DE112022003168T5

DE112022003168T5 - Statorkern, Stator, sich drehende Elektromaschine und Verfahren zur Herstellung eines Statorkerns

Info

Publication number: DE112022003168T5
Application number: DE112022003168.9T
Authority: DE
Inventors: Tatsuya Saito; Tomoyuki Ueno
Original assignee: Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2021-06-21
Filing date: 2022-04-15
Publication date: 2024-05-29
Also published as: WO2022270135A1; CN117378125A; US20240235283A1; JPWO2022270135A1

Abstract

Statorkern, der so konfiguriert ist, dass er in einer sich drehenden Elektromaschine mit Axialspalt verwendet werden kann, wobei der Statorkern eine Umfangsfläche von jedem der Vielzahl von Zähnen, eine erste Stirnfläche von jedem der Vielzahl von Zähnen, mindestens eine zweite Stirnfläche, die eine den ersten Stirnflächen gegenüberliegende Fläche ist, aufweist, wobei jeder der Vielzahl von Zähnen aus einem Staubkern gebildet ist, wobei der Staubkern mehrere beschichtete Teilchen enthält, wobei jedes der mehreren beschichteten Teilchen ein Metallteilchen und eine elektrisch isolierende Beschichtung enthält, wobei jede der ersten Stirnflächen erste Bereiche, die aus Querschnitten der Metallteilchen gebildet sind, und zweite Bereiche, die aus den elektrisch isolierenden Beschichtungen zwischen den ersten Bereichen gebildet sind, aufweist, wobei jede der Umfangsflächen aus einem Oxid hergestellt ist, das ein Bestandselement eines weichmagnetischen Materials enthält, wobei eine durchschnittliche Dicke des Oxids in jeder der Umfangsflächen 10 µm oder weniger beträgt, eine Differenz zwischen einem Höchstwert und einem Mindestwert einer ersten Höhe 0.02 mm oder weniger beträgt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Statorkern, einen Stator, eine sich drehende Elektromaschine und ein Verfahren zur Herstellung eines Statorkerns. Diese Anmeldung beansprucht Priorität der am 21. Juni 2021 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2021- 102 187 , wobei der gesamte Inhalt der japanischen Patentanmeldung hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Stand der Technik
Die PTL 1 offenbart eine elektrische Axialspalt-Drehmaschine. Eine elektrische Axialspalt-Drehmaschine umfasst einen Rotor und einen Stator. Der Rotor und der Stator sind in axialer Richtung des Rotors einander gegenüberliegend angeordnet. Der Stator enthält einen Statorkern und eine Vielzahl von Spulen.
Der Statorkern umfasst ein Joch und eine Vielzahl von Zähnen. Das Joch ist ein Element mit einer ringförmigen, plattenartigen Form. Jeder Zahn ist ein säulenförmiges Element, das in der axialen Richtung des Jochs vorsteht. Jeder Zahn ist in der Umfangsrichtung des Jochs voneinander beabstandet. Jede Spule ist an jedem Zahn angeordnet.
Der Statorkern besteht aus einem Staubkern, in dem das Joch und die Zähne einstückig ausgebildet sind. Der Staubkern besteht aus einer Vielzahl beschichteter Teilchen, die unter Druck geformt werden. Das beschichtete Teilchen umfasst ein Metallteilchen aus einem weichmagnetischen Material und eine elektrisch isolierende Beschichtung, die das Metallteilchen abdeckt.
Zitationsliste
Patentliteratur
PTL 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. 2017- 229 191
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Statorkern der vorliegenden Erfindung ist ein Statorkern, der so konfiguriert ist, dass er in einer sich drehenden Elektromaschine mit Axialspalt verwendet werden kann, wobei der Statorkern eine Vielzahl von Zähnen mit säulenartiger Form aufweist, die an einem Umfang angeordnet sind. Der Statorkern weist eine Umfangsfläche an jedem der Vielzahl von Zähnen, eine erste Stirnfläche an jedem der Vielzahl von Zähnen und mindestens eine zweite Stirnfläche, die eine den ersten Stirnflächen gegenüberliegende Fläche ist, auf. Jeder der Vielzahl von Zähnen ist aus einem Staubkern gebildet. Der Staubkern enthält eine Vielzahl von beschichteten Teilchen. Jedes der mehreren beschichteten Teilchen umfasst ein Metallteilchen aus einem weichmagnetischen Material und eine elektrisch isolierende Beschichtung, die das Metallteilchen abdeckt. Jede der ersten Stirnflächen hat erste Bereiche, die aus Querschnitten der Metallteilchen gebildet sind, und zweite Bereiche, die aus den elektrisch isolierenden Beschichtungen zwischen den ersten Bereichen gebildet sind. Jede der Umfangsflächen ist aus einem Oxid gebildet, das ein Bestandselement des weichmagnetischen Materials enthält. Die durchschnittliche Dicke des Oxids in jeder der Umfangsflächen beträgt 10 µm oder weniger. Wenn die Längen zwischen jeder der ersten Stirnflächen und der zweiten Stirnfläche als eine Vielzahl von ersten Höhen definiert sind, beträgt die Differenz zwischen einem Höchstwert und einem Mindestwert der Vielzahl von ersten Höhen 0,02 mm oder weniger.
Ein Stator der vorliegenden Erfindung ist ein Stator einer sich drehenden Elektromaschine mit Axialspalt und umfasst den Statorkern der vorliegenden Erfindung und Spulen, die an jedem der vielen Zähne angeordnet sind.
Eine sich drehende Elektromaschine gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine sich drehende Elektromaschine mit Axialspalt, die den Stator der vorliegenden Erfindung enthält.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Statorkerns gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst das Bilden eines Pulverpresslings durch Verdichten einer Vielzahl beschichteter Teilchen, das Wärmebehandeln des Pulverpresslings und das Schleifen des wärmebehandelten Pulverpresslings. Jedes der mehreren beschichteten Teilchen enthält ein Metallteilchen aus einem weichmagnetischen Material und eine elektrisch isolierende Beschichtung, die das Metallteilchen abdeckt. Der Pulverpressling enthält eine Vielzahl von säulenförmigen Zähnen, die an einem Umfang angeordnet sind. Jeder der Vielzahl von Zähnen hat eine Umfangsfläche und eine erste Stirnfläche. Bei der Verdichtung wird ein Druck von 500 MPa oder mehr ausgeübt. Die Wärmebehandlung wird bei einer Temperatur von 350°C bis 800°C in einer oxidierenden Atmosphäre durchgeführt. Die Sauerstoffkonzentration in der oxidierenden Atmosphäre beträgt 20.000 ppm oder weniger, bezogen auf das Volumenverhältnis. Das Schleifen erfolgt an der ersten Stirnfläche jedes der Vielzahl von Zähnen des wärmebehandelten Pulverpresslings und wird nicht an der Umfangsfläche jedes der Vielzahl von Zähnen durchgeführt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die ein Beispiel für einen Statorkern gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
2 ist eine II-II-Querschnittansicht eines Staubkerns von 1.
3 ist eine schematische Querschnittansicht, die die nahe Umgebung einer ersten Stirnfläche eines Zahns zeigt, der gemäß der ersten Ausführungsform im Statorkern enthalten ist.
4 ist eine schematische Querschnittansicht, die die nahe Umgebung einer Umfangsfläche des Zahns zeigt, der gemäß der ersten Ausführungsform im Statorkern enthalten ist.
5 ist eine schematische Querschnittansicht, die ein Beispiel für einen Pulverpressling zeigt, der in einem Schritt A in einem Verfahren zur Herstellung eines Statorkems gemäß der ersten Ausführungsform gebildet wird.
6 ist eine schematische Querschnittansicht, die ein Beispiel für einen wärmebehandelten Körper zeigt, der in einem Schritt B des Verfahrens zur Herstellung eines Statorkerns gemäß der ersten Ausführungsform gebildet wird.
7 ist eine erläuternde Ansicht, die ein Beispiel für einen Schritt C in dem Verfahren zur Herstellung des Statorkerns gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
8 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die ein Beispiel für einen Statorkern gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
9 ist eine IX-IX-Querschnittansicht eines Staubkerns von 8.
10 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die ein Beispiel für einen Stator gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt.
11 ist eine schematische Querschnittansicht eines Beispiels einer sich drehenden Elektromaschine gemäß einer vierten Ausführungsform.
12 ist eine schematische Querschnittansicht eines Beispiels einer sich drehenden Elektromaschine gemäß einer fünften Ausführungsform.
13 ist eine schematische Querschnittansicht, die einen Zustand zeigt, in dem Abschnitte, in denen Metallteilchen miteinander verbunden sind, in der Nähe einer ersten Stirnfläche eines Zahns in einem Statorkern ausgebildet sind.

Ausführliche Beschreibung
[Durch die vorliegende Erfindung zu lösende Probleme]
Es ist wünschenswert einen Statorkern zu entwickeln, mit dem eine sich drehende Elektromaschine mit Axialspalt gebildet werden kann, die geräuscharm, vibrationsarm und verlustarm ist.
Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Statorkern und einen Stator bereitzustellen, die in der Lage sind, eine sich drehende Elektromaschine mit Axialspalt zu bilden, die geräuscharm, vibrationsarm und verlustarm ist. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine sich drehende Elektromaschine mit Axialspalt bereitzustellen, die geräuscharm, vibrationsarm und verlustarm ist. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Statorkems bereitzustellen, das in der Lage ist, einen Statorkern herzustellen, der eine sich drehende Elektromaschine mit Axialspalt bilden kann, die geräuscharm, vibrationsarm und verlustarm ist.
[Vorteilhafte Auswirkungen der vorliegenden Erfindung]
Der Statorkern der vorliegenden Erfindung und der Stator der vorliegenden Erfindung können eine sich drehende Elektromaschine mit Axialspalt bilden, die geräuscharm, vibrationsarm und verlustarm ist.
Die sich drehende Elektromaschine der vorliegenden Erfindung ist geräuscharm, vibrationsarm und verlustarm.
Das Verfahren zur Herstellung eines Statorkems gemäß der vorliegenden Erfindung kann einen Statorkern herstellen, der eine sich drehende Elektromaschine mit Axialspalt bilden kann, die geräuscharm, vibrationsarm und verlustarm ist.
«Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung»
Die Erfinder haben die Ursachen für die Zunahme von Geräuschen und Vibrationen und die Ursachen für die Zunahme von Verlusten in einer sich drehenden Elektromaschine mit Axialspalt untersucht. Als Ergebnis wurde das Folgende herausgefunden.
Ein aus einem Staubkern gebildeter Statorkern wird durch Verdichten einer Vielzahl beschichteter Teilchen wie zuvor beschrieben hergestellt. In dem verdichteten Statorkern ist die Höhe zwischen einer unteren Fläche eines Jochs und einer Stirnfläche jedes Zahns möglicherweise nicht gleichmäßig. Wenn die Differenz zwischen einem Höchstwert und einem Mindestwert der Höhe groß ist, ist in der sich drehenden Elektromaschine mit Axialspalt die Differenz zwischen einer maximalen Länge und einer minimalen Länge eines Spalts zwischen einem Rotor und der Stirnfläche jedes Zahns groß. Wenn der Unterschied zwischen der maximalen Länge und der minimalen Länge des Spalts groß ist, verstärken sich die Geräusche und Vibrationen der sich drehenden Elektromaschine.
Wenn die Stirnfläche jedes Zahns geschliffen wird, um die Differenz zwischen dem Höchstwert und dem Mindestwert der Höhe zu verringern, wird eine elektrisch isolierende Beschichtung der beschichteten Teilchen in der Nähe der Stirnfläche beschädigt. Durch das Schleifen bewegen sich die Metallteilchen der beschichteten Teilchen in der Nähe der Stirnfläche. Die aufgrund der Beschädigung der elektrisch isolierenden Beschichtung freiliegenden Metallteilchen können durch die Bewegung mit benachbarten freiliegenden Metallteilchen verbunden werden. Wenn die Metallteilchen miteinander verbunden sind, erhöht sich der Verlust durch einen Anstieg der Wirbelstromverluste.
Als Ergebnis intensiver Studien über ein Verfahren zur Herstellung eines Statorkerns haben die Erfinder die folgenden Erkenntnisse gewonnen. Durch die Durchführung von Schritten in einer bestimmten Reihenfolge der Wärmebehandlung eines Pulverpresslings, der durch Verdichten einer Vielzahl beschichteter Teilchen unter bestimmten Bedingungen gebildet wurde, und anschließendes Schleifen ist es möglich, die Anzahl der Abschnitte zu verringern, in denen Metallteilchen miteinander verbunden sind, wie zuvor beschrieben.
Die vorliegende Erfindung beruht auf den obigen Erkenntnissen. Zunächst werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aufgeführt und erläutert.
(1) Ein Statorkern gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Statorkern, der konfiguriert ist, um in einer sich drehende Elektromaschine mit Axialspalt verwendet zu werden, wobei der Statorkern eine Vielzahl von Zähnen mit säulenartiger Form aufweist, die an einem Umfang angeordnet sind. Der Statorkern weist eine Umfangsfläche jedes der Vielzahl von Zähnen, eine erste Stirnfläche jedes der Vielzahl von Zähnen und mindestens eine zweite Stirnfläche, die eine der ersten Stirnfläche gegenüberliegende Fläche ist. Jeder der Vielzahl von Zähnen ist aus einem Staubkern gebildet. Der Staubkern enthält eine Vielzahl beschichteter Teilchen. Jedes der mehreren beschichteten Teilchen enthält ein Metallteilchen aus einem weichmagnetischen Material und eine elektrisch isolierende Beschichtung, die das Metallteilchen abdeckt. Jede der ersten Stirnflächen umfasst erste Bereiche, die aus Querschnitten der Metallteilchen gebildet sind, und zweite Bereiche, die aus den elektrisch isolierenden Beschichtungen zwischen den ersten Bereichen gebildet sind. Jede der Umfangsflächen ist aus einem Oxid gebildet, das einen Bestandteil des weichmagnetischen Materials enthält. Die durchschnittliche Dicke des Oxids in jeder der Umfangsflächen beträgt 10 µm oder weniger. Wenn die Längen zwischen jeder der ersten Stirnflächen und der zweiten Stirnfläche als eine Vielzahl von ersten Höhen definiert sind, beträgt die Differenz zwischen einem Höchstwert und einem Mindestwert der Vielzahl von ersten Höhen 0,02 mm oder weniger.
Der Statorkern kann eine sich drehende Elektromaschine mit Axialspalt bilden, die geringe Verluste aufweist. In jeder ersten Stirnfläche sind benachbarte Metallteilchen nicht miteinander verbunden. In dem Statorkern mit der ersten Stirnfläche wird bei der Konstruktion der sich drehenden Elektromaschine ein Wirbelstromverlust, der durch die miteinander verbundenen Metallteilchen verursacht wird, auf einfache Weise reduziert. Darüber hinaus wird in dem Staubkern, in dem die durchschnittliche Dicke des Oxids in der Umfangsfläche 10 µm oder weniger beträgt, ein Anstieg der Hystereseverluste auf einfache Weise unterdrückt, wenn die sich drehende Elektromaschine gebaut wird. Das liegt daran, dass bei einer durchschnittlichen Dicke des Oxids in der Umfangsfläche von 10 µm oder weniger die Menge des Oxids, die den Hystereseverlust erhöht, gering ist. Daher kann der Statorkern den Verlust der sich drehenden Elektromaschine auf einfache Weise reduzieren.
Der Statorkern ist einfach zu bilden, um eine sich drehende Elektromaschine mit Axialspalt zusammenzufügen, die geräuscharm und vibrationsarm ist. Dies liegt daran, dass in dem Statorkern, der eine Differenz von 0,02 mm oder weniger aufweist, wenn die sich drehende Elektromaschine gebaut wird, die Spalten zwischen der ersten Stirnfläche jedes Zahns und den Magneten, die im Rotor vorgesehen sind, leicht vereinheitlicht werden können. Die sich drehende Elektromaschine mit dem einheitlichen Spalt kann die Drehmomentwelligkeit auf einfache Weise reduzieren. Die sich drehende Elektromaschine mit einer kleinen Drehmomentwelligkeit kann Geräusche und Vibrationen auf einfache Weise reduzieren. Daher kann der Statorkern Geräusche und Vibrationen der sich drehenden Elektromaschine auf einfache Weise reduzieren.
(2) Der Statorkern gemäß (1) kann ferner ein Joch mit plattenartiger Ringform umfassen. Das Joch kann eine Innenumfangsfläche, eine Außenumfangsfläche, eine obere Fläche, die mit der Innenumfangsfläche, der Außenumfangsfläche und den Umfangsflächen der Vielzahl von Zähnen verbunden ist, und eine untere Fläche, die mit der Innenumfangsfläche und der Außenumfangsfläche verbunden ist, aufweisen. Die untere Fläche kann die zweite Stirnfläche sein. Das Joch kann aus dem Staubkern gebildet sein, der einstückig mit der Vielzahl der Zähne ausgebildet ist.
Der Statorkern ist geeignet, die Verluste einer sich drehenden Einzelrotor-Doppelstator-Elektromaschine oder einer sich drehenden Einzelrotor-Einzelstator-Elektromaschine unter den sich drehenden Elektromaschinen mit Axialspalt zu reduzieren.
(3) In dem Statorkern gemäß (1) oder (2) kann eine Parallelität zwischen die erste Stirnfläche und die zweite Stirnfläche jedes der Vielzahl von Zähnen 0,02 mm oder weniger betragen.
Der Statorkern ist einfach zu bilden, um eine sich drehende Elektromaschine mit Axialspalt zu bauen, die wenig Geräusche und Vibrationen verursacht. Dies liegt daran, dass in dem Statorkern, der eine Parallelität von 0,02 mm oder weniger aufweist, wenn die sich drehende Elektromaschine mit Axialspalt gebildet wird, die Spalten zwischen der ersten Stirnfläche jedes Zahns und dem Magneten des Rotors leicht gleichmäßig ausgebildet werden können.
(4) In dem Statorkem gemäß einem der obigen Punkte (1) bis (3) kann eine relative Dichte des Staubkerns 90 % oder mehr betragen.
Der Staubkern mit einer relativen Dichte von 90 % oder mehr verbessert leicht magnetische Eigenschaften wie die Sättigungsmagnetflussdichte. Der Staubkern mit einer relativen Dichte von 90 % oder mehr kann leicht mechanische Eigenschaften wie die Festigkeit verbessern.
(5) In dem Statorkern gemäß einem der obigen Punkte (1) bis (4) kann die erste Stirnfläche jedes der Vielzahl von Zähnen einen dritten Bereich zwischen den zweiten Bereichen aufweisen, wobei der dritte Bereich aus dem Oxid gebildet ist, das das Bestandselement des weichmagnetischen Materials enthält. Die durchschnittliche Tiefe jedes der dritten Bereiche kann 100 µm oder mehr betragen.
Da die erste Stirnfläche des Statorkerns den dritten Bereich aufweist, ist es einfacher zu verhindern, dass benachbarte Metallteilchen miteinander verbunden werden. Da die durchschnittliche Tiefe des dritten Bereichs 100 µm oder mehr beträgt, ist es besonders einfach zu verhindern, dass benachbarte Metallteilchen miteinander verbunden werden. Daher kann der Statorkern den Wirbelstromverlust bei der Konstruktion der sich drehenden Elektromaschine auf einfache Weise reduzieren.
(6) In dem Statorkern gemäß einem der obigen Punkte (1) bis (5) können die Metallteilchen aus reinem Eisen oder einer Legierung auf Eisenbasis hergestellt sein. Die Eisenbasislegierung kann eine Legierung auf Fe-Si-Basis, eine Legierung auf Fe-Al-Basis oder eine Legierung auf Fe-Si-AI-Basis sein.
Die Metallteilchen aus reinem Eisen haben eine hohe Sättigungsmagnetflussdichte. Daher ist es wahrscheinlich, dass der Staubkern mit Metallteilchen aus reinem Eisen die Sättigungsmagnetflussdichte verbessert. Darüber hinaus haben die Metallteilchen aus reinem Eisen eine ausgezeichnete Formbarkeit. Daher ist es wahrscheinlich, dass der Staubkern mit Metallteilchen aus reinem Eisen die relative Dichte erhöht.
Die Metallteilchen aus einer Legierung auf Eisenbasis können Eisenverluste wie Wirbelstromverluste auf einfache Weise reduzieren. Daher kann der Staubkern mit den Metallteilchen aus der Eisenlegierung den Verlust auf einfache Weise reduzieren.
(7) Ein Stator gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Stator einer sich drehenden Elektromaschine mit Axialspalt, wobei der Stator den Statorkern gemäß einem der vorstehenden Punkte (1) bis (6) und an jedem der Vielzahl von Zähnen angeordnete Spulen aufweist.
Da der Stator den Statorkern enthält, kann eine sich drehende Elektromaschine mit Axialspalt mit geringem Geräusch, geringer Vibration und geringem Verlust gebildet werden.
(8) Eine sich drehende Elektromaschine gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine sich drehende Elektromaschine mit Axialspalt, die den Stator gemäß den obigen Ausführungen (7) enthält.
Da die sich drehende Elektromaschine den Stator enthält, sind die Geräusche und Vibration gering und die Verluste niedrig.
(9) Verfahren zur Herstellung eines Statorkerns gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Bildung eines Pulverpresslings durch Verdichtung einer Vielzahl von beschichteten Teilchen, die Wärmebehandlung des Pulverpresslings und das Schleifen des wärmebehandelten Pulverpresslings. Jedes der mehreren beschichteten Teilchen enthält ein Metallteilchen aus einem weichmagnetischen Material und eine elektrisch isolierende Beschichtung, die das Metallteilchen abdeckt. Der Pulverpressling enthält eine Vielzahl von säulenförmigen Zähnen, die an einem Umfang angeordnet sind. Jeder der Vielzahl von Zähnen umfasst eine Umfangsfläche und eine erste Stirnfläche. Bei der Verdichtung wird ein Druck von 500 MPa oder mehr ausgeübt. Die Wärmebehandlung wird bei einer Temperatur von 350°C bis 800°C in einer oxidierenden Atmosphäre durchgeführt. Die Sauerstoffkonzentration in der oxidierenden Atmosphäre beträgt 20.000 ppm oder weniger, bezogen auf das Volumenverhältnis. Das Schleifen wird an der ersten Stirnfläche jedes der Vielzahl von Zähnen in dem wärmebehandelten Pulverpressling durchgeführt und nicht an der Umfangsfläche jedes der Vielzahl von Zähnen.
Das Verfahren zur Herstellung eines Statorkerns kann einen Staubkern herstellen, der in der Lage ist, eine sich drehende Elektromaschine mit Axialspalt mit geringen Verlusten zu bauen. Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Staubkerns wird ein unter bestimmten Bedingungen wärmebehandelter Pulverpressling geschliffen. Ein Oxid, das ein Bestandselement der Metallteilchen enthält, wird in der ersten Stirnfläche und der Umfangsfläche des Pulverpresslings durch Wärmebehandlung unter bestimmten Bedingungen gebildet. Durch Schleifen nach der Wärmebehandlung wird die Umgebung der ersten Stirnfläche des Pulverpresslings geschliffen. Es wird davon ausgegangen, dass eine Belastung durch Gleiten während des Schleifens durch das Oxid auf einfache Weise unterdrückt wird. Daher kann verhindert werden, dass benachbarte Metallteilchen miteinander verbunden werden. Die Umfangsfläche des Pulverpresslings wird durch das Schleifen nach der Wärmebehandlung nicht geschliffen. Das heißt, mit dem Verfahren zur Herstellung eines Staubkerns kann der zuvor beschriebene Staubkern hergestellt werden. Wenn die Sauerstoffkonzentration 20.000 ppm oder weniger beträgt, wird ein Anstieg des Hystereseverlustes aufgrund von Oxidation auf einfache Weise unterdrückt.
(10) Gemäß einem Aspekt des Verfahrens zur Herstellung eines Statorkerns gemäß obigem Punkt (9) kann die Sauerstoffkonzentration in der oxidierenden Atmosphäre 500 ppm oder mehr betragen, bezogen auf das Volumenverhältnis.
Wenn die Sauerstoffkonzentration 500 ppm oder mehr beträgt, ist es einfach, den Statorkern mit der zuvor beschriebenen ersten Stirnfläche und Umfangsfläche herzustellen.
(11) Gemäß einem Aspekt des Verfahrens zur Herstellung eines Statorkerns gemäß obigem Punkt (9) oder (10) kann das Schleifen ein Planschleifen sein.
Der Statorkern mit der zuvor beschriebenen ersten Stirnfläche lässt sich leicht durch Planschleifen herstellen.
<<Details der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung>>
In der folgenden Beschreibung werden die Einzelheiten der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargelegt. Die gleichen Bezugszeichen in den Zeichnungen bezeichnen die gleichen Komponenten.
<<Erste Ausführungsform>>
[Statorkern]
Ein Statorkem 1 gemäß der ersten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 7 beschrieben. Wie in 1 gezeigt, umfasst der Statorkern 1 der Ausführungsform ein Joch 3 mit einer plattenartigen Ringform und eine Vielzahl von Zähnen 2 mit säulenartiger Form. Das Joch 3 und die Vielzahl von Zähnen 2 sind aus einem einstückig geformten Staubkern gebildet. Der Staubkern ist ein Aggregat aus einer Vielzahl beschichteter Teilchen 100, die in den 3 und 4 dargestellt sind. Jedes beschichtete Teilchen 100 ist aus einem Metallteilchen 101 und einer elektrisch isolierenden Beschichtung 102 gebildet. Die elektrisch isolierende Beschichtung 102 deckt die Metallteilchen 101 ab. Eines der Merkmale des Statorkerns 1 gemäß der Ausführungsform ist die Erfüllung der folgenden Anforderungen (a) und (b).

(a) Der Statorkern 1 hat eine in 4 gezeigte bestimmte Umfangsfläche 21, eine in 3 gezeigte bestimmte erste Stirnfläche 22 und eine zweite Stirnfläche 12, die eine der ersten Stirnfläche 22 gegenüberliegende Fläche ist.
(b) Die Differenz zwischen einem Höchstwert und einem Mindestwert einer ersten Höhe H1 des in 2 dargestellten Statorkerns 1 liegt in einem bestimmten Bereich.

[Joch]
Wie in 1 dargestellt, koppelt das Joch 3 benachbarte Zähne 2 magnetisch an die in Umfangsrichtung des Jochs 3 angeordneten Zähne 2. Die Form des Jochs 3 ist eine plattenartige Ringform. Das Joch 3 hat eine Innenumfangsfläche 30i, eine Außenumfangsfläche 30e, eine ebene obere Fläche 31 und eine ebene untere Fläche 32. Die obere Fläche 31 ist mit der Innenumfangsfläche 30i, der Außenumfangsfläche 30e und den Umfangsflächen 21 der später beschriebenen Zähne 2 verbunden. Die untere Fläche 32 ist mit der Innenumfangsfläche 30i und der Außenumfangsfläche 30e verbunden. Die untere Fläche 32 ist die zweite Stirnfläche 12 des Statorkems 1. Der hier verwendete Begriff „oben“ und „unten“ bedeutet, dass von den beiden einander zugewandten Flächen des Jochs 3 die Fläche mit den Zähnen 2 als obere Fläche und die Fläche ohne die Zähne 2 als untere Fläche bezeichnet wird. Wie später unter Bezugnahme auf 11 beschrieben wird, ist bei der Konstruktion einer sich drehenden Elektromaschine 9 unter Verwendung des Statorkerns 1 der Begriff „oben“ und „unten“ nicht unbedingt mit dem Begriff „oben“ und „unten“ der sich drehenden Elektromaschine 9 identisch. Das Joch 3 weist in seiner Mitte ein Wellenloch 39 auf, das durch die obere Fläche 31 und die untere Fläche 32 verläuft.
Die obere Fläche 31 ist nicht geschliffen, wie in dem später beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines Statorkerns gezeigt. Die nicht geschliffene obere Fläche 31 besteht aus einem geschichteten Oxid 211a, ähnlich wie die Umfangsfläche 21, die später unter Bezugnahme auf 4 beschrieben wird. Die untere Fläche 32 kann geschliffen werden, wie in dem später beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines Statorkerns gezeigt, oder sie kann ähnlich wie die obere Fläche 31 nicht geschliffen werden. Wenn das Schleifen durchgeführt wird, wird der Unterschied zwischen einem Höchstwert und einem Mindestwert der ersten Höhen H1, die später mit Bezug auf 2 beschrieben werden, klein. Die geschliffene untere Fläche 32 hat die gleiche Konfiguration wie die erste Stirnfläche 22, die weiter unten unter Bezugnahme auf 3 beschrieben wird. Die geschliffene untere Fläche 32 ist mit einer Schleifspur versehen. Die Schleifspuren auf der untere Fläche 32 ähneln den Schleifspuren 25 in 1. Die Schleifspuren 25 werden später beschrieben. Wie später unter Bezugnahme auf 11 beschrieben wird, kommt die untere Fläche 32 mit der Innenfläche eines in 11 gezeigten Gehäuses 92 in Berührung, wenn die sich drehende Elektromaschine 9 unter Verwendung des Statorkerns 1 der Ausführungsform gebaut wird.
[Zahn]
Beim Bau eines Stators 8, der später unter Bezugnahme auf 10 beschrieben wird, ist der Zahn 2 mit einer Spule 80 ausgebildet. Die Anzahl der Zähne 2 ist eine Vielzahl. Die bestimmte Anzahl der Zähne 2 kann entsprechend gewählt werden. 1 zeigt den Statorkern 1 mit sechs Zähnen 2.
Eine Vielzahl von Zähnen 2 sind an einem Umfang angeordnet, wie in 1 gezeigt. Jeder Zahn 2 ist in vorbestimmten Abständen in der Umfangsrichtung des Jochs 3 angeordnet. In dieser Ausführungsform ist jeder Zahn 2 in gleichen Abständen in der Umfangsrichtung des Jochs 3 angeordnet. Jeder Zahn 2 ist mit der oberen Fläche 31 verbunden. Jeder Zahn 2 und jedes Joch 3 der Ausführungsform ist aus einem einstückig ausgebildeten Staubkern gebildet. Zwischen dem Joch 3 und jedem Zahn 2 wird kein magnetischer Spalt erzeugt, so dass der magnetische Fluss in zufriedenstellender Weise von jedem Zahn 2 zum Joch 3 fließt.
Jeder Zahn 2 hat die gleiche Form und Größe. Die Form jedes Zahns 2 ist quadratisch säulenförmig oder kreisförmig säulenförmig. Der Begriff „quadratisch säulenförmig“ oder „kreisförmig säulenförmig“ bezieht sich auf einen polygonalen oder kreisförmigen Querschnitt entlang einer Ebene, die senkrecht zur axialen Richtung des Zahns 2 verläuft. Die axiale Richtung des Zahns 2 ist eine Richtung, die senkrecht zur unteren Fläche 32 verläuft. Die polygonale Form ist z. B. ein Dreieck oder ein Viereck. Das Dreieck ist z. B. ein gleichseitiges oder gleichschenkliges Dreieck. Das Viereck ist z. B. ein Trapez oder ein Rechteck. Die Kreisform ist z. B. ein vollkommener Kreis oder eine Ellipse. Die Vieleckform und die Kreisform umfassen nicht nur eine geometrische Rechteckform und eine geometrische Kreisform, sondern auch einen Bereich, der als im Wesentlichen rechteckige Form und als im Wesentlichen kreisförmige Form angesehen wird. Die polygonale Form umfasst z. B. eine Form mit abgerundeten Ecken. Die Querschnittsform ist in axialer Richtung des Zahns 2 gleichmäßig. Jeder der Zähne 2 kann in einer konischen Form ausgebildet sein, die sich zur Spitze hin verjüngt.
Die Ausführungsform des Zahns 2 ist trapezförmig säulenförmig. Die Querschnittsform des Zahns 2 der Ausführungsform ist trapezförmig. Die Querschnittsform des Zahns 2 der Ausführungsform ist gleichmäßig in der axialen Richtung des Zahns 2. Der Zahn 2 mit einer trapezförmigen Säulenform kann auf einfache Weise eine große Querschnittsfläche erreichen. Der Zahn 2 mit einer trapezförmigen säulenförmigen Form kann den Totraum des Statorkerns 1 auf einfache Weise reduzieren und den Stator 8 mit einem hohen Raumfaktor auf einfache Weise bilden.
Jeder Zahn 2 hat eine Umfangsfläche 21 und eine erste Stirnfläche 22. Die Umfangsfläche 21 ist eine Fläche, die den Umfang der Achse des Zahns 2 umgibt. Die Achse des Zahns 2 ist eine Achse, die parallel zur Achse des Statorkems 1 verläuft und durch den Schwerpunkt der ersten Stirnfläche 22 des Zahns 2 geht. Die Achse des Statorkerns 1 ist eine Achse, die durch die Mitte eines eingeschriebenen Kreises oder eines umschriebenen Kreises einer Vielzahl von am Umfang angeordneten Zähnen 2 verläuft. Die Achse des Statorkems 1 fällt mit der Drehwelle eines Rotors 90 zusammen, der später beschrieben wird. Die Umfangsfläche 21 ist eine Fläche, die mit der ersten Stirnfläche 22 und der oberen Fläche 31 verbunden ist. Die erste Stirnfläche 22 ist eine Fläche, die mit dem oberen Endabschnitt der Umfangsfläche 21 verbunden ist. Der obere Endabschnitt der Umfangsfläche 21 befindet sich auf der gegenüberliegenden Seite des Abschnitts, der mit der oberen Fläche 31 verbunden ist.
[Erste Stirnfläche]
Jede erste Stirnfläche 22 wird geschliffen, wie in dem unten beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines Statorkerns gezeigt. Aufgrund des Schleifens ist die Differenz zwischen einem Höchstwert und einem Mindestwert der ersten Höhen H1, die später mit Bezug auf 2 beschrieben werden, gering. Jede geschliffene erste Stirnfläche 22 weist Schleifspuren 25 auf, wie in 1 dargestellt. In 1 sind die Schleifspuren 25 auf einer ersten Stirnfläche 22 der Einfachheit halber vergrößert dargestellt. In 1 sind die Schleifspuren auf der anderen ersten Stirnfläche 22 nicht dargestellt. Die Schleifspuren 25 sind streifenförmige Unregelmäßigkeiten, die beim Schleifen entstehen. Die Linien der Schleifspuren 25 werden während des Schleifens entlang der relativen Bewegungsrichtung der ersten Stirnfläche 22 und der in 7 gezeigten Schleifmaschine 400 gebildet. Im Gegensatz zu jeder ersten Stirnfläche 22 wird die Umfangsfläche 21 nicht geschliffen.
Wie in 3 gezeigt, hat die erste Stirnfläche 22 erste Bereiche 221 und zweite Bereiche 222. Die erste Stirnfläche 22 kann außerdem dritte Bereiche 223 aufweisen.
Der erste Bereich 221 wird aus einem Querschnitt der Metallteilchen 101 gebildet. Das heißt, der erste Bereich 221 wird aus einem Bereich jedes Metallteilchens 101 gebildet, der von der elektrisch isolierenden Beschichtung 102 freigelegt ist. Betrachtet man die erste Stirnfläche 22 in der Draufsicht, so sind die ersten Bereiche 221 eine große Anzahl inselförmiger Bereiche, die in einer verteilten Weise mit Zwischenräumen dazwischen angeordnet sind.
Der zweite Bereich 222 wird aus einem Querschnitt der elektrisch isolierenden Beschichtung 102 gebildet. Der zweite Bereich 222 ist ein an den ersten Bereich 221 angrenzender Bereich zwischen den ersten Bereichen 221. Das heißt, der zweite Bereich 222 ist in Kontakt mit dem ersten Bereich 221. In der Draufsicht auf die erste Stirnfläche 22 sind die zweiten Bereiche 222 eine Vielzahl von ringförmigen Bereichen, die den Umfang jedes ersten Bereichs 221 abdecken. Die aneinander angrenzenden zweiten Bereiche 222 können miteinander in Kontakt stehen oder nicht miteinander in Kontakt stehen.
Der dritte Bereich 223 ist ein Bereich zwischen einer Vielzahl von beschichteten Teilchen 100, d.h. ein Bereich zwischen benachbarten zweiten Bereichen 222. Der dritte Bereich 223 ist an einer Stelle vorgesehen, an der benachbarte zweite Bereiche 222 nicht miteinander in Kontakt sind. Der dritte Bereich 223 endet normalerweise an einer bestimmten Stelle in Tiefenrichtung von der ersten Stirnfläche 22. Das heißt, an einer Position, die tiefer liegt als die bestimmte Position, gibt es keine dritten Bereiche 223, aber es gibt zweite Bereiche 222. In einer Draufsicht auf die erste Stirnfläche 22 ist der dritte Bereich 223 ein netzartiger Bereich, der den Umfang jedes zweiten Bereichs 222 umgibt. Der dritte Bereich 223 besteht aus einem Oxid 223a. Das Oxid 223a enthält die Bestandteile des Metallteilchens 101. Die Zusammensetzung von Oxid 223a unterscheidet sich von der Zusammensetzung der elektrisch isolierenden Beschichtung 102. Oxid 223a ist zum Beispiel ein Eisenoxid. Konkrete Eisenoxide sind Fe₂O₃ oder Fe₃O₄.
[U mfangsfläche]
Die Umfangsfläche 21 ist nicht geschliffen. Das heißt, die Umfangsfläche 21 weist keine Schleifspuren 25 auf. Im Gegensatz zur ersten Stirnfläche 22 liegen die Metallteilchen 101 auf der Umfangsfläche 21 nicht frei. Die Umfangsfläche 21 besteht aus Oxid 211 a. Das heißt, dass zwischen der Umfangsfläche 21 und dem beschichteten Teilchen 100, das der Umfangsfläche 21 am nächsten liegt, eine Oxidschicht 211a vorhanden ist. Die Zusammensetzung von Oxid 211a ist die gleiche wie die von Oxid 223a.
Der hier verwendete Begriff „gleich“ bedeutet, dass die Bestandteile des weichmagnetischen Materials gewöhnliche Oxide sind. Das Verhältnis zwischen dem Bestandselement und dem Sauerstoff kann zwischen Oxid 223a und Oxid 211a unterschiedlich sein. Das Oxid 223a wird zwischen den beschichteten Teilchen 100 in der Nähe der Umfangsfläche 21 gebildet.
Die durchschnittliche Dicke des geschichteten Oxids 211a beträgt 10 µm oder weniger. Bei einem Statorkern 1, bei dem die durchschnittliche Dicke des Oxids 211a 10 µm oder weniger beträgt, ist es einfach, einen Anstieg des Hystereseverlustes zu verhindern. Dies liegt daran, dass bei einer durchschnittlichen Dicke des Oxids 211a von 10 µm oder weniger die Menge des Oxids, die den Hystereseverlust erhöht, gering ist. Bei dem Oxid, das den Hystereseverlust erhöht, handelt es sich um ein Oxid mit einer hohen Koerzitivkraft, wie z. B. Fe₃O₄. Die durchschnittliche Dicke des Oxids 211a kann sogar 8 µm oder weniger betragen, insbesondere 6 µm oder weniger. Der untere Grenzwert für die durchschnittliche Dicke des Oxids 211a beträgt beispielsweise 0,5 µm. Wenn die durchschnittliche Dicke des Oxids 211a 0,5 µm oder mehr beträgt, ist es einfach, die elektrisch isolierende Beschichtung 102 des beschichteten Teilchens 100 in der Nähe der Umfangsfläche 21 mechanisch zu schützen. Selbst wenn die Spule 80 und die Umfangsfläche 21 bei der Konstruktion des Stators 8, die später unter Bezugnahme auf 10 beschrieben wird, miteinander in Kontakt kommen, ist es daher weniger wahrscheinlich, dass die elektrisch isolierende Beschichtung 102 beschädigt wird. Die durchschnittliche Dicke des Oxids 211a kann ferner 1,0 µm oder mehr, insbesondere 2,0 µm oder mehr betragen. Das heißt, die durchschnittliche Dicke von Oxid 211a kann 0,5 µm bis 10 µm, weiter 1,0 µm bis 8 µm, insbesondere 2,0 µm bis 6 µm betragen.
Die durchschnittliche Dicke des Oxids 211 a wird wie folgt ermittelt. Es wird ein Querschnitt orthogonal zur Umfangsfläche 21 genommen. Der Querschnitt wird mit einem optischen Mikroskop betrachtet. In dem Querschnitt werden 100 oder mehr Beobachtungsfelder aufgenommen. Jedes der Beobachtungsfelder wird so eingestellt, dass es die Umfangsfläche 21 und 5 oder mehr beschichtete Teilchen 100 in der Nähe der Umfangsfläche 21 umfasst. Die Größe jedes Beobachtungsfelds wird auf 450 µm × 450 µm festgelegt. In jedem Feld wird der kürzeste Abstand zwischen jedem beschichteten Teilchen 100 nahe der Umfangsfläche 21 und der Umfangsfläche 21 gemessen. Der Durchschnittswert aller kürzesten Längen wird als durchschnittliche Dicke des Oxids 211a definiert.
Die durchschnittliche Tiefe des Oxids 223a beträgt zum Beispiel 100 µm oder mehr. Wenn die durchschnittliche Tiefe 100 µm oder mehr beträgt, werden benachbarte Metallteilchen 101 leichter daran gehindert, miteinander verbunden zu werden. Daher kann der Statorkern 1 den Wirbelstromverlust bei der Konstruktion der sich drehenden Elektromaschine 9 auf einfache Weise reduzieren. Der obere Grenzwert für die durchschnittliche Tiefe des Oxids 223a beträgt beispielsweise 1.000 µm. Wenn die durchschnittliche Tiefe des Oxids 223a 1.000 µm oder weniger beträgt, kann ein Anstieg der Verluste unterdrückt werden. Das heißt, die durchschnittliche Tiefe von Oxid 223a beträgt 100 µm bis 1.000 µm. Die durchschnittliche Tiefe von Oxid 223a kann ferner 150 µm bis 800 µm, insbesondere 200 µm bis 600 µm betragen.
Die durchschnittliche Tiefe des Oxids 223a wird wie folgt ermittelt. Es wird ein Querschnitt orthogonal zur Umfangsfläche 21 genommen. Der Querschnitt wird mit einem optischen Mikroskop betrachtet. In dem Querschnitt werden 20 oder mehr Beobachtungsfelder aufgenommen. Jedes Beobachtungsfeld wird so eingestellt, dass die gesamte Länge des Oxids 223a in Tiefenrichtung in dem Feld enthalten ist. Die Größe jedes Beobachtungsfelds wird auf 2.000 µm × 2.000 µm festgelegt. In jedem Feld wird die Länge jedes Oxids 223a entlang der Richtung orthogonal zur Umfangsfläche 21 gemessen. Der Durchschnittswert aller gemessenen Längen wird als die durchschnittliche Tiefe des Oxids 223a definiert.
[Erste Höhe]
Der Unterschied zwischen einem Höchstwert und einem Mindestwert der in 2 gezeigten ersten Höhen H1 beträgt 0,02 mm oder weniger. Die Differenz der ersten Höhen H1 ist eine Differenz zwischen dem Höchstwert und dem Mindestwert unter einer Vielzahl von ersten Höhen H1. Jede erste Höhe H1 ist die Länge zwischen der unteren Fläche 32 und jeder ersten Stirnfläche 22. Bei einem Statorkern 1, bei dem die Differenz der ersten Höhen H1 0,02 mm oder weniger beträgt, ist es bei der Konstruktion der sich drehenden Elektromaschine 9, die später unter Bezugnahme auf 11 beschrieben wird, einfach, die Spalten b gleichmäßig zu gestalten. Jeder Spalt b ist eine Länge zwischen jeder ersten Stirnfläche 22 und einem Magneten 95 des Rotors 90. Mit diesem Statorkern 1 kann die sich drehende Elektromaschine 9 mit einer geringen Drehmomentwelligkeit leicht gebildet werden. Die sich drehende Elektromaschine 9 mit einer geringen Drehmomentwelligkeit kann Geräusche und Vibrationen auf einfache Weise reduzieren. In 11 ist der Spalt b zur besseren Veranschaulichung in übertriebener Weise dargestellt. Wenn der Unterschied zwischen den ersten Höhen H1 kleiner ist, ist es einfacher, den Spalt b gleichmäßig zu gestalten. Der Unterschied der ersten Höhen H1 kann 0,01 mm oder weniger betragen, ferner 0,008 mm oder weniger, insbesondere 0,005 mm oder weniger.
Mit einem Mikrometer wird jede erste Höhe H1 gemessen. Es wird auf jeder ersten Stirnfläche 22 eine Vielzahl von Messpunkten ausgewählt. Die Messpunkte werden auf einer Geraden festgelegt, die so gezogen wird, dass sie durch den Schwerpunkt der ersten Stirnfläche 22 und die Mitte des Jochs 3 verläuft, wenn die erste Stirnfläche 22 in Draufsicht betrachtet wird. Es werden drei oder mehr Messpunkte auf der Geraden ausgewählt. Insbesondere umfasst der Messpunkt den Schwerpunkt der ersten Stirnfläche 22, die erste Kante der ersten Stirnfläche 22 und die zweite Kante der ersten Stirnfläche 22 auf der Geraden. Die erste Kante der ersten Stirnfläche 22 ist eine Kante, die sich nahe der Mitte des Jochs 3 befindet. Die zweite Kante der ersten Stirnfläche 22 ist eine Kante, die weit von der Mitte des Jochs 3 entfernt ist. Jede erste Höhe H1 ist ein Durchschnittswert der Längen der Geraden, die die untere Fläche 32 und jeden Messpunkt unter den Geraden orthogonal zur ersten Stirnfläche 22 verbinden.
[Zweite Höhe]
Der Unterschied zwischen einem Höchstwert und einem Mindestwert der in 2 gezeigten zweiten Höhen H2 kann 0,02 mm oder weniger betragen, ähnlich wie bei den ersten Höhen H1. Die Differenz der zweiten Höhen H2 ist eine Differenz zwischen dem Höchstwert und dem Mindestwert unter einer Vielzahl von zweiten Höhen H2. Jede zweite Höhe H2 ist eine Länge zwischen der oberen Fläche 31 und jeder ersten Stirnfläche 22. Bei einem Statorkern 1, bei dem die Differenz der zweiten Höhen H2 0,02 mm oder weniger beträgt, ist es bei der Konstruktion des später unter Bezugnahme auf 10 beschriebenen Stators 8 und der später unter Bezugnahme auf 11 beschriebenen sich drehenden Elektromaschine 9 einfach, die Spulen 80 an jedem Zahn 2 in geeigneter Weise anzuordnen. Bei einem Statorkem 1, bei dem die Differenz der zweiten Höhen H2 0,02 mm oder weniger beträgt, ist es einfach, die Längen der von jedem der Zähne 2 gebildeten Magnetkreise einheitlich zu gestalten. Wenn die Differenz der zweiten Höhen H2 kleiner ist, ist es einfacher, die Spulen 80 an jedem Zahn 2 angemessen anzuordnen. Die Differenz der zweiten Höhen H2 kann 0,01 mm oder weniger betragen, ferner 0,008 mm oder weniger, insbesondere 0,005 mm oder weniger.
Jede zweite Höhe H2 ergibt sich aus „erste Höhe H1 - Dicke des Jochs 3“. Zur Messung der Dicke des Jochs 3 wird ein Mikrometer verwendet. Es wird eine Vielzahl von Messpunkten auf der oberen Fläche 31 ausgewählt. Die Messpunkte werden auf einer Geraden festgelegt, die so gezogen wird, dass sie durch den Schwerpunkt jeder ersten Stirnfläche 22 und die Mitte des Jochs 3 verläuft, wenn der Statorkern 1 in der Draufsicht betrachtet wird. Auf der Geraden werden zwei oder mehr Messpunkte ausgewählt. Die Messpunkte umfassen insbesondere eine innere Umfangskante der oberen Fläche 31 und eine äußere Umfangskante der oberen Fläche 31 auf der Geraden. Die Dicke des Jochs 3 ist ein Durchschnittswert der Längen der Geraden, die die untere Fläche 32 und jeden Messpunkt mit den Geraden orthogonal zur oberen Fläche 31 verbinden.
[Parallelität]
Die Parallelität zwischen der unteren Fläche 32 und jeder ersten Stirnfläche 22 kann 0,02 mm oder weniger betragen. Bei einem Statorkern 1, bei dem die Parallelität 0,02 mm oder weniger beträgt, ist es bei der Konstruktion der sich drehenden Elektromaschine 9, die später unter Bezugnahme auf 11 beschrieben wird, einfach, jeden der Spalte b einheitlich zu gestalten. Wenn die Parallelität kleiner ist, ist es einfacher, die Spalten b gleichmäßig auszubilden. Die Parallelität kann 0,01 mm oder weniger betragen, ferner 0,008 mm oder weniger, insbesondere 0,005 mm oder weniger.
Die oben erwähnte Parallelität wird wie folgt erreicht. Es wird ein Höhenmessgerät verwendet, das mit einer Oberflächenplatte der Klasse 0 ausgestattet ist. Der Statorkern 1 wird so auf die Messplatte gelegt, dass die ersten Stirnflächen 22 nach oben zeigen. Auf jeder ersten Stirnfläche 22 wird eine Vielzahl von Messpunkten ausgewählt. Die Messpunkte werden auf einer Geraden festgelegt, die so gezogen wird, dass sie durch den Schwerpunkt der ersten Stirnfläche 22 und die Mitte des Jochs 3 verläuft, wenn der Statorkern 1 in der Draufsicht betrachtet wird. Auf der Geraden werden drei oder mehr Messpunkte ausgewählt. Zu den Messpunkten gehören der Schwerpunkt der ersten Stirnfläche 22, die erste Kante der ersten Stirnfläche 22 und die zweite Kante der ersten Stirnfläche 22 auf der Geraden. Die Parallelität zwischen der unteren Fläche 32 und jeder ersten Stirnfläche 22 ist definiert als Differenz zwischen einem Höchstwert und einem Mindestwert der Länge einer Geraden, die die Oberflächenplatte und jeden Messpunkt unter den Geraden orthogonal zur Oberflächenplatte verbindet.
[Größe]
Die Größe des Jochs 3 und die Größe jedes Zahns 2 kann gemäß der Spezifikation der sich drehenden Elektromaschine 9 ausgewählt werden. Die Größe des Jochs 3 umfasst einen Innendurchmesser, einen Außendurchmesser, eine Dicke und dergleichen. Die Größe jedes Zahns 2 ist ein Querschnittsprodukt, eine Höhe, usw. Der Innendurchmesser des Jochs 3 beträgt z. B. 5 mm bis 150 mm. Der Außendurchmesser des Jochs 3 beträgt z. B. 30 mm bis 300 mm. Die Dicke des Jochs 3 beträgt z. B. 1,0 mm bis 10 mm, ferner 1,5 mm bis 7,0 mm. Der Innendurchmesser des Jochs 3 entspricht dem Durchmesser des Wellenlochs 39. Das Querschnittsprodukt des Zahns 2 beträgt z. B. 5 mm² bis 800 mm². Die Höhe der Zähne 2 beträgt z. B. 3 mm bis 50 mm. Dabei ist das Querschnittsprodukt des Zahns 2 eine Fläche des Querschnitts, die durch eine Ebene senkrecht zur axialen Richtung des Zahns 2 geschnitten wird. Dabei ist die Höhe jedes Zahns 2 jede zweite Höhe H2.
[Bestandsmaterial]
Der Staubkern besteht aus einem Aggregat mehrerer beschichteter Teilchen 100, wie in 3 dargestellt. Das beschichtete Teilchen 100 umfasst ein Metallteilchen 101 und eine elektrisch isolierende Beschichtung 102.
(Metalltelchen)
Das Metallteilchen 101 besteht aus einem weichmagnetischen Material. Das weichmagnetische Material kann reines Eisen oder eine Legierung auf Eisenbasis sein. Reines Eisen hat einen Reinheitsgrad von 99 % oder mehr. Das heißt, reines Eisen hat einen Eisen (Fe)-Gehalt von 99 Massen-% oder mehr. Die Metallteilchen 101 aus reinem Eisen haben eine hohe Sättigungsmagnetflussdichte. Daher ist es wahrscheinlich, dass der Staubkern mit Metallteilchen 101 aus reinem Eisen die Sättigungsmagnetflussdichte verbessert. Darüber hinaus hat das Metallteilchen 101 aus reinem Eisen eine ausgezeichnete Formbarkeit. Daher ist es wahrscheinlich, dass der Staubkern mit Metallteilchen 101 aus reinem Eisen die relative Dichte erhöht.
Die Legierung auf Eisenbasis enthält ein Zusatzelement, der Rest sind Fe und unvermeidliche Verunreinigungen. Die Legierung auf Eisenbasis enthält die größte Menge an Fe. Die Legierung auf Eisenbasis ist beispielsweise mindestens eine Legierung aus der Gruppe bestehend aus einer Legierung auf Fe-Si (Silizium)-Basis, einer Legierung auf Fe-Al (Aluminium)-Basis, einer Legierung auf Fe-Si-AI-Basis und einer Legierung auf Fe-Ni (Nickel)-Basis. Die Legierung auf Fe-Si-Basis ist z. B. Siliziumstahl. Die Legierung auf Fe-Si-Al-Basis ist z. B. Sendust. Die Legierung auf Fe-Ni-Basis ist z. B. Permalloy. Der elektrische Widerstand von Legierungen auf Eisenbasis ist größer als der von reinem Eisen. Daher kann das Metallteilchen 101 aus der Eisenbasislegierung Eisenverluste wie Wirbelstromverluste auf einfache Weise reduzieren. Daher kann der Staubkern mit den Metallteilchen 101 aus der Legierung auf Eisenbasis den Verlust auf einfache Weise reduzieren. Der Staubkern kann sowohl Metallteilchen 101 aus reinem Eisen als auch Metallteilchen 101 aus einer Legierung auf Eisenbasis enthalten.
(Elektrisch isolierende Beschichtung)
Die elektrisch isolierende Beschichtung 102 deckt das Metallteilchen 101 ab. Die elektrisch isolierende Beschichtung 102 kann Eisenverluste wie Wirbelstromverluste reduzieren. Der Staubkern mit der elektrisch isolierenden Beschichtung 102 kann Verluste auf einfache Weise reduzieren. Das Material der elektrisch isolierenden Beschichtung 102 ist zum Beispiel ein Oxid wie Phosphat, Siliziumdioxid, Magnesiumoxid und Aluminiumoxid oder ähnliches. Phosphat haftet hervorragend an den Metallteilchen 101 und lässt sich auch hervorragend verformen. Daher lässt sich die elektrisch isolierende Beschichtung 102 aus Phosphat nach der zuvor beschriebenen Verformung des Metallteilchens 101 leicht verformen und wird bei dem Schritt der Herstellung eines Pulverpresslings in dem später beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines Statorkerns mit geringerer Wahrscheinlichkeit beschädigt. Daher kann ein solcher Staubkern den Verlust auf einfache Weise reduzieren.
Die durchschnittliche Dicke der elektrisch isolierenden Beschichtung 102 beträgt z. B. 10 nm bis 1000 nm. Eine elektrisch isolierende Beschichtung 102 von 10 nm oder mehr isoliert leicht benachbarte Metallteilchen 101 voneinander. Eine elektrisch isolierende Beschichtung 102 von 1000 nm oder weniger kann die relative Dichte des Staubkerns leicht erhöhen. Die durchschnittliche Dicke der elektrisch isolierenden Beschichtung beträgt ferner 20 nm bis 700 nm, insbesondere 30 nm bis 500 nm.
Die mittlere Dicke der elektrisch isolierenden Beschichtung 102 wird wie folgt bestimmt. Es wird der Querschnitt des Statorkerns 1 genommen. Der Querschnitt wird mit einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) betrachtet, und das beobachtete Bild wird analysiert, um den Querschnitt zu bestimmen. Im Querschnitt werden 20 oder mehr Beobachtungsfelder aufgenommen. Die Vergrößerung jedes Beobachtungsfeldes wird auf das 50.000- bis 300.000-fache eingestellt. Der Durchschnittswert der Dicke jedes Beobachtungsfeldes wird verwendet, um den Durchschnittswert aller Beobachtungsfelder zu erhalten, und der Durchschnittswert aller Beobachtungsfelder wird als die durchschnittliche Dicke der elektrisch isolierenden Beschichtung 102 festgelegt.
[Relative Dichte]
Die relative Dichte des Staubkerns kann 90 % oder mehr betragen. Der Staubkern mit einer relativen Dichte von 90 % oder mehr verbessert leicht die Sättigungsmagnetflussdichte. Der Staubkern mit einer relativen Dichte von 90 % oder mehr kann die mechanischen Eigenschaften wie die Festigkeit leicht verbessern. Die relative Dichte kann 93% oder mehr, oder sogar 95% oder mehr betragen. Die relative Dichte kann 99 % oder weniger betragen.
„Relative Dichte des Staubkerns“ bezieht sich auf das Verhältnis (%) der tatsächlichen Dichte des Staubkerns zur Reindichte des Staubkerns. Das heißt, die relative Dichte des Staubkerns ergibt sich aus [(tatsächliche Dichte des Staubkerns/Reindichte des Staubkerns) × 100]. Die tatsächliche Dichte des Staubkerns kann durch Eintauchen des Staubkerns in Öl, um den Staubkern mit Öl zu imprägnieren, und durch Berechnung von [ölimprägnierte Dichte × (Masse des Staubkerns vor der Ölimprägnierung/Masse des Staubkerns nach der Ölimprägnierung)] ermittelt werden. Die ölimprägnierte Dichte ist (Masse des Staubkerns nach der Imprägnierung/Volumen des Staubkerns nach der Imprägnierung). Das heißt, die tatsächliche Dichte des Staubkerns lässt sich durch (Masse des Staubkerns vor der Ölimprägnierung/Volumen des Staubkerns nach der Ölimprägnierung) ermitteln. Das Volumen des Staubkerns nach der Imprägnierung kann in der Regel durch eine Flüssigkeitsverdrängungsmethode gemessen werden. Die Reindichte des Staubkerns ist eine theoretische Dichte unter der Annahme, dass der Staubkern keine Hohlräume aufweist.
[Verfahren zur Herstellung eines Statorkems]
Der Statorkern 1 gemäß der Ausführungsform kann durch ein Verfahren zur Herstellung eines Statorkerns hergestellt werden, das die folgenden Schritte A bis C umfasst: In Schritt A wird ein Pulverpressling gebildet. In Schritt B wird ein wärmebehandelter Körper durch Wärmebehandlung des Pulverpresslings gebildet. Im Schritt C wird eine bestimmte Oberfläche des wärmebehandelten Körpers geschliffen.
[Schritt A]
Der Pulverpressling kann durch Verdichten von Rohmaterialpulver hergestellt werden.
Das Rohmaterialpulver enthält eine Vielzahl beschichteter Teilchen. Das beschichtete Teilchen umfasst das Metallteilchen und die elektrisch isolierende Beschichtung. Die Materialien der Metallteilchen und der elektrisch isolierenden Beschichtung sind wie zuvor beschrieben. Bei den beschichteten Teilchen im Rohmaterialstadium ist im Wesentlichen die gesamte Oberfläche der Metallteilchen von der elektrisch isolierenden Beschichtung abgedeckt. Das Rohmaterialpulver kann zusätzlich zu den beschichteten Teilchen ein Bindemittel und ein Schmiermittel enthalten. Das Schmiermittel kann auf die Innenumfangsfläche der Matrize aufgetragen werden, die später beschrieben wird.
Der durchschnittliche Teilchendurchmesser der Metallteilchen beträgt beispielsweise 20 µm bis 350 µm. Die Metallteilchen mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser innerhalb des oben genannten Bereichs sind leicht zu verarbeiten und kompakt. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser des weichmagnetischen Pulvers beträgt ferner 40 µm bis 300 µm, insbesondere 40 µm bis 250 µm. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser der Metallteilchen wird mit einer Vorrichtung zur Messung des Teilchendurchmessers bzw. der Teilchengrößenverteilung durch Laserbeugung bzw. Streuung gemessen und ist definiert als ein Teilchendurchmesser, bei dem die kumulative Masse 50 % der Masse aller Teilchen beträgt.
Zum Verdichten des Rohmaterialpulvers kann eine Pressformmaschine oder ähnliches verwendet werden. Die Pressformmaschine umfasst eine Matrize, einen Kernstab, einen oberen Stempel und einen unteren Stempel. Die Matrize, der Kernstab und der untere Stempel bilden einen Hohlraum, in den das Rohmaterialpulver eingefüllt wird. In der Pressformmaschine erfolgt die Formgebung beispielsweise durch einen oberen Stempel und einen unteren Stempel, so dass sich das Joch oben und die Zähne unten befinden. Die Innenumfangsfläche der Matrize bildet die Außenumfangsfläche des Jochs. Die Außenumfangsfläche des Kernstabs bildet die Innenumfangsfläche des Jochs. Der untere Stempel hat einen ersten unteren Stempel und eine Vielzahl von zweiten unteren Stempeln. Die Form des ersten unteren Stempels ist zylindrisch. Der erste untere Stempel hat ein erstes Loch und eine Vielzahl von zweiten Löchern. In dem ersten Loch befindet sich ein Kernstab. Die zweiten unteren Stempel sind in jedem zweiten Loch vorgesehen. Die Stirnfläche des ersten unteren Stempels bildet die obere Fläche des Jochs. Die Innenumfangsflächen der zweiten Löcher des ersten unteren Stempels bilden die Umfangsflächen der einzelnen Zähne. Die Form jedes zweiten unteren Stempels ist säulenförmig. Die Stirnfläche jedes zweiten unteren Stempels bildet die erste Stirnfläche jedes Zahns. Der obere Stempel bildet die untere Fläche des Jochs. Das Rohmaterialpulver wird durch eine Pulverzufuhrvorrichtung in die Kavität eingefüllt. Der obere Stempel und der untere Stempel verdichten das in die Kavität eingefüllte Rohmaterialpulver.
Eine typische Pulverzufuhrvorrichtung bewegt sich linear über der Matrize hin und her, um das Pulver in die Kavität zu füllen. Bei dieser Pulverzufuhrvorrichtung ist die Menge an Rohmaterialpulver, die in einen Abschnitt der Matrize gefüllt wird, in dem die Pulverzufuhr beginnt, wahrscheinlich größer als die Menge an Rohmaterialpulver, die in einen Abschnitt gefüllt wird, in dem die Pulverzufuhrvorrichtung zurückkehrt.
Es wird ein Pulverpressling mit einem Joch mit einer Ringplattenform und Zähnen mit säulenartiger Form gebildet. Das Rohmaterialpulver im Hohlraum wird verdichtet, um den Pulverpressling zu bilden. Die Höhe zwischen der ersten Stirnfläche des Zahns und der unteren Fläche des Jochs, die in einem Abschnitt gebildet wird, in dem die Pulverzufuhr beginnt, ist wahrscheinlich größer als die Höhe zwischen der ersten Stirnfläche des Zahns und der unteren Fläche des Jochs, die in einem Abschnitt gebildet wird, in dem die Pulverzufuhrvorrichtung zurückkehrt.
Ein solcher Pulverpressling ist in 5 dargestellt. Ein Pulverpressling 200 aus 5 zeigt ein Beispiel, bei dem die Höhe zwischen der unteren Fläche 32 des Jochs 3 und der ersten Stirnfläche 22 des rechten Zahns 2 größer ist als die Höhe zwischen der unteren Fläche 32 des Jochs 3 und der ersten Stirnfläche 22 des linken Zahns 2. Wie in 5 gezeigt, kann eine Differenz a zwischen der rechten ersten Stirnfläche 22 und der linken ersten Stirnfläche 22 auftreten.
Der Verdichtungsdruck beträgt z.B. 500 MPa oder mehr. Wenn der Verdichtungsdruck 500 MPa oder mehr beträgt, kann ein Staubkern mit einer hohen relativen Dichte hergestellt werden. Der Verdichtungsdruck beträgt z. B. 2.000 MPa oder weniger. Wenn der Verdichtungsdruck 2.000 MPa oder weniger beträgt, wird die elektrisch isolierende Beschichtung der beschichteten Teilchen weniger wahrscheinlich beschädigt. Der Druck während der Verdichtung beträgt ferner 700 MPa bis 1.800 MPa, insbesondere 800 MPa bis 1.500 MPa.
[Schritt B]
Der wärmebehandelte Körper kann durch Wärmebehandlung des Pulverpresslings gebildet werden. Die Temperatur der Wärmebehandlung beträgt z.B. 350°C bis 800°C. Die Haltezeit der Wärmebehandlung beträgt beispielsweise 5 Minuten bis 60 Minuten. Die Atmosphäre bei der Wärmebehandlung ist eine oxidierende Atmosphäre.
Wenn die Temperatur der Wärmebehandlung in der oxidierenden Atmosphäre 350°C oder mehr beträgt und die Haltezeit 5 Minuten oder mehr beträgt, wird das Oxid 223a, wie in 3 gezeigt, zwischen den beschichteten Teilchen in der Nähe der Oberfläche des Pulverpresslings gebildet, und das Oxid 211a, wie in 4 gezeigt, wird auf der gesamten Oberfläche des Pulverpresslings gebildet. Insbesondere wird davon ausgegangen, dass sich das Oxid 223a von der Oberfläche des Pulverpresslings bis zu einer bestimmten Tiefe bildet. Die Tiefe ist die Länge entlang einer Richtung, die senkrecht zur Oberfläche des Pulverpresslings verläuft. Die vorbestimmte Tiefe beträgt z. B. 0,1 mm oder mehr. Die vordefinierte Tiefe beträgt ferner 0,15 mm oder mehr, insbesondere 0,2 mm oder mehr. Die Obergrenze der vorbestimmten Tiefe liegt beispielsweise bei 1,0 mm. Mit anderen Worten, beträgt die vorgegebene Tiefe 0,1 mm bis 1,0 mm, ferner 0,15 mm bis 0,8 mm, insbesondere 0,2 mm bis 0,6 mm. Wenn die Temperatur der Wärmebehandlung in der oxidierenden Atmosphäre 800°C oder weniger und die Haltezeit 60 Minuten oder weniger beträgt, kann verhindert werden, dass die elektrisch isolierende Beschichtung der beschichteten Teilchen durch die Wärmebehandlung zerstört wird. Somit kann ein Anstieg der Wirbelstromverluste verhindert werden. Die Temperatur beträgt weiterhin 400°C bis 750°C, insbesondere 450°C bis 700°C. Die Haltezeit beträgt weiterhin 10 Minuten bis 45 Minuten, insbesondere 15 Minuten bis 30 Minuten.
Die Sauerstoffkonzentration in der oxidierenden Atmosphäre kann 20.000 ppm oder weniger betragen. Die Sauerstoffkonzentration wird als Volumenanteil ausgedrückt,
Wenn die Sauerstoffkonzentration 20.000 ppm oder weniger beträgt, lässt sich ein Anstieg des Hystereseverlustes durch Oxidation leicht verhindern. Die Sauerstoffkonzentration kann 500 ppm oder mehr betragen. Bei einer Sauerstoffkonzentration von 500 ppm oder mehr werden die zuvor beschriebenen Oxide 223a und 211a leicht gebildet. Die Sauerstoffkonzentration beträgt ferner 700 ppm bis 10.000 ppm, 1.000 ppm bis 7.500 ppm und insbesondere 2.000 ppm bis 5.000 ppm.
6 zeigt einen wärmebehandelten Körper 250. Der wärmebehandelte Körper 250 von 6 wird durch Wärmebehandlung des in 5 gezeigten Pulverpresslings 200 gebildet. In dem wärmebehandelten Körper 250 der 6 bleibt die unter Bezugnahme auf 5 beschriebene Differenz a erhalten. Das in 4 gezeigte Oxid 211a ist auf der gesamten Oberfläche des wärmebehandelten Körpers 250 vorhanden. Das in 4 gezeigte Oxid 223a befindet sich zwischen den beschichteten Teilchen 100 in der Nähe der gesamten Oberfläche des wärmebehandelten Körpers 250.
[Schritt C]
Das Schleifen erfolgt z. B. mit der Schleifmaschine 400, wie in 7 dargestellt. Das Schleifen kann als Planschleifen erfolgen. Beim Planschleifen wird eine ebene erste Stirnfläche 22 gebildet, wie in 3 beschrieben.
Wie in 7 gezeigt, wird der wärmebehandelte Körper 250, wie in 6 beschrieben, geschliffen. Der zu schleifende Abschnitt ist zumindest die erste Stirnfläche 22 jedes Zahns 2. Durch das Schleifen kann die Differenz zwischen einem Höchstwert und einem Mindestwert der ersten Höhen H1 leichter auf 0,02 mm oder weniger eingestellt werden. Das Schleifen kann auch an der unteren Fläche 32 des Jochs 3 durchgeführt werden. Wenn die untere Fläche 32 des Jochs 3 geschliffen wird, lässt sich die Differenz der ersten Höhen H1 leichter auf 0,02 mm oder weniger einstellen. Die Umfangsfläche 21 und die obere Fläche 31 werden nicht geschliffen.
Beim Schleifen kann der Endabschnitt jedes Zahns 2 nahe der Umfangsfläche 21 befestigt werden. Der Endabschnitt jedes Zahns 2 wird z.B. mit einem plattenförmigen Element 300 befestigt, wie in 7 gezeigt.
Das plattenförmige Element 300 enthält eine Vielzahl von Durchgangslöchern 310. Jedes Durchgangsloch 310 ist ein Loch, in das der Endabschnitt eines jeden Zahns 2 eingeführt werden kann. Die Anzahl der Durchgangslöcher 310 entspricht der Anzahl der Zähne 2. Die Lochform des Durchgangslochs 310 ähnelt der Form der Zähne 2. Die Größe des Durchgangslochs 310 kann in angemessener Weise so gewählt werden, dass der Endabschnitt der Zähne 2 darin eingesetzt werden kann und ein Spalt mit der Umfangsfläche 21 in einem Zustand, in dem der Endabschnitt der Zähne 2 darin eingesetzt ist, sehr klein ist. Jedes Durchgangsloch 310 hat die gleiche Form und Größe.
Jedes Durchgangsloch 310 passt in jeden Zahn 2. Die Innenumfangsfläche jedes Durchgangslochs 310 hält die Umfangsfläche 21 in der Nähe der ersten Stirnfläche 22 des Zahns 2. Das Schleifen wird im gehaltenen Zustand durchgeführt. Die Fixierung des plattenförmigen Elements 300 erfolgt durch Schleifen, so dass die Differenz zwischen dem Höchstwert und dem Mindestwert der in 2 dargestellten ersten Höhen H1 0,02 mm oder weniger beträgt. 7 zeigt den freiliegenden Bereich des plattenförmigen Elements 300 in jedem Zahn 2 in übertriebener Weise, um die Erklärung zu erleichtern. Durch die Fixierung der Umgebung der ersten Stirnfläche 22 jedes Zahns 2 mit dem plattenförmigen Element 300 kann verhindert werden, dass die Umgebung der Kantenlinie zwischen der ersten Stirnfläche 22 und der Umfangsfläche 21 jedes Zahns 2 durch Schleifen abplatzt.
Wie zuvor beschrieben, ist die Höhe zwischen der ersten Stirnfläche 22 und der unteren Fläche 32 des Statorkerns, die an einer Position gebildet wird, an der die Pulverzufuhr gestartet wird, wahrscheinlich größer als die Höhe zwischen der ersten Stirnfläche 22 und der unteren Fläche 32 des Statorkerns, die an der Position gebildet wird, an der die Pulverzufuhrvorrichtung umdreht. In 5 ist beispielsweise die Höhe des rechten Zahns 2 am größten, und die Höhe nimmt zum linken Zahn 2 hin allmählich ab. Aufgrund dieses Höhenunterschieds ist das Bearbeitungsvolumen der Zähne 2 am größten bei dem Zahn 2, der sich an der Position befindet, an der die Pulverzufuhr gestartet wird. Der Bearbeitungsgrad des Zahns 2 nimmt in Richtung des Zahns 2 ab, der sich an der Stelle befindet, an der die Pulverzufuhrvorrichtung umkehrt. Beim Schleifen kann das plattenförmige Element 300 auch zusammen geschliffen werden.
Der erste Bereich 221 und der zweite Bereich 222, die in 3 beschrieben sind, und die Schleifspur 25, die in 1 beschrieben ist, werden auf der geschliffenen ersten Stirnfläche 22 gebildet. Das heißt, das auf der ersten Stirnfläche 22 gebildete Oxid, die elektrisch isolierende Beschichtung 102 in der Nähe der ersten Stirnfläche 22 und die Metallteilchen 101 werden durch Schleifen entfernt. Das zwischen den beschichteten Teilchen 100 in der Nähe der ersten Stirnfläche 22 durch die Wärmebehandlung gebildete Oxid 223a reduziert die plastische Bewegung (Fluss) der Metallteilchen 101 in der Nähe der ersten Stirnfläche 22 aufgrund des Schleifens. Durch die Verringerung der plastischen Bewegung ist es möglich, die Anzahl der Abschnitte zu reduzieren, in denen benachbarte Metallteilchen 101 miteinander verbunden sind.
Das unter Bezugnahme auf 4 beschriebene Oxid 211a wird ferner auf der Umfangsfläche 21 gebildet.
Wenn die untere Fläche 32 des Jochs 3 geschliffen ist, hat die untere Fläche 32 eine ähnliche Konfiguration wie die erste Stimfläche 22, obwohl sie nicht dargestellt ist.
Der Statorkern 1 der Ausführungsform ist einfach zu bilden, um eine sich drehende Elektromaschine 9 mit geringem Verlust zu bauen. In der ersten Stirnfläche 22 jedes Zahns 2 sind benachbarte Metallteilchen 101 nicht miteinander verbunden. Insbesondere wenn die erste Stirnfläche 22 einen dritten Bereich 223 aufweist, wird der Abstand zwischen benachbarten ersten Bereichen 221 durch den dritten Bereich 223 aufrechterhalten. Daher kann der Statorkern 1 die Wirbelstromverluste bei der Konstruktion der sich drehenden Elektromaschine 9 auf einfache Weise reduzieren. Darüber hinaus beträgt die durchschnittliche Dicke des geschichteten Oxids 211a an der Umfangsfläche 21 jedes Zahns 2 10 µm oder weniger. Daher kann der Statorkem 1 die Hystereseverluste bei der Konstruktion der sich drehenden Elektromaschine 9 auf einfache Weise reduzieren. Daher kann der Statorkern 1 den Verlust der sich drehenden Elektromaschine 9 leicht verringern.
Der Statorkern 1 gemäß der Ausführungsform ist eine einfach zu bildende sich drehende Elektromaschine 9 mit geringer Geräuschentwicklung und Vibration. Die Gründe dafür sind die folgenden. Bei einem Statorkern 1, bei dem die Differenz zwischen dem Höchstwert und dem Mindestwert der ersten Höhe H1 0,02 mm oder weniger beträgt, kann bei der Konstruktion der in 11 gezeigten sich drehenden Elektromaschine 9 jeder Spalt b leicht gleichförmig ausgebildet werden. Die sich drehende Elektromaschine 9, bei der der Spalt b gleichmäßig ist, kann die Drehmomentwelligkeit auf einfache Weise reduzieren. Die sich drehende Elektromaschine 9 mit einer geringen Drehmomentwelligkeit hat eine geringe Geräuschentwicklung und Vibration. Daher kann der Statorkem 1 die Geräusche und Vibrationen der sich drehenden Elektromaschine 9 auf einfache Weise reduzieren.
In dem Verfahren zur Herstellung eines Statorkerns der Ausführungsform kann der Statorkern 1 gemäß der Ausführungsform durch die Schritte in einer bestimmten Reihenfolge ausgehend von der Wärmebehandlung unter bestimmten Bedingungen und anschließendem Schleifen hergestellt werden. Das Oxid 211a wird auf der gesamten Oberfläche des Pulverpresslings 200 durch die Wärmebehandlung unter bestimmten Bedingungen gebildet. Darüber hinaus kann das Oxid 223a zwischen den beschichteten Teilchen 100 in der Nähe der Oberfläche des Pulverpresslings 200 gebildet werden. Durch Schleifen nach der Wärmebehandlung wird die Umgebung der ersten Stirnfläche 22 des wärmebehandelten Körpers 250 geschliffen. Es wird davon ausgegangen, dass das Oxid 211a die Unterdrückung der Belastung durch Gleiten während des Schleifens erleichtert, als in dem Fall, in dem das Oxid 211a nicht vorhanden ist. Daher wird, selbst wenn die elektrisch isolierende Beschichtung 102 in der Nähe der ersten Stirnfläche 22 durch das Schleifen beschädigt wird, der mit dem Schleifen einhergehende plastische Fluss der Metallteilchen 101 verringert. Insbesondere wenn das Oxid 223a zwischen den beschichteten Teilchen 100 gebildet wird, wird die plastische Bewegung (Fluss) der Metallteilchen 101 in der Nähe der ersten Stirnfläche 22 aufgrund des Schleifens leicht durch das Oxid 223a reduziert. Selbst wenn die elektrisch isolierende Beschichtung 102, die die Metallteilchen 101 in der Nähe der ersten Stirnfläche 22 bedeckt, beschädigt wird und die Metallteilchen 101 von der elektrisch isolierenden Beschichtung 102 freigelegt werden, kann daher verhindert werden, dass benachbarte Metallteilchen 101 miteinander verbunden werden. Außerdem ist die Umfangsfläche 21 des wärmebehandelten Körpers 250 nicht geschliffen. Daher behält das Oxid 211a der Umfangsfläche 21 die Oberflächentextur unmittelbar nach der Wärmebehandlung auch nach dem Schleifen bei. Durch das Schleifen der ersten Stirnfläche 22 kann die Differenz zwischen dem Höchstwert und dem Mindestwert der ersten Höhen H1 verringert werden. Daher kann das Verfahren zur Herstellung eines Statorkems gemäß der Ausführungsform einen Statorkern 1 herstellen, der eine erste Stirnfläche 22 und eine Umfangsfläche 21 aufweist und bei dem die Differenz zwischen dem Höchstwert und dem Mindestwert der ersten Höhen H1 0,02 mm oder weniger beträgt. Das heißt, gemäß der Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Statorkems ist es möglich, einen Statorkern 1 herzustellen, der in der Lage ist, eine sich drehende Elektromaschine mit Axialspalt mit geringer Geräuschentwicklung, geringer Vibration und geringem Verlust zu bilden.
«Zweite Ausführungsform»
[Statorkern]
Der Statorkern 1 gemäß der zweiten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die 8 und 9 beschrieben. Der Statorkern 1 gemäß der Ausführungsform unterscheidet sich von dem Statorkem 1 der ersten Ausführungsform dadurch, dass der Statorkem 1 kein Joch 3, sondern eine Vielzahl von Zähnen 2 aufweist. Die folgende Beschreibung konzentriert sich auf die Unterschiede zur ersten Ausführungsform. Auf die Beschreibung der gleichen Konfiguration wie bei der ersten Ausführungsform wird verzichtet.
Jeder Zahn 2 umfasst eine Umfangsfläche 21, eine erste Stirnfläche 22 und eine zweite Stirnfläche 23. Die erste Stirnfläche 22 ist mit dem ersten Endabschnitt der Umfangsfläche 21 verbunden. Die zweite Stirnfläche 23 ist mit dem zweiten Endabschnitt der Umfangsfläche 21 verbunden. Die Umfangsfläche 21 und die erste Stirnfläche 22 sind die gleichen wie bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform. Die zweite Stirnfläche 23 kann die gleiche Konfiguration wie die erste Stirnfläche 22 oder die gleiche Konfiguration wie die Umfangsfläche 21 haben. Wenn sie geschliffen ist, haben die erste Stirnfläche 22 und die zweite Stirnfläche 23 die gleiche Konfiguration. Wenn sie nicht geschliffen ist, haben die Umfangsfläche 21 und die zweite Stirnfläche 23 die gleiche Form. Die erste Höhe H1 der Ausführungsform ist die Länge zwischen der ersten Stirnfläche 22 und der zweiten Stirnfläche 23, wie in 9 gezeigt. Auch bei dieser Ausführungsform beträgt die Differenz zwischen dem Höchstwert und dem Mindestwert der ersten Höhe H1 0,02 mm oder weniger. Bei einem Statorkem 1, bei dem die Differenz der ersten Höhen H1 0,02 mm oder weniger beträgt, kann bei der Konstruktion der sich drehenden Elektromaschine 9, die später unter Bezugnahme auf 12 beschrieben wird, jeder Spalt b leicht einheitlich gestaltet werden. Der bevorzugte Bereich der Differenz der ersten Höhen H1 ist wie oben beschrieben.
Mit dem Statorkern 1 gemäß der Ausführungsform ist es einfach, eine sich drehende Elektromaschine 9 mit geringer Drehmomentwelligkeit zu bauen. Die sich drehende Elektromaschine 9 mit einer kleinen Drehmomentwelligkeit kann Geräusche und Vibrationen auf einfache Weise reduzieren.
«Dritte Ausführungsform»
[Stator]
Der Stator 8 der dritten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 10 beschrieben. Der Stator 8 der Ausführungsform umfasst den Statorkern 1 der Ausführungsform 1 und eine Vielzahl von Spulen 80. Im Gegensatz zur Ausführungsform kann der Stator 8 den Statorkern 1 der zweiten Ausführungsform und eine Vielzahl von Spulen 80 umfassen. Jede Spule 80 ist am Außenumfang jedes Zahns 2 angeordnet. Der Stator 8 wird in einer sich drehenden Elektromaschine mit Axialspalt verwendet.
Jede Spule 80 umfasst einen rohrförmigen Abschnitt. Der rohrförmige Abschnitt wird durch spiralförmiges Aufwickeln eines Drahtes gebildet. Die Spule 80 der Ausführungsform ist eine trapezförmige, rohrförmige, hochkant gewickelte Spule. Die Wicklung besteht aus einem beschichteten Flachdraht. In 8 ist der Einfachheit halber nur der zylindrische Abschnitt dargestellt, und die beiden Endabschnitte der Wicklung sind nicht gezeigt.
Der Stator 8 der Ausführungsform umfasst den Statorkern 1 gemäß Ausführungsform 1. Durch die Verwendung von Stator 8 kann eine sich drehende Elektromaschine mit Axialspalt und geringem Verlust erhalten werden. Durch die Verwendung von Stator 8 kann eine sich drehende Elektromaschine mit Axialspalt mit einer geringen Drehmomentwelligkeit erhalten werden. Durch die Verwendung von Stator 8 kann eine sich drehende Elektromaschine mit Axialspalt und geringer Geräuschentwicklung und Vibrationen erhalten werden.
«Vierte Ausführungsform»
[Sich drehende Elektromaschine]
Die sich drehende Elektromaschine 9 gemäß der vierten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 11 beschrieben. 11 ist eine Querschnittansicht entlang einer Ebene parallel zu einer Drehwelle 91 der sich drehenden Elektromaschine 9. Die sich drehende Elektromaschine 9 der Ausführungsform ist eine sich drehende Elektromaschine mit Axialspalt. Die sich drehende Elektromaschine 9 kann als Motor oder als Generator verwendet werden. Bei der sich drehenden Elektromaschine 9 der Ausführungsform handelt es sich um eine sich drehende Elektromaschine mit Doppelstator und Einzelrotor. Die sich drehende Elektromaschine 9 in der Ausführungsform umfasst einen Rotor 90 und zwei Statoren 8. In der sich drehenden Elektromaschine 9 der Ausführungsform ist der Rotor 90 zwischen den Statoren 8 von beiden Seiten in axialer Richtung der Drehwelle 91 angeordnet. Zwischen dem Rotor 90 und jedem Stator 8 ist ein Spalt vorgesehen. Mindestens einer der beiden in 11 dargestellten Statoren 8 ist der in der dritten Ausführungsform beschriebene Stator 8.
Die Statoren 8 und der Rotor 90 sind in einem Gehäuse 92 untergebracht. Das Gehäuse 92 hat einen säulenförmigen Innenraum. Die Statoren 8 und der Rotor 90 sind in dem Innenraum untergebracht. Das Gehäuse 92 umfasst einen zylindrischen Abschnitt 921 und zwei Plattenabschnitte 922.
Der zylindrische Abschnitt 921 umgibt die Statoren 8 und den Außenumfang des Rotors 90. Die Plattenabschnitte 922 sind auf beiden Seiten des zylindrischen Abschnitts 921 angeordnet. Die Statoren 8 und der Rotor 90 sind in einem Gehäuse 92 so untergebracht, dass sie zwischen zwei Plattenabschnitten 922 eingebettet sind. Die Statoren 8 werden am Gehäuse 92 befestigt, indem die Außenumfangsfläche des Jochs 3 des Statorkerns 1 in den Stufenunterschied des Plattenabschnitts 922 des Gehäuses 92 eingepasst wird. In der Mitte der beiden Plattenabschnitte 922 ist ein Durchgangsloch vorgesehen. Das Durchgangsloch ist mit einem Lager 93 ausgebildet. Die Drehwelle 91 wird durch das Lager 93 eingeführt. Die Drehwelle 91 führt durch das Gehäuse 92.
Der Rotor 90 umfasst einen Rotorkörper und mindestens einen Magneten 95. Der Rotorkörper trägt den Magneten 95. Der Rotorkörper ist ein Element mit plattenartiger Ringform. Der Rotorkörper ist gegenüber dem Gehäuse 92 durch die Drehwelle 91 drehbar gelagert. Der Magnet 95 ist fest mit dem Rotorkörper verbunden. Die Anzahl der Magnete 95 kann eins oder mehr sein. Wenn die Anzahl der Magnete 95 eins ist, ist die Form des Magneten 95 eine plattenartige Ringform. Im Magneten 95 sind die S-Pole und die N-Pole abwechselnd in Umfangsrichtung angeordnet. Bei mehreren Magneten 95 ist die Anzahl der Magnete 95 gleich der Anzahl der Zähne 2. Die mehreren Magnete 95 sind in gleichen Abständen in der Umfangsrichtung des Rotorkörpers angeordnet. Jeder Magnet 95 hat z. B. die Form einer flachen Platte. Die ebene Form jedes Magneten 95 ist beispielsweise die gleiche wie die ebene Form der ersten Stirnfläche 22 des Zahns 2. Jeder Magnet 95 ist in axialer Richtung der Drehwelle des Rotors 90 magnetisiert. Die Magnetisierungsrichtungen der Magnete 95, die in Umfangsrichtung des Rotorkörpers nebeneinanderliegen, sind einander entgegengesetzt. Das vom Stator 8 erzeugte rotierende Magnetfeld bewirkt, dass die Magnete 95 die Anziehung und Abstoßung in Bezug auf jeden Zahn 2 wiederholen, wodurch sich der Rotor 90 dreht.
Da die sich drehende Elektromaschine 9 der Ausführungsform den Stator 8 der dritten Ausführungsform enthält, kann der Verlust auf einfache Weise reduziert werden. In der sich drehenden Elektromaschine 9 kann die Drehmomentwelligkeit auf einfache Weise reduziert werden. Die sich drehende Elektromaschine 9, die eine kleine Drehmomentwelligkeit aufweist, kann eine Geräuschentwicklung und Vibrationen auf einfache Weise reduzieren.
«Fünfte Ausführungsform»
[Sich drehende Elektromaschine]
Die sich drehende Elektromaschine 9 gemäß der fünften Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 12 beschrieben. 12 ist ein Querschnitt entlang einer Ebene, die parallel zur Drehwelle 91 der sich drehenden Elektromaschine 9 verläuft, wie in 11. Die sich drehende Elektromaschine 9 der Ausführungsform unterscheidet sich von der sich drehenden Elektromaschine 9 der vierten Ausführungsform hauptsächlich dadurch, dass die sich drehende Elektromaschine 9 der Ausführungsform ein Einzelstator-Doppelrotor-Axialspaltmotor mit zwei Rotoren 90 und einem Stator 8 ist. Die folgende Beschreibung konzentriert sich auf die Unterschiede zur vierten Ausführungsform. Die Beschreibung der gleichen Konfiguration wie bei der vierten Ausführungsform wird weggelassen.
Die sich drehende Elektromaschine 9 der Ausführungsform umfasst einen Stator 8 und zwei Rotoren 90. In der sich drehenden Elektromaschine 9 der Ausführungsform ist ein Stator 8 zwischen zwei Rotoren 90 auf beiden Seiten der Drehwelle 91 in axialer Richtung angeordnet. Zwischen dem Stator 8 und jedem Rotor 90 ist ein Spalt vorgesehen. Ein Stator 8 und zwei Rotoren 90 sind in dem in der vierten Ausführungsform beschriebenen Gehäuse 92 untergebracht.
Jeder Rotor 90 umfasst einen Rotorkörper, eine Vielzahl von Magneten 95 und ein hinteres Joch 98. Der Rotorkörper und die Vielzahl der Magnete 95 sind wie in der zuvor beschriebenen vierten Ausführungsform. Das hintere Joch 98 ist zwischen dem Rotor 90 und dem Plattenabschnitt 922 angeordnet. Das hintere Joch 98 ist ein Element mit einer plattenartigen Ringform.
Das hintere Joch 98 besteht aus einem Pulverpressling oder einer gestapelten Stahlplatte, ähnlich dem zuvor beschriebenen Statorkern 1.
Der Stator 8 umfasst den in der zweiten Ausführungsform beschriebenen Statorkern 1 und eine Vielzahl von Spulen 80. Der Stator 8 umfasst eine Vielzahl von ringförmig angeordneten Zähnen 2, eine Spule 80, die an einem Außenumfang jedes Zahns 2 angeordnet ist, und ein Stützelement zum Halten der Vielzahl von Zähnen 2. Das Stützelement ist nicht dargestellt. Die Spule 80 ist wie in der zuvor beschriebenen Ausführungsform 3. Das Stützelement hält die Vielzahl von Zähnen 2 so, dass die Abstände zwischen den Zähnen 2 gleich groß sind. Die in Umfangsrichtung benachbarten Zähne kommen durch das Stützelement nicht miteinander in Berührung. Das Element ist drehfest mit dem Gehäuse 92 verbunden.
Da die sich drehende Elektromaschine 9 gemäß der fünften Ausführungsform einen Stator 8 mit dem Statorkern 1 der zweiten Ausführungsform enthält, ist es einfach, den Verlust ähnlich wie bei der sich drehenden Elektromaschine 9 gemäß der vierten Ausführungsform zu reduzieren. In der sich drehenden Elektromaschine 9 kann die Drehmomentwelligkeit auf einfache Weise reduziert werden. Die sich drehende Elektromaschine 9 mit einer geringen Drehmomentwelligkeit kann eine Geräuschentwicklung und Vibrationen auf einfache Weise reduzieren.
«Test»
Die Unterschiede in der Größe des Verlusts des Statorkerns aufgrund von Unterschieden in dem Herstellungsverfahren eines Statorkerns wurden bewertet. Für jede Probe wurden zwei Statorkeme hergestellt.
[Probe Nr. 1 bis 5]
Die Statorkerne der Probe Nr. 1 bis Probe Nr. 5 wurden in der Reihenfolge von Schritt A bis Schritt C auf die gleiche Weise hergestellt wie das zuvor beschriebene Verfahren zur Herstellung eines Statorkerns.
[Schritt A]
Das Rohmaterialpulver wurde verdichtet, um einen Pulverpressling mit einer bestimmten Form zu bilden. Das Rohstoffpulver enthält eine Vielzahl von beschichteten Teilchen. Jedes beschichtete Teilchen hat ein Metallteilchen aus reinem Eisen und eine elektrisch isolierende Beschichtung aus Eisenphosphat und Siliziumdioxid. Die Dicke der elektrisch isolierenden Beschichtung betrug 50 nm. Der Verdichtungsdruck betrug entweder 441 MPa oder 785 MPa, wie in Tabelle 1 angegeben. Ähnlich wie bei dem in 5 beschriebenen Pulverpressling 200 handelt es sich bei diesem Pulverpressling um einen Pressling, in dem das Joch mit plattenartiger Ringform und die sechs säulenförmigen Zähne mit säulenartiger Form zusammengefügt sind.
[Schritt B]
Der Pulverpressling wurde wärmebehandelt, um einen wärmebehandelten Körper zu bilden. Die Atmosphäre für die Wärmebehandlung war eine oxidierende Atmosphäre. Die Sauerstoffkonzentration in der oxidierenden Atmosphäre betrug 500 ppm bis 20.000 ppm im Volumenverhältnis, wie in Tabelle 1 dargestellt. Die Temperatur der Wärmebehandlung betrug 650°C. Die Haltezeit der Wärmebehandlung betrug 15 Minuten.
[Schritt C]
Die erste Stirnfläche jedes Zahns des wärmebehandelten Körpers wurde wie in 7 beschrieben geschliffen.
[Probe Nr. 101 bis 107]
Wie in Tabelle 1 gezeigt, wurden die Statorkerne der Proben Nr. 101 bis 107 auf die gleiche Weise wie die Probe Nr. 1 hergestellt, mit Ausnahme der Größe des Drucks in Schritt A und/oder der Art der Atmosphäre in Schritt B und/oder dem Fehlen des Planschleifens in Schritt C. In der in Tabelle 1 gezeigten Stickstoffatmosphäre betrug die Sauerstoffkonzentration 0 ppm.
[Relative Dichte]
Die relative Dichte des Staubkerns, der den Statorkern jeder Probe bildet, wurde wie zuvor beschrieben durch [(Dichte des tatsächlichen Staubkerns / Reindichte des Staubkerns) × 100] berechnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
[Verlust]
Der Verlust des Statorkems wurde bei jeder Probe untersucht. Die beiden Statorkerne wurden so übereinander angeordnet, dass die ersten Stirnflächen der jeweiligen Zähne miteinander in Kontakt waren. Ein Paar von zwei Zähnen, bei dem die ersten Stirnflächen der Zähne in einem Zustand, in dem zwei Statorkerne übereinander angeordnet sind, miteinander in Kontakt stehen, wird als Spule bezeichnet. Es wurden zwei beliebige Spulen aus der Vielzahl der Spulen ausgewählt. Es wurde ein Testbauteil gebildet, bei dem auf jedem Spulenkörper eine Primärspule mit 60 Windungen und eine Sekundärspule mit 30 Windungen angeordnet waren. Die Verluste wurden bei einer magnetischen Flussdichte von 1,0 T und einer Frequenz von 1 kHz in einem geschlossenen magnetischen Kreis gemessen, der in den gebildeten Testkomponenten konfiguriert war. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
[Erste Höhe]
Die Differenz zwischen einem Höchstwert und einem Mindestwert einer ersten Höhe eines Statorkems jeder Probe wurde gemessen. Zur Messung jeder ersten Höhe wurde ein Mikrometer verwendet. Eine Vielzahl von Messpunkten wurde auf der ersten Stirnfläche jedes Zahns ausgewählt. Der Messpunkt wurde auf einer Geraden festgelegt, die so gezogen wurde, dass sie durch den Schwerpunkt der ersten Stirnfläche und die Mitte des Jochs verläuft, wenn die erste Stirnfläche in der Draufsicht betrachtet wird. Auf der Geraden wurden drei Messpunkte ausgewählt. Der erste Messpunkt war der Schwerpunkt der ersten Stirnfläche. Der zweite Messpunkt war die Kante der ersten Stirnfläche in der Nähe der Mitte des Jochs. Der dritte Messpunkt war die Kante der ersten Stirnfläche an einer Position, die weit von der Mitte des Jochs entfernt war. Jede erste Höhe war eine Differenz zwischen einem Höchstwert und einem Mindestwert einer Länge einer Geraden, die die untere Fläche des Jochs und jeden Messpunkt unter den Geraden orthogonal zur ersten Stirnfläche verbindet. Die Differenz zwischen einem Höchstwert und einem Mindestwert der ersten Höhen an der Vielzahl der Zähne wurde berechnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
[Parallelität]
Die Parallelität zwischen der unteren Fläche des Jochs im Statorkern und der ersten Stirnfläche jedes Zahns einer Vielzahl von Zähnen in jeder Probe wurde gemessen. Dazu wurde ein Höhenmessgerät mit einer Messplatte der Klasse 0 verwendet. Der Statorkern wurde so auf die Messplatte gelegt, dass die erste Stirnfläche des Zahns nach oben zeigt. Auf der ersten Stirnfläche jedes Zahns wurde eine Vielzahl von Messpunkten ausgewählt. Der Messpunkt wurde auf eine Gerade gesetzt, die so gezogen wurde, dass sie durch den Schwerpunkt der ersten Stirnfläche und die Mitte des Jochs verläuft, wenn der Statorkern in der Draufsicht betrachtet wird. Auf der Geraden wurden drei Messpunkte ausgewählt. Der erste Messpunkt war der Schwerpunkt der ersten Stirnfläche des Zahns auf der Geraden. Der zweite Messpunkt war die Kante der ersten Stirnfläche an einer Position nahe der Mitte des Jochs. Der dritte Messpunkt war die Kante der ersten Stirnfläche an einer Position, die weit von der Mitte des Jochs entfernt war. Die Parallelität zwischen der unteren Fläche des Jochs und jeder ersten Stirnfläche war ein Durchschnittswert der Längen der Geraden, die die Oberflächenplatte und jeden Messpunkt verbinden, unter den Geraden, die orthogonal zur Oberflächenplatte verlaufen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
Wie in Tabelle 1 gezeigt, ist bei den Proben Nr. 1 bis Nr. 5 der Unterschied zwischen dem Höchstwert und dem Mindestwert der ersten Höhe und der Parallelität gering, und der Verlust war niedrig.
In Probe Nr. 101, Probe Nr. 102 und Probe Nr. 105 bis Probe Nr. 107 waren die Differenz zwischen dem Höchstwert und dem Mindestwert der ersten Höhe und die Parallelität groß, obwohl der Verlust gering war. Bei der Probe Nr. 103 waren der Unterschied zwischen dem Höchstwert und dem Mindestwert der ersten Höhe, die Parallelität und der Verlust groß. Bei der Probe Nr. 104 war der Unterschied zwischen dem Höchstwert und dem Mindestwert der ersten Höhe und der Parallelität gering, aber der Verlust war groß.
[Oberflächenbeobachtung]
Die erste Stirnfläche und die Umfangsfläche des Zahns der Proben Nr. 1 bis Nr. 5 wurden untersucht. Die Beobachtung der ersten Stirnfläche und der Umfangsfläche erfolgte durch Aufnahme eines Querschnitts orthogonal zu jeder Fläche.
Bei den Proben Nr. 1 bis Nr. 5 wurde die erste Stirnfläche des geschliffenen Zahns durch eine Oberfläche gebildet, wie sie in 3 beschrieben ist. Insbesondere hatte die erste Stirnfläche des Zahns einen ersten Bereich 221, einen zweiten Bereich 222 und einen dritten Bereich 223, wie in 3 gezeigt. Die elektrisch isolierende Beschichtung 102 des beschichteten Teilchens 100 wurde beschädigt. Da die elektrisch isolierende Beschichtung 102 beschädigt war, lagen die Metallteilchen 101 frei. Die freiliegenden Metallteilchen 101 waren nicht mit den benachbarten Metallteilchen 101 verbunden. 13 ist eine schematische Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem Abschnitte gebildet werden, in denen Metallteilchen 101 miteinander verbunden sind. Bei den Proben Nr. 1 bis Nr. 5 wird davon ausgegangen, dass der Verlust verringert wurde, weil der Abschnitt, in dem die Metallteilchen 101 miteinander verbunden waren, wie in 13 gezeigt, nicht gebildet wurde.
Bei den Proben Nr. 1 bis Nr. 5 wurde die Umfangsfläche des Zahns durch eine Oberfläche gebildet, wie sie in 4 beschrieben ist. Insbesondere wurde, wie in 4 gezeigt, ein geschichtetes Oxid 211a, das die Oberfläche der Vielzahl beschichteter Teilchen 100 abdeckt, in der Umfangsfläche des Zahns gebildet. Die Zusammensetzungen von Oxid 211a und Oxid 223a wurden mit einem TEM (JEM2100F) der Firma JEOL Ltd. analysiert. Das Oxid 211a und das Oxid 223a waren Oxide, die Bestandteile des Metallteilchens 101 enthielten. Konkrete Beispiele waren Fe₂O₃ und Fe₃O₄. Die durchschnittliche Tiefe von Oxid 223a in der Umfangsfläche des Zahns wurde wie zuvor beschrieben bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. In jeder der Proben Nr. 1 bis Probe Nr. 5 betrug die durchschnittliche Tiefe des Oxids 100 µm oder mehr.
Die durchschnittliche Dicke des geschichteten Oxids 211a wurde wie zuvor beschrieben bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. In jeder der Proben Nr. 1 bis 5 betrug die durchschnittliche Dicke des Oxids 211a 10 µm oder weniger.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Beispiele beschränkt, sondern wird durch den Umfang der Ansprüche definiert und soll alle Modifikationen innerhalb der Bedeutung und des Umfangs umfassen, die dem Umfang der Ansprüche entsprechen.
Die sich drehende Elektromaschine kann, obwohl nicht dargestellt, z. B. eine sich drehende Elektromaschine mit einem einzigen Stator und einem einzigen Rotor sein. Die sich drehende Elektromaschine umfasst einen Rotor und einen Stator.
Bezugszeichenliste

1: Statorkem
12: Zweite Stirnfläche
2: Zahn
21: Umfangsfläche
211a: Oxid
22: erste Stirnfläche
221: erster Bereich
222: zweiter Bereich
223: dritter Bereich
223a: Oxid
23: Zweite Stirnfläche
25: Schleifspur
3: Joch
30e: Außenumfangsfläche
30i: Innenumfangsfläche
31: Obere Fläche
32: Untere Fläche
39: Wellenloch
8: Stator
80: Spule
9: Sich drehende Elektromaschine
90: Rotor
91: Drehwelle
92: Gehäuse
921: zylindrischer Abschnitt
922: Plattenabschnitt
93: Lager
95: Magnet
98: Hinteres Joch
100: Beschichtetes Teilchen
101: Metallteilchen
102: Elektrisch isolierende Beschichtung
200: Pulverpressling
250: Wärmebehandelter Körper
300: Plattenförmiges Element
310: Durchgangsloch
400: Schleifmaschine
H1: Erste Höhe
H2: Zweite Höhe
a: Differenz
b: Spalt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2021102187 [0001]
JP 2017229191 [0005]

Claims

Statorkem, der so konfiguriert ist, dass er in einer sich drehenden Elektromaschine mit Axialspalt verwendbar ist, wobei der Statorkern umfasst: eine Vielzahl von Zähnen mit säulenartiger Form, die an einem Umfang angeordnet sind, wobei der Statorkern umfasst: eine Umfangsfläche an jedem der Vielzahl von Zähnen, eine erste Stirnfläche an jedem der Vielzahl von Zähnen, mindestens eine zweite Stirnfläche, die eine den ersten Stirnflächen gegenüberliegende Fläche ist, wobei jeder der Vielzahl von Zähnen aus einem Staubkern gebildet ist, wobei der Staubkern eine Vielzahl von beschichteten Teilchen enthält, wobei jedes der Vielzahl von beschichteten Teilchen umfasst: ein Metallteilchen aus einem weichmagnetischen Material, und eine elektrisch isolierende Beschichtung, die das Metallteilchen abdeckt, wobei jede der ersten Stirnflächen umfasst: erste Bereiche, die aus Querschnitten der Metallteilchen gebildet sind, und zweite Bereiche, die aus den elektrisch isolierenden Beschichtungen zwischen den ersten Bereichen gebildet sind, wobei jede der Umfangsflächen aus einem Oxid gebildet ist, das ein Bestandselement des weichmagnetischen Materials enthält, wobei die durchschnittliche Dicke des Oxids in jeder der Umfangsflächen 10 µm oder weniger beträgt, wobei, wenn die Längen zwischen jeder der ersten Stirnflächen und der zweiten Stirnfläche als eine Vielzahl von ersten Höhen definiert sind, eine Differenz zwischen einem Höchstwert und einem Mindestwert der Vielzahl von ersten Höhen 0,02 mm oder weniger beträgt.
Statorkern gemäß Anspruch 1, ferner umfassend: ein Joch mit plattenartiger Ringform, wobei das Joch umfasst: eine Innenumfangsfläche, eine Außenumfangsfläche, eine obere Fläche, die mit der Innenumfangsfläche, der Außenumfangsfläche und den Umfangsflächen der Vielzahl von Zähnen verbunden ist, und eine untere Fläche, die mit der Innenumfangsfläche und der Außenumfangsfläche verbunden ist, wobei die untere Fläche die zweite Stirnfläche ist, und wobei das Joch aus dem Staubkern gebildet ist, der einstückig mit der Vielzahl der Zähne ausgebildet ist.
Statorkern gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei eine Parallelität zwischen jeder der ersten Stirnflächen von jedem der Vielzahl von Zähnen und der zweiten Stirnfläche 0,02 mm oder weniger beträgt.
Statorkern gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die relative Dichte des Staubkerns 90 % oder mehr beträgt.
Statorkern gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei jede der ersten Stirnflächen jedes der Vielzahl von Zähnen einen dritten Bereich zwischen den zweiten Bereichen aufweist, wobei der dritte Bereich aus dem Oxid gebildet ist, das das Bestandselement des weichmagnetischen Materials enthält, und wobei die durchschnittliche Tiefe jedes der dritten Bereiche 100 µm oder mehr beträgt.
Statorkern gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Metallteilchen aus reinem Eisen oder einer Legierung auf Eisenbasis gebildet sind, und wobei die Legierung auf Eisenbasis eine Legierung auf Fe-Si-Basis, eine Legierung auf Fe-Al-Basis oder eine Legierung auf Fe-Si-AI-Basis ist.
Stator einer sich drehenden Elektromaschine mit Axialspalt, wobei der Stator umfasst: der Statorkern gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6; und Spulen, die an jedem der Vielzahl von Zähnen angeordnet sind.
Sich drehende Elektromaschine mit Axialspalt, umfassend: den Stator gemäß Anspruch 7.
Verfahren zur Herstellung eines Statorkerns, wobei das Verfahren umfasst: Bilden eines Pulverpresslings durch Verdichten einer Vielzahl beschichteter Teilchen; Wärmebehandeln des Pulverpresslings; und Schleifen des wärmebehandelten Pulverpresslings, wobei jedes der mehreren beschichteten Teilchen umfasst: ein Metallteilchen aus einem weichmagnetischen Material, und eine elektrisch isolierende Beschichtung, die das Metallteilchen abdeckt, wobei der Pulverpressling eine Vielzahl von Zähnen mit säulenartiger Form aufweist, die an einem Umfang angeordnet sind, wobei jeder der Vielzahl von Zähnen eine Umfangsfläche und eine erste Stirnfläche aufweist, wobei der bei der Verdichtung angewandte Druck 500 MPa oder mehr beträgt, wobei die Wärmebehandlung unter einer Bedingung einer Temperatur von 350°C bis 800°C in einer oxidierenden Atmosphäre durchgeführt wird, wobei eine Sauerstoffkonzentration in der oxidierenden Atmosphäre 20.000 ppm oder weniger, bezogen auf das Volumenverhältnis, beträgt, und wobei das Schleifen an der ersten Stirnfläche jedes der Vielzahl von Zähnen in dem wärmebehandelten Pulverpressling durchgeführt wird und nicht an der Umfangsfläche jedes der Vielzahl von Zähnen durchgeführt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Statorkerns gemäß Anspruch 9, wobei die Sauerstoffkonzentration in der oxidierenden Atmosphäre 500 ppm oder mehr, bezogen auf das Volumenverhältnis, beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines Statorkerns gemäß Anspruch 9 oder Anspruch 10, wobei das Schleifen ein Planschleifen ist.