WO2012007984A1 - アモルファスコア、及びそれを用いた電磁部材と回転電機、並びにその製造方法 - Google Patents

アモルファスコア、及びそれを用いた電磁部材と回転電機、並びにその製造方法 Download PDF

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王卓男
榎本裕治
正木良三
板橋弘光
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株式会社日立産機システム
日立金属株式会社
日立アプライアンス株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an amorphous core, an electromagnetic member and a rotary electric machine using the same, and a method of manufacturing the same.
  • amorphous metal is known to have low loss characteristics because of its high electrical resistance, and is expected to be applied to electromagnetic devices such as rotating electrical machines, generators, and transformers.
  • amorphous metal is a very hard, brittle and thin material, processing such as normal punching rapidly wears the processing tool and the mold. Furthermore, when it is annealed, it becomes more brittle.
  • Patent Document 1 discloses how to make a stacked amorphous core. First, the amorphous thin plate is cut into the required shape by mechanical grinding or electrochemical grinding. The cut sheets are then aligned and stacked to form an amorphous bulk by adhesive impregnation. Also, the necessary annealing steps are performed before or after bonding.
  • Patent Document 2 discloses a rotating electrical machine technology configured from an amorphous wound core.
  • the amorphous core was formed by winding in a coil from an amorphous ribbon and impregnating with insulating oil.
  • the formed amorphous core is fixed to an amorphous yoke as a stator core of a rotating electrical machine.
  • peeling prevention measures are taken on the lamination surfaces at both ends of the laminated amorphous metal ribbon.
  • the method for producing an amorphous core according to the present invention comprises cutting an amorphous metal foil band in a step of producing a wound amorphous core, a step of bonding a part of an amorphous core laminated surface, and a step of bonding And a process.
  • first and second rotors be provided with the stator interposed therebetween.
  • the first and second rotors include a rotor yoke and a plurality of permanent magnets provided on the rotor yoke, and the magnetic poles adjacent to each other on the same rotor are alternately different magnetic poles, and the first and second The magnetic poles of opposite positions of the rotor may be the same.
  • the manufacturing process of the amorphous core and the electromagnetic member can be simplified and the cost can be reduced. Furthermore, a rotating machine with high efficiency and low cogging torque can be provided.
  • the figure which shows the winding process of an amorphous core manufacture 1st step The figure which shows the start point of a 2nd phase of amorphous core manufacture, the end adhesion
  • the figure which shows the AA cross section of FIG. The figure which looked at the rotary electric machine from B direction of FIG.
  • an amorphous core which is the basis of the present invention and a method of manufacturing the same will be described with reference to FIGS. Thereafter, an electromagnetic member and a rotary electric machine using the amorphous core will be described together with a method of manufacturing the same.
  • the first step of the method of producing an amorphous core is the winding step shown in FIG.
  • the amorphous magnetic metal ribbon is wound to form a toroidal flatwise wound amorphous body.
  • an amorphous metal ribbon 101 having a thickness of 0.025 mm is wound into a spirally laminated shape to a required outer diameter using a high-speed winder (not shown).
  • a high-speed winder not shown
  • this can be laminated
  • the second step of the method of manufacturing the amorphous core is the bonding step of the start and end shown in FIG.
  • the ribbon 101 is cut and the spiral core amorphous as shown in FIG. 2 right by bonding the incisions of the winding start 102 a and winding finish 102 b on the left in FIG.
  • the core 102 is formed.
  • no adhesive is disposed between the layers in order to improve the core density, but as another manufacturing example, the adhesive is disposed between the layers and the core thereof It is also possible to carry out an annealing process.
  • the amorphous core 102 of this embodiment is temporarily completed when the second stage is performed, and can be used as an electromagnetic member using the amorphous core.
  • it may be connected to the arc-shaped core of FIG.
  • the third step of the method of manufacturing the amorphous core is the anti-peeling prevention step (before cutting) shown in FIG.
  • the amorphous core 102 as a laminate of the shape of FIG. 2 is cut at a predetermined location in the next fourth step, but if it is merely cut, it will peel off, as shown in FIG. 3 in the third step.
  • a peeling prevention measure is taken. Peeling prevention measures are carried out on the lamination surface of the laminate.
  • At least one member is cut from members such as resin adhesive, thermosetting adhesive, silicone adhesive, instant adhesive, varnish, adhesive tape, heat-shrinkable tube, etc. It adheres to the planned location 103 and is fixed.
  • an adhesive such as a resin can be impregnated in the planned cutting site 103, and the resin can be attached to at least the laminated surface of the core.
  • reference numeral 104 denotes a planned cutting line.
  • the fourth step of the method of manufacturing the amorphous core is the cutting step of FIG.
  • FIG. 4 shows an arc-cut amorphous core 105 cut at a cutting (plan) line 104 in a place 103 where an adhesive such as a resin is attached. Since the cut 104 is provided with an adhesive for preventing peeling, the adhesive may not be present between the layers of the wound amorphous core 102.
  • the cutting (planned) line and the cut are both described as 104.
  • the manufacturing method of the toroidal-shaped winding core 102 and the arc-cut amorphous core 105 formed by dividing into two in this embodiment is shown, when the shape of the winding jig is changed, the amorphous of various shapes such as triangle and trapezoid You can make a core. Also, depending on the shape of the wound amorphous core and the cutting location, cutting cores having different sizes and shapes can be formed.
  • FIG. 5 shows an example of an amorphous core cut into various shapes from a rectangular-wound amorphous core 102.
  • reference numeral 115 denotes a shape obtained by cutting the rectangular-wound amorphous core 102 at its bent portion
  • 116 denotes a shape obtained by cutting at the linear portion
  • 117 denotes a shape obtained by cutting into a trapezoidal shape.
  • these shapes can be suitably determined according to the specification of the electromagnetic member or electromagnetic device demonstrated later, a request
  • the amorphous core manufactured in this manner has the following effects.
  • a stacked amorphous core can be manufactured by cutting at at least two places in the wound amorphous core.
  • the amount of cutting process can be considerably reduced, so that the consumption of the mold and the cutting jig can be prevented.
  • the processing of the amorphous core becomes easy, and the cost can be reduced.
  • the amount of use of parts and materials can be reduced by taking measures to prevent peeling with an adhesive such as a resin only at at least a portion to be cut.
  • the internal stress on the amorphous metal material can be reduced by the step of winding the amorphous ribbon and preventing peeling after peeling off. And since the annealing treatment process conventionally required can be omitted, the number of processing steps can be reduced.
  • an amorphous core according to the present embodiment is used as a stator of a rotating electrical machine that is an electromagnetic member, and an example of applying to a rotating electrical machine as an electromagnetic device using this stator will be sequentially described. Is applicable to other electromagnetic members and other electromagnetic devices.
  • the amorphous core which concerns on a present Example is a thing of the shape called a toroidal type core, and the rotary electric machine using this is called a toroidal type rotary electric machine.
  • the toroidal winding motor is characterized in that the toroidal core is configured by using a coil as a toroidal winding.
  • Various structures and related techniques are known for toroidal winding motors.
  • a method of manufacturing the toroidal stator 108 of FIG. 8 will be described using the two-piece semicircular arc-cut amorphous core 105 shown in FIG. 4.
  • a cylindrical coil 109 shown in FIG. 6 is formed using an automatic winding machine (not shown). Note that 109a and 109b are the start and end of winding of the coil, respectively.
  • the hollow portion size of the cylindrical coil 109 is determined corresponding to the size of the cut surface (cut) 104 of the semicircular arc-shaped cut amorphous core 105 in FIG. ⁇ It is considered as a shape.
  • a plurality of cylindrical coils 109 are inserted at predetermined positions from the cut surface 104 of the split core 105 shown in FIG. 4, and the semicircular arc shown in FIG.
  • the combination 111 of the amorphous core 105 and the coil 109 is formed.
  • 110 is adhesives, such as resin apply
  • the two combined bodies 111 consisting of the semicircular arc-cut amorphous core 105 and the coil 109 on the left in FIG.
  • the stator 108 is obtained.
  • the method of joining is a cut surface 104 using at least one member among adhesives, such as resin adhesive, thermosetting adhesive, silicone adhesive, instant adhesive, varnish material, adhesive tape, etc. It suffices to join at
  • the method of adding the adhesive to the cut surface 104 includes an impregnation method, a brushing method, and a spraying method.
  • resin impregnation will be described as an example of the bonding method.
  • the two combinations 111 consisting of a semicircular arc-cut amorphous core 105 and a coil 109 are abutted at the cut surface 104 and impregnated in the resin. At this time, the resin can be impregnated only on the cut surface or on the entire stator.
  • FIG. 9a shows a stator in which the cut portion 104 contains the resin 110 as an adhesive.
  • FIG. 9 b shows the entire stator impregnated with the resin 110.
  • the resin surface and the coil surface can be formed in the same plane. Therefore, the windage loss which arises in the space between coils can be reduced. In addition, the strength of the entire stator 108 can be improved.
  • the stator core in the present embodiment is divided into two parts and joined, the amorphous core may be cut and joined into two or more parts as appropriate.
  • the coil 109 of FIG. 6 can be inserted after cutting for the rectangle of FIG. 5 to form a rectangular electromagnetic member, or the coil 109 can be inserted for the cores 115, 116, 117 after cutting of FIG. It is also possible to use this as an electromagnetic member as it is or in combination with any shape of electromagnetic member as a new-shaped electromagnetic member.
  • FIGS. 10 and 11 show a rotating electrical machine (toroidal type rotating electrical machine) which is an electromagnetic device as a final product using the stator as the electromagnetic member.
  • FIG. 10 is a perspective view showing an embodiment of a toroidal type motor using an amorphous core according to the present embodiment.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the toroidal type rotating electric machine of FIG. 10 taken along the line AA.
  • this motor is an axial gap motor, and the rotors 106 and 107 and the stator 108 are disposed opposite to each other with a gap in a direction parallel to the center of the shaft 132.
  • the structure of two rotors (106, 107) / one stator (108) is further shown to increase the efficiency of the motor.
  • a stator 108 made of a toroidal-shaped amorphous core is attached to a central shaft 132 via a bearing 134 and a bearing holder 133.
  • the stator 108 is fixed to the casing (not shown) of the rotary electric machine, so that the shaft 132 rotates with respect to the stator 108.
  • a coil 109 is wound around the outer periphery of the stator 108.
  • the disk-shaped rotors 106 and 107 are fixed at their centers to the shaft 132 and are disposed above and below the stator 108 with a slight gap.
  • the rotors 106 and 107 each include a rotor yoke 130 and a plurality of permanent magnets 131 arranged in the circumferential direction.
  • the shape, material, and thickness of the magnet 131 in the present embodiment can be arbitrarily set, and there is no particular limitation, but it is preferable that the magnet be provided on the surface opposed to the stator 108.
  • eight (eight poles) fan-shaped plate-shaped permanent magnets are arranged in the circumferential direction as an example, but the present invention is not limited to this.
  • the N pole and the S pole are alternately arranged in the circumferential direction.
  • the rotor magnet has a multi-pole split magnet structure, but the present invention is not limited to this.
  • a disc-like magnet can be used to exert a magnetization skew effect.
  • the material and shape of the rotor yoke are not particularly limited.
  • the magnetic poles of the adjacent magnets 131 of the rotors 106 and 107 are alternately N and S poles, but the magnetic pole relationship between the magnets at opposing positions of the rotors 106 and 107 is the same. Ru.
  • the magnetic poles of the magnets at opposite positions on the right side of the rotors 106 and 107 are both S poles, and the magnetic poles of magnets at opposite positions on the left side of the rotors 106 and 107 are both N poles.
  • the magnetic flux 140 generated by these permanent magnets 131 is formed from the N pole magnet of the rotor 106 toward the adjacent S pole magnet of the rotor 106 through the coil 109 of the stator 108 and the core.
  • the direction of the magnetic flux is similarly formed in the rotor 107 as well.
  • the rotors 106 and 107 rotate by acting on the magnetic field generated in the amorphous core 102.
  • a rotor magnet showed a multipolar division magnet structure, it is not limited to this, for example, as shown in Drawing 13, using disk-like magnetic body 160, It is also possible to produce the same effect as the multipole split magnet structure by making the disk shape a magnet and providing a magnetized magnet (skew shape).

Abstract

　本発明は、加工しやすく材料利用率高いアモルファスコア、及びそれを用いた電磁部材と、高効率、低コギングトルクを達成した回転電機、並びにその製造方法を提供する。　アモルファス金属リボンを巻回したアモルファスコアは、少なくとも２箇所で剥離防止対策手段を備えている。アモルファスコアの製造方法は、アモルファス金属箔帯を、巻取りアモルファスコアを製作する工程と、アモルファスコア積層面の一部を接着する工程と、接着する工程で接着された部分を切断する工程とを備える。電磁部材は、積層されたアモルファス金属リボンの両端の積層面に剥離防止対策が施されたアモルファスコアの断面に、筒状に巻回されたコイルを嵌装して形成される。電磁部材の製造方法は、アモルファス金属箔帯を巻取り、アモルファスコアを製作する工程と、アモルファスコア積層面の一部を接着する工程と、工程で接着された部分を切断する工程と、筒状コイルを形成する工程と、筒状コイルを切断したアモルファスコアの断面に嵌装する工程を備えている。

Description

アモルファスコア、及びそれを用いた電磁部材と回転電機、並びにその製造方法
　本発明は、アモルファスコア、及びそれを用いた電磁部材と回転電機、並びにその製造方法に関する。
　近年，地球温暖化などの環境問題から，エネルギー使用に関しての関心が高まっている。そのため、家電や産業用回転電機の高効率と小型化が強く要求されている。この点に関し、アモルファス金属は電気抵抗が高いため低損失の特徴が知られており、回転電機や発電機あるいは変圧器といった電磁機器に適用することが期待されている。
　しかし、アモルファス金属は極めて硬い、脆い、薄い材料であるため、通常の打ち抜きなどの加工に、加工工具及び金型を急速に磨耗させる。更に、アニールされると、更に脆くなる。
　このため、例えば回転電機に適用するために、所望のコア形状を作ることが非常に困難である。また、加工の際に物理的な応力が加わるとアモルファス材料の透磁率が低下する問題も発生する。
　従来の技術として、特許文献１には、積層したアモルファスコアの作り方が開示されている。まず、機械的研削又は電気化学的研削によって、必要な形状にアモルファス薄板を切断する。その後、切断された薄板は位置合わせして積み重ねられ、接着剤含浸によって、アモルファスバルクを形成する。また、必要なアニール工程は接着の前又は後に実行される。
　特許文献２には、アモルファス巻コアから構成した回転電機技術が開示されている。アモルファスコアはアモルファスリボンからコイル状に巻き込んで、絶縁オイルに含浸させることにより形成した。形成したアモルファスコアを回転電機のステータコアとしてアモルファスヨークに固定している。
特開２００６－５１６８８７ 特開２００８－１３６３４８
　アモルファス金属は、回転電機などの電磁機器に使えるコアとして加工することが非常に困難である。切断したコアの場合は、機械研削、電気化学研削に関わらず、研削工具の消耗は急速であるため、加工コストが高い。
　特許文献１に示す手法では、回転電機が所望する形状のコアを作るために、アモルファス薄板を切断し、積み重ねることにより積層コアを形成するが、通常、アモルファス金属の厚さは０．０２５ｍｍと非常に薄いリボン状になっている。従って例えば、積層厚み３０ｍｍのコアを作るとすると、１２００枚のアモルファス薄板が必要であり、そのためには、少なくとも１２００回の切断が必要になってくる。アモルファス金属は従来の電磁鋼板より５倍以上硬いので、ダイヤモンドカッターなどの機械切断をする場合、カッターの消耗が非常に速い。
　また、アモルファス材料自身の電気抵抗が高いため、ワイヤによる電気加工をすると、大電流通電が必要になり、加工時間がかなり長くなる。このため、特許文献１に記載したアモルファス金属は大量な切断が必要になるため、いずれの切断方法にしても、加工が困難になる。
　更に、開示した積層コアの層と層間は接着剤が使用されている。アモルファス金属は非常に薄いため、層間に接着剤を配置するとコア密度がかなり低下し、従来の技術では、コアの磁気特性とそのコアを用いた回転電機の効率が低下してしまっていた。
　更に、巻回したコイル状のアモルファスコアは直接回転電機に適用すると、機械的固定が困難である。また、固定する方法によりコア内部応力や磁歪が発生する可能性が高い。例えば、特許文献２では、巻回したコアは、同様なアモルファス材質のヨークコアに固定されている。このため、回転電機全体の機械強度とステータの機械精度が低くなることを招く。また、巻回したコアの中心は空心になっているため、コア部の磁束密度が低下し、回転電機の効率が低下する。その空心を小さくするため、アモルファス金属の熱処理が必要になり、遠心力における応力が発生するなどの問題がある。
　本発明は、加工しやすく材料利用率高いアモルファスコア、及びそれを用いた電磁部材と、高効率、低コギングトルクを達成した回転電機、並びにその製造方法を提供する。
　本発明のアモルファス金属リボンを巻回したアモルファスコアは、少なくとも２箇所で剥離防止対策手段を備えている。
　また、剥離防止対策手段として、樹脂系接着剤、シリコーン系接着剤、瞬間接着剤、ワニス、粘着テープ、熱収縮チューブで構成されるグループから少なくとも１つの部材で接着する対策手段を有するのがよい。
　本発明のアモルファス金属リボンを巻回したアモルファスコアは、すくなくともアモルファスコアの切り口に剥離防止対策手段を備えている。
　本発明のアモルファス金属リボンを巻回したアモルファスコアは、アモルファス金属リボンの巻き始とまき終わり部分が接着され、かつ、積層面の少なくとも２箇所で剥離防止対策手段を備えている。
　本発明のアモルファスコアは、積層されたアモルファス金属リボンの両端の積層面に剥離防止対策が施されている。
　本発明のアモルファスコアの製造方法は、アモルファス金属箔帯を、巻取りアモルファスコアを製作する工程と、アモルファスコア積層面の一部を接着する工程と、接着する工程で接着された部分を切断する工程とを備える。
　本発明の電磁部材は、積層されたアモルファス金属リボンの両端の積層面に剥離防止対策が施されたアモルファスコアの断面に、筒状に巻回されたコイルを嵌装して形成される。
　本発明の電磁部材は、積層されたアモルファス金属リボンの両端の積層面に剥離防止対策が施されたアモルファスコアの断面に、筒状に巻回されたコイルを嵌装して形成された電磁部材同士を、アモルファスコアの断面で接着して形成されている。
　本発明の電磁部材の製造方法は、アモルファス金属箔帯を巻取り、アモルファスコアを製作する工程と、アモルファスコア積層面の一部を接着する工程と、工程で接着された部分を切断する工程と、筒状コイルを形成する工程と、筒状コイルを切断したアモルファスコアの断面に嵌装する工程を備えている。
　また、アモルファスコアの断面に前記筒状コイルを嵌装した電磁部材を、複数準備しアモルファスコアの断面同士を接着する工程を備えるのがよい。
　本発明のアモルファスコアを有するステータと、その中心軸線方向に対向する少なくとも一つのロータを備えた回転電機は、ステータは、少なくとも２分割したアモルファスコアを接着した構成を備えると共に、分割したアモルファスコアは、積層されたアモルファス金属リボンの両端の積層面に剥離防止対策が施されたアモルファスコアの断面に、筒状に巻回されたコイルを嵌装してなる。
　また、ステータは、少なくとも接合部だけに接着手段を備えるのがよい。
　また、ステータを挟んで第１、第２のロータを備えるのがよい。
　また、第１、第２のロータは、ロータヨークと、ロータヨークに設けられた複数の永久磁石を備えるとともに、同一ロータの隣接する位置の磁極は交互に相違する磁極とし、かつ第１、第２のロータの対向する位置同士の磁極は同一磁極とするのがよい。
　本発明によれば、アモルファスコアや電磁部材の製作工程の簡易化、低コスト化ができる。又更に、高効率、低コギングトルクの回転電機を提供することができる。
アモルファスコア製造第１段階の巻き取り工程を示す図。 アモルファスコア製造第２段階の始端、終端接着工程を示す図。 アモルファスコア製造第３段階の剥離防止対策工程を示す図。 アモルファスコア製造第４段階の切断工程を示す図。 長方形巻回アモルファスコアの切断例を示す図。 トロイダルステータ製造第１段階の筒型コイル形成を示す図。 トロイダルステータ製造第２段階の筒型コイル挿入を示す図。 トロイダルステータ製造第３段階の組合せ体接合を示す図。 切断部分に接着樹脂材を含ませたステータを示す図。 全体に接着樹脂材を含ませたステータを示す図。 最終製品の電磁機器の一例としてトロイダル型回転電機を示す図。 図１０のＡ－Ａ断面を示す図。 図１０のＢ方向から回転電機を見た図。 円盤状の磁性体を用いたロータ構成を示す図。 モータ駆動する基本的な回路構成を示す図。
　以下、本発明に関するアモルファスコア、及びそれを用いた電磁部材と回転電機、並びにその製造方法について図面を用いて順次説明する。
　最初に、本発明の基本であるアモルファスコアと、その製造方法について、図１乃至図５により説明する。その後、このアモルファスコアを使用する電磁部材と回転電機について、その製造方法と共に説明する。
　１：アモルファスコアと、その製造方法
　アモルファスコアの製造方法の第１段階は、図１に示す巻き取り工程である。ここでは、トロイダルフラットワイズ巻回したアモルファス体を形成するため、アモルファス磁性金属リボンの巻取りを行なう。図１に示すように、厚み０．０２５ｍｍのアモルファス金属リボン１０１を、高速巻取り機（図示せず）を使用して、必要な外径になるまで渦巻積層状に巻き取る。なお、図１では渦巻積層状に巻き取る例について示したが、これは必要に応じて任意の形、例えば長方形あるいは台形などに積層することができる。
　アモルファスコアの製造方法の第２段階は、図２に示す始端、終端の接着工程である。第１段階での巻取り後に、リボン１０１を切断し、図２左の巻始め１０２ａと巻終わり１０２ｂの切り口を、それぞれの位置で接着することによって図２右に示すような渦巻状コアのアモルファスコア１０２を形成する。本実施例に係るアモルファス巻回したアモルファスコア１０２は、コア密度を向上させるため、層間に接着剤を配置していないが、別な製作例としては、層間に接着剤を配置して、そのコアにアニール処理工程を行なうことも可能である。
　本実施例のアモルファスコア１０２は、第２段階まで実施したところで一応完結し、アモルファスコアを用いた電磁部材として利用することができる。例えば、電磁部材として回転電機のステータに使用するのであれば、図２の円弧状のコアに結線すればよい。但し、この形のコアに結線するには手巻き結線をするしか方法がないので、電磁部材に利用するための作業を簡便に行なうには、次の第３段階、第４段階を実施するのがよい。
　アモルファスコアの製造方法の第３段階は、図３の（切断前の）剥離防止対策工程である。図２の形状の積層体としてのアモルファスコア１０２を、次の第４段階では所定の箇所で切断するが、単に切断したのみでは、剥離してしまうために、第３段階では図３に示すように切断予定箇所１０３に、剥離防止対策を施す。剥離防止対策は、積層体の積層面に実施する。
　具体的な剥離防止対策としては、樹脂系接着材、熱硬化系接着材、シリコーン系接着材、瞬間接着材、ワニス材、粘着テープ、熱収縮チューブなどの部材から、少なくとも一つの部材を、切断予定箇所１０３に接着し、固定する。本実施例では、接着剤を配置する方法として、例えば、切断予定箇所１０３に、樹脂などの接着剤を含浸させ、少なくともコアの積層面に樹脂を付着させることができる。尚、図３において１０４は、切断予定線を示している。
　アモルファスコアの製造方法の第４段階は、図４の切断工程である。図４に、樹脂などの接着剤が付いている場所１０３のうち、切断（予定）線１０４で切断した弧形切断アモルファスコア１０５を示す。切り口１０４には、剥離防止対策の接着剤が付いているため、巻回されたアモルファスコア１０２の層間に接着剤がなくても良い。なお、図３と図４において、切断（予定）線と、切り口は、ともに１０４と表記している。
　本実施例では、トロイダル状巻コア１０２と、２分割して形成した弧形切断アモルファスコア１０５の製造方法を示しているが、巻冶具の形状が変わると、三角形、台形など様々な形状のアモルファスコアを作ることができる。また、巻回したアモルファスコアの形状と切断場所によって、異なるサイズと形状を有する切断コアを形成することができる。
　図５に一つの例として、長方形巻回したアモルファスコア１０２から、様々な形に切断したアモルファスコアの例を示す。図５で１１５は、長方形巻回したアモルファスコア１０２を、その屈曲部で切断した形状、１１６は直線部で切断した形状、１１７は、台形状に切断した形状を示す。
　なお、これらの形状のコアを、電磁部材として使用した回転電気の一例として、例えば直線部で切断した形状１１６を使用するものとしては、特開２００６－５０７０６号公報に紹介された回転電機、台形状に切断した形状１１７を使用するものとしては、特開２００９－５００４５号公報、特開２００８－２４５３６３号公報に紹介された回転電機など、多数のものが知られている。本発明では、これらのコアを、アモルファスコア１０２で構成することができる。
　なお、これらの形状は、後で説明する電磁部材あるいは電磁機器の仕様、要求などに応じて適宜形状を定めることができる。また、長方形に復元してから電磁部材として利用することも、この分割形状のものをそのまま、あるいは複数組み合わせて電磁部材として利用することもできる。
　なお、図４の本実施例では、アモルファスコアの剥離防止対策を、２箇所で行なったが、場合によって、アモルファスコア全体に樹脂を含浸させる又は熱収縮チューブなどによりアモルファスコア全体を形成することが可能である。
　本実施例によれば、このようにして製造されたアモルファスコアは、以下の効果を有する。
（１）巻回したアモルファスコアのうち、少なくとも２箇所だけで切断すれば、積層したアモルファスコアが製作できる。これにより、切断工程量がかなり低減できるため、金型や切断冶具の消耗が防止できる。また、アモルファスコアの加工が容易になり、コストが低減できる。
（２）少なくとも切断する箇所だけに樹脂などの接着剤で剥離防止対策することにより、部品と材料の使用量が低減することができる。
（３）巻回したアモルファスコアの層と層間に接着剤を配置する必要がないため、アモルファスコア密度を高くできる。これにより、回転電機及び発電機の効率が向上する。
（４）アモルファスリボンを巻取り、剥離防止した後で切断する工程により、アモルファス金属材料への内部応力が減少できる。そして、従来必要とされたアニール処理工程が省略できるため、加工工数を低減できる。
　２：電磁部材と、その製造方法
　以上、図１から図５を用いてアモルファスコアの製造方法について説明したが、最終的に製造されたアモルファスコアは、結線を施すことによって、各種電磁機器（電動機、発電機などの回転電機、あるいは変圧器など）の電磁部材として使用される。この電磁部材は、回転電機のロータやステータばかりでなく、変圧器などの静止型電磁機器の鉄心などにも適用可能である。また、この電磁部材は図５に示すように種々の形状とすることができるので、回転電機や、変圧器などに適した形状の電磁部材とすることが可能である。
　次に、上記のようにして製造されたアモルファスコアに結線を施し、各種電磁機器の電磁部材に利用することについて説明する。先に述べたように、図２の形状のままでも電磁部材として使用可能であるが、適用される形状が限定されてしまうこと、並びに結線が手巻きとならざるを得ないことなどから、コアを電磁部材とする為に適した本発明の作業段階、製造方法について説明する。
　ここでは、本実施例に係るアモルファスコアを、電磁部材である回転電機のステータに活用し、かつこのステータを用いた電磁機器として回転電機に適用する事例について順次説明するが、以下に述べる製造方法は、他の電磁部材、他の電磁機器にも適用可能である。
　なお、本実施例に係るアモルファスコアは、トロイダル型コアとよばれる形状のものであり、これを利用する回転電機はトロイダル型回転電機と称される。一般的にトロイダル巻線モータは、トロイダルコアに対して、コイルをトロイダル巻線とした構成からなることを特徴とする。トロイダル巻線モータについては、様々な構造と関連技術が知られている。
　まず、トロイダル型アモルファスコアから、電磁部材である回転電機のステータを製造する事例について説明する。
　図４に示す２分割した半円形の弧形切断アモルファスコア１０５を用いて、図８のトロイダルステータ１０８を製造する方法を説明する。
　トロイダルステータ１０８の製造方法の第１段階では、図示せぬ自動巻線機を用いて、図６に示す筒型コイル１０９を形成する。なお、１０９ａと１０９ｂは、それぞれコイルの巻き始と巻き終わりである。この場合に、筒型コイル１０９の中空部寸法は、図４の半円形の弧形切断アモルファスコア１０５の切断面（切り口）１０４の寸法に対応して決定され、切断面１０４に挿入可能な寸法・形状とされる。
　トロイダルステータ１０８の製造方法の第２段階では、複数の筒型コイル１０９を、図４に示している分割コア１０５の切断面１０４から所定位置に挿入し、図７に示す半円形の弧形切断アモルファスコア１０５と、コイル１０９の組合せ体１１１を形成する。なお、１１０は図３の工程で剥離防止用に塗布した樹脂などの接着剤である。
　トロイダルステータ１０８の製造方法の第３段階では、図８左の半円形の弧形切断アモルファスコア１０５とコイル１０９からなる二つの組合せ体１１１を、切断面１０４で接合して、図８右のトロイダルステータ１０８を得る。
　なお、接合する方法は、樹脂系接着材、熱硬化系接着材、シリコーン系接着材、瞬間接着材、ワニス材、粘着テープなどの接着剤のうち、少なくとも一つの部材を用いて、切断面１０４で接合すればよい。切断面１０４に接着剤を加える方法は、含浸法、はけ塗り、噴霧法を含む。
　本実施例では、接着方法の一例として樹脂含浸について説明する。半円形の弧形切断アモルファスコア１０５とコイル１０９からなる二つの組合せ体１１１を、切断面１０４で当接させて、樹脂中含浸させる。このとき、切断面だけ、またはステータ全体で樹脂を含浸させることができる。
　図９ａは、切断部分１０４にだけ接着剤としての樹脂１１０を含ませたステータを示す。
　図９ｂは、ステータ全体に樹脂１１０を含浸させたものを示す。この場合には、樹脂面とコイル面を同一平面状に形成できるという特徴がある。そのため、コイル間にある空間で生じる風損を低減できる。また、ステータ１０８全体の強度を向上することができる。なお、本実施例におけるステータコアは２分割して接合したが、適宜、２分割以上にアモルファスコアを切断し、接合してもよい。
　なお、ここではトロイダル形状のコアを形成する例について説明したが、図５の各種形状のコアに対して上記電磁部材製造方法の全て、あるいは製造方法の一部を適用して電磁部材を得ることにより同様の効果を奏することができる。
　つまり、図５の長方形について、切断後図６のコイル１０９を挿入して、長方形の電磁部材とすることもできるし、図５の切断後のコア１１５，１１６，１１７について、コイル１０９を挿入して、これをその形状のままの電磁部材として、あるいは任意の形状の電磁部材を組み合わせて新規な形状の電磁部材として利用することも可能である。
　アモルファスコアから電磁部材を製造する本実施例によれば、以下の効果を有する。
　（１）切断、分割した断面に筒状のコイルを挿入するので、巻線の自動化を図ることができる。
　３：電磁機器（トロイダル型回転電機）
　最後に、この電磁部材としてのステータを用いる最終製品としての電磁機器である回転電機（トロイダル型回転電機）について、図１０、図１１に示す。図１０は、本実施例に関するアモルファスコアを用いたトロイダル型モータの、一つの実施形態を示す斜視図である。また、図１１は、図１０のトロイダル型回転電機のＡ－Ａ断面図を示している。
　図１０、図１１に示すように、このモータは、アキシャルギャップモータであり、ロータ１０６，１０７とステータ１０８は、シャフト１３２を中心に平行な方向で間隙を介して対向配置されている。本実施例では、さらに、モータの効率を高めるために、２ロータ（１０６，１０７）／１ステータ（１０８）の構造を示している。
　具体的には、中心のシャフト１３２に対して、トロイダル形状のアモルファスコアで製造したステータ１０８が、ベアリング１３４、ベアリングホルダ１３３を介して取り付けられる。ステータ１０８は、回転電機の図示せぬケーシングに固定されるので、ステータ１０８に対してシャフト１３２が回転する。ステータ１０８の外周側にはコイル１０９が巻回されている。
　ステータ１０８に対して、円盤形状のロータ１０６と１０７は、その中心がシャフト１３２に固定され、僅かな間隙を介してステータ１０８の上下に配置される。また、ロータ１０６と１０７は、ロータヨーク１３０とその周方向に複数配置される永久磁石１３１から構成される。
　なお、本実施例における磁石１３１の形状、材質や厚みは任意に設定可能であり、特別な制限はないが、ステータ１０８に対抗する面に設けられるのがよい。以下においては、一例として扇形の板状の永久磁石を８個（８極）、周方向に配置したもので説明するが、これに限定されるものではない。また、複数の磁石１３１は、Ｎ極、Ｓ極が交互に周方向に配置される。本実施例では、ロータ磁石は、多極分割磁石構造を示したが、これに限定されるものではなく、例えば、円盤状の磁石にして、着磁スキュー効果を出すことも可能である。
　また、２つロータがある場合は、上と下対向する磁石の極性が同じにすることを特徴としている。本実施例におけるモータの構造は、スロットがないため、ロータを回転するとともに、ロータヨーク１３０で渦電流損が発生しない。そのため、ロータヨークの材料と形状は特別な制限はない。
　図１２は、図１０のＢ方向から回転電機を見た図であり、図の上方から、ロータ１０６、ステータ１０８、ロータ１０７の順に配置されている。ロータ１０６とロータ１０７の、ステータ１０８に対向する側には永久磁石１３１が複数設置されている。また、ステータ１０８には、コイル１０９が巻回されている。
　ここで、各ロータ１０６，１０７の隣接する磁石１３１の磁極は、交互にＮ極、Ｓ極とされるが、ロータ１０６と１０７の対向する位置にある磁石の間の磁極関係は同極とされる。図示の例では、ロータ１０６と１０７の右側の対向する位置にある磁石の磁極は共にＳ極であり、ロータ１０６と１０７の左側の対向する位置にある磁石の磁極は共にＮ極とされる。
　これら永久磁石１３１が作る磁束１４０は、ロータ１０６のＮ極磁石から、ステータ１０８のコイル１０９、コアを介してロータ１０６の隣接するＳ極磁石に向かって形成される。この磁束の向きは、ロータ１０７でも同様に形成されている。この結果、アモルファスコア１０２に発生する磁界と作用してロータ１０６、１０７が回転する。
　本実施例では、このような構成にすることで高いトルクを得ることを実現している。本実施例における永久磁石１３１の形状、材質や厚みは任意に設定可能であり、特別な制限はない。また、本実施例におけるモータの構造は、スロットがないため、ロータヨーク１３０で渦電流損が発生しない。そのため、ロータヨーク１３０の材料と形状については特別な制限はない。
　また、前述の一実施例として扇形の板状の永久磁石１３１を８個（８極）、周方向に配置したものを例示しているが、本発明はこれに限定されるものではない。そして、本発明のモータはスロット型のモータではないため、コギングトルクがほぼ発生しない。
　そして、前述の実施例では、ロータ磁石は、多極分割磁石構造を示したが、これに限定されるものではなく、例えば、図１３に示すように、円盤状の磁性体１６０を用いて、その円盤状を磁石にして、着磁した磁石（スキュー形状）を設けることにより多極分割磁石構造と同等の効果を出すことも可能である。
　図１４に本発明のモータを駆動する基本的な回路構成を示す。３相商用電源１７０からの例えば２００Ｖ、５０Ｈｚの電力を、インバータ１７２を介してモータ１７４に供給する。これにより、図１０の実施例で示したように、個々のコイル１０８にそれぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電流が流れるので、回転磁界が発生してモータが駆動するようになる。
　本実施例によれば、
（１）スロートがないため、コギングトルクが低減できる。そのため、モータの騒音と振動が低減できる。
（２）モータの風損とロータヨークの渦電流損が低減できるため、モータの効率が向上できる。
（３）本実施例におけるモータの出力トルクはロータとステータの対向面積が関係するため、ステータの軸長が短くできる。そのため、アモルファス金属の使用量が低減でき、巻回したアモルファストロイダルコアの切断が更に容易できる。
（４）本実施例におけるステータの構造において、アモルファスコアの利用率は従来の打ち抜き法より作られたコアより高くにできる。
（５）アモルファスコアを保持するためのケースやハウジングが省略できるため、モータの組立工数が低減できる。
　本発明のアモルファスコア及びそれを用いた回転電機は薄形，高効率のファンシステム等の一般的なモータシステムに応用することが可能である。更に、本発明の発電機を一般的な発電機システムに応用することが可能である。
１０１：アモルファス金属リボン
１０２：アモルファスコア
１０３：切断予定箇所
１０４：切断予定線（切り口）
１０５：弧形切断アモルファスコア
１０６、１０７：ロータ
１０８：ステータ
１１５：屈曲部で切断した形状
１１６：直線部で切断した形状
１１７：台形状に切断した形状
１０８：トロイダルステータ
１０９：筒型コイル
１１１：組合せ体
１１０：樹脂
１３２：シャフト
１３４：ベアリング
１３４：ベアリングホルダ
１３０：ロータヨーク
１３１：永久磁石
１４０：磁束

Claims (14)

  1. 　アモルファス金属リボンを巻回したアモルファスコアにおいて、
    少なくとも２箇所で剥離防止対策手段を備えたことを特徴とするアモルファスコア。
  2. 　請求項１のアモルファスコアにおいて、
    前記剥離防止対策手段として、樹脂系接着剤、シリコーン系接着剤、瞬間接着剤、ワニス、粘着テープ、熱収縮チューブで構成されるグループから少なくとも１つの部材で接着する対策手段を有するアモルファスコア。
  3. 　アモルファス金属リボンを巻回したアモルファスコアにおいて、
    すくなくともアモルファスコアの切り口に剥離防止対策手段を備えたことを特徴とするアモルファスコア。
  4. 　アモルファス金属リボンを巻回したアモルファスコアにおいて、
    アモルファス金属リボンの巻き始とまき終わり部分が接着され、かつ、積層面の少なくとも２箇所で剥離防止対策手段を備えたことを特徴とするアモルファスコア。
  5. 　積層されたアモルファス金属リボンの両端の積層面に剥離防止対策が施されたアモルファスコア。
  6. 　アモルファス金属リボンを巻回したアモルファスコアの製造方法において、
    アモルファス金属箔帯を巻取りアモルファスコアを製作する工程と、該アモルファスコア積層面の一部を接着する工程と、該接着する工程で接着された部分を切断する工程とを備えたことを特徴とするアモルファスコアの製造方法。
  7. 　積層されたアモルファス金属リボンの両端の積層面に剥離防止対策が施されたアモルファスコアの断面に、筒状に巻回されたコイルを嵌装して形成された電磁部材。
  8. 　積層されたアモルファス金属リボンの両端の積層面に剥離防止対策が施されたアモルファスコアの断面に、筒状に巻回されたコイルを嵌装して形成された電磁部材同士を、前記アモルファスコアの断面で接着して形成された電磁部材。
  9. 　アモルファス金属箔帯を巻取り、アモルファスコアを製作する工程と、該アモルファスコア積層面の一部を接着する工程と、該工程で接着された部分を切断する工程と、筒状コイルを形成する工程と、該筒状コイルを前記切断したアモルファスコアの断面に嵌装する工程を備えたことを特徴とする電磁部材の製造方法。
  10. 　請求項９の電磁部材の製造方法において、
    前記アモルファスコアの断面に前記筒状コイルを嵌装した電磁部材を、複数準備し前記アモルファスコアの断面同士を接着する工程を備えたことを特徴とする電磁部材の製造方法。
  11. 　アモルファスコアを有するステータと、その中心軸線方向に対向する少なくとも一つのロータを備えたアモルファス回転電機において、
    前記ステータは、少なくとも２分割したアモルファスコアを接着した構成を備えると共に、前記分割したアモルファスコアは、積層されたアモルファス金属リボンの両端の積層面に剥離防止対策が施されたアモルファスコアの断面に、筒状に巻回されたコイルを嵌装してなることを特徴とする回転電機。
  12. 請求項１１に記載の回転電機において、
    前記ステータは、少なくとも接合部だけに接着手段を備えたことを特徴とするアモルファス回転電機。
  13. 請求項１１に記載の回転電機において、
    前記ステータを挟んで第１、第２のロータを備えたことを特徴とする回転電機。
  14. 請求項１３に記載の回転電機において、
    前記第１、第２のロータは、ロータヨークと、該ロータヨークに設けられた複数の永久磁石を備えるとともに、同一ロータの隣接する位置の磁極は交互に相違する磁極とし、かつ前記第１、第２のロータの対向する位置同士の磁極は同一磁極とすることを特徴とする回転電機。
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