ホーム > 特許ランキング > 株式会社プロテリアル
特許7247720ラジアルギャップ型回転電機及びラジアルギャップ型回転電機の製造方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-03-20
(45)【発行日】2023-03-29
(54)【発明の名称】ラジアルギャップ型回転電機及びラジアルギャップ型回転電機の製造方法
(51)【国際特許分類】
H02K 3/46 20060101AFI20230322BHJP
H02K 3/34 20060101ALI20230322BHJP
H02K 1/16 20060101ALI20230322BHJP
【ＦＩ】
H02K3/46 C
H02K3/34 C
H02K1/16 C
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2019071393
(22)【出願日】2019-04-03
(65)【公開番号】P2020171134
(43)【公開日】2020-10-15
【審査請求日】2021-11-11
(73)【特許権者】
【識別番号】000005083
【氏名又は名称】株式会社プロテリアル
(74)【代理人】
【識別番号】110000350
【氏名又は名称】ポレール弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】榎本 裕治
(72)【発明者】
【氏名】沖代 賢次
【審査官】服部 俊樹
(56)【参考文献】
【文献】特開２００６－１０１６７３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－３３３７８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－２２８３６３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－１６５２０２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－２５９１４０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－２２２９７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１１／１１８３５７（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１１－０９７７２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－０４１７９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２００８／０４４７０３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００４－３３６８８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－０５９１７７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｋ ３／４６
Ｈ０２Ｋ ３／３４
Ｈ０２Ｋ １／１６
Ｈ０２Ｋ １５／０２
Ｈ０２Ｋ ４９／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
回転軸と、前記回転軸の周りを回転可能な回転子鉄心とを有する回転子と、前記回転子鉄心にギャップを挟んで対向して配置された固定子鉄心を含む固定子と、を備え、
前記固定子鉄心は、円環形状を有し、内周に沿って設けられた複数の凹部を有するバックヨークと、前記バックヨークの前記凹部に嵌合されたティースとを有し、
前記ティースは、上面視で長方形を有するアモルファス金属箔帯片が互いの摩擦で保持された積層体と、前記積層体を保持するボビンを有し、
前記ボビンは、前記バックヨーク側の端部に前記積層体を着脱可能な開口部を有し、前記開口部以外の部分は前記積層体を覆う構造を有し、
前記ボビンの側面に複数の突起部が設けられており、
前記ティースは、組み立てた状態で隣り合う前記ボビンの複数の前記突起部同士が接触して円環状に配置され、
隣り合う前記ボビンの前記バックヨーク側の先端に設けられた前記突起部が、隣の前記ボビンの前記突起部との間で、その位置をずらして互いに重なり合うように構成され、
前記ボビンの前記バックヨーク側は、前記積層体の端部が前記ボビンの前記開口部から突出した状態となっており、前記積層体の端部は、前記バックヨークの前記凹部に篏合、装着されていることを特徴とするラジアルギャップ型回転電機。
【請求項2】
前記バックヨークは、軟磁性材料からなる環状の薄板片を積層した積層体であることを特徴とする請求項１に記載のラジアルギャップ型回転電機。
【請求項3】
前記バックヨークは、周方向に複数に分割された軟磁性材料からなることを特徴とする請求項１に記載のラジアルギャップ型回転電機。
【請求項4】
前記バックヨークは、軟磁性材料片が周方向にエッジワイズ状に巻かれて形成された積層体であることを特徴とする請求項１に記載のラジアルギャップ型回転電機。
【請求項5】
前記固定子は、前記ボビンの間に配置されるスロットと、前記スロットの内部に配置されるコイル導体とを有し、前記コイル導体は、前記ギャップ側から２本ずつ断面積が異なることを特徴とする請求項１に記載のラジアルギャップ型回転電機。
【請求項6】
前記コイル導体の先端部の少なくとも一部が樹脂でモールドされていることを特徴とする請求項５に記載のラジアルギャップ型回転電機。
【請求項7】
回転軸と、前記回転軸の周りを回転可能な回転子鉄心とを有する回転子と、前記回転子鉄心にギャップを挟んで対向して配置された固定子鉄心を含む固定子と、を備えるラジアルギャップ型回転電機の製造方法において、
前記固定子鉄心は、円環形状を有し、内周に沿って設けられた複数の凹部を有するバックヨークと、前記バックヨークの前記凹部に嵌合されたティースとを有し、
前記ティースは、平面視で長方形を有するアモルファス金属箔帯片が互いの摩擦で保持された積層体と、前記積層体を保持するボビンを有し、
前記ボビンは、前記バックヨーク側の端部に前記積層体を着脱可能な開口部を有し、前記開口部以外の部分は前記積層体を覆う構造を有し、
前記アモルファス金属箔帯片は、所定の幅を有するアモルファス金属箔帯をせん断加工のみで長方形形状に加工されていることを特徴とするラジアルギャップ型回転電機の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ラジアルギャップ型回転電機及びラジアルギャップ型回転電機の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
産業機械の動力源や自動車駆動用として用いられる回転電機（モータ）は、高効率化が求められる。モータの高効率化は、使用する材料に低損失な物を利用したり、高エネルギー積の永久磁石を用いたりする設計が一般的である。
【0003】
モータの損失は、主に銅損と鉄損及び機械損からなり、要求仕様の出力特性（回転数とトルク）が決まると、機械損は一意に決まるため、銅損と鉄損を低減する設計が重要となる。銅損は、主にコイルの抵抗値と電流の関係で決まり、冷却によってコイル抵抗値の低減や、磁石の残留磁束密度の低下を抑えるような設計を行う。鉄損は、使用する軟磁性材料によって低減が可能である。一般的なモータでは鉄心部分には電磁鋼板が採用されており、その厚みやＳｉの含有量などによって損失レベルが異なるものが利用されている。
【0004】
軟磁性材料には、電磁鋼板よりも透磁率が高く、鉄損が低い鉄基アモルファス金属や、鉄基ナノ結晶合金等の高機能材料が存在するが、これらの材料系では、その板厚が０．０２５ｍｍと非常に薄く、また、ビッカース硬度が９００程度であり、電磁鋼板の５倍以上に硬い等、モータを効率よく安価に製造する上での課題が多い。
【0005】
アモルファス金属をラジアルギャップ型の回転電機に適用した例として、特許文献１がある。特許文献１には、多面体形状を有し且つ複数のアモルファス金属ストリップ層を含む、高効率の電動モータで使用するためのバルクアモルファス金属磁気構成要素が開示されている。特許文献１には、アモルファス金属ストリップ材料を所定の長さを持つ複数のストリップに切断し、これを積み重ねたアモルファス金属ストリップ材料のバーを形成し、アニール処理を施した後、積み重ねたバーをエポキシ樹脂で含浸し、硬化させ、積み重ねたバーを所定の長さに切断し、所定の立体的形状を持つ多面形形状の複数の磁気構成要素を提供する方法が提案されている。
【0006】
また、特許文献２には、アモルファス薄板材から鉄心片を打抜き積層しアモルファス積層鉄心を製造する方法において、アモルファス薄板材から鉄心片の所要箇所を打抜き形成するとともに連結用穴を形成し、鉄心片をダイ孔に外形抜きし、ダイ孔を下方から臨み進退自在な受け台上に所望の厚さまで積層し、受け台をダイ孔の下方より後退させるとともに該受け台に積層された積層鉄心を把持拘束し、該積層鉄心の連結用穴に接着連結剤を注入充填し連結することを特徴とするアモルファス積層鉄心の製造方法が開示されている。特許文献２では、電磁鋼板でモータのコアをプレス打抜きするのと同様に順送金型によって、所定のモータコア形状を打抜きする例が示されている。この例では、打抜きで形状加工はできるが、アモルファス箔帯が薄すぎるために電磁鋼板で実現されている板間のカシメ締結が出来ないため、治具に積層された状態で接着剤をコアの所定の穴に注入して積層固着する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【文献】特開２０１３－２１９１９号公報
【文献】特開２００３－３０９９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
上述した特許文献１及び２に示されるラジアルギャップ型回転電機へのアモルファス金属の適用方法は、その製造に特殊な機械加工を行うための装置や、加工に時間がかかりすぎるなどの課題がある。
【0009】
さらに、特許文献２ではアモルファス金属をプレスして積層しているが、アモルファス金属は厚みが電磁鋼板の１／１０以下であるため、１０倍のプレス回数が必要となる。また、アモルファス金属は、電磁鋼板の５倍は硬いため金型に与える影響が５倍となる。したがって、電磁鋼板に比べて、金型への影響は５０倍以上となり、通常は約２００万回毎に金型の再研磨を行いながら製造を行うが、再研磨までの回数が１／５０以下となるために大幅に製造コストの上昇を招いてしまう。１分間に１８０ＳＰＭ（ｓｈｏｔ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅｓ）のスピードでプレスを行なった場合では、約１ヶ月で２００万回を迎えるが、同一速度でプレスを行った場合には、生産タクトは枚数の関係から１０倍かかり、金型の再研磨は、１日たたないで研磨しなければならないことになる。加えて大型の金型のダイ、パンチの研磨には、プレス装置からの金型積み降ろしなどの手間も含めて多くの工数がかかるため、この条件での生産は現実的でない事がわかる。
【0010】
以上述べた通り、アモルファス金属を用いたラジアルギャップ型のモータの製造について、実用レベルで製造できる構造とその製造装置及び製造方法が見出されていないのが実情であった。
【0011】
本発明は、上記事情に鑑み、高い効率を実現でき、かつ、生産性に優れたアモルファス金属を使用したラジアルギャップ型回転電機、ラジアルギャップ型回転電機の製造方法および磁気式歯車を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
上記課題を解決するための本発明のラジアルギャップ型回転電機の一態様は、回転軸と、前記回転軸の周りを回転可能な回転子鉄心とを有する回転子と、前記回転子鉄心にギャップを挟んで対向して配置された固定子鉄心を含む固定子と、を備え、前記固定子鉄心は、円環形状を有し、内周に沿って設けられた複数の凹部を有するバックヨークと、前記バックヨークの前記凹部に嵌合されたティースとを有し、前記ティースは、上面視で長方形を有するアモルファス金属箔帯片が互いの摩擦で保持された積層体と、前記積層体を保持するボビンを有し、前記ボビンは、前記バックヨーク側の端部に前記積層体を着脱可能な開口部を有し、前記開口部以外の部分は前記積層体を覆う構造を有し、前記ボビンの側面に複数の突起部が設けられており、前記ティースは、組み立てた状態で隣り合う前記ボビンの複数の前記突起部同士が接触して円環状に配置され、隣り合う前記ボビンの前記バックヨーク側の先端に設けられた前記突起部が、隣の前記ボビンの前記突起部との間で、その位置をずらして互いに重なり合うように構成され、前記ボビンの前記バックヨーク側は、前記積層体の端部が前記ボビンの前記開口部から突出した状態となっており、前記積層体の端部は、前記バックヨークの前記凹部に篏合、装着されていることを特徴とする。
【0013】
また、上記課題を解決するための本発明のラジアルギャップ型回転電機の製造方法の一態様は、回転軸と、前記回転軸の周りを回転可能な回転子鉄心とを有する回転子と、前記回転子鉄心にギャップを挟んで対向して配置された固定子鉄心を含む固定子と、を備えるラジアルギャップ型回転電機の製造方法において、前記固定子鉄心は、円環形状を有し、内周に沿って設けられた複数の凹部を有するバックヨークと、前記バックヨークの前記凹部に嵌合されたティースとを有し、前記ティースは、平面視で長方形を有するアモルファス金属箔帯片が互いの摩擦で保持された積層体と、前記積層体を保持するボビンを有し、前記ボビンは、前記バックヨーク側の端部に前記積層体を着脱可能な開口部を有し、前記開口部以外の部分は前記積層体を覆う構造を有し、前記アモルファス金属箔帯片は、所定の幅を有するアモルファス金属箔帯をせん断加工のみで長方形形状に加工されていることを特徴とする。
【0015】
本発明のより具体的な構成は、特許請求の範囲に記載される。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、高い効率を実現でき、かつ、生産性に優れたアモルファス金属を使用したラジアルギャップ型回転電機及びラジアルギャップ型回転電機の製造方法を提供することができる。
【0017】
上述した以外の課題、構成及び効果は以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1A】本発明のラジアルギャップ型回転電機の固定子鉄心のティースを構成するアモルファス金属箔帯片の上面図
【図1B】本発明のラジアルギャップ型回転電機の固定子鉄心のティースを構成するアモルファス金属箔帯片の積層体の斜視図
【図1C】本発明のラジアルギャップ型回転電機の固定子鉄心の一部の上面図
【図2】アモルファス金属箔帯をせん断する装置の模式図
【図3A】本発明のラジアルギャップ型回転電機の固定子鉄心を構成するアモルファス金属箔帯片の積層体を保持するボビンの斜視模式図
【図3B】本発明のラジアルギャップ型回転電機の固定子鉄心を構成するアモルファス金属箔帯片の積層体を保持するボビンの別角度の斜視模式図
【図4A】本発明のラジアルギャップ型回転電機の固定子鉄心を構成するバックヨークの第１の例を示す模式図
【図4B】本発明のラジアルギャップ型回転電機の固定子鉄心を構成するバックヨークの第２の例を示す模式図
【図4C】本発明のラジアルギャップ型回転電機の固定子鉄心を構成するバックヨークの第３の例を示す模式図
【図5A】本発明のラジアルギャップ型回転電機の固定子鉄心を構成するバックヨークにティースを配置する態様を示す斜視模式図
【図5B】本発明のラジアルギャップ型回転電機の固定子鉄心の上面図
【図6A】本発明のラジアルギャップ型回転電機の固定子の第１の例を示す斜視模式図
【図7A】本発明のラジアルギャップ型回転電機の固定子の第２の例を示す斜視模式図
【図8A】固定子コイルの構成の１例を示す模式図
【図9A】本発明のラジアルギャップ型回転電機の固定子を固定子コイルと共に示す斜視図
【図9B】本発明のラジアルギャップ型回転電機の固定子および回転子の位置関係を示す斜視図
【図10A】本発明のラジアルギャップ型回転電機の固定子のコイル先端部がモールドされている態様の１例を示す模式図
【図10B】本発明のラジアルギャップ型回転電機の固定子のコイル先端部がモールドされている態様の他の例を示す模式図
【図11】本発明のラジアルギャップ型回転電機の１例を示す分解斜視図
【図12A】本発明の磁気式歯車の磁極を構成するアモルファス金属箔帯片の積層体とボビンを示す模式図
【図12B】本発明の磁気式歯車の磁極を示す模式図
【図12C】本発明の磁気式歯車を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、図面等を用いて、本発明のラジアルギャップ型回転電機およびラジアルギャップ型回転電機の製造方法の実施形態について説明する。
【0020】
［ティース］
図１Ａは本発明のラジアルギャップ型回転電機の固定子鉄心のティースを構成するアモルファス金属箔帯片の上面図であり、図１Ｂはこのアモルファス金属箔帯片を積層した積層体１０の斜視図である。図１Ａおよび図１Ｂに示すように、本発明のティースは、上面視で長方形を有するアモルファス金属箔帯片１の積層体１０を有する。
図１Ａは本発明のラジアルギャップ型回転電機の固定子鉄心のティースを構成するアモルファス金属箔帯片の上面図であり、図１Ｂはこのアモルファス金属箔帯片を積層した積層体１０の斜視図である。図１Ａおよび図１Ｂに示すように、本発明のティースは、上面視で長方形を有するアモルファス金属箔帯片１の積層体１０を有する。
【0021】
図１Ａに示すように、アモルファス金属箔帯片１は、長方形の形状を有し、長辺同士１ａ，１ｂと短辺１ｃ，１ｄ同士が平行で、その辺と辺との間の角度は直角となっている。アモルファス金属箔帯片１のサイズの一例は、長辺１ａ，１ｂの長さ：３０ｍｍ、短辺１ｃ，１ｄの長さ：６ｍｍ、厚さ：０．０２５ｍｍである。図１Ｂに示す積層体１０は、例えばこのアモルファス金属箔帯片１を軸方向に２０００枚を積層し、高さ約５０ｍｍとすることができる。なお、本明細書において「長方形」は、四つの線分に囲まれ、全ての角が直角（粗級で１０～５０ｍｍ以下の場合は±１．０°）のものを指し、「正方形」を含むものとする。
【0022】
アモルファス金属の材料に特に限定は無いが、例えばメトグラス製のＭｅｔｇｌａｓ ２６０５ＨＢ１Ｍ（組成：Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ）、Ｍｅｔｇｌａｓ ２６０５ＳＡ１（組成：Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ）、Ｍｅｔｇｌａｓ ２６０５Ｓ３Ａ（組成：Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｃｒ）及びＭｅｔｇｌａｓ ２７０５Ｍ（組成：Ｃｏ－Ｆｅ－Ｎｉ－Ｓｉ－Ｂ－Ｍｏ）を用いることが好ましい。上述した「Ｍｅｔｇｌａｓ」は、日立金属株式会社のグループ会社であるＭｅｔｇｌａｓ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄの登録商標である。
【0023】
図１Ｃは本発明のラジアルギャップ型回転電機の固定子鉄心の一部の上面図である。図１Ｃに示すように、固定子鉄心を構成するバックヨーク２は、円環形状を有し、内周に沿って複数の凹部２０を有する。積層体１０は、後述する図３Ａに示すボビンに保持されてティース４を構成し、ボビンから突出した積層体１０の一端が凹部２０に嵌合される（尚、図１Ｃではボビンは図示していない）。図１Ｃでは、バックヨーク２の周方向に７．５度の角度毎にティース４を均等配置する例を示している。この場合、周方向のティース４の数は４８個となる。
【0024】
ティース４は、回転子磁石からの磁束や、固定子コイル（以下、単にコイルと言うことがある。）が発生させた磁束が径方向に流れるため、その磁束密度を考えると、ティース４の両側片が径方向に向かって平行となる方が磁束密度を一定にできる利点もある。また、固定子鉄心に設けられた固定子スロット（コイルを配置するための部屋（空隙溝））の回転子側の開口部（スロット溝の内側（磁石回転子側）の空隙部）は、ギャップの磁気抵抗変化率を少なくするために小さくする必要があり、ティース４を長方形にすることで、この回転子側開口部を狭くする設計ができることも利点の一つである。
【0025】
［ティースを構成する積層体の製造方法］
ここで、アモルファス金属箔帯片を積層した積層体の製造方法について説明する。
ここで、アモルファス金属箔帯片を積層した積層体の製造方法について説明する。
【0026】
図２は帯状のアモルファス金属箔帯から箔帯片をせん断する装置の模式図である。図２に示すように、せん断装置（金型ユニット）１００は、上型と下型の組み合わせで構成されており、下型は、下側ベースプレート１０７に金型ホルダ１０９が配置され、そのホルダ１０９に下切断刃１０５が取り付けられている。上型は、上側ベースプレート１０６に、金型ホルダ１０８が取り付けられており、そのホルダ１０８に上切断刃１０４が取り付けられた構成となっている。上切断刃１０４は、固定された下切断刃１０５に対して、切断クリアランスを設定して上下（図２の矢印の方向）に移動可能に構成されている。
【0027】
アモルファス金属箔帯の素材シート１０１は、送りローラ１０２，１０３によって等ピッチで金型ホルダ１０９側に供給される。金型ホルダ１０９に送り出されたアモルファス金属箔帯の素材シート１０１は、上刃１０４及び下刃１０５によってせん断切断され、アモルファス金属箔帯片１となってベースプレート１０７の上に順次連続的に積層されて積層体１０を製造する。このような方式によると、送りとせん断が繰り返されだけなので切断機構が簡素化される。また、切断刃は汎用的な形状であるので、金型への取り付け取り外しが容易な上、安価で再研磨等のメンテナンスもしやすい。このため、アモルファス金属の硬さや薄さによる製造上の不利益に対しても充分に製造コストを抑えて効率的に生産することができる。
【0028】
本発明のラジアルギャップ型回転電機のティース４を構成するアモルファス金属箔帯は、比較的小さな部品であるため、大きな推力を必要とするプレス機械が必要でなく、前述したような３０ｍｍ×６ｍｍ程度の部品の切断スピードは、５００ＳＰＭ以上の高速切断が期待できる。さらに複数枚重ねた素材シート１０１を供給することによって、倍化することができ商業的に効果が期待できる製造スピードで生産を行うことができる。
【0029】
本発明のラジアルギャップ型回転電機は、上述したように、アモルファス金属箔帯を、簡易かつ安価にせん断加工で作製できるものであることが特徴の１つである。例えば、放電加工を行うと、被加工品の表面が電気的に結合し、回転電機の特性低下を引き起こす恐れがある。せん断加工のみでアモルファス金属箔帯片及びその積層体を作製できれば、上述したように磁束密度を一定にすること、および、ギャップ側開口部を小さくすることができ、回転電機の特性低下を防止できる。
【0030】
［ボビン］
図３Ａおよび３Ｂは、本発明のラジアルギャップ型回転電機の固定子鉄心を構成するアモルファス金属箔帯片の積層体を保持するボビンの模式図である。図３Ａは磁気ギャップ（以下、単にギャップと言う）に対向する面から見た斜視図であり、図３Ｂはバックヨーク２から見た斜視図である。図３Ｂに示すように、ボビン３は、バックヨーク２に設置された状態で、バックヨーク側の端部にアモルファスティース金属箔帯の積層体１０を着脱可能な開口部３２を有し、開口部３２以外の部分は積層体１０を覆う（包み込む）構造を有している。ボビン３は、樹脂製であることが好ましく、ボビンの両側面には複数の突起部（顎部）３０が設けられている。突起部３０は、後述するコイル導体の位置をガイドする役割を果たす。なお、ボビンの開口部３２側の最端部にある突起部を鍔部３１ａ、ボビンのギャップ側の最端部にある突起部を鍔部３１ｃとする。
図３Ａおよび３Ｂは、本発明のラジアルギャップ型回転電機の固定子鉄心を構成するアモルファス金属箔帯片の積層体を保持するボビンの模式図である。図３Ａは磁気ギャップ（以下、単にギャップと言う）に対向する面から見た斜視図であり、図３Ｂはバックヨーク２から見た斜視図である。図３Ｂに示すように、ボビン３は、バックヨーク２に設置された状態で、バックヨーク側の端部にアモルファスティース金属箔帯の積層体１０を着脱可能な開口部３２を有し、開口部３２以外の部分は積層体１０を覆う（包み込む）構造を有している。ボビン３は、樹脂製であることが好ましく、ボビンの両側面には複数の突起部（顎部）３０が設けられている。突起部３０は、後述するコイル導体の位置をガイドする役割を果たす。なお、ボビンの開口部３２側の最端部にある突起部を鍔部３１ａ、ボビンのギャップ側の最端部にある突起部を鍔部３１ｃとする。
【0031】
上述したように、ボビン３のギャップ側は鍔部３１ｃにより閉じた形状となっており、積層体１０が移動できないような構造としている。これにより、ギャップ間隔を一定に保つことができる。
【0032】
図３Ｃは図３Ａおよび図３Ｂのボビンにアモルファス金属箔帯片の積層体を保持する態様を示す模式図である。図３Ｃに示すように、積層体１０は、長辺方向に平行な方向にボビン３へと挿入される構成となる。挿入された積層体１０は、互いのアモルファス金属箔帯片の表面同士の摩擦力で保持されるが、さらにボビン３の鍔部３１ｃに突き当てられることで位置決めされて固定される。一方、ボビン３のバックヨーク側は、積層体１０の端部１０ｂがボビン３の開口部３１から突出した状態となっており、積層体１０の端部がその形状のまま見える形となっている。この端部１０ｂは、後述するようにバックヨークに設けた凹部２０に嵌合、装着されることになる。
【0033】
［バックヨーク］
次に、バックヨーク２の説明をする。図４Ａは本発明のラジアルギャップ型回転電機の固定子鉄心を構成するバックヨークの第１の例を模式図である。図４Ａではバックヨーク２ａの全体像を示している。この例では、円環状のバックヨーク２ａの周方向３箇所に、取付穴の耳４０が構成されるコアバック形状を示している。バックヨーク２ａの材質に特に限定は無いが、電磁鋼板や冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）等をプレスで打抜きされた板材を積み重ねた積層体で構成したものである。ただし、バックヨーク２ａは、その板厚が０．２ｍｍ、０．３５ｍｍ、０．５ｍｍ等、必要性に応じて厚さを選定できる。バックヨーク２ａは、強度を優先した厚めの設計とする場合、板厚０．５ｍｍの電磁鋼板でティース４と同様の積層厚み５０ｍｍとする場合、１００枚の積層体で構成することができる。
次に、バックヨーク２の説明をする。図４Ａは本発明のラジアルギャップ型回転電機の固定子鉄心を構成するバックヨークの第１の例を模式図である。図４Ａではバックヨーク２ａの全体像を示している。この例では、円環状のバックヨーク２ａの周方向３箇所に、取付穴の耳４０が構成されるコアバック形状を示している。バックヨーク２ａの材質に特に限定は無いが、電磁鋼板や冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）等をプレスで打抜きされた板材を積み重ねた積層体で構成したものである。ただし、バックヨーク２ａは、その板厚が０．２ｍｍ、０．３５ｍｍ、０．５ｍｍ等、必要性に応じて厚さを選定できる。バックヨーク２ａは、強度を優先した厚めの設計とする場合、板厚０．５ｍｍの電磁鋼板でティース４と同様の積層厚み５０ｍｍとする場合、１００枚の積層体で構成することができる。
【0034】
図４Ｂは本発明のバックヨークの第２の例を示す模式図である。図４Ｂに示すバックヨーク２ｂは、４スロット（収容されるコイル導体の単位）分のバックヨーク片を円周上に１２個組み合わせてバックヨーク２ｂを構成した例を示している。電磁鋼板等の矩形の薄板からプレス加工によって円環状の部品を作製する場合、周深部の部分や、４つ角部に残った材料は廃棄しなければならないため、材料の利用率が極端に悪くなる。このため、円環の部品を得るために、円環を分割して、例えば１２分割の小さなブロック体をプレスで内抜き加工して、それらを組み合わせて使用することが好ましい。このようにすることで、材料の利用効率を向上できる。
【0035】
図４Ｃは本発明のバックヨークの第３の例を示す模式図である。図４Ｃでは、バックヨーク２ｃを巻鉄心とする構成例を示した。この形態でも材料の利用率を改善できる。すなわち、例えば、定幅の電磁鋼板の片側に、上述したティース４の積層体の端部１０ｂを装着するための角型形状の凹部を内抜きする金型を設けて凹部を形成しながら、その凹部にあわせて電磁鋼板をエッジワイズ状に巻きとって積層して行く方法で製作される。この方法では、材料の歩留まりは前述の分割ブロック工法よりも高く出来ることが特長である。
【0036】
図５Ａは、上記したバックヨーク２とティース４とを組み付ける態様を示す斜視模式図であり、図５Ｂはその上面図である。図５Ａに示すように、積層体１０は、上述したようにボビン３に挿入されると、端部１０ｂが突出するので、この端部１０ｂをバックヨーク２の凹部２０に挿入し、嵌合させて組立てを行う。嵌合部分に接着剤を用いても良い。バックヨーク２、ボビン３およびティース４の位置関係は図５Ｂに示す通りとなり、積層体１０は、絶縁体であるボビン３によってモータの固定子コイルが入るスロット部の電気的絶縁が確保される構成となる。
【0037】
［固定子］
図６Ａは本発明のラジアルギャップ型回転電機の固定子の第１の例を示す斜視模式図であり、図６Ｂは図６Ａの上面図である。図６Ａでは、ティース４を周方向に４８個組立てた状態を示している。図６Ｂに示すように、円環状にティース４を組み立てた状態で、隣合うボビン３の鍔部３１ｃ同士が接触して円環状に配置される。これにより、ボビン３のギャップ側が円周方向に曲がったりずれたりしなくなり、円環状を保持することができる。一方、ボビン３のバックヨーク２側の端部の鍔部３１ａは、隣りのボビン３の鍔部３１ｂとの間で、その位置をずらして重なる構成としている。鍔部３１ａ，３１ｂが重なる構成とすることで、ボビンの表面積を大きくし、コイル導体配置部からバックヨーク２までの絶縁沿面距離をかせげる構成となっている。
図６Ａは本発明のラジアルギャップ型回転電機の固定子の第１の例を示す斜視模式図であり、図６Ｂは図６Ａの上面図である。図６Ａでは、ティース４を周方向に４８個組立てた状態を示している。図６Ｂに示すように、円環状にティース４を組み立てた状態で、隣合うボビン３の鍔部３１ｃ同士が接触して円環状に配置される。これにより、ボビン３のギャップ側が円周方向に曲がったりずれたりしなくなり、円環状を保持することができる。一方、ボビン３のバックヨーク２側の端部の鍔部３１ａは、隣りのボビン３の鍔部３１ｂとの間で、その位置をずらして重なる構成としている。鍔部３１ａ，３１ｂが重なる構成とすることで、ボビンの表面積を大きくし、コイル導体配置部からバックヨーク２までの絶縁沿面距離をかせげる構成となっている。
【0038】
図７Ａは本発明の固定子の第２の例を示す斜視模式図であり、図７Ｂは図７Ａの上面図である。図７Ａおよび７Ｂには、コイル導体が、隣り合うボビン３同士の突起部３０との間の間隙で形成される空間に配置される構成を示している。尚、図６Ｂはコイル導体を配置していない状態を示しており、符号３３が空間である。
【0039】
［コイル導体］
隣り合うボビン３同士の間隙で構成される空間３３の断面は、ティース４が長方形であることから、台形形状となる。したがって、バックヨーク２の内径側（ギャップ側）では、空間の周方向の幅が狭く、外径側（バックヨーク側）に行くほど空間の周方向幅が広くなる形状となっている。このようなスロットに導体を配置する場合において、同一断面をもつコイル導体で構成する場合、一列にコイルを配置しようとすると、内径側のコイル導体の幅に統一する必要があり、スロットの断面積に対する導体の割合（占積率）は、低いものとなってしまう。これを改善するため、本発明では図７Ｂに示すように、内径側から、２本ずつのペア（６ａ，６ｂ，６ｃ）でコイル導体の断面積を外径側にいくほど大きくする構成とした。これにより、空間断面が長方形形状となる一般的なセグメントコンダクタ方式のラジアルギャップモータとほぼ同一の占積率を得ることができる。
隣り合うボビン３同士の間隙で構成される空間３３の断面は、ティース４が長方形であることから、台形形状となる。したがって、バックヨーク２の内径側（ギャップ側）では、空間の周方向の幅が狭く、外径側（バックヨーク側）に行くほど空間の周方向幅が広くなる形状となっている。このようなスロットに導体を配置する場合において、同一断面をもつコイル導体で構成する場合、一列にコイルを配置しようとすると、内径側のコイル導体の幅に統一する必要があり、スロットの断面積に対する導体の割合（占積率）は、低いものとなってしまう。これを改善するため、本発明では図７Ｂに示すように、内径側から、２本ずつのペア（６ａ，６ｂ，６ｃ）でコイル導体の断面積を外径側にいくほど大きくする構成とした。これにより、空間断面が長方形形状となる一般的なセグメントコンダクタ方式のラジアルギャップモータとほぼ同一の占積率を得ることができる。
【0040】
［固定子コイル］
図８Ａは固定子コイルの構成の１例を示す模式図であり、図８Ｂは図８Ａの上面図であり、図８Ｃは図８Ａの分解斜視図である。図８Ａに示すように、固定子コアのスロット部に取り付けられた絶縁物８０に、開き角４５°のヘアピン形状の固定子コイル６が挿入されている図面を示している。図８Ｃに示すように、波巻を構成する固定子コイル６は、２つの脚を持つヘアピン形状（Ｕ字形状）のセグメント導体６０の先端部が凸形状となったものを下記する固定子の穴部に装着する。また、その軸方向反対側には、同様のへアピン形状（Ｕ字形状）で、その先端部が凹形状となったもの６１，６２を固定子の別の穴部に装着する。こうして波巻が形成され、バックヨーク２の内部で導体コイルに接続される構造を持つ。
図８Ａは固定子コイルの構成の１例を示す模式図であり、図８Ｂは図８Ａの上面図であり、図８Ｃは図８Ａの分解斜視図である。図８Ａに示すように、固定子コアのスロット部に取り付けられた絶縁物８０に、開き角４５°のヘアピン形状の固定子コイル６が挿入されている図面を示している。図８Ｃに示すように、波巻を構成する固定子コイル６は、２つの脚を持つヘアピン形状（Ｕ字形状）のセグメント導体６０の先端部が凸形状となったものを下記する固定子の穴部に装着する。また、その軸方向反対側には、同様のへアピン形状（Ｕ字形状）で、その先端部が凹形状となったもの６１，６２を固定子の別の穴部に装着する。こうして波巻が形成され、バックヨーク２の内部で導体コイルに接続される構造を持つ。
【0041】
図８Ｂには、固定子の穴部に番号を付けて表す。図８Ｂでは、円周方向に４８の穴部と径方向に６本のコイルが配置される例を示している。図８Ｂでは、第１象限を示す。穴部の番号を角度０度の位置から順に、（１）から（１２）までを７．５°ピッチで順に番号を示している。また、径方向のコイル番号を、１層目から６層目として示す。ここで示しているヘアピン状の固定子コイル６ｄは、右の脚が（５）番穴部の１層目に挿入し、装着され、左側の脚が（１１）番穴部の２層目に挿入し、装着されるようなコイルとなっている。ここでは径方向に３つのコイルを示しており、径方向２番目のコイル６ｅは、右側の脚が（５）番穴部の３層目に挿入・装着され、左側の脚が（１１）番穴部の４層目に挿入・装着されるようなコイルとなっている。
【0042】
同様に、径方向３番目のコイル６ｆも、右の脚が（５）番穴部の５層目に挿入・装着され、左側の脚が（１１）番穴部の６層目に挿入・装着される。軸方向反対側の固定子コイルは、図８Ｃに示すようにコイルの接続が波状となるように配置される。これを見るとわかるように、これらの固定子コイルは、１層目と２層目、３層目と４層目、５層目と６層目がそれぞれ繋がっている構成となっていることが理解できる。このため、図７Ｂで示したように、コイルの断面を径方向に台形状にしているので、狭い方（ギャップ側）から１層目と２層目は同一断面とし、３層目と４層目は１層、２層目より大きい同一断面とし、５層目と６層目は３層、４層目より大きい同一断面とするように、２層ずつ変更している形とすることが有効である。
【0043】
図９Ａは本発明のラジアルギャップ型回転電機の固定子コイルを取り付けた状態の固定子の模式図であり、図９Ｂは固定子と回転子の分解斜視図である。図９Ａおよび９Ｂに示すように、固定子９０の内側に永久磁石７が配置された回転子９１がギャップを保った状態で配置される。これにより、磁力によって磁性体であるティース４が吸引される構造となっている。
【0044】
【0045】
図１０Ａは本発明のラジアルギャップ型回転電機の固定子の模式図である。図１０Ａに示すように、固定子コイルの先端部分（コイルのエンド部分）を含めてモールド樹脂２３によってモールド固定する構造を示している。モールドは、固定子コイルエンドと、反対側のコイルエンド部に金型をかぶせ、樹脂を射出成型などの方法を用いて金型内に注入し、その固定子スロット（コイル導体が収容される部分）のコイル導体とボビンとの隙間なども含めて樹脂を注入して形成される。樹脂注入には、加圧注入や、減圧（真空引き）注入等の方法で狭い隙間にも注入する方法がとられる。このようにモールドすることで、回転子の磁石に吸引されてもその位置を保持することができる。
【0046】
図１０Ｂには、コイルエンド部の固定子端面に近い部分だけをモールドする構造を示している。自動車駆動用に使用されるモータの一部には、電流密度が高いために、コイルエンド部分にＡＴＦ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｆｌｕｉｄ）などの油をかけて冷却を行うものがある。このため、熱伝導率の低い樹脂で覆うことによって、放熱性を悪化させるため、コイルエンドの一部をむき出しにして、冷却が可能とすることができる。
【0047】
図１１は本発明のラジアルギャップ型回転電機の一例を示す模式図である。図１１に示すように、前述した固定子は、ハウジング２４に保持され、回転子は、フロントとリア側のエンドブラケット２５，２６によって、ベアリングを介して回転可能に保持される。
【0048】
［磁気式歯車］
次に、本発明の磁気式歯車について説明する。図１２Ａは本発明の磁気式歯車の磁極を構成するボビンとティースを示す模式図である。図１２Ｂは本発明の磁気式歯車の磁極を示す模式図であり、図１２Ｃは本発明の磁気式歯車を示す模式図である。図１２Ａ～１２Ｃに示すように、アモルファスティース金属箔帯片を積層した積層体１２１とボビン１２２を用いることで、磁気式歯車１２４を構成することもできる。磁気式歯車１２４は、磁力により非接触で回転やトルクを伝達するものであり、潤滑が不要で粉塵の発生がないので長寿命であるという特徴に加え、隔壁等により原動側歯車と従動側歯車を隔離することができるものである。
次に、本発明の磁気式歯車について説明する。図１２Ａは本発明の磁気式歯車の磁極を構成するボビンとティースを示す模式図である。図１２Ｂは本発明の磁気式歯車の磁極を示す模式図であり、図１２Ｃは本発明の磁気式歯車を示す模式図である。図１２Ａ～１２Ｃに示すように、アモルファスティース金属箔帯片を積層した積層体１２１とボビン１２２を用いることで、磁気式歯車１２４を構成することもできる。磁気式歯車１２４は、磁力により非接触で回転やトルクを伝達するものであり、潤滑が不要で粉塵の発生がないので長寿命であるという特徴に加え、隔壁等により原動側歯車と従動側歯車を隔離することができるものである。
【0049】
図１２Ａ～１２Ｂに示すように、ボビン１２２に長方形状のアモルファス金属箔帯片を積層した積層体１２１が装着されたものが円環形状に配置される。ボビン１２２の左右側面は、図示するように互い違いに段差が形成されており、隣り合うボビン同士がこの段差で係止され、径方向に移動することなく円環状に組み立てることができる。図１２Ｃに示すように、巻線１２３が施されていてもよい。
【0050】
また、図１２Ａ～Ｃでは、ボビンの両端にアモルファス金属箔帯積層体を着脱する開口部を有しているが、一方の端部にのみ設けられていてもよい。
【0051】
以上、説明したように、本発明によれば、高い効率を実現でき、かつ、生産性に優れたアモルファス金属を使用したラジアルギャップ型回転電機、ラジアルギャップ型回転電機の製造方法および磁気式歯車を提供できることが実証された。
【0052】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【0053】
上述した構成はアモルファス金属のように加工が困難な素材を利用するためのひとつの事例であり、鉄基アモルファス金属部分は、軟加工性のガラス被膜を有する方向性電磁鋼帯や、ナノ結晶合金などを使用する場合においても有効な手段であり、それぞれの材料を用いる場合において各種のアレンジをして構成することが可能である。
【符号の説明】
【0054】
１…アモルファス金属箔帯片、２，２ａ，２ｂ，２ｃ…バックヨーク、２０…凹部、３…ボビン、３０…突起部（顎部）、３１，３１ａ，３１ｂ，３１ｃ…鍔部、３２…開口部、３３…空間、４…ティース、６，６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆ，６０，６１，６２…コイル、７…永久磁石、８…回転子コア、９…回転軸（シャフト）、１０…積層体、１０ｂ…積層体の端部、２３…モールド樹脂、アモルファス金属箔帯片の積層体、４０…取付穴の耳、９０Ａ…固定子鉄心、９０，９０１，９０２…固定子、９１…回転子、
１００…せん断装置（金型ユニット）、１０１…アモルファス金属箔帯の素材シート、１０２，１０３…送りローラ、１０４…上刃、１０５…下刃、１０６…上側ベースプレート、１０７…下側ベースプレート、１０８，１０９…金型ホルダ、
２００…ラジアルギャップ型回転電機、２４…ハウジング、２５…フロント側エンドブラケット、２６…リア側エンドブラケット、１２０…磁極、１２１…アモルファスティース金属箔帯の積層体、１２２…ボビン、１２３…巻線、１２４…磁気式歯車
１００…せん断装置（金型ユニット）、１０１…アモルファス金属箔帯の素材シート、１０２，１０３…送りローラ、１０４…上刃、１０５…下刃、１０６…上側ベースプレート、１０７…下側ベースプレート、１０８，１０９…金型ホルダ、
２００…ラジアルギャップ型回転電機、２４…ハウジング、２５…フロント側エンドブラケット、２６…リア側エンドブラケット、１２０…磁極、１２１…アモルファスティース金属箔帯の積層体、１２２…ボビン、１２３…巻線、１２４…磁気式歯車
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図9A】
【図9B】
【図10A】
【図10B】
【図11】
【図12A】
【図12B】
【図12C】