロット部２６を挟んで９個形成されており、スロット部２６が形成されている部分の電磁鋼帯２３の残余の領域がコアバック部２５として形成されている。もちろん、単位コア部２４のコアバック部２５に対応する部分はコアバックとして機能するものである。スロット部２６を挟んで隣り合う単位コア部２４の周方向の幅の中心の間のピッチＰ１１〜Ｐ１９は夫々同じ幅に形成されている。ここで、第１層Ｐ１のスロット部２６の打抜きピッチＰは、概略、電磁鋼帯２３の厚さを「ｔ」、多角形積層コア２２の平均内半径を「Ｒ」、スロット数を「Ｓ」とした場合、Ｐ＝（（Ｒ＋ｔ／２）×２π）/Ｓで求めることができる。

単位コア部２４に挟まれたコアバック部２５の周方向の中央付近には折り曲げ部２７があり、この折り曲げ部２７に沿ってコアバック部２５が折り曲げられるものである。この折り曲げ部２７は電磁鋼帯２３に予め設けられているものではなく、巻き取り機の巻き取り治具によって巻き取られる時に結果として形成されるものである。これについては図８を参照して説明する。

したがって、夫々の折り曲げ部２７の間に存在する単位コア部２４とコアバック部２５は同一の平面となるため、この平面状の電磁鋼帯２３には曲げ応力が発生しない、或いは発生しても極めて小さいものとなる。このため、曲げ応力による磁気特性の劣化を抑制できるものである。また、第１層Ｐ１(１周分)に形成される単位コア部２４は連続して形成されているので、特許文献１にあるような空隙を生じる恐れがなく、磁気特性が劣化するのを抑制できるものである。

１周分に相当する第１層Ｐ１が巻かれると、これに続いて第２層Ｐ２が巻かれるものである。第２層Ｐ２においても、単位コア部２４はスロット部２６を挟んで９個形成されており、スロット部２６が形成されている部分の電磁鋼帯２３の残余の領域がコアバック部２５として形成されている。もちろん、単位コア部２４のコアバック部２５に対応する部分はコアバックとして機能するものである。第１層Ｐ１と同様に、スロット部２６を挟んで隣り合う単位コア部２４の周方向の幅の中心の間のピッチＰ２１〜Ｐ２９は夫々同じ幅に形成されている。ただ、第２層Ｐ２の単位コア部２４の幅は、第１層Ｐ１の単位コア部２４の幅より大きく形成されている。これは図３に示しているように単位コア部２４が外周側に延びるにつれて周方向の幅が大きくなるためである。

尚、第２層Ｐ２以降は、電磁鋼帯２３の厚さ「ｔ」に応じた直径の増加に対応して、スロット打抜きピッチＰが大きくなっている。ただし、スロット部２６の幅は第１層Ｐ１と同じ幅に形成されている。

また、第１層Ｐ１と同様に単位コア部２４に挟まれたコアバック部２５の周方向の中央付近には折り曲げ部２７があり、この折り曲げ部２７に沿ってコアバック部２５が折り曲げられるものである。この第２層Ｐ２の折り曲げ部２７も電磁鋼帯２３に設けられているものではなく、巻き取り機によって巻き取られる時に結果として形成されるものである。

したがって、夫々の折り曲げ部２７の間に存在する単位コア部２４とコアバック部２５は同一の平面となるため、曲げ応力が発生しない、或いは発生しても極めて小さいものとなる。このため、曲げ応力による磁気特性の劣化を抑制できるものである。また、第２層(１周分)Ｐ２に形成される単位コア部２４は連続して形成されているので、特許文献１にあるような空隙を生じる恐れがなく、磁気特性が劣化するのを抑制できるものである。

そして、所定数の層だけ巻かれると、これに続いて最終層Ｐｎが巻かれるものである。最終層Ｐｎにおいても、単位コア部２４はスロット部２６を挟んで９個形成されており、スロット部２６が形成されている部分の残余の領域がコアバック部２５として形成されている。もちろん、単位コア部２４のコアバック部２５に対応する部分はコアバックとして機能するものである。各層と同様に、スロット部２６を挟んで隣り合う単位コア部２４の幅方向の中心の間のピッチＰｎ１〜Ｐｎ９は夫々同じ幅に形成されている。ただ、最終層Ｐｎの単位コア部２４の幅は、他の層の単位コア部２４の幅に比べて最も大きく形成されている。これは図３に示しているように単位コア部２４が外周側に延びるにつれて周方向の幅が大きくなるためである。

尚、最終層Ｐｎも、電磁鋼帯２３の厚さ「ｔに」応じた直径の増加に対応して、スロット打抜きピッチＰが大きくなっている。ただし、スロット部２６の幅は各層と同じ幅に形成されている。

また、他の層と同様に単位コア部２４に挟まれたコアバック部２５の周方向の中央付近には折り曲げ部２７があり、この折り曲げ部２７に沿ってコアバック部２５が折り曲げられるものである。この最終層Ｐｎの折り曲げ部２７も電磁鋼帯２３に設けられているものではなく、巻き取り機によって巻き取られる時に結果として形成されるものである。

したがって、夫々の折り曲げ部２７の間に存在する単位コア部２４とコアバック部２５は平面状となるため、曲げ応力が発生しない、或いは発生しても極めて小さいものとなる。このため、曲げ応力による磁気特性の劣化を抑制できるものである。また、最終層(１周分)に形成される単位コア部２４は連続して形成されているので、特許文献１にあるような空隙を生じる恐れがなく、磁気特性が劣化するのを抑制できるものである。

このように、本実施形態によれば、環状に形成されたコアが連続した薄板状の電磁鋼帯で作られ、この電磁鋼帯を径方向に積層してコアを形成する共に、コアに形成された各層の単位コア部の外周面と、コアに形成された各層のコアバック部の外周面を平面状に形成した、構成を採用したものである。

これによれば、単位コアが連続的に形成されるので空隙が生じず、また、コアの単位コア部の外周面とコアバック部の外周面が平面状に形成されているので曲げ応力が緩和されるので磁気特性の劣化を抑制できる。

更に副次的であるが、単位コア部の外周面とコアバック部の外周面を円弧状に形成する成形治具等が不要となるので、製造コストの削減が可能となるものである。

次に本発明の第２の実施形態について図４、図５を用いて説明するが、第１の実施形態とは、コアバック部２５の折り曲げ部の位置が、コア部とスロット部の境界付近に設定されている点で異なっているものである。尚、本実施形態は、コアバック部２５の折り曲げ部の位置を、コア部とスロット部の境界付近に設定した点で第１の実施形態と異なっているだけであるので、同じ説明となるものについては、その説明を省略する。

第２の実施形態になる、多角形積層コア２２が形成される前の電磁鋼帯２３の形状について説明する。図４は単位コア部２４とコアバック部２５とスロット部２６が打抜き機で打ち抜かれた後の形状を示しており、単位コア部２４とスロット部２６の境界部分（繋ぎ目部分）を折り曲げ部２８として折り曲げることによって、図５に示す多角形積層コア２２が形成されるものである。

図４、図５において、電磁鋼帯２３は細長い連続した板状の形を有しており、第１層Ｐ１の巻き始め端部２３Ｓから最終層Ｐｎの巻き終り端部２３Ｅの間に、各層毎の単位コア部２４とコアバック部２５とスロット部２６が形成されている。

単位コア部２４とスロット部２６の境界付近、好ましくは境界部分のコアバック部２５には折り曲げ部２８があり、この折り曲げ部２８に沿ってコアバック部２５が折り曲げられるものである。この折り曲げ部２８は第１の実施形態と同様に、電磁鋼帯２３に設けられているものではなく、巻き取り機によって巻き取られる時に結果として形成されるものである。

したがって、夫々の折り曲げ部２８の間に存在する単位コア部２４と、夫々の折り曲げ部２８の間に存在するコアバック部２５は平面状となるため、曲げ応力が発生しない、或いは発生しても極めて小さいものとなるものである。

つまり、第１層Ｐ１で説明すると、スロット部２６に対応するコアバック部２５と、単位コア部２４に対応するコアバック部２５（この場合のコアバック部は単位コア部２４に形成されている）の境（単位コア部とスロット部の境界部分）が、折り曲げ部２８として折り曲げられているものである。したがって、単位コア部２４の面と、単位コア部２４の間に存在するコアバック部２５の面は平面状に形成されることになる。

この折り曲げられて形成された多角形積層コア２２を、軸方向に直交する面で断面した形状を図５に示している。１周分に相当する第１層Ｐ１が巻き始め端部２３Ｓから巻かれると、これに続いて第２層Ｐ２が巻かれ、所定数の層だけ巻かれると、これに続いて最終層Ｐｎが巻かれて巻き終わり端部２３Ｅで切断されるものである。

そして、電磁鋼帯２３は単位コア部２４とスロット部２６の境界部分で折り曲げられるので、スロット部２６に対応するコアバック部１５の領域と、単位コア部２４の領域とは平面状に形成されることになる。ここで、本実施形態では、単位コア部２４とスロット部２６の境界部分を折り曲げ部２８としているので、多角形積層コア２２の多角数を「Ｎ」、スロット数を「Ｓ」とした時、Ｎ＝Ｓ×２で多角数が決められている。

したがって、夫々の単位コア部２４と、この単位コア部２４の間に存在するコアバック部２５は平面状となるため、曲げ応力が発生しない、或いは発生しても極めて小さいものとなる。このため、曲げ応力による磁気特性の劣化を抑制できるものである。また、単位コア部２４は連続して形成されているので、特許文献１にあるような空隙を生じる恐れがなく、磁気特性が劣化するのを抑制できるものである。

また、折り曲げ部２８は、単位コア部２４とスロット部１６の境界部分のコアバック部２５に形成しているので、切り欠き効果で曲げ加工が容易となり、曲げによる寸法誤差が生じ辛くなっている。

更に、単位コア部２４とコアバック部２５の間の折り曲げ部２８の位置精度は、スロット打抜きされた電磁鋼帯２３を周方向に積層した最終形状において、多角形積層コア２２の形状変化に影響を与える。特に、多角形積層コア２２の外径が大きい場合では、電磁鋼帯２３の積層時の周方向の位置ずれにより、積層した電磁鋼帯２３間に隙間が生じ、モータ特性の低下や外径拡大の要因となる。

したがって、図４、図５に示す構成とすることで、単位コア部２４とコアバック部２５の間の折り曲げ部２８が、単位コア部２４の周方向の両端部２４Ａが基準となるため、位置誤差は緩和され、積層精度の良い多角形積層コア２２を提供できる。

次に本発明の第３の実施形態について図６、図７を用いて説明するが、第２の実施形態とは以下の点で異なっている。第２の実施形態では、一枚の連続した細長い電磁鋼帯を渦巻状に積層して多角形積層コア２２を形成しているが、本実施形態では、１層毎に多角形の環状コアを分離して形成し、これらを積層するように組み合せて多角形積層コア２２を形成するものである。この場合、夫々の環状コアの内周と外周が密着するように寸法が決められている。尚、本実施形態は、環状コアの積層形態が第２の実施形態と異なっているだけであるので、同じ説明となるものについては省略する。

図６、図７には、図４に示した1枚の連続した電磁鋼帯２３を、積層される各層毎に独立するように分割して多角形の環状のコアを形成し、これを積層して構成した多角形積層コア２２を示している。

図６は代表的に第１層Ｐ１の多角形の独立した環状コア２９を示しており、図４に示す第１層Ｐ１を切り取って得られるものである。したがって、第２層Ｐ２から最終層Ｐｎまでが分離して切り取られ、図７に示すような形状に積層されるものである。図６にある通り、切り取られた第１層Ｐ１の電磁鋼帯２３は折り曲げ部２８で折り曲げられ、更にこの後に第１層Ｐ１の電磁鋼帯２３の周方向の両端が溶接部３０で溶接されて、多角形の独立した環状コア２９が形成されている。

この多角形の環状コア２９は、第２実施例と同じように、スロット部２６に対応するコアバック部２５と、単位コア部２４に対応するコアバック部２５の境界部分が、折り曲げ部２８として折り曲げられているものである。したがって、単位コア部２４の面と、単位コア部２４の間に存在するコアバック部２５の面は平面状に形成されることになる。このようにして作られた多角形の環状コア２９は、図７に示すように積層順序にしたがって、内周側から外周に向かって積層されることになる。

尚、図７で示す黒い点は溶接部３０を示している。図７からわかるように、溶接部３０は、コアバック部２５の周方向の中央付近で形成されており、各層のスロット部２６に対して１層毎に１スロットだけずらして位置するように配置されている。

このような構成にすることによって、スロット打抜きのピッチ誤差による径方向のスロット部２６の配置誤差を緩和することができる。また、積層途中でピッチ誤差が生じても、ピッチ誤差を修正した電磁鋼帯２３を使用することで補正が可能となり、積層精度の良い多角形積層コア２２を提供できる。本実施形態では、一層毎に電磁鋼帯２３を分割する例で示したが、２層分、或いは３層分を１単位として実施例２と同様な方法で作製し、これを複数の単位で積層して多角形積層コア２２を作ることもできる。したがって、多角形積層コア２２の大きさや用途などによって使い分けることが可能である。

また、分割した多角形の環状コア２９の溶接部３０は、積層した状態で図７に示したように各層毎に周方向に分散させると良いものである。溶接部３０を分散させることにより、溶接部３０の存在による磁気特性のアンバランスを緩和させることができる。更に、環状コア２９の溶接部３０は、各層毎に溶接する必要はなく、最外周のみか、各層の任意の箇所で溶接しても良いものである。この場合、各層毎の溶接作業が不要となり、多角形積層コア２２の製造コストを低減することが可能となる。

更には、多角形の環状コア２９を積層する場合には、周方向位置決め治具等を排除することもできる。多角形の環状コア２９は、各層毎に前もって溶接部３０で接合しておき、軸方向から各層毎に挿入する構成としても良いものである。

また、連続した電磁鋼帯２３によって複数層の渦巻き積層領域からなる多角形の積層環状コアを形成し、これの最外周から、最終層となる溶接部で溶接された独立した多角形の環状コア２９を挿入して組み合わせることができる。これによれば、連続した電磁鋼帯２３で形成された多角形の環状コア２９の巻き終わり部２３Ｅを溶接接合することが不要となり、製造コストの低減が図れると共に、巻き終わり部２３Ｅの溶接箇所を低減でき、溶接部３０の磁気特性劣化を緩和できる効果も得られるようになる。

次に、多角形積層コア２２の製造方法について、図８、図９を用いて説明する。図８は、第２の実施形態である多角形積層コア２２の製造方法を説明するための図である。

電磁鋼帯（磁性薄板）２３は、電磁鋼帯２３の長手方向の一方面を一定長のスロット幅Ｗｐで打ち抜くための打抜き刃３１を備えた打抜き機３２を用い、打抜き刃３１を矢印で示した下方向に押し下げることで、電磁鋼帯２３の一方面を打ち抜いて、スロット部２６が形成される。スロット部２６が打ち抜きされた電磁鋼帯２３の巻き始め端部２３Ｓは、巻き取り治具３３に仮止めされ、電磁鋼帯２３を矢印方向に送るための、例えば、ガイドローラ３４、及び送りローラ３５からなる送り機構の送りローラ３５を駆動するステップモータの設定にあわせて、巻取り治具３３が回転することで、電磁鋼帯２３は巻き取り機の巻き取り治具３３の周囲に渦巻状に積層される。

そして、押えローラ３６により、コアバック部２５は、巻き取り治具３３に押え付けられ、コアバック部２５の折り曲げ部２８と巻き取り治具３３の角部３３Ａが密着し、折り曲げ精度の良い多角形積層コア２２が形成できる。電磁鋼帯２３の巻き終わり端部（図示せず）は切断され、切断部を重なっている電磁鋼帯２３に溶接して固定することにより多角形積層コア２２が完成される。

ここで、多角形積層コア２２の最内周側から第１層目、第２層目・・・と最外周側に巻き進むにしたがって、打抜きピッチＰが大きくなってくる。図８において、ステップモータ（図示せず）の設定で、送りローラ３５とガイドローラ３４が所定の角度だけ回転し、電磁鋼帯２３は矢印方向に移動する。各層の打抜きピッチＰは、積層後の完成形状において、スロット部２６が、多角形積層コア２２の中心から放射状に、かつ直線状に平行スロットとなるように決められ、これにしたがって電磁鋼帯２３は所定のピッチで移動されるものである。

また、図８の拡大部Ｓで示すように、電磁鋼帯２３の巻き始め端部２３Ｓは、コアバック部２５を用いるのが望ましく、概ねスロット幅Ｗｐの長さで、電磁鋼帯２３の折り曲げ部２８と、この電磁鋼帯２３の折り曲げ部２８に対応した巻き取り治具３３の角部３３Ａとが一致する構成としている。尚、コアバック部２５の巻き始め端部２３Ｓの長さをスロット幅Ｗｐと概ね同じ長さとしているが、巻き取り治具３３に、仮止めできる範囲であれば、特別、長さを限定するものではない。

このような製造装置を使用して、図９による製造工程フローが実施される。図９において、先ず工程Ｓ１０でガイドローラ３４、送りローラ３５によって電磁鋼帯２３を打抜き機３２に送り込むが、電磁鋼帯２３は所定のピッチＰで打抜き機３２に送り込まれる。次に、電磁鋼帯２３が送られてくると、行程Ｓ２０で打抜き機３２は、スロット部２６を形成するため、電磁鋼帯２３の一部を打ち抜くように動作する。

打抜き機２を通過した電磁鋼帯２３は図４に示しているような形状に打ち抜かれ、単位コア部２４、コアバック部２５、スロット部２６が形成されている。次に、行程Ｓ３０で巻き取り治具３３によって電磁鋼帯２３が巻き取られる。行程Ｓ３０では電磁鋼帯２３の第１層Ｐ１の巻き始め端部２３Ｓが巻き取り治具３３に巻き掛けられ、巻き取り治具３３の回転によって、電磁鋼帯２３が巻き取り治具３３の周囲に積層するようにして巻き取られる。

この巻き取りの行程で、行程Ｓ４０で押えローラ３６と巻き取り治具３３の角部３３Ａによって電磁鋼帯２３は折り曲げられて上述した単位コア部２４とコアバック部２５に平面が形成され、所定の積層数に達すると切断されて端末処理(溶接処理)が行われて、図５に示す多角形積層コア２２が得られるものである。工程Ｓ４０が終了すると、行程Ｓ５０で巻線が多角形積層コア２２の単位コア部２４に巻回され、各相の単位コア部２４の全てに巻線が巻回されると固定子が完成されるものである。

このようにして作られた固定子は、図１に示すようなアキシャルギャップ型モータに使用される。本実施形態（実施例１〜実施例３）になる多角形積層コア２２は磁気特性が改善されているので、高効率のアキシャルギャップ型モータとすることができる。

次にアキシャルギャップ型モータを使用した電動ウォータポンプについて説明する。図１０に示すように、回転軸線４０を中心に回転する回転子４１がシャフト４２に固定され、回転軸線４０の軸方向に、回転子４１に対向して固定子４３が配置され、これにより、アキシャルギャップ型モータを構成している。回転子４１の固定子４３に対向する面と反対側の面には、インペラ４４が固定されており、インペラ４４は、第１ハウジング４５に収容されている。

第１ハウジング４５内には、回転軸線４０の周りに流体の流れを形成するポンプ室４６、４７が設けられており、インペラ４４の回転によって、ポンプ室４６内に吸入された冷却水は、遠心力をよって径方向外側のポンプ室４７に押し出され、最後は、第１ハウジング４５に設けられた流出口（図示せず）から吐出される。図１０に示すように、回転子４１とインペラ４４とはインサート成形により一体成形されている。

図１０に示すように、回転子４１、インペラ４４、及び固定子４３は、合成樹脂よりなる第１ハウジング４５及び第２ハウジング４８内に収容されており、第１ハウジング４５及び第２ハウジング４８は、Ｏリングを介してボルトで互いに締結されている。回転子４１は、シャフト４２に固定されており、回転子４１と一体成形されたインペラ４４は、回転子４１と共に、回転軸線４０を中心に回転する。

固定子４３は、回転軸線４０の軸方向に、回転子４１に対向して配置されている。固定子４３は、モールド樹脂で覆われたキャンド構造となっており、第２ハウジング４８と一体化されている。これにより、シャフト４２は、軸受４９を介して固定子４３で回転可能に支持される。

また、第２ハウジング４８の底部には、モールド樹脂で覆った回路基板５０が装着されている。回路基板５０には、モータを駆動制御するスイッチング素子等が実装されている。また、第１ハウジング４５及び第２ハウジング４８内には、インペラ４４の回転により、ポンプ室４６、４７内に吸入された冷却水が流出口から吐出される流路とは別に、モータや回路基板等を冷却するための複数の流路が形成されている。

例えば、回転子４１と固定子４３との隙間には、径方向に沿った流路が形成されており、ポンプ室４６と連通している。これにより、回転子４１と固定子４３との隙間に冷却水が循環し、固定子４３の上面を冷却することができる。

また、固定子４３と第２ハウジング４８の内側壁との隙間には、軸方向に沿った流路５１が形成されており、これにより、固定子４３の側面を冷却することができる。更に、階転子４１と第２ハウジング４８の底壁との隙間には、径方向に沿った流路５２が形成されており、これにより、回路基板５０からの熱を、第２ハウジング４８の底壁を介して流路５２に伝達することができる。

このような構成の電動ウォータポンプにおいて、多角形積層コア２２の巻線にバッテリ（図示せず）から電力が回路基板５０を介してして供給され、固定子４３で発生する回転磁界と回転子４１の永久磁石で発生する磁界との間の吸引力／反発力によって回転子４１が回転する。従って、回転子４１と一体になっているインペラ４４により冷却水の吸入、吐出が行わるものである。

このように、電動ウォータポンプに、本実施形態の多角形積層コアを用いたアキシャルギャップ型モータを適用することにより、小型、薄型の高効率な電動ウォータポンプを提供できる。また、多角形積層コアをハウジング内に保持する場合、例えば、多角形積層コアとハウジングを一体モールドする場合など、多角形積層コアの回り止めが不要となる効果が得られる。

また、多角形積層コアのモールド材とハウジングの材料を同じにして、多角形積層コアの表面を覆うようにモールドすれば、モールド材によって隔壁を同時に形成できるため、これまでの金属からなる隔壁を省略することができる。尚、多角形積層コアのスロット数は、９極以外でもよく、記載してないが永久磁石の個数（極数）も任意の個数を採用することができる。

以上述べた通り本発明によれば、環状に形成されたコアの少なくとも１周分が連続した薄板状の電磁鋼帯で作られ、この電磁鋼帯を径方向に積層してコアを形成する共に、コアに形成された単位コア部の外周面と、コアに形成されたコアバック部の外周面を平面状に形成した、構成を採用した。

これによれば、単位コアが連続的に形成されるので空隙が生じず、また、コアの単位コア部の外周面とコアバック部の外周面が平面状に形成されているので曲げ応力が緩和されるので磁気特性の劣化を抑制できる。

更に副次的であるが、単位コア部の外周面とコアバック部の外周面を円弧状に形成する成形治具等が不要となるので、製造コストの削減が可能となるものである。

本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１０…アキシャルギャップ型モータ、１１…ハウジング、１２…固定子、１３…回転子、１４…コアバック部、１５…コア、１７…巻線、１８…永久磁石、１９…バックヨーク、２０…回転軸、２２…多角形積層コア、２３…電磁鋼帯、２３Ｓ…巻き始め端部、２３Ｅ…巻き終わり端部、２４…単位コア部、２５…コアバック部、２６…スロット部、２７、２８…折り曲げ部、２９…多角形の環状コア、３０…溶接部、３１…打抜き刃、３２…打抜き機、３３…巻き取り治具、３４…ガイドローラ、３５…送りローラ。

Claims (13)

1. アキシャルギャップ型モータに使用され、巻線が巻回される複数の単位コア部と、隣り合う前記単位コア部の間に形成されたスロット部と、前記スロット部に対応して形成され隣り合う前記単位コア部を接続するコアバック部とが環状に配置された環状コアを備えた固定子であって、
   少なくとも１周分が連続した薄板状の電磁鋼帯で作られ、前記電磁鋼帯を径方向に積層して前記環状コアを形成する共に、前記環状コアに形成された前記単位コア部の外周面と、前記環状コアに形成された前記コアバック部の外周面を平面状に形成したことを特徴とする固定子。
2. 請求項1に記載の固定子において、
   前記環状コアは、連続した前記電磁鋼帯が所定数だけ渦巻き状に積層されて形成されていることを特徴とする固定子。
3. 請求項1に記載の固定子において、
   前記環状コアは、１周分毎に分割された複数の前記電磁鋼帯が所定数だけ積層されて形成されていることを特徴とする固定子。
4. 請求項1に記載の固定子において、
   前記環状コアは、連続した前記電磁鋼帯が所定数だけ渦巻き状に積層されて形成されている渦巻き積層領域と、最終層の１周分だけが独立して形成された環状の前記電磁鋼帯が前記渦巻き積層領域に積層されて形成されていることを特徴とする固定子。
5. 請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の固定子において、
   前記環状コアは、前記コアバック部の周方向の中央付近で折り曲げられた折り曲げ部を有し、前記単位コア部の両側に位置する前記折り曲げ部に挟まれた前記単位コア部と前記コアバック部が同一平面として形成されていることを特徴とする固定子。
6. 請求項５に記載の固定子において、
   前記環状コアは、前記折り曲げ部によって多角形に形成され、前記多角形の多角数を「Ｎ」、スロット数を「Ｓ」とした時、Ｎ＝Ｓ×1によって前記多角形の多角数が決められていることを特徴とする固定子。
7. 請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の固定子において、
   前記環状コアは、前記単位コア部と前記スロット部の境界付近の前記コアバック部で折り曲げられた折り曲げ部を有し、前記折り曲げ部に挟まれた前記単位コア部と、前記折り曲げ部に挟まれた前記コアバック部が、異なった平面として形成されていることを特徴とする固定子。
8. 請求項７に記載の固定子において、
   前記環状コアは、前記折り曲げ部によって多角形に形成され、前記多角形の多角数を「Ｎ」、スロット数を「Ｓ」とした時、Ｎ＝Ｓ×２によって前記多角形の多角数が決められていることを特徴とする固定子。
9. 請求項２に記載の固定子において、
   前記環状コアを形成する前記電磁鋼帯は、前記単位コア部と、前記スロット部と、前記コアバック部が、連続した前記電磁鋼帯に所定の間隔で複数個連続して形成されていることを特徴とする固定子。
10. 請求項３に記載の固定子において、
    前記環状コアを形成する前記電磁鋼帯は、前記単位コア部と、前記スロット部と、前記コアバック部がスロット数に対応して等分割されて形成されていることを特徴とする固定子。
11. 巻線が巻回される環状コアを備えた固定子と、前記固定子に所定の隙間を介して対向する磁石とバックヨークを備えた回転子と、前記回転子が固定され前記回転子と共に回転する回転軸と、前記固定子を固定すると共に前記回転子を収納するハウジングとを備えたアキシャルギャップ型モータであって、
    前記固定子が、請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の固定子から構成されていることを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
12. ポンプ部と、前記ポンプを駆動してポンプ動作を行うロータ部とステータ部から構成されるアキシャルギャップ型モータと、前記アキシャルギャップ型モータを駆動制御する制御部とからなる電動ポンプであって、
    前記アキシャルギャップ型モータが、請求項１１に記載されているアキシャルギャップ型モータから構成されていることを特徴とする電動ポンプ。
13. アキシャルギャップ型モータに使用され、巻線が巻回される複数の単位コア部と、隣り合う前記単位コア部の間に形成されたスロット部と、前記スロット部に対応して形成され隣り合う前記単位コア部を接続するコアバック部とが環状に配置された環状コアを備えた固定子の製造方法であって、
    前記環状コアを形成する細長い電磁鋼帯を打抜き機に送る工程と、
    前記打抜き機によって前記電磁鋼帯に、前記単位コア部と、前記スロット部と、前記コアバック部を形成する工程と、
    前記単位コア部と、前記スロット部と、前記コアバック部が形成された電磁鋼帯を巻き取り機で巻き取る工程と、
    前記巻き取り機で前記電磁鋼帯を巻き取る過程で、前記単位コア部の外周面と、前記環状コアに形成された前記コアバック部の外周面を平面状に形成する平面形成工程と
    によって前記環状コアを形成することを特徴とする固定子の製造方法。

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