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特許7386694ステータコア、ステータ、回転電機、及びステータコアの製造方法
(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】2023-11-16
(45)【発行日】2023-11-27
(54)【発明の名称】ステータコア、ステータ、回転電機、及びステータコアの製造方法
(51)【国際特許分類】
H02K 15/02 20060101AFI20231117BHJP
H02K 1/02 20060101ALI20231117BHJP
H02K 1/14 20060101ALI20231117BHJP
H01F 41/02 20060101ALI20231117BHJP
B22F 3/00 20210101ALI20231117BHJP
【ＦＩ】
H02K15/02 D
H02K1/02 A
H02K1/14 Z
H01F41/02 D
B22F3/00 B
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2019230962
(22)【出願日】2019-12-20
(65)【公開番号】P2021100329
(43)【公開日】2021-07-01
【審査請求日】2022-08-22
(73)【特許権者】
【識別番号】000002130
【氏名又は名称】住友電気工業株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】593016411
【氏名又は名称】住友電工焼結合金株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100100147
【弁理士】
【氏名又は名称】山野 宏
(74)【代理人】
【識別番号】100111567
【弁理士】
【氏名又は名称】坂本 寛
(72)【発明者】
【氏名】齋藤 達哉
(72)【発明者】
【氏名】上野 友之
【審査官】稲葉 礼子
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１７－２２９１９１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－２６３７１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０２－１５６０９１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０２５５４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－１６１１１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０９２２２５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｋ １／１４
Ｈ０２Ｋ １／０２
Ｈ０２Ｋ １５／０２
Ｈ０１Ｆ ４１／０２
Ｂ２２Ｆ ３／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
アキシャルギャップ型回転電機に用いられるステータコアであって、円環板状のヨークと、
前記ヨークの表面から突出する柱状の複数のティースとを備え、
前記ヨーク及び前記複数のティースの各々は、軟磁性粉末を含む圧粉成形体で構成され、
前記複数のティースの各々は、
突出方向先端に位置する端面と、
前記端面と前記ヨークの表面とをつなぐ側面とを備え、
前記端面は、研削痕を備え、
前記端面におけるビッカース硬度と、前記側面におけるビッカース硬度との差が、前記端面におけるビッカース硬度の１５％以下であり、
前記ヨークの裏面から前記複数のティースの各々の前記端面までの高さのばらつきが０．０１ｍｍ以下である、
ステータコア。
【請求項2】
前記複数のティースの各々は、前記端面に設けられる酸化膜を備え、前記酸化膜の平均厚さは、０．５μｍ以上１０μｍ以下である請求項１に記載のステータコア。
【請求項3】
前記ヨークの表面から前記複数のティースの各々の前記端面までの高さのばらつきが０．０１ｍｍ以下である請求項１又は請求項２に記載のステータコア。
【請求項4】
前記圧粉成形体の相対密度が９０％以上である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のステータコア。
【請求項5】
前記軟磁性粉末は、純鉄、Ｓｉを含む鉄基合金、又はＡｌを含む鉄基合金を含む請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のステータコア。
【請求項6】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のステータコアと、前記複数のティースの各々に配置されるコイルとを備える、
ステータ。
【請求項7】
請求項６に記載のステータを備える、回転電機。
【請求項8】
アキシャルギャップ型回転電機に用いられるステータコアの製造方法であって、軟磁性粉末を加圧成形して成形体を作製する工程と、
前記成形体に研削加工を施す工程と、
前記研削加工を施した成形体に、４００℃以上９００℃以下の温度で熱処理を施す工程とを備え、
前記成形体は、円環板状のヨークと、前記ヨークの表面から突出する柱状の複数のティースとを備え、
前記研削加工を施す工程では、前記複数のティースの各々における突出方向先端に位置する端面を研削し、前記ヨークの裏面から前記複数のティースの各々の前記端面までの高さのばらつきを０．０１ｍｍ以下とする、
ステータコアの製造方法。
【請求項9】
前記研削加工は、平面研削である請求項８に記載のステータコアの製造方法。
【請求項10】
前記研削加工を施す工程では、更に前記ヨークの裏面を平面研削する請求項９に記載のステータコアの製造方法。
【請求項11】
前記熱処理を施す工程では、酸素濃度が体積割合で５００ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下である酸素雰囲気にて行う請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載のステータコアの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、ステータコア、ステータ、回転電機、及びステータコアの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１は、ロータとステータとがロータの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を開示する。ステータは、ヨーク及び複数のティースを有するステータコアと、ステータコアの各ティースに配置されるコイルとを備える。代表的には、ヨークは、円環板状の部材である。各ティースは、ヨークの軸方向に突出する柱状の部材であり、ヨークの周方向に離間して並ぶ。特許文献１に開示するステータコアは、ヨークとティースとが一体に成形された圧粉磁心で構成されている。以下、圧粉磁心を圧粉成形体と呼ぶ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１７－２２９１９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
圧粉成形体で構成されるステータコアは、ヨークから突出する各ティースの高さを揃えることが難しい。アキシャルギャップ型の回転電機において、ステータコアの各ティースの高さがばらつくと、ロータと各ティースの端面との距離がばらつく。その結果、回転電機の騒音や振動が増大する。
【0005】
そこで、本開示は、圧粉成形体で構成され、ヨークから各ティースの端面までの高さのばらつきが小さいステータコアを提供することを目的の一つとする。また、本開示は、騒音や振動が小さいステータ、及び回転電機を提供することを目的の一つとする。更に、本開示は、圧粉成形体で構成され、ヨークから各ティースの端面までの高さのばらつきが小さいステータコアを容易に得られるステータコアの製造方法を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示のステータコアは、
アキシャルギャップ型回転電機に用いられるステータコアであって、
円環板状のヨークと、
前記ヨークの表面から突出する柱状の複数のティースとを備え、
前記ヨーク及び前記複数のティースの各々は、軟磁性粉末を含む圧粉成形体で構成され、
前記複数のティースの各々は、
突出方向先端に位置する端面と、
前記端面と前記ヨークの表面とをつなぐ側面とを備え、
前記端面は、研削痕を備え、
前記端面におけるビッカース硬度と、前記側面におけるビッカース硬度との差が、前記端面におけるビッカース硬度の１５％以下であり、
前記ヨークの裏面から前記複数のティースの各々の前記端面までの高さのばらつきが０．０１ｍｍ以下である。
アキシャルギャップ型回転電機に用いられるステータコアであって、
円環板状のヨークと、
前記ヨークの表面から突出する柱状の複数のティースとを備え、
前記ヨーク及び前記複数のティースの各々は、軟磁性粉末を含む圧粉成形体で構成され、
前記複数のティースの各々は、
突出方向先端に位置する端面と、
前記端面と前記ヨークの表面とをつなぐ側面とを備え、
前記端面は、研削痕を備え、
前記端面におけるビッカース硬度と、前記側面におけるビッカース硬度との差が、前記端面におけるビッカース硬度の１５％以下であり、
前記ヨークの裏面から前記複数のティースの各々の前記端面までの高さのばらつきが０．０１ｍｍ以下である。
【0007】
本開示のステータは、
本開示のステータコアと、
前記複数のティースの各々に配置されるコイルとを備える。
本開示のステータコアと、
前記複数のティースの各々に配置されるコイルとを備える。
【0008】
本開示の回転電機は、
本開示のステータを備える。
本開示のステータを備える。
【0009】
本開示のステータコアの製造方法は、
アキシャルギャップ型回転電機に用いられるステータコアの製造方法であって、
軟磁性粉末を加圧成形して成形体を作製する工程と、
前記成形体に研削加工を施す工程と、
前記研削加工を施した成形体に、４００℃以上９００℃以下の温度で熱処理を施す工程とを備え、
前記成形体は、円環板状のヨークと、前記ヨークの表面から突出する柱状の複数のティースとを備え、
前記研削加工を施す工程では、前記複数のティースの各々における突出方向先端に位置する端面を研削し、前記ヨークの裏面から前記複数のティースの各々の前記端面までの高さのばらつきを０．０１ｍｍ以下とする。
アキシャルギャップ型回転電機に用いられるステータコアの製造方法であって、
軟磁性粉末を加圧成形して成形体を作製する工程と、
前記成形体に研削加工を施す工程と、
前記研削加工を施した成形体に、４００℃以上９００℃以下の温度で熱処理を施す工程とを備え、
前記成形体は、円環板状のヨークと、前記ヨークの表面から突出する柱状の複数のティースとを備え、
前記研削加工を施す工程では、前記複数のティースの各々における突出方向先端に位置する端面を研削し、前記ヨークの裏面から前記複数のティースの各々の前記端面までの高さのばらつきを０．０１ｍｍ以下とする。
【発明の効果】
【0010】
本開示のステータコアは、圧粉成形体で構成され、ヨークから各ティースの端面までの高さのばらつきが小さい。本開示のステータ、及び本開示の回転電機は、騒音や振動が小さい。本開示のステータコアの製造方法は、圧粉成形体で構成され、ヨークから各ティースの端面までの高さのばらつきが小さいステータコアを容易に得られる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【発明を実施するための形態】
【0012】
［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
【0013】
（１）本開示の一態様に係るステータコアは、
アキシャルギャップ型回転電機に用いられるステータコアであって、
円環板状のヨークと、
前記ヨークの表面から突出する柱状の複数のティースとを備え、
前記ヨーク及び前記複数のティースの各々は、軟磁性粉末を含む圧粉成形体で構成され、
前記複数のティースの各々は、
突出方向先端に位置する端面と、
前記端面と前記ヨークの表面とをつなぐ側面とを備え、
前記端面は、研削痕を備え、
前記端面におけるビッカース硬度と、前記側面におけるビッカース硬度との差が、前記端面におけるビッカース硬度の１５％以下であり、
前記ヨークの裏面から前記複数のティースの各々の前記端面までの高さのばらつきが０．０１ｍｍ以下である。
アキシャルギャップ型回転電機に用いられるステータコアであって、
円環板状のヨークと、
前記ヨークの表面から突出する柱状の複数のティースとを備え、
前記ヨーク及び前記複数のティースの各々は、軟磁性粉末を含む圧粉成形体で構成され、
前記複数のティースの各々は、
突出方向先端に位置する端面と、
前記端面と前記ヨークの表面とをつなぐ側面とを備え、
前記端面は、研削痕を備え、
前記端面におけるビッカース硬度と、前記側面におけるビッカース硬度との差が、前記端面におけるビッカース硬度の１５％以下であり、
前記ヨークの裏面から前記複数のティースの各々の前記端面までの高さのばらつきが０．０１ｍｍ以下である。
【0014】
本開示のステータコアは、ヨークの裏面から複数のティースの各々の端面までの高さのばらつきが非常に小さい。回転電機は、ステータコアの各ティースにコイルが配置されて構成されるステータが、ロータと共にケースに収納されて構築される。このとき、ヨークの裏面がケースの内面に接する。本開示のステータコアは、ヨークの裏面を基準面とした上記高さのばらつきが小さいため、ステータ及びロータをケースに収納すると、各ティースの端面が磁石のいずれの箇所にも実質的に均一な間隔で対向する。よって、本開示のステータコアを用いて構築される回転電機は、組立て性に優れる上に、トルクリップルが小さくなる。上記回転電機におけるトルクリップルが小さいことで、騒音や振動が増加し難い。また、上記回転電機のトルクリップルが小さいことで、ロータの回転軸が振れ難い。つまり、ロータの回転軸と軸受との間の摩擦力が変動し難い。従って、上記回転電機における機械的なエネルギー損失が増加し難いと考えられる。
【0015】
本開示のステータコアにおける各ティースの端面は、後述するように、研削加工が施されている。よって、各ティースの端面は、研削痕を備える。研削加工が施された加工面であるティースの端面は、研削加工が施されていない非加工面であるティースの側面に比較して、ビッカース硬度が高い。研削加工が施されることで、歪みが生じて加工硬化するからである。しかし、本開示のステータコアは、ティースの端面と側面とのビッカース硬度の差が非常に小さい。このビッカース硬度の差が小さいのは、後述するように、研削加工が施された後に、特定の温度で熱処理が施され、歪みが除去されているからである。つまり、本開示のステータコアは、全体にわたって均一な磁気特性を有する。よって、本開示のステータコアは、後述する試験例で示すように、ヒステリシス損が小さい。
【0016】
（２）本開示のステータコアの一例として、
前記複数のティースの各々は、前記端面に設けられる酸化膜を備え、
前記酸化膜の平均厚さは、０．５μｍ以上１０μｍ以下である形態が挙げられる。
前記複数のティースの各々は、前記端面に設けられる酸化膜を備え、
前記酸化膜の平均厚さは、０．５μｍ以上１０μｍ以下である形態が挙げられる。
【0017】
本開示のステータコアを構成する圧粉成形体は、軟磁性粉末を含む。軟磁性粉末は、一般的に軟磁性材料からなる粉末粒子の表面に絶縁被膜を有する被覆粒子を含む。被覆粒子を含むことで、ステータコアにおける渦電流損を低減できるからである。一方で、本開示のステータコアにおける各ティースの端面は、後述するように、研削加工が施されている。研削加工が施されると、上記絶縁被膜が破壊され、隣り合う粉末粒子同士がつながることがある。本開示のステータコアは、各ティースの端面に酸化膜を備える。この酸化膜は、破壊された絶縁被膜の代わりに、隣り合う粉末粒子同士を絶縁する機能を果たすことができる。よって、各ティースの端面に酸化膜を備える本開示のステータコアは、後述する試験例で示すように、渦電流損が小さい。
【0018】
酸化膜の平均厚さが０．５μｍ以上であることで、隣り合う粉末粒子同士を絶縁する機能を良好に果たすことができる。しかし、酸化膜が厚過ぎると、磁気特性劣化に伴うヒステリシス損が大きくなる傾向にある。よって、酸化膜の平均厚さが１０μｍ以下であることで、ヒステリシス損の増大を抑制できる。
【0019】
（３）本開示のステータコアの一例として、
前記ヨークの表面から前記複数のティースの各々の前記端面までの高さのばらつきが０．０１ｍｍ以下である形態が挙げられる。
前記ヨークの表面から前記複数のティースの各々の前記端面までの高さのばらつきが０．０１ｍｍ以下である形態が挙げられる。
【0020】
上記形態のステータコアは、ヨークの表面から複数のティースの各々の端面までの高さのばらつきが非常に小さい。各ティースにはコイルが配置される。上記形態のステータコアは、ヨークの表面を基準面とした上記高さのばらつきが小さいため、各ティースにコイルを配置すると、各ティースに対してコイルが適切に配置され易い。また、ヨークの表面を基準面とした上記高さのばらつきが小さいと、各ティースで構成される磁気回路の長さが均一となり易い。よって、上記形態のステータコアは、組立て性により優れる上に、トルクリップルをより小さくできる。
【0021】
（４）本開示のステータコアの一例として、
前記圧粉成形体の相対密度が９０％以上である形態が挙げられる。
前記圧粉成形体の相対密度が９０％以上である形態が挙げられる。
【0022】
上記形態は、相対密度が９０％以上と高く緻密である。このような形態は、飽和磁束密度が高いといった磁気特性に優れるアキシャルギャップ型回転電機を構築できる。
【0023】
（５）本開示のステータコアの一例として、
前記軟磁性粉末は、純鉄、Ｓｉを含む鉄基合金、又はＡｌを含む鉄基合金を含む形態が挙げられる。
前記軟磁性粉末は、純鉄、Ｓｉを含む鉄基合金、又はＡｌを含む鉄基合金を含む形態が挙げられる。
【0024】
上記形態において純鉄を含む場合には、飽和磁束密度が高いステータコアにし易い、緻密なステータコアにし易い、ステータコアを成形し易くステータコアの製造性に優れる、といった効果を奏する。上記形態において鉄基合金を含む場合には、低損失なステータコアにできる。
【0025】
（６）本開示の一態様に係るステータは、
上記（１）から（５）のいずれか一つのステータコアと、
前記複数のティースの各々に配置されるコイルとを備える。
上記（１）から（５）のいずれか一つのステータコアと、
前記複数のティースの各々に配置されるコイルとを備える。
【0026】
本開示のステータは、本開示のステータコアを備えるため、トルクリップルを小さくでき、騒音や振動が小さいアキシャルギャップ型回転電機を構築できる。
【0027】
（７）本開示の一態様に係る回転電機は、
本開示のステータを備える。
本開示のステータを備える。
【0028】
本開示の回転電機は、本開示のステータを備えるため、組立て性に優れる。本開示のステータコアは、上述したように、ヨークの裏面を基準面とした各ティースの端面までの高さのばらつきが小さい。そのため、ステータ及びロータをケースに収納すると、ステータコア、コイル、及びロータが精度よく配置されるからである。また、本開示の回転電機は、本開示のステータを備えるため、トルクリップルを小さくでき、騒音や振動が小さい。
【0029】
（８）本開示の一態様に係るステータコアの製造方法は、
アキシャルギャップ型回転電機に用いられるステータコアの製造方法であって、
軟磁性粉末を加圧成形して成形体を作製する工程と、
前記成形体に研削加工を施す工程と、
前記研削加工を施した成形体に、４００℃以上９００℃以下の温度で熱処理を施す工程とを備え、
前記成形体は、円環板状のヨークと、前記ヨークの表面から突出する柱状の複数のティースとを備え、
前記研削加工を施す工程では、前記複数のティースの各々における突出方向先端に位置する端面を研削し、前記ヨークの裏面から前記複数のティースの各々の前記端面までの高さのばらつきを０．０１ｍｍ以下とする。
アキシャルギャップ型回転電機に用いられるステータコアの製造方法であって、
軟磁性粉末を加圧成形して成形体を作製する工程と、
前記成形体に研削加工を施す工程と、
前記研削加工を施した成形体に、４００℃以上９００℃以下の温度で熱処理を施す工程とを備え、
前記成形体は、円環板状のヨークと、前記ヨークの表面から突出する柱状の複数のティースとを備え、
前記研削加工を施す工程では、前記複数のティースの各々における突出方向先端に位置する端面を研削し、前記ヨークの裏面から前記複数のティースの各々の前記端面までの高さのばらつきを０．０１ｍｍ以下とする。
【0030】
本開示のステータコアの製造方法は、成形体における各ティースの端面に研削加工を施すことで、ヨークの裏面から各ティースの端面までの高さのばらつきを非常に小さくできる。しかし、端面に研削加工を施すと、端面が歪みによって加工硬化する。そこで、本開示のステータコアの製造方法は、研削加工を施した後に、特定の温度で熱処理を施すことで、歪みを除去している。この歪みの除去によって、全体にわたって均一な磁気特性を有するステータコアが得られる。このとき、熱処理の温度を４００℃以上とすることで、上記歪みを効果的に除去できる。ここで、軟磁性粉末は、一般的に軟磁性材料からなる粉末粒子の表面に絶縁被膜を有する被覆粒子を含む。熱処理の温度を９００℃以下とすることで、上記歪みを十分に除去できつつ、熱処理によって軟磁性粉末の絶縁被膜が破壊されることを抑制でき、渦電流損が増大することを抑制できる。本開示のステータコアの製造方法は、ステータコアを圧粉成形体で構成でき、かつティースの端面に研削加工を施した後に熱処理を施すだけで、ヨークの裏面を基準面とした上記高さのばらつきが小さいステータコアを容易に得られる。
【0031】
（９）本開示のステータコアの製造方法の一例として、
前記研削加工は、平面研削である形態が挙げられる。
前記研削加工は、平面研削である形態が挙げられる。
【0032】
各ティースの端面を平面研削することで、ヨークの裏面を基準面とした各ティースの端面までの高さのばらつきが小さいステータコアをより容易に得られる。
【0033】
（１０）ティースの端面に平面研削を行う本開示のステータコアの製造方法の一例として、
前記研削加工を施す工程では、更に前記ヨークの裏面を平面研削する形態が挙げられる。
前記研削加工を施す工程では、更に前記ヨークの裏面を平面研削する形態が挙げられる。
【0034】
各ティースの端面を平面研削すると共に、ヨークの裏面を平面研削することで、ヨークの裏面を基準面とした各ティースの端面までの高さのばらつきが小さいステータコアをより容易に得られる。
【0035】
（１１）本開示のステータコアの製造方法の一例として、
前記熱処理を施す工程では、酸素濃度が体積割合で５００ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下である酸素雰囲気にて行う形態が挙げられる。
前記熱処理を施す工程では、酸素濃度が体積割合で５００ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下である酸素雰囲気にて行う形態が挙げられる。
【0036】
軟磁性粉末は、一般的に軟磁性材料からなる粉末粒子の表面に絶縁被膜を有する被覆粒子を含む。被覆粒子を含むことで、ステータコアにおける渦電流損を低減できるからである。一方で、軟磁性粉末を加圧成形した成形体における各ティースの端面は、研削加工を施す。研削加工を施すと、上記絶縁被膜が破壊され、隣り合う粉末粒子同士がつながる。そこで、本開示のステータコアの製造方法は、酸素雰囲気にて熱処理を行う。酸素雰囲気にて熱処理を行うと、研削加工を施した各ティースの表面が酸化されて酸化膜が形成される。この酸化膜は、破壊された絶縁被膜の代わりに、隣り合う粉末粒子同士を絶縁する機能を果たすことができる。
【0037】
酸素雰囲気中の酸素濃度が５００体積ｐｐｍ以上であることで、隣り合う粉末粒子同士を絶縁する機能を良好に果たすことができる程度の酸化膜を形成することができる。一方、酸素雰囲気中の酸素濃度が１００００体積ｐｐｍ以下であることで、酸化に伴うヒステリシス損の増大を抑制できる。
【0038】
［本開示の実施形態の詳細］
本開示の実施形態の詳細を、以下に図面を参照しつつ説明する。図中の同一符号は、同一名称物を示す。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、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。
本開示の実施形態の詳細を、以下に図面を参照しつつ説明する。図中の同一符号は、同一名称物を示す。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、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。
【0039】
〔ステータコア〕
図１～図３、及び適宜図８、図９を参照して、実施形態のステータコア１を説明する。ステータコア１は、円環板状のヨーク３と、柱状の複数のティース２とを備える。各ティース２は、ヨーク３の表面３１から突出する。ステータコア１は、アキシャルギャップ型回転電機に用いられる。代表的には、ステータコア１は、ステータのコアに利用できる。アキシャルギャップ型回転電機の一例として、後述の図９に示す回転電機９が挙げられる。また、ステータの一例として、後述の図８に示すステータ８が挙げられる。ステータコア１は、各ティース２に図８及び図９に示すコイル８０が配置されて、コイル８０がつくる磁束や図９に示す磁石９５の磁束が通過する磁気回路の構成部材として利用される。
図１～図３、及び適宜図８、図９を参照して、実施形態のステータコア１を説明する。ステータコア１は、円環板状のヨーク３と、柱状の複数のティース２とを備える。各ティース２は、ヨーク３の表面３１から突出する。ステータコア１は、アキシャルギャップ型回転電機に用いられる。代表的には、ステータコア１は、ステータのコアに利用できる。アキシャルギャップ型回転電機の一例として、後述の図９に示す回転電機９が挙げられる。また、ステータの一例として、後述の図８に示すステータ８が挙げられる。ステータコア１は、各ティース２に図８及び図９に示すコイル８０が配置されて、コイル８０がつくる磁束や図９に示す磁石９５の磁束が通過する磁気回路の構成部材として利用される。
【0040】
実施形態のステータコア１は、図３に示す軟磁性粉末１００を含む圧粉成形体で構成される。実施形態のステータコア１は、ヨーク３の裏面３２（図２）を基準面として、この基準面から各ティース２における突出方向先端の端面２１までの高さＨ１のばらつきが小さい点を特徴の一つとする。また、実施形態のステータコア１は、各ティース２の端面２１と、端面２１とヨーク３の表面３１とをつなぐ側面２２とのビッカース硬度の差が小さい点を特徴の一つとする。以下、詳細に説明する。
【0041】
＜ヨーク＞
ヨーク３は、平面形状が円環状である板部材である。ヨーク３は、表面３１と、裏面３２と、表面３１と裏面３２とをつなぐ内周面及び外周面とを備える。表面３１は、ティース２が突出して設けられる側に位置する面であり、裏面３２は、表面３１と反対側の面である。ヨーク３は、その中央部に、表面３１及び裏面３２を貫通する軸孔３９を備える。ヨーク３は、ヨーク３の周方向に並ぶティース２のうち、隣り合うティース２同士を磁気的に結合する。
ヨーク３は、平面形状が円環状である板部材である。ヨーク３は、表面３１と、裏面３２と、表面３１と裏面３２とをつなぐ内周面及び外周面とを備える。表面３１は、ティース２が突出して設けられる側に位置する面であり、裏面３２は、表面３１と反対側の面である。ヨーク３は、その中央部に、表面３１及び裏面３２を貫通する軸孔３９を備える。ヨーク３は、ヨーク３の周方向に並ぶティース２のうち、隣り合うティース２同士を磁気的に結合する。
【0042】
＜ティース＞
各ティース２は、柱状の部材であり、ヨーク３の表面３１に直交するように突出する。また、各ティース２は、ヨーク３の周方向に所定の間隔をあけて配置される。代表的には、図１に例示するように、各ティース２は、ヨーク３の周方向に等間隔に配置される。ヨーク３の表面３１に直交する方向は、ヨーク３の軸孔３９の軸方向に平行な方向に相当する。また、各ティース２の突出方向は、ヨーク３の軸孔３９の軸方向に平行な方向に相当する。本例のステータコア１は、ヨーク３と複数のティース２の各々とが一体の圧粉成形体で構成される。
各ティース２は、柱状の部材であり、ヨーク３の表面３１に直交するように突出する。また、各ティース２は、ヨーク３の周方向に所定の間隔をあけて配置される。代表的には、図１に例示するように、各ティース２は、ヨーク３の周方向に等間隔に配置される。ヨーク３の表面３１に直交する方向は、ヨーク３の軸孔３９の軸方向に平行な方向に相当する。また、各ティース２の突出方向は、ヨーク３の軸孔３９の軸方向に平行な方向に相当する。本例のステータコア１は、ヨーク３と複数のティース２の各々とが一体の圧粉成形体で構成される。
【0043】
代表的には、各ティース２の形状、大きさは同一である。ティース２の外形は、代表的には、ティース２の軸方向に直交する平面で切断した断面形状がティース２の軸方向に一様な形状である角柱状等が挙げられる。本例のティース２は、上記断面形状が台形状である四角柱体である。また、本例のティース２は、ティース２の軸方向の全長にわたって一様な断面形状を有する。上記断面形状が台形状であるティース２は、断面積を大きく確保し易い。また、ステータコア１のデッドスペースを低減し易く、占積率が高いステータ８を構築し易い。その他の外形として、上記断面形状が二等辺三角形等の三角形状である角柱体等が挙げられる。また、別の外形として、上記断面形状が長方形である直方体、上記断面形状が円形である円柱等が挙げられる。各ティース２は、先端に向かうに従って先細るテーパー状に構成されていてもよい。
【0044】
ここでの「台形状」、「三角形状」とは、幾何学上の台形、三角形だけでなく、本例のように角部に丸みを有する形状を含めて、実質的に台形、三角形とみなされる範囲を含む。例えば、断面の輪郭が直線を含む場合、この直線の延長線の交点が多角形の頂点をなす形状を含む。又は、例えば、断面の輪郭が曲線及び直線を含む場合、この曲線の接線と直線又は直線の延長線との交点が多角形の頂点をなす形状を含む。
【0045】
ティース２の個数は、２個以上であればよく、適宜選択できる。上記個数は、例えば３個以上、更に６個以上でもよい。ステータコア１を三相交流回転機器に利用する場合、ティース２の数は３の倍数が好ましい。図１は、上記個数が６個である形態を例示する。
【0046】
≪ヨークの裏面を基準面とした各ティースの端面までの高さのばらつき≫
ヨーク３の裏面３２を基準面として、この基準面から複数のティース２の端面２１までの高さＨ１（図２）のばらつきは、０．０１ｍｍ以下である。回転電機９は、図９に示すように、ステータコア１の各ティース２にコイル８０が配置されて構成されるステータ８が、ロータ９０と共にケース９２に収納されて構築される。このとき、ヨーク３の裏面３２（図２）は、ケース９２の内面に接する。ヨーク３の裏面３２を基準面とした上記高さのばらつきが０．０１ｍｍ以下であれば、ステータ８及びロータ９０をケース９２に収納すると、各ティース２の端面２１が磁石９５のいずれの箇所にも実質的に均一な間隔で対向する。よって、回転電機９におけるトルクリップルが小さくなる。
ヨーク３の裏面３２を基準面として、この基準面から複数のティース２の端面２１までの高さＨ１（図２）のばらつきは、０．０１ｍｍ以下である。回転電機９は、図９に示すように、ステータコア１の各ティース２にコイル８０が配置されて構成されるステータ８が、ロータ９０と共にケース９２に収納されて構築される。このとき、ヨーク３の裏面３２（図２）は、ケース９２の内面に接する。ヨーク３の裏面３２を基準面とした上記高さのばらつきが０．０１ｍｍ以下であれば、ステータ８及びロータ９０をケース９２に収納すると、各ティース２の端面２１が磁石９５のいずれの箇所にも実質的に均一な間隔で対向する。よって、回転電機９におけるトルクリップルが小さくなる。
【0047】
ヨーク３の裏面３２を基準面とした上記高さのばらつきは、以下のように求められる。まず、各ティース２において、ヨーク３の裏面３２からティース２の端面２１までの高さＨ１（図２）を測定する。測定は、０級の定盤を備えたハイトゲージを用い、定盤上にティース２の端面２１が上方を向くようにステータコア１を載置して行う。各ティース２の端面２１上に、複数の測定点を選択する。測定点は、ティース２の重心とヨーク３の中心とを通るように引いた直線上に設定することが挙げられる。測定点は、上記直線上に３点以上選択することが好ましい。特に、測定点は、上記直線上において、ティース２の重心と、ヨーク３の中心側に位置するティース２の縁部と、ヨーク３の中心と遠い側に位置するティース２の縁部とを含むことが好ましい。各ティース２におけるヨーク３の裏面３２から端面２１までの高さＨ１は、定盤から各測定点までの高さを測定し、測定で得られた高さの平均値とする。次に、複数のティース２における上記高さＨ１のうち、最大高さと最小高さとを選択する。ヨーク３の裏面３２を基準面とした上記高さＨ１のばらつきは、最大高さと最小高さの差を算出することで求められる。ヨーク３の裏面３２を基準面とした上記高さＨ１のばらつきは、小さい方が好ましい。ヨーク３の裏面３２を基準面とした上記高さＨ１のばらつきは、更に０．００８ｍｍ以下、特に０．００５ｍｍ以下が好ましい。
【0048】
≪ヨークの表面を基準面とした各ティースの端面までの高さのばらつき≫
ヨーク３の表面３１を基準面として、この基準面から複数のティース２の端面２１までの高さＨ２（図２）のばらつきは、０．０１ｍｍ以下であることが好ましい。各ティース２にはコイル８０（図８）が配置される。ヨーク３の表面３１を基準面とした上記高さのばらつきが０．０１ｍｍ以下であれば、各ティース２にコイル８０を配置すると、各ティース２に対してコイル８０が適切に配置され易い。また、ヨーク３の表面３１を基準面とした上記高さのばらつきが０．０１ｍｍ以下であれば、各ティース２で構成される磁気回路の長さが均一となり易い。
ヨーク３の表面３１を基準面として、この基準面から複数のティース２の端面２１までの高さＨ２（図２）のばらつきは、０．０１ｍｍ以下であることが好ましい。各ティース２にはコイル８０（図８）が配置される。ヨーク３の表面３１を基準面とした上記高さのばらつきが０．０１ｍｍ以下であれば、各ティース２にコイル８０を配置すると、各ティース２に対してコイル８０が適切に配置され易い。また、ヨーク３の表面３１を基準面とした上記高さのばらつきが０．０１ｍｍ以下であれば、各ティース２で構成される磁気回路の長さが均一となり易い。
【0049】
ヨーク３の表面３１を基準面とした上記高さのばらつきは、以下のように求められる。まず、各ティース２において、ヨーク３の表面３１からティース２の端面２１までの高さＨ２（図２）を測定する。測定は、隣り合うティース２の重心同士を結ぶ直線の中央を含むヨーク３の表面３１を基準面として、ハイトゲージを用いて行う。測定点は、ティース２の端面２１における重心とする。一つのティース２に着目すると、ヨーク３の周方向に沿ってティース２の両側にそれぞれ表面を有する。このティース２の両側に位置する二つの表面をそれぞれ一つのティース２に対する基準面として採用する。測定は、上記二つの基準面の各々からティース２の端面２１までの高さをハイトゲージで測ることにより行う。各ティース２におけるヨーク３の表面３１を基準面とした上記高さＨ２は、測定で得られた二つの高さの平均値とする。次に、複数のティース２における上記高さＨ２のうち、最大高さと最小高さとを選択する。ヨーク３の表面３１を基準面とした上記高さＨ２のばらつきは、最大高さと最小高さの差を算出することで求められる。ヨーク３の表面３１を基準面とした上記高さＨ２のばらつきは、小さい方が好ましい。ヨーク３の表面３１を基準面とした上記高さＨ２のばらつきは、更に０．００８ｍｍ以下、０．００５ｍｍ以下が好ましい。
【0050】
ヨーク３の裏面３２を基準面とした各ティース２の端面２１までの高さＨ１は、ヨーク３と複数のティース２とが一体の圧粉成形体を成形後、各ティース２の端面２１に研削加工を施すことで調整できる。上記高さＨ１の調整については、後述する製造方法にて詳述する。各ティース２の端面２１に研削加工が施されるため、各ティース２の端面２１は、図１に示すように、研削痕２１０を備える。図１では、説明の便宜上、一つのティース２のみに研削痕２１０を誇張して図示しており、他のティース２の研削痕は省略している。研削痕２１０は、研削加工時に生じる筋状の凹凸である。研削痕２１０の筋は、研削加工時におけるティース２と図５に示す研削盤４００との相対的な移動方向に沿って形成される。
【0051】
≪ビッカース硬度≫
各ティース２の端面２１は、ヨーク３と複数のティース２とが一体の圧粉成形体を成形後、研削加工が施されている。研削加工は、ティース２の側面２２には施されていない。ティース２の側面２２は、ティース２の端面２１とヨーク３の表面３１とをつなぐ面である。研削加工が施された加工面であるティース２の端面２１は、研削加工が施されていない非加工面であるティース２の側面２２に比較して、ビッカース硬度が高い。研削加工が施されることで、歪みが生じて加工硬化するからである。しかし、本実施形態のステータコア１は、ティース２の端面２１と側面２２とのビッカース硬度の差が非常に小さい。本実施形態のステータコア１において、ビッカース硬度の差が小さいのは、ティース２の端面２１に研削加工が施された後に、特定の温度で熱処理が施され、歪みが除去されているからである。歪みの除去については、後述する製造方法にて詳述する。
各ティース２の端面２１は、ヨーク３と複数のティース２とが一体の圧粉成形体を成形後、研削加工が施されている。研削加工は、ティース２の側面２２には施されていない。ティース２の側面２２は、ティース２の端面２１とヨーク３の表面３１とをつなぐ面である。研削加工が施された加工面であるティース２の端面２１は、研削加工が施されていない非加工面であるティース２の側面２２に比較して、ビッカース硬度が高い。研削加工が施されることで、歪みが生じて加工硬化するからである。しかし、本実施形態のステータコア１は、ティース２の端面２１と側面２２とのビッカース硬度の差が非常に小さい。本実施形態のステータコア１において、ビッカース硬度の差が小さいのは、ティース２の端面２１に研削加工が施された後に、特定の温度で熱処理が施され、歪みが除去されているからである。歪みの除去については、後述する製造方法にて詳述する。
【0052】
研削加工の後に熱処理が施されることで、ステータコア１は、全体にわたって均一的なビッカース硬度を備える。具体的には、ティース２の端面２１におけるビッカース硬度と、側面２２におけるビッカース硬度との差が、端面２１におけるビッカース硬度の１５％以下である。ティース２の端面２１におけるビッカース硬度を硬度Ａ、側面２２におけるビッカース硬度を硬度Ｂとする。本実施形態のステータコア１は、（硬度Ａ－硬度Ｂ）／硬度Ａで示される硬度差が１５％以下を満たす。上記硬度差は、以下のように求められる。端面２１について、任意の測定点を１０箇所選択し、ビッカース硬度計を用いて、各測定点の硬度を測定する。このとき、端面２１の中央部、及び周縁部近傍を測定点として含むことが好ましい。また、同様に、側面２２について、任意の測定点を１０箇所選択し、ビッカース硬度計を用いて、各測定点の硬度を測定する。このとき、側面２２の周方向に沿った複数箇所、及び側面２２の軸方向に沿った複数箇所を測定点として含むことが好ましい。測定した端面２１及び側面２２の各硬度の平均値を算出し、端面２１の硬度の平均値を硬度Ａとし、側面２２の硬度の平均値を硬度Ｂとして、（硬度Ａ－硬度Ｂ）／硬度Ａを算出する。上記硬度差は小さい方が好ましい。上記硬度差は、更に１２％以下、特に１０％以下が好ましい。
【0053】
≪酸化膜≫
ステータコア１を構成する圧粉成形体は、図３に示す軟磁性粉末１００を含む。軟磁性粉末１００は、一般的に軟磁性材料からなる粉末粒子１１１の表面に絶縁被膜１１２を有する被覆粒子１１０を含む。各ティース２の端面２１は、各ティース２の突出高さを調整するために、ヨーク３と複数のティース２とが一体の圧粉成形体を成形後、研削加工が施されている。研削加工が施されると、上記絶縁被膜１１２が破壊され、隣り合う粉末粒子１１１同士がつながることがある。そこで、端面２１に酸化膜２５を備えることが好ましい。この酸化膜２５は、ティース２の端面２１に研削加工が施された後に、酸素雰囲気中で熱処理が施されることで形成される。酸化膜２５の形成については、後述する製造方法にて詳述する。酸化膜２５は、図３に示すように、研削加工によって露出された粉末粒子１１１、及び絶縁被膜１１２のうち研削加工によって破壊された領域近傍が酸化されて構成される。酸化膜２５は、研削加工によって破壊された絶縁被膜１１２の代わりに、隣り合う粉末粒子１１１同士を絶縁する機能を果たす。
ステータコア１を構成する圧粉成形体は、図３に示す軟磁性粉末１００を含む。軟磁性粉末１００は、一般的に軟磁性材料からなる粉末粒子１１１の表面に絶縁被膜１１２を有する被覆粒子１１０を含む。各ティース２の端面２１は、各ティース２の突出高さを調整するために、ヨーク３と複数のティース２とが一体の圧粉成形体を成形後、研削加工が施されている。研削加工が施されると、上記絶縁被膜１１２が破壊され、隣り合う粉末粒子１１１同士がつながることがある。そこで、端面２１に酸化膜２５を備えることが好ましい。この酸化膜２５は、ティース２の端面２１に研削加工が施された後に、酸素雰囲気中で熱処理が施されることで形成される。酸化膜２５の形成については、後述する製造方法にて詳述する。酸化膜２５は、図３に示すように、研削加工によって露出された粉末粒子１１１、及び絶縁被膜１１２のうち研削加工によって破壊された領域近傍が酸化されて構成される。酸化膜２５は、研削加工によって破壊された絶縁被膜１１２の代わりに、隣り合う粉末粒子１１１同士を絶縁する機能を果たす。
【0054】
酸化膜２５の平均厚さは、０．５μｍ以上１０μｍ以下が好ましい。酸化膜２５の平均厚さが０．５μｍ以上であることで、隣り合う粉末粒子１１１同士を絶縁する機能を良好に果たすことができる。しかし、酸化膜２５が厚過ぎると、磁気特性劣化に伴うヒステリシス損が大きくなる傾向にある。よって、酸化膜２５の平均厚さが１０μｍ以下であることで、ヒステリシス損の増大を抑制できる。また、酸化膜２５の平均厚さが１０μｍ以下であることで、酸化膜２５の厚肉化を抑制できる。酸化膜２５の平均厚さは、更に１μｍ以上８μｍ以下、特に１．５μｍ以上７μｍ以下が好ましい。
【0055】
＜大きさ＞
ヨーク３の大きさ、及びティース２の大きさは、回転電機９に応じて適宜選択できる。ヨーク３の大きさは、内径、外径、厚さ等である。ティース２の大きさは、断面積、突出高さ等である。例えば、ヨーク３の内径は５ｍｍ以上１５０ｍｍ以下、ヨーク３の外径は３０ｍｍ以上３００ｍｍ以下、ヨーク３の厚さは１．０ｍｍ以上１０ｍｍ以下、更に１．５ｍｍ以上７．０ｍｍ以下が挙げられる。ヨーク３の内径は、軸孔３９の直径である。また、例えば、ティース２の断面積は５ｍｍ２以上８００ｍｍ２以下、ティース２の突出高さは３ｍｍ以上５０ｍｍ以下が挙げられる。ここでのティース２の断面積とは、ティース２の軸方向に直交する平面で切断した断面の面積である。
ヨーク３の大きさ、及びティース２の大きさは、回転電機９に応じて適宜選択できる。ヨーク３の大きさは、内径、外径、厚さ等である。ティース２の大きさは、断面積、突出高さ等である。例えば、ヨーク３の内径は５ｍｍ以上１５０ｍｍ以下、ヨーク３の外径は３０ｍｍ以上３００ｍｍ以下、ヨーク３の厚さは１．０ｍｍ以上１０ｍｍ以下、更に１．５ｍｍ以上７．０ｍｍ以下が挙げられる。ヨーク３の内径は、軸孔３９の直径である。また、例えば、ティース２の断面積は５ｍｍ２以上８００ｍｍ２以下、ティース２の突出高さは３ｍｍ以上５０ｍｍ以下が挙げられる。ここでのティース２の断面積とは、ティース２の軸方向に直交する平面で切断した断面の面積である。
【0056】
＜構成材料＞
ステータコア１は、図３に示す軟磁性粉末１００を含む圧粉成形体で構成される。軟磁性粉末１００は、例えば、純鉄、又は鉄基合金を含むことが挙げられる。
ステータコア１は、図３に示す軟磁性粉末１００を含む圧粉成形体で構成される。軟磁性粉末１００は、例えば、純鉄、又は鉄基合金を含むことが挙げられる。
【0057】
ここでの純鉄とは、純度が９９％以上、即ち鉄（Ｆｅ）の含有量が９９質量％以上のものである。純鉄は、飽和磁束密度が高い、成形性に優れる、圧縮成形によって緻密化し易い、といった効果を奏する。そのため、純鉄を含むと、飽和磁束密度が高いステータコア１、相対密度が高く緻密なステータコア１、製造過程では成形し易く、製造性に優れるステータコア１にできる。また、緻密であることで、飽和磁束密度をより高め易い上に、強度等の機械的特性にも優れるステータコア１にできる。
【0058】
ここでの鉄基合金は、添加元素を含み、残部がＦｅ及び不可避不純物からなるものである。鉄基合金は、一種又は二種以上の添加元素を含む。添加元素は、例えば、ケイ素（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）等が挙げられる。鉄基合金の具体例として、Ｓｉを含む鉄基合金であるＦｅ－Ｓｉ系合金、Ａｌを含む鉄基合金であるＦｅ－Ａｌ系合金、Ｓｉ又はＡｌに加えてＣｒを含む鉄基合金等が挙げられる。鉄基合金の電気抵抗は、純鉄よりも大きい。そのため、鉄基合金を含むと、渦電流損等の鉄損を低減でき、低損失なステータコア１にできる。純鉄と鉄基合金との双方を含むステータコア１としてもよい。
【0059】
軟磁性粉末１００は、図３に示すように、一般的に軟磁性材料からなる粉末粒子１１１の表面に絶縁被膜１１２を有する被覆粒子１１０を含む。被覆粒子１１０を含むと、渦電流損等の鉄損を低減でき、低損失なステータコア１にできる。特に、純鉄からなる粉末粒子１１１と絶縁被膜１１２とを有する被覆粒子１１０を含むと、飽和磁束密度が高く、磁気特性に優れる上に、低損失なステータコア１にできる。絶縁被膜１１２の構成材料は、例えばリン酸塩、シリカ、酸化マグネシウム、酸化アルミニウムといった酸化物等が挙げられる。リン酸塩は、鉄又は鉄基合金からなる粉末粒子１１１との密着性に優れる上に、変形性にも優れる。そのため、リン酸塩からなる絶縁被膜１１２は、成形時、上述の鉄系の粉末粒子１１１の変形に追従して変形し易く、損傷し難い。従って、健全な絶縁被膜１１２を備える圧粉成形体を製造できる。このような圧粉成形体を備えることで、低損失なステータコア１にできる。
【0060】
＜相対密度＞
ステータコア１の相対密度が高く、緻密であると、飽和磁束密度等の磁気特性、強度等の機械的特性に優れて好ましい。定量的には、ステータコア１の相対密度は、９０％以上であることが好ましい。相対密度が９０％以上であれば、飽和磁束密度が高く、強度にも優れるステータコア１にできる。磁気特性の向上、機械的特性の向上等を望む場合、上記相対密度は９３％以上、更に９５％以上が好ましい。
ステータコア１の相対密度が高く、緻密であると、飽和磁束密度等の磁気特性、強度等の機械的特性に優れて好ましい。定量的には、ステータコア１の相対密度は、９０％以上であることが好ましい。相対密度が９０％以上であれば、飽和磁束密度が高く、強度にも優れるステータコア１にできる。磁気特性の向上、機械的特性の向上等を望む場合、上記相対密度は９３％以上、更に９５％以上が好ましい。
【0061】
ここでの相対密度とは、ステータコア１を構成する圧粉成形体の理論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（％）である。上記理論密度は、圧粉成形体を構成する軟磁性粉末の真密度を等価な値として利用できる。
【0062】
〔ステータコアの製造方法〕
実施形態に係るステータコアの製造方法は、下記工程を備える。
工程Ａ：成形体を作製する工程。
工程Ｂ：成形体に研削加工を施す工程。
工程Ｃ：研削加工を施した成形体に熱処理を施す工程。
以下、各工程を詳細に説明する。
実施形態に係るステータコアの製造方法は、下記工程を備える。
工程Ａ：成形体を作製する工程。
工程Ｂ：成形体に研削加工を施す工程。
工程Ｃ：研削加工を施した成形体に熱処理を施す工程。
以下、各工程を詳細に説明する。
【0063】
＜工程Ａ：成形体を作製する工程＞
成形体を作製する工程では、軟磁性粉末を含む原料粉末を所定の形状に加圧成形して、図４に示す成形体２００を作製する。成形体２００は、円環板状のヨーク３と、ヨーク３の表面３１から突出する柱状の複数のティース２とを備える。加圧成形は、給粉機を用いて金型内に原料粉末を充填して行う。加圧成形には、プレス成形機等を利用できる。軟磁性粉末は、軟磁性材料からなる粉末粒子の表面に絶縁被膜を有する被覆粒子を含む。原料段階での被覆粒子は、粉末粒子のほぼ全表面に絶縁被膜を有する。原料粉末は、軟磁性粉末に加えて、バインダや潤滑剤を含んでもよい。金型に潤滑剤を塗布してもよい。
成形体を作製する工程では、軟磁性粉末を含む原料粉末を所定の形状に加圧成形して、図４に示す成形体２００を作製する。成形体２００は、円環板状のヨーク３と、ヨーク３の表面３１から突出する柱状の複数のティース２とを備える。加圧成形は、給粉機を用いて金型内に原料粉末を充填して行う。加圧成形には、プレス成形機等を利用できる。軟磁性粉末は、軟磁性材料からなる粉末粒子の表面に絶縁被膜を有する被覆粒子を含む。原料段階での被覆粒子は、粉末粒子のほぼ全表面に絶縁被膜を有する。原料粉末は、軟磁性粉末に加えて、バインダや潤滑剤を含んでもよい。金型に潤滑剤を塗布してもよい。
【0064】
軟磁性粉末の平均粒径は、例えば２０μｍ以上３５０μｍ以下が挙げられる。軟磁性粉末の平均粒径が上記の範囲であると、軟磁性粉末を取り扱い易い上に、加圧成形し易い。軟磁性粉末の平均粒径を４０μｍ以上３００μｍ以下、更に４０μｍ以上２５０μｍ以下としてもよい。ここでの軟磁性粉末の平均粒径とは、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％となる粒径とする。
【0065】
加圧成形時の圧力は、例えば５００ＭＰａ以上２０００ＭＰａ以下が挙げられる。加圧成形時の圧力が５００ＭＰａ以上であることで、緻密化し易く、相対密度が高いステータコア１を製造できる。一方、加圧成形時の圧力が２０００ＭＰａ以下であることで、被覆粒子における絶縁被膜の損傷を抑制し易い。加圧成形時の圧力は、更に７００ＭＰａ以上１８００ＭＰａ以下、特に８００ＭＰａ以上１５００ＭＰａ以下が挙げられる。
【0066】
加圧成形は、上述したように、給粉機を用いて金型内に原料粉末を充填して行う。一般的な給粉機は、金型上を直線的に往復して金型内に給粉する。そのため、金型における給粉開始側の箇所の方が、給粉機の折り返し側の箇所よりも原料粉末が多く充填され易い傾向にある。よって、給粉機を用いて得られる成形体２００は、ヨーク３の裏面３２を基準面とすると、給粉開始側に位置したティース２の端面２１までの高さが、給粉機の折り返し側に位置したティース２の端面２１までの高さに比較して高くなり易い。例えば、図４では、ヨーク３の裏面３２を基準面とすると、右側のティース２の端面２１までの高さが、左側のティース２の端面２１までの高さよりも高い。よって、加圧成形では、図４に示すように、ヨーク３の裏面３２を基準面とした各ティース２の端面２１までの高さに大きな差ａが生じ易い。
【0067】
＜工程Ｂ：研削加工を施す工程＞
研削加工を施す工程では、図５に示すように、上記工程Ａで得られた成形体２００に研削加工を施す。研削加工は、各ティース２における突出方向先端に位置する端面２１に対して行う。この研削加工によって、ヨーク３の裏面３２を基準面とした各ティース２の端面２１までの高さのばらつきを０．０１ｍｍ以下とする。研削加工は、各ティース２の側面２２には行わない。研削加工は、研削盤４００で行う。研削加工は、平面研削であることが挙げられる。
研削加工を施す工程では、図５に示すように、上記工程Ａで得られた成形体２００に研削加工を施す。研削加工は、各ティース２における突出方向先端に位置する端面２１に対して行う。この研削加工によって、ヨーク３の裏面３２を基準面とした各ティース２の端面２１までの高さのばらつきを０．０１ｍｍ以下とする。研削加工は、各ティース２の側面２２には行わない。研削加工は、研削盤４００で行う。研削加工は、平面研削であることが挙げられる。
【0068】
研削加工を施す際、各ティース２における突出方向先端の端部を固定することが好ましい。各ティース２の端部の固定は、例えば、図５に示すように、各ティース２の端部が挿入可能な貫通孔３１０を備える板状部材３００を用いて行うことが挙げられる。板状部材３００は、ティース２の個数に対応した複数の貫通孔３１０を備える。貫通孔３１０の孔形状は、ティース２の外形と相似である。貫通孔３１０の大きさは、ティース２の端部が挿入可能であり、かつティース２の端部が挿入された状態において、ティース２の側面２２との間の隙間が微小である程度に適宜選択できる。各貫通孔３１０の孔形状、大きさは同一である。
【0069】
研削加工は、上記板状部材３００の各貫通孔３１０に各ティース２を挿入し、貫通孔３１０の内周面でティース２の端面２１近傍の側面２２を保持した状態で行う。このとき、研削加工によって得られる加工体５００において、ヨーク３の裏面３２を基準面とした各ティース２の端面２１までの高さが所望の高さとなると共に、上記高さのばらつきが０．０１ｍｍ以下となるように、板状部材３００を固定する。加工体５００は、図６に示す。なお、図５では、分かり易いように、各ティース２における板状部材３００からの露出領域を誇張して示す。各ティース２の端面２１近傍を板状部材３００で固定することで、研削加工によって各ティース２の端面２１と側面２２との稜線近傍が欠けたりすることを防止できる。
【0070】
成形体２００におけるヨーク３の裏面３２を基準面とした各ティース２の端面２１までの高さは、上述したように、給粉開始側に位置したティース２が最も高く、給粉機の折り返し側に位置したティース２に向かうに従って低くなる。例えば、図５では、右側のティース２の上記高さが最も高く、左側のティース２に向かうに従って上記高さが漸次低くなっている。このような高さのばらつきによって、給粉開始側に位置したティース２の加工量が最も多くなり、給粉機の折り返し側に位置したティース２に向かうに従って少なくなる。研削加工では、板状部材３００も一緒に研削してもよい。
【0071】
研削加工が施された成形体には、ティース２の端面２１に図１に示す研削痕２１０が形成される。以下、研削加工が施された成形体を、加工体５００と呼ぶ。加工体５００は、ティース２の端面２１のビッカース硬度が、ティース２の側面２２のビッカース硬度に比較して高くなる。研削加工が施されることで、端面２１に歪みが生じて加工硬化するからである。
【0072】
また、加工体５００は、図６に示すように、各ティース２の端面２１近傍の被覆粒子１１０が塑性変形し、絶縁被膜１１２が破壊されて、隣り合う粉末粒子１１１同士がつながることがある。隣り合う粉末粒子１１１同士がつながると、渦電流損が増大するおそれがある。
【0073】
研削加工を施す工程では、更にヨーク３の裏面３２も研削加工することもできる。ヨーク３の裏面３２を研削加工することで、ヨーク３の裏面３２を基準面とした各ティース２の端面２１までの高さのばらつきが小さいステータコア１を得易い。ヨーク３の裏面３２を研削加工すると、その裏面３２にも図示しない研削痕が形成される。
【0074】
＜工程Ｃ：熱処理を施す工程＞
熱処理を施す工程では、図７に示すように、加工体５００に、４００℃以上９００℃以下の温度で熱処理を施す。この熱処理によって、上記工程Ｂにおける研削加工によってティース２の端面２１に生じた歪みを除去できる。熱処理の温度を４００℃以上とすることで、上記歪みを効果的に除去できる。一方、熱処理の温度を９００℃以下とすることで、上記歪みを十分に除去できつつ、熱処理によって軟磁性粉末の絶縁被膜が破壊されることを抑制でき、渦電流損が増大することを抑制できる。熱処理の温度は、更に４５０℃以上８５０℃以下、特に５００℃以上８００℃以下が挙げられる。熱処理の保持時間は、５分以上６０分以下とすることが挙げられる。熱処理の保持時間を５分以上とすることで、上記歪みを効果的に除去できる。一方、熱処理の保持時間を６０分以下とすることで、上記歪みを十分に除去できつつ、熱処理によって軟磁性粉末の絶縁被膜が破壊されることを抑制でき、渦電流損が増大することを抑制できる。熱処理の保持時間は、更に１０分以上４５分以下、特に１５分以上３０分以下が挙げられる。
熱処理を施す工程では、図７に示すように、加工体５００に、４００℃以上９００℃以下の温度で熱処理を施す。この熱処理によって、上記工程Ｂにおける研削加工によってティース２の端面２１に生じた歪みを除去できる。熱処理の温度を４００℃以上とすることで、上記歪みを効果的に除去できる。一方、熱処理の温度を９００℃以下とすることで、上記歪みを十分に除去できつつ、熱処理によって軟磁性粉末の絶縁被膜が破壊されることを抑制でき、渦電流損が増大することを抑制できる。熱処理の温度は、更に４５０℃以上８５０℃以下、特に５００℃以上８００℃以下が挙げられる。熱処理の保持時間は、５分以上６０分以下とすることが挙げられる。熱処理の保持時間を５分以上とすることで、上記歪みを効果的に除去できる。一方、熱処理の保持時間を６０分以下とすることで、上記歪みを十分に除去できつつ、熱処理によって軟磁性粉末の絶縁被膜が破壊されることを抑制でき、渦電流損が増大することを抑制できる。熱処理の保持時間は、更に１０分以上４５分以下、特に１５分以上３０分以下が挙げられる。
【0075】
熱処理を施す工程では、酸素濃度が体積割合で５００ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下である酸素雰囲気にて行うことが好ましい。上述したように、研削加工が施された加工体５００は、図６に示すように、各ティース２の端面２１近傍の被覆粒子１１０が塑性変形し、絶縁被膜１１２が破壊されて、隣り合う粉末粒子１１１同士がつながることがある。酸素雰囲気にて熱処理を行うと、研削加工を施した各ティース２の表面が酸化される。よって、酸素雰囲気にて熱処理を行うと、図３に示すように、各ティース２の端面２１に酸化膜２５が形成される。酸化膜２５は、研削加工によって露出された粉末粒子１１１、及び絶縁被膜１１２のうち研削加工によって破壊された領域近傍が酸化されて構成される。
【0076】
酸素雰囲気中の酸素濃度が５００体積ｐｐｍ以上であることで、隣り合う粉末粒子１１１同士を絶縁する機能を良好に果たすことができる程度の酸化膜２５を形成することができる。一方、酸素雰囲気中の酸素濃度が１００００体積ｐｐｍ以下であることで、酸化に伴うヒステリシス損の増大を抑制できる。酸素雰囲気中の酸素濃度は、体積割合で更に７００ｐｐｍ以上８０００ｐｐｍ以下、１０００ｐｐｍ以上７５００ｐｐｍ以下、特に２０００ｐｐｍ以上５０００ｐｐｍ以下が挙げられる。
【0077】
＜実施形態の主な作用・効果＞
実施形態のステータコア１は、ヨーク３の裏面３２から複数のティース２の各々の端面２１までの高さのばらつきが０．０１ｍｍ以下と非常に小さい。回転電機９は、図９に示すように、ステータコア１の各ティース２にコイル８０が配置されて構成されるステータ８が、ロータ９０と共にケース９２に収納されて構築される。このとき、ヨーク３の裏面３２（図２）は、ケース９２の内面に接する。ヨーク３の裏面３２を基準面とした上記高さのばらつきが０．０１ｍｍ以下であることで、ステータ８及びロータ９０をケース９２に収納すると、各ティース２の端面２１が磁石９５のいずれの箇所にも実質的に均一な間隔で対向する。よって、上記回転電機９におけるトルクリップルが小さくなる。
実施形態のステータコア１は、ヨーク３の裏面３２から複数のティース２の各々の端面２１までの高さのばらつきが０．０１ｍｍ以下と非常に小さい。回転電機９は、図９に示すように、ステータコア１の各ティース２にコイル８０が配置されて構成されるステータ８が、ロータ９０と共にケース９２に収納されて構築される。このとき、ヨーク３の裏面３２（図２）は、ケース９２の内面に接する。ヨーク３の裏面３２を基準面とした上記高さのばらつきが０．０１ｍｍ以下であることで、ステータ８及びロータ９０をケース９２に収納すると、各ティース２の端面２１が磁石９５のいずれの箇所にも実質的に均一な間隔で対向する。よって、上記回転電機９におけるトルクリップルが小さくなる。
【0078】
また、実施形態のステータコア１は、ティース２の端面２１と側面２２とのビッカース硬度の差が非常に小さい。実施形態のステータコア１において、ビッカース硬度の差が小さいのは、ヨーク３の裏面３２から複数のティース２の各々の端面２１までの高さを調整するために端面２１に研削加工が施された後に、特定の温度で熱処理が施され、歪みが除去されているからである。そのため、上記ステータコア１は、全体にわたって均一な磁気特性を有する。よって、上記ステータコア１は、ヒステリシス損が小さい。
【0079】
更に、実施形態のステータコア１は、各ティース２の端面２１に酸化膜２５を備える。この酸化膜２５は、軟磁性粉末１００中の被覆粒子１１０における絶縁被膜１１２の機能を有する。つまり、被覆粒子１１０同士が絶縁されている。そのため、上記ステータコア１は、渦電流損が小さい。
【0080】
実施形態のステータコアの製造方法は、軟磁性粉末を加圧成形して得られた成形体２００おける各ティース２の端面２１に研削加工を施すことで、ヨーク３の裏面３２から各ティース２の端面２１までの高さのばらつきを非常に小さくできる。研削加工を施すと、その加工面である端面２１が歪みによって加工硬化する。上記ステータコアの製造方法は、研削加工を施した後に、特定の温度で熱処理を施すことで、歪みを除去している。この歪みの除去によって、全体にわたって均一な磁気特性を有するステータコア１が得られ、ヒステリシス損を小さくできる。以上より、上記ステータコアの製造方法は、ステータコア１を圧粉成形体で構成でき、かつティース２の端面２１に研削加工を施した後に熱処理を施すだけで、ヨーク３の裏面３２から各ティース２の端面２１までの高さのばらつきが小さいステータコア１を容易に得られる。
【0081】
特に、実施形態のステータコアの製造方法は、酸素雰囲気にて熱処理を行っている。熱処理の雰囲気を酸素雰囲気とするだけで、研削加工を施した各ティース２の端面２１に容易に酸化膜２５を形成できる。
【0082】
〔ステータ〕
図８を参照して、実施形態のステータ８を説明する。ステータ８は、ステータコア１と、ステータコア１に備えられる各ティース２に配置されるコイル８０とを備える。このステータ８は、アキシャルギャップ型回転電機に用いられる。アキシャルギャップ型回転電機は、例えば、図９に示す回転電機９である。図８では、図１に示すステータコア１を備える場合を例示する。
図８を参照して、実施形態のステータ８を説明する。ステータ８は、ステータコア１と、ステータコア１に備えられる各ティース２に配置されるコイル８０とを備える。このステータ８は、アキシャルギャップ型回転電機に用いられる。アキシャルギャップ型回転電機は、例えば、図９に示す回転電機９である。図８では、図１に示すステータコア１を備える場合を例示する。
【0083】
各コイル８０は、巻線を螺旋状に巻回してなる筒状部を備える。この例のコイル８０は、巻線を被覆平角線とする四角筒状のエッジワイズ巻きコイルである。なお、図８では、筒状部のみを示し、巻線の両端部は図示を省略している。
【0084】
実施形態のステータ８は、実施形態のステータコア１を備えるため、トルクリップルを小さくでき、騒音や振動が小さいアキシャルギャップ型回転電機を構築できる。
【0085】
【0086】
実施形態の回転電機９は、実施形態のステータ８を備える。詳しくは、回転電機９は、ロータ９０と、ステータ８とを備え、ロータ９０とステータ８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ものである。このような回転電機９は、モータ又は発電機に利用できる。図９では、一つのロータ９０が二つのステータ８で挟まれるように組み付けられるシングルロータ、ダブルステータ型のものを例示する。その他、一つのロータ９０と一つのステータ８とを備える形態、一つのステータ８が二つのロータ９０で挟まれるように組み付けられる形態等が挙げられる。
【0087】
ステータ８及びロータ９０は、円柱状の内部空間を有するケース９２に収納される。ケース９２は、円筒部と、二つのプレート部とを備える。円筒部は、ステータ８及びロータ９０の外周を囲む。円筒部の両側にそれぞれプレート部が配置される。ステータ８及びロータ９０は、二つのプレート部に挟まれるようにケース９２に収納される。ステータ８は、ステータコア１のヨーク３の外周面がケース９２のプレート部に嵌め込まれることで、ケース９２に固定される。両プレート部は、その中心部に貫通孔を備える。貫通孔には軸受け９３が設けられ、軸受け９３を介して回転軸９１が挿通される。また、ヨーク３の軸孔３９にも図示しない軸受けが設けられ、この軸受けを介して、回転軸９１が挿通される。回転軸９１は、ケース９２内を貫通する。
【0088】
ロータ９０は、複数の磁石９５と、磁石９５を支持するロータ本体とを備える平板状の部材である。各磁石９５は、例えば、図１に示すティース２の端面２１の平面形状に対応した平面形状を有する平板状である。ロータ本体は、円環状の部材であり、回転軸９１によって回転可能に支持される。各磁石９５は、ロータ本体の周方向に等間隔に配置される。また、各磁石９５は、回転軸９１の軸方向に着磁される。ロータ本体の周方向に隣り合う磁石９５の磁化方向は互いに逆である。ロータ本体が回転すると、磁石９５もロータ本体と共に回転する。
【0089】
ステータ８は、図２に示すティース２の端面２１がロータ９０の磁石９５に対向するように配置される。ステータ８のコイル８０を励磁して回転磁界を発生させ、回転磁界に起因する吸引力又は反発力によって、ステータ８に対してロータ９０が回転する。ロータ９０が回転すると、ティース２の端面２１は、回転する磁石９５からの磁束を受ける。
【0090】
実施形態の回転電機９は、実施形態のステータ８を備えるため、トルクリップルを小さくでき、騒音や振動が小さい。
【0091】
［試験例］
円環板状のヨークと複数のティースとを備える圧粉成形体からなるステータコアを作製し、得られたステータコアについて、ヨークから各ティースの端面までの高さのばらつき、ビッカース硬度、及びコアロスを調べた。
円環板状のヨークと複数のティースとを備える圧粉成形体からなるステータコアを作製し、得られたステータコアについて、ヨークから各ティースの端面までの高さのばらつき、ビッカース硬度、及びコアロスを調べた。
【0092】
〔試験例１〕
試験例１では、ヨークから各ティースの端面までの高さのばらつきを小さくするために、各ティースの端面に研削加工を施したステータコアを作製した。
試験例１では、ヨークから各ティースの端面までの高さのばらつきを小さくするために、各ティースの端面に研削加工を施したステータコアを作製した。
【0093】
＜試料の説明＞
・試料Ｎｏ．１－１～試料Ｎｏ．１－５
試料Ｎｏ．１－１～試料Ｎｏ．１－５は、成形⇒研削加工⇒熱処理の順に処理を施したものをステータコアとして用いた。具体的には、まず、軟磁性粉末を含む原料粉末を所定の形状に加圧成形して成形体を作製した。軟磁性粉末には、軟磁性材料からなる粉末粒子の表面に絶縁被膜を有する被覆粒子を用いた。成形体は、円環板状のヨークと９個のティースとが一体の圧粉成形体である。次に、作製した成形体に対して、各ティースの端面及びヨークの裏面に研削加工を施した。ここでは、平面研削加工を施した。最後に、研削加工を施した成形体に、窒素雰囲気中で、表１に示す熱処理温度で熱処理を施した。熱処理の保持時間は、いずれも１５分とした。
・試料Ｎｏ．１－１～試料Ｎｏ．１－５
試料Ｎｏ．１－１～試料Ｎｏ．１－５は、成形⇒研削加工⇒熱処理の順に処理を施したものをステータコアとして用いた。具体的には、まず、軟磁性粉末を含む原料粉末を所定の形状に加圧成形して成形体を作製した。軟磁性粉末には、軟磁性材料からなる粉末粒子の表面に絶縁被膜を有する被覆粒子を用いた。成形体は、円環板状のヨークと９個のティースとが一体の圧粉成形体である。次に、作製した成形体に対して、各ティースの端面及びヨークの裏面に研削加工を施した。ここでは、平面研削加工を施した。最後に、研削加工を施した成形体に、窒素雰囲気中で、表１に示す熱処理温度で熱処理を施した。熱処理の保持時間は、いずれも１５分とした。
【0094】
・試料Ｎｏ．１－１０
試料Ｎｏ．１－１０は、試料Ｎｏ．１－１と同様に作製した成形体をステータコアとして用いた。つまり、試料Ｎｏ．１－１０は、成形後、研削加工及び熱処理の双方を施していない成形体をステータコアとして用いた。
試料Ｎｏ．１－１０は、試料Ｎｏ．１－１と同様に作製した成形体をステータコアとして用いた。つまり、試料Ｎｏ．１－１０は、成形後、研削加工及び熱処理の双方を施していない成形体をステータコアとして用いた。
【0095】
・試料Ｎｏ．１－１１
試料Ｎｏ．１－１１は、成形⇒熱処理⇒研削加工の順に処理を施したものをステータコアとして用いた。具体的には、試料Ｎｏ．１－１と同様に成形体を作製し、その作製した成形体に、窒素雰囲気中で、表１に示す熱処理温度で熱処理を施した。熱処理の保持時間は、１５分とした。次に、熱処理を施した成形体に対して、各ティースの端面及びヨークの裏面に研削加工を施した。ここでは、平面研削加工を施した。試料Ｎｏ．１－１１は、試料Ｎｏ．１－１に対して、熱処理と研削加工の処理順序が逆である。試料Ｎｏ．１－１１における熱処理及び研削加工の各条件は、試料Ｎｏ．１－１と同様である。
試料Ｎｏ．１－１１は、成形⇒熱処理⇒研削加工の順に処理を施したものをステータコアとして用いた。具体的には、試料Ｎｏ．１－１と同様に成形体を作製し、その作製した成形体に、窒素雰囲気中で、表１に示す熱処理温度で熱処理を施した。熱処理の保持時間は、１５分とした。次に、熱処理を施した成形体に対して、各ティースの端面及びヨークの裏面に研削加工を施した。ここでは、平面研削加工を施した。試料Ｎｏ．１－１１は、試料Ｎｏ．１－１に対して、熱処理と研削加工の処理順序が逆である。試料Ｎｏ．１－１１における熱処理及び研削加工の各条件は、試料Ｎｏ．１－１と同様である。
【0096】
＜ヨークの裏面を基準面とした各ティースの端面までの高さのばらつき＞
得られた各試料のステータコアについて、以下のようにして、ヨークの裏面を基準面として、この基準面から複数のティースの端面までの高さのばらつきを調べた。まず、各ティースにおいて、ヨークの裏面からティースの端面までの高さＨ１（図２）を測定した。測定は、０級の定盤を備えたハイトゲージを用い、定盤上にティースの端面が上方を向くようにステータコアを載置して行った。各ティースの端面上に、３点以上の測定点を選択した。本例では、ティースの重心とヨークの中心とを通るように引いた直線上において、ティースの重心と、ヨークの中心側に位置するティースの縁部と、ヨークの中心と遠い側に位置するティースの縁部とを含んで測定点を選択した。定盤から各測定点までの高さを測定し、測定で得られた高さの平均値を、各ティースにおけるヨークの裏面から端面までの高さＨ１とした。次に、複数のティースにおける上記高さＨ１のうち、最大高さと最小高さとを選択し、最大高さと最小高さの差を算出した。この差をヨークの裏面を基準面とした各ティースの端面までの高さのばらつきとした。その結果を表１に示す。表１では、ヨークの裏面を基準面とした各ティースの端面までの高さのばらつきを、裏面基準の高さのばらつきと表記する。
得られた各試料のステータコアについて、以下のようにして、ヨークの裏面を基準面として、この基準面から複数のティースの端面までの高さのばらつきを調べた。まず、各ティースにおいて、ヨークの裏面からティースの端面までの高さＨ１（図２）を測定した。測定は、０級の定盤を備えたハイトゲージを用い、定盤上にティースの端面が上方を向くようにステータコアを載置して行った。各ティースの端面上に、３点以上の測定点を選択した。本例では、ティースの重心とヨークの中心とを通るように引いた直線上において、ティースの重心と、ヨークの中心側に位置するティースの縁部と、ヨークの中心と遠い側に位置するティースの縁部とを含んで測定点を選択した。定盤から各測定点までの高さを測定し、測定で得られた高さの平均値を、各ティースにおけるヨークの裏面から端面までの高さＨ１とした。次に、複数のティースにおける上記高さＨ１のうち、最大高さと最小高さとを選択し、最大高さと最小高さの差を算出した。この差をヨークの裏面を基準面とした各ティースの端面までの高さのばらつきとした。その結果を表１に示す。表１では、ヨークの裏面を基準面とした各ティースの端面までの高さのばらつきを、裏面基準の高さのばらつきと表記する。
【0097】
＜ヨークの表面を基準面とした各ティースの端面までの高さのばらつき＞
得られた各試料のステータコアについて、以下のようにして、ヨークの表面を基準面として、この基準面から複数のティースの端面までの高さのばらつきを調べた。まず、各ティースにおいて、ヨークの表面からティース２の端面までの高さを測定した。測定は、隣り合うティースの重心同士を結ぶ直線の中央を含むヨークの表面を基準面として、ハイトゲージを用いて行った。測定点は、ティースの端面における重心とした。本例では、各ティースにおいて、ヨークの周方向に沿ってティースの両側に位置する二つの表面をそれぞれ基準面としてそれぞれティースの端面までの高さをハイトゲージで測定する。測定で得られた二つの高さの平均値を、上記高さとした。次に、複数のティースにおける上記高さのうち、最大高さと最小高さを選択し、最大高さと最小高さの差を算出した。この差をヨークの表面を基準面とした各ティースの端面までの高さのばらつきとした。その結果を表１に示す。表１では、ヨークの表面を基準面とした各ティースの端面までの高さのばらつきを、表面基準の高さのばらつきと表記する。
得られた各試料のステータコアについて、以下のようにして、ヨークの表面を基準面として、この基準面から複数のティースの端面までの高さのばらつきを調べた。まず、各ティースにおいて、ヨークの表面からティース２の端面までの高さを測定した。測定は、隣り合うティースの重心同士を結ぶ直線の中央を含むヨークの表面を基準面として、ハイトゲージを用いて行った。測定点は、ティースの端面における重心とした。本例では、各ティースにおいて、ヨークの周方向に沿ってティースの両側に位置する二つの表面をそれぞれ基準面としてそれぞれティースの端面までの高さをハイトゲージで測定する。測定で得られた二つの高さの平均値を、上記高さとした。次に、複数のティースにおける上記高さのうち、最大高さと最小高さを選択し、最大高さと最小高さの差を算出した。この差をヨークの表面を基準面とした各ティースの端面までの高さのばらつきとした。その結果を表１に示す。表１では、ヨークの表面を基準面とした各ティースの端面までの高さのばらつきを、表面基準の高さのばらつきと表記する。
【0098】
＜ビッカース硬度の差＞
得られた各試料のステータコアについて、以下のようにして、ティースの端面と側面とのビッカース硬度の差を調べた。まず、各ティースの端面について、任意の測定点を１０箇所選択し、ビッカース硬度計を用いて、各測定点の硬度を測定する。このとき、端面の中央部、及び周縁部近傍を測定点として含んだ。また、同様に、各ティースの側面について、任意の測定点を１０箇所選択し、ビッカース硬度計を用いて、各測定点の硬度を測定する。このとき、側面の周方向に沿った複数箇所、及び側面の軸方向に沿った複数箇所を測定点として含んだ。測定した端面及び側面の各硬度の平均値を算出し、端面の硬度の平均値を硬度Ａとし、側面の硬度の平均値を硬度Ｂとして、（硬度Ａ－硬度Ｂ）／硬度Ａを算出し、各ティースにおける上記ビッカース硬度の差とした。複数のティースのうち、最大のビッカース硬度の差を表１に示す。
得られた各試料のステータコアについて、以下のようにして、ティースの端面と側面とのビッカース硬度の差を調べた。まず、各ティースの端面について、任意の測定点を１０箇所選択し、ビッカース硬度計を用いて、各測定点の硬度を測定する。このとき、端面の中央部、及び周縁部近傍を測定点として含んだ。また、同様に、各ティースの側面について、任意の測定点を１０箇所選択し、ビッカース硬度計を用いて、各測定点の硬度を測定する。このとき、側面の周方向に沿った複数箇所、及び側面の軸方向に沿った複数箇所を測定点として含んだ。測定した端面及び側面の各硬度の平均値を算出し、端面の硬度の平均値を硬度Ａとし、側面の硬度の平均値を硬度Ｂとして、（硬度Ａ－硬度Ｂ）／硬度Ａを算出し、各ティースにおける上記ビッカース硬度の差とした。複数のティースのうち、最大のビッカース硬度の差を表１に示す。
【0099】
＜コアロス＞
得られた各試料のステータコアについて、以下のようにして、コアロスを調べた。まず、同条件で作製した二つのステータコアを準備し、この二つのステータコアを、互いのティースの端面同士が接するように上下にセットした。二つのステータコアを上下にセットした状態で、ティースの端面同士が接した二つのティースの対をボビンと呼ぶ。複数のボビンのうち任意の二つのボビンを選択し、各ボビンに、６０ターンの一次巻きコイルと、３０ターンの二次巻きコイルとを配置した試験部品を作製した。作製した試験部品において、構成される閉磁路にてコアロス測定を行った。その結果を表１に示す。表１では、ヒステリシス損、渦電流損、及び鉄損をそれぞれ示す。鉄損は、ヒステリシス損と渦電流損との合計である。表１では、ヒステリシス損をヒス損、渦電流損を渦損と表記する。
得られた各試料のステータコアについて、以下のようにして、コアロスを調べた。まず、同条件で作製した二つのステータコアを準備し、この二つのステータコアを、互いのティースの端面同士が接するように上下にセットした。二つのステータコアを上下にセットした状態で、ティースの端面同士が接した二つのティースの対をボビンと呼ぶ。複数のボビンのうち任意の二つのボビンを選択し、各ボビンに、６０ターンの一次巻きコイルと、３０ターンの二次巻きコイルとを配置した試験部品を作製した。作製した試験部品において、構成される閉磁路にてコアロス測定を行った。その結果を表１に示す。表１では、ヒステリシス損、渦電流損、及び鉄損をそれぞれ示す。鉄損は、ヒステリシス損と渦電流損との合計である。表１では、ヒステリシス損をヒス損、渦電流損を渦損と表記する。
【0100】
＜トルクリップル＞
得られた試料Ｎｏ．１－１、試料Ｎｏ．１－１０、及び試料Ｎｏ．１－１１の各ステータコアについて、以下のようにして、トルクリップルを調べた。８極９スロットのモータにおいて、モータの回転速度を２０００ｒｐｍ、平均トルクを０．２Ｎｍ、線電流を２．３Ａｒｍｓとし、電磁界解析ソフトによってトルクを解析した。トルクリップルは、平均トルクに対するトルクの最大振幅と最小振幅との差の比率で求めた。その結果を表１に示す。
得られた試料Ｎｏ．１－１、試料Ｎｏ．１－１０、及び試料Ｎｏ．１－１１の各ステータコアについて、以下のようにして、トルクリップルを調べた。８極９スロットのモータにおいて、モータの回転速度を２０００ｒｐｍ、平均トルクを０．２Ｎｍ、線電流を２．３Ａｒｍｓとし、電磁界解析ソフトによってトルクを解析した。トルクリップルは、平均トルクに対するトルクの最大振幅と最小振幅との差の比率で求めた。その結果を表１に示す。
【0101】
【表1】
【0102】
表１から以下のことがわかる。まず、試料Ｎｏ．１－１０のステータコアは、裏面基準の高さのばらつきが０．１８と大きい。また、試料Ｎｏ．１－１０のステータコアは、表面基準の高さのばらつきが０．１５ｍｍと大きい。試料Ｎｏ．１－１０では、加圧成形によって得られた成形体をステータコアとして用いており、研削加工を施していないからである。一方で、試料Ｎｏ．１－１０のステータコアは、ビッカース硬度の差が５％と小さい。試料Ｎｏ．１－１０では、上述したように研削加工を施していないため、歪みが生じていないからと考えられる。試料Ｎｏ．１－１０のステータコアは、ビッカース硬度の差が５％と小さいことで、ヒステリシス損が２５Ｗと小さい。また、試料Ｎｏ．１－１０のステータコアは、渦電流損が１８Ｗと小さい。渦電流損が小さい理由は、試料Ｎｏ．１－１０では、上述したように研削加工を施していないため、被覆粒子における絶縁被膜が破壊されておらず、隣り合う粉末粒子同士が良好に絶縁されているからと考えられる。
【0103】
試料Ｎｏ．１－１～試料Ｎｏ．１－５、及び試料Ｎｏ．１－１１のステータコアは、裏面基準の高さのばらつきが０．０１と小さい。また、試料Ｎｏ．１－１～試料Ｎｏ．１－５、及び試料Ｎｏ．１－１１のステータコアは、表面基準の高さのばらつきが０．０１ｍｍと小さい。試料Ｎｏ．１－１～試料Ｎｏ．１－５、及び試料Ｎｏ．１－１１では、加圧成形によって得られた成形体に対して、ティースの端面に研削加工を施しているからである。試料Ｎｏ．１－１及び試料Ｎｏ．１－１１のステータコアは、裏面基準の高さのばらつき及び表面基準の高さのばらつきが小さいことで、トルクリップルが小さくなっている。なお、試料Ｎｏ．１－２～試料Ｎｏ．１－５のステータコアも、裏面基準の高さのばらつき及び表面基準の高さのばらつきが小さいことから、トルクリップルが小さいと思われる。
【0104】
これらの試料のステータコアのうち、試料Ｎｏ．１－１～試料Ｎｏ．１－４のステータコアは、ビッカース硬度の差が１５％以下と小さい。試料Ｎｏ．１－１～試料Ｎｏ．１－４では、研削加工を施した後に、所定の熱処理温度で熱処理を施しているからである。研削加工を施すと、歪みが生じて加工硬化する。よって、ティースの端面のみに研削加工を施すと、ティースの端面におけるビッカース硬度が大きくなり、ティースの端面と側面とでビッカース硬度に差が生じる。試料Ｎｏ．１－１～試料Ｎｏ．１－４では、特定の熱処理温度で熱処理を施しているため、ティースの端面に生じた歪みが除去されたと考えられる。試料Ｎｏ．１－１～試料Ｎｏ．１－４のステータコアは、ティースの端面の歪みが除去され、ビッカース硬度の差が１５％以下と小さいことで、ヒステリシス損が３０Ｗ以下と小さくなっている。
【0105】
試料Ｎｏ．１－５のステータコアは、試料Ｎｏ．１－１～試料Ｎｏ．１－４のステータコアに比較して、ビッカース硬度の差が大きくなっている。試料Ｎｏ．１－５では、研削加工を施した後に、熱処理を施している。しかし、試料Ｎｏ．１－５では、熱処理温度が３５０℃と低く、ティースの端面に生じた歪みを効果的に除去できなかったと考えられる。試料Ｎｏ．１－５のステータコアは、ビッカース硬度の差が１７％と大きいことで、ヒステリシス損が３０Ｗ超と大きくなっている。
【0106】
試料Ｎｏ．１－１１のステータコアも、試料Ｎｏ．１－１～試料Ｎｏ．１－４のステータコアに比較して、ビッカース硬度の差が大きくなっている。試料Ｎｏ．１－１１では、熱処理を施した後に、研削加工を施している。つまり、試料Ｎｏ．１－１１では、研削加工を施した後に、熱処理を施していない。よって、試料Ｎｏ．１－１１のステータコアは、ティースの端面に歪が生じた状態である。試料Ｎｏ．１－１１のステータコアは、ビッカース硬度の差が１９％と大きいことで、ヒステリシス損が３０Ｗ超と大きくなっている。
【0107】
以上より、ティースの端面に研削加工を施すことで、裏面基準の高さのばらつき及び表面基準の高さのばらつきを０．０１ｍｍ以下と小さくできることがわかる。しかし、ティースの端面に研削加工を施すと、ティースの端面に歪みが生じることにより、ティースの端面のビッカース硬度が大きくなる。そこで、研削加工を施した後に、特定の熱処理温度で熱処理を施すことで、ティースの端面に生じた歪みを除去でき、ビッカース硬度の差を小さくできることがわかる。ティースの端面に生じた歪みを除去できることで、ヒステリシス損を３０Ｗ以下と小さくできる。
【0108】
なお、試料Ｎｏ．１－１～試料Ｎｏ．１－５、及び試料Ｎｏ．１－１１のステータコアは、渦電流損が２０Ｗ超と大きくなっている。試料Ｎｏ．１－１～１－５、及び試料Ｎｏ．１－１１では、研削加工を施しているため、被覆粒子における絶縁被膜が破壊され、隣り合う粉末粒子同士がつながっているからと考えられる。
【0109】
〔試験例２〕
試験例２では、試験例１における試料Ｎｏ．１－１に対して、更に渦電流損を小さくするために、酸素雰囲気にて熱処理を施したステータコアを作製した。
試験例２では、試験例１における試料Ｎｏ．１－１に対して、更に渦電流損を小さくするために、酸素雰囲気にて熱処理を施したステータコアを作製した。
【0110】
＜試料の説明＞
・試料Ｎｏ．２－１～２－８
試料Ｎｏ．２－１～２－８では、成形⇒研削加工⇒酸素雰囲気にて熱処理の順に処理を施したものをステータコアとして用いた。具体的には、試料Ｎｏ．１－１と同様に成形体を作製し、その作製した成形体に対して、各ティースの端面及びヨークの裏面に平面研削加工を施した。その後、研削加工を施した成形体に、表１に示す酸素濃度での酸素雰囲気中で、熱処理を施した。熱処理の温度は、いずれも６５０℃とした。また、熱処理の保持時間は、いずれも１５分とした。試料Ｎｏ．２－１～試料Ｎｏ．２－８は、試料Ｎｏ．１－１に対して、熱処理の雰囲気が異なる。
・試料Ｎｏ．２－１～２－８
試料Ｎｏ．２－１～２－８では、成形⇒研削加工⇒酸素雰囲気にて熱処理の順に処理を施したものをステータコアとして用いた。具体的には、試料Ｎｏ．１－１と同様に成形体を作製し、その作製した成形体に対して、各ティースの端面及びヨークの裏面に平面研削加工を施した。その後、研削加工を施した成形体に、表１に示す酸素濃度での酸素雰囲気中で、熱処理を施した。熱処理の温度は、いずれも６５０℃とした。また、熱処理の保持時間は、いずれも１５分とした。試料Ｎｏ．２－１～試料Ｎｏ．２－８は、試料Ｎｏ．１－１に対して、熱処理の雰囲気が異なる。
【0111】
＜酸化膜の厚さ＞
得られた各試料のステータコアについて、各ティースを軸方向に沿って切断し、その切断面を光学顕微鏡により５００倍の倍率で観察した。本例では、上記切断面において、１０視野の観察画像を採取した。その結果、試料Ｎｏ．２－１～２－８のステータコアはいずれも、各ティースの端面に酸化膜が形成されていることが確認された。１視野あたり５点の測定点を選択し、酸化膜の厚さを測定した。測定点は、各ティースの端面と側面とで構成される角部近傍を含む。５点×１０視野で測定した酸化膜の厚さの平均値を、各ティースにおける酸化膜の平均厚さとした。そして、複数のティースの平均値を算出し、その平均値を各試料のステータコアにおける酸化膜の平均厚さとした。その結果を表２に示す。
得られた各試料のステータコアについて、各ティースを軸方向に沿って切断し、その切断面を光学顕微鏡により５００倍の倍率で観察した。本例では、上記切断面において、１０視野の観察画像を採取した。その結果、試料Ｎｏ．２－１～２－８のステータコアはいずれも、各ティースの端面に酸化膜が形成されていることが確認された。１視野あたり５点の測定点を選択し、酸化膜の厚さを測定した。測定点は、各ティースの端面と側面とで構成される角部近傍を含む。５点×１０視野で測定した酸化膜の厚さの平均値を、各ティースにおける酸化膜の平均厚さとした。そして、複数のティースの平均値を算出し、その平均値を各試料のステータコアにおける酸化膜の平均厚さとした。その結果を表２に示す。
【0112】
＜ヨークの裏面を基準面とした各ティースの端面までの高さのばらつき＞
得られた各試料のステータコアについて、試験例１と同様に、ヨークの裏面を基準面として、この基準面から複数のティースの端面までの高さのばらつきを調べた。その結果、試料Ｎｏ．２－１～２－８のステータコアはいずれも、裏面基準の高さのばらつきが０．０１ｍｍであった。
得られた各試料のステータコアについて、試験例１と同様に、ヨークの裏面を基準面として、この基準面から複数のティースの端面までの高さのばらつきを調べた。その結果、試料Ｎｏ．２－１～２－８のステータコアはいずれも、裏面基準の高さのばらつきが０．０１ｍｍであった。
【0113】
＜ヨークの表面を基準面とした各ティースの端面までの高さのばらつき＞
得られた各試料のステータコアについて、試験例１と同様に、ヨークの表面を基準面として、この基準面から複数のティースの端面までの高さのばらつきを調べた。その結果、試料Ｎｏ．２－１～２－８のステータコアはいずれも、表面基準の高さのばらつきが０．０１ｍｍであった。
得られた各試料のステータコアについて、試験例１と同様に、ヨークの表面を基準面として、この基準面から複数のティースの端面までの高さのばらつきを調べた。その結果、試料Ｎｏ．２－１～２－８のステータコアはいずれも、表面基準の高さのばらつきが０．０１ｍｍであった。
【0114】
＜ビッカース硬度の差＞
得られた各試料のステータコアについて、試験例１と同様に、ティースの端面と側面とのビッカース硬度の差を調べた。その結果、試料Ｎｏ．２－１～２－８のステータコアはいずれも、ビッカース硬度の差が７％であった。
得られた各試料のステータコアについて、試験例１と同様に、ティースの端面と側面とのビッカース硬度の差を調べた。その結果、試料Ｎｏ．２－１～２－８のステータコアはいずれも、ビッカース硬度の差が７％であった。
【0115】
＜コアロス＞
得られた各試料のステータコアについて、試験例１と同様に、コアロスを調べた。その結果を表２に示す。
得られた各試料のステータコアについて、試験例１と同様に、コアロスを調べた。その結果を表２に示す。
【0116】
【表2】
【0117】
表２から、研削加工を施した成形体に施す熱処理を、５００体積ｐｐｍ以上の酸素濃度を有する酸素雰囲気中で行うことで、渦電流損を低減できることがわかる。特に、酸素濃度が高くなるほど、渦電流損をより低減できることがわかる。上述したように、研削加工を施すと、被覆粒子における絶縁被膜が破壊され、隣り合う粉末粒子同士がつながることがある。酸素雰囲気中で熱処理を施すと、研削加工を施した各ティースの表面が酸化されて酸化膜が形成される。酸化膜は、研削加工によって破壊された絶縁被膜の代わりに、隣り合う粉末粒子同士を絶縁する機能を果たしていると考えられる。隣り合う粉末粒子同士が酸化膜によって絶縁されることで、渦電流損が低減したと考えられる。表２を見ると、酸素濃度が５０００体積ｐｐｍ以上において、渦電流損は一定となっている。つまり、酸素濃度を５０００体積ｐｐｍとすることで、隣り合う粉末粒子同士を十分に絶縁できることがわかる。また、表２を見ると、酸素濃度が高くなるに従って、ヒステリシス損が大きくなることがわかる。よって、酸素濃度は１００００体積ｐｐｍ以下とすることが好ましいことがわかる。
【0118】
〔試験例３〕
試験例３では、試験例２における試料Ｎｏ．２－４と同様のステータコアを複数作製した。ここで作製した試料は、試料Ｎｏ．３－１～試料Ｎｏ．３－５とする。
試験例３では、試験例２における試料Ｎｏ．２－４と同様のステータコアを複数作製した。ここで作製した試料は、試料Ｎｏ．３－１～試料Ｎｏ．３－５とする。
【0119】
試験例３では、試料Ｎｏ．３－１０として、試料Ｎｏ．３－１と同様に作製した成形体に対して、各ティースの端面のみに平面研削加工を施したものを作製した。つまり、試料Ｎｏ．３－１０では、ヨークの裏面に平面研削加工を施していない。研削加工を施した成形体への熱処理の条件は、試料Ｎｏ．３－１と同様である。
【0120】
＜ヨークの裏面を基準面とした各ティースの端面までの高さのばらつき＞
得られた各試料のステータコアについて、試験例１と同様に、ヨークの裏面を基準面として、この基準面から複数のティースの端面までの高さのばらつきを調べた。その結果を表３に示す。
得られた各試料のステータコアについて、試験例１と同様に、ヨークの裏面を基準面として、この基準面から複数のティースの端面までの高さのばらつきを調べた。その結果を表３に示す。
【0121】
＜ヨークの表面を基準面とした各ティースの端面までの高さのばらつき＞
得られた各試料のステータコアについて、試験例１と同様に、ヨークの表面を基準面として、この基準面から複数のティースの端面までの高さのばらつきを調べた。その結果を表３に示す。
得られた各試料のステータコアについて、試験例１と同様に、ヨークの表面を基準面として、この基準面から複数のティースの端面までの高さのばらつきを調べた。その結果を表３に示す。
【0122】
＜ビッカース硬度の差＞
得られた各試料のステータコアについて、試験例１と同様に、ティースの端面と側面とのビッカース硬度の差を調べた。その結果、試料Ｎｏ．３－１～３－５のステータコアはいずれも、ビッカース硬度の差が７％であった。
得られた各試料のステータコアについて、試験例１と同様に、ティースの端面と側面とのビッカース硬度の差を調べた。その結果、試料Ｎｏ．３－１～３－５のステータコアはいずれも、ビッカース硬度の差が７％であった。
【0123】
＜コアロス＞
得られた各試料のステータコアについて、試験例１と同様に、コアロスを調べた。その結果、試料Ｎｏ．３－１～３－５のステータコアはいずれも、ヒステリシス損が２７Ｗ、渦電流損が１５Ｗ、鉄損が４２Ｗであった。
得られた各試料のステータコアについて、試験例１と同様に、コアロスを調べた。その結果、試料Ｎｏ．３－１～３－５のステータコアはいずれも、ヒステリシス損が２７Ｗ、渦電流損が１５Ｗ、鉄損が４２Ｗであった。
【0124】
＜トルクリップル＞
得られた各試料のステータコアについて、試験例１と同様に、トルクリップルを調べた。その結果を表３に示す。
得られた各試料のステータコアについて、試験例１と同様に、トルクリップルを調べた。その結果を表３に示す。
【0125】
【表3】
【0126】
裏面基準の高さのばらつきが０．０１ｍｍ以下であり、かつ表面基準の高さのばらつきが０．０１ｍｍ以下である試料Ｎｏ．３－１～試料Ｎｏ．３－５のステータコアは、トルクリップルが３％以下と小さい。そして、裏面基準の高さのばらつきが小さくなるほど、かつ表面基準の高さのばらつきが小さくなるほど、トルクリップルが小さくなることがわかる。また、試料Ｎｏ．３－５と試料Ｎｏ．３－３を比較すると、裏面基準の高さのばらつきを小さくすることで、トルクリップルを効果的に小さくできることがわかる。
【符号の説明】
【0127】
１ ステータコア
２ ティース
２１ 端面、２２ 側面
２１０ 研削痕
２５ 酸化膜
３ ヨーク
３１ 表面、３２ 裏面
３９ 軸孔
８ ステータ、８０ コイル
９ 回転電機、９０ ロータ、９１ 回転軸、９２ ケース
９３ 軸受け、９５ 磁石
１００ 軟磁性粉末、１１０ 被覆粒子、１１１ 粉末粒子、１１２ 絶縁被膜
２００ 成形体
３００ 板状部材、３１０ 貫通孔
４００ 研削盤
５００ 加工体
Ｈ１，Ｈ２ 高さ、ａ 差
２ ティース
２１ 端面、２２ 側面
２１０ 研削痕
２５ 酸化膜
３ ヨーク
３１ 表面、３２ 裏面
３９ 軸孔
８ ステータ、８０ コイル
９ 回転電機、９０ ロータ、９１ 回転軸、９２ ケース
９３ 軸受け、９５ 磁石
１００ 軟磁性粉末、１１０ 被覆粒子、１１１ 粉末粒子、１１２ 絶縁被膜
２００ 成形体
３００ 板状部材、３１０ 貫通孔
４００ 研削盤
５００ 加工体
Ｈ１，Ｈ２ 高さ、ａ 差
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】