JP2020108323A - コア、ステータ、及び回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気特性を改善でき、かつ生産性に優れるコアを提供する。【解決手段】アキシャルギャップ型回転電機に用いられるコアであって、前記コアは、圧粉成形体で構成される柱状のティースと、前記ティースの一端側に配置される板状の第一部材とを備え、前記ティースは、前記第一部材側から先端側に向かうほど細くなるテーパ部を有し、前記テーパ部の傾斜角度が０．５°以上１０°以下であるコア。【選択図】図３

Description

本開示は、コア、ステータ、及び回転電機に関する。

特許文献１〜４は、ロータとステータとが軸方向に対向して配置されたアキシャルギャップ型のモータ（回転電機）を開示している。この種の回転電機に用いられるステータは、ヨーク及びティースを有するコアと、ティースに配置されるコイルとを備える。一般に、ヨークは、円環板状の部材である。ティースは、ヨークから軸方向に突出する柱状の部材である。また、特許文献１〜３には、ティースにおけるヨークとは反対側の端部に板状の鍔部を設けることが記載されている。

特開２００９−４４８２９号公報 特開２００９−４４９４１号公報 特開２００９−１２４７９４号公報 特開２０１７−２２９１９１号公報

アキシャルギャップ型回転電機に用いられるコアの磁気特性を改善し、かつコアの生産性を向上することが望まれる。

本開示は、磁気特性を改善でき、かつ生産性に優れる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目的の一つとする。

本開示のコアは、
アキシャルギャップ型回転電機に用いられるコアであって、
前記コアは、圧粉成形体で構成される柱状のティースと、前記ティースの一端側に配置される板状の第一部材とを備え、
前記ティースは、前記第一部材側から先端側に向かうほど細くなるテーパ部を有し、
前記テーパ部の傾斜角度が０．５°以上１０°以下である。

本開示のステータは、
アキシャルギャップ型回転電機のステータであって、
本開示のコアと、
前記コアの前記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を備え、前記ロータと前記ステータとが軸方向に対向して配置された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。

本開示のコアは、磁気特性を改善でき、かつ生産性に優れる。また、本開示のステータは、コアの磁気特性と生産性に優れる。更に、本開示の回転電機は効率に優れる。

図１は、実施形態１に係るコアの概略斜視図である。 図２は、実施形態１に係るコアの概略上面図である。 図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿うコアの部分概略断面図である。 図４は、実施形態１に係るコアの一部を外周側から見た概略図である 図５は、実施形態１に係るコアを成形する金型の一例を示す概略断面図である。 図６は、変形例１に係るコアの部分概略断面図である。 図７は、変形例１に係るコアの一部を外周側から見た概略図である。 図８は、実施形態２に係るコアの部分概略断面図である。 図９は、実施形態に係るステータの一例を示す概略斜視図である。 図１０は、実施形態に係る回転電機の一例を示す概略断面図である。

［本開示の実施形態の説明］
本発明者らは、アキシャルギャップ型の回転電機に用いられるコアについて鋭意検討した結果、以下のような知見を得た。

アキシャルギャップ型の回転電機において、コイルに電流を流すと、コアに磁束が流れて磁路が形成される。コアに流れる磁束が減少すると、回転電機のトルクが低下する。回転電機のコアにおいて、ティースでは軸方向に磁束が流れ、ヨークでは周方向に磁束が流れる。そのため、ティースとヨークとの間で磁束の方向が変化する。ティースに鍔部が設けられている場合は、鍔部においてティースの軸方向と直交する方向に磁束が流れ、ティースと鍔部との間で磁束の方向が変化する。

ティースの周面と、ティースが突出するヨークの上面とが直交する場合、ティースとヨークとの間を磁束が流れる際、ティースの周面とヨークの上面とがなす角部近傍に磁束が集中することがある。また、ティースの周面と、ティースが接続される鍔部の下面とが直交する場合も、ティースと鍔部との間を磁束が流れる際にティースの周面と鍔部の下面とがなす角部近傍に磁束が集中することがある。つまり、ティースとヨークとの間、又は、ティースと鍔部との間で磁束の集中が発生し易い。回転電機のコアに局所的な磁束の集中が発生すると、コアの損失が増大して、回転電機の効率の低下を招く。

また、ティースを圧粉成形体で構成する場合、金型を用いて原料の軟磁性粉末を圧縮成形することによって製造する。金型でティースを成形する際、ティースの軸方向に一軸加圧することが一般的である。ティースの太さが全長に亘って一様である場合、金型から抜き出し難くなる。

そこで、本発明者らは、ヨーク又は鍔部が接続されるティースの一端側に、先端側（ヨーク又は鍔部とは反対側）に向かうほど細くなるテーパ部を形成することを試みた。このようなテーパ部をティースに形成することによって、テーパ部の周面とヨークの上面又は鍔部の下面とが鈍角に交差することになる。これにより、テーパ部とヨーク又は鍔部との間での磁束の集中を緩和できるため、コアの磁束の集中を低減できる。また、ティースを金型で成形した後、金型から抜き出す際に、テーパ部の周面が抜き勾配として機能し、金型から抜き出し易くなる。

更に、本発明者らが更に検討した結果、ティースに形成するテーパ部の傾斜角度が大きくなり過ぎると、テーパ部の密度が部分的に低くなり、ティースにおいて密度差が生じることが分かった。これは、金型でティースを成形するとき、テーパ部では粉末の圧縮率の差が大きくなるためと考えられる。そして、本発明者らは、ティースの金型からの抜き出し易さ（離型性）を向上させつつ、ティースの密度の均一化を図る観点から、テーパ部の傾斜角度を０．５°以上１０°以下とすることが好ましいことを見出した。

本開示は、以上の知見に基づいてなされたものである。最初に本開示の実施態様を列記して説明する。

（１）本開示の実施形態に係るコアは、
アキシャルギャップ型回転電機に用いられるコアであって、
前記コアは、圧粉成形体で構成される柱状のティースと、前記ティースの一端側に配置される板状の第一部材とを備え、
前記ティースは、前記第一部材側から先端側に向かうほど細くなるテーパ部を有し、
前記テーパ部の傾斜角度が０．５°以上１０°以下である。

本開示のコアによれば、ティースの一端側にテーパ部を有することで、ティースと第一部材との間で発生する磁束の集中を低減できる。よって、本開示のコアは、磁気特性を改善できる。第一部材としては、ヨーク又は鍔部が挙げられる。また、ティースがテーパ部を有することによって、ティースを金型で成形した後、金型から抜く際に、金型から抜き出し易くなる。よって、本開示のコアは、生産性に優れる。テーパ部の傾斜角度が０．５°以上であることで、磁束の集中を効果的に低減できる。また、テーパ部の傾斜角度が０．５°以上であれば、テーパ部の周面が抜き勾配として機能し、離型性を向上させることができる。

更に、本開示のコアによれば、テーパ部の傾斜角度が１０°以下であることで、ティースの密度の均一化を図ることができる。よって、本開示のコアは、ティースの密度を均一化し易い。

（２）上記コアの一形態として、
前記ティースは、前記テーパ部より先端側に太さが一様な直線部を有し、
前記ティースの軸方向の長さに対する前記テーパ部の軸方向の長さの比が１０％以上９５％以下であることが挙げられる。

上記形態によれば、ティースがテーパ部と直線部とを有する。ティースにおけるテーパ部の比率が高いほど、離型性が向上する。ティースの長さに対するテーパ部の長さの比が１０％以上であることで、離型性を効果的に向上させることができる。一方、ティースの長さに対するテーパ部の長さの比が９５％以下であれば、テーパ部と直線部との密度差を小さくでき、ティースの密度をより均一化し易い。また、ティースにおける直線部の比率が低い、換言すればテーパ部の比率が高いほど、ティースの高密度化が可能となる。これは、ティースの軸方向に一軸加圧してティースを成形した場合、テーパ部の圧縮比が高くなるため、密度を高め易くなるためと考えられる。ティースの長さに対するテーパ部の長さの比が１０％以上であることで、テーパ部の長さを一定以上確保することにより、ティースを高密度化し易い。

（３）上記（２）に記載のコアの一形態として、
前記ティースにおける前記テーパ部と前記直線部との相対密度の差が３％以下であることが挙げられる。

ティースに密度の低い部分が存在すると、ティースの磁気特性が低下する。上記形態によれば、テーパ部と直線部との相対密度の差が３％以下であることで、テーパ部と直線部との密度差が小さい。よって、ティースの磁気特性の低下を抑制できる。

（４）上記コアの一形態として、
前記ティースの軸方向の長さが４ｍｍ以上３５ｍｍ以下であることが挙げられる。

ティースの軸方向の長さが上記範囲内であることで、ティースの密度の均一化と高密度化を達成し易い。また、ティースの軸方向の長さが３５ｍｍ以下であれば、金型から抜き出し易い。

（５）上記コアの一形態として、
前記ティースの相対密度が９０％以上であることが挙げられる。

ティースを高密度化することによって、ティースの磁気特性を向上させることができる。上記形態によれば、ティースの相対密度が９０％以上であることで、磁気特性に優れる。

（６）上記コアの一形態として、
前記ティースと前記第一部材とが一体に成形されていることが挙げられる。

上記形態によれば、ティースと第一部材とが一体化されていることで、部品点数を削減でき、組立作業が容易になる。

（７）上記コアの一形態として、
前記第一部材は、ヨークであることが挙げられる。

上記形態によれば、ティースの一端側にヨークが接続される。第一部材がヨークであることで、ティースとヨークとの間で発生する磁束の集中を低減できる。

（８）上記（７）に記載のコアの一形態として、
前記ヨークから突出する複数の前記ティースを有し、
複数の前記ティースのうち、最も高い前記ティースの端面の位置と最も低い前記ティースの端面の位置との差が０．１５ｍｍ以下であることが挙げられる。

ヨークのティースが突出する側と反対側の面を平面上に載置した状態で、最も高いティースの端面の位置と最も低いティースの端面の位置との差が０．１５ｍｍ以下であることで、ティースの各端面の高さのばらつきが小さい。上記コアを用いて回転電機を構成した場合、ティースの各端面はロータの磁石に対向するように配置される。ティースの各端面の高さのばらつきが小さいことで、回転電機において、ティースの各端面とロータとの間隔のばらつきを小さくできる。これにより、コギングを低減できるなど、回転電機の特性の低下を抑制できる。

（９）上記コアの一形態として、
前記第一部材は、鍔部であり、
前記ティースの他端側にヨークを備えることが挙げられる。

上記形態によれば、ティースの一端側に鍔部が接続される。第一部材が鍔部であることで、ティースと鍔部との間で発生する磁束の集中を低減できる。また、上記コアを用いて回転電機を構成した場合、鍔部はロータの磁石に対向するように配置される。ティースに鍔部を備えることで、ロータの磁石に対向する面積が増え、鎖交磁束が増大する。これにより、コギングを低減できるなど、回転電機の特性を向上できる。

（１０）上記コアの一形態として、
前記圧粉成形体は、軟磁性粒子の表面に絶縁被覆を有する複数の被覆軟磁性粒子の集合体で構成され、
前記軟磁性粒子が、純鉄、又は、Ｆｅ−Ｓｉ系合金、Ｆｅ−Ａｌ系合金、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系合金及びＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金から選択される少なくとも一種の鉄基合金からなる鉄基粒子であることが挙げられる。

純鉄又は上記鉄基合金は比較的軟質である。そのため、軟磁性粒子が純鉄又は上記鉄基合金からなる鉄基粒子であることで、成形時に軟磁性粒子が変形し易く、高密度で寸法精度の高い圧粉成形体が得られ易い。圧粉成形体を高密度化することで、コアの機械的強度や磁気的特性を改善できる。また、軟磁性粒子の表面に絶縁被覆を有することで、軟磁性粒子間の電気的絶縁性を高めることができる。そのため、渦電流損に起因するコアの鉄損を低減できる。

（１１）本開示の実施形態に係るステータは、
アキシャルギャップ型回転電機のステータであって、
上記（１）から（１０）のいずれか１つに記載のコアと、
前記コアの前記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、コアの磁気特性と生産性に優れる。これは、実施形態に係る上記コアは、磁気特性を改善でき、かつ生産性に優れるからである。

（１２）本開示の実施形態に係る回転電機は、
ロータとステータとを備え、前記ロータと前記ステータとが軸方向に対向して配置されたアキシャルギャップ型の回転電機であって、
前記ステータが上記（１１）に記載のステータである。

上記回転電機は効率に優れる。これは、実施形態に係る上記ステータを構成するコアの磁気特性が優れるからである。

［本開示の実施形態の詳細］
以下、図面を参照して、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説明する。図中の同一符号は、同一名称物を示す。また、各図面では、説明の便宜上、適宜縮尺を変更しており、実際の縮尺とは必ずしも一致していない。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、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。

＜コア＞
図１〜図８を参照して、実施形態に係るコア１について説明する。コア１は、アキシャルギャップ型回転電機に用いられる。より具体的には、コア１は、ステータのコアに利用できる。コア１は、柱状のティース２と、ティース２の一端側に配置される板状の第一部材３とを備える。後述する実施形態１では、図１〜図４に示すヨーク３０が第一部材３である。後述する実施形態２では、図８に示す鍔部４０が第一部材３である。コア１の特徴の１つは、第一部材３が接続されるティース２の一端側に、第一部材３側から先端側（第一部材３側とは反対側）に向かうほど細くなるテーパ部２１を有する点にある。コア１のもう１つの特徴は、テーパ部２１の傾斜角度が０．５°以上１０°以下である点にある。

〈実施形態１〉
図１〜図４を参照して、実施形態１に係るコア１について説明する。実施形態１では、第一部材３がヨーク３０である。コア１は、図１、図２に示すように、板状のヨーク３０と、ヨーク３０から突出する複数のティース２とを備える。以下の説明では、コア１について説明するときは、ヨーク３０からティース２が突出する側を上、その反対側を下とする。

（ヨーク）
図１、図２に示すヨーク３０は、円環板状であり、その一方の平面（上面３２）にティース２が突出して設けられる。ヨーク３０は、隣り合うティース２同士を端部側で磁気的に結合する。ヨーク３０の厚みは、例えば１．０ｍｍ以上１０ｍｍ以下、更に１．５ｍｍ以上８．０ｍｍ以下である。

（ティース）
ティース２は、図１、図２に示すように、柱状であり、ヨーク３０の上面３２から垂直方向（ヨーク３０の軸方向）に突出するように設けられる。ティース２は、ヨーク３０の周方向に間隔をあけて配置されている。ティース２の個数は、適宜決めればよく、例えば３個以上、更に６個以上とすることが挙げられる。この例では、ヨーク３０の上面３２に１２個のティース２が周方向に等間隔に配置されている。

ティース２の形状としては、円柱状、角柱状などが挙げられる。この例では、ティース２の端面２４が三角形状である三角柱状である。ティース２は、端面が台形状である四角柱状などであってもよい。ここでいう「三角形状」及び「台形状」とは、幾何学的に厳密な意味での三角形及び台形でなくてもよく、角部に丸みを有するものなども含めて、実質的に三角形及び台形とみなされる範囲を含む。例えば、多角形の各辺の延長線の交点が多角形の頂点を構成する形状を含む。

ティース２は、圧粉成形体で構成されている。圧粉成形体は、金型５（図５参照）を用いて軟磁性粉末を圧縮成形したものである。軟磁性粉末は、軟磁性粒子の表面に絶縁被覆を有する複数の被覆軟磁性粒子の集合体である。つまり、圧粉成形体は、複数の被覆軟磁性粒子の集合体で構成されている。本例では、圧粉成形体（ティース２）が、実質的に、被覆軟磁性粒子からなる軟磁性粉末のみで構成されている。

軟磁性粒子は、純鉄（純度９９質量％以上）、又は、Ｆｅ（鉄）−Ｓｉ（シリコン）系合金、Ｆｅ（鉄）−Ａｌ（アルミニウム）系合金、Ｆｅ（鉄）−Ｓｉ（シリコン）−Ｃｒ（クロム）系合金及びＦｅ（鉄）−Ｓｉ（シリコン）−Ａｌ（アルミニウム）系合金から選択される少なくとも一種の鉄基合金からなる鉄基粒子であることが挙げられる。絶縁被覆としては、例えばリン酸塩被覆、シリカ被覆などが挙げられる。

純鉄又は上記鉄基合金は比較的軟質である。そのため、軟磁性粒子が純鉄又は上記鉄基合金からなる鉄基粒子であることで、成形時に軟磁性粒子が変形し易く、高密度で寸法精度の高い圧粉成形体が得られ易い。圧粉成形体を高密度化することで、機械的強度や磁気特性を改善できる。特に、上記鉄基合金は、純鉄に比べて電気抵抗が高く、渦電流損失に起因する鉄損を低減し易い。また、軟磁性粒子の表面に絶縁被覆を有することで、軟磁性粒子間の電気的絶縁性を高めることができる。そのため、渦電流損に起因する鉄損を低減できる。

絶縁被覆がリン酸塩被覆を含むことが好ましい。リン酸塩被覆は鉄基粒子との密着性が高く、変形性にも優れている。そのため、絶縁被膜がリン酸塩被覆を含むことで、成形時に鉄基粒子の変形に追従し易い。よって、絶縁被覆が損傷し難く、鉄損を効果的に低減できる。

（テーパ部）
実施形態１では、ティース２において、ヨーク３０が配置される側を一端側とし、その反対側の他端側を先端側とする。ティース２は、図３、図４に示すように、ヨーク３０側から先端側に向かうほど細くなるテーパ部２１を有する。図３、図４では、分かり易くするため、テーパ部２１を誇張して示している（後述する図５〜図８なども同じ）。

テーパ部２１の周面２１ｏは、ティース２の軸線（図中、一点鎖線で示す）に対して傾斜しており、ヨークの上面３２と鈍角に交差する。「軸線」とは、ティース２の軸方向に沿った線を意味する。これにより、ティース２とヨーク３０との間を磁束が流れるとき、テーパ部２１の周面２１ｏとヨーク３０の上面３２との間をショートカットする磁束が減少するため、ティース２とヨーク３０との間で発生する磁束の集中を低減できる。テーパ部２１の軸方向の長さ（図中のＬ_２１）は、例えば２ｍｍ以上、更に４ｍｍ以上であることが挙げられる。

本例では、テーパ部２１の周面２１ｏが全周に亘って傾斜面になっている。テーパ部２１の周面２１ｏの少なくとも一部が傾斜面になっていればよい。例えば、テーパ部２１の周面２１ｏの周方向の１／２以上、更に２／３以上の範囲が傾斜面になっていることが挙げられる。

（傾斜角度）
テーパ部２１の傾斜角度は０．５°以上１０°以下である。「傾斜角度」とは、図３、図４に示すように、ティース２の軸線に対する周面２１ｏ（傾斜面）の角度αをいう。テーパ部２１の傾斜角度が０．５°以上であることで、磁束の集中を効果的に低減できる。また、テーパ部２１の傾斜角度が０．５°以上であれば、テーパ部２１の周面２１ｏが抜き勾配として機能し、金型５（図５参照）からの離型性を向上させることができる。一方、テーパ部２１の傾斜角度が１０°以下であることで、ティース２の密度を均一化し易い。テーパ部２１の傾斜角度は、更に１°以上７°以下であることが挙げられる。

（直線部）
本例では、図３、図４に示すように、テーパ部２１より先端側に太さが一様な直線部２２を有している。図中の点線は、テーパ部２１と直線部２２の境界を示している。直線部２２の周面２２ｏは、ティース２の軸線に平行な面になっている。ここでいう「平行」とは、幾何学的に厳密な意味での平行でなくてもよく、完全な平行に限らず、実質的に平行とみなされる範囲を含む。具体的には、ティース２の軸線に対する周面２２ｏの傾斜角度が０°以上０．５°未満である場合は、実質的に平行とみなす。なお、直線部２２の周面２２ｏに０．５°未満でも傾斜がある場合、直線部２２は、先端側ほど細くなるものとし、テーパ部２１との境界が最も細い形状とならないようにする。

ティース２が直線部２２を有する場合、直線部２２の軸方向の長さは、例えば、ティース２の軸方向の長さ（図中のＬ_２）の５％以上９０％以下であることが挙げられる。つまり、ティース２の軸方向の長さ（図中のＬ_２）に対するテーパ部２１の軸方向の長さ（図中のＬ_２１）の比（テーパ部２１の比率：（Ｌ_２１／Ｌ_２）×１００）は、例えば１０％以上９５％以下であることが挙げられる。テーパ部２１の比率が１０％以上であることで、金型５（図５参照）からの離型性を効果的に向上させることができる。一方、テーパ部２１の比率が９５％以下であれば、テーパ部２１と直線部２２との密度差を小さくでき、ティース２の密度をより均一化し易い。また、テーパ部２１の比率が１０％以上であることで、テーパ部２１の長さを一定以上確保することにより、ティース２を高密度化し易い。テーパ部２１の比率は、更に２０％以上９０％以下、３０％以上８０％以下であることが挙げられる。ティース２の軸方向の長さ（図中のＬ_２）は、例えば４ｍｍ以上３５ｍｍ以下、更に１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることが挙げられる。ティース２の軸方向の長さが４ｍｍ以上３５ｍｍ以下であることで、ティース２の密度の均一化と高密度化を達成し易い。また、ティース２の軸方向の長さが３０ｍｍ以下であれば、金型５から抜き出し易い。ティース２の軸方向の長さは、ヨーク３０の上面３２からティース２の先端側（他端側）の端面２４までの距離に等しい。

本例では、ティース２がテーパ部２１と直線部２２とを有する構成であるが、ティース２は、テーパ部２１のみで構成されていてもよい。この場合、ティース２は、ヨーク３０側（一端側）から先端側（他端側）にかけて細くなるように形成され、テーパ部２１の比率（Ｌ_２１／Ｌ_２）が１００％である。また、本例では、テーパ部２１がティース２の一端側にのみ形成されているが、テーパ部２１とは別のテーパ部（図示せず）がティース２の中間部に形成された構成としてもよい。つまり、テーパ部２１がティース２の軸方向に沿って断続的に設けられていてもよく、複数のテーパ部２１を有する構成でもよい。この場合、テーパ部２１の比率は、各テーパ部２１の軸方向の長さの合計長とティース２の軸方向の長さの比とする。

（相対密度）
ティース２の相対密度は９０％以上であることが好ましい。ティース２の高密度化により、ティース２の機械的強度や磁気特性を向上させることができる。より好ましい相対密度は９３％以上である。「相対密度」とは、ティース２を構成する圧粉成形体（軟磁性粉末）の理論密度（真密度）に対する実際に測定した圧粉成形体の実測密度の比率（％）のことをいう。

更に、ティース２におけるテーパ部２１と直線部２２との相対密度の差は３％以下であることが好ましい。より好ましくは２％以下である。これにより、テーパ部２１と直線部２２との密度差が小さく、ティース２の密度が均一である。よって、ティース２が均質であり、ティース２の磁気特性の低下を抑制できる。テーパ部２１及び直線部２２のそれぞれの相対密度を求めるときは、ティース２をテーパ部２１と直線部２２とに分け、それぞれの部分の相対密度を求めるとよい。

（その他）
本例では、ティース２とヨーク３０とが一体に成形されており、コア１（ティース２及びヨーク３０）が圧粉成形体で構成されている。ティース２とヨーク３０とは別体であってもよい。この場合、例えば、ティース２の一端側の端面とヨーク３０の上面３２とを接着剤で接着することで、ティース２とヨーク３０とを接続することが挙げられる。更に、ティース２の一端側の端面に凸部又は凹部を設け、この凸部又は凹部に対応する凹部又は凸部をヨーク３０の上面３２に設けることで、接着剤に加えて凸部と凹部との嵌合により、ティース２とヨーク３０とを接続することも可能である。ここで、ティース２の軸方向から見た凸部の端面形状（凹部の開口形状）が非円形状である場合、ヨーク３０に対してティース２を回り止めしつつ位置決めできる。ティース２とヨーク３０とを別体する場合、円環板状のヨーク３０は圧粉成形体で構成してもよいし、例えば、軟磁性材料からなる板材（例、電磁鋼板）を積層した積層体などで構成することも可能である。

また、本例では、ヨーク３０が円環板状の一体物で構成されているが、ヨーク３０を周方向に分割した複数の分割片で構成してもよい。この場合、各分割片を扇板状とし、複数の分割片を円環状に組み合わせてヨーク３０を構成することが挙げられる。

コア１における複数のティース２のうち、最も高いティース２の端面２４の位置と最も低いティース２の端面２４の位置との差が、例えば０．１５ｍｍ以下であることが挙げられる。ティース２の端面２４の位置とは、図３、図４に示すように、ヨーク３０におけるティース２が突出する側とは反対側の面（下面）を平面上に載置した状態で、その面からティース２の端面２４までの軸方向の高さ位置（図３、図４中、Ｈ_２で示す）のことをいう。最も高いティース２の端面２４の位置と最も低いティース２の端面２４の位置との差が０．１５ｍｍ以下であることで、ティース２の各端面２４の高さのばらつきが小さい。後述するように、コア１を用いて回転電機３００（図１０参照）を構成した場合、ティース２の各端面２４はロータ２００の磁石２２０に対向するように配置される。ティース２の各端面２４の高さのばらつきが小さいことで、回転電機３００において、ティース２の各端面２４とロータ２００との間隔のばらつきを小さくできる。これにより、コギングを低減できるなど、回転電機３００の特性の低下を抑制できる。

圧粉成形体からなるティース２及びヨーク３０を有するコア１は、図５に例示するような金型５で成形することができる。金型５は、上下方向に貫通する型孔５１を有するダイ５０と、型孔５１に挿入されるコアロッド５５と、ダイ５０の内周とコアロッドの外周との間に摺動自在に嵌合される上パンチ６０及び下パンチ７０とを備える。下パンチ７０は、第１下パンチ７１と第２下パンチ７２とを有する。第１下パンチ７１には、第２下パンチ７２が挿通される貫通孔が形成されている。第２下パンチ７２は、第１下パンチ７１内に摺動自在に挿入されている。

図５に示す金型５を用いてコア１（ティース２及びヨーク３０）を成形するときは、ダイ５０の型孔５１にコアロッド５５を挿入すると共に下パンチ７０を嵌合させた状態で、型孔５１内に原料の軟磁性粉末を充填する。そして、上パンチ６０を下降させて型孔５１に嵌合させ、上パンチ６０と下パンチ７０とで上下方向から軟磁性粉末を圧縮して成形する。図５に示すように、金型５を用いてコア１を成形した場合、ダイ５０（型孔５１）の内周面でヨーク３０の外周面を成形する。コアロッド５５の外周面でヨーク３０の内周面を成形する。上パンチ６０の端面でヨーク３０の下面（ティース２が突出する側とは反対側の面）を成形する。第１下パンチ７１の端面でヨーク３０の上面３２（図１参照）を成形すると共に、第１下パンチ７１の内周面でティース２の周面を成形する。第２下パンチ７２の端面でティース２の端面２４（図１参照）を成形する。第１下パンチ７１の内周面には、テーパ部２１の傾斜に対応する傾斜面が形成されている。

成形したコア１を金型５から取り出すときは、上パンチ６０を上昇させた後、ダイ５０、コアロッド５５及び第１下パンチ７１を第２下パンチ７２に対して下降させる。そして、第２下パンチ７２でティース２の端面を支持しながら金型５からコア１を抜き出す。このとき、ティース２の周面が第１下パンチ７１の内周面に摺動するが、第１下パンチ７１の内周面に上記傾斜面が形成されていることで、ティース２を第１下パンチ７１から抜き出し易い。

軟磁性粉末の平均粒子径は、例えば２０μｍ以上３５０μｍ以下、更に４０μｍ以上３００μｍ以下とすることが挙げられる。軟磁性粉末の平均粒子径を上記範囲内とすることで、取り扱い易く、圧縮成形し易い。軟磁性粉末の平均粒子径は、レーザ回折・散乱式粒子径・粒度分布測定装置を用いて測定し、積算質量が全粒子の質量の５０％となる粒径を意味する。

軟磁性粉末を圧縮する際の成形圧を高くすることで、コア１（ティース２及びヨーク３０）を高密度化できる。成形圧は、例えば７００ＭＰａ以上、更に９８０ＭＰａ以上とすることが挙げられる。

〈変形例１〉
変形例１では、図６、図７を参照して、ティース２の先端側（他端側）に鍔部４０を備える形態を説明する。図６、図７に示す変形例１のコア１は、鍔部４０を備える点で上述した実施形態１と異なり、それ以外の点は実施形態１と同様の構成である。以下では、実施形態１との相違点を中心に説明し、同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

（鍔部）
鍔部４０は、図６、図７に示すように、板状であり、ティース２の先端側の端面２４に設けられる。鍔部４０は、ティース２の先端側の周面から外周側に突出するように形成されており、端面２４より大きい面積を有する。ティース２に鍔部４０を備えるコア１を用いて回転電機を構成した場合、ロータ２００の磁石２２０（図１０参照）に対向する面積が増え、鎖交磁束が増大する。これにより、コギングを低減したり、トルクを向上できるなど、回転電機の特性を向上できる。その他、鍔部４０を備えることで、磁束飽和を抑制することによる鉄損の低減効果も期待できる。

ティース２と鍔部４０との接続は、例えば、ティース２の端面２４と鍔部４０の下面４２とを接着剤で接着することが挙げられる。更に、ティース２の端面２４に凸部又は凹部を設け、この凸部又は凹部に対応する凹部又は凸部を鍔部４０の下面４２に設けることで、接着剤に加えて凸部と凹部との嵌合により、ティース２と鍔部４０とを接続することも可能である。ここで、ティース２の軸方向から見た凸部の端面形状（凹部の開口形状）が非円形状である場合、ティース２に対して鍔部４０を回り止めしつつ位置決めできる。図６では、ティース２の端面２４に凹部２５が設けられ、鍔部４０の下面４２に凹部２５に対応する凸部４５が設けられており、接着剤に加えて凸部４５と凹部２５との嵌合により、ティース２の先端に鍔部４０が接続されている。鍔部４０は、圧粉成形体で構成する他、例えば、軟磁性材料からなる板材を積層した積層体などで構成することも可能である。

〈実施形態２〉
図８を参照して、実施形態２に係るコア１について説明する。実施形態２では、実施形態１と異なり、第一部材３が鍔部４０である。以下では、実施形態１の変形例１との相違点を中心に説明し、同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

実施形態２では、ティース２において、鍔部４０が配置される側を一端側とし、その反対側の他端側を先端側とする。ティース２は、図８に示すように、鍔部４０側から先端側に向かうほど細くなるテーパ部２１を有する。また、ティース２は、実施形態１と同じように、テーパ部２１より先端側に太さが一様な直線部２２を有しており、テーパ部２１と直線部２２とを有する。

テーパ部２１の周面２１ｏは、ティース２の軸線（図中、一点鎖線で示す）に対して傾斜しており、鍔部４０の下面４２と鈍角に交差する。これにより、ティース２と鍔部４０との間を磁束が流れるとき、テーパ部２１の周面２１ｏと鍔部４０の下面４２との間をショートカットする磁束が減少するため、ティース２と鍔部４０との間で発生する磁束の集中を低減できる。

実施形態１の場合と同様に、テーパ部２１の傾斜角度は０．５°以上１０°以下である。また、ティース２の軸方向の長さ（図中のＬ_２）に対するテーパ部２１の軸方向の長さ（図中のＬ_２１）の比（テーパ部２１の比率：（Ｌ_２１／Ｌ_２）×１００）は、例えば１０％以上９５％以下であることが挙げられる。

本例では、ティース２と鍔部４０とが一体に成形されており、ティース２及び鍔部４０が圧粉成形体で構成されている。ティース２と鍔部４０とは別体であってもよい。この場合、例えば、ティース２の一端側の端面と鍔部４０の下面４２とを接着剤で接着することで、ティース２と鍔部４０とを接続することが挙げられる。更に、ティース２の一端側の端面に凸部又は凹部を設け、この凸部又は凹部に対応する凹部又は凸部を鍔部４０の下面４２に設けることで、接着剤に加えて凸部と凹部との嵌合により、ティース２と鍔部４０とを接続することも可能である。ここで、ティース２の軸方向から見た凸部の端面形状（凹部の開口形状）が非円形状である場合、ティース２に対して鍔部４０を回り止めしつつ位置決めできる。ティース２と鍔部４０とを別体する場合、鍔部４０は圧粉成形体で構成してもよいし、例えば、軟磁性材料からなる板材（例、電磁鋼板）を積層した積層体などで構成することも可能である。

本例の場合、図８に示すように、ティース２の先端側（他端側）にヨーク３０を備える。ティース２とヨーク３０とは別体で構成されており、ティース２の先端にヨーク３０が接続されている。ティース２とヨーク３０との接続は、例えば、ティース２の先端側の端面２３とヨーク３０の上面３２とを接着剤で接着することが挙げられる。更に、ティース２の端面２３に凸部又は凹部を設け、この凸部又は凹部に対応する凹部又は凸部をヨーク３０の上面３２に設けることで、接着剤に加えて凸部と凹部との嵌合により、ティース２とヨーク３０とを接続することも可能である。ここで、ティース２の軸方向から見た凸部の端面形状（凹部の開口形状）が非円形状である場合、ヨーク３０に対してティース２を回り止めしつつ位置決めできる。図８では、ティース２の端面２３に凹部２５が設けられ、ヨーク３０の上面３２に凹部２５に対応する凸部３５が設けられており、接着剤に加えて凸部３５と凹部２５との嵌合により、ティース２の先端にヨーク３０が接続されている。

＜ステータ＞
図９を参照して、実施形態に係るステータ１００について説明する。ステータ１００は、アキシャルギャップ型回転電機に用いられる。ステータ１００は、コア１と、コア１の各ティース２に配置されるコイル１１０とを備える。本実施形態では、上述した実施形態１のコア１を用いた場合を例示する。コイル１１０は、巻線を螺旋状に巻回した筒状のコイルである。この例では、コイル１１０は、巻線にエナメル平角線を用いた三角筒状のエッジワイズ巻きコイルである。

＜回転電機＞
図１０を参照して、実施形態に係る回転電機３００について説明する。回転電機３００は、モータであってもよいし、発電機であってもよい。回転電機３００は、ロータ２００と、ステータ１００とを備える。回転電機３００は、ロータ２００とステータ１００とが回転軸方向に対向して配置されたアキシャルギャップ型の回転電機である。

ステータ１００及びロータ２００は、円筒状のケース３１０に収納されている。ケース３１０の両端にはそれぞれ円板状のプレート３２０が取り付けられている。両プレート３２０の中心には、貫通孔が形成されており、回転軸３３０がケース３１０内を貫通している。

（ロータ）
ロータ２００は、平板状の複数の磁石２２０と、これら磁石２２０を支持する円環状の保持板２１０とを備える。磁石２２０の平面形状は、ティース２の端面２４にほぼ対応した形状である。ティース２の端面２４の形状が三角形状の場合、磁石２２０の平面形状は、例えば三角形状や台形状であることが挙げられる。保持板２１０は、回転軸３３０に固定され、回転軸３３０と一緒に回転する。各磁石２２０は、保持板２１０に嵌め込まれている。磁石２２０は、回転軸３３０の周方向に等間隔に配置されている。また、磁石２２０は、回転軸３３０の軸方向に着磁されている。周方向に隣り合う磁石２２０の磁化方向は互いに逆になっている。

（ステータ）
ステータ１００は、ティース２の端面２４がロータ２００の磁石２２０に対向するように配置される。図６、図７に示す変形例１のように、ティース２に鍔部４０を備える場合は、鍔部４０がロータ２００の磁石２２０に対向するように配置される。ステータ１００は、コア１のヨーク３０の外周面をケース３１０の内周面に嵌合させることにより、ケース３１０に固定されている。また、ヨーク３０の内周面には、回転軸３３０を回転自在に支持する円環状のベアリング３４０が取り付けられている。

｛実施形態の効果｝
上述した実施形態のコア１、ステータ１００、及び回転電機３００は、次の効果を奏する。

ティース２の一端側にテーパ部２１を有することで、ティース２と第一部材３（図３に示すヨーク３０、図８に示す鍔部４０）との間で発生する磁束の集中を低減できる。また、ティース２がテーパ部２１を有することによって、金型５から抜き出し易くなる。よって、コア１は、磁気特性を改善でき、かつ生産性に優れる。特に、テーパ部２１の傾斜角度が０．５°以上であることで、磁束の集中を効果的に低減できる。また、テーパ部２１の傾斜角度が０．５°以上であれば、テーパ部２１の周面２１ｏが抜き勾配として機能し、金型５からの離型性を向上させることができる。更に、テーパ部２１の傾斜角度が１０°以下であることで、ティース２の密度の均一化を図り易い。

ステータ１００は、コア１を備えることで、コア１の磁気特性と生産性に優れる。回転電機３００は、ステータ１００を備えることで、効率に優れる。

［試験例１］
実施形態１のコア１と同じ構成のものを作製し、その評価を行った。

コア（ティース及びヨーク）の基本寸法は次の通りである。
ティースの軸方向の長さ（Ｌ_２）：２０ｍｍ
ヨークの厚み：５ｍｍ
ヨークの外径：１１０ｍｍ
ヨークの内径：４０ｍｍ

コア１は、実施形態１で説明したような金型５（図５参照）を用いて軟磁性粉末を圧縮成形した。原料の軟磁性粉末には、純鉄粉の表面にリン酸塩被覆を有する被覆軟磁性粒子の粉末（平均粒子径２５０μｍ）を使用した。成形圧は９８０ＭＰａとした。

試験例１では、テーパ部の比率及びテーパ部の傾斜角度を異ならせた複数のコア（試料Ｎｏ．１−１〜１−６）を作製した。なお、テーパ部の比率が１００％の試料Ｎｏ．１−６は、ティースがテーパ部のみからなり、直線部を有していない。また、比較として、テーパ部の比率が０％の試料Ｎｏ．１００を作製した。試料Ｎｏ．１００は、ティースが直線部のみからなり、テーパ部を有していない。

作製した試料Ｎｏ．１−１〜１−６及び１００のコアについて、ティースの相対密度を評価した。ティースの相対密度は、ティースをヨークから分離して求めた。相対密度は、体積と質量から実測密度を求め、［実測密度／真密度］の百分率とした。実測密度は、アルキメデス法により測定した。真密度は７．８４ｇ／ｃｍ^３とした。その結果を表１に示す。

ティースをテーパ部と直線部とに分割し、それぞれの実測密度から相対密度を求め、テーパ部と直線部との相対密度の差（絶対値）を算出した。その結果を表１に併せて示す。テーパ部と直線部との分割は、テーパ部と直線部との境界（図３、図４に示す点線）に沿って切断した。なお、試料Ｎｏ．１−６及び１００では、ティースを軸方向の長さの半分で切断して一端側（ヨーク側）と他端側とに２分割し、それぞれの相対密度を求めた。そして、一端側の部分の相対密度をテーパ部の相対密度とし、他端側の部分の相対密度を直線部の相対密度とした。

また、作製した試料Ｎｏ．１−１〜１−６及び１００のコアについて、離型性を評価した。離型性は、金型からコア（圧粉成形体）を抜き出すときの抜き荷重を測定し、抜き荷重の大きさに基づいて評価した。ここでは、図５に示す金型５において、コア１の成形後、ダイ５０及びコアロッド５５を下パンチ７０（第１下パンチ７１及び第２下パンチ７２）に対して下降させ、ダイ５０（型孔５１）からコア１を抜き出した。その後、第２下パンチ７２に対して第１下パンチ７１を下降させて、金型５からコア１を抜き出した。そして、その際に第２下パンチ７２に加わる荷重を測定し、この荷重を抜き荷重とした。離型性の評価は、抜き荷重が３５ｋＮ以下の場合を「Ａ」、５０ｋＮ超の場合を「Ｂ」とした。抜き荷重の測定値、及び離型性の評価を表１に示す。

更に、作製した試料Ｎｏ．１−１〜１−６及び１００のコアについて、全てのティースの各端面の高さ位置を測定した。ティースの各端面の高さ位置は、ヨークの下面を平面上に載置した状態で、ヨークの下面からそれぞれのティースの端面までの距離をハイトゲージで測定した。そして、最も高いティースの端面の位置と最も低いティースの端面の位置との差（高さのばらつき）を求めた。その結果を表１に併せて示す。

表１に示す結果から、ティースの一端側にテーパ部を有し、テーパ部の傾斜角度が０．５°以上の試料Ｎｏ．１−１〜１−６では、テーパ部を有さない試料Ｎｏ．１００に比較して、抜き荷重が小さく、離型性が向上していることが分かる。試料Ｎｏ．１−３〜１−５の比較結果から、テーパ部の傾斜角度が大きいほど、抜き荷重が小さくなる傾向がある。また、試料Ｎｏ．１−１〜１−３の比較結果から、テーパ部の比率が大きいほど、抜き荷重が小さくなることが分かる。これらの比較結果から、テーパ部の傾斜角度が０．５°以上で、テーパ部の比率が１０％以上であれば、抜き荷重を十分に低減でき、離型性を高めることができる。テーパ部の傾斜角度が１°以上であったり、テーパ部の比率が２０％以上である場合、抜き荷重を更に低減でき、離型性をより高めることができる。テーパ部の傾斜角度が１０°で、テーパ部の比率が１００％である試料Ｎｏ．１−６の抜き荷重は、テーパ部の比率が９５％である試料Ｎｏ１−５に比べて大きくなっている。これは、直線部を有さない試料Ｎｏ．１−６では、成形時に第１下パンチ７１の内周面（傾斜面）と第２下パンチ７２との間に原料の軟磁性粉末が入り込み、粉末の噛み込みが生じたため、抜き荷重が大きくなったものと考えられる。

テーパ部の傾斜角度が１０°以下の試料Ｎｏ．１−１〜１−６は、テーパ部と直線部との相対密度の差が３％以下であり、ティースの密度の均一化を達成している。試料Ｎｏ．１−３〜１−５の比較結果から、テーパ部の傾斜角度が大きいほど、テーパ部の相対密度が高くなる傾向がある。また、試料Ｎｏ．１−１〜１−３の比較結果、及び、試料Ｎｏ．１−５〜１−６の比較結果から、テーパ部の比率が大きいほど、テーパ部の相対密度が高く、ティースを高密度化できることが分かる。試料Ｎｏ．１−３〜１−５の比較結果からすれば、テーパ部の傾斜角度が１０°未満であれば、テーパ部と直線部との相対密度の差をより小さくできる。更に、試料Ｎｏ．１−５〜１−６の比較結果から、テーパ部の比率が９５％以下である場合、テーパ部と直線部との相対密度の差を小さくでき、ティースの密度をより均一化し易い。

また、表１に示すように、ティースにテーパ部を有する試料Ｎｏ．１−１〜１−６では、ティースの各端面の高さのばらつきが０．１５ｍｍ以下であり、ばらつきが小さい。これは、各ティースの周面を成形する第１下パンチ７１の内周面がテーパ部の傾斜に対応する傾斜面で形成されていることで、軟磁性粉末の給粉性が向上することにより、ティースの高さのばらつきが小さくなったものと推察される。

作製した試料Ｎｏ．１−１〜１−６及び１００のコアについて、磁気特性を評価した。ここでは、コアの各ティースにコイルを配置してステータを作製した。コイルの巻線には、線径が１．５ｍｍの銅線を使用した。コイルのターン数は２６ターンとした。

電磁界解析ソフトウェア（ＪＳＯＬ社製「ＪＭＡＧ」）を用いて、コイルに電流を流したときのコアの磁束密度分布を解析し、ティースとヨークとの接続箇所での最大磁束密度を求めた。また、電磁界解析により、コアの鉄損を求めた。その結果を表２に示す。

表１に示す結果から、ティースの一端側にテーパ部を有し、テーパ部の傾斜角度が０．５°以上１０°以下の試料Ｎｏ．１−１〜１−６では、試料Ｎｏ．１００に比較して、最大磁束密度が低く、ティースとヨークとの間の磁束の集中を低減できていることが分かる。また、磁束の集中が少ないことから、コアの鉄損が小さい。試料Ｎｏ．１−３〜１−５の比較結果から、テーパ部の傾斜角度が大きいほど、最大磁束密度が低くなる傾向がある。また、試料Ｎｏ．１−１〜１−３の比較結果から、テーパ部の比率が大きいほど、最大磁束密度が低くなることが分かる。これらの比較結果から、テーパ部の傾斜角度が０．５°以上で、テーパ部の比率が１０％以上であれば、磁束の集中を十分に低減できる。テーパ部の傾斜角度が１°以上であったり、テーパ部の比率が２０％以上である場合、磁束の集中を更に低減でき、コアの鉄損をより小さくできる。

１ コア
２ ティース
２１ テーパ部 ２１ｏ 周面
２２ 直線部 ２２ｏ 周面
２３、２４ 端面
２５ 凹部
３ 第一部材
３０ ヨーク
３２ 上面 ３５ 凸部
４０ 鍔部
４２ 下面 ４５ 凸部
５ 金型
５０ ダイ ５１ 型孔
５５ コアロッド
６０ 上パンチ
７０ 下パンチ
７１ 第１下パンチ ７２ 第２下パンチ
１００ ステータ
１１０ コイル
２００ ロータ
２１０ 保持板 ２２０ 磁石
３００ 回転電機
３１０ ケース ３２０ プレート
３３０ 回転軸 ３４０ ベアリング

Claims (12)

1. アキシャルギャップ型回転電機に用いられるコアであって、
   前記コアは、圧粉成形体で構成される柱状のティースと、前記ティースの一端側に配置される板状の第一部材とを備え、
   前記ティースは、前記第一部材側から先端側に向かうほど細くなるテーパ部を有し、
   前記テーパ部の傾斜角度が０．５°以上１０°以下であるコア。
2. 前記ティースは、前記テーパ部より先端側に太さが一様な直線部を有し、
   前記ティースの軸方向の長さに対する前記テーパ部の軸方向の長さの比が１０％以上９５％以下である請求項１に記載のコア。
3. 前記ティースにおける前記テーパ部と前記直線部との相対密度の差が３％以下である請求項２に記載のコア。
4. 前記ティースの軸方向の長さが４ｍｍ以上３５ｍｍ以下である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のコア。
5. 前記ティースの相対密度が９０％以上である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のコア。
6. 前記ティースと前記第一部材とが一体に成形されている請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のコア。
7. 前記第一部材は、ヨークである請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のコア。
8. 前記ヨークから突出する複数の前記ティースを有し、
   複数の前記ティースのうち、最も高い前記ティースの端面の位置と最も低い前記ティースの端面の位置との差が０．１５ｍｍ以下である請求項７に記載のコア。
9. 前記第一部材は、鍔部であり、
   前記ティースの他端側にヨークを備える請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のコア。
10. 前記圧粉成形体は、軟磁性粒子の表面に絶縁被覆を有する複数の被覆軟磁性粒子の集合体で構成され、
    前記軟磁性粒子が、純鉄、又は、Ｆｅ−Ｓｉ系合金、Ｆｅ−Ａｌ系合金、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系合金及びＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金から選択される少なくとも一種の鉄基合金からなる鉄基粒子である請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のコア。
11. アキシャルギャップ型回転電機のステータであって、
    請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のコアと、
    前記コアの前記ティースに配置されるコイルと、を備えるステータ。
12. ロータとステータとを備え、前記ロータと前記ステータとが軸方向に対向して配置された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１１に記載のステータである回転電機。

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