WO2007029874A1

WO2007029874A1 - ステータコアエレメント、製造装置および製造方法

Info

Publication number: WO2007029874A1
Application number: PCT/JP2006/318218
Authority: WO
Inventors: Kazutaka Tatematsu; Yasuhiro Endo; Toshiya Yamaguchi; Eisuke Hoshina
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2005-09-08
Filing date: 2006-09-07
Publication date: 2007-03-15
Also published as: EP1923979A1; US20090127970A1; CN101258665A; JP2007074847A

Abstract

　ステータコアは、軸方向に接合された２個の圧粉磁心の成形体からなる。ヨーク部は、ティースの軸方向端面から軸方向外方に突出した突出部を含む。ティースは、軸方向の長さがステータコアの径方向外方に向けて漸減し、かつ周方向の長さがステータコアの径方向外方に向けて漸増する。成形体は、ダイに充填された磁性粉末を軸方向の一方側に配した単一のパンチと、軸方向の他方側に並列に配した２つのパンチとで加圧することにより成形される。これによって、回転電機のステータコアが製造される。

Description

明細書ステ一夕コアエレメント、製造装置および製造方法

[技術分野]

この発明は、回転電機の固定子（以下、ステ一夕とも称する）を構成するステ一夕コアエレメントおよび製造装置に関する。

[背景技術]

ステ一夕とロー夕とからなる回転電機において、ステ一夕は、複数のスロットが形成されたステ一夕コアと、スロット間に設けられる櫛歯（以下、ティースとも称する）に巻回されたコイルとから構成される。また、ロー夕は、ロー夕コアと、磁力を帯びた磁石と、回転軸となるシャフトとから構成される。

かかる構成において、コイルに予め定められた電力を供給することにより、回転磁界を発生する。発生した回転磁界に基づいて、ロー夕とステ一夕との間に磁束の流れが形成されることによって、ロータは回転力を得る。例えば回転電機を動力源とする自動車においては、この回転力によって車輪が駆動される。

ここで、ステ一夕においては、スロットの断面積に対するコイルが占有する断面積の面積比（以下、占積率とも称する）の向上を目的としたステ一夕の構造が、従来から多数開示されている（たとえば特許文献 1および 2参照）。

図 1 0 A〜図 1 0 Dは、たとえば特許文献 1に開示される回転電機におけるステ一夕の構造を示す図である。

図 1 0 Aは、ステ一夕を構成することになる 1極分の積層コア 5 1に巻線 5 2 が巻回された状態を、図 1 0 Bは、図 1 O Aの水平断面をそれぞれ示す。

積層コア 5 1は、所定数の電磁鋼板を積層して形成されており、ティース部 5

3とヨーク部 5 4とのなす両側の空間が、卷線 5 2の配置のためのスロット部 5

5として機能する。

積層コア 5 1には、後述するコアエンド部材 5 7が装着された状態で、スロット部 5 5の内面（すなわち、コアエンド部材 5 7の表面、ティース部 5 3の側面、ヨーク部 5 4およびティース部 5 3の卷線 5 2側の面）を覆うように絶縁キヤップ 5 6が被せられる。この絶縁キヤップ 5 6の外周に巻線 5 2が所定回数だけ巻回されて、図 1 0 Aの状態となる。なお、図 1 0 Bでは、絶縁キャップ 5 6は省略してある。

図 1 0 Bを参照して、ティース部 5 3の幅寸法 Wについては、ステ一夕外周からステ一夕内周に向かって漸次幅狭となるように、両端面がテーパ状に形成され、これによつてティース部 5 3の両側に形成されるスロット部 5 5の投影形状が、平行四辺形もしくは長方形となるように設定されている。

図 1 0 Cは、図 1 O Aの巻線 5 2と絶縁キャップ 5 6とを取り除いた状態を、図 1 0 Dは、図 1 0 Cの D方向矢視図をそれぞれ示す。

図 1 0 Cを参照して、積層コア 5 1の積層方向両端面には、ティース部 5 3の投影形状と略同一の輪郭形状を持つコアェンド部材 5 7がそれぞれ装着される。コアエンド部材 5 7は、磁性粉末の成形体にて形成され、表面の巻線受圧面 5 7 aは、ステ一夕外周から内周側に向かって段階的に高くなるように形成されている（図 1 0 D参照）。

以上の構成において、積層コア 5 1が回転電機の一部として機能する際には、ティース部 5 3を磁束が通過する。このとき、ティース部 5 3におけるステ一夕内周側の先端部では、その幅寸法 Wが小さいために磁束密度が高くなり、磁束が飽和する可能性がある。そこで、当該ステ一夕構造においては、積層コア 5 1の鋼板積層方向の両端面に配したコアェンド部材 5 7を磁路として機能させている。ただし、コアエンド部材 5 7は、材質によって磁気特性が異なるため、径方向に沿って内周側、外周側および中央部分における等価断面積が求められ、その値が互いに等しくなるように設定される。

このような構成によれば、スロット部 5 5のデッドスペースが縮小化されることにより、スロット部 5 5での巻線 5 2の占積率が向上し、小型で高出力な回転電機を実現することができる。

ここで、特許文献 1は、特開 2 0 0 2— 3 6 9 4 1 8号公報、特許文献 2は、特開 2 0 0 5— 4 5 8 9 8号公報である。

しかしながら、図 1 0 A〜図 1 0 Dに示す従来のステ一夕構造においては、巻線 5 2の占積率が向上する一方で、図 1 0 Dから明らかなように、ティース部 5 3の軸方向両端面に配したコアエンド部材 5 7によって、軸方向に形成される巻線 5 2の巻回部分（コイルエンド部）がヨーク部 5 4から突出した形状となる。そのため、当該ステ一夕から構成される回転電機において、その搭載性に問題を有していた。

また、コアエンド部材 5 7は、表面の巻線受圧面 5 7 aがステ一夕外周から内周側に向かって段階的に高くなる階段状に形成されるが、このような複雑な形状を磁性粉末の成形体によって一体的に形成するためには、成形工程において成形体の磁性粉末の密度を均一にするための高度な加圧制御が必要とされる。これは、成形工程を複雑化し、ステ一夕コアの生産性の向上を困難なものとしていた。したがって、成形工程における加圧制御を可能な限り容易なものとすれば、ステー夕コアの生産性を改善することができる。

[発明の開示]

本発明は、軸を中心として複数個を環状に配置して回転電機のステ一夕を構成するためのステ一夕コアエレメン卜に関する。このステ一夕コアエレメントは、ステ一夕の外周側に配置されるヨーク部と、このヨーク部から内側方向に伸びるティース部と、を含み、前記ティース部は、軸に平行な中心を通る面による断面が、内側方向に向けて広がる台形状であり、軸に垂直な面による断面が、外側に向けて広がる台形状である。

この構成により、ティース部にコイルを効率的に巻回でき、ティース部において磁束が飽和しにくくなる。

また、本発明に係る製造装置によれば、上記ステ一夕コアエレメントを圧粉磁心の成形体によって効率的に製造することができる。

[図面の簡単な説明]

図 1は、この発明の実施の形態に従う回転電機のステ一夕における 1極分のステ一夕コアエレメントの斜視図である。

図 2は、図 1のステ一夕コアエレメントの周方向の断面図である。図 3は、図 1のステ一夕コアエレメントの軸方向の断面図である。図 4は、図 1に示すステ一夕コアエレメントにおけるィ一スの径方向に垂直な断面を説明するための図である。

図 5は、ステ一夕コアエレメントの内部における磁束の流れを示す説明図である。

図 6は、一般的な成形方法を適用したときのステ一夕コアエレメントの成形ェ程を示す図である。

図 7は、この発明による回転電機における 1極分のステ一夕コアエレメントの斜視図である。

図 8は、図 7のステ一夕コアエレメントの軸方向の断面図である。

図 9は、成形体 D 1 ( = D 2 ) の成形工程を説明するための図である。

図 1 0 A, 1 0 B , 1 0 C , 1 0 Dは、特許文献 1に開示される回転電機におけるステ一夕の構造を示す図である。

[発明を実施するための最良の形態]

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

図 1は、この発明の実施の形態に従う回転電機のステ一夕における 1極分のステ一夕コアエレメント 1 0 0の斜視図である。なお、図示は省略するが、全体としてのステ一夕コアは、図 1の 1極分のステ一夕ユアエレメント 1 0 0を回転電機の極数だけ環状に配した中空円筒形状を有する。そして、ステ一夕コアは、環状のヨーク部と、ヨーク部の内周側に半径方向内方を向けて突出する所定数のティースからなるティース部と、互いに隣り合うティースの間に形成され、軸方向に延在する所定数のスロットとを含む。ティースは、各ステ一夕コアエレメント 1 0 0に 1つ設けられ、ティースおよびスロットの個数は、回転電機の極数に対応しており、一定間隔で環状に配置されている。なお、ステ一夕コアの中央部分には、ロー夕が配置される。このロータの出力軸（回転軸）が環状のステ一夕コァの中心に位置する。そこで、下記説明において、軸方向は、回転軸およびそれに平行な方向を指し、半径方向、周方向も回転軸を中心してとして定義する。図 1を参照して、任意の 1極を構成するステ一夕コアエレメント 1 0 0は、板状で円弧状のヨーク部 2 0とヨーク部 2 0の内面側中央分から内側に伸びるティース 1 0とを含み、全体として略 T字形状となっている。このステ一夕コアエレメント 1 0 0は、磁性粉末を成形用金型にて圧縮成形した磁心（以下、. 圧粉磁心とも称する）からなり、ヨーク部 2 0とティース 1 0と.は、後述するステ一夕コァエレメントの製造装置により、一体的に成形される。

ティース 1 0の周方向（図における 0方向に相当）の両脇には、隣り合うティ —ス 1 0 (図示せず）との間において、スロットがそれぞれ形成される。コイルは、.図示は省略するが、各ティース 1 0に巻回して固着される。

ここで、本実施の形態に係るステ一夕コアエレメント 1 0 0は、ヨーク部 2 0 とティース 1 0とで軸方向（図における z方向に相当）の長さが異なる。詳細には、図 1に示すように、ヨーク部 2 0は、ティース 1 0の軸方向の両端面からそれぞれ軸方向の両側に突出した突出部分を有する。このため、ヨーク部 2 0は、軸方向において、この突出部だけティース 1 0よりも長くなつている。なお、軸方向は、図示を省略したロー夕の回転軸の方向、径方向は口一夕の半径方向を意味する。

さらに、この実施形態に係るステ一タコアエレメント 1 0 0は、ティース 1 0 において、径方向に垂直な断面の形状が、径方向に沿って徐々に変化する、異形断面を有する。例えば、図 1のティース 1 0において、最も内周側に位置する断面（図中の A断面に相当）と、最も外周側に位置する断面（図中の C断面に相当）と、これらの中間に位置する断面（図中の B断面に相当）とでは、互いに形状が異なっている。なお、これらの A〜C断面を含む径方向の各断面の間には、以下に述べるように、全て四角形で面積が互いに等しく、かつアスペクト比（縦横比）が互いに異なるという関係が成立している。このような形状のステ一タコァエレメント 1 0 0は、圧粉磁心で形成することによって、製作が容易になる。図 2は、図 1のステ一夕コアエレメント 1 0 0の周方向（軸方向に垂直な方向）の断面図である。

図 2を参照して、ステ一夕コアエレメント 1 0 0において、ティース 1 0ば、略扇形状の断面を有しており、内周側に向かって周方向の長さが次第に短くなつている。具体的には、図 1に示す径方向に沿った A〜C断面の各々について、周方向の長さをそれぞれ L 0， L Θ , L₂0とすると、これらの間には、 Li S< L 0<L ₂0の関係が成り立つ。

ティース 10の軸方向に垂直な断面をこのような扇形状とすることによって、ティース 1 0の両脇に形成されるスロット 30は、それぞれ、図中の斜線領域で示すように、略矩形状となる。すなわち、斜線領域において、 C断面における周方向の幅 hと、 A断面における周方向の幅 j との差が比較的小さくなつている。これにより、ティース 10の内周側においてもコイルの巻回が可能になり、スロット 30におけるコイルの占積率が向上する。また、例えば平角銅線をコイルとして用いたときには、コイルはスロット 30の内部に規則性をもって整列されることから、コイルの緻密化が可能となり、占積率をさらに向上させることができる。

図 3は、図 1のステ一夕コアェ.レメント 100の軸方向の断面図である。

図 3から明らかなように、ティース 1 0は、軸方向の長さが、径方向に沿って徐々に変化する。詳細には、軸方向の長さは、ステ一夕外周側に向かって次第に短くなる。図 1に示す径方向に沿った A〜C断面の各々について、軸方向の長さをそれぞれ Li Z， L Z , L₂Zとすると、これらの間には、 Ι^Ζ〉 Ζ〉 ₂Ζ の関係が成り立つ。さらに、最も長い Α断面の軸方向の長さ LiZにおいても、ヨーク部 20の軸方向の長さよりも短いことが分かる。

ここで、図 2および図 3によれば、ティース 1 0は、 A〜C断面の間で、周方向および軸方向の長さに関して、 Ι^0<10<! ₂0および L,Z〉LZ〉L₂Z の関係を有することが分かる。すなわち、ティース 1 0は、ステ一夕内周側（口 —夕側）から外周側に向かって、周方向の長さが長く、かつ軸方向の長さが短くなる。ステ一夕コアエレメント 1 00は、ティース 1 0の形状を周方向のみならず、軸方向にも変化させた点において、ティース部 53の軸方向の長さを一定とする図 10 A〜： 1 0 Dに示す従来のステ一夕コアエレメントとは相違する。また、ヨーク部 20の軸方向の長さが、ティース 1 0の軸方向の長さの最大値よりもさらに長いという点において、ヨーク部 54の軸方向の長さがティース部分（ティ —ス部 53 +コアエンド部材 57) の軸方向の長さよりも短い図 10 A〜 l 0 D に示す従来のステ一夕コアエレメントとは相違する。

さらに、ティース 1 0の最外周側においてティース 1 0と接合されるヨーク部 2 0は、上述したように、ティース 1 0の軸方向の両端面から軸方向外方に向けて突出した突出部分を有する。この突出部分の軸方向の長さ mは、ヨーク部 2 0 の軸方向端面とティース 1 0の最外周側の軸方向端面との高低差に該当する。さらに、ヨーク部 2 0の軸方向端面とティース 1 0の最内周側の軸方向端面とにおいても、軸方向の長さ kの高低差が生じている。

ここで、コイルをティース 1 0に巻回したときに、軸方向に沿ってスロット 3 0から突出したコイルの両端部分は、軸方向における両端に位置するコイル部分であるコイルエンド部 4 0を形成する。ティース部分（コアエンド部材を含む）の軸方向の長さがヨーク部の軸方向の長さよりも長い従来のステ一夕コアエレメントにおいては、このコイルエンド部 4 0は、ステ一夕コアエレメントの軸方向の両端面から突出した状態となる。

本実施の形態では、図 3に示すように、コイルエンド部 4 0の軸方向の端面と、ヨーク部 2 0の軸方向の端面との高低差をなくし、両端面が略同一平面をなすように、ティース 1 0およびヨーク部 2 0の形状を設定している。

詳細には、スロット 3 0におけるコイルの卷回スペースは、図 2の斜線領域で示したように、 A断面および C断面において、それぞれ周方向の幅 jおよび周方向の幅 hを有する。このため、コイルを巻回したときに、軸方向に形成されるコィルエンド部 4 0も、 A断面および C断面において、それぞれ軸方向に、幅 jおよび幅 hとほぼ等しい高さを有することとなる。仮に、ティース 1 0の軸方向長さがヨーク部 2 0の軸方向長さと同じであるとすれば、コイルエンド部 4 0両端面は、 A断面および C断面において、それぞれ高さ jおよび hだけステ一夕コアエレメント 1 0 0から突出することになる。

本実施の形態によるステ一夕コアエレメント 1 0 0では、 A断面におけるョ一ク部 2 0の軸方向端面とティース 1 0の軸方向端面との高低差 kを、コイルェンド部 4 0の A断面の軸方向の高さ j と略同じとなるように設定する。さらに、 C 断面におけるヨーク部 2 0の軸方向端面とティース 1 0の軸方向端面との高低差 m ( =ョ一ク部 2 0の突出部の軸方向の長さ）を、コイルエンド部 4 0の C断面の高低差 hと略同じとなるように設定する。

このような構成とすることにより、コイルをティース 1 0に巻回したときに形成されるコイルエンド部 4 0は、ステ一夕コアエレメント 1 0 0から軸方向に突出することなく、その体格内にほぼ収まることから、回転電機の搭載性を改善することができる。

以上のように、本実施の形態によるステ一夕コアエレメントを適用した回転電機は、ステ一夕コアエレメント 1 0 0のヨーク部 2 0に突出部を設けたこと、およびティース 1 0を径方向に沿ってァスぺクト比が徐々に変化する異形断面としたことによって、高いコイルの占積率を保ちながら、搭載性が向上される。ここで、スロット 3 0におけるコイルの占積率が高められると、ティース 1 0 の内部に発生する磁束が増加し、より大きな出力トルクの発生が期待される。しかしながら、ステ一夕コアエレメント 1 0 0の内部において、磁束の飽和などによって無効となる磁束が増加すれば、トルク変動や鉄損が生じ、却って回転電機の性能を劣化させることになる。

このため、本実施形態では、先述したように、ティース 1 0の形状において、径方向に垂直な断面を一定面積に保ちながら、そのァスぺクト比を変化させる構成とする。また、ヨーク部 2 0の形状において、漏洩磁束の低減を考慮した構成とする。以下にその詳細を説明する。

図 4は、図 1に示すステ一夕コアエレメン卜 1 0 0におけるティース 1 0の径方向に垂直な断面を説明するための図である。なお、この図は、説明をわかりやすくするためにァスぺクト比を大きく変更して書いてある。

図 4を参照して、図 1におけるティース 1 0の A〜C断面は、いずれも略矩形状であり、軸方向および周方向の各辺において、上述したように、それぞれ、 L . Z > L Z > L ₂ Z , および L , 0 < L 0く L ₂ 0の関係を有する。

さらに、 A〜C断面は、その断面積をそれぞれ S A , S B , S Cとすると、これらの間に、 S A = S B = S Cの関係を有する。すなわち、ティース 1 0の形状は、径方向に垂直な断面を一定面積に保ちながら、軸方向の辺と周方向の辺との比（アスペクト比）が漸次変化している。特に、本実施形態では、図 4に示すように、 A断面と C断面との関係において、一定面積を保ちながら、アスペクト比を反転させた設計とすることも可能である。しかし、その構成では、ティース 1 0の内周側の周方向長さが大きくなり、好ましくない。

ここで、ティース 1 0の径方向に垂直な断面を面積一定としたのは、以下の理由による。

ステ一夕コアエレメント 1 0 0の内部で生じた磁束は、ティース 1 ひの内部を径方向（ティース 1 0の A〜C断面に垂直な方向）に通過する。このとき、ティース 1 0の内部において、磁束集中による局部的な磁束飽和が起こると、コイルを鎖交する有効磁束が減少する。このとき生じた無効磁束によって、回転電機には、コギングトルクと称されるトルク変動や鉄損が発生する。これらのコギングトルクや鉄損は、モータ効率を低下させるだけでなく、騒音や振動の原因となることから、ステ一夕コアエレメント 1 0 0内の磁束密度分布を均一にし、磁束飽和を緩和する必要が生じる。そこで、図 4で述べたように、ティース 1 0の径方向に垂直な断面を一定面積とすれば、ティース 1 0における磁束密度分布を均一にでき、コギングトルクや鉄損の発生を抑えることができる。

図 5は、ステ一夕コアエレメント 1 0 0の内部における磁束の流れを示す説明図である。

図 5を参照して、ティース 1 0の内部を径方向に沿って通過した磁束は、矢印で示すように、ティース 1 0とヨーク部 2 0との接合面（以下、単に接合面とも称する）を介してヨーク部 2 0へ流れ込む。ヨーク部 2 0に流入した磁束は、さらにヨーク部 2 0の内部を周方向に互いに逆向きに流れる。

ここで、このようなティース 1 0〜接合面〜ヨーク部 2 0に至る磁束の経路において、漏洩磁束が生じることによつても、先述したコギングトルクが発生することが知られている。この漏洩磁束を抑えるためには、磁束の経路において、磁束が通過する断面積が減少しないことが必要とされる。これには、ティース 1 0 の径方向に垂直な断面に対して、接合面の面積が同等以上であればよい。さらに、ヨーク部 2 0の周方向に垂直な断面の面積が、ティース 1 0の径方向に垂直な断面の少なくとも 1 / 2以上であればよい。

すなわち、接合面の面積の 1 / 2 (斜線領域 S 2の面積に相当）およびヨーク部 2 0の周方向に垂直な断面積（斜線領域 S 3の面積に相当）のいずれか一方でもティース 1 0の径方向に垂直な断面 ft S 1 ( =全面積 S Aの 1 2に相当）を下回れば、その箇所において漏洩磁束が生じることになる。なお、上記の 1 Z 2 とは、ティース 1 0を通過した磁束が、ヨーク部 2 0において周方向で互いに反対方向に分流されることによる。

すなわち、本実施の形態において、ヨーク部 2 0の形状は、上述したコイルェンド部 4 0との関係に加えて、 S 1≤S 2 , S 1≤ S 3の関係を満たすように決定される。

以上のように、この実施形態によるステ一夕コアエレメントによれば、ヨーク部 2 0に配した突出部とティース 1 0に配した異形断面とによって、搭載性に優れ、かつ小型高出力の回転電機を実現することができる。このとき、ティース 1 0およびヨーク部 2 0の形状を、無効磁束の低減を考慮して決定することから、回転電機の効率低下および騒音 ·振動の発生が抑えられる。

次に、この発明によるステ一夕コアエレメント 1 0 0を製造するための製造装置について説明する。ステ一夕コアエレメント 1 0 0の製造装置は、以下に述べる圧粉磁心の成形体を形成する成形工程と、成形工程により形成した 2個の圧粉磁心の成形体を軸方向に接合して、一体のステ一夕コアエレメント 1 0 0を形成する接合工程とを備える。すなわち、ステ一夕コアエレメント 1 0 0は、軸方向に結合された 2個の圧粉磁心の成形体（分割ステ一夕コアエレメント）で構成される。

一般に、圧粉磁心の成形工程においては、粒子ごとに酸化膜が被膜された磁性粉末を成形用金型に充填し、これを加圧成形することによって所望の形状に一体的に成形する方法が採用される。

図 6は、上述の形状のステ一夕コアエレメント 1 0 0を成型する場合の一般的な成形方法を示す図である。

図 6を参照して、磁性粉末は、各粒子に酸化膜が被膜された後に、成形用金型となるダイ 2 0 0に充填される。そして、充填された磁性粉末は、ダイ 2 0 0の上方に配されたパンチ 2 0 1 , 2 0 3および下方に配されたパンチ 2 0 2， 2 0 4により垂直方向に加圧される。なお、図 6における加圧方向は、成形後のステ —夕コアエレメント 1 0 0の軸方向に対応する。このようにして、ステ一夕コアエレメント 1 0 0は一体的に成形される。

ここで、図 6の圧粉磁心の成形工程において、ダイ 2 0 0の上方に配されたパンチ 2 0 1， 2 0 3は、加圧によってヨーク部 2 0を成形するパンチ 2 0 3と、加圧によってティース 1 0を成形するパンチ 2 0 1との 2つのパンチで構成される。ダイ 2 0 0の下方においても同様に、ヨーク部 2 0を成形するパンチ 2 0 4 とティース 1 0を成形するパンチ 2 0 2とで構成される。すなわち、ヨーク部 2 0とティース 1 0とは、互いに異なる加圧部材によって加圧成形される。

このようにダイ 2 0 0の上方および下方のパンチ 2 0 1〜2 0 4をそれぞれ分割した構成としたのは、この実施形態によるステ一夕コアエレメント 1 0 0の軸方向端面が、ヨーク部 2 0の軸方向端面に相当する平面部分と、ティース 1 0の軸方向端面に相当する斜面部分とを有することに起因する。

詳細には、上方および下方のパンチ 2 0 1〜 2 0 4をそれぞれ単体のパンチで構成した場合、ティース 1 0とヨーク部 2 0とを構成する磁性粉末は、当該単体のパンチに設定された一定のストローク（移動量）で一律に加圧される。このとき、ティース 1 0の軸方向長さがステ一夕外周側に向かって次第に短くなることから、加圧過程においてティース 1 0を構成する磁性粉末にかかる圧力は、径方向において不均一となり、ステ一夕内周側にかかる圧力がステ一夕外周側にかかる圧力よりも高くなる。そのため、ティース 1 0を構成するはずの磁性粉末は、圧力がより低いティース 1 0のステ一夕外周側からヨーク部 2 0へと流れ込む。したがって、加圧成形後のステ一夕コアエレメント 1 0 0において、磁性粉末の密度には、ティース 1 0のステ一夕内周側が相対的に低く、かつティース 1 0のステ一夕外周側およびヨーク部 ₂ 0が相対的に高いといった偏りが生じてしまう。そして、このような磁性粉末の密度の偏りは、ステ一夕コアエレメント 1 0 0 全体の強度を低下させることとなる。特に、ヨーク部 2 0とティース 1 0との接合部分であるステ一夕コアエレメン卜 1 0 0のくびれ部分において亀裂が生じるおそれがある。また、ティース 1 0にコイルを巻回して形成したステ一夕を搭載した回転電機においては、ステ一夕コアエレメント 1 0 0の内部で生じる磁束が不均一となり、所望のモータ性能を得ることができないという問題も起こり得る。そこで、このような磁性粉末の密度の偏りを解消ために、図 6に示すように、単体のパンチを、ティース 1 0を成形するパンチ 2 0 1 , 2 0 2とヨーク部 2 0 とを成形するパンチ 2 0 3 , 2 0 4とに分割し、各々のパンチで独立した加圧制御を行なう構成とする。これによれば、成形体の磁性粉末の密度が均一となるように、ダイ 2 0 0の上方に配されたパンチ 2 0 1のストロークとパンチ 2 0 3のストロークとを個別に制御することができる。同様に、ダイ 2 0 0の下方に配されたパンチ 2 0 2のストロークとパンチ 2 0 4のストロ一クとには個別に制御される。すなわち、合計 4つのパンチ 2 0 1〜2 0 4のストロークを別個に制御することによって、磁性粉末の密度が均一な成形体を形成することができる。

ところが、このような加圧制御を実際の成形工程に適用するにあたっては、合計 4つのパンチ 2 0 1〜2 0 4のストロークを別個に制御することから、加圧制御における自由度は 4となり、制御が複雑化する。結果として、製造コストが増大し、生産性を低下しやすい。したがって、生産性の向上のためには、加圧制御の自由度は少ないことが望まれる。

そこで、この実施形態では、ステ一夕コアエレメント 1 0 0の生産性を高めるために、以下に示すように、 2個の圧粉磁心の成形体を結合してステ一夕コアェレメント 1 0 0を形成する構成とする。なお、以下に示すステ一夕コアエレメント 1 0 0については、図 6の一体成形型のステ一夕コアエレメント 1 0 0と対比させて、分割型のステ一夕コアエレメント 1 0 0とも称する。

図 7は、この実施形態による回転電機における 1極分のステ一夕コアエレメント 1 0 0の斜視図である。また、図 8は、図 7のステ一夕コアエレメント 1 0 0 の軸方向の断面図である。

図 7を参照して、ステ一夕コアエレメント 1 0 0は、軸方向（z方向）に沿つて結合された 2個の成形体（分割ステ一夕コアエレメント） D l， D 2からなる。成形体 D 1と成形体 D 2 (図中の斜線領域に相当）とは、同一の形状を有し、両者が軸方向に垂直方向の中間面（ステ一夕コアエレメント 1 0 0の軸方向端面と平行な中間面）である水平面で接合されている。

次に、成形体 D 1 ( =成形体 D 2 ) の成形工程について説明する。図 9は、成形体 D 1 ( = D 2 ) の成形工程を説明するための図である。なお、周方向の加圧は、従来と同様であり、説明を省略する。図 9を参照して、成形体 D 1 ( D 2も同一形状であるが、ここでは D 1と称する）は、ダイ 2 0 0に充填された磁性粉末を、ダイ 2 0 0の上方に配されたパンチ 2 0 6および下方に配されたパンチ 2 0 2， 2 0 4により垂直方向に加圧して成形される。このとき、図 9から明らかなように、成形体 D 1の水平面となる一方端面（図における下方）は、単体のパンチ 2 0 6により加圧される。また、成形体 D 1の他方端面は、ティース 1 0を成形するパンチ 2 0 2とヨーク部 2 0を成形するパンチ 2 0 4とによって加圧される。そして、パンチ 2 0 2とパンチ 2 0 4とは、上述したように、成形体 D 1の磁性粉末の密度が均一となるように、別個にストロークが制御される。すなわち、成形体 D 1の成形工程において、加圧制御における自由度は 3となる。これば、図 6に示す一体成形型のステ一夕コァエレメント 1 0 0の成形工程における自由度 4よりも低く、加圧制御が簡易化される。

ここで、図 9に示すように、ダイ 2 0 0の下方に配されるパンチ 2 0 2 , 2 0 4を分割する構成にすることが好適である。磁性粉末を充填するに先立って、ダィ 2 0 0およびパンチ 2 0 2 , 2 0 4 , 2 0 6の壁面には、成形体の離型性を良くするための成形潤滑剤が塗布されるが、壁面が同一平面上にないパンチ 2 0 2 , 2 0 4への成形潤滑剤の塗布については、ダイ 2 0 0の下方にパンチ 2 0 2 , 2 0 4を配し、上方から成形潤滑剤を噴射する構成とするのが簡易かつ均一に塗布することができる。

そして、図 9の成形工程によって形成された成形体 D 1と成形体 D 2とは、軸方向に結合されて一体化され、ステ一夕コアエレメント 1 0 0を構成する。なお、成形体 D 1と成形体 D 2との結合は、たとえば成形体 D l， D 2を一体的に回転電機の収容部材であるハウジングに収容すること、もしくは成形体 D l， D 2からなるステ一夕コアエレメント 1 0 0のティース 1 0にコイルを巻回することなどによって行なわれる。

以上のように、この発明によるステ一夕コアエレメント 1 0 0は、分割型のステ一夕コアエレメントを採用したことによって加圧制御の自由度が低減されることから、製造コストの増大を抑え、生産性を向上することが可能となる。 . なお、図 9に示すダイ 2 0 0とパンチ 2 0 2 , 2 0 4 , 2 0 6とは、この発明による製造装置構成する。詳細には、ダイ 2 0 0の上方のパンチ 2 0 6は、「第 1加圧部」を構成し、ダイ 2 0 0下方のパンチ 2 0 2， 2 0 4は、「第 2加圧部」を構成する。特に、第 2加圧部において、パンチ 2 0 4は「平面加圧部材」を構成し、パンチ 2 0 2は「斜面加圧部材」を構成する。

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。本発明の範囲は上記した説明ではなく、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および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

[産業上の利用可能性]

この発明は、モー夕などの回転電機の製造に利用される。

Claims

請求の範囲

1 . 軸を中心として複数個を環状に配置して回転電機のステ一夕を構成するためのステ一夕コアエレメントであって、

ステ一夕コアエレメントは、ステ一夕の外周側に配置されるヨーク部と、このヨーク部から内側方向に伸びるティース部と、

を含み、

前記ティース部は、軸に平行な中心を通る面による断面が、内側方向に向けて広がる台形状であり、軸に垂直な面による断面が、外側に向けて広がる台形状である

ステ一夕コアエレメント。

2 . 請求項 1に記載のステ一夕コアエレメントにおいて、

前記ティース部は、半径方向においてその断面積が一定である、

ステ一夕コアエレメント。

3 . 請求項 1に記載のステ一夕コアエレメントにおいて、

前記ティース部のヨーク部に近い部分の周方向の両端面は、ヨーク部分の内側面の両端よりそれぞれ hだけ小さく、

前記ティース部の内側の端部の周方向の両端面は、ヨーク部分の周方向の両端と前記中心を結んで得られる扇形に比べ、それぞれ」'だけ小さく、

前記ティース部のヨーク部に近い部分の軸方向の両端面は、ヨーク部分の軸方向の両端面よりそれぞれ mだけ小さく、

前記ティース部の内側の端部の軸方向の両端面は、ヨーク部分の軸方向の両端面よりそれぞれ kだけ小さく、

前記 hが前記 mに、前記 jが kに対応した大きさになっている、

ステ一夕コアエレメント。

4 . 請求項 1に記載のステ一夕コアエレメントにおいて、

前記ステ一夕コアエレメントは、前記軸に垂直な面で分割された 2つの同一形状の分割ステ一夕コアエレメントを接合して形成されている、

ステ一夕コアエレメン卜。

5 . 請求項 1に記載のステ一夕コアエレメントにおいて、

前記ステ一夕コアエレメントは、圧粉磁心材料により形成されている、ステ一夕コアエレメン卜。

6 . 請求項 1に記載のステ一夕コアエレメントにおいて、

前記ヨーク部が前記ティース部の軸方向端面から軸方向両側に突出した突出部を有し、

前記突出部は、前記ティース部に巻回されるコイルの最外面が前記突出部を越えないように設定されている、

ステ一夕コアエレメント。

7 . 請求項 1に記載のステ一夕コアエレメントにおいて、

前記ヨーク部の半径方向の断面は、ティースの半径方向に垂直な断面の半分以上の面積を有するステ一夕コアエレメント。

8 . 請求項 1に記載のステ一夕コアエレメントにおいて、

前記ヨーク部と前記ティース部との接合部の断面積は、前記ティース部の前記半径方向に垂直な断面の面積に対して同等以上である、

ステ一夕コアエレメント。

9 . 回転電機の軸を中心として複数個を環状に配置してステ一夕を構成するステ

—夕コアエレメントを分割した分割ステ一夕コアエレメントを製造する製造装置であって、

前記軸方向の一方から磁性粉末を加圧して前記分割ステ一夕コアの一方側端面を形成する第 1加圧部であって、前記軸方向に垂直な平面を有する第 1加圧部と、前記軸方向の他方から磁性粉末を加圧して前記分割ステ一夕コアの他方側端面を形成する第 2加圧部であって、前記他方側端面における前記軸方向に垂直な平面を有する平面加圧部材と、前記他方端面における前記軸方向に垂直な平面に対し傾斜する斜面を有する斜面加圧部材と、を含む第 2加圧部と、

を含む、

製造装置。

1 0 . 請求項 9に記載の製造装置において、

前記分割ステ一夕コアエレメントは、

板状のヨーク部と、

前記ヨーク部の内側面から前記中心側に伸びるティース部とを含むとともに、一方向側端面が前記ヨーク部およびティース部を含む全体として平面であり、他方側端面がヨーク部が平面、ティース部が斜面であり、

前記第 2加圧部は、

前記平面加圧部材を用いて、前記ヨーク部の軸方向端面を加圧成形し、前記斜面加圧部材を用いて、前記ティース部の軸方向端面を加圧成形する、製造装置。

1 1 . 回転電機の軸を中心として複数個を環状に配置してステ一夕を構成するステ一夕コアエレメントを製造する製造方法であって、

分割ステ一夕コアエレメン卜を成形する成形工程と、

得られた分割ステ一夕コアエレメントを接合する接合工程と、

を含み、

前記成形工程は、

前記軸方向の一方から磁性粉末を前記軸方向に垂直な平面で加圧して前記分割ステ一夕コアの一方側端面を形成する工程と、

前記軸方向の他方から磁性粉末を前記軸方向に垂直な平面で加圧するとともに、前記軸方向に垂直な平面に対し傾斜する斜面で加圧する工程と、

を含む、

製造方法。