WO2020022094A1 - コア、ステータ、及び回転電機 - Google Patents

コア、ステータ、及び回転電機 Download PDF

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WO2020022094A1
WO2020022094A1 PCT/JP2019/027594 JP2019027594W WO2020022094A1 WO 2020022094 A1 WO2020022094 A1 WO 2020022094A1 JP 2019027594 W JP2019027594 W JP 2019027594W WO 2020022094 A1 WO2020022094 A1 WO 2020022094A1
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WO
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connecting portion
core
yoke
shape
connection portion
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PCT/JP2019/027594
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English (en)
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達哉 齋藤
悠一 中村
友之 上野
聖 鶴田
伸一 廣野
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Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd
Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/24—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets axially facing the armatures, e.g. hub-type cycle dynamos
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/12—Machines characterised by the modularity of some components

Definitions

  • the present disclosure relates to a core, a stator, and a rotating electric machine.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2018-141841 filed on Jul. 27, 2018, and incorporates all the contents described in the Japanese application.
  • Patent Document 1 discloses an axial gap type rotating electric machine (motor / generator) in which a rotor and a stator are arranged facing each other in a direction along a rotation axis of the rotor.
  • the stator used in the rotating electric machine includes an armature core (core) having a back yoke (yoke) and a plurality of teeth, and a coil arranged on each tooth.
  • the yoke is an annular member.
  • the teeth are block-shaped members that protrude from the yoke in the rotation axis direction of the rotor.
  • the armature core of Patent Document 1 is configured by connecting separately manufactured teeth and a yoke. More specifically, the yoke and the teeth are connected by fitting a columnar convex portion provided on the teeth and a concave portion (through hole / dent) provided on the yoke. Further, in Patent Document 1, a yoke is constituted by a laminated steel sheet, and a tooth is constituted by a dust core (a dust compact).
  • the core of the present disclosure is: A core provided in a rotor or a stator of an axial gap type rotating electric machine,
  • the core includes a block-shaped first member and a plate-shaped second member formed of a green compact,
  • the first member includes a first surface facing the second member, and a first connection portion formed on the first surface
  • the second member includes a second surface facing the first surface, and a second connection portion formed on the second surface and connected to the first connection portion,
  • One of the first connection portion and the second connection portion is a protrusion, the other is configured by a depression having a shape corresponding to the protrusion,
  • the front shape of the first connection portion as viewed from a direction perpendicular to the first surface, and the front shape of the second connection portion as viewed from a direction perpendicular to the second surface are connected in a ring shape or a part. There is no intermittent ring shape.
  • the stator of the present disclosure includes: A core of the present disclosure; And a coil disposed on each tooth of the core.
  • the rotating electric machine of the present disclosure is: A rotor and a stator are axial gap type rotating electrical machines arranged in the axial direction of the rotating shaft of the rotor,
  • the stator is the stator of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a top view of a stator provided in the axial gap type rotating electric machine according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a part of the stator of FIG.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along the line III-III of FIG.
  • FIG. 4 is a bottom view of the teeth provided on the stator of FIG.
  • FIG. 5A is a sectional view taken along line VV of FIG.
  • FIG. 5B is an enlarged view of a circled portion in FIG. 5A.
  • FIG. 6 is a sectional view taken along line VI-VI of FIG.
  • FIG. 7 is a top view of a yoke provided in the stator of FIG.
  • FIG. 8A is a sectional view taken along line VIII-VIII of FIG. FIG.
  • FIG. 8B is an enlarged view of a portion circled in FIG. 8A.
  • FIG. 9 is a sectional view taken along line IX-IX of FIG.
  • FIG. 10 is a partial longitudinal sectional view of the axial gap type rotating electric machine according to the first embodiment.
  • FIG. 11 is a partial cross-sectional view illustrating a connection state between the teeth and the yoke of the rotating electric machine according to the second embodiment.
  • FIG. 12A is a partial cross-sectional view illustrating a connection state between the teeth and the yoke of the rotating electric machine according to the third embodiment.
  • FIG. 12B is an enlarged view of a circled portion in FIG. 12A.
  • FIG. 13A is a partial cross-sectional view illustrating a connected state of the teeth and the yoke of the rotating electric machine according to the fourth embodiment.
  • FIG. 13B is an enlarged view of a portion circled in FIG. 13A.
  • FIG. 14 is a partial cross-sectional view illustrating a connection state between the teeth and the plate-shaped piece of the rotating electric machine according to the fifth embodiment.
  • FIG. 15 is a partial cross-sectional view illustrating a state of connection between the teeth and the plate-like piece of the rotating electric machine according to the sixth embodiment.
  • One of the objects of the present disclosure is to provide a core of a green compact having high density overall and excellent productivity. Another object of the present disclosure is to provide a stator including the core. Further, another object of the present disclosure is to provide a rotating electric machine including the stator.
  • the core of the present disclosure has high density overall and excellent productivity. Further, the stator of the present disclosure is excellent in magnetic properties and productivity. Further, the rotating electric machine according to the present disclosure is excellent in output characteristics and productivity.
  • the teeth and the yoke may not be connected. Further, when producing a yoke having a concave portion by compression molding, it is difficult for the soft magnetic powder to spread to a portion which becomes an edge of the concave portion. Therefore, in order to manufacture a yoke having a concave portion, it is necessary to perform compression molding for forming the entire shape of the yoke and then perform compression molding for completing the concave portion. That is, a yoke having a concave portion cannot be completed by a single compression molding. In view of these problems, the present inventors have found that the above problems can be solved by setting the shapes of the concave portions and the convex portions to specific shapes.
  • the core according to the embodiment includes: A core provided in a rotor or a stator of an axial gap type rotating electric machine,
  • the core includes a block-shaped first member and a plate-shaped second member formed of a green compact,
  • the first member includes a first surface facing the second member, and a first connection portion formed on the first surface
  • the second member includes a second surface facing the first surface, and a second connection portion formed on the second surface and connected to the first connection portion,
  • One of the first connection portion and the second connection portion is a protrusion, the other is configured by a depression having a shape corresponding to the protrusion,
  • the front shape of the first connection portion as viewed from a direction perpendicular to the first surface, and the front shape of the second connection portion as viewed from a direction perpendicular to the second surface are connected in a ring shape or a part. There is no intermittent ring shape.
  • the core has a high density as a whole.
  • the reason why the locally low-density portion is not formed in the core is that the front shapes of the projections and the dents forming the first connection portion and the second connection portion have a ring shape or an intermittent ring shape ( Hereinafter, both the ring shape and the intermittent ring shape may be simply referred to as a ring shape).
  • a height difference is formed between the projection and the inner and outer portions of the ring shape of the projection. The height difference makes it easier for the soft magnetic powder to flow between the protrusion and the inner and outer portions that are lower than the protrusion during compression molding.
  • the depression a ring shape
  • a height difference can be formed between the depression and the inner and outer portions of the ring shape of the depression.
  • the height difference makes it easier for the soft magnetic powder to flow between the depression and the inner and outer portions that are higher than the depression during compression molding. If the fluidity of the soft magnetic powder in the vicinity of the protrusions and depressions is improved, a decrease in the density in the vicinity can be suppressed.
  • the above core is excellent in productivity.
  • the soft magnetic powder around the projections and depressions has high fluidity during the compression molding of the core, and a high-density core can be manufactured as a whole by a single compression molding.
  • the fluidity of the soft magnetic powder is high, the incidence of defective products having locally low density portions is reduced.
  • the first member is a tooth
  • the second member may be a yoke.
  • the mold for manufacturing the core can be made simple. Therefore, it is easy to make the densities of the teeth and the yoke uniform.
  • a plurality of teeth provided on the core can be manufactured with one mold. Therefore, the productivity of the core can be improved.
  • the first member is a tooth having a flange
  • the second member may be a yoke
  • the first member is an integral body of the teeth and the yoke
  • the second member is a plate-shaped piece different from the yoke
  • the plate-shaped piece may be arranged on an end surface of the tooth opposite to the yoke, and may include a flange portion protruding from a contour line of the end surface.
  • a flange on the end surface of the tooth makes it difficult for the coil disposed on the tooth to come off the tooth.
  • the plate-shaped piece including the flange portion and the teeth as separate members, the flange portion can be formed after the coil is arranged on the teeth. Therefore, the coil can be easily arranged on the core.
  • the first member is a tooth
  • the second member is a yoke and a separate plate-shaped piece from the yoke
  • the plate-shaped piece may be arranged on an end surface of the tooth opposite to the yoke, and may include a flange portion protruding from a contour line of the end surface.
  • the teeth, the yoke, and the plate-shaped member having the flange are separate configurations. With this configuration, it is possible to suppress variations in the density of each member formed of the compact.
  • the front shape of the first connection portion and the front shape of the second connection portion may be non-annular.
  • the depth of the depression and the height of the protrusion may be 0.5 mm or more, and may be 30% or less of the smaller thickness of the first member and the second member. it can.
  • the depth of the depression and the height of the projection By setting the depth of the depression and the height of the projection to 0.5 mm or more, the connection strength between the projection and the depression can be sufficiently ensured. Further, by setting the depth of the depression and the height of the projection to 30% or less of the smaller thickness of the first member and the second member, the fluidity of the soft magnetic powder during compression molding is reduced, and The load on the mold can be suppressed.
  • the width of the depression and the width of the projection may be in a range of 0.5 mm to 10 mm.
  • the width of the depression and the width of the projection By setting the width of the depression and the width of the projection to 0.5 mm or more, the connection strength between the projection and the depression can be sufficiently ensured. In particular, by setting the width of the projection to 1.0 mm or more, the mechanical strength of the projection can be sufficiently ensured. Further, by setting the width of the depression and the width of the projection to 10 mm or less, a decrease in the fluidity of the soft magnetic powder during compression molding can be suppressed.
  • the first connection portion may be a depression, and the second connection portion may be a protrusion.
  • the second member on which the second connecting portion is formed is plate-shaped. Therefore, the mechanical strength of the entire second member can be improved by using the second connecting portion as a protrusion.
  • the first connecting portion may be a protrusion
  • the second connecting portion may be a depression
  • the second member on which the second connecting portion is formed is plate-shaped. Therefore, by making the second connecting portion a depression, the assembling workability is improved when the first member and the second member are bonded.
  • the front shape of the first connecting portion, and the front shape of the second connecting portion is a race track shape, or any shape selected from triangles, rectangles, trapezoids, and rhombuses where each vertex is rounded. A certain form can be mentioned.
  • the front shapes of the first connecting portion and the second connecting portion do not become too complicated. Therefore, the mechanical strength of the first connecting portion and the second connecting portion is not easily reduced. Further, the above configuration has an advantage that a mold for manufacturing the first member and the second member can be easily manufactured.
  • ⁇ 14> As one mode of the core according to the embodiment, When the area of the first surface is 100%, the area inside the outer peripheral contour line of the first connecting portion is 10% or more and 80% or less, Assuming that the area of the second surface is 100%, a form in which the area inside the outer peripheral contour line of the second connecting portion is 10% or more and 80% or less can be given.
  • the area of the first surface (second surface) is the plane area of the first surface (second surface) when the first surface (second surface) is viewed from the orthogonal direction. That is, the area of the first surface (second surface) includes the area inside the outer peripheral contour of the first connection portion (second connection portion). According to the above configuration, the connection between the first member including the first connection portion and the second member including the second connection portion can be strengthened.
  • the first member includes a third connection portion formed inside the ring shape of the first connection portion on the first surface
  • the second member includes a fourth connecting portion formed inside the annular shape of the second connecting portion on the second surface
  • the third connecting portion has a shape protruding to the opposite side of the first connecting portion from the first surface, or has a depressed shape
  • the said 4th connection part can have the form provided with the shape corresponding to the said 3rd connection part.
  • the first member and the second member can be connected more firmly by connecting the third connection part and the fourth connection part.
  • the stator according to the embodiment includes: Any one of the above ⁇ 1> to ⁇ 15>, And a coil disposed on each tooth of the core.
  • the above stator has excellent magnetic properties. This is because the core provided in the stator is the high-density core according to the embodiment. Further, the stator is excellent in productivity. This is because the core provided in the stator is a core according to the embodiment that is excellent in productivity.
  • the rotating electric machine according to the embodiment includes: A rotor and a stator are axial gap type rotating electrical machines arranged in the axial direction of the rotating shaft of the rotor, This is the stator of the above item ⁇ 16>.
  • the rotating electrical machine has excellent output characteristics. This is because the stator provided in the rotating electric machine is a stator having excellent magnetic characteristics. Further, the rotating electric machine is excellent in productivity. This is because the stator provided in the rotating electric machine is a stator excellent in productivity.
  • the rotating electric machine 1 may be a generator or an electric motor (motor).
  • the rotating electric machine 1 includes a rotor 2 and a stator 3 arranged in a housing 10.
  • Rotor The rotor 2 includes a plurality of plate-shaped magnets 22 and an annular holding plate 21 that supports the magnets 22.
  • the holding plate 21 is fixed to the shaft 20 and rotates together with the shaft 20.
  • the magnet 22 is embedded in the holding plate 21.
  • the magnets 22 are arranged at intervals in the circumferential direction of the shaft 20.
  • the magnet 22 is magnetized in the rotation axis direction of the rotor 2 (axial direction of the shaft 20).
  • the magnetization directions of the magnets 22 adjacent to each other in the circumferential direction of the shaft 20 are opposite to each other.
  • the stator 3 includes the core 30 and the coils 31 arranged on the teeth 4 of the core 30.
  • the stator 3 is arranged facing the rotor 2 in the axial direction of the shaft 20, and is fixed to the housing 10.
  • a bearing 23 is arranged between the stator 3 and the shaft 20, and the stator 3 does not rotate.
  • the rotating electric machine 1 of the present embodiment is characterized by the stator 3, particularly, a core 30 provided on the stator 3.
  • the core 30 shown in FIGS. 1 to 3 includes the teeth 4 and the yoke 5.
  • twelve teeth 4 are formed on the core 30.
  • the number of the teeth 4 is not particularly limited. In the case of the axial gap type rotating electric machine 1, the number of the teeth 4 is preferably 2n (n is a natural number) in order to form a magnetic circuit via the yoke 5 with two adjacent teeth 4.
  • the teeth 4 are formed as a block-shaped first member
  • the yoke 5 is formed as a plate-shaped second member
  • the teeth 4 and the yoke 5 are separately manufactured.
  • the separately manufactured teeth 4 and yoke 5 are connected by a connecting mechanism 9 shown in FIG. Details of the coupling mechanism 9 will be described later.
  • FIG. 4 In describing the teeth (first member) 4, mainly refer to FIGS. 4, 5A, 5B and 6.
  • FIG. The tooth 4 of this example is a substantially trapezoidal columnar member having a flange (flange 45) at the end opposite to the yoke 5 (FIG. 3).
  • the shape of the teeth 4 is not particularly limited.
  • the teeth 4 may have a substantially triangular prism shape.
  • the shape of the teeth 4 may be a columnar shape, a square columnar shape, or the like.
  • the teeth 4 include a first surface 40, a peripheral surface 41, and an end surface 42.
  • the first surface 40 is a flat surface and is a lower surface of the teeth 4 facing the yoke 5 (FIG. 3).
  • the end surface 42 is the upper surface of the tooth 4 on the side opposite to the first surface 40.
  • the peripheral surface 41 is a surface that connects the first surface 40 and the end surface 42.
  • a first connecting portion 91 of the connecting mechanism 9 described below is formed on the first surface 40 of the tooth 4.
  • the collar 45 provided on the teeth 4 may be omitted.
  • the outer peripheral contour of the flange 45 in this example is substantially similar to the outer peripheral contour of the first surface 40.
  • the flange portion 45 also has a role of preventing the coil 31 arranged on the teeth 4 from coming off the teeth 4.
  • Teeth 4 is a green compact formed by compression molding soft magnetic powder.
  • Soft magnetic powder is an aggregate of soft magnetic particles.
  • the soft magnetic powder include pure iron (purity of 99% by mass or more), Fe—Si—Al alloy (Sendust), Fe—Si alloy (silicon steel), Fe—Al alloy, Fe—Ni At least one kind of powder selected from iron-based alloys such as a base alloy (Permalloy) is included.
  • the soft magnetic particles preferably have an insulating coating on the surface. Since the insulating coating is formed on the surface of the soft magnetic particles, electrical insulation between the soft magnetic particles can be ensured. Therefore, iron loss of the teeth 4 due to eddy current loss can be reduced.
  • the insulating coating include a phosphate coating and a silica coating.
  • the average particle size of the soft magnetic particles is preferably 10 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less.
  • the more preferable average particle size of the soft magnetic particles is 40 ⁇ m or more and 260 ⁇ m or less.
  • the average particle diameter refers to the particle diameter of a particle in which the sum of the masses of particles having a small particle diameter reaches 50% of the total mass in the histogram of the particle diameters, that is, the 50% particle diameter.
  • the relative density of the green compact is preferably 90% or more, and the magnetic properties of the green compact can be improved by increasing the density.
  • a more preferable relative density is 93% or more.
  • the relative density is a ratio (%) of the density of the green compact to the true density of the green compact (soft magnetic powder).
  • the yoke 5 is an annular member.
  • the yoke 5 of this example is formed of one member.
  • the yoke 5 can also be configured by combining a plurality of divided pieces.
  • the circular yoke 5 can be formed by joining the fan-shaped divided pieces.
  • the yoke 5 includes a second surface 50, a back surface 52, an inner edge surface 53, and an outer edge surface 54.
  • the second surface 50 is a surface facing the first surface 40 as shown in FIG.
  • the second surface 50 is a flat surface parallel to the first surface 40. Therefore, the entire surface of the first surface 40 of the tooth 4 comes into surface contact with the second surface 50.
  • the back surface 52 of the yoke 5 is the lower surface of the yoke 5 parallel to the second surface 50.
  • the edge surface 53 is a surface that connects the second surface 50 and the back surface 52 inside the ring of the yoke 5. Inside the edge surface 53, a through hole 55 is formed to penetrate the shaft 20 (FIG. 10).
  • the edge surface 54 is a surface that connects the second surface 50 and the back surface 52 outside the ring of the yoke 5.
  • On the second surface 50 of the yoke 5, a second connecting portion 92 of the connecting mechanism 9 described later is formed.
  • the yoke 5 is formed of a powder compact similarly to the teeth 4.
  • the composition of the green compact forming the yoke 5 may be the same as or different from the composition of the green compact forming the teeth 4.
  • the density of the yoke 5 may be the same as or different from the density of the teeth 4.
  • connection mechanism 9 includes a first connection portion 91 and a second connection portion 92.
  • the first connecting portion 91 is a depression formed on the first surface 40
  • the second connecting portion 92 is a projection projecting from the second surface 50.
  • the inner shape of the first connecting portion 91 (dent) has a shape corresponding to the outer shape of the second connecting portion 92 (projection). Therefore, by fitting the second connecting portion 92 into the first connecting portion 91, the outer peripheral surface of the second connecting portion 92 comes into surface contact with the inner peripheral surface of the first connecting portion 91. As a result, the teeth 4 and the yoke 5 are connected.
  • First connecting portion The shape of the first connecting portion 91 (dent) will be described in detail with reference to FIGS. 4, 5A and 5B.
  • the front shape of the first connecting portion 91 as viewed from a direction orthogonal to the first surface 40 is a ring shape.
  • the front shape of the first connecting portion 91 of this example is a race track shape.
  • the front shape of the first connecting portion 91 may be an annular shape or a non-annular shape including the race track shape of the present example.
  • Non-annular shapes other than the racetrack shape include, for example, polygons such as triangles, rectangles (including squares), trapezoids, or rhombuses with rounded vertices, and C-shapes or U-shapes where parts of the rings are not connected. And an intermittent ring shape. If the front shape of the first connecting portion 91 is non-annular, after the teeth 4 and the yoke 5 are connected, the teeth 4 rotate on the first surface 40 (the second surface 50) with respect to the yoke 5. Can be suppressed. Unlike the example of FIG. 4, when the first connecting portion 91 is bisected into the radially inner side and the outer side of the yoke 5 (FIG.
  • the paper surface sandwiching the dividing line (see the two-dot chain line in FIG.
  • the upper part and the lower part may be non-linearly symmetric. In this case, the direction of the teeth 4 with respect to the yoke 5 is limited, so that the direction of the teeth 4 is not mistaken.
  • the inside of the ring shape of the first connecting portion 91 (dent) is at the same height as the first surface 40. Unlike this example, the inside of the ring shape of the first connecting portion 91 may be recessed from the first surface 40, or may protrude from the first surface 40 as in a third embodiment described later.
  • the number of the first connecting portions 91 in the teeth 4 is one.
  • a plurality of first connecting portions 91 can be provided in one tooth 4.
  • a part may be depressed and the rest may be formed as projections.
  • the width of the first connecting portion 91 (dent) of the present example is gradually narrowed in the depth direction. That is, the width of the bottom surface 9d of the first connecting portion 91 is smaller than the width of the opening of the first connecting portion 91. Further, the inner wall surface 9i is inclined in a direction that expands from the bottom surface 9d toward the opening.
  • the depression having such a shape contributes to improving the fluidity of the soft magnetic powder during compression molding. Of course, the depression may have a uniform width in the depth direction.
  • the width of the first connecting portion 91 refers to a length in a direction orthogonal to the circumferential direction of the ring shape of the first connecting portion 91 (the thickness direction of the paper surface of FIG. 5B).
  • the joint between the bottom surface 9d and the inner wall surface 9i in the first connecting portion 91 (dent) is rounded.
  • the joint between the inner wall surface 9i and the first surface 40 is rounded.
  • the radius of curvature of the roundness can be 0.5 mm or more and 4.0 mm or less.
  • a more preferable radius of curvature is 1.0 mm or more and 3.0 mm or less.
  • Width w 1 of the first connection portion 91 is preferably set to 0.5mm or more 10mm or less.
  • Width w 1 is the width of the opening of the recess. By setting the width w 1 or more 0.5 mm, it can be sufficiently secured first connection portion 91 (the recess) coupling strength between the second connection portion 92 (projection). Further, by setting the width w 1 and 10mm or less, a decrease in the flowability of the soft magnetic powder at the time of compression molding can be suppressed. More preferably the width w 1 is 0.5mm or more 4mm or less, further preferable that the width w 1 is less than 1.0mm 3.0mm or less.
  • the depth d 1 of the first connection portion 91 is a 0.5mm or more, and among the first and second members, 30% of the thickness of the direction thickness is small (yoke 5 in this embodiment) or less and Is preferred.
  • the depth d 1 is the length of a perpendicular from the first surface 40 to the bottom surface 9d.
  • the depth d 1 by a least 0.5 mm can be sufficiently secured first connection portion 91 (the recess) coupling strength between the second connection portion 92 (projection).
  • the depth d 1 is set to lower than or equal to 30% of the thickness of the yoke 5, a reduction in the flowability of the soft magnetic powder at the time of compression molding can be suppressed. More preferably a depth d 1 is a 1.0mm or more, and among the first and second members, more than 25% of the thickness of the direction thickness is small.
  • the size of the outer peripheral contour line (see FIG. 4) of the first connecting portion 91 on the first surface 40 can be appropriately selected.
  • the area inside the outer peripheral contour line of the first connecting portion 91 can be 10% or more and 80% or less.
  • the area ratio of the outer shape of the first connecting portion 91 to the first surface 40 is 10% or more and 80% or less, the connection between the teeth 4 and the yoke 5 can be strengthened.
  • a more preferable area ratio is 20% or more and 70% or less.
  • Second connecting portion The shape of the second connecting portion 92 (projection) will be described in detail with reference to FIGS. As described above, the second connecting portion 92 has a shape corresponding to the first connecting portion 91. Therefore, as shown in FIG. 7, the front shape of the second connecting portion 92 viewed from a direction orthogonal to the second surface 50 is the same shape and size as the front shape of the first connecting portion 91.
  • the inside of the ring shape of the second connecting portion 92 is at the same height as the second surface 50. Unlike this example, the inside of the ring shape of the second connecting portion 92 may protrude from the second surface 50, or may be depressed from the second surface 50 as in a fourth embodiment described later. .
  • the width of the second connecting portion 92 (projection) in this example is gradually reduced toward the top surface 9t. That is, the width of the top surface 9t of the second connecting portion 92 is smaller than the width of the root of the second connecting portion 92. Further, the outer wall surface 9o is inclined in a direction to become narrower from the base toward the top surface 9t. The projection having such a shape contributes to improving the fluidity of the soft magnetic powder during compression molding.
  • the width of the second connecting portion 92 is a length orthogonal to the circumferential direction of the ring shape of the second connecting portion 92 (the thickness direction of the paper surface of FIG. 8B).
  • the joint between the top surface 9t and the outer wall surface 9o and the joint between the outer wall surface 9o and the second surface 50 in the second connecting portion 92 (projection) are rounded according to the shape of the first connecting portion 91 (dent). Have been. By rounding both joints of the projections, the fluidity of the soft magnetic powder during compression molding can be improved.
  • Width w 2 of the second connection portion 92 (projection) is the same as the width w 1 of the first connection portion 91 (recess) in Figure 5B. Width w 2 is the width of the root of the protrusion.
  • the height h 2 of the second connection portion 92 (projection) is the same as the depth d 1 of the first connection portion 91 (recess) in Figure 5B.
  • the height h 2 is the length of the perpendicular line from the extension plane of the second surface 50 to the top surface 9t.
  • Limited width w 2 and height h 2 of the protrusions contribute to improvement of the mechanical strength of the protrusion. Also, limiting the width w 2 and height h 2 of the protrusions contribute to improvement of the flowability of the soft magnetic powder in the vicinity of the projection during compression molding.
  • the core 30 (FIG. 1) of the embodiment hardly has a locally low density portion of the soft magnetic powder, the core 30 has a high density as a whole.
  • the reason why the locally low-density portion is not formed in the core 30 is that the front shapes of the projections and depressions forming the first connecting portion 91 and the second connecting portion 92 have a ring shape or an intermittent ring shape. It is.
  • the core 30 of the embodiment is excellent in productivity. This is because the fluidity of the soft magnetic powder around the projections and depressions during the compression molding of the core 30 is high, and the core 30 having a high density can be manufactured as a whole by a single compression molding. In addition, since the soft magnetic powder has high fluidity, the rate of occurrence of defective products having locally low-density portions is also reduced, which is a factor that improves the productivity of the core 30.
  • the teeth 4 and the yoke 5 are separate members.
  • a mold for manufacturing the core 30 can have a simple shape. As a result, it is easy to make the densities of the teeth 4 and the yoke 5 uniform. Further, a plurality of teeth 4 provided on the core 30 can be manufactured by one mold. As a result, the productivity of the core 30 can be improved.
  • the second connecting portion 92 formed on the yoke 5 is a projection. Therefore, a decrease in mechanical strength of the yoke 5 due to the provision of the second connecting portion 92 can be suppressed.
  • the stator 3 (FIG. 10) including the core 30 of the above embodiment has excellent magnetic properties. This is because the density of the magnetic powder of the stator 3 is high. Moreover, the stator 3 is excellent in productivity. This is because the productivity of the core 30 provided in the stator 3 is high.
  • the rotating electric machine 1 including the stator 3 of the above embodiment has excellent output characteristics. This is because the magnetic characteristics of the stator 3 provided in the rotating electric machine 1 are high. Further, the rotating electric machine 1 is excellent in productivity. This is because the productivity of the stator 3 provided in the rotating electric machine 1 is high.
  • the first connecting portion 91 of the tooth 4 is a projection
  • the second connecting portion 92 of the yoke 5 is a depression.
  • the shapes and dimensions of the protrusions and depressions can be the same as those in the first embodiment. According to the configuration of this example, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
  • the third connecting portion 93 is a projection formed on the first surface 40 inside the ring shape of the first connecting portion 91 and protruding from the first surface 40.
  • the height h 3 of the third connecting portion 93 of this embodiment is larger than the height h 2 of the second connection portion 92 (projection).
  • the height h 3 of the third connection portion 93 is a length of a perpendicular from the first surface 40 to the top surface of the projection.
  • a preferred range of the height h 3 is the same as the preferred range of the height h 2.
  • the fourth connection portion 94 is a recess formed on the second surface 50 inside the ring shape of the second connection portion 92 and lower than the second surface 50.
  • the inner shape of the fourth connecting portion 94 (dent) has a shape corresponding to the outer shape of the third connecting portion 93 (projection). Therefore, as shown in FIG. 12B, the depth d 4 of the fourth connection portion 94 of the present embodiment (recess) is the same size as the height h 3 of the third connection portion 93 (projection).
  • the teeth 4 and the yoke 5 can be connected more firmly than the core 30 of the first and second embodiments.
  • the third connection portion 93 of the present example is a depression formed inside the ring shape of the first connection portion 91 on the first surface 40.
  • the fourth connecting portion 94 is a protrusion formed inside the ring shape of the second connecting portion 92 on the second surface 50.
  • the inner shape of the third connecting portion 93 (dent) has a shape corresponding to the outer shape of the fourth connecting portion 94 (projection). Therefore, as shown in FIG. 13B, the depth d 3 of the third connecting portion 93 of this embodiment are the same as the fourth connecting portion 94 the height h 4.
  • the teeth 4 of the present example are formed integrally with the yoke 5. As in the core 30 of the first to fourth embodiments, the teeth 4 and the yoke 5 may be formed separately. In this case, although the number of components constituting the core 30 increases, the density of the entire core 30 can be easily made uniform.
  • the plate-shaped piece 6 is provided on the end surface 42 of the tooth 4 opposite to the yoke. This plate-shaped piece 6 is produced separately from the teeth 4 and connected to the teeth 4. That is, the teeth 4 are the first member, and the plate-like pieces 6 are the second member.
  • the end surface 42 of the tooth 4 (first member) is also the first surface 40 facing the plate-like piece 6 (second member).
  • the opposing surface 60 of the plate-shaped piece 6 that opposes the first surface 40 is the second surface 50.
  • a first connecting portion 91 formed of a ring-shaped depression is formed on the first surface 40 of the tooth 4. Further, on the second surface 50 of the plate-shaped piece 6, a second connecting portion 92 formed of a ring-shaped projection is formed.
  • the flange 45 can be formed on the tooth 4. In this case, the arrangement of the coil 31 becomes very easy.
  • a core 30 different from that of the fifth embodiment will be described with reference to FIG. 15 as a configuration including the plate-shaped piece 6 disposed on the side of the tooth 4 opposite to the yoke 5.
  • the first surface 40 of the tooth 4 is provided with a first connecting portion 91 formed of a ring-shaped projection.
  • the second surface 50 of the plate-shaped piece 6 has a second connecting portion 92 formed of a ring-shaped depression.
  • the flange 45 can be formed on the tooth 4.
  • the core 30 described in the first to sixth embodiments is used for a stator. This core can also be used for a rotor.
  • Reference Signs List 1 rotating electric machine 10 housing 2 rotor 20 shaft, 21 holding plate, 22 magnet, 23 bearing 3 stator 30 core, 31 coil 4 teeth (first member) 40 first surface, 41 peripheral surface, 42 end surface, 45 flange 5 yoke (second member) 50 second surface, 52 back surface, 53 inner edge surface, 54 outer edge surface, 55 through hole 6 plate-shaped piece (second member) 60 opposing surface 9 connecting mechanism 91 first connecting portion, 92 second connecting portion, 93 third connecting portion, 94 fourth connecting portion 9d bottom surface, 9i inner wall surface, 9o outer wall surface, 9t top surface

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

アキシャルギャップ型の回転電機のロータ又はステータに備わるコアであって、前記コアは、圧粉成形体で構成されるブロック状の第一部材及び板状の第二部材を備え、前記第一部材は、前記第二部材に対向する第一面と、前記第一面に形成される第一連結部とを備え、前記第二部材は、前記第一面に対向する第二面と、前記第二面に形成され、前記第一連結部に連結する第二連結部とを備え、前記第一連結部及び前記第二連結部の一方が突起、他方が前記突起に対応する形状を有する窪みで構成されており、前記第一連結部を前記第一面に直交する方向から見た正面形状、及び前記第二連結部を前記第二面に直交する方向から見た正面形状が、環形状又は一部が繋がっていない断続的な環形状であるコア。

Description

コア、ステータ、及び回転電機
　本開示は、コア、ステータ、及び回転電機に関する。
　本出願は、２０１８年７月２７日付の日本国出願の特願２０１８－１４１８４１に基づく優先権を主張し、前記日本国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。
　特許文献１には、ロータとステータとが、ロータの回転軸に沿った方向に対向して配置されるアキシャルギャップ型の回転電機（電動機・発電機）が開示されている。この回転電機に用いられるステータは、バックヨーク（ヨーク）及び複数のティースを有する電機子コア（コア）と、各ティースに配置されるコイルとを備える。ヨークは、円環形状の部材である。ティースは、ロータの回転軸方向にヨークから突出するブロック状の部材である。
　特許文献１の電機子コアは、別々に作製したティースとヨークとを連結することで構成されている。より具体的には、ティースに設けた柱状の凸部と、ヨークに設けた凹部（貫通孔・窪み）と、を嵌め合わせることで、ヨークとティースとを連結している。また、特許文献１では、積層鋼板でヨークを構成し、圧粉磁心（圧粉成形体）でティースを構成している。
国際公開第２００７／１１４０７９号
　本開示のコアは、
　アキシャルギャップ型の回転電機のロータ又はステータに備わるコアであって、
　前記コアは、圧粉成形体で構成されるブロック状の第一部材及び板状の第二部材を備え、
　前記第一部材は、前記第二部材に対向する第一面と、前記第一面に形成される第一連結部とを備え、
　前記第二部材は、前記第一面に対向する第二面と、前記第二面に形成され、前記第一連結部に連結する第二連結部とを備え、
　前記第一連結部及び前記第二連結部の一方が突起、他方が前記突起に対応する形状を有する窪みで構成されており、
　前記第一連結部を前記第一面に直交する方向から見た正面形状、及び前記第二連結部を前記第二面に直交する方向から見た正面形状が、環形状又は一部が繋がっていない断続的な環形状である。
　本開示のステータは、
　本開示のコアと、
　前記コアに備わる各ティースに配置されるコイルとを備える。
　本開示の回転電機は、
　ロータとステータとが、前記ロータの回転軸の軸方向に並ぶアキシャルギャップ型の回転電機であって、
　前記ステータが本開示のステータである。
図１は、実施形態１に示すアキシャルギャップ型の回転電機に備わるステータの上面図である。 図２は、図１のステータの一部を示す斜視図である。 図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。 図４は、図１のステータに備わるティースの下面図である。 図５Ａは、図４のＶ－Ｖ断面図である。 図５Ｂは、図５Ａにおける丸で囲った部分の拡大図である。 図６は、図４のＶＩ－ＶＩ断面図である。 図７は、図１のステータに備わるヨークの上面図である。 図８Ａは、図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ断面図である。 図８Ｂは、図８Ａにおける丸で囲った部分の拡大図である。 図９は、図７のＩＸ－ＩＸ断面図である。 図１０は、実施形態１のアキシャルギャップ型の回転電機の部分縦断面図である。 図１１は、実施形態２に示す回転電機のティースとヨークの連結状態を説明する部分断面図である。 図１２Ａは、実施形態３に示す回転電機のティースとヨークの連結状態を説明する部分断面図である。 図１２Ｂは、図１２Ａにおける丸で囲った部分の拡大図である。 図１３Ａは、実施形態４に示す回転電機のティースとヨークの連結状態を説明する部分断面図である。 図１３Ｂは、図１３Ａにおける丸で囲った部分の拡大図である。 図１４は、実施形態５に示す回転電機のティースと板状片の連結状態を説明する部分断面図である。 図１５は、実施形態６に示す回転電機のティースと板状片の連結状態を説明する部分断面図である。
［本開示が解決しようとする課題］
　コアの磁気特性を向上させ、かつコアの生産性を向上させることが望まれている。そのためには、ヨークとティースの両方を高密度の圧粉成形体で構成することが有効と考えられる。圧粉成形体を高密度化するには、高い成形圧（面圧）で軟磁性粉末を圧縮成形する必要がある。しかし、本発明者らの検討によれば、特許文献１に記載される形状のヨークとティースでは、部分的に密度が低い部分ができ易いことが分かった。また、特許文献１に記載される形状のヨークとティースは、一度の圧縮成形で完成させられない場合があることも分かった。
　本開示は、全体的に高密度で、かつ生産性に優れる圧粉成形体のコアを提供することを目的の一つとする。また、本開示は、上記コアを備えるステータを提供することを別の目的の一つとする。更に、本開示は、上記ステータを備える回転電機を提供することを別の目的の一つとする。
［本開示の効果］
　本開示のコアは、全体的に高密度で、生産性に優れる。また、本開示のステータは、磁気特性と生産性に優れる。更に、本開示の回転電機は、出力特性と生産性に優れる。
［本開示の実施形態の説明］
　本発明者らは、ブロック状のティースと板状のヨークとを各々、圧粉成形体で形成する際の問題点を検討した。その結果、ティースとヨークとを連結させる凹部と凸部が特許文献１に記載されるような単純な形状であることが問題となることが分かった。圧縮成形で凸部を有するティースを作製する場合、凸部の角となる部分に軟磁性粉末が行き渡り難く、凸部（特に凸部の角）の密度が他の部分よりも低くなり易い。凸部の密度が低いと、凸部の強度が低下し、凸部が破損し易くなる。そのため、ティースとヨークとを連結できなくなる恐れがある。また、圧縮成形で凹部を有するヨークを作製する場合、凹部の縁となる部分に軟磁性粉末が行き渡り難い。そのため、凹部を有するヨークを作製するには、ヨークの全体形状を形成する圧縮成形を行った後、更に凹部を完成させるための圧縮成形を行わなければならない。つまり、一度の圧縮成形で凹部を有するヨークを完成させることができない。これらの問題点を踏まえて本発明者らは、凹部と凸部の形状を特定の形状とすることで上記問題点を解決できることを見出した。
　上記知見に基づき、本開示の実施態様を以下に列記して説明する。
＜１＞実施形態に係るコアは、
　アキシャルギャップ型の回転電機のロータ又はステータに備わるコアであって、
　前記コアは、圧粉成形体で構成されるブロック状の第一部材及び板状の第二部材を備え、
　前記第一部材は、前記第二部材に対向する第一面と、前記第一面に形成される第一連結部とを備え、
　前記第二部材は、前記第一面に対向する第二面と、前記第二面に形成され、前記第一連結部に連結する第二連結部とを備え、
　前記第一連結部及び前記第二連結部の一方が突起、他方が前記突起に対応する形状を有する窪みで構成されており、
　前記第一連結部を前記第一面に直交する方向から見た正面形状、及び前記第二連結部を前記第二面に直交する方向から見た正面形状が、環形状又は一部が繋がっていない断続的な環形状である。
　上記コアには局所的に軟磁性粉末の密度が低い箇所が殆ど無いため、上記コアは全体的に高密度である。局所的に低密度な箇所がコアに形成されないのは、第一連結部と第二連結部を構成する突起と窪みの正面形状が環形状又は断続的な環形状となっているからである（以下、環形状及び断続的な環形状の両方を含めて、単に環形状と表現することがある）。突起を環形状とすると、突起と、突起の環形状の内方部分及び外方部分と、の間に高低差ができる。その高低差によって、圧縮成形時に、突起と、突起よりも低くなった内方部分及び外方部分と、の間で軟磁性粉末が流動し易くなる。また、窪みを環形状とすることで、窪みと、窪みの環形状の内方部分及び外方部分と、の間に高低差ができる。その高低差によって、圧縮成形時に、窪みと、窪みよりも高くなった内方部分及び外方部分と、の間で軟磁性粉末が流動し易くなる。突起と窪みの周辺における軟磁性粉末の流動性が向上すれば、当該周辺の密度の低下を抑制できる。
　上記コアは生産性に優れる。上述したように、コアの圧縮成形時における突起と窪みの周辺の軟磁性粉末の流動性が高く、一度の圧縮成形で全体的に高密度なコアを作製できるからである。また、軟磁性粉末の流動性が高いため、局所的に低密度な箇所を有する不良品の発生率が下がる。
＜２＞実施形態に係るコアの一形態として、
　前記第一部材はティースであり、
　前記第二部材はヨークである形態を挙げることができる。
　ティースとヨークとを別部材とすることで、コアを作製するための金型を単純な形状にできる。そのため、ティースとヨークの密度を均一化し易い。また、コアに備わる複数のティースを一つの金型で作製できる。そのため、コアの生産性を向上させることができる。
＜３＞実施形態に係るコアの一形態として、
　前記第一部材は鍔部を有するティースであり、
　前記第二部材はヨークである形態を挙げることができる。
　ティースの端面に鍔部を設けることで、ティースに配置するコイルがティースから外れ難くなる。
＜４＞実施形態に係るコアの一形態として、
　前記第一部材はティースとヨークとの一体物であり、
　前記第二部材は前記ヨークとは別の板状片であり、
　前記板状片は、前記ティースにおける前記ヨークとは反対側の端面に配置され、前記端面の輪郭線からはみ出す鍔部を備える形態を挙げることができる。
　ティースの端面に鍔部を設けることで、ティースに配置するコイルがティースから外れ難くなる。この鍔部を含む板状片とティースとを別部材とすることで、ティースにコイルを配置した後に鍔部を形成することができる。そのため、コアへのコイルの配置を容易にできる。
＜５＞実施形態に係るコアの一形態として、
　前記第一部材はティースであり、
　前記第二部材はヨーク及び前記ヨークとは別の板状片であり、
　前記板状片は、前記ティースにおける前記ヨークとは反対側の端面に配置され、前記端面の輪郭線からはみ出す鍔部を備える形態を挙げることができる。
　この構成はつまり、ティースと、ヨークと、鍔部を有する板状部材と、が別々の構成である。この構成であれば、圧紛成形体で構成される各部材の密度のバラツキを抑制できる。
＜６＞実施形態に係るコアの一形態として、
　前記第一連結部の前記正面形状、及び前記第二連結部の前記正面形状が、非円環形状である形態を挙げることができる。
　上記構成によれば、第一部材と第二部材とを連結した後、第一面（第二面）上で両部材が相対的に回転することを抑制できる。
＜７＞実施形態に係るコアの一形態として、
　前記窪みにおける底面と内壁面との繋ぎ目、及び前記内壁面と前記第一面又は第二面との繋ぎ目が丸められており、
　前記突起における頂面と外壁面との繋ぎ目、及び前記外壁面と前記第一面又は第二面との繋ぎ目が丸められている形態を挙げることができる。
　上記繋ぎ目を丸めることで、圧縮成形時の突起及び窪みの近傍における軟磁性粉末の流動性を向上させられる。
＜８＞実施形態に係るコアの一形態として、
　前記窪みの深さ、及び前記突起の高さは、０．５ｍｍ以上で、かつ前記第一部材と前記第二部材のうち、厚みが小さい方の厚みの３０％以下である形態を挙げることができる。
　窪みの深さと突起の高さを０．５ｍｍ以上とすることで、突起と窪みとの連結強度を十分に確保できる。また、窪みの深さと突起の高さを第一部材と第二部材のうち、厚みが小さい方の厚みの３０％以下とすることで、圧縮成形時の軟磁性粉末の流動性の低下、及び金型への負荷を抑制できる。
＜９＞実施形態に係るコアの一形態として、
　前記窪みの幅、及び前記突起の幅は、０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である形態を挙げることができる。
　窪みの幅と突起の幅を０．５ｍｍ以上とすることで、突起と窪みとの連結強度を十分に確保できる。特に、突起の幅を１．０ｍｍ以上とすることで、突起の機械的強度を十分に確保できる。また、窪みの幅と突起の幅を１０ｍｍ以下とすることで、圧縮成形時の軟磁性粉末の流動性の低下を抑制できる。
＜１０＞実施形態に係るコアの一形態として、
　前記窪みにおける底面と内壁面との繋ぎ目、及び前記内壁面と前記第一面又は前記第二面との繋ぎ目、並びに
　前記突起における頂面と外壁面との繋ぎ目、及び前記外壁面と前記第一面又は前記第二面との繋ぎ目が丸められており、
　前記各繋ぎ目の丸みの曲率半径が０．５ｍｍ以上４．０ｍｍ以下である形態を挙げることができる。
　突起及び窪みにおける面と面との繋ぎ目を丸めることで、第一部材と第二部材の圧縮成形時における軟磁性粉末の流動性を向上させられる。その結果、第一部材及び第二部材において、局所的に密度が低い箇所ができ難い。特に、繋ぎ目の丸みの曲率半径を０．５ｍｍ以上４．０ｍｍ以下とすることで、上記流動性を向上させ易い。
＜１１＞実施形態に係るコアの一形態として、
　前記第一連結部は窪みで、前記第二連結部は突起である形態を挙げることができる。
　第二連結部が形成される第二部材は板状である。そのため、第二連結部を突起とすることで、第二部材全体の機械的強度を向上できる。
＜１２＞実施形態に係るコアの一形態として、
　前記第一連結部は突起で、前記第二連結部は窪みである形態を挙げることができる。
　第二連結部が形成される第二部材は板状である。そのため、第二連結部を窪みとすることで、第一部材と第二部材とを接着する際に組立作業性が向上する。
＜１３＞実施形態に係るコアの一形態として、
　前記第一連結部の前記正面形状、及び前記第二連結部の前記正面形状が、レーストラック形状、又は各頂点が丸められた三角形、長方形、台形、及び菱形から選択されるいずれかの形状である形態を挙げることができる。
　上述した形状であれば、第一連結部と第二連結部の正面形状が複雑になり過ぎない。そのため、第一連結部と第二連結部の機械的強度が低下し難い。また、上記構成には第一部材と第二部材を作製する金型を作製し易いというメリットもある。
＜１４＞実施形態に係るコアの一形態として、
　前記第一面の面積を１００％としたとき、前記第一連結部の外周輪郭線よりも内側の面積が１０％以上８０％以下、
　前記第二面の面積を１００％としたとき、前記第二連結部の外周輪郭線よりも内側の面積が１０％以上８０％以下である形態を挙げることができる。
　第一面（第二面）の面積とは、第一面（第二面）を直交方向から見たときの第一面（第二面）の平面面積である。つまり、第一面（第二面）の面積には、第一連結部（第二連結部）の外周輪郭線よりも内側の面積も含まれる。上記構成によれば、第一連結部を備える第一部材と、第二連結部を備える第二部材と、の連結を強固にできる。
＜１５＞実施形態に係るコアの一形態として、
　前記第一部材は、前記第一面における前記第一連結部の環形状の内側に形成される第三連結部を備え、
　前記第二部材は、前記第二面における前記第二連結部の環形状の内側に形成される第四連結部を備え、
　前記第三連結部は、前記第一面よりも前記第一連結部の反対側に突出する形状、又は窪んだ形状を備え、
　前記第四連結部は、前記第三連結部に対応する形状を備える形態を挙げることができる。
　第一連結部と第二連結部との連結に加えて、第三連結部と第四連結部とを連結させることで、第一部材と第二部材とをより強固に連結できる。
＜１６＞実施形態に係るステータは、
　上記＜１＞から＜１５＞のいずれかのコアと、
　前記コアに備わる各ティースに配置されるコイルとを備える。
　上記ステータは磁気特性に優れる。ステータに備わるコアが、実施形態に係る高密度のコアであるからである。また、上記ステータは生産性に優れる。ステータに備わるコアが、実施形態に係る生産性に優れるコアであるからである。
＜１７＞実施形態に係る回転電機は、
　ロータとステータとが、前記ロータの回転軸の軸方向に並ぶアキシャルギャップ型の回転電機であって、
　上記＜１６＞のステータである。
　上記回転電機は出力特性に優れる。回転電機に備わるステータが、磁気特性に優れるステータであるからである。また、上記回転電機は生産性に優れる。回転電機に備わるステータが、生産性に優れるステータであるからである。
［本開示の実施形態の詳細］
　本開示の実施形態に係るコア、ステータ、及び回転電機の具体例を図面に基づいて説明する。図中の同一符号は同一又は相当部分を示す。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、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。
＜実施形態１＞
　≪回転電機≫
　実施形態１では、図１０に示すアキシャルギャップ型の回転電機１を例にして説明を行う。回転電機１は、発電機でも良いし、電動機（モータ）でも良い。回転電機１は、ハウジング１０内に配置されるロータ２とステータ３とを備える。
　・ロータ
　ロータ２は、平板状の複数の磁石２２と、これら磁石２２を支持する円環形状の保持板２１とを備える。保持板２１は、シャフト２０に固定され、シャフト２０と共に回転する。磁石２２は保持板２１に埋め込まれている。磁石２２は、シャフト２０の周方向に間隔をあけて配置されている。また、磁石２２は、ロータ２の回転軸方向（シャフト２０の軸方向）に着磁されている。シャフト２０の周方向に隣り合う磁石２２の磁化方向は互いに逆になっている。
　・ステータ
　ステータ３は、コア３０と、コア３０のティース４に配置されるコイル３１とを備える。ステータ３は、シャフト２０の軸方向にロータ２に対向して配置され、ハウジング１０に固定されている。ステータ３とシャフト２０との間には軸受２３が配置されており、ステータ３は回転しない。本実施形態の回転電機１は、このステータ３、特にステータ３に備わるコア３０に特徴がある。
　≪コア≫
　図１～３に示すコア３０は、ティース４とヨーク５とを備える。本例では、コア３０に１２個のティース４が形成されている。ティース４の数は特に限定されない。アキシャルギャップ型の回転電機１の場合、隣り合う２個のティース４でヨーク５を介した磁気回路を形成するため、ティース４の個数は２ｎ（ｎは自然数）個とすることが好ましい。本例では、ティース４をブロック状の第一部材とし、ヨーク５を板状の第二部材とし、ティース４とヨーク５とを別個に作製する。別個に作製したティース４とヨーク５は、図３に示す連結機構９によって連結される。連結機構９の詳細は後述する。
　・ティース
　ティース（第一部材）４の説明にあたっては、主として図４，５Ａ，５Ｂ，６を参照する。本例のティース４は、ヨーク５（図３）とは反対側の端部にフランジ（鍔部４５）を有する概略台形柱状の部材である。ティース４の形状は特に限定されない。例えば、ティース４は概略三角柱状であっても構わない。その他、ティース４の形状は、円柱状や四角柱状などでも良い。
　ティース４は、第一面４０と周面４１と端面４２とを備える。第一面４０は、平坦面であって、ヨーク５（図３）に対向するティース４の下面である。端面４２は、第一面４０とは反対側にあるティース４の上面である。周面４１は、第一面４０と端面４２とを繋ぐ面である。ティース４の第一面４０には、後述する連結機構９の第一連結部９１が形成されている。
　ティース４に備わる鍔部４５は無くても構わない。しかし、アキシャルギャップ型の回転電機１（図１０）の場合、ロータ２と対向するティース４の対向面積が大きい方が性能向上に有利である。そのため、本例のティース４におけるヨーク５と反対側の端部には、ティース４の突出方向に直交する方向に張り出す鍔部４５が形成されている。本例の鍔部４５の外周輪郭線は、第一面４０の外周輪郭線にほぼ相似している。この鍔部４５は、ティース４に配置されるコイル３１がティース４から外れることを抑制する役割もある。
　ティース４は、軟磁性粉末を圧縮成形した圧粉成形体である。軟磁性粉末は、軟磁性粒子の集合体である。軟磁性粉末としては、例えば、純鉄（純度９９質量％以上）、及び、Ｆｅ－Ｓｉ－Ａｌ系合金（センダスト）、Ｆｅ－Ｓｉ系合金（ケイ素鋼）、Ｆｅ－Ａｌ系合金、Ｆｅ－Ｎｉ系合金（パーマロイ）などの鉄基合金から選択される少なくとも一種の粉末が挙げられる。軟磁性粒子は、その表面に絶縁被覆を有することが好ましい。軟磁性粒子の表面に絶縁被覆が形成されていることで、軟磁性粒子同士の電気的絶縁を確保できる。そのため、渦電流損に起因するティース４の鉄損を低減できる。絶縁被覆としては、例えば、リン酸塩被覆やシリカ被覆などが挙げられる。
　軟磁性粒子の平均粒径は、１０μｍ以上３００μｍ以下とすると良い。軟磁性粒子の平均粒径を１０μｍ以上とすることによって、軟磁性粉末の流動性を落とすことがなく、圧粉成形体の保磁力およびヒステリシス損の増加を抑制できる。逆に、軟磁性粒子の平均粒径を３００μｍ以下とすることによって、高周波域において発生する圧粉成形体の渦電流損を効果的に低減できる。より好ましい軟磁性粒子の平均粒径は、４０μｍ以上２６０μｍ以下である。ここで、平均粒径とは、粒径のヒストグラム中、粒径の小さい粒子からの質量の和が総質量の５０％に達する粒子の粒径、つまり５０％粒径をいう。
　圧粉成形体の相対密度は９０％以上であることが好ましく、高密度化により圧粉成形体の磁気特性を向上できる。より好ましい相対密度は９３％以上である。相対密度とは、圧粉成形体（軟磁性粉末）の真密度に対する、圧粉成形体の密度の比率（％）のことである。
　・ヨーク
　ヨーク５の説明にあたっては主として図７，８Ａ，８Ｂ，９を参照する。図７に示すように、ヨーク５は円環形状の部材である。本例のヨーク５は一つの部材で構成されている。ヨーク５は複数の分割片を組み合わせて構成することもできる。例えば、扇状の分割片を繋ぎ合わせて円環形状のヨーク５を形成できる。
　ヨーク５は、第二面５０と裏面５２と内側の縁面５３と外側の縁面５４とを備える。第二面５０は、図３に示すように第一面４０に対向する面である。第二面５０は、第一面４０に平行な平坦面である。そのため、ティース４の第一面４０の全面が、第二面５０に面接触する。ヨーク５の裏面５２は、第二面５０に平行なヨーク５の下面である。縁面５３は、ヨーク５の円環の内側で第二面５０と裏面５２とを繋ぐ面である。縁面５３の内側には、シャフト２０（図１０）を貫通させる貫通孔５５が形成されている。縁面５４は、ヨーク５の円環の外側で第二面５０と裏面５２とを繋ぐ面である。ヨーク５の第二面５０には、後述する連結機構９の第二連結部９２が形成されている。
　ヨーク５は、ティース４と同様に圧粉成形体で構成されている。ヨーク５を構成する圧粉成形体の組成は、ティース４を構成する圧粉成形体の組成と同じでも良いし、異なっていても良い。また、ヨーク５の密度も、ティース４の密度と同じでも良いし、異なっていても良い。
　・連結機構
　連結機構９は、第一連結部９１と第二連結部９２とを備える。第一連結部９１は、第一面４０に形成される窪みであり、第二連結部９２は、第二面５０から突出する突起である。第一連結部９１（窪み）の内形は、第二連結部９２（突起）の外形に対応する形状となっている。そのため、第一連結部９１に第二連結部９２を嵌め込むことで、第一連結部９１の内周面に第二連結部９２の外周面が面接触する。その結果、ティース４とヨーク５とが連結される。
　・・第一連結部
　図４，５Ａ，５Ｂに基づいて、第一連結部９１（窪み）の形状を詳しく説明する。図４に示すように、第一連結部９１を第一面４０と直交する方向から見た正面形状は環形状になっている。本例の第一連結部９１の正面形状は、レーストラック形状となっている。第一連結部９１の正面形状は、円環形状であっても良いし、本例のレーストラック形状を含む非円環形状であっても良い。レーストラック形状以外の非円環形状としては、例えば各頂点が丸められた三角形、長方形（正方形を含む）、台形、又は菱形などの多角形状、環の一部が繋がっていないＣ字形やＵ字形などの断続的な環形状を挙げることができる。第一連結部９１の正面形状が非円環形状であれば、ティース４とヨーク５とを連結した後、第一面４０（第二面５０）上で、ティース４がヨーク５に対して回転することを抑制できる。図４の例示とは異なり、第一連結部９１をヨーク５（図１）の径方向の内方側と外方側に二分したとき、分割線（図４の二点鎖線参照）を挟む紙面上側の部分と下側の部分とが非線対称となっても良い。その場合、ヨーク５に対するティース４の向きが限定されるので、ティース４の向きを間違えることが無くなる。
　第一連結部９１（窪み）の環形状の内側は、第一面４０と同じ高さになっている。本例とは異なり、第一連結部９１の環形状の内側は、第一面４０よりも窪んでいても良いし、後述する実施形態３のように第一面４０から突出していても良い。
　本例では、ティース４における第一連結部９１の数は一つである。一つのティース４に複数の第一連結部９１を設けることもできる。複数の第一連結部９１を形成する場合、一部を窪み、残りを突起とすることもできる。
　本例の第一連結部９１（窪み）の幅は、図５Ｂに示すように、深さ方向に向うに従って徐々に狭くなっている。つまり、第一連結部９１の底面９ｄの幅は、第一連結部９１の開口部の幅よりも狭くなっている。また、内壁面９ｉは、底面９ｄから開口部に向うに従って拡がる方向に傾斜している。このような形状の窪みは、圧縮成形時の軟磁性粉末の流動性を向上させることに寄与する。もちろん、窪みは、深さ方向に幅が一様であっても構わない。ここで、第一連結部９１の幅とは、第一連結部９１の環形状の周方向（図５Ｂの紙面厚み方向）に直交する方向の長さのことである。
　第一連結部９１（窪み）における底面９ｄと内壁面９ｉとの繋ぎ目は丸められている。また、内壁面９ｉと第一面４０との繋ぎ目も丸められている。両繋ぎ目を丸めることで、圧縮成形時の軟磁性粉末の流動性を向上させることができる。例えば、丸みの曲率半径は０．５ｍｍ以上４．０ｍｍ以下とすることができる。より好ましい曲率半径は１．０ｍｍ以上３．０ｍｍ以下である。
　第一連結部９１（窪み）の幅ｗ１は、０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすることが好ましい。幅ｗ１は、窪みの開口部の幅である。幅ｗ１を０．５ｍｍ以上とすることで、第一連結部９１（窪み）と第二連結部９２（突起）との連結強度を十分に確保できる。また、幅ｗ１を１０ｍｍ以下とすることで、圧縮成形時の軟磁性粉末の流動性の低下を抑制できる。より好ましい幅ｗ１は０．５ｍｍ以上４ｍｍ以下、更に好ましい幅ｗ１は１．０ｍｍ以上３．０ｍｍ以下である。
　第一連結部９１（窪み）の深さｄ１は、０．５ｍｍ以上で、かつ第一部材と第二部材のうち、厚みが小さい方（本例ではヨーク５）の厚みの３０％以下とすることが好ましい。深さｄ１は、第一面４０から底面９ｄまでの垂線の長さである。深さｄ１を０．５ｍｍ以上とすることで、第一連結部９１（窪み）と第二連結部９２（突起）との連結強度を十分に確保できる。また、深さｄ１をヨーク５の厚みの３０％以下とすることで、圧縮成形時の軟磁性粉末の流動性の低下を抑制できる。より好ましい深さｄ１は、１．０ｍｍ以上で、かつ第一部材と第二部材のうち、厚みが小さい方の厚みの２５％以下である。
　第一面４０における第一連結部９１の外周輪郭線（図４参照）の大きさは適宜選択することができる。例えば、第一面４０の面積を１００としたとき、第一連結部９１の外周輪郭線よりも内側の面積は１０％以上８０％以下とすることができる。第一面４０に占める第一連結部９１の外形の面積割合を１０％以上８０％以下とすることで、ティース４とヨーク５との連結を強固にできる。より好ましい面積割合は２０％以上７０％以下である。
　・・第二連結部
　図７，８に基づいて、第二連結部９２（突起）の形状を詳しく説明する。既に述べたように、第二連結部９２は、第一連結部９１に対応する形状を備えている。そのため、図７に示すように、第二連結部９２を第二面５０と直交する方向から見た正面形状は、第一連結部９１の正面形状と同じ形状・同じ大きさとなっている。
　第二連結部９２（突起）の環形状の内側は、第二面５０と同じ高さになっている。本例とは異なり、第二連結部９２の環形状の内側は、第二面５０よりも突出していても良いし、後述する実施形態４のように第二面５０よりも窪んでいても良い。
　本例の第二連結部９２（突起）の幅は、図８Ｂに示すように、頂面９ｔに向うに従って徐々に細くなっている。つまり、第二連結部９２の頂面９ｔの幅は、第二連結部９２の根元の幅よりも狭くなっている。また、外壁面９ｏは、根元から頂面９ｔに向うに従って狭まる方向に傾斜している。このような形状の突起は、圧縮成形時の軟磁性粉末の流動性を向上させることに寄与する。ここで、第二連結部９２の幅とは、第二連結部９２の環形状の周方向（図８Ｂの紙面厚み方向）に直交する長さのことである。
　第二連結部９２（突起）における頂面９ｔと外壁面９ｏとの繋ぎ目、及び外壁面９ｏと第二面５０との繋ぎ目は、第一連結部９１（窪み）の形状に合わせて丸められている。突起の両繋ぎ目を丸めることで、圧縮成形時の軟磁性粉末の流動性を向上させることができる。
　第二連結部９２（突起）の幅ｗ２は、図５Ｂの第一連結部９１（窪み）の幅ｗ１と同じである。幅ｗ２は、突起の根元の幅である。また、第二連結部９２（突起）の高さｈ２は、図５Ｂの第一連結部９１（窪み）の深さｄ１と同じである。高さｈ２は、第二面５０の延長面から頂面９ｔまでの垂線の長さである。突起の幅ｗ２と高さｈ２の限定は、突起の機械的強度の向上に寄与する。また、突起の幅ｗ２と高さｈ２の限定は、圧縮成形時の突起近傍における軟磁性粉末の流動性の向上に寄与する。
　≪本実施形態の効果≫
　実施形態のコア３０（図１）には局所的に軟磁性粉末の密度が低い箇所が殆ど無いため、コア３０は全体的に高密度である。局所的に低密度な箇所がコア３０に形成されないのは、第一連結部９１と第二連結部９２を構成する突起と窪みの正面形状が環形状又は断続的な環形状となっているからである。
　実施形態のコア３０は生産性に優れる。コア３０の圧縮成形時における突起と窪み周辺の軟磁性粉末の流動性が高く、一度の圧縮成形で全体的に高密度なコア３０を作製できるからである。また、軟磁性粉末の流動性が高いため、局所的に低密度な箇所を有する不良品の発生率が下がることも、コア３０の生産性が向上する要因である。
　本例ではティース４とヨーク５とを別部材としている。そのため、コア３０を作製するための金型を単純な形状にできる。その結果、ティース４とヨーク５の密度を均一化し易い。また、コア３０に備わる複数のティース４を一つの金型で作製できる。その結果、コア３０の生産性を向上させることができる。
　本例ではヨーク５に形成する第二連結部９２を突起としている。そのため、第二連結部９２を設けたことによるヨーク５の機械的強度の低下を抑制できる。
　上記実施形態のコア３０を備えるステータ３（図１０）は磁気特性に優れる。ステータ３の磁性粉末の密度が高いからである。また、ステータ３は生産性に優れる。ステータ３に備わるコア３０の生産性が高いからである。
　上記実施形態のステータ３を備える回転電機１は出力特性に優れる。回転電機１に備わるステータ３の磁気特性が高いからである。また、回転電機１は生産性に優れる。回転電機１に備わるステータ３の生産性が高いからである。
＜実施形態２＞
　実施形態２では、実施形態１とは異なるコア３０を図１１に基づいて説明する。図１１の見方は実施形態１の図３と同じである。
　図１１のコア３０では、ティース４の第一連結部９１が突起、ヨーク５の第二連結部９２が窪みとなっている。突起及び窪みの形状・寸法は、実施形態１と同じとすることができる。本例の構成によっても、実施形態１と同様の効果を得ることができる。
＜実施形態３＞
　実施形態３では、ティース４が第三連結部９３を有し、ヨーク５が第四連結部９４を有するコア３０を図１２Ａ，１２Ｂに基づいて説明する。
　第三連結部９３は、第一面４０における第一連結部９１の環形状の内側に形成され、第一面４０から突出する突起である。本例の第三連結部９３の高さｈ３は、第二連結部９２（突起）の高さｈ２よりも大きくなっている。第三連結部９３の高さｈ３は、第一面４０から突起の頂面までの垂線の長さである。高さｈ３の好ましい範囲は、高さｈ２の好ましい範囲と同じである。
　図１２Ａに示されるように、第四連結部９４は、第二面５０における第二連結部９２の環形状の内側に形成され、第二面５０よりも低くなった窪みである。第四連結部９４（窪み）の内形は、第三連結部９３（突起）の外形に対応する形状を備える。そのため、図１２Ｂに示されるように、本例の第四連結部９４（窪み）の深さｄ４は、第三連結部９３（突起）の高さｈ３と同じ大きさである。
　本例の構成によれば、実施形態１～２のコア３０よりも、ティース４とヨーク５とを強固に連結することができる。
＜実施形態４＞
　実施形態４では、実施形態３と異なるコア３０を図１３Ａ，１３Ｂに基づいて説明する。
　図１３Ａに示されるように、本例の第三連結部９３は、第一面４０における第一連結部９１の環形状の内側に形成される窪みである。一方、第四連結部９４は、第二面５０における第二連結部９２の環形状の内側に形成される突起である。
　本例でも、第三連結部９３（窪み）の内形は、第四連結部９４（突起）の外形に対応する形状を備える。そのため、図１３Ｂに示されるように、本例の第三連結部９３の深さｄ３は、第四連結部９４高さｈ４と同じである。
＜実施形態５＞
　実施形態５では、ティース４と、ティース４におけるヨーク５とは反対側に配置される板状片６と、を連結したコア３０を図１４に基づいて説明する。
　本例のティース４は、ヨーク５と一体に形成されている。実施形態１～４のコア３０のように、ティース４とヨーク５とを別体としても構わない。その場合、コア３０を構成する部品点数は増えるものの、コア３０全体の密度を均一にし易い。
　板状片６は、ティース４におけるヨークとは反対側の端面４２に設けられる。この板状片６は、ティース４とは別に作製され、ティース４に連結される。つまり、ティース４が第一部材、板状片６が第二部材である。また、ティース４（第一部材）の端面４２は、板状片６（第二部材）に対向する第一面４０でもある。板状片６のうち、第一面４０に対向する対向面６０は、第二面５０である。
　ティース４の第一面４０には、環形状の窪みで構成される第一連結部９１が形成されている。また、板状片６の第二面５０には、環形状の突起で構成される第二連結部９２が形成されている。
　本例の構成によれば、ティース４にコイル３１（図１０）を配置した後、ティース４に鍔部４５を形成できる。この場合、コイル３１の配置が非常に容易になる。
＜実施形態６＞
　ティース４におけるヨーク５とは反対側に配置される板状片６を備える構成として、実施形態６では、実施形態５とは異なるコア３０を図１５に基づいて説明する。
　本例では、ティース４の第一面４０には、環形状の突起で構成される第一連結部９１が形成されている。また、板状片６の第二面５０には、環形状の窪みで構成される第二連結部９２が形成されている。本例の構成によっても、ティース４にコイル３１（図１０）を配置した後、ティース４に鍔部４５を形成できる。
＜実施形態７＞
　実施形態１～６で説明したコア３０は、ステータに用いられるものである。このコアは、ロータに用いることもできる。
１　回転電機
　１０　ハウジング
２　ロータ
　２０　シャフト、２１　保持板、２２　磁石、２３　軸受
３　ステータ
　３０　コア、３１　コイル
４　ティース（第一部材）
　４０　第一面、４１　周面、４２　端面、４５　鍔部
５　ヨーク（第二部材）
　５０　第二面、５２　裏面、５３　内側の縁面、５４　外側の縁面、５５　貫通孔
６　板状片（第二部材）
　６０　対向面
９　連結機構
　９１　第一連結部、９２　第二連結部、９３　第三連結部、９４　第四連結部
　９ｄ　底面、９ｉ　内壁面、９ｏ　外壁面、９ｔ　頂面

Claims (17)

  1. 　アキシャルギャップ型の回転電機のロータ又はステータに備わるコアであって、
    　前記コアは、圧粉成形体で構成されるブロック状の第一部材及び板状の第二部材を備え、
    　前記第一部材は、前記第二部材に対向する第一面と、前記第一面に形成される第一連結部とを備え、
    　前記第二部材は、前記第一面に対向する第二面と、前記第二面に形成され、前記第一連結部に連結する第二連結部とを備え、
    　前記第一連結部及び前記第二連結部の一方が突起、他方が前記突起に対応する形状を有する窪みで構成されており、
    　前記第一連結部を前記第一面に直交する方向から見た正面形状、及び前記第二連結部を前記第二面に直交する方向から見た正面形状が、環形状又は一部が繋がっていない断続的な環形状である、
    コア。
  2. 　前記第一部材はティースであり、
    　前記第二部材はヨークである請求項１に記載のコア。
  3. 　前記第一部材は鍔部を有するティースであり、
    　前記第二部材はヨークである請求項１に記載のコア。
  4. 　前記第一部材はティースとヨークとの一体物であり、
    　前記第二部材は前記ヨークとは別の板状片であり、
    　前記板状片は、前記ティースにおける前記ヨークとは反対側の端面に配置され、前記端面の輪郭線からはみ出す鍔部を備える請求項１に記載のコア。
  5. 　前記第一部材はティースであり、
    　前記第二部材はヨーク及び前記ヨークとは別の板状片であり、
    　前記板状片は、前記ティースにおける前記ヨークとは反対側の端面に配置され、前記端面の輪郭線からはみ出す鍔部を備える請求項１に記載のコア。
  6. 　前記第一連結部の前記正面形状、及び前記第二連結部の前記正面形状が、非円環形状である請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のコア。
  7. 　前記窪みにおける底面と内壁面との繋ぎ目、及び前記内壁面と前記第一面又は第二面との繋ぎ目が丸められており、
    　前記突起における頂面と外壁面との繋ぎ目、及び前記外壁面と前記第一面又は第二面との繋ぎ目が丸められている請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のコア。
  8. 　前記窪みの深さ、及び前記突起の高さは、０．５ｍｍ以上で、かつ前記第一部材と前記第二部材のうち、厚みが小さい方の厚みの３０％以下である請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のコア。
  9. 　前記窪みの幅、及び前記突起の幅は、０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のコア。
  10. 　前記窪みにおける底面と内壁面との繋ぎ目、及び前記内壁面と前記第一面又は前記第二面との繋ぎ目、並びに
    　前記突起における頂面と外壁面との繋ぎ目、及び前記外壁面と前記第一面又は前記第二面との繋ぎ目が丸められており、
    　前記各繋ぎ目の丸みの曲率半径が０．５ｍｍ以上４．０ｍｍ以下である請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のコア。
  11. 　前記第一連結部は窪みで、前記第二連結部は突起である請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のコア。
  12. 　前記第一連結部は突起で、前記第二連結部は窪みである請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のコア。
  13. 　前記第一連結部の前記正面形状、及び前記第二連結部の前記正面形状が、レーストラック形状、又は各頂点が丸められた三角形、長方形、台形、及び菱形から選択されるいずれかの形状である請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載のコア。
  14. 　前記第一面の面積を１００％としたとき、前記第一連結部の外周輪郭線よりも内側の面積が１０％以上８０％以下、
    　前記第二面の面積を１００％としたとき、前記第二連結部の外周輪郭線よりも内側の面積が１０％以上８０％以下である請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載のコア。
  15. 　前記第一部材は、前記第一面における前記第一連結部の環形状の内側に形成される第三連結部を備え、
    　前記第二部材は、前記第二面における前記第二連結部の環形状の内側に形成される第四連結部を備え、
    　前記第三連結部は、前記第一面よりも前記第一連結部の反対側に突出する形状、又は窪んだ形状を備え、
    　前記第四連結部は、前記第三連結部に対応する形状を備える請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載のコア。
  16. 　請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載のコアと、
    　前記コアに備わる各ティースに配置されるコイルとを備える、
    ステータ。
  17. 　ロータとステータとが、前記ロータの回転軸の軸方向に並ぶアキシャルギャップ型の回転電機であって、
    　前記ステータが請求項１６に記載のステータである、
    回転電機。
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