径向间隙型旋转电机及其制造方法、旋转电机用齿片的制造装置、旋转电机用齿构件的制造方法与流程

本发明涉及径向间隙型旋转电机及其制造方法、旋转电机用齿片的制造装置、旋转电机用齿构件的制造方法，特别是涉及在铁心中使用了非晶体金属的径向间隙型旋转电机及其制造方法、旋转电机用齿片的制造装置、旋转电机用齿构件的制造方法。

背景技术：

作为工业机械的动力源、机动车驱动用而使用的旋转电机(马达)谋求高效率化。对于马达的高效率化，在所使用的材料中利用低损失的材料、或者使用高能积的永磁铁是通常的设计。

马达的损失主要包括铜损、铁损以及机械损耗，若决定了要求规格的输出特性(转数和转矩)，则机械损耗唯一确定，因此降低铁损和铜损的设计变得重要。铜损主要由线圈的电阻值和电流的关系决定，进行通过冷却来抑制线圈电阻值的降低、磁铁的残留磁通密度的降低那样的设计。铁损可通过所使用的软磁性材料来降低。在通常的马达中利用在铁心部分采用了电磁钢板、且损失等级因电磁钢板的厚度、si的含有量等而不同的结构。

在软磁性材料中存在相比电磁钢板导磁率高且铁损低的铁基非晶体金属、铁基纳米结晶合金等高功能材料，但在这些材料系中，其板厚为0.025mm非常薄，另外，维氏硬度为900左右，硬到电磁钢板的5倍以上等，在高效且低价地制造马达方面的课题较多。

作为将非晶体金属适用于径向间隙型的旋转电机的例子有专利文献1。在专利文献1中公开了具有多面体形状并且包含多个非晶体金属带钢层，用于在高效率的电动马达中使用的大块非晶体金属磁构成要素。在专利文献1中，提出了如下方法，即，将非晶体金属带钢材料切断为具有规定的长度的多个切断带钢，形成将切断带钢堆叠而成的非晶体金属带钢材料的棒，在实施退火处理后，将堆叠的棒以环氧树脂浸渍并固化，将堆叠的棒切断为规定的长度，从而提供具有规定的立体的形状的多面形形状的多个磁构成要素。

另外，在专利文献2中公开了一种由非晶体薄板材冲裁铁心片并层叠来制造非晶体层叠铁心的方法，其特征在于，从非晶体薄板材冲裁而形成铁心片的所需要部位而并且形成连结用孔，将铁心片在模孔进行外形落料，并在从下方面向模孔进退自如的承接台上层叠至所期望的厚度，使承接台进一步后退到模孔的下方并且把持约束层叠于该承接台的层叠铁心，向该层叠铁心的连结用孔注入填充粘接连结剂而连结。在专利文献2中示出了与由电磁钢板冲压冲裁马达的芯同样地通过依次运送模具来冲裁规定的马达芯形状的例子。在该例子中，能够通过冲裁来进行形状加工，但非晶体箔带过于薄，因此无法形成由电磁钢板实现的板间的铆接紧固连结，因此提出了在层叠于夹具的状态下将粘接剂注入芯的规定的孔来进行层叠固接的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-21919号公报

专利文献2：日本特开2003-309952号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

上述的专利文献1以及2所示的、对径向间隙型旋转电机适用非晶体金属的方法存在在其制造中需要用于进行特殊的机械加工的装置、加工过于费时等课题。

并且，在专利文献2中冲压非晶体金属而层叠，但非晶体金属的厚度为电磁钢板的1/10以下，因此需要10倍的冲压次数。另外，非晶体金属有电磁钢板的5倍硬，因此对模具带来的影响成为5倍。因此，通常大约每200万次对模具进行再研磨并进行制造，但与电磁钢板相比，对模具的影响成为50倍以上，到再研磨为止的次数成为1/50以下，因此导致制造成本的大幅上升。在以一分钟180spm(shotperminutes)的速度进行冲压的情况下，约用一个月达到200万次，但在以相同速度进行冲压的情况下，生产节拍由于片数的关系花费10倍，模具的再研磨不过一天就必须进行。此外，在大型的模具的冲模、冲头的研磨中，还包含模具从冲压装置的卸载等的工夫而花费较多的工时，因此可知该条件下的生产并不现实。

如上所述，关于使用了非晶体金属的径向间隙型的马达的制造，现实情况是，没有发现能够以实用等级制造的结构及其制造装置以及制造方法。

本发明鉴于上述状况，目的在于提供能够实现较高的效率、并且生产性优异的使用了非晶体金属的径向间隙型旋转电机及其制造方法、旋转电机用齿片的制造装置、旋转电机用齿构件的制造方法。

用于解决课题的方案

本发明为了解决上述课题，提供一种径向间隙型旋转电机，其特征在于，具备：旋转轴；转子，其具有能够绕旋转轴旋转的内周侧转子铁心、以及配置于内周侧转子铁心的外周侧并能够绕旋转轴旋转的外周侧转子铁心；以及定子，其设置于内周侧转子铁心与外周侧转子铁心之间，在内周侧转子铁心的外周侧的表面以及外周侧转子铁心的内周侧的表面的至少一方设置有永磁铁，上述定子具有定子铁心，该定子铁心包含由非晶体金属箔带片通过彼此的摩擦保持而成的层叠体构成的齿。

另外，本发明为了解决上述课题，提供一种旋转电机用齿片的制造装置，其具备将非晶体金属箔带的材料片剪切为梯形形状的切断台。上述切断台具有能够相对于与非晶体金属箔带的材料片垂直的方向以及非晶体金属箔带的材料片的宽度方向以互不相同的角度往复的剪切刀，通过该剪切刀来切断不同角度的脚部，从而制作梯形形状的非晶体金属箔带片。

另外，本发明为了解决上述课题，提供一种旋转电机用齿构件的制造方法，其特征在于，具有：切断工序，在该切断工序中，通过能够相对于与非晶体金属箔带的材料片垂直的方向以及非晶体金属箔带的材料片的宽度方向以互不相同的角度往复的剪切刀来切断不同的角度的脚部，从而制作梯形形状的非晶体金属箔带片；层叠工序，在该层叠工序中，将梯形形状的非晶体金属箔带片层叠而制作齿；以及插入保持工序，在该插入保持工序中，将齿插入线轴，并卷绕线圈导体而制作齿构件。

另外，本发明为了解决上述课题，而提供一种径向间隙型旋转电机的制造方法，所述径向间隙型旋转电机具备：旋转轴；转子，其具有能够绕旋转轴旋转的内周侧转子铁心、以及配置于内周侧转子铁心的外周侧并能够绕旋转轴旋转的外周侧转子铁心；以及定子，其设置于内周侧转子铁心与外周侧转子铁心之间，在内周侧转子铁心的外周侧的表面以及外周侧转子铁心的内周侧的表面的至少一方设置有永磁铁，定子具有定子铁心，所述定子铁心包含由非晶体金属箔带片通过彼此的摩擦保持而成的层叠体构成的齿，所述径向间隙型旋转电机的制造方法的特征在于，使用上述齿构件来制造定子。

本发明的更加具体的结构记载于专利技术方案。

发明效果

根据本发明，可以提供能够实现较高的效率、并且使用了生产性优异的非晶体金属的径向间隙型旋转电机及其制造方法、旋转电机用齿片的制造装置、旋转电机用齿构件的制造方法。

上述以外的课题、结构以及效果通过以下的实施方式的说明得以明确。

附图说明

图1a是示出本发明的径向间隙型旋转电机的第一例的立体图。

图1b是图1a的纵剖视图。

图2a是示出图1a的定子的立体图。

图2b是图2a的横剖视图。

图3a是更加详细地示出图2a的定子铁心的立体图。

图3b是将图3a的齿构件放大的示意图。

图4a是示意性示出齿1的上表面的图。

图4b是示意性示出齿1以及树脂制线轴的立体图。

图4c是示意性示出齿1以及树脂制线轴的立体图。

图5a是示出构成本发明的径向间隙型旋转电机的转子的一例的立体图。

图5b是示出构成本发明的径向间隙型旋转电机的转子的一例的立体图。

图5c是图5a的纵剖视图。

图6是本发明的径向间隙型旋转电机的第一例的一部分的俯视图。

图7是示出本发明的径向间隙型旋转电机的第二例的俯视图。

图8是示出本发明的径向间隙型旋转电机的第三例的俯视图。

图9是示出本发明的径向间隙型旋转电机的第四例的俯视图。

图10a是示意性示出对非晶体金属的材料片进行切断的装置的一例的立体图。

图10b是图10a的俯视图。

图11是示意性示出非晶体金属箔带的材料片的俯视图。

图12a是示出以往的径向间隙型马达(内转子型)的结构的示意图。

图12b是图12a的横剖视图。

图13a是示出以往的径向间隙型马达(外转子型)的结构的示意图。

图13b是图13a的横剖视图。

具体实施方式

以下，使用附图等对本发明的实施方式进行说明。

在本发明的径向间隙型旋转电机的说明之前，对以往的径向间隙型旋转电机的结构进行说明。图12a是示出以往的径向间隙型马达(内转子型)的结构的示意图，图12b是图12a的横剖视图。如图12a以及图12b所示，径向间隙型马达200具有通常的圆筒形状。定子铁心(定子芯)11配置于在外侧部分设置有散热翅片的壳体10的轴向中心部。

在定子铁心11的插槽部分装配有在齿部分绕线的定子线圈12，具备永磁铁13以及转子铁心(磁性体芯)14的转子借助轴承18能够旋转地保持于该定子的内侧。轴承18被设置于壳体的轴向两端的端部托架19保持，并进行转子的轴向、以及重力方向的保持。旋转轴(轴)17安装于转子的中心，并贯穿前侧的端部托架19的孔而构成输出轴。

如图12b所示，在轴17的周围配置有转子铁心14，在转子铁心14的表面配置有永磁铁13。图12b图示了8极结构，成为n极磁铁13(n)与s极磁铁13(s)交替配置的结构。

定子铁心由软磁性材料构成，通常利用电磁钢板，并通过冲压模具冲裁、层叠而构成。非晶体金属是相比电磁钢板损失大幅度地减小而能够有助于马达的高效率化的材料，但如上所述硬度非常高，因此难以通过冲压来冲裁并层叠图示那样的插槽型的马达芯。因此，难以将非晶体金属适用于具有图12a以及图12b所示的结构的旋转电机。

图13a是示出以往的径向间隙型马达(外转子型)的结构的示意图，图13b是图13a的横剖视图。如图13a以及图13b所示，在旋转电机300中，定子铁心11通过压入、或者热装等设置于壳体兼轴承保持架10的外侧。在壳体中保持有两个轴承18，而能够旋转地保持与转子铁心结合的轴。构成为在定子铁心11施加绕线12以使定子成为电磁铁。对于转子，在杯状的芯的内侧配置有永磁铁13。在图13a以及13b中图示了8极结构，成为n极磁铁13(n)与s极磁铁13(s)交替地配置的结构。

定子铁心由软磁性材料构成，通常利用电磁钢板，并通过冲压模具冲裁、层叠而构成。非晶体金属是相比电磁钢板损失大幅度地减小而能够有助于马达的高效率化的材料，但如上述那样硬度非常高，因此难以通过冲压来冲裁并层叠图示那样的插槽型的马达芯。因此，难以将非晶体金属适用于具有图13a以及图13b所示的结构的旋转电机。

[径向间隙型旋转电机]

接着，对本发明的径向间隙型旋转电机进行说明。本发明的径向间隙型旋转电机具有能够适用非晶体金属的结构。图1a是示出本发明的径向间隙型旋转电机的第一例的立体图，图1b是图1a的纵剖视图。如图1a以及图1b所示，径向间隙型旋转电机100具有在一端有开口部的杯形状的定子101和覆盖该定子101的开口部的杯形状的转子102。

旋转轴(轴)37通过轴承38保持为能够旋转。转子102相对于定子101具有空隙(间隙)，并且具有能够绕旋转轴37旋转的结构。以下，对定子101以及转子102的结构进行详细叙述。

图2a是示出图1a的定子101的立体图，图2b是图2a的纵剖视图。如图2a以及图2b所示，定子101具有保持图1b所示的轴承38的轴承保持部26、圆环形状的定子铁心25、以及保持定子铁心25的定子基座20。如图2b所示，轴承保持部26通过轴承保持板27而固定于作为定子的框体的定子基座20。定子铁心25具有由梯形形状的非晶体金属箔带片的层叠体构成的齿1，该梯形形状的非晶体金属箔带片由非晶体金属箔带形成。需要说明的是，定子铁心25的下端部设为与定子的框体(定子基座20)通过树脂而一体化的结构。

图3a是更加详细地示出图2a的定子铁心25的立体图，图3b是将图3a的齿构件50放大的示意图。如图3a所示，定子铁心25是齿构件50呈圆环状地排列有多个(在图3a中为48个)且通过树脂模固定的结构。定子铁心25通过树脂模固定于图2a以及2b所示的定子基座20。需要说明的是，定子基座20也可以与树脂模一体化。

如图3b所示，齿构件50具有由堆叠多张梯形形状的非晶体金属箔带片而成的层叠体构成的齿1、保持齿1的树脂制的线轴3、以及卷绕于树脂制的线轴(树脂线轴)3的线圈导体4。换句话说，如图3a以及图3b所示，成为在配置的多个的树脂制的线轴3之间保持有线圈导体4的结构。在图3b中，线圈导体4以集中卷绕而卷绕8圈，但也可以是分布卷绕、细线的多圈卷绕。也可以通过在树脂线轴3的表面设置突起301等，使得能够进行相邻的齿构件50彼此的定位。通过这样的结构，能够提高各齿构件50的周向的位置精度。

图4a是示意性示出齿1的上表面的图。另外，图4b以及图4c是示意性示出齿1以及树脂制的线轴3的立体图。如图4a～图4c所示，齿1具有层叠多张非晶体金属箔带片而成的层叠体插入树脂线轴3并通过层叠体的层积厚度方向的摩擦来保持的结构。换句话说，由于通过在金属箔带中使用非晶体并将其一张一张层叠而产生的金属箔带片的层叠表面间的摩擦，各金属箔带片间不易偏移，即使不特别地使用粘接剂等，也能够保持。因而，构成为多张非晶体金属箔带片不会散乱。例如，能够将厚度0.025mm的非晶体金属箔带片沿旋转轴向层叠1200张、且设为高度的层叠体作为齿1来使用。

如图4a所示，构成齿1的非晶体金属箔带片的一对底边(长边1a和短边1b)平行，且长边与短边之间的一对边(脚部1c)所成的角度θ具有将定子铁心的一周360°除以定子铁心的插槽数而得到的角度。例如，若将插槽数设为48，则θ＝360°÷48＝7.5°。

如图4c所示，非晶体金属箔带片的前端也可以具有从树脂线轴伸出的结构。通过这样的结构，伸出的部分由树脂模覆盖，能够将构成层叠体的非晶体金属箔带片可靠地固定。

对于非晶体金属的材料没有特别限定，但例如优选使用日立金属株式会社制的metglas2605hb1m(组成：fe-si-b)、metglas2605sa1(组成：fe-si-b)、metglas2605s3a(组成：fe-si-b-cr)以及metglas2705m(组成：co-fe-ni-si-b-mo)。上述的“metglas”是日立金属株式会社的集团公司即metglasincorporated的注册商标。

图5a以及图5b是示出构成本发明的径向间隙型旋转电机的转子102的立体图，图5c是图5a的纵剖视图。图5a是观察具有杯形状的转子铁心31的内侧而得到的图，图5b是观察具有杯形状的转子铁心31的外侧而得到的图。

如图5a所示，转子铁心31具有内周侧的转子铁心31a和外周侧的转子铁心31b。内周侧的转子铁心31a和外周侧的转子铁心31b在两者之间具有间隙，并分别具有能够绕旋转轴37旋转的结构。具有这样的结构的旋转电机也被称为“双间隙型”。

在具有杯形状的转子102的内侧设置有用于保持内周侧的转子铁心31a的环状保持构件32。在该环状保持构件32装配有在内周侧的转子铁心31a设置的软磁性体21以及永磁铁(转子磁铁)22。另外，在环状保持构件32的外侧装配有在外周侧的转子铁心31b设置的软磁性体24以及永磁铁(转子磁铁)23。并且，成为在杯状的转子102的中央部配置旋转轴37的结构。各个构件能够以使用螺丝等的紧固连结、粘接、焊接、根据部分不同也可采用压入、热装等方法来固定。另外，配置于转子102的软磁性体21、24也可以是电磁钢板等的层叠体，但由于是直流励磁源的轭铁，因此也可以是轴等的铁块。

图6是示出本发明的径向间隙型旋转电机的第一例的俯视图。将上述的定子101以及转子102组合而形成图8的结构。转子102的永磁铁22的外侧具有与定子101之间具有间隙g1并且能够旋转的结构。另外，转子102的永磁铁23的内侧具有与定子101之间具有间隙g2并且能够旋转的结构。

以往，存在将非晶体金属适用于两转子型轴向间隙马达的技术，但该两转子型轴向间隙马达是间隙沿轴向对置的结构，因此在组装单侧转子的情况下产生非常大的轴向吸附力。在组装第二片转子后，吸附力平衡，但由于间隙尺寸的误差等而产生在单侧残留吸附力的情形。另外，成为难以在对间隙同等地控制的同时进行组装的结构。另外，成为转子的直径变大、难以对装配于该转子的磁铁的离心力进行保持的结构。

在图6所示的本发明的径向间隙型旋转电机中，永磁铁22、23预先构成为转子，因此在组装时，定子的内侧和外侧间隙g1、g2同时被组装，从而能够无需在意在上述的轴向间隙型马达的情况下成为课题的吸附力而进行组装。

图7是示出本发明的径向间隙型旋转电机的第二例的俯视图。图7示出了内转子型的结构。即，通过不在图6的外周侧的转子设置永磁铁，由此成为内转子型的结构。通过使外周侧转子铁心(外周侧转子)独立于内周侧转子铁心(内周侧转子)，并消除外周侧转子与齿的间隙而使外周侧转子铁心与定子铁心成为一体，由此能够构成内周侧转子铁心(内周侧转子)相对于外周侧转子铁心与定子铁心的一体化构件旋转的内转子马达。

图8是示出本发明的径向间隙型旋转电机的第三例的俯视图。图8与图7相反，通过不在图6的内周侧的转子设置永磁铁，而成为外转子型的结构。通过使内周侧转子铁心(内周侧转子)独立于外周侧转子铁心(外周侧转子)，并消除内周侧转子与齿的间隙而使内周侧转子铁心与定子铁心成为一体，由此能够构成外周侧转子铁心(外周侧转子)相对于内周侧转子铁心与定子铁心的一体化构件旋转的外转子马达。

图9是示出本发明的径向间隙型旋转电机的第四例的俯视图。图9是ipm(interiorpermanentmagnetmotor：内置永磁马达)结构。在此前说明的例子中，永磁铁设置于转子的表面，但也可以设为在电磁钢板的内部将长方体的永磁铁(埋入磁铁60)插入配置于埋入磁铁保持构件61的埋入磁铁型马达。埋入磁铁60可以是单体，也可以分割设置为多个。另外，在此以内转子型为对象进行了图示，但也可以构成外转子型的埋入磁铁型马达，也可以实施两个转子均为埋入磁铁型这样的结构。

[旋转电机用齿的制造装置以及制造方法]

接下来，对能够高效地制造上述的梯形形状的非晶体金属箔带片的层叠体的装置以及方法进行说明。图10a是示意性示出对带状的非晶体金属的材料片(非晶体材料膜)进行切断的装置的一例的立体图，图10b是图10a的俯视图。如图10a所示，切断装置120具有将非晶体金属箔带的材料片121送出的运送辊122、将非晶体金属箔带的材料片121切断的切断台123、将非晶体金属箔带的材料片121切断为梯形形状的切断刀(上刀124a以及下刀124b)、支承上刀124a的上板125、以及支承切断台123的基座板126。

非晶体金属箔带的材料片121通过运送辊122以等间距向切断台123供给。送出至切断台123的非晶体金属箔带的材料片由上刀124a以及下刀124b剪切切断脚部，成为非晶体金属箔带片而依次连续地层叠于基座板126之上，从而制造层叠体1。根据这样的方式，切断刀为简单的形状，因此不仅向模具的安装拆下容易，而且低价且易于进行再研磨等的维护。因此，相对于由非晶体金属的硬度、薄度而带来的制造上的不利能够充分地抑制制造成本而高效地生产。

但是，若通过一组切断刀而切断为一样，则形成平行四边形的非晶体金属箔带片。于是，在本发明的制造装置和方法中，如图10b的实线和虚线所示，分别准备两组角度不同的上刀124a以及下刀124b这样一对切断刀(切断一方的脚部的刀和切断另一方的脚部的刀)，使上下的切断刀同步且按组交替地使用。通过向图10a的箭头a方向(与非晶体金属箔带的材料片垂直的方向)和图10b的箭头b方向(非晶体金属箔带的材料片的宽度方向)移动，能够一边赋予角度一边进行连续的切断。因而，仅通过以一对脚部所成的角度成为θ的方式进行切断，就能够连续地形成梯形形状的非晶体金属箔片。

图11是示意性示出非晶体金属箔带的材料片121的俯视图。根据上述的制造装置，示出了仅通过将图11的虚线所示的脚部1c切断，就能够将非晶体金属箔带的材料片121形成为梯形形状，并形成一张一张的非晶体金属箔带片。

另外，也可以使用机械式的凸轮等来移动切断台123而赋予角度并将非晶体箔带切断。并且，即使是用运送辊122间歇运送非晶体金属箔带、并与间歇运送动作同步地通过电动滑块使上刀124a以及下刀124b动作的方法，也能够期待充分的生产速度。切断的速度可期待200spm左右，并且通过供给多张重叠的非晶体箔带的材料片121，能够以可期待商业性效果的制造速度进行生产。

层叠于基座板126的层叠体1在通过构成层叠体1的非晶体金属箔带片的张数管理、或者重量管理等方法以成为规定的轴向长度(高度)的方式管理并排列后，插入树脂制的线轴，由此能够完成齿块。

以上，如所说明的那样，证实了根据本发明能够提供可实现较高的效率、并且使用了生产性优异的非晶体金属的径向间隙型旋转电机、其制造方法、旋转电机用齿片的制造装置、旋转电机用齿构件的制造方法。

需要说明的是，本发明并不限定于上述的实施例，而包含各种变形例。例如，上述的实施例是为了易于理解本发明地进行说明而详细说明的实施例，并不一定局限于具备所说明的全部的结构。另外，可以将某实施例的结构的一部分置换为其他实施例的结构，也可以向某实施例的结构添加其他实施例的结构。另外，可以对各实施例的结构的一部分进行其他结构的追加、削除、置换。

附图标记说明

10…壳体，11…定子铁心，12…定子线圈，13…永磁铁，14…转子铁心，15…框体，17、37…轴，18…轴承，19…端部托架，100…径向间隙型旋转电机，101…定子，102…转子，1..·齿(非晶体金属箔带片的层叠体)，3…树脂制线轴，4…线圈导体，20…定子基座，21、24…软磁性体，22、23…永磁铁，25…定子铁心，26…轴承保持部，27…轴承保持板，31…转子铁心，31a…内周侧转子铁心，31b…外周侧转子铁心，32…环状保持构件，37…旋转轴(轴)，38…轴承，50…齿构件，60…埋入磁铁，61…埋入磁铁保持构件，120…切断装置，121…非晶体金属箔带的材料片，122…运送辊，123…切断台，124a…上刀，124b…下刀，125…上板，126…基座板，130…非晶体金属箔带，301…突起。