JP7410864B2 - ステータコア、及び回転電機 - Google Patents
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Description
本出願は、2018年9月18日出願の日本出願第2018-173486号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
圧粉磁心によって構成したステータコアは、モータのハウジング等の周囲部材に固定する必要がある。
圧粉磁心によるステータコアの固定方法としては、例えば、ハウジングとステータコアとの間に接着剤等による接着層を介在させることが考えられる。ハウジングとステータコアとを接着層によって固定することは試作等では許容されるが、製品とした場合、機械的に固定されていないため、信頼性の観点から好ましくない。
このように、圧粉磁心によるステータコアは、より高い信頼性で周囲部材に固定されることが望まれる。
本開示によれば、より高い信頼性で周囲部材に固定することが可能になる。
[実施形態の概要]
(1)一実施形態であるステータコアは、アキシャルギャップ型の回転電機用のステータコアであって、表面を絶縁膜で被覆した軟磁性粉末の加圧成形体により構成された本体部を備え、前記本体部には、1又は複数の貫通孔が設けられている。
この場合、磁路の断面積を減少させて磁束の流れを妨げる可能性がある貫通孔をヨークに設けたので、ティース部における磁束の流れを適切に確保することができる。
この場合、貫通孔が一面における一対のティース部同士間の領域の隅側又は前記領域外に設けられるので、ヨークにおける一対のティース部同士間の領域を通過する磁束の流れを貫通孔が妨げてしまうのを抑制することができる。
この場合、磁路の断面積を必要最小限確保できる。なお、ヨークの外形輪郭に基づく断面積のうち、貫通孔の輪郭に基づく断面積の占める割合は、小さければ小さいほど、磁路の断面積を大きく確保できヨークにおける磁束の流れを適切に確保することができる。よって、ヨークの外形輪郭に基づく断面積のうち、貫通孔の輪郭に基づく断面積の占める割合を、30パーセント以下としてもよく、さらに10パーセント以下としてもよい。
この場合、ヨークよりも軸方向の厚みが大きいティース部に貫通孔を設けたので、貫通孔を設けたことによる本体部の強度低下を抑制することができる。
また、磁路の断面積を減少させて磁束の流れを妨げる可能性がある貫通孔をティース部に設けたので、ヨークにおける磁束の流れを適切に確保することができる。
この場合、必要最小限の磁路を確保できる。
なお、ティース部の外形輪郭に基づく断面積のうち、貫通孔の輪郭に基づく断面積の占める割合は、小さければ小さいほど、磁路の断面積を大きく確保できティース部における磁束の流れを適切に確保することができる。よって、ティース部の外形輪郭に基づく断面積のうち、貫通孔の輪郭に基づく断面積の占める割合を、30パーセント以下としてもよく、さらに10パーセント以下としてもよい。
上記構成の製造方法によれば、粗形品の外形と、1又は複数の貫通孔とを加圧成形工程において形成できるので、例えば、粗形品の外形を形成した後にドリル等で貫通孔を明ける場合と比較して、製造に要する費用や時間を抑制することができる。
以下、実施形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、以下に記載する各実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
図1は、一実施形態に係るアキシャルギャップモータの構成を示す斜視図である。なお、図1では、内部の構成を示すために構成の一部を除いて示している。
なお、図1では、ハウジング6の孔部6aに挿通されハウジング6に対して相対回転可能に設けられる回転軸を省略して示している。なお、軸方向とは前記回転軸の軸心Sに平行な方向をいう。
図2は、ロータ2の外観図である。図2に示すように、ロータ2は、前記回転軸が挿通される孔部2cを有する円環板状とされている。複数の磁石8は、非磁性材料により形成された保持部材9によって保持されている。
複数の磁石8は、周方向に沿って環状に配列されている。複数の磁石8のうち互いに隣り合って並ぶ磁石8同士は、ロータ2の一面2a(又は他面2b)において露出する一面8a(他面8b)の磁極が互いに異なるように配列されている。つまり、ロータ2の一面2a(又は他面2b)において露出する複数の磁石8の一面8a(又は他面8b)の磁極は、周方向に沿って交互に異なっている。
コイル24が巻き回された複数のティース部22の先端面22aは、ロータ2の一面2a(他面2b)に対向している。前記ギャップは、複数のティース部22の先端面22aと、ロータ2の一面2a(他面2b)との間で構成される。
図3は、第1実施形態に係るステータコア20を示す外観図である。
図3に示すように、ステータコア20は、円環状の本体部26を備える。
ヨーク部28は、前記回転軸が挿通される孔部28cを有する円環板状であり、軸方向に交差(例えば、直交)する一面28a及び一面28aの裏側の裏面28bを有する。また、一面28a側に複数のティース部22が突出して設けられている。
本体部26は、複数(図例では6つ)の分割体30を組み合わせることで円環状とされている。
1つの分割体30は、円環状のヨーク部28を周方向に分割した分割ヨーク部32と、分割ヨーク部32の一面32aに突設された2つのティース部22とを含んで構成されている。
分割ヨーク部32は、各分割体30を組み合わせて本体部26としたときにヨーク部28を構成する。よって、分割ヨーク部32の一面32aはヨーク部28の一面28aとなる。また、分割ヨーク部32の裏面32bはヨーク部28の裏面28bとなる。
貫通孔34は、断面円形であり、一面32aから裏面32bに亘って軸方向に沿って(例えば、軸方向に平行)に貫通している。また、貫通孔34は、分割ヨーク部32に突設された2つのティース部22の間に設けられている。
貫通孔34は、各分割ヨーク部32に1つ設けられている。よって、ステータコア20全体としては6つの貫通孔34が設けられている。
図4Aに示すように、分割ヨーク部32の裏面32bは、蓋部10の内面10aに当接している。
貫通孔34には、蓋部10に設けられた雌ねじ部10bに螺合する皿ねじ36が挿通されている。
図4Bに示すように、分割ヨーク部32の外形輪郭は、一面32a側の輪郭線L1と、裏面32b側の輪郭線L2と、分割ヨーク部32の内径側の輪郭線L3と、外径側の輪郭線L4とを含んだ矩形状である。
本実施形態では、輪郭線L1,L2,L3,L4で構成される矩形の断面積(分割ヨーク部32の外形輪郭に基づく断面積)のうち、貫通孔34の断面積が占める割合が50パーセント以下とされる。
分割ヨーク部32に貫通孔34を設けると、磁路の断面積が減少し、分割ヨーク部32における磁束の流れを妨げる可能性がある。
なお、貫通孔34の輪郭に基づく断面積の占める割合の下限値は、ステータコア20を固定しうる最小の直径の皿ねじ36を挿通可能な貫通孔34を分割ヨーク部32に設けた場合における当該貫通孔34の輪郭に基づく断面積の占める割合である。より具体的に、貫通孔34の内径が2mm以上とすると、貫通孔34の輪郭の幅は2mm以上であり、少なくとも2mmに分割ヨーク部32の厚さ寸法を乗じた値が貫通孔34の輪郭に基づく断面積となり、分割ヨーク部32の外形輪郭に基づく断面積に対するこの値の割合が、前記下限値となる。
また、複数の貫通孔34が周方向に間隔を置いて設けられている場合、上述の貫通孔34の輪郭に基づく断面積は、軸心Sと複数の貫通孔34の中心線とを含む複数の面それぞれの分割ヨーク部32の断面について求められる。複数の面それぞれの分割ヨーク部32の断面における貫通孔34の輪郭に基づく断面積の占める割合が、上述の数値範囲の条件を満たす。
よって、分割体30を組み合わせてなる本体部26も圧粉磁心により構成される。
分割体30を製造する工程には、軟磁性粉末に絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜が形成された軟磁性粉末を金型に充填し加圧成形する加圧成形工程と、加圧成形された粗形品を400度~800度で熱処理する工程とが含まれる。
なお、加圧成形工程においては、得られる粗形品におけるバルク材と比較したときの相対密度は90%以上に設定される。これにより、十分な強度を確保することができる。
図5に示すように、軟磁性粉末を加圧成形する工程において用いられる金型50は、ダイ52と、上パンチ54と、下パンチ56とを備えている。上パンチ54には、貫通孔34を形成するための突起54aが設けられている。また、下パンチ56には、突起54aを逃がすための孔部56aが設けられている。
このように、加圧成形工程では、粗形品40の外形の形成と、貫通孔34とを形成可能な金型50を用いて軟磁性粉末を加圧成形する。
このため、例えば、加圧成形工程によって、貫通孔34がない状態で分割ヨーク部32を得た後、切削等によって分割ヨーク部32に貫通孔34を形成する場合と比較して、貫通孔34を形成するためだけの工程が不要となり、製造に要する費用や時間を抑制することができる。
この場合、粗形品40の外形と、面取り部又はフィレットが設けられた貫通孔34とを同時に(加圧成形工程において)形成することができる。
上記貫通孔34の面取り部は、面取り部はC面取り加工された部分であり、例えば、C0.2mm以上のC面取り加工とすることができる。
また、フィレットは、例えば、半径0.5mm以上のR面とすることができる。
図6Aは、第2実施形態に係る分割体30を示す上面図であり、図6Bは、図6A中、B-B線矢視断面図である。
本実施形態では、ティース部22に、貫通孔34が設けられている点において第1実施形態と相違している。その他の点は、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。
図6Bに示すように、貫通孔34は、先端面22a側に開口する大径部34cと、裏面32b側に開口する小径部34dとを含む。大径部34cは、貫通孔34に取り付けられるボルト又はナットがティース部22の軸方向厚み内に収める。これにより、ボルト又はナットを用いて分割体30をハウジング6に固定した際に、当該ボルト又はナットが先端面22aから突出するのを防止する。
また、磁路の断面積を減少させて磁束の流れを妨げる可能性がある貫通孔34をティース部22に設けたので、分割ヨーク部32における磁束の流れを適切に確保することができる。
図6Cに示すように、ティース部22の外形輪郭は、ほぼ三角形状である輪郭線L10によって表される。
ティース部22に貫通孔34を設けると、磁路の断面積が減少し、ティース部22における磁束の流れを妨げる可能性がある。
なお、貫通孔34の輪郭に基づく断面積の占める割合の下限値は、ステータコア20を固定しうる最小の直径のボルトを挿通可能な貫通孔34をティース部22に設けた場合における当該貫通孔34の輪郭に基づく断面積の占める割合である。より具体的に、貫通孔34の内径(最小の直径)が2mm以上とすると、貫通孔34の輪郭に基づく断面積は、少なくとも、12×3.14=約3.14mm2以上となり、ティース部22の外形輪郭に基づく断面積に対するこの値の割合が、前記下限値となる。
図7Aは、第3実施形態に係る分割体30を示す上面図である。
本実施形態では、分割ヨーク部32に貫通孔34が2つ設けられている点、及び、分割ヨーク部32の一面32aを軸方向から正面視したとき、貫通孔34の一部分が互いに隣り合って並ぶ一対のティース部22同士間の領域A外に位置している点において第1実施形態と相違している。その他の点は、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。
領域Aは、一対のティース部22と、一対のティース部22の径方向内側の頂部を繋ぐ円弧線L20と、一対のティース部22の径方向外側の端部同士を繋ぐ円弧線L21とによって囲まれる領域である。
ここで、上述のように、分割ヨーク部32には2つのティース部22のうちの一方から他方へ向けた磁束が流れる。特に、分割ヨーク部32の領域Aの範囲においては、互いに隣り合う一対のティース部22に挟まれているため、ティース部22同士間を流れる磁束が顕著に通過する。
この変形例では、分割ヨーク部32に設けられた2つの貫通孔が、領域A外に位置している。
この場合においても、上記第3実施形態と同様、分割ヨーク部32における一対のティース部22同士間の領域を通過する磁束の流れを貫通孔34が妨げてしまうのを抑制することができる。
図8は、第4実施形態に係る分割体30の断面図である。
本実施形態では、分割体にボルト60が固定されている点において上記各実施形態と相違している。
また、ボルト60の頭部64及びねじ部62の一部は、分割体30(本体部26)に埋め込まれている。ボルト60は、頭部64が分割体30に埋め込まれていることで、分割体30に固定されている。
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。
例えば、上記各実施形態では、貫通孔34を有するステータコア20を、回転電機としてのアキシャルギャップモータに適用した場合について例示したが、アキシャルギャップ型の発電機に用いてもよい。
さらに、貫通孔34は、裏面32b側に開口する大径部と、先端面側に開口する小径部とを含んでいてもよい。
貫通孔34の両端のうちの少なくとも一方を段付き孔とすることで、ステータコア20を固定するに用いるボルトの頭部やナット等を貫通孔34内に収め、突出するのを抑制することができる。
2 ロータ
2a 一面
2b 他面
2c 孔部
4 ステータ
6 ハウジング
6a 孔部
8 磁石
8a 一面
8b 他面
9 保持部材
10 蓋部
10a 内面
10b 雌ねじ部
20 ステータコア
22 ティース部
22a 先端面
24 コイル
26 本体部
28 ヨーク部
28a 一面
28b 裏面
28c 孔部
30 分割体
32 分割ヨーク部
32a 一面
32b 裏面
32a1 小径側端縁
32a2 大径側端縁
34 貫通孔
34a テーパ部
34b 直線部
34c 大径部
34d 小径部
36 皿ねじ
36a 頭部
40 粗形品
50 金型
52 ダイ
54 上パンチ
54a 突起
56 下パンチ
56a 孔部
60 ボルト
62 ねじ部
64 頭部
K1 距離
K2 距離
L1 輪郭線
L2 輪郭線
L3 輪郭線
L4 輪郭線
L10 輪郭線
L20 円弧線
L21 円弧線
S 軸心
Claims (6)
- アキシャルギャップ型の回転電機用のステータコアであって、
表面を絶縁膜で被覆した軟磁性粉末の加圧成形体により構成された本体部を備え、
前記本体部には、1又は複数の貫通孔が設けられており、
前記本体部は、
前記回転電機の軸方向に交差する一面及び裏面を有する板状のヨークと、
前記一面から前記軸方向に沿って突出した複数のティース部と、を備え、
前記1又は複数の貫通孔は、前記一面から前記裏面に亘って、前記軸方向に沿って貫通し、
前記複数のティース部は、周方向に沿って所定間隔を置いて配列され、
前記一面を前記軸方向から正面視したとき、前記1又は複数の貫通孔それぞれの一部分が、前記一面における前記複数のティース部のうちの互いに隣り合って並ぶ一対のティース部同士間の領域外に位置している
ステータコア。 - 前記回転電機の軸心と前記1又は複数の貫通孔の中心線とを含む1又は複数の面それぞれにおける前記ヨークの断面において、前記ヨークの外形輪郭に基づく断面積のうち、前記1又は複数の貫通孔の輪郭に基づく断面積の占める割合が50パーセント以下である
請求項1に記載のステータコア。 - 前記貫通孔は断面円形、又は断面多角形とされている
請求項1または請求項2に記載のステータコア。 - 前記貫通孔の両端のうちの少なくとも一方が段付き孔とされている
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のステータコア。 - 前記貫通孔はテーパ孔とされている
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のステータコア。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のステータコアを備えたアキシャルギャップ型の回転電機。
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