JP5707831B2 - Powder core and method for producing the same - Google Patents
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Description
本発明は、圧粉コア及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a dust core and a method for producing the same.
近年、モータ等の電気機器の鉄心材料として圧粉コアが注目を集めている。圧粉コアは、鉄系の磁性粉末に絶縁体をコーティングし、さらに必要に応じてバインダを添加した混合物を、加圧成形し熱処理することによって作製される。そのため、従来モータ等の電気機器の鉄心材料として広く用いられてきた電磁鋼板とは異なり、3次元構造を有する鉄心を作製することが可能である。このように、圧粉コアによって電気機器の構造設計の幅は大きく広がった。 In recent years, a dust core has attracted attention as an iron core material for electric devices such as motors. The powder core is manufactured by press-molding and heat-treating a mixture in which an iron-based magnetic powder is coated with an insulator and, if necessary, a binder is added. Therefore, it is possible to produce an iron core having a three-dimensional structure, unlike an electromagnetic steel sheet that has been widely used as an iron core material for electric devices such as motors. Thus, the width of the structural design of electrical equipment has been greatly expanded by the dust core.
しかしながら、圧粉コアを鉄心として用いることには、いくつかのデメリットも存在する。例えば、圧粉コアは、皮膜が被覆された鉄系磁性粉末を加圧成形することにより作製されるため、高密度の物が得られにくいという問題点を有していた。密度が低いと、圧粉コアの磁束密度が低くなるので、その結果として高性能の電気機器を得ることは困難となる。 However, there are some disadvantages in using a dust core as an iron core. For example, a dust core has a problem that it is difficult to obtain a high-density product because it is produced by pressure-molding an iron-based magnetic powder coated with a coating. When the density is low, the magnetic flux density of the dust core is low, and as a result, it is difficult to obtain a high-performance electric device.
また、電磁気的に最適化された鉄心の形状は複雑であることが多いが、複雑な形状を有する圧粉コアを加圧成形により作製することは容易ではない。特に、金型が複雑な形状となる場合は、プレス圧を高くできない点や、金型内面に潤滑剤を塗布して磁性粉末には潤滑剤を混合しない金型潤滑法で加圧成形を行うことが困難である点などから、高密度の物を得ることはいっそう困難である。 In addition, the shape of an electromagnetically optimized iron core is often complicated, but it is not easy to produce a dust core having a complicated shape by pressure molding. In particular, when the mold has a complicated shape, the press pressure cannot be increased, or pressure molding is performed by a mold lubrication method in which a lubricant is applied to the inner surface of the mold and the magnetic powder is not mixed with the lubricant. It is even more difficult to obtain a high-density product because it is difficult.
実際にプレス圧を高めたり、金型潤滑法を用いて圧粉コアを作製することも可能ではあるが、このような場合には成形体が金型から取り出せなくなるなどのトラブルが発生する頻度が高くなり、その上金型の寿命は著しく低下する。そのため、複雑形状の圧粉コアを量産する場合には、上記のような手法は不向きである。よって、複雑形状の圧粉コアを量産に適した方法で作製する場合は、高密度で磁束密度の高い圧粉コアを得ることは困難であった。
そこで、本発明は、上記のような従来技術が有する問題点を解決し、優れた磁気特性を有する複雑形状の圧粉コア及びその製造方法を提供することを課題とする。
Although it is possible to actually increase the pressing pressure or to produce a dust core using the mold lubrication method, in such cases, troubles such as the inability to remove the molded product from the mold occur frequently. In addition, the mold life is significantly reduced. Therefore, the above-described method is not suitable for mass production of complex-shaped dust cores. Therefore, when producing a dust core having a complicated shape by a method suitable for mass production, it is difficult to obtain a dust core having a high density and a high magnetic flux density.
Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems of the prior art and provide a compact powder core having excellent magnetic properties and a method for manufacturing the same.
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る圧粉コアの製造方法は、磁性粉末を含有する原料粉末を加圧成形することにより、本体部分から1箇所以上の突起部が突出した形状の圧粉コアを製造する方法であって、部品用原料粉末を部品成形用金型に充填し所定のプレス圧で加圧成形して1種以上の部品を製造する第一成形工程と、前記第一成形工程で得られた前記各種部品を、それぞれ1個以上圧粉コア成形用金型内に入れ、前記部品が前記突起部を形成し、前記部品の一端部が前記本体部分に埋め込まれ且つ前記部品の径方向外径側部分が前記本体部分に覆われている構成、又は、前記部品の表面のうち径方向内径側部分及び軸方向先端面のみが前記本体部分から露出し、その他の部分が前記本体部分に覆われている構成となるように、前記部品を前記圧粉コア成形用金型内の所定位置に配置するとともに、本体部分用原料粉末を前記圧粉コア成形用金型内に充填し、所定のプレス圧で加圧成形して前記圧粉コアを得る第二成形工程と、を備え、前記第一成形工程において前記各種部品を成形する際の前記各プレス圧はいずれも、前記第二成形工程において前記圧粉コアを成形する際の前記プレス圧よりも高圧であることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration. That is, the method for producing a dust core according to the present invention is a method for producing a dust core having a shape in which one or more protrusions protrude from the main body portion by press-molding a raw material powder containing magnetic powder. In the first molding step, the component raw material powder is filled in a component molding die and press-molded with a predetermined press pressure to produce one or more types of components, and obtained in the first molding step. One or more of each of the various parts is placed in a mold for forming a dust core, the part forms the protrusion , one end of the part is embedded in the main body portion, and the radial outer diameter of the part The side part is covered with the main body part, or only the radially inner diameter side part and the axial front end surface of the surface of the component are exposed from the main body part, and the other parts are covered with the main body part. as the configurations, the powder of the component (A) The powder core is obtained by placing the powder at the predetermined position in the molding die and filling the powder for molding the main body into the powder core molding die and press-molding with a predetermined press pressure. Each of the press pressures when molding the various parts in the first molding step is higher than the press pressure when molding the dust core in the second molding step. It is characterized by high pressure.
このような本発明に係る圧粉コアの製造方法においては、前記第二成形工程で得られた前記圧粉コアを熱処理する熱処理工程を備えることが好ましい。
また、前記第一成形工程において前記各種部品のうち少なくとも1種を成形する際には、内面に潤滑剤を塗布した前記部品成形用金型を用い、前記第二成形工程において前記圧粉コアを成形する際には、潤滑剤を含有する前記本体部分用原料粉末を用いることが好ましい。
In such a method for manufacturing a dust core according to the present invention, it is preferable to include a heat treatment step of heat-treating the dust core obtained in the second molding step.
Further, when molding at least one of the various components in the first molding step, the component molding die having an inner surface coated with a lubricant is used, and the dust core is formed in the second molding step. At the time of molding, it is preferable to use the raw material powder for a main body part containing a lubricant.
さらに、前記部品用原料粉末及び前記本体部分用原料粉末はバインダを含有し、前記各種部品のうち少なくとも1種を成形する際に用いられる前記部品用原料粉末に含まれる前記バインダの含有量は、前記本体部分用原料粉末に含まれる前記バインダの含有量よりも少ないことが好ましい。
さらに、前記各種部品のうち少なくとも1種を成形する際に用いられる前記部品用原料粉末に含まれる不純物の濃度は、前記本体部分用原料粉末に含まれる不純物の濃度よりも低く且つ1000ppm未満であることが好ましい。
Furthermore, the component raw material powder and the main body part raw material powder contain a binder, and the content of the binder contained in the component raw material powder used when molding at least one of the various components is: It is preferable that the content of the binder contained in the main body portion raw material powder is smaller.
Furthermore, the concentration of impurities contained in the component raw material powder used when molding at least one of the various components is lower than the concentration of impurities contained in the main body portion raw material powder and less than 1000 ppm. It is preferable.
さらに、前記各種部品のうち少なくとも1種を成形する際に用いられる前記部品用原料粉末は、扁平加工が施されていることが好ましい。
さらに、前記本体部分用原料粉末の平均粒径が前記部品用原料粉末の平均粒径よりも小さいことが好ましい。その場合には、前記本体部分用原料粉末の平均粒径が50μm以上100μm以下で、前記部品用原料粉末の平均粒径が200μm以上300μm以下であることがより好ましい。
さらに、本発明に係る圧粉コアは、磁性粉末を含有する原料粉末を加圧成形することにより得られ、本体部分から1箇所以上の突起部が突出した形状の圧粉コアであって、上記のような本発明に係る圧粉コアの製造方法により製造されたものであることを特徴とする。
Furthermore, it is preferable that the component raw material powder used when molding at least one of the various components is flattened.
Furthermore, it is preferable that the average particle size of the main body portion raw material powder is smaller than the average particle size of the component raw material powder. In that case, it is more preferable that the average particle size of the raw material powder for main body part is 50 μm or more and 100 μm or less, and the average particle size of the raw material powder for parts is 200 μm or more and 300 μm or less.
Furthermore, the dust core according to the present invention is a dust core obtained by press-molding a raw material powder containing magnetic powder, and having a shape in which one or more protrusions protrude from the main body portion, It is manufactured by the manufacturing method of the dust core which concerns on this invention like this.
圧粉コアの主な用途であるモータの鉄心などは、ヨーク,ティース等から構成されているが、これらの中で動作時に最も磁束が飽和しやすいのはティース、すなわち突起部であることが多い。つまり、高密度が要求されるのは、圧粉コアのうち突起部である。また、モータの鉄心のティース一つ一つは複雑な形状を有することは少ないので、ティースを予め高圧で加圧成形することは容易である。
よって、突起部(ティース)に対応する成形体をあらかじめ高圧で加圧成形して作製しておき、その成形体を金型に入れ、さらに磁性粉末を充填し加圧成形すれば、磁束密度が高く且つ飽和しにくい突起部を有する圧粉コアを得ることができる。
The iron core of the motor, which is the main application of the dust core, is composed of yokes, teeth, etc. Of these, it is often the teeth, that is, the protrusions, that most easily saturate the magnetic flux during operation. . That is, it is a projection part among powdered cores that require high density. In addition, since each of the teeth of the iron core of the motor rarely has a complicated shape, it is easy to press-mold the teeth in advance at a high pressure.
Therefore, if a compact corresponding to the protrusion (tooth) is prepared by press molding at high pressure in advance, the compact is placed in a mold, further filled with magnetic powder and press-molded. It is possible to obtain a powder core having a high and difficult to saturate protrusion.
本発明に係る圧粉コアの製造方法によれば、優れた磁気特性を有する複雑形状の圧粉コアを製造することができる。また、本発明に係る圧粉コアは、複雑形状であるにもかかわらず優れた磁気特性を有する。 According to the method for producing a dust core according to the present invention, a dust core having a complicated shape having excellent magnetic properties can be produced. In addition, the dust core according to the present invention has excellent magnetic properties despite its complex shape.
本発明に係る圧粉コア及びその製造方法の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
〔第一実施形態〕
図1は、本発明に係る圧粉コアを鉄心として用いた電磁ユニット(モータを構成する要素)の構造を説明する斜視図であり、図2は、図1の電磁ユニットの分解斜視図である。なお、図1においては、電磁ユニットの細部の構造が見えやすいように、ロータ及びステータが備えるティースの図示を一部のみ省略してある。
Embodiments of a dust core and a method for producing the same according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[First embodiment]
1 is a perspective view for explaining the structure of an electromagnetic unit (element constituting a motor) using a dust core according to the present invention as an iron core, and FIG. 2 is an exploded perspective view of the electromagnetic unit of FIG. . In FIG. 1, only a part of the teeth included in the rotor and the stator is omitted so that the detailed structure of the electromagnetic unit can be easily seen.
まず、図1,2に示す電磁ユニットの構造について説明する。図1,2の電磁ユニットは、小型化(薄型化)に適したアキシャルモータを構成する要素であり、略環状のロータ10と、ロータ10と同心に配され且つロータ10に対して隙間を介して対向する略環状のステータ20と、を備えている。
ステータ20は、環状のステータヨーク21及び複数のティース22からなるステータコア23と、ステータコア23の内径面に沿うように(詳しくは、後述するように並ぶ複数のティース22の列に沿うように)同心に近接配置された環状のコイル25と、で構成されている。なお、コイル25の巻数は特に限定されるものではなく、供給される電圧に応じて適宜設定すればよい。
First, the structure of the electromagnetic unit shown in FIGS. The electromagnetic unit shown in FIGS. 1 and 2 is an element constituting an axial motor suitable for downsizing (thinning). The electromagnetic unit is arranged substantially concentrically with the
The
ステータコア23について詳述すると(ステータコア23を軸方向に沿う平面で切断した断面図である図3も併せて参照)、ステータヨーク21の軸方向一端面から複数のティース22が軸方向に突出して設けられており、これらのティース22は互いに所定間隔をあけて周方向に沿って並べられている。そして、このステータコア23は、磁性粉末を含有する原料粉末を加圧成形することにより得られた圧粉コアで構成されている。なお、ステータヨーク21が、本発明の構成要件である本体部分に相当し、ティース22が本発明の構成要件である突起部に相当する。
The
一方、ロータ10は、環状のロータヨーク11と複数(ステータ20のティース22と同数)のティース12とからなる。詳述すると、ロータヨーク11の外径面から、複数のティース12が径方向外方に突出して形成されており、これらのティース12は互いに所定間隔をあけて周方向に沿って並べられている。これらのティース12は、例えば鉄や圧粉コアのような磁性体からなるので、ロータヨーク11の外径面に磁性体からなる突起部と凹部とが周方向に沿って交互に並べられている状態となる。
On the other hand, the
そして、ロータ10の各ティース12は、ステータ20の各ティース22に対してそれぞれ隙間を介して対向可能となっている。詳述すると、ステータ20の各ティース22の軸方向先端面とロータ10の各ティース12の軸方向側面とが、それぞれ軸方向隙間を介して対向可能となっている(図1を参照)。なお、ロータ10のティース12とステータ20のティース22は、必ずしも同数である必要はない。同数でなくても、ロータ10の回転に応じて磁気エネルギーが後述のように変化すれば、回転トルクが発生する。
Each
なお、鉄や圧粉コアのような磁性体で構成されたティース12をロータヨーク11の外径面に設ける代わりに、ロータヨーク11の外径面に複数の磁極(例えば永久磁石)を周方向に沿って並べてもよい。この場合には、磁極の外面のうちステータ20のティース22と対向する面を、N極又はS極とし、前記対向面がN極である磁極とS極である磁極とを周方向に沿って交互に配置する。また、ステータ20のティース22とロータ10の磁極対(N極とS極の対)の数は同数とすることが好ましい。
Instead of providing the
ロータ10の各ティース12とステータ20の各ティース22とが、それぞれ対向している状態(正対状態)では、両ティース12,22を含む磁性体がコイル25の導通方向を囲んでおり、コイル25が発生させる磁束の磁路を形成する。この状態は、ロータ10の回転位置としては磁気的に最も安定(低磁気エネルギー)な状態であるので、コイル25に電流を供給しても回転トルクは発生しない。
When the
一方、ロータ10の各ティース12とステータ20の各ティース22とが、それぞれまったく対向していない状態(非正対状態)では、コイル25の導通方向を囲む磁路において大きな空間が存在している。そして、前記正対状態と比べて磁路の磁気抵抗が大きくなるため、コイル25に電流を供給した際に発生する磁束は前記正対状態よりも小さくなる。この状態は、ロータ10の回転位置としては磁気的に最も不安定(高磁気エネルギー)な状態であるので、コイル25に電流を供給しても理論上は回転トルクは発生しない。
On the other hand, when each
実際には、ロータ10の回転位置が前記正対状態や前記非正対状態から僅かにずれることによって、磁気エネルギーが小さくなる方向に回転トルクが発生する。例えば、ロータ10の各ティース12とステータ20の各ティース22とが、各ティース間距離(以降はピッチと記すこともある)の1/4だけずれている状態であると、コイル25に電流を供給することによって磁束が発生し、ロータ10の各ティース12とステータ20の各ティース22とが前記正対状態となる方向に回転トルクが発生する。換言すると、前記正対状態が磁気的に最も安定(低磁気エネルギー)な状態であるため、その状態になろうとする回転トルクが発生する。
Actually, when the rotational position of the
よって、電磁ユニットのステータ20のコイル25に電流を供給すると、ステータ20の各ティース22に軸方向の磁束が発生し、上記のようなメカニズムによりロータ10が軸を中心に回転する。そして、このロータ10の回転が、ロータ10に連結された部材(図示せず)に伝達されるようになっている。
この電磁ユニットは、優れた磁気特性と最適化された複雑な3次元形状を有する圧粉コアを鉄心として用いているので、電磁鋼板などを鉄心として用いた場合に比べて、背景技術の項に前記したような優位性を有している。そして、このような電磁ユニットは、電気機器,電子機器,産業用機械,自動車,ロボット等に組み込まれるモータを構成する要素として好適である。
Therefore, when an electric current is supplied to the
This electromagnetic unit uses a dust core with excellent magnetic properties and an optimized complex three-dimensional shape as an iron core. Compared to the case where an electromagnetic steel sheet is used as an iron core, this electromagnetic unit is It has the advantages described above. And such an electromagnetic unit is suitable as an element which comprises the motor integrated in an electric equipment, an electronic device, an industrial machine, a motor vehicle, a robot, etc.
なお、ステータコア23の内径面にコイル25を嵌め込めばよいので、ステータ20の組み立てが極めて容易であり、さらに、ロータ10とステータ20の嵌合も、側面から合わせる形で行うことができるので、電磁ユニットの組立性も良好である。また、ロータ10とステータ20の支持機構については図示していないが、互いの軸方向及び径方向の位置を維持しつつ相対的に回転可能に保持すればよい。
Since it is only necessary to fit the
次に、ステータコア23を構成する圧粉コアの製造方法について説明する。この圧粉コアは、磁性粉末を含有する原料粉末を加圧成形することにより製造される。そして、この加圧成形は、下記のような2段階の加圧成形工程からなる。
まず、第一成形工程により、ステータ20のティース22を形成する部品(例えば、図1,2の場合のような柱状の部品)を製造する。その際には、部品用原料粉末を部品成形用金型に充填し所定のプレス圧で加圧成形する。部品は1種類でもよいが、その形状,部品用原料粉末の種類,成形条件等が異なる複数種の部品を所望により製造してもよい。
Next, the manufacturing method of the powder core which comprises the
First, a part (for example, a columnar part as shown in FIGS. 1 and 2) for forming the
次に、第二成形工程により、ステータヨーク21の軸方向一端面から複数のティース22が軸方向に突出して形成されたステータコア23を製造する。その際には、前記部品を圧粉コア成形用金型内に入れ、前記部品がティース22を形成するように前記部品を前記圧粉コア成形用金型内の所定位置に配置する。そして、本体部分用原料粉末を前記圧粉コア成形用金型内に充填して、所定のプレス圧で加圧成形すると、本体部分用原料粉末によりステータヨーク21が形成され、ティース22を備えるステータヨーク21からなるステータコア23が得られる。このとき、第一成形工程において前記部品を成形する際のプレス圧は、第二成形工程におけるプレス圧よりも高圧とする。
Next, a
なお、複数種の部品を用いる場合は、各種部品をそれぞれ1個ずつ用いてもよいし、複数ずつ用いてもよい。また、ステータヨーク21とティース22は、図3のように、1面のみで接触していてもよいが、図4(ステータコア23を軸方向に沿う平面で切断した断面図である)のように、部品の一端部が本体部分(ステータヨーク21)に埋め込まれ且つ部品の径方向外径側部分がステータヨーク21に覆われていてもよい。さらに、図5(ステータコア23のティース22を軸方向から見た平面図である)のように、部品の表面のうち径方向内径側部分及び軸方向先端面のみがステータヨーク21から露出し、その他の部分がステータヨーク21に覆われていてもよい。
In addition, when using multiple types of components, each of the various components may be used one by one, or a plurality of components may be used. Further, the
部品用原料粉末及び本体部分用原料粉末は、絶縁皮膜によってコーティングされた軟磁性の粉末が好ましい。粉末の成分は、軟磁性を示すものならば特に限定されるものではなく、例えば純Fe,Fe−Si合金,パーマロイ等があげられるが、モータ用鉄心のように低周波において使用され高い磁束密度が要求される場合には、純Feを用いることが好ましい。この粉末は、例えば水アトマイズ法で作製されたものが好ましく、その粒径は数十〜数百μm (例えば100μm )が好ましい。また、この粉末は、粒状の粉末に扁平加工(例えば、乾式法で機械的に偏平化する方法)を施して得た扁平粉末が好ましい。 The component raw material powder and the main body part raw material powder are preferably soft magnetic powders coated with an insulating film. The component of the powder is not particularly limited as long as it exhibits soft magnetism, and examples thereof include pure Fe, Fe-Si alloy, permalloy, etc., but it is used at a low frequency like a motor core and has a high magnetic flux density. Is required, pure Fe is preferably used. This powder is preferably produced by, for example, a water atomization method, and its particle size is preferably several tens to several hundreds μm (for example, 100 μm). The powder is preferably a flat powder obtained by subjecting a granular powder to flattening (for example, a method of flattening mechanically by a dry method).
さらに、部品用原料粉末と本体部分用原料粉末は、同種の粉末でもよいし異種の粉末でもよい。例えば、純度の高い(酸素等の不純物の濃度が低い)粉末を用いることによって圧粉コアの磁気特性改善を行う場合は、部品用原料粉末と本体部分用原料粉末のうち部品用原料粉末の方のみ高純度(1000ppm未満)のものを用いるとよい。こうすることにより、磁気特性改善の際のコストアップを最低限に抑えることができる。不純物の濃度が低いほど性能は向上するが、通常(1000ppm)よりも低ければ、圧粉コアの磁気特性改善を行うことができる。なお、複数種の部品用原料粉末を用いて複数種の部品を作製する場合には、そのうち少なくとも1種の部品用原料粉末を純度の高いものとすれば、磁気特性の改善を行うことができる。 Furthermore, the raw material powder for parts and the raw material powder for main part may be the same type of powder or different types of powder. For example, when improving the magnetic properties of a dust core by using a powder with high purity (low concentration of impurities such as oxygen), the raw material powder for parts of the raw material powder for parts and the raw material powder for main part Only high purity (less than 1000 ppm) should be used. By doing so, it is possible to minimize the cost increase in improving the magnetic characteristics. The lower the impurity concentration, the better the performance, but if it is lower than normal (1000 ppm), the magnetic properties of the dust core can be improved. In the case where a plurality of types of component powders are produced using a plurality of types of component raw material powders, the magnetic properties can be improved if at least one of the component raw material powders has a high purity. .
さらに、加圧成形の際に生じた歪みの除去を目的として、第二成形工程により得られたステータコア23に適宜熱処理を施してもよい。熱処理を施す場合には、部品用原料粉末及び本体部分用原料粉末に耐熱性の高い物質で絶縁皮膜を形成することが好ましい。このような耐熱性の高い物質としては、例えば、既によく知られているようにリン酸塩系化合物や酸化マグネシウム(MgO)などがあげられる。
Furthermore, for the purpose of removing distortion generated during pressure molding, the
さらに、部品用原料粉末及び本体部分用原料粉末はバインダを含有していてもよい。バインダの種類は特に限定されるものではないが、ポリイミド,エポキシ樹脂,フェノール樹脂,シリコーン樹脂などがあげられる。また、バインダの含有量は、原料粉末全体の1.0質量%以下が好ましく、0.5質量%以下がより好ましい。バインダの含有量が多いと、成形体内部の非磁性部分が増加して、磁気特性が不十分となるおそれがある。 Furthermore, the raw material powder for parts and the raw material powder for main body part may contain a binder. The type of binder is not particularly limited, and examples thereof include polyimide, epoxy resin, phenol resin, and silicone resin. Moreover, 1.0 mass% or less of the whole raw material powder is preferable, and, as for content of a binder, 0.5 mass% or less is more preferable. When the content of the binder is large, the nonmagnetic portion inside the molded body increases and the magnetic characteristics may be insufficient.
さらに、部品用原料粉末及び本体部分用原料粉末の両方がバインダを含有する場合には、本体部分用原料粉末よりも部品用原料粉末の方が、バインダの含有量が少ないことが好ましい。そうすれば、強度を著しく低下させることなく、磁束が飽和しやすい部分のみ密度を高めることができる。なお、複数種の部品用原料粉末を用いて複数種の部品を作製する場合には、そのうち少なくとも1種の部品用原料粉末が本体部分用原料粉末よりもバインダの含有量が少なければ、上記効果が得られる。 Furthermore, when both the raw material powder for parts and the raw material powder for main part contain a binder, the raw material powder for parts preferably contains less binder than the raw material powder for main part. By doing so, it is possible to increase the density of only the portion where the magnetic flux is easily saturated without significantly reducing the strength. In the case of producing a plurality of types of parts using a plurality of types of component raw material powders, if the content of at least one of the component raw material powders is less than the content of the main body part raw material powder, the above effect is obtained. Is obtained.
以下に、上記の第一成形工程及び第二成形工程について、さらに詳細に説明する。
上記のような部品用原料粉末からティース22に対応する部品を作製するが、部品は1種のみならず、その形状,部品用原料粉末の種類,成形条件等が異なる複数種の部品を作製してもよく、これらをティース部分に限らずあらゆる部位に用いることが可能である。ティース22はさほど複雑な形状を持たない場合が多いため、部品は高圧の加圧成形で製造することができ、第二成形工程における加圧成形よりも高圧で加圧成形することができる。複数種の部品を作製する場合には、いずれの種類の部品についても、第二成形工程における加圧成形よりも高圧で加圧成形する。
Below, it demonstrates still in detail about said 1st shaping | molding process and 2nd shaping | molding process.
The parts corresponding to the
第一成形工程における加圧成形の圧力は特に限定されるものではないが、700MPa以上1200MPa以下が好ましく、800MPa以上1000MPa以下がより好ましい。プレス圧があまりに低いと成形体の密度が十分に高くならず、本発明の有効性であるティース部分の高い磁束密度を実現することができないおそれがある。一方、あまりにプレス圧が高すぎると、単純な形状でも部品成形用金型の寿命が低下するなどの観点から、量産が難しくなる。 The pressure of pressure molding in the first molding step is not particularly limited, but is preferably 700 MPa or more and 1200 MPa or less, and more preferably 800 MPa or more and 1000 MPa or less. If the pressing pressure is too low, the density of the formed body will not be sufficiently high, and there is a possibility that a high magnetic flux density in the tooth portion, which is the effectiveness of the present invention, cannot be realized. On the other hand, if the pressing pressure is too high, mass production becomes difficult from the viewpoint of reducing the life of a part molding die even with a simple shape.
この際の部品成形用金型の形状は、設計されたティース22の構造に合わせて適宜決定すればよいが、圧粉コアの強度向上の観点から、以下のような工夫をすることが好ましい。すなわち、部品の長さをステータコア23のティース22よりも長くする。こうすることで、第二成形工程において部品の一部分が本体部分(ステータヨーク21)に埋め込まれたような状態(図4を参照)となり、本体部分(ステータヨーク21)の上に単純に乗っている状態(図3を参照)よりも圧粉コアの強度が向上する。
The shape of the component molding die at this time may be determined as appropriate in accordance with the designed structure of the
また、扁平粉末は、加圧成形すると、扁平粉末が有する平らな面をプレス方向に対して垂直にして並ぶ傾向がある。よって、扁平粉末を用いる場合は、完成した圧粉コアの磁束の流れる方向に対して、加圧成形により並んだ扁平粉末の前記平らな面が沿うように、加圧成形のプレス方向を決定するとよい。
さらに、部品の加圧成形を行う際には、潤滑剤を用いることが好ましい。その際には、潤滑剤を部品用原料粉末に混合してもよいが、高密度の成形体を得るためには、部品成形用金型の内面に潤滑剤を塗布して部品用原料粉末には潤滑剤を混合しない金型潤滑法を用いることが好ましい。使用する潤滑剤の種類は特に限定されるものではないが、例えばステアリン酸系潤滑剤があげられる。
Further, when the flat powder is pressure-molded, the flat surface of the flat powder tends to be arranged with the flat surface perpendicular to the pressing direction. Therefore, when flat powder is used, the pressing direction of pressure molding is determined so that the flat surface of the flat powder arranged by pressure molding is aligned with the direction of magnetic flux flow of the finished powder core. Good.
Furthermore, it is preferable to use a lubricant when pressure forming the part. In that case, the lubricant may be mixed with the raw material powder for parts. However, in order to obtain a high-density molded body, the lubricant is applied to the inner surface of the mold for molding the part to obtain the raw material powder for parts. It is preferable to use a mold lubrication method in which a lubricant is not mixed. Although the kind of lubricant to be used is not particularly limited, for example, a stearic acid-based lubricant can be mentioned.
上記のような条件で加圧成形することにより得られた部品は、第二成形工程による圧粉コアの作製に対してそのまま用いることが好ましい。そうすれば、バインダの硬化などが進まないため、部品と本体部分用原料粉末とのなじみが良好となる。ただし、第二成形工程の加圧成形に供する前に、部品に対して熱処理を施しても差し支えない。
次に、こうして得られた1種又は複数種の部品と本体部分用原料粉末とを用いて、圧粉コアを作製する。ティース22に対応する部品は既に加圧成形されたものであるので、第二成形工程において再び加圧されても、その体積はほとんど変化しない。そのため、このことを考慮した上で各パンチの初期位置を適切に決める必要がある。例えば、図3のような圧粉コアの場合には、パンチは1段で済むが、図4のような圧粉コアの場合にはパンチは3段とする必要がある。
The part obtained by pressure molding under the above conditions is preferably used as it is for the production of the powder core in the second molding step. By doing so, the curing of the binder does not proceed, so that the familiarity between the component and the raw material powder for the main body portion becomes good. However, the parts may be heat-treated before being subjected to pressure molding in the second molding step.
Next, a powder core is produced using one or more kinds of parts thus obtained and the raw material powder for the main body portion. Since the parts corresponding to the
また、本体部分用原料粉末には、潤滑剤を混合することが好ましい。部品の加圧成形の場合と同様に金型潤滑法を用いることもできるが、複雑形状の金型で加圧成形を行う場合は潤滑剤を本体部分用原料粉末に混合する方が、成形体が金型から抜けなくなるなどといったトラブルの頻度を低減することができる。本体部分用原料粉末全体に対する潤滑剤の混合量は、1.0質量%以下が好ましく、0.1質量%以上0.5質量%以下がより好ましい。 Moreover, it is preferable to mix a lubricant with the main body part raw material powder. The mold lubrication method can be used in the same manner as in the case of pressure molding of parts. However, when pressure molding is performed with a complex-shaped mold, it is better to mix the lubricant with the raw material powder for the body part. The frequency of troubles, such as being unable to come out of the mold, can be reduced. 1.0 mass% or less is preferable, and, as for the mixing amount of the lubricant with respect to the whole raw material powder for main body parts, 0.1 mass% or more and 0.5 mass% or less are more preferable.
第二成形工程においては、はじめに部品を圧粉コア成形用金型内の所定位置へ配置し、その後に各部品のすき間に本体部分用原料粉末を適量充填すればよい。この際、圧粉コア成形用金型のうちティース22に対応する部分の大きさが前記各部品よりも大きく、部品と圧粉コア成形用金型との間に隙間が生じる場合には、圧粉コア成形用金型内での部品の位置を決定しなければならない。
In the second molding step, the parts are first arranged at a predetermined position in the compacting core molding die, and thereafter, an appropriate amount of raw material powder for the main body portion is filled in the gaps between the parts. At this time, if the size of the portion corresponding to the
一般的には、ティース22の中で最も高い磁束密度が要求されるのは、ティース22の外面のうちの一部であることが多いので、部品の当該面を圧粉コア成形用金型の内面に接触させた状態で(圧粉コアから部品の当該面が露出するように)部品を固定すればよい。例えば、部品に樹脂などを塗布しておくことにより、こうした固定を行うことが可能である。
In general, the highest magnetic flux density required in the
また、上記の最も高い磁束密度が要求される面がティース22の軸方向先端面である場合は、例えば柱状の部品の長手方向端面を圧粉コア成形用金型の内面に接触させた状態で固定した後に、圧粉コア成形用金型内に本体部分用原料粉末を充填すればよい。ただし、ティース部分は必ずしも部品の一部が露出している必要はなく、少量の粉末を充填した後に部品を固定することで部品が全く露出しない形態としてもよい。
In addition, when the surface where the highest magnetic flux density is required is the tip end surface in the axial direction of the
以上のようにして圧粉コア成形用金型内に部品を配し本体部分用原料粉末を充填したら、加圧成形を行う。第二成形工程における加圧成形の際のプレス圧は、500MPa以上1000MPa以下が好ましく、600MPa以上800MPa以下がより好ましい。複雑形状の圧粉コアの場合は、高圧で加圧成形すると成形体が圧粉コア成形用金型から抜けなくなったり、圧粉コア成形用金型の寿命が著しく低下することがあるので、あまり高いプレス圧で成形しないことが好ましい。特に、部品を加圧成形する際のプレス圧よりも小さくすることにより、ティース部の密度を相対的に高くすることができるので、高い量産性とティース部の高い磁束密度とを同時に実現することができる。 When the components are arranged in the powder core molding die and filled with the raw material powder for the main body portion as described above, pressure molding is performed. The press pressure at the time of pressure molding in the second molding step is preferably 500 MPa or more and 1000 MPa or less, and more preferably 600 MPa or more and 800 MPa or less. In the case of a dust core with a complicated shape, if the pressure molding is performed at a high pressure, the molded product may not come out of the dust core molding die, or the life of the dust core molding die may be significantly reduced. It is preferable not to mold at a high press pressure. In particular, since the density of the teeth part can be made relatively high by making it smaller than the press pressure at the time of molding the part, high mass productivity and high magnetic flux density of the teeth part can be realized simultaneously. Can do.
このようにして得られた成形体を300℃以上600℃以下の温度で熱処理することにより、加圧成形により生じた歪みを取り除きコアロスを低下させて(バインダを含有する場合は、同時にバインダも硬化させて)、圧粉コアを完成させる。熱処理温度の最適値は、原料粉末の絶縁皮膜の種類によって異なるので、絶縁皮膜を構成する物質に応じて適宜決定すればよい。また、熱処理時間は10分以上1時間以下が好ましく、雰囲気は大気,窒素などから選択するとよい。以上のようにして、複雑形状であるにもかかわらず優れた磁気特性を有する圧粉コアを作製することができる。 The molded body thus obtained is heat-treated at a temperature of 300 ° C. or higher and 600 ° C. or lower, thereby removing the distortion caused by the pressure molding and reducing the core loss (when the binder is contained, the binder is also cured at the same time). Let the powder core complete. Since the optimum value of the heat treatment temperature varies depending on the type of the insulating film of the raw material powder, it may be appropriately determined according to the substance constituting the insulating film. The heat treatment time is preferably 10 minutes or more and 1 hour or less, and the atmosphere may be selected from air, nitrogen and the like. As described above, a dust core having excellent magnetic properties despite the complicated shape can be produced.
〔第二実施形態〕
第二実施形態の電磁ユニットの構造を、図6,7を参照しながら詳細に説明する。図6は、第二実施形態の電磁ユニットの構造を説明する斜視図であり、図7は、図6の電磁ユニットの分解斜視図である。ただし、第二実施形態の電磁ユニットの構成及び作用効果は、第一実施形態とほぼ同様であるので、異なる部分のみ説明し、同様の部分の説明は省略する。また、図6,7においては、図1,2と同一又は相当する部分には、図1,2と同一の符号を付してある。
[Second Embodiment]
The structure of the electromagnetic unit of the second embodiment will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 6 is a perspective view illustrating the structure of the electromagnetic unit according to the second embodiment, and FIG. 7 is an exploded perspective view of the electromagnetic unit of FIG. However, since the configuration and operational effects of the electromagnetic unit of the second embodiment are substantially the same as those of the first embodiment, only different parts will be described and description of the same parts will be omitted. 6 and 7, the same or corresponding parts as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals as those in FIGS.
第二実施形態の電磁ユニットのロータ10においては、ロータヨーク11の外径面から複数のティース12が径方向外方に突出して形成されているが、第一実施形態と比較するとティース12の突出長さが短いため、各ティース12はステータ20の各ティース22の径方向内側に配されている。そして、ステータ20の各ティース22の径方向内側側面とロータ10の各ティース12の径方向先端面とが、それぞれ径方向隙間を介して対向可能となっている(図6を参照)。
In the
このような電磁ユニットは、軸方向長さをより短くすることが可能であるので、より一層の小型化(薄型化)が可能である。また、一般に平面よりも円筒面の方が高精度な加工を行うことができるので、ロータ10の各ティース12と対向するステータ20の各ティース22の対向面は、軸方向先端面よりも径方向内側側面の方が好ましい。対向面が径方向内側側面である場合は、対向面間の距離(隙間の大きさ)を短くすることができ、よってコイル25から見た磁気抵抗を低くすることができるため、発生する磁束が増加し、大トルク化し易くなる。
Since such an electromagnetic unit can be shortened in the axial direction, it can be further downsized (thinned). In general, since the cylindrical surface can be processed with higher accuracy than the flat surface, the facing surface of each
〔第三実施形態〕
第三実施形態の電磁ユニットの構造を、図8,9を参照しながら詳細に説明する。図8は、第三実施形態の電磁ユニットの構造を説明する斜視図であり、図9は、図8の電磁ユニットの分解斜視図である。ただし、第三実施形態の電磁ユニットの構成及び作用効果は、第一,第二実施形態とほぼ同様であるので、異なる部分のみ説明し、同様の部分の説明は省略する。また、図8,9においては、図1,2と同一又は相当する部分には、図1,2と同一の符号を付してある。
[Third embodiment]
The structure of the electromagnetic unit according to the third embodiment will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 8 is a perspective view for explaining the structure of the electromagnetic unit of the third embodiment, and FIG. 9 is an exploded perspective view of the electromagnetic unit of FIG. However, since the configuration and operational effects of the electromagnetic unit of the third embodiment are substantially the same as those of the first and second embodiments, only different parts will be described, and description of the same parts will be omitted. 8 and 9, the same or corresponding parts as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals as those in FIGS.
第三実施形態の電磁ユニットのロータ10においては、ロータヨーク11の外径面から複数のティース12が軸方向のステータ20側に向かって突出して形成されている。そして、ステータヨーク21よりもロータヨーク11の方が大径とされているため、ロータ10の各ティース12はステータ20の各ティース22の径方向外側に配されていて、ステータ20の各ティース22の径方向外側側面とロータ10の各ティース12の径方向内側側面とが、それぞれ径方向隙間を介して対向可能となっている(図8を参照)。
In the
一般に、平面よりも円筒面の方が高精度な加工を行うことができるので、ロータ10の各ティース12と対向するステータ20の各ティース22の対向面は、軸方向先端面よりも径方向外側側面の方が好ましい。対向面が径方向外側側面である場合は、対向面間の距離(隙間の大きさ)を短くすることができ、よってコイル25から見た磁気抵抗を低くすることができるため、発生する磁束が増加し、大トルク化し易くなる。
In general, since the cylindrical surface can perform machining with higher accuracy than the flat surface, the opposing surface of each
〔第四実施形態〕
第四実施形態の電磁ユニットの構造を、図10,11を参照しながら詳細に説明する。図10は、第四実施形態の電磁ユニットの構造を説明する斜視図であり、図11は、図10の電磁ユニットの分解斜視図である。ただし、第四実施形態の電磁ユニットの構成及び作用効果は、第一〜第三実施形態とほぼ同様であるので、異なる部分のみ説明し、同様の部分の説明は省略する。また、図10,11においては、図1,2と同一又は相当する部分には、図1,2と同一の符号を付してある。
[Fourth embodiment]
The structure of the electromagnetic unit according to the fourth embodiment will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 10 is a perspective view for explaining the structure of the electromagnetic unit of the fourth embodiment, and FIG. 11 is an exploded perspective view of the electromagnetic unit of FIG. However, since the configuration and operational effects of the electromagnetic unit of the fourth embodiment are substantially the same as those of the first to third embodiments, only different parts will be described, and description of the same parts will be omitted. 10 and 11, the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 2 are given to the same or corresponding parts as those in FIGS.
第四実施形態の電磁ユニットのロータ10においては、ロータヨーク11の軸方向一端面から複数のティース12が軸方向のステータ20側に向かって突出して形成されている。一方、ステータ20においては、ステータヨーク21の軸方向一端面から複数のティース12が軸方向のロータ10側に向かって突出して形成されているが、周方向に沿って並ぶティース12の列が、径方向隙間を隔てて2列同心円状に形成されている。
In the
そして、この径方向隙間にロータ10のティース12が配されていて、ステータ20の内径側ティース列の各ティース22の径方向外側側面とロータ10の各ティース12の径方向内側側面とが、それぞれ径方向隙間を介して対向可能となっているとともに、ステータ20の外径側ティース列の各ティース22の径方向内側側面とロータ10の各ティース12の径方向外側側面とが、それぞれ径方向隙間を介して対向可能となっている(図10,11を参照)。
The
このような電磁ユニットは、2列のティース列のそれぞれに対して回転トルクを発生をさせることができるため、大トルク化を図ることができる。また、一般に平面よりも円筒面の方が高精度な加工を行うことができるので、ロータ10の各ティース12と対向するステータ20の各ティース22の対向面は、軸方向先端面よりも径方向側面の方が好ましい。対向面が径方向側面である場合は、対向面間の距離(隙間の大きさ)を短くすることができ、よってコイル25から見た磁気抵抗を低くすることができるため、発生する磁束が増加し、大トルク化し易くなる。なお、ステータ20のティース列の数を3列以上とすることも可能である。その場合には、ロータ10のティース列の数についても、ステータ20のティース列の数に応じて適宜増加させることが好ましい。
Such an electromagnetic unit can generate a rotational torque for each of the two tooth rows, so that a large torque can be achieved. In general, since the cylindrical surface can be processed with higher accuracy than the flat surface, the facing surface of each
〔第五実施形態〕
第五実施形態のモータの構造を、図12を参照しながら詳細に説明する。図12は、第五実施形態のモータの構造を説明する斜視図である。ただし、第五実施形態のモータを構成する要素である電磁ユニットの構成及び作用効果は、第一〜第四実施形態とほぼ同様であるので、異なる部分のみ説明し、同様の部分の説明は省略する。また、図12においては、図1,2と同一又は相当する部分には、図1,2と同一の符号を付してある。
[Fifth embodiment]
The structure of the motor of the fifth embodiment will be described in detail with reference to FIG. FIG. 12 is a perspective view illustrating the structure of the motor of the fifth embodiment. However, since the configuration and operational effects of the electromagnetic unit that is an element constituting the motor of the fifth embodiment are substantially the same as those of the first to fourth embodiments, only different portions will be described, and descriptions of the same portions will be omitted. To do. In FIG. 12, the same or corresponding parts as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals as those in FIGS.
第一〜第四実施形態の電磁ユニットは、ロータ10のティース12とステータ20のティース22との回転位置に応じて回転トルクを発生させることができ、コイル25に供給する電流の極性を反転することによって、回転トルクの極性を反転させることができる。ただし、電磁ユニットのロータ10が、鉄や圧粉コアのような磁性体で構成されたティース12を有し磁極を有しない場合は、1個の電磁ユニットにより発生する回転トルクは脈動トルクであり、連続的に一方向に回転するトルクを発生させることはできない。よって、連続的に一方向に回転トルクを発生させてモータとして機能させるためには、3個以上の電磁ユニットを用いてモータを構成する必要がある。
The electromagnetic units of the first to fourth embodiments can generate rotational torque according to the rotational positions of the
図12のモータは、第二実施形態の電磁ユニットU1,U2,U3を軸方向に3個連結することにより構成されている。各電磁ユニットU1,U2,U3は、ステータ20を軸方向の同一方向に向けて(図12においてはステータ20を下方に向けて)連結されている。ただし、連結する電磁ユニットの個数は、3個に限らず4個以上でもよい。図示していないが、3個のロータ10及び3個のステータ20は、それぞれ機械的に連結されており、相対的に回転可能に保持されている。すなわち、3個のロータ10を連結したものがモータのロータとして機能するとともに、3個のステータ20を連結したものがモータのステータとして機能するようになっている。
The motor of FIG. 12 is configured by connecting three electromagnetic units U1, U2, U3 of the second embodiment in the axial direction. Each electromagnetic unit U1, U2, U3 is connected with the
モータを構成する各電磁ユニットU1,U2,U3においては、ロータ10のティース12とステータ20のティース22との回転位置が一致しておらず、ずれている(正対状態ではない)。そして、軸方向一端の電磁ユニットから他端の電磁ユニットに向かうにしたがって、そのずれ量は徐々に大きくなっており、しかもそのずれ量の増加は一定となっている。
In each of the electromagnetic units U1, U2, and U3 constituting the motor, the rotational positions of the
ただし、軸方向一端の電磁ユニットについては、両ティース12,22の前記回転位置が一致していてもよい。例えば、図12のモータの場合は、下端の電磁ユニットU1においては、両ティース12,22の前記回転位置が一致しており、中央の電磁ユニットU2においては1/3ピッチずれており、上端の電磁ユニットU3においては、2/3ピッチずれている(1/3ピッチずつ、ずれ量が大きくなっている)。
However, with respect to the electromagnetic unit at one axial end, the rotational positions of the
なお、図12のモータの場合は、3つの電磁ユニットU1,U2,U3のロータ10のティース12の回転位置はいずれも揃っていて、ステータ20のティース22の回転位置はいずれも揃っていないが、相対的な位置関係がずれていればよいので、図12とは逆にステータ20のティース22の回転位置が揃っていて、ロータ10のティース12の回転位置が揃っていないという構成にしてもよい。
In the case of the motor of FIG. 12, the rotational positions of the
3個の電磁ユニットU1,U2,U3のコイル25毎に所定の電流を供給すると、それぞれの電磁ユニットU1,U2,U3が回転トルクを発生させる。3個の電磁ユニットU1,U2,U3の各ロータ10及びステータ20はそれぞれ機械的に連結されてモータのロータ及びステータを構成しているので、モータのロータに発生する回転トルクは3個の電磁ユニットU1,U2,U3の回転トルクの合計(合成トルク)となる。この合成トルクは、一定の回転トルクに脈動分が重畳した波形となっていることから、連続的な回転トルクの発生が可能である。
When a predetermined current is supplied to each of the
〔第六実施形態〕
第六実施形態のモータの構造を、図13を参照しながら詳細に説明する。図13は、第六実施形態のモータの構造を説明する斜視図である。ただし、第六実施形態のモータを構成する要素である電磁ユニットの構成及び作用効果は、第一〜第四実施形態とほぼ同様であるので、異なる部分のみ説明し、同様の部分の説明は省略する。また、図13においては、図1,2と同一又は相当する部分には、図1,2と同一の符号を付してある。
[Sixth embodiment]
The structure of the motor of the sixth embodiment will be described in detail with reference to FIG. FIG. 13 is a perspective view illustrating the structure of the motor of the sixth embodiment. However, the configuration and operational effects of the electromagnetic unit, which is an element constituting the motor of the sixth embodiment, are almost the same as those of the first to fourth embodiments, so only the different parts will be described and the description of the same parts will be omitted. To do. In FIG. 13, the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 2 are assigned to the same or corresponding parts as those in FIGS.
第五実施形態のモータとは異なり電磁ユニットのロータ10が磁極31を有する場合は、2個の電磁ユニットを用いてモータを構成することができる。図13のように、両電磁ユニットU1,U2のステータ20同士を背面連結してモータを構成することによって、薄型のモータとすることができる。すなわち、ステータヨーク21の軸方向他端面(ティース22が形成されていない軸方向端面)を対向させて、両電磁ユニットU1,U2のステータ20同士を連結してモータを構成している。
Unlike the motor of the fifth embodiment, when the
図示していないが、2個のロータ10及び2個のステータ20は、それぞれ機械的に連結されており、相対的に回転可能に保持されている。すなわち、2個のロータ10を連結したものがモータのロータとして機能するとともに、2個のステータ20を連結したものがモータのステータとして機能するようになっている。
モータを構成する各電磁ユニットU1,U2のうち少なくとも一方においては、ロータ10の磁極31とステータ20のティース22との回転位置が一致しておらず(正対状態ではない)、ずれている。そして、両電磁ユニットU1,U2のずれ量の差は1/4ピッチとなっている。例えば、図13のモータの場合は、上側の電磁ユニットU2においては、ロータ10の磁極31のうちS極31Sとステータ20のティース22との回転位置が一致しており、下側の電磁ユニットU1においては1/4ピッチずれている。
Although not shown, the two
In at least one of the electromagnetic units U1 and U2 constituting the motor, the rotational positions of the magnetic pole 31 of the
なお、図13のモータの場合は、2つの電磁ユニットU1,U2のロータ10の磁極31の回転位置は揃っていて、ステータ20のティース22の回転位置は揃っていないが、相対的な位置関係がずれていればよいので、図13とは逆にステータ20のティース22の回転位置が揃っていて、ロータ10の磁極31の回転位置が揃っていないという構成にしてもよい。
In the case of the motor shown in FIG. 13, the rotational positions of the magnetic poles 31 of the
2個の電磁ユニットU1,U2のコイル25毎に所定の電流を供給すると、それぞれの電磁ユニットU1,U2が回転トルクを発生させる。2個の電磁ユニットU1,U2のロータ10及びステータ20はそれぞれ機械的に連結されてモータのロータ及びステータを構成しているので、モータのロータに発生する回転トルクは2個の電磁ユニットU1,U2の回転トルクの合計(合成トルク)となる。この合成トルクは、一定の回転トルクに脈動分が重畳した波形となっていることから、連続的な回転トルクの発生が可能である。
When a predetermined current is supplied to each of the
ロータ10の磁極31(S極又はN極)とステータ20の各ティース22とが、それぞれ対向している状態(正対状態)では、磁極31が作る磁束とコイル25による磁束が発生する。この状態は磁気的に最も安定な状態であり、回転トルクは発生しない。なお、コイル25の供給される電流の極性が逆極性となると、磁極31が作る磁束とコイル25による磁束の極性が相反するようになるので、磁気的には最も不安定な状態となる。
When the magnetic pole 31 (S pole or N pole) of the
ロータ10のN極31Nの回転位置が前記正対状態から僅かにずれている場合に、コイル25に所定の極性の電流を供給すると、ロータ10のN極31Nとステータ20のティース22とが前記正対状態となる方向に回転トルクが発生する。逆に、前記極性と反対の極性の電流を供給すると、ロータ10のS極31Sとステータ20のティース22とが前記正対状態となる方向に回転トルクが発生する。
When a current of a predetermined polarity is supplied to the
よって、電磁ユニットのステータ20のコイル25に電流を供給すると、ステータ20の各ティース22に軸方向の磁束が発生し、上記のようなメカニズムによりロータ10が軸を中心に回転する。そして、このロータ10の回転が、ロータ10に連結された部材(図示せず)に伝達されるようになっている。このように、電磁ユニットのロータ10が磁極31を有する場合は、コイル25に供給される電流の極性によって、発生する回転トルクの方向が変化する。なお、鉄や圧粉コアのような磁性体で構成されたティース12と磁極31との両方をロータ10が有する場合は、両方の特性が合成されたトルク特性が現れる。
Therefore, when an electric current is supplied to the
〔第七実施形態〕
第七実施形態の電磁ユニットについて、以下に詳細に説明する。ただし、第七実施形態の電磁ユニットの構成及び作用効果は、第一〜第六実施形態とほぼ同様であるので、異なる部分のみ説明し、同様の部分の説明は省略する。
上記第一〜第六実施形態におけるステータコア23においては、ステータヨーク21とティース22との接合部分の接合強度は十分なものであったが、該接合部分における割れなどの発生を確実に防止するためには、該接合部分の接合強度をより高めることが好ましい。
[Seventh embodiment]
The electromagnetic unit of the seventh embodiment will be described in detail below. However, since the configuration and operational effects of the electromagnetic unit of the seventh embodiment are substantially the same as those of the first to sixth embodiments, only different parts will be described, and description of the same parts will be omitted.
In the
まず、上記各実施形態におけるステータヨーク21とティース22との接合部分について、図14を参照しながら説明する。上記各実施形態においては、部品用原料粉末及び本体部分用原料粉末の平均粒径は特に限定されるものではなく、両原料粉末の平均粒径は同一であっても差し支えなかった。しかしながら、両原料粉末の平均粒径が同一であると、図14からわかるように、接合部分における両原料粉末の粒子同士の噛み合わせが良好ではない。その結果、ステータヨーク21とティース22との接合部分における割れなどの発生を、確実に防止することができないおそれがあった。
First, the joint portion between the
そこで、本体部分用原料粉末の平均粒径を部品用原料粉末の平均粒径よりも小さくすると、図15に示すように、ティース22の表面における部品用原料粉末の粒子同士の隙間に、本体部分用原料粉末の粒子が入り込んで、ステータヨーク21とティース22との接合部分における両原料粉末の粒子同士の噛み合わせが良好となる。その結果、ステータヨーク21とティース22との接合部分の接合強度がより高くなって、高強度のステータコア23が得られる。
Therefore, when the average particle size of the raw material powder for the main part is smaller than the average particle size of the raw material powder for the part, as shown in FIG. The particles of the raw material powder enter, and the meshing of the particles of both raw material powders at the joint portion of the
両原料粉末の粒径を小さくすると、ステータコア23のヒステリシス損は増加し、透磁率が低下してしまう。しかしながら、一般に、ティース22以外の部分(ステータヨーク21など)は、ティース22に比べて磁束密度の変化が激しくなく、飽和しにくい。よって、ティース22以外の部分のみに粒径の小さい原料粉末を使用することにより、ステータコア23全体での磁気特性の劣化を最低限に抑えることができる。
If the particle diameters of both raw material powders are reduced, the hysteresis loss of the
部品用原料粉末の平均粒径は、200μm以上300μm以下であることが好ましい。200μm未満であると、ステータヨーク21とティース22との接合部分の接合強度が十分に向上しないおそれがある。一方、300μm超過であると、ステータコア23の渦電流損が増加するおそれがある。また、本体部分用原料粉末の平均粒径は、50μm以上100μm以下であることが好ましい。50μm未満であると、透磁率が低下するおそれがある。一方、100μm超過であると、ステータヨーク21とティース22との接合部分の接合強度が十分に向上しないおそれがある。
なお、上記の各実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。例えば、電磁ユニット,モータの構造や圧粉コアの形状は特に限定されるものではなく、本発明はあらゆる構造の軟磁性部品に対して適用することができる。
The average particle diameter of the component raw material powder is preferably 200 μm or more and 300 μm or less. If it is less than 200 μm, the joint strength of the joint portion between the
In addition, each said embodiment showed an example of this invention, Comprising: This invention is not limited to each said embodiment. For example, the structure of the electromagnetic unit and the motor and the shape of the dust core are not particularly limited, and the present invention can be applied to soft magnetic components having any structure.
以下に、実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。図1と同様の構成のモータの鉄心用圧粉コア(ステータコア)を前述と同様の製造方法で作製し、この圧粉コアを用いて図1のモータを作製した。そして、モータの特性を比較評価した。圧粉コアのステータヨーク部分の寸法は、外径100mm、内径70mm、高さ10mmであり、ティース部分の寸法は、縦10mm、横10mm、高さ20mmである。また、ティースの個数は10個である。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. A dust core for the iron core (stator core) of the motor having the same configuration as that of FIG. 1 was produced by the same manufacturing method as described above, and the motor of FIG. 1 was produced using this dust core. The motor characteristics were compared and evaluated. The dimensions of the stator yoke portion of the dust core are an outer diameter of 100 mm, an inner diameter of 70 mm, and a height of 10 mm, and the teeth portions have a length of 10 mm, a width of 10 mm, and a height of 20 mm. The number of teeth is ten.
部品用原料粉末及び本体部分用原料粉末に含まれる磁性粉末は、断りのない限りいずれも平均粒径200μm の純鉄粉にリン酸塩の皮膜が施されたものである。また、部品用原料粉末及び本体部分用原料粉末に混合されるバインダは、いずれもエポキシ樹脂である。そして、金型の内面に塗布される潤滑剤及び原料粉末に混合される潤滑剤としては、いずれもステアリン酸亜鉛を用いた。 Unless otherwise specified, the magnetic powder contained in the component raw material powder and the main body part raw material powder is obtained by applying a phosphate coating to pure iron powder having an average particle size of 200 μm. Moreover, the binder mixed with the raw material powder for parts and the raw material powder for main part is an epoxy resin. Then, as the lubricant applied to the inner surface of the mold and the lubricant mixed with the raw material powder, zinc stearate was used.
〔加圧成形のプレス圧について〕
表1に示すように、磁性粉末にバインダと潤滑剤を混合した部品用原料粉末を部品成形用金型内に充填し、加圧成形して部品を作製した。部品の寸法は縦6mm、横6mm、高さ25mmである。そして、この部品を圧粉コア成形用金型内に配するとともに、磁性粉末にバインダと潤滑剤を混合した本体部分用原料粉末(部品用原料粉末と同一の物)を圧粉コア成形用金型内に充填し、加圧成形して実施例1及び比較例1の圧粉コアを作製した。圧粉コアにおける前記部品の固定位置は、図5のように、部品の表面のうち径方向内径側部分及び軸方向先端面のみがステータヨークから露出し、その他の部分がステータヨークに覆われるようにした。
[Pressing pressure during pressure molding]
As shown in Table 1, a raw material powder for a component in which a binder and a lubricant were mixed with magnetic powder was filled in a component molding die, and pressure molded to produce a component. The dimensions of the part are 6 mm in length, 6 mm in width, and 25 mm in height. Then, this part is placed in the mold for molding the powder core, and the raw material powder for the main body part (the same as the powder for parts) is mixed with the magnetic powder in the binder and lubricant. The mold was filled and pressure-molded to produce the dust cores of Example 1 and Comparative Example 1. As shown in FIG. 5, the fixing position of the component in the dust core is such that only the radially inner portion and the axial front end surface of the surface of the component are exposed from the stator yoke, and the other portions are covered by the stator yoke. I made it.
このようにして作製した実施例1及び比較例1の圧粉コアの比較対照として、実施例1及び比較例1で用いた部品用原料粉末と同一の物を圧粉コア成形用金型内に充填し、加圧成形して従来例の圧粉コアを作製した。すなわち、2段階の加圧成形工程からなる製造方法ではなく、従来と同様に1段階の加圧成形工程からなる製造方法で圧粉コアを作製したものを従来例とした。 As a comparative control of the dust cores of Example 1 and Comparative Example 1 produced in this way, the same material powder as the component raw material used in Example 1 and Comparative Example 1 was placed in the dust core molding die. Filled and pressure-molded to produce a conventional powder core. That is, the conventional example is one in which a dust core is produced by a production method comprising a one-stage pressure molding process as in the prior art, rather than a production method comprising a two-stage pressure molding process.
これらの圧粉コアを組み込んだモータの特性を評価したところ、表1に示すように、比較例1のように部品と圧粉コアを成形する際のプレス圧が等しいと、モータの特性は従来例と同等であるが、実施例1のように部品を成形する際のプレス圧を圧粉コアを成形する際のプレス圧よりも高圧とすると、従来例よりもトルクが向上した。なお、表1に示した各モータのトルク及び効率は、従来例のモータのトルク及び効率を1とした場合の相対値でそれぞれ示してある。 When the characteristics of the motor incorporating these dust cores were evaluated, as shown in Table 1, if the press pressures when forming the parts and the dust core are equal as in Comparative Example 1, the motor characteristics are conventional. Although it is equivalent to the example, when the press pressure at the time of molding the part as in Example 1 is higher than the press pressure at the time of molding the dust core, the torque is improved over the conventional example. The torque and efficiency of each motor shown in Table 1 are shown as relative values when the torque and efficiency of the conventional motor are set to 1.
〔熱処理について〕
前述の実施例1の圧粉コアに、500℃で1時間加熱する熱処理を施して(実施例2とする)、熱処理の有無によるモータの性能の差異を比較した。結果を表2に示す。なお、表2に示した各モータのトルク及び効率は、従来例のモータのトルク及び効率を1とした場合の相対値でそれぞれ示してある。
表2から、熱処理を施すことによって圧粉コアの鉄損が減少し、結果として効率が上昇することがわかる。
[About heat treatment]
The powder core of Example 1 described above was subjected to a heat treatment that was heated at 500 ° C. for 1 hour (referred to as Example 2), and the difference in the performance of the motor with and without the heat treatment was compared. The results are shown in Table 2. The torque and efficiency of each motor shown in Table 2 are shown as relative values when the torque and efficiency of the conventional motor are set to 1.
From Table 2, it can be seen that the iron loss of the dust core is reduced by the heat treatment, resulting in an increase in efficiency.
〔潤滑剤について〕
部品を加圧成形する際に、潤滑剤を部品用原料粉末に混合するか、混合せず金型潤滑法を用いるかによって、モータの性能に差異が出るかを検討した。結果を表3に示す。なお、表3に示した各モータのトルク及び効率は、従来例のモータのトルク及び効率を1とした場合の相対値でそれぞれ示してある。
表3から、潤滑剤を部品用原料粉末に混合して部品を製造した実施例2と比べて、金型潤滑法を用いて部品を製造した実施例3は、部品の密度が高いためモータのトルクが高いことがわかる。
[About lubricant]
We examined whether the performance of the motor differs depending on whether the lubricant is mixed with the raw material powder for parts when using the mold lubrication method or not. The results are shown in Table 3. The torque and efficiency of each motor shown in Table 3 are shown as relative values when the torque and efficiency of the conventional motor are set to 1.
From Table 3, compared to Example 2 in which a component was manufactured by mixing a lubricant with component raw material powder, Example 3 in which a component was manufactured using a mold lubrication method was used because the density of the component was high. It can be seen that the torque is high.
〔バインダについて〕
原料粉末に含まれるバインダの量によるモータの性能の差異を比較した。結果を表4に示す。なお、表4に示した各モータのトルク及び効率は、従来例のモータのトルク及び効率を1とした場合の相対値でそれぞれ示してある。
表4から、部品用原料粉末に含まれるバインダの含有量と本体部分用原料粉末に含まれるバインダの含有量が等しい実施例3と比べて、部品用原料粉末に含まれるバインダの含有量が本体部分用原料粉末に含まれるバインダの含有量よりも少ない実施例4は、部品の密度が高いためモータのトルクが高いことがわかる。
[About Binder]
The difference in motor performance depending on the amount of binder contained in the raw powder was compared. The results are shown in Table 4. The torque and efficiency of each motor shown in Table 4 are shown as relative values when the torque and efficiency of the conventional motor are set to 1.
From Table 4, the content of the binder contained in the raw material powder for the part is different from that in Example 3 in which the content of the binder contained in the raw material powder for the part is equal to the content of the binder contained in the raw material powder for the main part. In Example 4 where the content of the binder contained in the partial raw material powder is smaller, it can be seen that the torque of the motor is high because the density of the parts is high.
〔不純物について〕
原料粉末に含まれる不純物の濃度によるモータの性能の差異を比較した。結果を表5に示す。なお、表5に示した各モータのトルク及び効率は、従来例のモータのトルク及び効率を1とした場合の相対値でそれぞれ示してある。
表5から、部品用原料粉末に含まれる不純物の濃度が通常の高さである実施例4(1000ppm)と比べて、部品用原料粉末に含まれる不純物の濃度が通常よりも低い実施例5(100ppm)は、モータの効率が高いことがわかる。
[About impurities]
The difference in motor performance due to the concentration of impurities contained in the raw powder was compared. The results are shown in Table 5. The torque and efficiency of each motor shown in Table 5 are shown as relative values when the torque and efficiency of the conventional motor are set to 1.
From Table 5, Example 5 (concentration of impurities contained in the raw material powder for parts is lower than usual compared to Example 4 (1000 ppm) in which the concentration of impurities contained in the raw material powder for parts is a normal height. 100 ppm) shows that the motor efficiency is high.
〔扁平加工について〕
部品用原料粉末に用いる磁性粉末に扁平加工が施されているか否かによる、モータの性能の差異を比較した。部品は、その側面(高さ25mm×縦又は横6mmの面)をプレス面として加圧成形することにより作製した。結果を表6に示す。なお、表6に示した各モータのトルク及び効率は、従来例のモータのトルク及び効率を1とした場合の相対値でそれぞれ示してある。
表6から、扁平加工が施されていない通常の磁性粉末を用いた実施例5と比べて、扁平加工が施され粒子形状が扁平な磁性粉末を用いた実施例6は、部品の透磁率が高いためモータのトルクが高いことがわかる。
[About flat processing]
The difference in the performance of the motor was compared depending on whether or not the magnetic powder used for the raw material powder for parts was flattened. The part was produced by pressure-molding the side surface (surface of
From Table 6, compared to Example 5 using normal magnetic powder that has not been flattened, Example 6 using flattened magnetic powder with a flat particle shape has a component permeability of It can be seen that the torque of the motor is high because it is high.
〔平均粒径について〕
本体部分用原料粉末と部品用原料粉末の平均粒径を変化させた場合の、モータの性能の差異を比較した。結果を表7に示す。なお、圧粉コアの製造方法は、本体部分用原料粉末と部品用原料粉末の平均粒径が異なる点を除いては、実施例1と同様である。また、表7に示した各モータのトルク,効率,及び圧粉コアの機械強度は、実施例6のモータのトルク,効率,及び圧粉コアの機械強度を1とした場合の相対値でそれぞれ示してある。
[Average particle size]
The difference in performance of the motor was compared when the average particle size of the main body part raw material powder and the part raw material powder was changed. The results are shown in Table 7. In addition, the manufacturing method of a compacting core is the same as that of Example 1 except the point from which the average particle diameter of the raw material powder for main body parts differs from the raw material powder for components. Further, the torque, efficiency, and mechanical strength of the dust core of each motor shown in Table 7 are relative values when the torque, efficiency, and mechanical strength of the dust core of Example 6 are set to 1, respectively. It is shown.
表7からわかるように、同一の平均粒径を有する本体部分用原料粉末と部品用原料粉末を用いた実施例6と比べて、本体部分用原料粉末の平均粒径が部品用原料粉末の平均粒径よりも小さい実施例7〜10は、トルクと効率がほぼ同等で、機械強度が著しく向上している。これに対して、実施例11は、本体部分用原料粉末の平均粒径が50μm未満であるため、実施例7,8,9に対して機械強度の向上は認められるものの、トルクと効率が低いことがわかる。また、実施例12は、本体部分用原料粉末の平均粒径が100μmより大きいため、実施例7,8,9に対して機械強度の向上が少ないことがわかる。以上のことから、本体部分用原料粉末の平均粒径を50μm以上100μm以下とすると、トルクと効率を大きく低下させずに機械強度を向上させることができることがわかる。 As can be seen from Table 7, the average particle size of the main body part raw material powder is the average of the part raw material powder compared to Example 6 using the main body part raw material powder and the part raw material powder having the same average particle size. In Examples 7 to 10, which are smaller than the particle diameter, the torque and the efficiency are almost equal, and the mechanical strength is remarkably improved. On the other hand, in Example 11, since the average particle size of the raw material powder for the main body portion is less than 50 μm, although mechanical strength is improved as compared with Examples 7, 8, and 9, torque and efficiency are low. I understand that. Moreover, since the average particle diameter of the main body part raw material powder is larger than 100 μm in Example 12, it can be seen that mechanical strength is less improved than in Examples 7, 8, and 9. From the above, it can be seen that when the average particle size of the main body part raw material powder is 50 μm or more and 100 μm or less, the mechanical strength can be improved without greatly reducing the torque and efficiency.
一方、実施例13は、部品用原料粉末の平均粒径が200μm未満であるため、実施例7,10に対して機械強度の向上が少ないことがわかる。さらに、実施例14は、部品用原料粉末の平均粒径が300μmより大きいため、実施例7,10に対して強度の向上は認められるものの、効率が低下していることがわかる。以上のことから、部品用原料粉末の平均粒径を200μm以上300μm以下とすると、効率を大きく低下させずに機械強度を向上させることができることがわかる。 On the other hand, in Example 13, since the average particle size of the component raw material powder is less than 200 μm, it can be seen that mechanical strength is less improved than in Examples 7 and 10. Furthermore, in Example 14, since the average particle diameter of the raw material powder for parts is larger than 300 μm, although the strength is improved compared to Examples 7 and 10, the efficiency is decreased. From the above, it can be seen that when the average particle size of the component raw material powder is 200 μm or more and 300 μm or less, the mechanical strength can be improved without greatly reducing the efficiency.
10 ロータ
11 ロータヨーク
12 ティース
20 ステータ
21 ステータヨーク
22 ティース
23 ステータコア
25 コイル
U1,U2,U3 電磁ユニット
31S S極
31N N極
DESCRIPTION OF
Claims (9)
部品用原料粉末を部品成形用金型に充填し所定のプレス圧で加圧成形して1種以上の部品を製造する第一成形工程と、
前記第一成形工程で得られた前記各種部品を、それぞれ1個以上圧粉コア成形用金型内に入れ、前記部品が前記突起部を形成し、前記部品の一端部が前記本体部分に埋め込まれ且つ前記部品の径方向外径側部分が前記本体部分に覆われている構成、又は、前記部品の表面のうち径方向内径側部分及び軸方向先端面のみが前記本体部分から露出し、その他の部分が前記本体部分に覆われている構成となるように、前記部品を前記圧粉コア成形用金型内の所定位置に配置するとともに、本体部分用原料粉末を前記圧粉コア成形用金型内に充填し、所定のプレス圧で加圧成形して前記圧粉コアを得る第二成形工程と、
を備え、
前記第一成形工程において前記各種部品を成形する際の前記各プレス圧はいずれも、前記第二成形工程において前記圧粉コアを成形する際の前記プレス圧よりも高圧であることを特徴とする圧粉コアの製造方法。 A method for producing a powder core having a shape in which one or more protrusions protrude from a main body part by press-molding a raw material powder containing magnetic powder,
A first molding step in which component raw material powder is filled in a component molding die and pressed at a predetermined pressing pressure to produce one or more types of components;
One or more of each of the various parts obtained in the first molding step is placed in a compacting core molding die, the part forms the protrusion , and one end of the part is embedded in the main body. And a configuration in which a radially outer diameter side portion of the component is covered by the main body portion, or only a radial inner diameter side portion and an axial front end surface of the surface of the component are exposed from the main body portion. The part is arranged at a predetermined position in the powder core molding die so that the part is covered with the body part, and the raw material powder for the body part is used as the powder core molding metal. A second molding step of filling the mold and press-molding with a predetermined press pressure to obtain the dust core;
With
Each of the press pressures when molding the various parts in the first molding step is higher than the press pressure when molding the dust core in the second molding step. A method for producing a dust core.
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