KR102130239B1 - 압분 자심, 스테이터 코어 및 스테이터 - Google Patents

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나오토 이가라시
신이치 히로노
도모유키 우에노
아사코 와타나베
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스미또모 덴꼬 쇼오께쯔 고오낑 가부시끼가이샤
스미토모덴키고교가부시키가이샤
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Abstract

본 발명에 따른 압분 자심은, 액시얼 갭형의 회전 전기 기계에 이용되는 압분 자심으로서, 부채판형의 요크부와, 상기 요크부와 일체 성형되고, 요크부로부터 돌출된 티스부를 가지며, 상기 요크부의 표면 중, 상기 티스부가 돌출되는 면을 티스 형성면으로 할 때, 티스 형성면은, 상기 티스부의 둘레 가장자리와 상기 요크부의 둘레 가장자리 사이에 형성되는 오목부를 갖는 것이다.

Description

압분 자심, 스테이터 코어 및 스테이터
본 발명은, 압분 자심, 스테이터 코어 및 스테이터에 관한 것이다.
본 출원은, 2016년 6월 24일 출원의 일본 출원 제2016-125187호에 기초하는 우선권을 주장하고, 상기 일본 출원에 기재된 모든 기재 내용을 원용하는 것이다.
특허문헌 1, 2에는, 액시얼 갭형 모터에 이용되는 스테이터 코어가 개시되어 있다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2008-86115호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허 공개 제2008-193838호 공보
본 개시에 관한 압분 자심은, 액시얼 갭형의 회전 전기 기계에 이용되는 압분 자심으로서,
부채판형의 요크부와,
상기 요크부와 일체 성형되고, 요크부로부터 돌출된 티스부를 가지며,
상기 요크부의 표면 중, 상기 티스부가 돌출되는 면을 티스 형성면으로 할 때, 상기 티스 형성면은, 상기 티스부의 둘레 가장자리와 상기 요크부의 둘레 가장자리 사이에 형성되는 오목부를 갖는다.
본 개시에 관한 스테이터 코어는, 액시얼 갭형의 회전 전기 기계에 이용되는 스테이터 코어로서,
상기 본 개시에 관한 압분 자심을 가지며,
복수의 상기 압분 자심이 고리형으로 조합되어 구성되어 있다.
본 개시에 관한 스테이터는, 액시얼 갭형의 회전 전기 기계에 이용되는 스테이터로서,
상기 본 개시에 관한 스테이터 코어와,
상기 스테이터 코어를 구성하는 상기 압분 자심의 각 티스부에 배치되는 코일을 구비한다.
도 1은 실시예 1에 따른 압분 자심을 도시하는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시하는 압분 자심의 평면도이다.
도 3은 도 2의 A-B-C-D선 조합 단면도이다.
도 4는 도 2의 E-E선 단면도이다.
도 5는 실시예 1에 따른 압분 자심을 성형하는 금형의 일례를 도시하는 전체 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시하는 금형의 분해 사시도이다.
도 7은 도 5에 도시하는 금형을 다이의 상면으로부터 본 주요부 확대 상면도이다.
도 8은 도 7의 A-B-C-D선 조합 단면도이다.
도 9는 실시예 1에 따른 압분 자심을 성형했을 때의 제1 하펀치의 응력 분포를 도시하는 도면이다.
도 10은 실시예 1에 따른 압분 자심을 성형했을 때의 제1 하펀치의 응력 분포를 도시하는 다른 도면이다.
도 11은 실시예 1에 따른 압분 자심을 성형했을 때의 제1 하펀치의 응력 분포를 도시하는 또 다른 도면이다.
도 12는 참고예에 따른 압분 자심을 성형했을 때의 제1 하펀치의 응력 분포를 도시하는 도면이다.
도 13은 참고예에 따른 압분 자심을 성형했을 때의 제1 하펀치의 응력 분포를 도시하는 다른 도면이다.
도 14는 참고예에 따른 압분 자심을 성형했을 때의 제1 하펀치의 응력 분포를 도시하는 또 다른 도면이다.
도 15는 변형예에 따른 압분 자심의 오목부를 확대하여 도시하는 부분 단면도이다.
도 16은 변형예에 따른 압분 자심을 성형하는 금형에서의 제1 하펀치의 볼록부를 확대하여 도시하는 부분 단면도이다.
도 17은 변형예 1에 따른 압분 자심을 성형했을 때의 제1 하펀치의 응력 분포를 도시하는 도면이다.
도 18은 변형예 1에 따른 압분 자심을 성형했을 때의 제1 하펀치의 응력 분포를 도시하는 다른 도면이다.
도 19는 변형예 1에 따른 압분 자심을 성형했을 때의 제1 하펀치의 응력 분포를 도시하는 또 다른 도면이다.
도 20은 변형예 2에 따른 압분 자심을 성형했을 때의 제1 하펀치의 응력 분포를 도시하는 도면이다.
도 21은 변형예 2에 따른 압분 자심을 성형했을 때의 제1 하펀치의 응력 분포를 도시하는 다른 도면이다.
도 22는 변형예 2에 따른 압분 자심을 성형했을 때의 제1 하펀치의 응력 분포를 도시하는 또 다른 도면이다.
도 23은 실시형태에 따른 스테이터 코어의 일례를 도시하는 사시도이다.
도 24는 실시형태에 따른 스테이터의 일례를 도시하는 사시도이다.
도 25는 실시형태에 따른 액시얼 갭형 모터의 일례를 도시하는 일부 절결 사시도이다.
도 26은 도 25에 도시하는 액시얼 갭형 모터의 단면도이다.
도 27은 도 25에 도시하는 액시얼 갭형 모터에서의 로터를 도시하는 정면도이다.
도 28은 종래예의 압분 자심을 도시하는 사시도이다.
도 29는 도 28에 도시하는 종래예의 압분 자심을 성형하는 금형의 구성을 설명하는 주요부 확대 종단면도이다.
도 30은 도 29에 도시하는 금형을 다이의 상면으로부터 본 주요부 확대 평면도이다.
로터와 스테이터가 축방향에 대향하여 배치된 액시얼 갭형의 회전 전기 기계(전동기ㆍ발전기)가 있다. 일반적으로, 액시얼 갭형의 회전 전기 기계에 이용되는 스테이터는, 원환형의 요크부와, 요크부로부터 축방향으로 돌출된 복수의 티스부를 갖는 스테이터 코어와, 각 티스부에 배치되는 코일을 구비한다.
최근, 스테이터 코어를, 연자성 분말을 압축 성형함으로써, 요크부와 티스부가 일체로 성형된 압분 자심으로 형성하는 것이 제안되어 있다.
[발명이 해결하고자 하는 과제]
압분 자심의 자기 특성을 향상시키기 위해, 압분 자심을 고밀도화하는 것이 요구된다.
압분 자심을 고밀도화하기 위해서는, 높은 성형압(면압)으로 연자성 분말을 압축 성형할 필요가 있다. 그러나, 스테이터 코어 전체를 압분 자심으로 형성하는 경우, 사이즈가 크기 때문에, 압축 성형에 필요한 성형 하중이 커져 설비상의 제약이 있다.
따라서, 스테이터 코어를 둘레 방향으로 분할하여 분할 코어로 하고, 분할 코어를 압분 자심으로 형성하며, 이것을 복수 조합하여 고리형의 스테이터 코어를 구성하는 것을 고려할 수 있다. 그러나, 압분 자심을 고밀도화하기 위해 성형압을 높게 하면, 금형이 파손되기 쉬운 문제가 있다. 따라서, 액시얼 갭형의 회전 전기 기계에 이용되는 압분 자심, 보다 구체적으로는, 스테이터 코어를 구성하는 분할 코어용의 압분 자심에 있어서, 성형압을 높게 하여 고밀도화할 수 있으면서, 금형의 파손을 발생하기 어렵게 함으로써 생산성의 향상을 도모하는 것이 요구되고 있다.
본 개시는, 고밀도화가 가능하고 생산성이 우수한 압분 자심을 제공하는 것을 목적의 하나로 한다. 또한, 이 압분 자심을 갖는 스테이터 코어를 제공하는 것을 다른 목적의 하나로 한다. 또한, 이 스테이터 코어를 구비하는 스테이터를 제공하는 것을 다른 목적의 하나로 한다.
본 발명자들은, 부채판형의 요크부와, 요크부로부터 돌출된 티스부를 일체로 갖는 압분 자심을 성형할 때의 금형의 파손 원인에 관해 예의 검토한 결과, 이하의 지견을 얻었다.
도 28에 도시한 바와 같은, 부채판형의 요크부(110)와, 요크부(110)의 부채형의 평면으로부터 수직 방향으로 돌출된 티스부(120)를 갖는 압분 자심(100)을 성형하는 경우를 검토했다. 이러한 압분 자심(100)을 성형하는 경우, 도 29, 도 30에 예시한 바와 같은 구성의 금형(500)을 이용하는 것을 고려할 수 있다. 이 금형(500)은, 부채형의 형구멍(510h)을 갖는 다이(510)와, 다이(510)의 형구멍(510h)에 감합되는 상펀치(520) 및 하펀치(530)를 구비한다. 다이(510)는 요크부(110)의 둘레면을 성형한다. 상펀치(520)는 요크부(110)의 하면(티스부(120)가 돌출되는 면과는 반대측의 면)을 성형하는 단부면(520f)을 갖는다. 하펀치(530)는 제1 하펀치(540)와 제2 하펀치(550)로 이루어진다. 제1 하펀치(540)는, 티스부(120)의 둘레면을 성형하는 관통 구멍(540h)을 갖고, 티스부(120)가 돌출된 요크부(110)의 티스 형성면을 성형하는 고리형 단부면(540o)을 갖는다. 고리형 단부면(540o)은 평탄면으로 형성되어 있다. 제2 하펀치(550)는, 제1 하펀치(540)의 관통 구멍(540h)에 삽입 관통되고, 티스부(120)의 상단부면을 성형하는 단부면(550f)을 갖는다.
이러한 금형(500)을 이용하여 압분 자심(100)을 성형하는 경우, 다이(510)의 형구멍(510h)과 하펀치(530)에 의해 형성되는 금형(500)의 캐비티에, 연자성 분말을 주원료로 하는 원료 분말을 충전하고, 상펀치(520)와 하펀치(530)에 의해 압축하여 압분 자심(100)을 성형한다. 원료 분말을 압축했을 때, 분말이 압축됨으로써, 제1 하펀치(540)에서의 관통 구멍(540h)의 내주면에 측압이 작용한다. 도 30 중, 검은색 화살표는 제1 하펀치(540)에 작용하는 측압을 나타낸다. 그리고, 제1 하펀치(540)에 측압이 작용함으로써, 제1 하펀치(540)의 관통 구멍(540h)이 확대되는 결과, 제1 하펀치(540)의 내주 모서리부에 응력이 집중하여, 제1 하펀치(540)가 파손되는 원인이 된다는 지견을 얻었다. 특히, 압분 자심(100)을 고밀도화하기 위해 성형압을 높게 한 경우는, 제1 하펀치(540)에 작용하는 측압이 커지기 때문에, 제1 하펀치가 변형되어 파손되기 쉽다.
[발명의 효과]
본 개시에 관한 압분 자심은, 고밀도화가 가능하고 생산성이 우수하다. 상기 스테이터 코어 및 스테이터는, 스테이터 코어를 구성하는 압분 자심을 고밀도화하여 자기 특성을 향상시킬 수 있다.
[본 발명의 실시형태의 설명]
이하, 본 발명의 실시양태를 열기하여 설명한다.
(1) 본 발명의 일 양태에 따른 압분 자심은, 액시얼 갭형의 회전 전기 기계에 이용되는 압분 자심으로서,
부채판형의 요크부와,
상기 요크부와 일체 성형되고, 요크부로부터 돌출된 티스부를 가지며,
상기 요크부의 표면 중, 상기 티스부가 돌출되는 면을 티스 형성면으로 할 때, 상기 티스 형성면은, 상기 티스부의 둘레 가장자리와 상기 요크부의 둘레 가장자리 사이에 형성되는 오목부를 갖는다.
상기 압분 자심은, 요크부의 티스 형성면에 오목부가 형성되어 있다. 그 때문에, 이 압분 자심을 성형하는 금형에는, 이 오목부에 대응하는 볼록부가 형성된 고리형 단부면을 갖는 제1 하펀치가 이용된다. 이러한 금형(제1 하펀치)을 이용하여 압분 자심을 성형하는 경우, 원료 분말을 압축할 때, 원료 분말에 볼록부가 진입함으로써 앵커 효과가 생겨, 측압에 의한 제1 하펀치의 변형이 억제된다. 그 때문에, 압분 자심을 고밀도화하기 위해 성형압을 높게 하더라도, 제1 하펀치의 내주 모서리부에 발생하는 응력을 저감할 수 있어, 제1 하펀치의 파손이 발생하기 어렵다. 따라서, 금형(제1 하펀치)의 파손을 억제할 수 있기 때문에, 상기 압분 자심은, 고밀도화가 가능하고 생산성이 우수하다.
(2) 상기 압분 자심의 일 양태로서, 상기 오목부가, 상기 요크부의 둘레 방향 양측의 둘레 가장자리를 따라서 형성되어 있는 것을 들 수 있다.
오목부가 요크부의 둘레 방향 양측의 둘레 가장자리를 따라서 형성되어 있는 경우, 제1 하펀치의 고리형 단부면에 갖는 볼록부는 제1 하펀치의 둘레 방향 양측의 둘레 가장자리를 따라서 형성되고, 이에 따라 압축 성형시의 측압에 의한 제1 하펀치의 변형을 효과적으로 억제할 수 있다. 그 때문에, 제1 하펀치의 내주 모서리부에 발생하는 응력을 저감하는 효과가 높고, 제1 하펀치의 파손을 효과적으로 억제할 수 있다. 따라서, 압분 자심을 더욱 고밀도화할 수 있다.
(3) 상기 압분 자심의 일 양태로서, 상기 오목부가, 상기 티스부의 둘레 가장자리를 따라서 전체 둘레에 걸쳐 형성되어 있는 것을 들 수 있다.
오목부가 티스부의 둘레 가장자리를 따라서 전체 둘레에 걸쳐 형성되어 있는 경우, 제1 하펀치의 고리형 단부면에 갖는 볼록부는 제1 하펀치의 관통 구멍의 둘레 가장자리를 따라서 전체 둘레에 걸쳐 형성되고, 압축 성형시의 측압에 의한 제1 하펀치의 변형을 한층 더 억제할 수 있다. 그 때문에, 제1 하펀치의 내주 모서리부에 발생하는 응력을 저감하는 효과가 더욱 높고, 제1 하펀치의 파손을 한층 더 억제할 수 있다. 따라서, 압분 자심을 더욱 고밀도화할 수 있다.
(4) 상기 압분 자심의 일 양태로서, 상기 오목부가, 상기 티스부측을 향해 경사진 경사면을 갖는 것을 들 수 있다.
오목부가 티스부측을 향해 경사진 경사면을 가짐으로써, 이 경사면에 대응하도록, 제1 하펀치의 고리형 단부면에 형성된 볼록부가 관통 구멍측을 향해 경사진 경사면을 갖게 된다. 원료 분말을 압축할 때, 볼록부의 경사면에 압력이 작용한다. 이 경사면은 관통 구멍측을 향해 경사지기 때문에, 경사면이 받는 압력은, 제1 하펀치에서의 관통 구멍의 내주면에 작용하는 측압을 상쇄하는 방향으로 작용한다. 따라서, 압축 성형시에 볼록부의 경사면이 받는 압력을 이용하여, 제1 하펀치에 작용하는 측압의 적어도 일부를 상쇄하는 것이 가능해져, 측압에 의한 제1 하펀치의 변형이 더욱 억제된다. 따라서, 제1 하펀치의 내주 모서리부에 발생하는 응력을 더욱 저감할 수 있고, 제1 하펀치의 파손을 더욱 억제할 수 있기 때문에, 압분 자심의 고밀도화와 생산성의 향상을 도모할 수 있다.
(5) 상기 압분 자심의 일 양태로서, 상대 밀도가 90% 이상인 것을 들 수 있다.
압분 자심을 고밀도화함으로써, 압분 자심의 자기 특성(자속 밀도, 투자율 등)을 향상시킬 수 있다. 압분 자심의 상대 밀도가 90% 이상인 것에 의해, 우수한 자기 특성을 발휘할 수 있다.
보다 바람직한 상대 밀도는 93% 이상이다.
(6) 본 발명의 일 양태에 따른 스테이터 코어는, 액시얼 갭형의 회전 전기 기계에 이용되는 스테이터 코어로서,
상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 압분 자심을 가지며,
복수의 압분 자심이 고리형으로 조합되어 구성되어 있다.
상기 스테이터 코어에 의하면, 전술한 본 발명의 일 양태에 따른 압분 자심으로 구성되어 있기 때문에, 압분 자심의 고밀도화에 의해 자기 특성을 향상시킬 수 있다.
(7) 본 발명의 일 양태에 따른 스테이터는, 액시얼 갭형의 회전 전기 기계에 이용되는 스테이터로서,
상기 (6)에 기재된 스테이터 코어와,
상기 스테이터 코어를 구성하는 상기 압분 자심의 각 티스부에 배치되는 코일을 구비한다.
상기 스테이터에 의하면, 전술한 본 발명의 일 양태에 따른 스테이터 코어를 구비하기 때문에, 스테이터 코어를 구성하는 압분 자심의 고밀도화에 의해 자기 특성을 향상시킬 수 있다.
[본 발명의 실시형태의 상세]
본 발명의 실시형태에 따른 압분 자심, 스테이터 코어 및 스테이터의 구체예를, 이하에 도면을 참조하면서 설명한다. 도면 중의 동일 부호는 동일 또는 상당 부분을 나타낸다. 또, 본 발명은 이들 예시에 한정되지 않고, 특허청구범위에 의해 제시되며, 특허청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
<압분 자심>
[실시예 1]
도 1~도 4를 참조하여, 실시예 1에 따른 압분 자심(10)에 관해 설명한다. 압분 자심(10)은, 액시얼 갭형의 회전 전기 기계에 이용되는 압분 자심, 보다 구체적으로는 스테이터 코어를 구성하는 압분 자심이며, 부채판형의 요크부(11)와, 요크부(11)로부터 돌출된 티스부(12)를 갖는다. 이 압분 자심(10)의 특징의 하나는, 요크부(11)의 표면 중, 티스부(12)가 돌출되는 면을 티스 형성면(15)으로 할 때, 티스 형성면(15)이, 티스부(12)의 둘레 가장자리와 요크부(11)의 둘레 가장자리 사이에 형성되는 오목부(30)를 갖는 점에 있다. 이하의 설명에서는, 압분 자심(10)에 관해 설명할 때에는, 티스부(12)가 돌출되는 측을 위, 그 반대측을 아래로 한다.
(요크부)
요크부(11)는, 도 1, 도 2에 도시한 바와 같이, 압분 자심(10)을 구성하는 부채판형의 부분이다. 요크부(11)는, 부채형의 평면을 가지며, 한쪽의 평면(표면)으로부터 티스부(12)가 돌출되도록 형성되어 있고, 티스 형성면(15)을 갖는다. 이 예에서는, 요크부(11)의 두께 Ty가 4.9 ㎜, 폭 Wy가 34.6 ㎜이며, 중심각 α이 60°이다(도 2, 도 4 참조).
(티스부)
티스부(12)는, 도 1, 도 2에 도시한 바와 같이, 요크부(11)에 일체로 성형되고, 요크부(11)의 티스 형성면(15)으로부터 수직 방향으로 돌출된 부분이다. 이 예에서는, 티스부(12)의 형상이 삼각기둥형이며, 티스부(12)의 상단부면의 단부면 형상이 삼각형, 보다 구체적으로는 이등변삼각형이다. 티스부(12)의 형상은 이것에 한정되지 않고, 예컨대 단부면 형상이 사다리꼴 등이어도 좋다. 또, 「삼각형」 및 「사다리꼴」이란, 기하학적으로 엄밀한 의미에서의 삼각형 및 사다리꼴이 아니어도 좋으며, 완전한 삼각형 및 사다리꼴에 한정되지 않고, 모서리에 라운딩을 갖는 것 등도 포함하여, 실질적으로 삼각형 및 사다리꼴로 간주되는 범위를 포함한다. 액시얼 갭형의 회전 전기 기계의 경우, 로터와 대향하는 티스부(12)의 대향 면적이 큰 편이 성능 향상에 유리하기 때문에, 티스부(12)의 대향 면적이 커지도록 티스부(12)의 형상(단부면 형상)을 적절하게 선택하는 것이 바람직하다. 또한, 티스부(12)의 갯수는, 1개이어도 좋고 복수이어도 좋으며, 이 예에서는, 인접하는 2개의 티스부(12)를 갖는다. 액시얼 갭형의 회전 전기 기계의 경우, 인접하는 2개의 티스부(12)에 요크부(11)를 개재시켜 자기 회로를 형성하기 때문에, 티스부(12)의 갯수는 2n(n은 자연수)개로 하는 것이 바람직하다.
티스부(12)의 둘레 가장자리는, 도 2에 도시한 바와 같이, 요크부(11)의 둘레 방향에 교차하는 2개의 측가장자리(21, 22)와, 요크부(11)의 직경 방향 외측에 위치하여 양 측가장자리(21, 22)에 교차하는 외주 가장자리(23)에 의해 구성되어 있고, 양 측가장자리(21, 22)가 외주 가장자리(23)보다 길다. 요크부(11)의 둘레 방향 외측에 위치하는 티스부(12)의 측가장자리(21)는, 요크부(11)의 둘레 방향 양측의 둘레 가장자리를 따르고 있다. 요크부(11)의 둘레 방향은, 후술하는 바와 같이 복수의 압분 자심(10)을 조합하여 고리형의 스테이터 코어(210)(도 23 참조)를 구성했을 때, 스테이터 코어(210)의 둘레 방향에 대응한다. 이 예에서는, 티스부(12)의 폭 Wt이 22.4 ㎜, 높이 Ht가 12.9 ㎜이며, 티스부(12)의 둘레 가장자리로부터 요크부(11)의 둘레 가장자리까지의 거리 L이 6.1 ㎜이다(도 3, 도 4 참조).
(오목부)
오목부(30)는 티스 형성면(15)에 형성되어 있다. 이 예에서는, 도 2에 도시한 바와 같이, 오목부(30)가 티스부(12)의 둘레 가장자리를 따라서 전체 둘레에 걸쳐 형성되어 있지만, 오목부(30)는 티스부(12)의 둘레 가장자리와 요크부(11)의 둘레 가장자리 사이에 형성되어 있으면 된다. 또한, 오목부(30)는, 일련으로서 고리형으로 형성되어 있어도 좋고, 복수로 나눠 상기 고리형의 둘레 방향을 분단하도록 형성되어 있어도 좋다. 오목부(30)는, 적어도 요크부(11)의 둘레 방향 양측의 둘레 가장자리를 따라서 형성되어 있는 것이 바람직하고, 티스부(12)의 측가장자리(21)를 따라서 형성되어 있는 것이 보다 바람직하다. 오목부(30)가 요크부(11)의 둘레 방향 양측의 둘레 가장자리를 따라서 형성되어 있는 경우, 압분 자심(10)을 성형할 때, 후술하는 바와 같이, 금형(제1 하펀치)의 파손을 효과적으로 억제할 수 있기 때문이다. 특히, 이 예에 도시한 바와 같이, 오목부(30)가 티스부(12)의 둘레 가장자리 전체 둘레에 걸쳐 형성되어 있는 경우는, 금형(제1 하펀치)의 파손을 한층 더 억제할 수 있다. 기타, 티스부(12)가 한 쌍 있는 압분 자심(10)에 부분적으로 오목부(30)를 형성하는 경우는, 측가장자리(22)측에 오목부(30)가 없어도 좋다.
이 예에 도시하는 오목부(30)의 단면 형상은, 도 3, 도 4에 도시한 바와 같이, 반원형이며, 원호형의 곡면을 갖는다. 「오목부의 단면 형상」이란, 오목부(30)의 길이 방향에 직교하는 면[티스부(12)의 둘레면에 직교하는 면]으로 절단한 단면의 형상을 말한다. 오목부(30)의 단면 형상은 이것에 한정되지 않고, 예컨대 삼각형(V자형)이나 직사각형(U자형) 등이어도 좋다. 또, 「반원형」, 「삼각형」 및 「직사각형」이란, 기하학적으로 엄밀한 의미에서의 반원형, 삼각형 및 직사각형이 아니어도 좋고, 완전한 반원형, 삼각형 및 직사각형에 한정되지 않고, 실질적으로 반원형, 삼각형 및 직사각형으로 간주되는 범위를 포함한다. 오목부(30)의 단면 형상은, 모서리부가 곡면(R형상)인 것이 바람직하고, 이에 따라 모서리부에 기인하는 균열의 발생을 억제하기 쉽다. 모서리부를 R형상으로 하는 경우, 모서리부의 곡률반경이 0.2 ㎜ 이상인 것이 바람직하다.
오목부(30)의 깊이는, 예컨대 0.5 ㎜ 이상 2.5 ㎜ 이하인 것을 들 수 있다. 오목부(30)의 깊이가 0.5 ㎜ 이상인 것에 의해, 금형(제1 하펀치)의 파손을 억제하기 쉽다. 오목부(30)의 깊이가 2.5 ㎜ 이하인 것에 의해, 오목부(30)에 의한 요크부(11)의 자로 면적의 감소를 억제할 수 있고, 자로 면적의 감소에 의한 자기 특성의 저하를 억제하기 쉽다. 오목부(30)의 깊이는, 예컨대 1 ㎜ 이상 2 ㎜ 이하인 것이 바람직하다. 이 예에서는, 오목부(30)의 곡률반경 R이 1 ㎜이며, 깊이 D가 1 ㎜이다(도 3 참조).
(구성 재료)
압분 자심(10)은, 연자성 분말을 압축 성형한 것이고, 주로 연자성 분말로 구성되어 있다. 연자성 분말은, 연자성 재료로 이루어진 분말이며, 복수의 입자로 구성되어 있다. 연자성 분말로는, 예컨대 순철(순도 99 질량% 이상), 및 Fe-Si-Al계 합금(센더스트), Fe-Si계 합금(규소강), Fe-Al계 합금, Fe-Ni계 합금(퍼멀로이) 등의 철기 합금에서 선택되는 적어도 1종의 분말을 들 수 있다. 압분 자심(10)을 구성하는 연자성 분말은, 입자 표면에 절연 피복을 갖는 것이 바람직하다. 연자성 분말의 입자 표면에 절연 피복이 형성되어 있음으로써, 절연 피복에 의해 입자 사이의 전기적 절연을 확보하고, 와전류 손에 기인하는 압분 자심(10)의 철손을 저감할 수 있다. 절연 피복으로는, 예컨대 인산염 피복이나 실리카 피복 등을 들 수 있다.
(상대 밀도)
압분 자심(10)의 상대 밀도는 90% 이상인 것이 바람직하고, 고밀도화에 의해 자기 특성을 향상시킬 수 있다. 보다 바람직한 상대 밀도는 93% 이상이다. 「상대 밀도」란, 압분 자심(연자성 분말)의 진밀도에 대한 실제의 압분 자심의 밀도의 비율(%)을 말한다.
<압분 자심의 제조 방법>
실시예 1에 따른 압분 자심(10)의 제조 방법의 구체예를 설명한다. 압분 자심의 제조 방법은, 금형의 캐비티에, 연자성 분말을 주성분으로 하는 원료 분말을 충전하는 충전 공정과, 충전된 원료 분말을 압축하여 압분 자심을 성형하는 성형 공정과, 금형으로부터 압분 자심을 빼내는 발출 공정을 구비한다. 압분 자심의 제조 방법의 특징의 하나는, 압분 자심의 성형에 이용하는 금형에 있다. 이하, 도면을 참조하여, 압분 자심의 제조 방법에 관해 자세히 설명한다. 이하의 설명에서는, 금형에 관해 먼저 설명하고, 그 후에 제조 방법의 각 공정에 관해 설명한다.
<금형>
압분 자심(10)을 성형하는 금형의 구체예를, 도 5~도 8을 참조하여 설명한다. 금형(50)은, 도 5, 도 6에 도시한 바와 같이, 형구멍(51h)을 갖는 다이(51)와, 다이(51)의 형구멍(51h)에 감합되는 상펀치(52) 및 하펀치(53)[제1 하펀치(54) 및 제2 하펀치(55)]를 구비하고, 다이(51)의 형구멍(51h)과 하펀치(53)에 의해 원료 분말을 충전하는 캐비티가 형성된다. 도 7 중, 검은색 화살표는 원료 분말을 압축했을 때에 제1 하펀치(54)에 작용하는 측압을 나타낸다. 도 8은, 금형(50)의 주요부를 설명하는 개략 종단면도이며, 원료 분말을 압축하여 압분 자심(10)을 성형한 상태를 도시한다.
(다이)
다이(51)는, 도 6, 도 7에 도시한 바와 같이 상하 방향으로 관통하는 부채형의 형구멍(51h)이 형성되어 있고, 요크부(11)의 둘레면을 성형한다(도 8 참조).
(상펀치)
상펀치(52)는, 도 5, 도 6에 도시한 바와 같이 다이(51)의 상측에 위치하고, 요크부(11)의 하면[티스 형성면(15)과는 반대측의 면]을 성형하는 부채형의 단부면(52f)을 갖는다(도 8 참조). 상펀치(52)는, 상하 방향으로 구동 가능하고, 하펀치(53)와 함께, 캐비티에 충전된 원료 분말을 압축한다.
(하펀치)
하펀치(53)는, 도 5, 도 6에 도시한 바와 같이 다이(51)의 하측에 위치하고, 제1 하펀치(54)와 제2 하펀치(55)로 이루어진다. 제1 하펀치(54) 및 제2 하펀치(55)는 각각, 다이(51)에 대하여 상하 방향으로 독립적으로 구동 가능하다.
(제1 하펀치)
제1 하펀치(54)는, 도 6, 도 7에 도시한 바와 같이, 다이(51)의 형구멍(51h)에 감합된다.
제1 하펀치(54)에는, 상하 방향으로 관통하는 관통 구멍(54h)이 형성되어 있고, 제1 하펀치(54)의 상단부면은, 관통 구멍(54h)의 개구부가 형성된 고리형 단부면(54o)으로 되어 있다. 제1 하펀치(54)는, 도 8에 도시한 바와 같이, 관통 구멍(54h)에 의해 티스부(12)의 둘레면을 성형하고, 고리형 단부면(54o)에 의해 티스 형성면(15)을 성형한다. 이 예에서는, 티스부(12)에 대응하도록, 인접하는 2개의 관통 구멍(54h)을 갖고 있고, 관통 구멍(54h)의 형상이 삼각기둥형이다.
관통 구멍(54h)의 둘레 가장자리는, 도 7에 도시한 바와 같이, 제1 하펀치(54)의 둘레 방향에 교차하는 2개의 측가장자리(54a, 54b)와, 제1 하펀치(54)의 직경 방향 외측에 위치하여 양 측가장자리(54a, 54b)에 교차하는 외주 가장자리(54c)에 의해 구성되어 있고, 양 측가장자리(54a, 54b)가 외주 가장자리(54c)보다 길다. 제1 하펀치(54)의 둘레 방향 외측에 위치하는 관통 구멍(54h)의 측가장자리(54a)는, 제1 하펀치(54)의 둘레 방향 양측의 둘레 가장자리를 따르고 있다. 제1 하펀치(54)의 둘레 방향은, 요크부(11)(도 2 참조)의 둘레 방향에 일치하고 있고, 복수의 압분 자심(10)을 조합하여 고리형의 스테이터 코어(210)(도 23 참조)를 구성했을 때, 스테이터 코어(210)의 둘레 방향에 대응한다.
제2 하펀치(55)는, 도 6, 도 7에 도시한 바와 같이, 제1 하펀치(54)의 하단으로부터 관통 구멍(54h)에 삽입 관통되고, 티스부(12)의 상단부면을 성형하는 삼각형의 단부면(55f)을 갖는다(도 8 참조). 이 예에서는, 티스부(12)에 대응하도록, 제1 하펀치(54)의 각 관통 구멍(54h)에 삽입 관통되는 2개의 제2 하펀치(55)를 가지며, 제2 하펀치(55)가 두 갈래로 나뉘어져 있다.
(볼록부)
금형(50)의 특징의 하나는, 도 6에 도시한 바와 같이, 제1 하펀치(54)의 고리형 단부면(54o)에 볼록부(60)가 형성되어 있는 점에 있다. 볼록부(60)는, 도 8에 도시한 바와 같이, 압분 자심(10)의 오목부(30)(도 3 참조)를 성형하는 부분이며, 압분 자심(10)을 성형했을 때에, 볼록부(60)의 형상이 전사되고, 요크부(11)의 티스 형성면(15)에 오목부(30)를 형성한다. 이 예에서는, 도 6에 도시한 바와 같이, 압분 자심(10)의 오목부(30)에 대응하여, 볼록부(60)가 관통 구멍(54h)의 둘레 가장자리를 따라서 전체 둘레에 걸쳐 형성되어 있다. 볼록부(60)는, 관통 구멍(54h)의 둘레 가장자리와 제1 하펀치(54)의 둘레 가장자리 사이에 형성되어 있으면 되며, 적어도 제1 하펀치(54)의 둘레 방향 양측의 둘레 가장자리를 따라서 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 볼록부(60)는, 일련으로서 고리형으로 형성되어 있어도 좋고, 복수로 나눠 상기 고리형의 둘레 방향을 분단하도록 형성되어 있어도 좋다.
이 예에 나타내는 볼록부(60)의 단면 형상은, 도 8에 도시한 바와 같이 반원형이다. 「볼록부의 단면 형상」이란, 볼록부(60)의 길이 방향에 직교하는 면[관통 구멍(54h)의 둘레 가장자리에 직교하는 면]으로 절단한 단면의 형상을 말한다. 볼록부(60)의 단면 형상은, 예컨대 삼각형(V자형)이나 직사각형(U자형) 등이어도 좋다. 볼록부(60)의 단면 형상은, 모서리부가 곡면(R형상)인 것이 바람직하고, 이에 따라 볼록부(60)의 이지러짐을 억제하기 쉽다. 모서리부를 R형상으로 하는 경우, 모서리부의 곡률반경이 0.2 ㎜ 이상인 것이 바람직하다.
볼록부(60)의 높이는, 예컨대 0.5 ㎜ 이상 2.5 ㎜ 이하인 것을 들 수 있다. 볼록부(60)의 높이가 0.5 ㎜ 이상인 것에 의해, 제1 하펀치(54)의 파손을 억제하기 쉽다. 볼록부(60)의 높이가 2.5 ㎜ 이하인 것에 의해, 볼록부(60)의 이지러짐을 억제하기 쉽다. 볼록부(60)의 높이는, 예컨대 1 ㎜ 이상 2 ㎜ 이하인 것이 바람직하다. 이 예에서는, 볼록부(60)의 곡률반경 R이 1 ㎜이고, 높이 H가 1 ㎜이다(도 8 참조).
(재질)
금형(50)의 재질로는, 다이스강, 하이스경 등의 공구강이나 초경합금을 들 수 있다.
이하, 압분 자심(10)의 제조 방법의 각 공정을 순서대로 설명한다. 압분 자심(10)의 제조 방법의 특징의 하나는, 전술한 금형(50)을 이용하는 점에 있다.
[충전 공정]
충전 공정은, 다이(51)의 형구멍(51h)과 제1 하펀치(54) 및 제2 하펀치(55)에 의해 형성되는 금형(50)의 캐비티에, 연자성 분말을 주성분으로 하는 원료 분말을 충전하는 공정이다.
원료 분말은, 주성분으로서 연자성 분말을 함유한다. 「주성분」이란, 원료 분말을 100 질량%로 할 때, 90 질량% 이상 함유하는 것을 의미한다. 원료 분말에는, 윤활제나 바인더 수지 등을 필요에 따라서 첨가해도 좋다.
연자성 분말의 평균 입자경은, 예컨대 20 ㎛ 이상 300 ㎛ 이하, 나아가 40 ㎛ 이상 250 ㎛ 이하로 하는 것을 들 수 있다. 연자성 분말의 평균 입자경을 상기 범위 내로 함으로써, 취급하기 쉽고, 압축 성형하기 쉽다. 연자성 분말의 평균 입자경은, 레이저 회절ㆍ산란식 입자경ㆍ입도 분포 측정 장치를 이용하여 측정하여, 적산 질량이 전체 입자의 질량의 50%가 되는 입경을 의미한다.
[성형 공정]
성형 공정은, 상펀치(52)와 제1 하펀치(54) 및 제2 하펀치(55)에 의해 충전된 원료 분말을 압축하여, 압분 자심(10)을 성형하는 공정이다(도 8 참조).
원료 분말(연자성 분말)을 압축 성형할 때의 성형압을 높게 함으로써, 압분 자심(10)을 고밀도화할 수 있다. 성형압은, 예컨대 686 ㎫ 이상, 나아가 980 ㎫ 이상으로 하는 것을 들 수 있다. 성형압의 상한은, 설비상의 관점에서, 예컨대 1500 ㎫ 이하이다.
또한, 원료 분말의 성형성을 높이기 위해, 금형(50)을 가열하여 온간 압축 성형해도 좋다.
이 경우, 성형 온도(금형 온도)를 예컨대 60℃ 이상, 나아가 80℃ 이상으로 하는 것을 들 수 있다. 성형 온도의 상한은, 예컨대 200℃ 이하이다.
[발출 공정]
발출 공정은, 금형(50)으로부터 압분 자심(10)을 빼내는 공정이다.
발출 공정에서는, 원료 분말을 압축하여 압분 자심(10)을 성형한 후, 예컨대 상펀치(52)를 상승시키고, 제1 하펀치(54) 및 제2 하펀치(55)를 다이(51)에 대하여 상승시킨다. 이에 따라, 금형(50)[다이(51)]으로부터 압분 자심(10)을 빼낼 수 있어, 압분 자심(10)이 얻어진다.
[열처리 공정]
또한, 압분 자심(10)을 금형(50)으로부터 빼낸 후, 성형시에 압분 자심(10)에 도입된 왜곡을 제거하는 것을 목적으로, 압분 자심(10)을 열처리하는 열처리 공정을 가해도 좋다.
압분 자심(10)을 열처리하여 왜곡을 제거함으로써, 투자율을 개선할 수 있고, 이에 따라 히스테리시스손에 기인하는 압분 자심(10)의 철손을 저감할 수 있다. 열처리 온도는, 예컨대 400℃ 이상, 나아가 600℃ 이상으로 하는 것을 들 수 있다. 열처리 온도의 상한은, 예컨대 900℃ 이하이다.
<제1 하펀치의 파손을 억제할 수 있는 이유>
다음으로, 전술한 금형(50)을 이용하여 압분 자심(10)을 성형함으로써, 제1 하펀치(54)의 파손을 억제할 수 있는 이유를 설명한다. 원료 분말을 압축했을 때, 분말이 압축됨으로써, 제1 하펀치(54)에서의 관통 구멍(54h)의 내주면에 측압이 작용한다(도 7 참조). 그리고, 제1 하펀치(54)에 측압이 작용함으로써, 제1 하펀치(54)의 관통 구멍(54h)이 확대되게 된다. 제1 하펀치(54)의 고리형 단부면(54o)에는, 도 8에 도시한 바와 같이, 압분 자심(10)의 오목부(30)를 성형하는 볼록부(60)가 형성되어 있음으로써, 원료 분말을 압축할 때, 원료 분말에 볼록부(60)가 진입함으로써 앵커 효과가 생긴다. 이에 따라, 제1 하펀치(54)에 작용하는 측압에 대항하여, 측압에 의한 제1 하펀치(54)의 변형이 억제되기 때문에, 제1 하펀치(54)의 내주 모서리부에 발생하는 응력을 저감할 수 있고, 제1 하펀치(54)의 파손을 억제할 수 있다.
이 예에 도시한 바와 같이, 압분 자심(10)이 2개의 티스부(12)를 가지며, 이것에 대응하여, 제1 하펀치(54)가 2개의 관통 구멍(54h)을 갖는 경우, 제1 하펀치(54)의 양 관통 구멍(54h) 사이에 끼인 부분은, 각 관통 구멍(54h)에 작용하는 측압이 서로 상쇄된다. 그 때문에, 관통 구멍(54h)의 내주면 중, 제1 하펀치(54)의 둘레 방향 내측에 위치하는 측가장자리(54b)를 따르는 면은, 측압에 의한 변형이 발생하기 어렵다. 이에 비하여, 제1 하펀치(54)의 둘레 방향 외측에 위치하는 측가장자리(54a)를 따르는 면은, 측압에 의해 변형되기 쉽다. 따라서, 볼록부(60)는, 적어도 제1 하펀치(54)의 둘레 방향 양측의 둘레 가장자리를 따라서 형성되어 있는 것이 바람직하고, 이에 따라 측압에 의한 제1 하펀치(54)의 변형을 효과적으로 억제할 수 있다. 제1 하펀치(54)에 부분적으로 볼록부(60)를 형성하는 경우는, 측가장자리(54b)측에 볼록부(60)가 없어도 좋다. 특히, 볼록부(60)가 관통 구멍(54h)의 둘레 가장자리 전체 둘레에 걸쳐 형성되어 있으면, 측압에 의한 제1 하펀치(54)의 변형을 한층 더 억제할 수 있다.
<제1 하펀치의 응력 해석>
실시예 1에 따른 압분 자심(10)을 성형했을 때의 제1 하펀치(54)에 작용하는 응력 분포를 CAE(Computer Aided Engineering)에 의해 해석했다. 그리고, CAE의 해석 결과로부터, 압축 성형시에 제1 하펀치(54)의 내주 모서리부에 발생하는 최대 응력을 산출했다. 여기서는, 도 6을 참조하여 설명한, 관통 구멍(54h)의 측가장자리(54a)와 외주 가장자리(54c)가 교차하는 모서리부를 모서리부 A, 측가장자리(54a)와 측가장자리(54b)가 교차하는 모서리부를 모서리부 B, 측가장자리(54b)와 외주 가장자리(54c)가 교차하는 모서리부를 모서리부 C로 하고, 제1 하펀치(54)의 각 모서리부 A~C의 근방에서의 응력 분포(단위 : ㎫)를 도 9~도 11에 도시하고, 각 모서리부 A~C의 최대 응력을 표 1에 나타낸다. 또, 해석 조건은, 압축 성형시의 성형압을 980 ㎫(10000 kgf/㎠)로 하고, 제1 하펀치(54)의 물성치는, 영률 : 206000 ㎫, 프와송비 : 0.3으로 했다.
비교로서, 제1 하펀치에 볼록부가 형성되어 있지 않고, 제1 하펀치의 고리형 단부면이 평탄면으로 형성된 금형을 이용하여, 오목부를 갖지 않는 압분 자심을 성형했을 때의 제1 하펀치에 작용하는 응력 분포를 실시예 1과 동일하게 CAE에 의해 해석했다. 그리고, 이 참고예에 따른 압분 자심에 관해서도, CAE의 해석 결과로부터, 압축 성형시에 제1 하펀치의 내주 모서리부에 발생하는 최대 응력을 산출했다. 참고예에 따른 압분 자심의 경우의 제1 하펀치(54)의 각 모서리부 A~C의 근방에서의 응력 분포를 도 12~도 14에 도시하고, 각 모서리부 A~C의 최대 응력을 표 1에 나타낸다.
최대 응력(MPa)
모서리부 A 모서리부 B 모서리부 C
실시예 1 1812 1813 837.2
참고예 2333 2145 1468
CAE에 의한 응력 해석의 결과로부터, 실시예 1의 압분 자심(10)은, 제1 하펀치(54)의 모서리부 A~C에서의 최대 응력이 2000 ㎫ 이하이며, 참고예의 압분 자심에 비교하여, 제1 하펀치(54)의 내주 모서리부에서의 최대 응력이 대폭 저감되어 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 실시예 1의 압분 자심(10)은, 제1 하펀치(54)의 내주 모서리부에 발생하는 응력을 저감할 수 있고, 제1 하펀치(54)의 파손이 발생하기 어렵다. 이에 비하여, 참고예의 압분 자심의 경우, 제1 하펀치의 모서리부 A 및 모서리부 B에서의 최대 응력이 2000 ㎫ 초과이며, 제1 하펀치(54)가 변형되어 파손되기 쉽다.
또한, 제1 하펀치의 모서리부 A~C 중, 제1 하펀치(54)의 둘레 방향 내측에 위치하는 모서리부 C의 최대 응력은 비교적 작은 것을 알 수 있다. 이것은, 제1 하펀치에는 2개의 관통 구멍이 대칭으로 형성되어 있기 때문에, 측압이 서로 상쇄되는 것에 의해, 측압에 의한 응력이 생기기 어렵기 때문이라고 고려된다.
<압분 자심의 효과>
실시예 1의 압분 자심(10)은, 요크부(11)의 티스 형성면(15)에 형성된 오목부(30)를 갖기 때문에, 제1 하펀치(54)의 고리형 단부면(54o)에 형성된 볼록부(60)에 의해, 압축 성형시의 측압에 의한 제1 하펀치(54)의 변형을 억제할 수 있다. 그 때문에, 압분 자심(10)을 고밀도화하기 위해 성형압을 높게 하더라도, 제1 하펀치(54)의 내주 모서리부에 발생하는 응력을 저감할 수 있고, 제1 하펀치(54)의 파손을 억제할 수 있다. 따라서, 압분 자심(10)은, 고밀도화가 가능하고 생산성이 우수하다.
[변형예]
실시예 1에서는, 압분 자심(10)에 형성된 오목부(30)의 단면 형상이 반원형이며, 원호형의 곡면을 갖는 경우를 예를 들어 설명했다(도 3 참조). 이것에 한정되지 않고, 오목부(30)는, 티스부(12)측을 향해 경사진 경사면을 갖는 구성으로 해도 좋다. 이하, 변형예에 따른 압분 자심의 오목부에 관해 설명한다.
경사면을 갖는 오목부의 구체예를, 도 15를 참조하여 설명한다. 도 15의 상측 도면에 도시하는 오목부(31)는, 티스부(12)측을 향해 경사진 경사면(41)과, 경사면(41)으로부터 티스부(12)의 둘레면에 연결되는 원호형의 곡면(42)을 갖는 단면 형상이다. 이 예에서는, 곡면(42)의 곡률반경 R이 1 ㎜이며, 오목부(31)의 깊이 D가 1 ㎜, 폭 Wd가 3 ㎜이다. 한편, 도 15의 하측 도면에 도시하는 오목부(32)는, 티스부(12)측을 향해 경사진 경사면(41)과, 티스부(12)의 둘레면으로부터 연장된 수직면(43)을 갖는 단면 형상이며, 경사면(41)과 수직면(43)이 교차하는 모서리부(44)가 R형상으로 형성되어 있다. 이 예에서는, 모서리부(44)의 곡률반경 R이 0.5 ㎜이며, 오목부(32)의 깊이 D가 1 ㎜, 폭 Wd가 3 ㎜이다. 오목부(31, 32)의 단면 형상은 모두, 오목부의 정점을 통과하는 수선에 대하여 비대칭 형상이며, 경사면(41)쪽이 길다.
도 16은, 도 15에 도시하는 오목부(31, 32)를 성형하는 제1 하펀치(54)의 볼록부(61, 62)를 도시한다. 도 16의 상측 도면에 도시하는 볼록부(61)는, 오목부(31)에 대응하도록, 관통 구멍(54h)측을 향해 경사진 경사면(71)과, 경사면(71)으로부터 관통 구멍(54h)의 내주면에 연결되는 원호형의 곡면(72)을 갖는 단면 형상이다. 이 예에서는, 곡면(72)의 곡률반경 R이 1 ㎜이며, 볼록부(61)의 높이 H가 1 ㎜, 폭 Wb가 3 ㎜이다. 한편, 도 16의 하측 도면에 도시하는 볼록부(62)는, 오목부(32)에 대응하도록, 관통 구멍(54h)측을 향해 경사진 경사면(71)과, 관통 구멍(54h)의 내주면으로부터 연장된 수직면(73)을 갖는 단면 형상이며, 경사면(71)과 수직면(73)이 교차하는 모서리부(74)가 R형상으로 형성되어 있다. 이 예에서는, 모서리부(74)의 곡률반경 R이 0.5 ㎜이며, 볼록부(62)의 높이 H가 1 ㎜, 폭 Wb가 3 ㎜이다. 볼록부(61, 62)의 단면 형상은 모두, 볼록부의 정점을 통과하는 수선에 대하여 비대칭 형상이며, 경사면(71)쪽이 길다.
<작용 효과>
압분 자심(10)에 형성된 오목부(31, 32)의 경사면(41)에 대응하도록, 제1 하펀치(54)에 형성된 볼록부(61, 62)가 경사면(71)을 갖는 경우, 원료 분말을 압축할 때, 경사면(71)에 압력이 작용한다. 경사면(71)이 받는 압력은, 도 16의 흰색 화살표로 도시한 바와 같이 관통 구멍(54h)측을 향해 작용하기 때문에, 압축 성형시에 관통 구멍(54h)의 내주면에 작용하는 측압을 상쇄하는 방향으로 작용한다. 따라서, 압축 성형시에 볼록부(61, 62)의 경사면(71)이 받는 압력을 이용하여, 제1 하펀치(54)에 작용하는 측압의 적어도 일부를 상쇄하는 것이 가능하기 때문에, 측압에 의한 제1 하펀치(54)의 변형이 더욱 억제된다.
<제1 하펀치의 응력 해석>
도 15의 상측 도면에 도시하는 오목부(31)가 형성된 압분 자심(10)을 변형예 1, 도 15의 하측 도면에 도시하는 오목부(32)가 형성된 압분 자심(10)을 변형예 2로 한다. 도 16을 참조하여 설명한 제1 하펀치(54)를 이용하여, 변형예 1, 2에 따른 각 압분 자심(10)을 각각 성형했을 때의 제1 하펀치(54)에 작용하는 응력 분포를 실시예 1과 동일하게 CAE에 의해 해석했다. 그리고, 변형예 1, 2에 따른 각 압분 자심에 관해서도, CAE의 해석 결과로부터, 압축 성형시에 제1 하펀치(54)의 내주 모서리부에 발생하는 최대 응력을 산출했다. 변형예 1 및 변형예 2에 따른 각 압분 자심의 경우의 제1 하펀치(54)의 각 모서리부 A~C의 근방에서의 응력 분포(단위 : ㎫)를 도 17~도 19 및 도 20~도 22에 각각 도시하고, 각 모서리부 A~C의 최대 응력을 표 2에 나타낸다.
최대 응력(MPa)
모서리부 A 모서리부 B 모서리부 C
실시예 1 1812 1813 837.2
변형예 1 1687 1747 825.3
변형예 2 1593 1663 775.8
CAE에 의한 응력 해석의 결과로부터, 변형예 1, 2의 압분 자심(10)은, 실시예 1의 압분 자심(10)에 비교하여, 제1 하펀치(54)의 내주 모서리부에서의 최대 응력이 더욱 저감되어 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 변형예 1, 2의 압분 자심(10)은, 제1 하펀치(54)의 내주 모서리부에 발생하는 응력을 더욱 저감할 수 있고, 제1 하펀치(54)의 파손을 더욱 억제할 수 있다. 이것은, 변형예 1, 2의 압분 자심(10)에서는 오목부(31, 32)가 경사면(41)을 갖고 있고, 경사면(41)을 성형하는 경사면(71)이 제1 하펀치(54)의 볼록부(61, 62)에 형성되어 있는 것에 의한 것으로 고려된다. 제1 하펀치(54)의 볼록부(61, 62)가 경사면(71)을 가짐으로써, 압축 성형시에 경사면(71)이 받는 압력에 의해, 제1 하펀치(54)에 작용하는 측압의 적어도 일부가 상쇄되기 때문이다. 또한, 변형예 1, 2의 대비 결과로부터, 경사면(41)[경사면(71)]이 긴 변형예 2쪽이 제1 하펀치(54)의 내주 모서리부에 발생하는 응력을 저감하는 효과가 높다고 고려된다.
<스테이터 코어>
도 23을 참조하여, 실시형태에 따른 스테이터 코어(210)에 관해 설명한다. 스테이터 코어(210)는, 액시얼 갭형의 회전 전기 기계에 이용되는 스테이터 코어이며, 압분 자심(10)을 가지며, 복수의 압분 자심(10)이 고리형으로 조합되어 구성되어 있다. 이 예에서는, 압분 자심(10)을 6개 1조로서 원환형으로 배치하고, 서로 인접하는 요크부(11)의 둘레 방향 양측의 단부면끼리를 접착제 등으로 접합함으로써, 스테이터 코어(210)를 구성하고 있다.
<스테이터>
도 24를 참조하여, 실시형태에 따른 스테이터(200)에 관해 설명한다. 스테이터(200)는, 액시얼 갭형의 회전 전기 기계에 이용되는 스테이터이며, 스테이터 코어(210)와, 스테이터 코어(210)를 구성하는 압분 자심(10)의 각 티스부(12)에 배치되는 코일(220)을 구비한다. 각 코일(220)은 집중권에 의해 형성되어 있다.
<액시얼 갭형 모터>
액시얼 갭형 회전 전기 기계의 구체예를 설명한다. 이하에서는, 도 25~도 27을 참조하여, 실시형태에 따른 액시얼 갭형 모터(이하, 단순히 「모터」라고 부르는 경우가 있음)에 관해 설명한다.
액시얼 갭형 모터(400)는, 도 25, 도 26에 도시한 바와 같이, 로터(300)와 스테이터(200)가 축방향에 대향하여 배치되고, 이 예에서는, 로터(300)의 양측에 각각 대향하도록 2개의 스테이터(200)가 배치된 구조이다. 로터(300) 및 스테이터(200)는 원통형의 하우징(410)에 격납되고, 하우징(410)의 양측에는 각각 원판형의 플레이트(420)가 부착되어 있다. 양 플레이트(420)에는, 중심에 관통 구멍이 형성되어 있고, 샤프트(430)가 관통 구멍에 베어링(440)을 통해 회전 가능하게 지지되어 있다.
스테이터(200)는, 티스부(12)측이 로터(300)에 대향하도록 배치되고, 스테이터 코어(210)의 요크부(11)측이 플레이트(420)에 고정되어 있다.
로터(300)는 복수의 자석(320)과, 자석(320)을 지지하는 지지 부재(310)를 구비한다. 자석(320)은 평판형이며, 도 27에 도시한 바와 같이, 원환형의 지지 부재(310)의 외주측에 매립되어 있고, 로터(300)의 둘레 방향으로 간격을 두고 배치되어 있다. 이 예에서는, 로터(300)가 10극의 자석(320)을 갖는다. 자석(320)은 로터(300)의 축방향으로 착자되고, 인접하는 자석(320)의 자화 방향이 서로 반대가 되도록 나열되어 있다. 지지 부재(310)의 내주측은, 샤프트(430)의 플랜지부(431)에 고정되고, 로터(300)가 샤프트(430)에 지지되어 있다.
이상 설명한 본 발명의 실시형태에 관련하여, 이하의 부기를 더 개시한다.
[부기 1]
부채판형의 요크부와, 상기 요크부로부터 돌출된 티스부를 갖는 압분 자심을 성형하는 금형으로서,
상기 요크부의 둘레면을 성형하는 부채형의 형구멍을 갖는 다이와,
상기 다이의 형구멍에 감합되고, 상기 요크부의 하면을 성형하는 단부면을 갖는 상펀치와, 상기 다이의 형구멍에 감합되고, 상기 티스부의 둘레면을 성형하는 관통 구멍을 가지며, 상기 티스부가 돌출된 상기 요크부의 티스 형성면을 성형하는 고리형 단부면을 갖는 제1 하펀치와,
상기 제1 하펀치의 관통 구멍에 삽입 관통되고, 상기 티스의 상단부면을 성형하는 단부면을 갖는 제2 하펀치,
를 구비하고,
상기 제1 하펀치의 고리형 단부면에는, 상기 관통 구멍의 둘레 가장자리와 상기 제1 하펀치의 둘레 가장자리 사이에 볼록부가 형성되어 있는 금형.
[부기 2]
상기 볼록부가, 상기 제1 하펀치의 둘레 방향 양측의 둘레 가장자리를 따라서 형성되어 있는 부기 1에 기재된 금형.
[부기 3]
상기 볼록부가, 상기 관통 구멍의 둘레 가장자리를 따라서 전체 둘레에 걸쳐 형성되어 있는 부기 1 또는 부기 2에 기재된 금형.
[부기 4]
상기 볼록부가, 상기 관통 구멍측을 향해 경사진 경사면을 갖는 부기 1 내지 부기 3 중 어느 하나에 기재된 금형.
[부기 5]
부채판형의 요크부와, 상기 요크부로부터 돌출된 티스부를 갖는 압분 자심의 제조 방법으로서,
부기 1 내지 부기 4 중 어느 하나에 기재된 금형을 이용하고,
상기 다이의 형구멍과 상기 제1 하펀치 및 상기 제2 하펀치에 의해 형성되는 상기 금형의 캐비티에, 연자성 분말을 주성분으로 하는 원료 분말을 충전하는 충전 공정과,
상기 상펀치와 상기 제1 하펀치 및 상기 제2 하펀치에 의해 충전된 상기 원료 분말을 압축하여, 상기 압분 자심을 성형하는 성형 공정과,
상기 금형으로부터 상기 압분 자심을 빼내는 발출 공정
을 포함하는 압분 자심의 제조 방법.
[부기 6]
상기 성형 공정에 있어서, 압축 성형할 때의 성형압을 686 ㎫ 이상으로 하는 부기 5에 기재된 압분 자심의 제조 방법.
10, 100 : 압분 자심 11, 110 : 요크부
12, 120 : 티스부 15 : 티스 형성면
21, 22 : 측가장자리 23 : 외주 가장자리
30, 31, 32 : 오목부 41 : 경사면
42 : 곡면 43 : 수직면
44 : 모서리부 50, 500 : 금형
51, 510 : 다이 51h, 510h : 형구멍
52, 520 : 상펀치 52f, 520f : 단부면
53, 530 : 하펀치 54, 540 : 제1 하펀치
54h, 540h : 관통 구멍 54a, 54b : 측가장자리
54c : 외주 가장자리 54o, 540o : 고리형 단부면
55, 550 : 제2 하펀치 55f, 550f : 단부면
60, 61, 62 : 볼록부 71 : 경사면
72 : 곡면 73 : 수직면
74 : 모서리부 200 : 스테이터
210 : 스테이터 코어 220 : 코일
300 : 로터 310 : 지지 부재
320 : 자석 400 : 모터
410 : 하우징 420 : 플레이트
430 : 샤프트 431 : 플랜지부
440 : 베어링

Claims (9)

  1. 액시얼 갭형의 회전 전기 기계에 이용되는 압분 자심으로서,
    부채판형의 요크부와,
    상기 요크부와 일체 성형되고, 요크부로부터 돌출된 티스부를 가지며,
    상기 요크부의 표면 중, 상기 티스부가 돌출되는 면을 티스 형성면으로 할 때, 상기 티스 형성면은, 상기 티스부의 둘레 가장자리와 상기 요크부의 둘레 가장자리 사이에 형성되는 오목부를 갖는 것인 압분 자심.
  2. 제1항에 있어서, 상기 오목부는, 상기 요크부의 둘레 방향 양측의 둘레 가장자리를 따라서 형성되어 있는 것인 압분 자심.
  3. 제1항에 있어서, 상기 오목부는, 상기 티스부의 둘레 가장자리를 따라서 전체 둘레에 걸쳐 형성되어 있는 것인 압분 자심.
  4. 제2항에 있어서, 상기 오목부는, 상기 티스부의 둘레 가장자리를 따라서 전체 둘레에 걸쳐 형성되어 있는 것인 압분 자심.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오목부는, 상기 티스부측을 향해 경사진 경사면을 갖는 것인 압분 자심.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상대 밀도가 90% 이상인 것인 압분 자심.
  7. 제5항에 있어서, 상대 밀도가 90% 이상인 것인 압분 자심.
  8. 액시얼 갭형의 회전 전기 기계에 이용되는 스테이터 코어로서,
    제1항에 기재된 압분 자심을 가지며,
    복수의 압분 자심이 고리형으로 조합되어 구성되어 있는 것인 스테이터 코어.
  9. 액시얼 갭형의 회전 전기 기계에 이용되는 스테이터로서,
    제8항에 기재된 스테이터 코어와,
    상기 스테이터 코어를 구성하는 상기 압분 자심의 각 티스부에 배치되는 코일
    을 구비하는 스테이터.
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