JP2007074847A - ステータコアの製造装置および圧粉磁心の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 搭載性に優れた回転電機のステータコアを高い生産性で製造可能なステータコアの製造装置を提供する。
【解決手段】 ステータコア１００は、軸方向に接合された２個の圧粉磁心の成形体Ｄ１，Ｄ２からなる。ヨーク部２０は、ティース１０の軸方向端面から軸方向外方に突出した突出部を含む。ティース１０は、軸方向の長さがステータコア１００の径方向外方に向けて漸減し、かつ周方向の長さがステータコア１００の径方向外方に向けて漸増する。成形体Ｄ１，Ｄ２はそれぞれ、ダイに充填された磁性粉末を軸方向の一方側に配した単一のパンチと、軸方向の他方側に並列に配した２つのパンチとで加圧することにより成形される。２つのパンチは、ヨーク部２０を成形する第１のパンチとティース１０を成形する第２のパンチとからなり、成形体の磁性粉末の密度が均一となるように、別個にストロークが制御される。
【選択図】 図７

Description

この発明は、回転電機の固定子（以下、ステータとも称する）を構成するステータコアの製造装置および圧粉磁心の製造装置に関し、より特定的には、搭載性に優れた回転電機を実現し得るステータコアの製造装置およびステータコアを構成する圧粉磁心の製造装置に関する。

ステータとロータとからなる回転電機において、ステータは、複数のスロットが形成されたステータコアと、スロット間に設けられる櫛歯（以下、ティースとも称する）に巻回されたコイルとから構成される。また、ロータは、ロータコアと、磁力を帯びた磁石と、回転軸となるシャフトとから構成される。

かかる構成において、コイルに電力が供給されることにより、磁界が発生する。発生した磁界に基づいて、ロータとステータとの間に磁束の流れが形成されることによって、ロータは回転力を得る。例えば回転電機を動力源とする自動車においては、この回転力によって車輪が駆動される。

ここで、ステータにおいては、スロットの断面積に対するコイルが占有する断面積の面積比（以下、占積率とも称する）の向上を目的としたステータの構造が、従来から多数開示されている（たとえば特許文献１および２参照）。

図１０は、たとえば特許文献１に開示される回転電機におけるステータの構造を示す図である。

図１０（Ａ）は、ステータを構成することになる１極分の積層コア５１に巻線５２が巻回された状態を、図１０（Ｂ）は、同図（Ａ）の水平断面をそれぞれ示す。

積層コア５１は、所定数の電磁鋼板を積層して形成されており、ティース部５３とヨーク部５４とのなす両側の空間が、巻線５２の配置のためのスロット部５５として機能する。

積層コア５１には、後述するコアエンド部材５７が装着された状態で、スロット部５５の内面を覆うように絶縁キャップ５６が被せられる。この絶縁キャップ５６の外周に巻線５２が所定回数だけ巻回されて、図１０（Ａ）の状態となる。

図１０（Ｂ）を参照して、ティース部５３の幅寸法Ｗについては、ステータ外周からステータ内周に向かって漸次幅狭となるように、両端面がテーパ状に形成され、これによってティース部５３の両側に形成されるスロット部５５の投影形状が、平行四辺形もしくは長方形となるように設定されている。

図１０（Ｃ）は、同図（Ａ）の巻線５２と絶縁キャップ５６とを取り除いた状態を、図１０（Ｄ）は、同図（Ｃ）のＤ方向矢視図をそれぞれ示す。

図１０（Ｃ）を参照して、積層コア５１の積層方向両端面には、ティース部５３の投影形状と略同一の輪郭形状を持つコアエンド部材５７がそれぞれ装着される。コアエンド部材５７は、磁性粉末の成形体にて形成され、表面の巻線受圧面５７ａは、ステータ外周から内周側に向かって段階的に高くなるように形成されている（図１０（Ｄ）参照）。

以上の構成において、積層コア５１が回転電機の一部として機能する際には、ティース部５３を磁束が通過する。このとき、ティース部５３におけるステータ内周側の先端部では、その幅寸法Ｗが小さいために磁束密度が高くなり、磁束が飽和する可能性がある。そこで、当該ステータ構造においては、積層コア５１の鋼板積層方向の両端面に配したコアエンド部材５７を磁路として機能させている。ただし、コアエンド部材５７は、材質によって磁気特性が異なるため、径方向に沿って内周側、外周側および中央部分における等価断面積が求められ、その値が互いに等しくなるように設定される。

このような構成によれば、スロット部５５のデッドスペースが縮小化されることにより、スロット部５５での巻線５２の占積率が向上し、小型で高出力な回転電機を実現することができる。
特開２００２−３６９４１８号公報 特開２００５−４５８９８号公報

しかしながら、図１０に示す従来のステータ構造においては、巻線５２の占積率が向上する一方で、同図（Ｄ）から明らかなように、ティース部５３の軸方向両端面に配したコアエンド部材５７によって、軸方向に形成される巻線５２の巻回部分（コイルエンド部）がヨーク部５４から突出した形状となる。そのため、当該ステータから構成される回転電機において、その搭載性に問題を有していた。

また、コアエンド部材５７は、表面の巻線受圧面５７ａがステータ外周から内周側に向かって段階的に高くなる階段状に形成されるが、このような複雑な形状を磁性粉末の成形体によって一体的に形成するためには、成形工程において成形体の磁性粉末の密度を均一にするための高度な加圧制御が必要とされる。これは、成形工程を複雑化し、ステータコアの生産性の向上を困難なものとしていた。したがって、成形工程における加圧制御を可能な限り容易なものとすれば、ステータコアの生産性を改善することができる。

それゆえ、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、搭載性に優れた回転電機のステータコアを高い生産性で製造可能なステータコアの製造装置を提供することである。

この発明によれば、軸方向端面に水平面部分と斜面部分とを含むステータコアの製造装置は、磁性粉末を加圧成形し、第１および第２の圧粉磁心の成形体をそれぞれ形成する成形手段と、形成された第１および第２の圧粉磁心の成形体を軸方向に接合してステータコアを形成する接合手段とを備える。成形手段は、軸方向の一方から磁性粉末を加圧して略水平面からなる一方端面を成形する第１加圧手段と、水平面部分を成形する第１加圧部材と、斜面部分を成形する第２加圧部材とを用いて、軸方向の他方から磁性粉末を加圧して他方端面を成形する第２加圧手段とを含む。接合手段は、第１の圧粉磁心の成形体の一方端面と、第２の圧粉磁心の成形体の一方端面とを接合してステータコアを形成する。

上記のステータコアの製造装置によれば、軸方向端面が水平面と斜面とからなるステータコアを単一の成形体でするときに対して、加圧制御の自由度よりも低減されることから、高い生産性でステータコアを製造することができる。

好ましくは、ステータコアは、環状に延在し、水平面部分を軸方向端面とするヨーク部と、ヨーク部の内周側に配列され、斜面部分を軸方向端面とする複数のティースとを含む。第２加圧手段は、第１加圧部材を用いて、ヨーク部が各複数のティースの軸方向端面から軸方向外方に突出した突出部を有するように、水平面部分を成形する手段と、第２加圧部材を用いて、各複数のティースの軸方向の長さが径方向外方に向けて漸減するように、斜面部分を成形する手段とを含む。

上記のステータコアの製造装置によれば、ヨーク部の突出部とティースの斜面状の軸方向端面とは、異なる加圧部材の各々を加圧制御することにより、容易に成形することができる。

好ましくは、第２加圧手段は、突出部の軸方向の長さと、ステータコアに巻回されるコイルのコイルエンド部の最外周側の軸方向の長さとが略等しくなるように、他方端面を成形する。

より好ましくは、第２加圧手段は、各第１および第２の圧粉磁心の成形体の径方向に垂直な断面のいずれにおいて、ヨーク部の軸方向端面と各複数のティースの軸方向端面との間隔が、コイルエンド部の軸方向の長さと略等しくなるように、他方端面を成形する。

上記のステータコアの製造装置によれば、コイルをティースに巻回したときに形成されるコイルエンド部は、ステータコアから軸方向に突出することなく、その体格内にほぼ収まることから、回転電機の搭載性を改善することができる。

好ましくは、成形手段は、第１および第２の圧粉磁心の成形体の周方向の長さが径方向外方に向けて漸増するように、径方向から磁性粉末を加圧して径方向端面を成形する第３加圧手段をさらに含む。第１および第２の圧粉磁心の成形体の軸方向の長さと周方向の長さとは、各複数のティースの径方向に垂直な断面が径方向外方に向けて略等面積となるように設定される。

上記のステータコアの製造装置によれば、ティースにおける磁束密度分布を均一にでき、コギングトルクや鉄損の発生を抑えることができる。

好ましくは、ヨーク部の周方向に垂直な断面は、ティースの径方向に垂直な断面の略半分以上の面積からなる。

より好ましくは、ヨーク部と各複数のティースとの接合部の断面積は、ティースの径方向に垂直な断面の面積に対して同等以上である。

上記のステータコアの製造装置によれば、ティース〜接合部〜ヨーク部に至る磁束の経路における漏洩磁束の発生が抑えられることから、コギングトルクの発生を一層抑えることができる。

この発明によれば、互いに傾斜角度の異なる第１の面と第２の面とを有する圧粉磁心の製造装置は、第１加圧部材を用いて、磁性粉末を加圧して第１の面を成形する第１の加圧手段と、第２加圧部材を用いて、前記磁性粉末を加圧して第２の面を成形する第２の加圧手段とを備える。

上記の圧粉磁心の製造装置によれば、第１の面と第２の面とは、異なる加圧部材の各々を加圧制御することにより、容易に成形することができる。

この発明によれば、水平面と斜面とを軸方向端面とする圧粉磁心の成形体からなるステータコアを、簡易かつ低コストに製造することができる。

また、この発明によれば、搭載性に優れ、かつ良好な性能を備えた回転電機を、高い生産性で構築することができる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

図１は、この発明の実施の形態に従う回転電機のステータにおける１極分のステータコアの斜視図である。なお、図示は省略するが、ステータコアは、全体として、図１の１極分のスタータコア１００を回転電機の極数だけ環状に配した中空円筒形状を有する。そして、ステータコアは、環状のヨーク部と、ヨーク部の内周側に径方向内方を指して環状に配列された所定数のティースからなるティース部と、互いに隣り合うティースの間に形成され、軸方向に延在する所定数のスロットとを含む。ティースおよびスロットの個数は、回転電機の極数に対応している。

図１を参照して、ステータコア１００は、任意の１極において、ヨーク部２０とティース１０とが略Ｔ字形状を構成する。ステータコア１００は、磁性粉末を成形用金型にて圧縮成形した磁心（以下、圧粉磁心とも称する）からなり、後述するステータコアの製造装置により、ヨーク部２０とティース１０とが一体的に成形される。

ティース１０の周方向（θ方向に相当）の両脇には、隣り合うティース１０（図示せず）との間において、スロットがそれぞれ形成される。コイルは、図示は省略するが、このティース１０を跨ぐようにして隣り合うスロットに挿入されることにより、ティース１０の各々に巻回して固着される。

本実施の形態において、ステータコア１００は、ヨーク部２０とティース１０との間で軸方向（ｚ方向に相当）の長さが異なることを第１の特徴とする。詳細には、図１に示すように、ヨーク部２０は、ティース１０の軸方向の両端面からそれぞれ軸方向外方に突出した突出部を有する。このため、ヨーク部２０は、軸方向において、この突出部だけティース１０よりも長くなっている。この点において、この発明によるステータ構造は、ヨーク部とティース部との間で軸方向の長さを同じとする従来のステータ構造とは異なる。

さらに、この発明によるステータコア１００は、ティース１０において、径方向に垂直な断面の形状が、径方向に沿って徐々に変化する、異形断面を有することを第２の特徴とする。例えば、図１のティース１０において、最も内周側に位置する断面（図中のＡ断面に相当）と、最も外周側に位置する断面（図中のＣ断面に相当）と、これらの中間に位置する断面（図中のＢ断面に相当）とでは、互いに形状が異なっている。なお、これらのＡ〜Ｃ断面を含む径方向の各断面の間には、以下に述べるように、面積が互いに等しく、かつアスペクト比が互いに異なるという関係が成立している。なお、これらの特徴は、ステータコア１００を圧粉磁心としたことによって、その成形性を生かし、容易に実現することができる。

図２は、図１のステータコア１００の周方向の断面図である。
図２を参照して、ステータコア１００において、ティース１０は、略扇形状の断面を有しており、内周側に向かって周方向の長さが次第に短くなっている。具体的には、図１に示す径方向に沿ったＡ〜Ｃ断面の各々について、周方向の長さをそれぞれＬ_１θ，Ｌ_θ，Ｌ_２θとすると、これらの間には、Ｌ_１θ＜Ｌ_θ＜Ｌ_２θの関係が成り立つ。

ティース１０の軸方向に垂直な断面をこのような扇形状とすることによって、ティース１０の両脇に形成されるスロット３０は、それぞれ、図中の斜線領域で示すように、略矩形状となる。すなわち、斜線領域において、Ｃ断面における周方向の幅ｈと、Ａ断面における周方向の幅ｊとが略等しくなる。これにより、スロット３０におけるコイルの占積率が向上する。詳細には、例えば平角銅線をコイルとして用いたときには、コイルはスロット３０の内部に規則性をもって整列されることから、コイルの緻密化が可能となり、占積率をさらに向上させることができる。

図３は、図１のステータコア１００の軸方向の断面図である。
図３から明らかなように、ティース１０は、軸方向の長さが、径方向に沿って徐々に変化する。詳細には、軸方向の長さは、ステータ外周側に向かって次第に短くなる。図１に示す径方向に沿ったＡ〜Ｃ断面の各々について、軸方向の長さをそれぞれＬ_１Ｚ，Ｌ_Ｚ，Ｌ_２Ｚとすると、これらの間には、Ｌ_１Ｚ＞Ｌ_Ｚ＞Ｌ_２Ｚの関係が成り立つ。さらに、最も長いＡ断面の軸方向の長さＬ_１Ｚにおいても、ヨーク部２０の軸方向の長さよりも短いことが分かる。

ここで、図２および図３によれば、ティース１０は、Ａ〜Ｃ断面の間で、周方向および軸方向の長さに関して、Ｌ_１θ＜Ｌ_θ＜Ｌ_２θおよびＬ_１Ｚ＞Ｌ_Ｚ＞Ｌ_２Ｚの関係を有することが分かる。すなわち、ティース１０は、ステータ内周側から外周側に向かって、周方向の長さが長く、かつ軸方向の長さが短くなる。ステータコア１００は、ティース１０の形状を周方向のみならず、軸方向にも変化させた点において、ティース部５３の軸方向の長さを一定とする図１４に示す従来のステータコアとは相違する。また、ヨーク部２０の軸方向の長さが、ティース１０の軸方向の長さの最大値よりもさらに長いという点において、ヨーク部５４の軸方向の長さがティース部分（ティース部５３＋コアエンド部材５７）の軸方向の長さよりも短い図１４に示す従来のステータコアとは相違する。

さらに、ティース１０の最外周側においてティース１０と接合されるヨーク部２０は、上述したように、ティース１０の軸方向の両端面から軸方向外方に向けて突出した突出部を有する。この突出部の軸方向の長さｍは、ヨーク部２０の軸方向端面とティース１０の最外周側の端面との高低差に値する。さらに、ヨーク部２０の軸方向端面とティース１０の最内周側の端面とにおいても、軸方向の長さｋの高低差が生じている。

ここで、コイルをティース１０に巻回したときに、軸方向に沿ってスロット３０から突出したコイルの両端部分は、コイルエンド部４０を形成する。ティース部分（コアエンド部材を含む）の軸方向の長さがヨーク部の軸方向の長さよりも長い従来のステータコアにおいては、このコイルエンド部４０は、ステータコアの軸方向の両端面から突出した状態となる。そのため、上述したように、搭載性において不具合が生じる。

そこで、本実施の形態では、図３に示すように、コイルエンド部４０の軸方向の端面と、ヨーク部２０の軸方向の端面との高低差をなくし、両端面が略同一平面をなすように、ティース１０およびヨーク部２０の形状を設定する。

詳細には、スロット３０におけるコイルの巻回スペースは、図２の斜線領域で示したように、Ａ断面およびＣ断面において、それぞれ周方向の幅ｊおよび周方向の幅ｈを有する。このため、コイルを巻回したときに、軸方向に形成されるコイルエンド部４０においても、Ａ断面およびＣ断面において、それぞれ軸方向に、幅ｊおよび幅ｈとほぼ等しい高さを有することとなる。仮に、ティース１０の軸方向端面がヨーク部２０の軸方向端面と同じ高さであるとすれば、コイルエンド部４０は、Ａ断面およびＣ断面において、それぞれ高さｊおよびｈだけステータコア１００から突出することになる。

そこで、この突出部分をなくすために、本実施の形態によるステータコア１００では、Ａ断面におけるヨーク部２０の軸方向端面とティース１０の軸方向端面との高低差ｋを、コイルエンド部４０のＡ断面の軸方向の高さｊと略同じとなるように設定する。さらに、Ｃ断面におけるヨーク部２０の軸方向端面とティース１０の軸方向端面との高低差ｍ（＝ヨーク部２０の突出部の軸方向の長さ）を、コイルエンド部４０のＣ断面の高低差ｈと略同じとなるように設定する。

このような構成とすることにより、コイルをティース１０に巻回したときに形成されるコイルエンド部４０は、ステータコア１００から軸方向に突出することなく、その体格内にほぼ収まることから、回転電機の搭載性を改善することができる。

以上のように、本実施の形態によるステータコアを適用した回転電機は、ステータコア１００のヨーク部２０に突出部を設けたこと、およびティース１０を径方向に沿って異形断面としたことによって、高いコイルの占積率を保ちながら、搭載性が向上される。

ここで、スロット３０におけるコイルの占積率が高められると、ティース１０の内部に発生する磁束が増加し、より大きな出力トルクの発生が期待される。しかしながら、ステータコア１００の内部において、磁束の飽和などによって無効となる磁束が増加すれば、トルク変動や鉄損が生じ、却って回転電機の制御性能を劣化させることになる。

このため、本実施の形態では、先述したように、ティース１０の形状において、径方向に垂直な断面を一定面積に保ちながら、そのアスペクト比を変化させる構成とする。また、ヨーク部２０の形状において、漏洩磁束の低減を考慮した構成とする。以下にその詳細を説明する。

図４は、図１に示すステータコア１００におけるティース１０の径方向に垂直な断面を説明するための図である。

図４を参照して、図１におけるティース１０のＡ〜Ｃ断面は、いずれも略矩形状であり、軸方向および周方向の各辺において、上述したように、それぞれ、Ｌ_１Ｚ＞Ｌ_Ｚ＞Ｌ_２Ｚ、およびＬ_１θ＜Ｌ_θ＜Ｌ_２θの関係を有する。

さらに、Ａ〜Ｃ断面は、その断面積をそれぞれＳ_Ａ，Ｓ_Ｂ，Ｓ_Ｃとすると、これらの間に、Ｓ_Ａ＝Ｓ_Ｂ＝Ｓ_Ｃの関係を有する。すなわち、ティース１０の形状は、径方向に垂直な断面を一定面積に保ちながら、軸方向の辺と周方向の辺との比（アスペクト比）が漸次変化している。特に、本願発明では、図４に示すように、Ａ断面とＣ断面との関係において、一定面積を保ちながら、アスペクト比を反転させた設計とすることも可能である。

ここで、ティース１０の径方向に垂直な断面を面積一定としたのは、以下の理由による。

ステータコア１００の内部で生じた磁束は、ティース１０の内部を径方向（ティース１０のＡ〜Ｃ断面に垂直な方向）に通過する。このとき、ティース１０の内部において、磁束集中による局部的な磁束飽和が起こると、コイルを鎖交する有効磁束が減少する。このとき生じた無効磁束によって、回転電機には、コギングトルクと称されるトルク変動や鉄損が発生する。これらのコギングトルクや鉄損は、モータ効率を低下させるだけでなく、騒音や振動の原因となることから、ステータコア１００内の磁束密度分布を均一にし、磁束飽和を緩和する必要が生じる。そこで、図４で述べたように、ティース１０の径方向に垂直な断面を一定面積とすれば、ティース１０における磁束密度分布を均一にでき、コギングトルクや鉄損の発生を抑えることができる。

図５は、ステータコア１００の内部における磁束の流れを示す説明図である。
図５を参照して、ティース１０の内部を径方向に沿って通過した磁束は、矢印で示すように、ティース１０とヨーク部２０との接合面（以下、単に接合面とも称する）を介してヨーク部２０へ流れ込む。ヨーク部２０に流入した磁束は、さらにヨーク部２０の内部を周方向に互いに逆向きに流れる。

ここで、このようなティース１０〜接合面〜ヨーク部２０に至る磁束の経路において、漏洩磁束が生じることによっても、先述したコギングトルクが発生することが知られている。この漏洩磁束を抑えるためには、磁束の経路において、磁束が通過する断面積が減少しないことが必要とされる。これには、ティース１０の径方向に垂直な断面に対して、接合面の面積が同等以上であればよい。さらに、ヨーク部２０の周方向に垂直な断面の面積が、ティース１０の径方向に垂直な断面の少なくとも１／２以上であればよい。

すなわち、接合面の面積の１／２（斜線領域Ｓ_２の面積に相当）およびヨーク部２０の周方向に垂直な断面積（斜線領域Ｓ_３の面積に相当）のいずれか一方でもティース１０の径方向に垂直な断面積Ｓ_１（＝全面積Ｓ_Ａの１／２に相当）を下回れば、その箇所において漏洩磁束が生じることになる。なお、上記の１／２とは、ティース１０を通過した磁束が、ヨーク部２０において周方向で互いに反対方向に分流されることによる。

すなわち、本実施の形態において、ヨーク部２０の形状は、上述したコイルエンド部４０との関係に加えて、Ｓ_１≦Ｓ_２，Ｓ_３の関係を満たすように決定される。

以上のように、この発明によるステータコアによれば、ヨーク部２０に配した突出部とティース１０に配した異形断面とによって、搭載性に優れ、かつ小型高出力の回転電機を実現することができる。このとき、ティース１０およびヨーク部２０の形状を、無効磁束の低減を考慮して決定することから、回転電機の効率低下および騒音・振動の発生が抑えられる。

次に、この発明によるステータコア１００を製造するための製造装置について説明する。ステータコア１００の製造装置は、以下に述べる圧粉磁心の成形体を形成する成形工程と、成形工程により形成した２個の圧粉磁心の成形体を軸方向に接合して、一体のステータコア１００を形成する接合工程とを備える。すなわち、ステータコア１００は、軸方向に結合された２個の圧粉磁心の成形体で構成される。

一般に、圧粉磁心の成形工程においては、粒子ごとに酸化膜が被膜された磁性粉末を成形用金型に充填し、これを加圧成形することによって所望の形状に一体的に成形する方法が採用される。この成形方法をステータコア１００に適用すると、図６のようになる。

図６は、一般的な成形方法を適用したときのステータコア１００の成形工程を示す図である。

図６を参照して、磁性粉末は、各粒子に酸化膜が被膜された後に、成形用金型となるダイ２００に充填される。そして、充填された磁性粉末は、ダイ２００の上方に配されたパンチ２０１，２０３および下方に配されたパンチ２０２，２０４により垂直方向に加圧される。なお、図６における加圧方向は、成形後のステータコア１００の軸方向に対応する。このようにして、ステータコア１００は一体的に成形される。

ここで、図６の圧粉磁心の成形工程において、ダイ２００の上方に配されたパンチ２０１，２０３は、加圧によってヨーク部２０を成形するパンチ２０３と、加圧によってティース１０を成形するパンチ２０１との２つのパンチで構成される。ダイ２００の下方においても同様に、ヨーク部２０を成形するパンチ２０４とティース１０を成形するパンチ２０２とで構成される。すなわち、ヨーク部２０とティース１０とは、互いに異なる加圧手段によって加圧成形される。

このようにダイ２００の上方および下方のパンチ２０１〜２０４をそれぞれ分割した構成としたのは、この発明によるステータコア１００の軸方向端面が、ヨーク部２０の軸方向端面に相当する平面部分と、ティース１０の軸方向端面に相当する斜面部分とを有することに起因する。

詳細には、上方および下方のパンチ２０１〜２０４をそれぞれ単体のパンチで構成した場合、ティース１０とヨーク部２０とを構成する磁性粉末は、当該単体のパンチに設定された一定のストローク（移動量）で一律に加圧される。このとき、ティース１０の軸方向長さがステータ外周側に向かって次第に短くなることから、加圧過程においてティース１０を構成する磁性粉末にかかる圧力は、径方向において不均一となり、ステータ内周側にかかる圧力がステータ外周側にかかる圧力よりも高くなる。そのため、ティース１０を構成するはずの磁性粉末は、圧力がより低いティース１０のステータ外周側からヨーク部２０へと流れ込む。したがって、加圧成形後のステータコア１００において、磁性粉末の密度には、ティース１０のステータ内周側が相対的に低く、かつティース１０のステータ外周側およびヨーク部２０が相対的に高いといった偏りが生じてしまう。

そして、このような磁性粉末の密度の偏りは、ステータコア１００全体の強度を低下させることとなる。特に、ヨーク部２０とティース１０との接合部分であるステータコア１００の括れ部分において亀裂が生じるおそれがある。また、ティース１０にコイルを巻回して形成したステータを搭載した回転電機においては、ステータコア１００の内部で生じる磁束が不均一となり、所望のモータ性能を得ることができないという問題も起こり得る。

そこで、このような磁性粉末の密度の偏りを解消する手段として、図６に示すように、単体のパンチを、ティース１０を成形するパンチ２０１，２０２とヨーク部２０とを成形するパンチ２０３，２０４とに分割し、各々のパンチで独立した加圧制御を行なう構成とする。これによれば、成形体の磁性粉末の密度が均一となるように、ダイ２００の上方に配されたパンチ２０１のストロークとパンチ２０３のストロークとは個別に制御される。同様に、ダイ２００の下方に配されたパンチ２０２のストロークとパンチ２０４のストロークとには個別に制御される。すなわち、合計４つのパンチ２０１〜２０４のストロークを別個に制御することによって、磁性粉末の密度が均一な成形体を形成することができる。

ところが、このような加圧制御を実際の成形工程に適用するにあたっては、合計４つのパンチ２０１〜２０４のストロークを別個に制御することから、加圧制御における自由度は４となり、制御が複雑化するという問題が新たに生じる。結果として、製造コストが増大し、生産性を低下させてしまう。したがって、生産性の向上のためには、加圧制御の自由度はできる限り少ないことが望まれる。

そこで、この発明では、ステータコア１００の生産性を高める手段として、以下に示すように、２個の圧粉磁心の成形体で一体のステータコア１００を形成する構成とする。なお、以下に示すステータコア１００については、図６の一体成形型のステータコア１００と対比させて、分割型のステータコア１００とも称する。

図７は、この発明による回転電機における１極分のステータコア１００の斜視図である。また、図８は、図７のステータコア１００の軸方向の断面図である。

図７を参照して、ステータコア１００は、軸方向（ｚ方向）に沿って結合された２個の成形体Ｄ１，Ｄ２からなる。成形体Ｄ１と成形体Ｄ２（図中の斜線領域に相当）とは、同一の形状を有し、軸方向に垂直方向の一方端面（ステータコア１００の軸方向端面と反対側の端面に相当）を水平面とする。

次に、成形体Ｄ１（＝成形体Ｄ２）の成形工程について説明する。図９は、成形体Ｄ１（＝Ｄ２）の成形工程を説明するための図である。

図９を参照して、成形体Ｄ１は、ダイ２００に充填された磁性粉末を、ダイ２００の上方に配されたパンチ２０６および下方に配されたパンチ２０２，２０４により垂直方向に加圧して成形される。このとき、図９から明らかなように、成形体Ｄ１の水平面となる一方端面は、単体のパンチ２０６により加圧される。また、成形体Ｄ１の他方端面は、ティース１０を成形するパンチ２０２とヨーク部２０を成形するパンチ２０４とによって加圧される。そして、パンチ２０２とパンチ２０４とは、上述したように、成形体Ｄ１の磁性粉末の密度が均一となるように、別個にストロークが制御される。すなわち、成形体Ｄ１の成形工程において、加圧制御における自由度は３となる。これは、図６に示す一体成形型のステータコア１００の成形工程における自由度４よりも低いことから、加圧制御が著しく簡易化されることは明らかである。

なお、図９において、ダイ２００の下方に配されるパンチ２０２，２０４を分割する構成としたのは、磁性粉末を充填するに先立って、ダイ２００およびパンチ２０２，２０４，２０６の壁面には、成形体の離型性を良くするための成形潤滑剤が塗布されるが、壁面が同一平面上にないパンチ２０２，２０４への成形潤滑剤の塗布については、ダイ２００の下方にパンチ２０２，２０４を配し、上方から成形潤滑剤を噴射する構成とするのが簡易かつ均一に塗布することができるからである。

そして、図９の成形工程によって形成された成形体Ｄ１と成形体Ｄ２とは、軸方向に結合されて一体化され、ステータコア１００を構成する。なお、成形体Ｄ１と成形体Ｄ２との結合は、たとえば成形体Ｄ１，Ｄ２を一体的に回転電機の収容部材であるハウジングに圧入すること、もしくは成形体Ｄ１，Ｄ２からなるステータコア１００のティース１０にコイルを巻回することなどによって行なわれる。

以上のように、この発明によるステータコア１００は、分割型のステータコアを採用したことによって加圧制御の自由度が低減されることから、製造コストの増大を抑え、生産性を向上することが可能となる。

なお、図９に示すダイ２００とパンチ２０２，２０４，２０６とは、この発明によるステータコアの製造装置における「成形手段」を構成する。詳細には、ダイ２００の上方のパンチ２０６は、「第１加圧手段」を構成し、ダイ２００下方のパンチ２０２，２０４は、「第２加圧手段」を構成する。さらに、ダイ２００は、「第３加圧手段」を構成する。特に、第２加圧手段において、パンチ２０４は「第１加圧部材」を構成し、パンチ２０２は「第２加圧部材」を構成する。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、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。

この発明は、水平面と斜面とからなる軸方向端面を有するステータコアの製造装置に適用することができる。

この発明の実施の形態に従う回転電機のステータにおける１極分のステータコアの斜視図である。 図１のステータコアの周方向の断面図である。 図１のステータコアの軸方向の断面図である。 図１に示すステータコアにおけるティースの径方向に垂直な断面を説明するための図である。 ステータコアの内部における磁束の流れを示す説明図である。 一般的な成形方法を適用したときのステータコアの成形工程を示す図である。 この発明による回転電機における１極分のステータコアの斜視図である。 図７のステータコアの軸方向の断面図である。 成形体Ｄ１（＝Ｄ２）の成形工程を説明するための図である。 特許文献１に開示される回転電機におけるステータの構造を示す図である。

符号の説明

１０ ティース、２０，５４ ヨーク部、３０ スロット、４０ コイルエンド部、５１ 積層コア、５２ 巻線、５３ ティース部、５５ スロット部、５６ 絶縁キャップ、５７ コアエンド部材、５７ａ 巻線受容面、１００ ステータコア、２００ ダイ、２０１〜２０４，２０６ パンチ。

Claims (8)

1. 軸方向端面に水平面部分と斜面部分とを含むステータコアの製造装置であって、
   磁性粉末を加圧成形し、第１および第２の圧粉磁心の成形体をそれぞれ形成する成形手段と、
   形成された前記第１および第２の圧粉磁心の成形体を前記軸方向に接合して前記ステータコアを形成する接合手段とを備え、
   前記成形手段は、
   前記軸方向の一方から前記磁性粉末を加圧して略水平面からなる一方端面を成形する第１加圧手段と、
   前記水平面部分を成形する第１加圧部材と、前記斜面部分を成形する第２加圧部材とを用いて、前記軸方向の他方から前記磁性粉末を加圧して他方端面を成形する第２加圧手段とを含み、
   前記接合手段は、前記第１の圧粉磁心の成形体の前記一方端面と、前記第２の圧粉磁心の成形体の前記一方端面とを接合して前記ステータコアを形成する、ステータコアの製造装置。
2. 前記ステータコアは、
   環状に延在し、前記水平面部分を軸方向端面とするヨーク部と、
   前記ヨーク部の内周側に配列され、前記斜面部分を軸方向端面とする複数のティースとを含み、
   前記第２加圧手段は、
   前記第１加圧部材を用いて、前記ヨーク部が各前記複数のティースの軸方向端面から軸方向外方に突出した突出部を有するように、前記水平面部分を成形する手段と、
   前記第２加圧部材を用いて、各前記複数のティースの前記軸方向の長さが径方向外方に向けて漸減するように、前記斜面部分を成形する手段とを含む、請求項１に記載のステータコアの製造装置。
3. 前記第２加圧手段は、前記突出部の前記軸方向の長さと、前記ステータコアに巻回されるコイルのコイルエンド部の最外周側の軸方向の長さとが略等しくなるように、前記他方端面を成形する、請求項２に記載のステータコアの製造装置。
4. 前記第２加圧手段は、各前記第１および第２の圧粉磁心の成形体の径方向に垂直な断面のいずれにおいて、前記ヨーク部の前記軸方向端面と各前記複数のティースの前記軸方向端面との間隔が、前記コイルエンド部の軸方向の長さと略等しくなるように、前記他方端面を成形する、請求項３に記載のステータコアの製造装置。
5. 前記成形手段は、前記第１および第２の圧粉磁心の成形体の周方向の長さが径方向外方に向けて漸増するように、前記径方向から前記磁性粉末を加圧して径方向端面を成形する第３加圧手段をさらに含み、
   前記第１および第２の圧粉磁心の成形体の前記軸方向の長さと前記周方向の長さとは、各前記複数のティースの前記径方向に垂直な断面が前記径方向外方に向けて略等面積となるように設定される、請求項４に記載のステータコアの製造装置。
6. 前記ヨーク部の前記周方向に垂直な断面は、前記ティースの前記径方向に垂直な断面の略半分以上の面積からなる、請求項５に記載のステータコアの製造装置。
7. 前記ヨーク部と各前記複数のティースとの接合部の断面積は、前記ティースの前記径方向に垂直な断面の面積に対して同等以上である、請求項６に記載のステータコアの製造装置。
8. 互いに傾斜角度の異なる第１の面と第２の面とを有する圧粉磁心の製造装置であって、
   第１加圧部材を用いて、磁性粉末を加圧して前記第１の面を成形する第１の加圧手段と、
   第２加圧部材を用いて、前記磁性粉末を加圧して前記第２の面を成形する第２の加圧手段とを備える、圧粉磁心の製造装置。

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