JP6048723B2

JP6048723B2 - モータステータコア及びその製造方法

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Publication number: JP6048723B2
Application number: JP2012158016A
Authority: JP
Inventors: 中井　基生; 基生中井
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2012-07-13
Filing date: 2012-07-13
Publication date: 2016-12-21
Anticipated expiration: 2032-07-13
Also published as: JP2014023224A

Description

本発明はモータステータコア及びその製造方法に関する。

従来、ブラシレス直流モータ等の各種モータに用いられるステータコアは、渦電流の発生を抑えるため、電磁鋼板又はフェライト板等の薄い磁性板を積層して作製されている。そして、作製されたステータコアのティース部に巻線を巻きつけて固定子を形成し、さらに回転子を支軸に組み付けてモータを構成している。
特許文献１に開示されたモータ用コアは、磁性板の表面にシリカ・コロイド粒子を含むリン酸塩系の溶液をコーティングし、焼き付けした後、所定形状に打ち抜いて成型し、成型された各金属板を積層して製作されている。このモータ用コアによれば、積層される金属板どうしが、コーティングされ焼き固められた絶縁層で絶縁される。この構成によって、金属板と金属板との間の渦電流の漏れを抑え、その結果コアの鉄損を低減することができる。

特開昭61-41778号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術によれば、コートされた絶縁層の厚みを無視することはできず、このため、正味の金属板の厚みが減少してしまい、十分な磁束を発生させることができず、モータの高効率化が図れないという問題がある。
また絶縁層の耐衝撃性が十分でないために、モータの耐用期間も短縮してしまう。
またモータの回転時の固有振動のために、モータ用コアを構成する各金属板の間で芯ずれが起きることがあり、この芯ずれを防止するために、図５に示すように、金属板間を溶接しているが、この溶接部Ｗ′の長さ（積層方向に沿った長さ）が、積層されたモータ用コア片の最下層から最上層までにわたり、溶接に手間がかかるという問題もある。

本発明は、かかる実情に鑑み、磁束を効率よく発生させることができ、耐用期間が長く、小型で軽量なモータステータコアを提供するものである。また本発明はこのモータステータコアの簡単な製造方法を提供するものである。

本発明のモータステータコアは、磁性板の表面に絶縁膜と磁性材料膜とが交互に積層されたステータコア片を複数重ね合わせた構造を有し、前記絶縁膜は、エアロゾルデポジション法にて絶縁物粒子を１０μｍ〜５０μｍの厚さに形成した膜であり、前記ステータコア片は打ち抜きによって、所定形状に成型され、複数の前記所定形状に成型されたステータコア片どうしが、ステータコア片の周囲の一部において、溶接により接合されて重ね合わされているものである。

この構成であれば、エアロゾルデポジション法を採用することにより、塗付法や重ね合わせシートなどで形成する場合と比べて、薄くて、緻密で、強度・密着力の高い絶縁膜を形成することができる。
このため、所定形状に打ち抜いて成型する時に絶縁膜にクラックなどを生じさせることなく成型することができる。そして、モータステータコアとしての必要な厚さを得るために、打ち抜かれたこれらのモータステータコア片を複数枚積層し、溶接で接合するようにしているが、モータステータコア片には、エアロゾルデポジション法にて薄くて緻密で強度・密着力の高い絶縁膜が形成されていることから、この溶接時においても、溶接の対象となる領域は非常に小さい範囲で済む。

またエアロゾルデポジション法を採用することにより、前記磁性材料膜として、磁性体粒子を１０μｍ〜１００μｍの厚さに形成することができる。
エアロゾルデポジション法で用いる絶縁物粒子は、セラミック材料を主成分とする粒子であることが好ましい。
また本発明のモータステータコアの製造方法は、前述したモータステータコアに係る本発明と、実質同一発明に属する製造方法の発明である。

本発明によれば、従来より薄肉のモータステータコア片を形成できるので、モータの鉄損を低減でき、高速回転化が可能になるという優れた効果を奏する。

電磁鋼板又はフェライト板の表面に絶縁膜と磁性材料膜とを交互に積層して、モータステータコアを製造する方法を説明するための工程図である。各磁性板１０の表面に絶縁膜１１、磁性体膜１２、絶縁膜１１を積層したモータステータコア片１３ａ，１３ｂどうしを重ね合わせて、溶接して固着させた状態を示す斜視図である。４つのモータステータコア片１３１〜１３４を組み合わせて作製したモータステータコア１を示す正面図である。絶縁物粒子としてセラミックス粒子を採用する場合の、モータステータコア１の製造例を説明するための工程図である。モータ用コアを構成する各金属板の間で起こる芯ずれを防止するために、金属板間を溶接した状態を示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図１は、ベースとなる電磁鋼板又はフェライト板（以下「磁性板１０」という）の表面に絶縁膜と磁性材料膜とを交互に積層して、モータステータコア片１３を製造する方法を説明するための工程図である。
まず図１（ａ）に示す磁性板１０の表面に、図１（ｂ）のように、各モータステータコア片１３の形を繰り抜いたマスクＭを当て、エアロゾルデポジション法にて、ノズルＮを通して絶縁物粒子を、磁性板１０の表面に吹き付ける。

エアロゾルデポジション法とは、粒子を基板に吹き付けることにより、機械的な衝撃力によって基板に、緻密、高強度、高密着力の被膜を形成する方法である。粒子をガスと混合し、煙草の煙のようなエアロゾル状態にし、チャンバー内でノズルを通して基板に噴射して被膜を形成する。粒子は基板上に吹き付けられ衝突した時、微結晶粒子に破砕・変形され、基板上に緻密な膜が形成される。

このようにして絶縁物粒子を吹き付けて磁性板１０に絶縁膜１１を形成した後マスクＭを除去し、図１（ｃ）に示すように、エアロゾルデポジション法にて、磁性体粒子を表面に吹き付ける。これにより、磁性体粒子は、吹き付けられ衝突した時、微粒子に破砕・変形され、緻密な磁性体膜１２が形成される。
さらに磁性体膜１２の上からマスクＭを当てて、図１（ｄ）に示すように、エアロゾルデポジション法にて、ノズルＮを通して絶縁物粒子を磁性板１０の表面に吹き付ける。このようにして、積層シート１６を作製し、最後に図１（ｅ）に示すように、積層シート１６を、プレス機械等によって打ち抜いて、モータステータコア片１３を製造する。

なお、図１では、磁性板１０の表面に絶縁膜１１、磁性体膜１２、絶縁膜１１を積層した例を示したが、積層回数はこれに限られるものではない。必要であれば、さらに絶縁膜１１を形成する工程と磁性体膜１２を形成する工程とを所定回数繰り返し行ってもよい。
図２は、それぞれ磁性板１０の表面に絶縁膜１１、磁性体膜１２、絶縁膜１１を積層したモータステータコア片１３ａ，１３ｂどうしを重ね合わせて、溶接して固着させた状態を示す斜視図である。図２右下の拡大図に示すように、一方のモータステータコア片１３ａの絶縁膜１１を、他方のモータステータコア片１３ｂの磁性板１０に対向させて重ね合わせ、モータステータコア片１３の内周の、重ね合わせた個所Ｗ1をレーザ溶接して、一枚のモータステータコア片１３としている。溶接個所はモータステータコア片１３の周囲に位置していればよく、その位置、数は限定されない。例えば、図２に示すように、モータステータコア片１３の外周上の所定個所Ｗ2、ティース部１４の側片上の所定個所Ｗ3，Ｗ4をレーザ溶接しても良い。

このようにモータステータコア片１３ａの絶縁膜１１と、他方のモータステータコア片１３ｂの磁性板１０とを、複数個所において固着するだけで良いので、積層方向に沿った溶接の範囲は極めて短くて済む。
図３は、４つのモータステータコア片１３１〜１３４を組み合わせて作製したモータステータコア１を示す正面図である。モータステータコア１は、図３に示すように、モータステータコア１のティース部１４１〜１４４にコイル線Ｃを巻いてコイルを形成し、各モータステータコア片１３１〜１３４の端面どうしを接合して、回転体形状としたものである。各モータステータコア片１３１〜１３４の端面は互いに９０度の角度を形成し、４つのモータステータコア片１３１〜１３４を組み合わせて接合することによって、回転体形状のモータステータコア１が製作される。モータステータコア１の中心部には軸穴が開口され、ここに磁石を含むロータ１５が配置される。

各モータステータコア片１３１〜１３４を組み合わせて接合するには、一方のモータステータコア片、たとえば１３１の端面と他方のモータステータコア片、たとえば１３２の端面とを対向させて重ね合わせ、周囲部をレーザ溶接している。溶接個所はモータステータコア片１３の端面における外周上の複数の個所である。なおレーザ溶接をしないで、単に機械的に接合するだけの実施も可能である。

このようにして製作されたモータステータコア１をケースに収容し、ロータ１５を軸受けに通し、コイル線Ｃの端末を外部端子若しくは起動回路基板に接続することにより、本発明のモータステータコア１を用いたモータが完成する。
次に、絶縁物粒子としてセラミックス粒子を採用する場合の、モータステータコア１の製造例について述べる。

図４を参照して、厚さ５０〜１００μｍの磁性板１０をエアロゾルデポジション・チャンバ内に設置する（図４（ａ））。磁性板１０としては、ケイ素鋼板又はフェライト板を採用することができる。ケイ素鋼板は、鉄にケイ素（Ｓｉ）を１〜７重量％含む組成を有する鋼板である。フェライト板は、たとえばＭ₂＋ＯＦｅ₂Ｏ₃（ＭはＦｅ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ｂａから選ばれる１種又はそれ以上の元素）の組成を有するフェライト板である。

エアロゾルデポジション法により、マスクＭ（図示せず）を通してＡｌ₂Ｏ₃，ＡｌＮ，Ｓｉ₃Ｎ₄，ＳｉＯ₂などのセラミックス粒子を吹き付ける（図４（ｂ））。セラミックス粒子の粒径は１．０〜５０μｍ、温度は０〜２００℃である。吹き付け圧は０．１ＭＰａ〜１００Ｐａ、粉体の衝突速度は１００〜８００m/secである。形成されるセラミックス絶縁膜１１の厚さは１０μｍ〜５０μｍという範囲の中から選ばれる所定の厚さになるように、吹き付ける時間、ノズルと磁性板１０との距離、吹き付け圧、衝突速度などを調節する。セラミックス絶縁膜１１の厚さが１０μｍ未満であれば、強度が不足するとともに絶縁性が低下するおそれがある。５０μｍを超えてしまうと、磁束量が低下するおそれがある。

次に、マスクＭを取り外して、前述した磁性板１０と同様の成分からなる粒子を、エアロゾルデポジション法により吹き付ける（図４（ｃ））。吹き付けの条件は、前述したセラミックス粒子と同様であり、粒径１．０〜５０μｍ、温度０〜２００℃、吹き付け圧０．１ＭＰａ〜１００Ｐａ、粉体の衝突速度１００〜８００m/secである。形成される磁性体膜１２の厚さが１０μｍ〜１００μｍという範囲の中から選ばれる所定の厚さになるように、吹き付ける時間、ノズルＮと磁性板１０との距離、吹き付け圧、衝突速度などを調節する。磁性体膜１２の厚さが１０μｍ未満であれば、強度が不足し打ち抜き時に割れ部分が発生するというおそれがある。１００μｍを超えてしまうと、鉄損が増え効率が低下する恐れがある。

さらに、前述したセラミックス粒子の吹き付けと同様の条件で、マスクＭ（図示せず）を通して、エアロゾルデポジション法により、Ａｌ₂Ｏ₃，ＡｌＮ，Ｓｉ₃Ｎ₄，ＳｉＯ₂などのセラミックス粒子を吹き付ける（図４（ｄ））。このようにして積層シート１６を完成する。
最後に、プレス機械によって、積層シート１６をモータステータコア片１３の形状に打ち抜く（図４（ｅ））。

以上のように、磁性板１０の表面にエアロゾルデポジション法にて、絶縁物粒子を１０μｍ〜５０μｍの厚さに形成する工程と、磁性板１０と同様の成分からなる粒子を１０μｍ〜１００μｍの厚さに形成する工程とを交互に行って積層シート１６を作製するようにしたので、絶縁膜１１を、塗付法や重ね合わせシートなどで形成する場合と比べて、薄くて、緻密で、強度・密着力の高い絶縁膜１１や磁性体膜１２を形成することができる。

このプレス機で打ち抜きの対象となる積層シート１６は比較的薄いものであるので、打ち抜き時に絶縁膜１１にクラックなどを生じさせることなく、打ち抜くことができる。そして、モータステータコア片１３の必要な厚さを得るために、打ち抜かれたこれらのモータステータコア片１３を複数枚積層し、レーザ溶接で接合するようにしているが、モータステータコア片１３には、薄くて緻密で強度・密着力の高い絶縁膜１１や磁性体膜１２が形成されていることから、このレーザ溶接時においても、溶接の対象となる領域は非常に小さい範囲で済む。

以上に説明した本発明のモータステータコアの形状は、図１〜３に示すものには限られず、ステータのコアとして用いることができる限り、任意の形状とすることができる。以上の実施形態では４相モータを示したが、例えば、ステータの分割数を変えることにより、３相モータ、５相以上のモータにも応用することができる。またモータステータコア片１３の積層枚数、モータステータコア１を構成するモータステータコア片１３の分割数も前述した各本数には限られない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。

１…モータステータコア、１０…磁性板、１１…絶縁膜、１２…磁性体膜、１３…モータステータコア片、１６…積層シート

Claims

磁性板の表面に絶縁膜と磁性材料膜とが交互に積層されたステータコア片を複数重ね合わせた構造を有するモータステータコアであって、
前記絶縁膜は、エアロゾルデポジション法にて絶縁物粒子を１０μｍ〜５０μｍの厚さに形成した膜であり、
前記ステータコア片は打ち抜きによって、所定形状に成型され、
複数の前記所定形状に成型されたステータコア片どうしが、ステータコア片の周囲の一部において、溶接により接合されて重ね合わされていることを特徴とするモータステータコア。
前記磁性材料膜は、エアロゾルデポジション法にて磁性体粒子を１０μｍ〜１００μｍの厚さに形成した膜である、請求項１に記載のモータステータコア。
前記絶縁物粒子は、セラミック材料を主成分とする粒子である、請求項１又は請求項２に記載のモータステータコア。
磁性板の表面に絶縁膜と磁性材料膜とが交互に積層されたステータコア片を複数重ね合わせた構造を有するモータステータコアの製造方法であって、
前記磁性板の表面に、エアロゾルデポジション法にて、絶縁物粒子を１０μｍ〜５０μｍの厚さに形成する工程と、磁性材料膜を形成する工程とを交互に行ってステータコア片を作製し、
前記ステータコア片を打ち抜きによって、所定形状に成型し、
前記所定形状に成型されたステータコア片の周囲の一部においてレーザ溶接により接合して重ね合わせることを特徴とするモータステータコアの製造方法。