JP2010110155A - 回転電機およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータ回転軸方向に複数枚の電磁鋼板が積層されてなるステータコアを有する回転電機において、その製造時にステータコアの磁気特性が損なわれるのを効果的に防止できるようにする。
【解決手段】ロータ回転軸方向に複数枚の電磁鋼板１０が積層されてなるステータコア２を有する回転電機であって、上記ステータコア２を構成する各電磁鋼板１０は、その外周面部が相隣接する電磁鋼板１０の積層方向に沿って摩擦撹拌接合されることにより一体化された回転電機およびその製造方法。
【選択図】図２

Description

本発明は、ロータ回転軸方向に複数枚の電磁鋼板が積層されてなるステータコアを有する電動機または発電機からなる回転電機およびその製造方法に関するものである。

上記電動機または発電機からなる回転電機は、電気エネルギーを回転力に変換し、あるいは回転力を電気エネルギーに変換するものであって、この変換効率を効果的に向上させることにより、省エネルギーに寄与することが望まれている。例えば、電動機を駆動源とする電気自動車や、エンジンと電動機とを組み合わせて駆動力を得るハイブリッド自動車では、その軽負荷領域から高負荷領域に至る幅広い負荷領域で、電気エネルギーと回転力との変換効率を向上させることにより電気エネルギーや燃料を節約することが求められている。

上記回転電機の電気エネルギーと回転力との変換効率を向上させることを目的として、下記特許文献１〜３に示されるように、例えば優れた磁気特性を有する電磁鋼板を所定形状に打ち抜き形成し、このうち抜いた複数枚の電磁鋼板を積層した状態で、その外周面部をアーク溶接またはレーザ溶接する等により、その形態を安定させるように各電磁鋼板を一体化させてなるステータコアを形成することが行われている。

また、下記特許文献４に示すように、帯状の電磁鋼板をロール状に巻回すことにより積層体を形成したアキシャルギャップ型モータのステータにおいて、上記積層体のロータ対向面と反対側の端面で、上記電磁鋼板の巻回し方向に沿って電磁鋼板を渦巻き状に摩擦撹拌接合することにより、各層の位置ずれを防止するとともに、成形性を良好に確保できるようにすることも行われている。すなわち、上記特許文献４には、積層体の接合部に回転ツールを回転させつつ押し当て、接合部の金属組織を摩擦熱で塑性流動させて接合する摩擦撹拌接合を施すことにより、上記電磁鋼板の積層体を一体化するようにした技術が開示されている。
実開昭５３−１４１４１０号公報 特開昭５４−１２４８４５号公報 特開平２−２２０７９０号公報 特開２００４−３５７３９１号公報

上記特許文献１〜３に開示されているように、上記ステータコアを構成する各電磁鋼板の外周面部をアーク溶接またはレーザ溶接する等により複数枚の電磁鋼板を一体化するよう構成した場合には、この電磁鋼板の積層体からなるステータコアを回転電機のケース内に圧入する際等に、各電磁鋼板がその周方向または積層方向にずれが生じるのを効果的に防止して、上記ステータコアを適正状態で設置することができる。

しかし、上記のように電磁鋼板の外周面部をアーク溶接またはレーザ溶接することにより各電磁鋼板を一体化するように構成した場合には、上記溶接時の熱影響により各電磁鋼板の結晶構造が破壊されて電磁鋼板の磁気特性が大きく損なわれ易いとともに、複数枚の電磁鋼板が積層された積層体に残留応力が生じて電磁鋼板の鉄損特性等の磁気特性が損なわれる虞がある。なお、上記特許文献１には、各電磁鋼板を溶接して一体化した後に、焼鈍処理を施すことにより、上記溶接時の熱影響により生じた品質の低下等を改善するようにした構成が示唆されているが、上記焼鈍処理を施すことによっても各電磁鋼板に生じた磁気特性の低下等を完全に回復することは困難であった。

一方、上記特許文献４に開示された発明では、電磁鋼板の積層体をそのロータ対向面と反対側の端面において摩擦撹拌接合することにより一体化するように構成したため、上記アーク溶接またはレーザ溶接を行った場合に比べ、その接合時における熱影響を小さく抑えることが可能になるので、これによる残留応力が少なくなり、この残留応力に起因した電磁鋼板の磁気特性の劣化をある程度、抑制できるという利点がある。

しかし、上記のように積層体のロータ対向面と反対側の端面において、上記電磁鋼板の巻回し方向に沿って摩擦撹拌接合用の工具を移動させることにより、各電磁鋼板の端部を渦巻き状に摩擦撹拌接合するように構成した場合には、上記積層体の端面全体に亘って接合する際の塑性流動による結晶構造の破壊が避けられないため、各電磁鋼板の磁気特性に悪影響が与えられることが避けられないという問題があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ロータ回転軸方向に複数枚の電磁鋼板が積層されてなるステータコアを有する回転電機において、その製造時にステータコアの磁気特性が損なわれるのを効果的に防止すること等を目的としている。

請求項１に係る発明は、ロータ回転軸方向に複数枚の電磁鋼板が積層されてなるステータコアを有する回転電機であって、上記ステータコアを構成する各電磁鋼板は、その外周面部が相隣接する電磁鋼板の積層方向に沿って摩擦撹拌接合されることにより一体化されたものである。

請求項２に係る発明は、上記請求項１に記載の回転電機において、上記ステータコアのロータ回転軸方向の両端部には、複数枚の電磁鋼板がロータ半径方向に積層されてなる補助コアがそれぞれ配設され、この補助コアの外周面部とステータコアの外周面部とが摩擦撹拌接合されることにより一体化されたものである。

請求項３に係る発明は、上記請求項２に記載の回転電機において、上記摩擦撹拌接合時の工具移動軌跡が、一方の補助コアから上記ステータコアを経て他方の補助コアに至るようにロータ回転軸方向に沿って直線状に形成されたものである。

請求項４に係る発明は、上記請求項２または３に記載の回転電機において、上記補助コアには、ロータ半径方向に凹入する凹部が、上記工具移動軌跡の終端部近傍に設けられたものである。

請求項５に係る発明は、上記請求項１〜４の何れか１項に記載に回転電機において、上記摩擦撹拌接合部の接合深さが、電磁鋼板の一枚分の厚さ以上に設定されたものである。

請求項６に係る発明は、上記ロータ回転軸方向に複数枚の電磁鋼板が積層されてなるステータコアを有する回転電機の製造方法であって、上記ステータコアを構成する複数の電磁鋼板を位置決めする位置決め工程と、各電磁鋼板の外周面部を相隣接する電磁鋼板と積層方向に摩擦撹拌接合して一体化する摩擦撹拌接合工程とを備えたものである。

請求項７に係る発明は、上記請求項６に記載の回転電機の製造方法において、上記位置決め工程で、ロータ回転軸方向に複数枚の電磁鋼板が積層されてなるステータコアのロータ回転軸方向の両端部に、複数枚の電磁鋼板がロータ半径方向に積層されてなる補助コアをそれぞれ配設した後、上記摩擦撹拌接合工程で、補助コアの外周面部とステータコアの外周面部とを摩擦撹拌接合により一体化したものである。

請求項８に係る発明は、上記請求項６または７に記載の回転電機の製造方法において、上記摩擦撹拌接合工程で、一方の補助コアから上記ステータコアを経て他方の補助コアに至るように、摩擦撹拌接合用の工具をロータ回転軸方向に沿って直線状に移動させることにより摩擦撹拌接合を行うように構成したものである。

請求項１に係る発明では、複数枚の電磁鋼板を摩擦撹拌接合することにより、各電磁鋼板をその積層方向に沿って一体化するように構成したため、複数枚の電磁鋼板の外周面部をアーク溶接またはレーザ溶接することにより各電磁鋼板を一体化した場合のように上記溶接時の熱影響により残量応力が生じて磁気特性が損なわれるのを効果的に抑制することができるとともに、複数枚の電磁鋼板をその積層方向に一体化することにより形成された上記ステータコアをケース内に圧入して固定する際等に、各電磁鋼板がその軸方向または径方向に位置ずれが生じるのを防止し、上記ステータコアが有する磁気特性を良好状態に維持して上記回転電機の電気エネルギーと回転力との変換効率を効果的に向上できるという利点がある。

請求項２に係る発明では、上記ステータコアのロータ回転軸方向の両端部に、複数枚の電磁鋼板がロータ半径方向に積層されてなる補助コアをそれぞれ配設し、この補助コアの外周面部とステータコアの外周面部とを摩擦撹拌接合することにより一体化するように構成したため、上記ステータコアの両端部に位置する電磁鋼板を、上記補助コアの電磁鋼板によって拘束した状態で、これらに摩擦撹拌接合用の工具を適正状態で圧接させて上記摩擦撹拌接合を行うことにより、上記ステータコアの両端部に位置する電磁鋼板とこれに隣接した電磁鋼板との接合強度が不足したり、これらの電磁鋼板が上記工具の圧接力に応じて大きく変形したりする等の弊害を生じることなく、上記ステータコアおよび補助コアを構成する各電磁鋼板を容易かつ適正に接合できるという利点がある。

また、詳細は後述するが、ステータコアの一部であるティース部には、コイルが巻掛けられるため、上記ステータコアのロータ回転軸方向の両端部からコイルが膨出した状態となる。したがって、このコイルが膨出したその径外方向はデッドボリュームであり、ある意味、空間の無駄となっている。一方、ステータコアの両端部に補助コアがない場合は、その最も端部に位置する磁性鋼板から磁束の漏れが生じることが知られており、この磁束の漏れを取り込むためには補助コアを設けることが有効であり、しかもこの補助コアの積層方向が半径方向である場合には、ステータコアと同じくロータ回転軸方向に積層した補助コアよりもロータ回転軸方向へのエアギャップがない分、有利となる。よって請求項２に係る発明では、磁束を最大限に活かして効率が高められるとともに、ステータコアと補助コアの強固な結合が得られ、かつ磁性鋼板の変形等が効果的に抑えられることになる。

請求項３に係る発明では、上記摩擦撹拌接合時の工具移動軌跡を、一方の補助コアから上記ステータコアを経て他方の補助コアに至るようにロータ回転軸方向に沿って直線状に形成したため、上記回転ツールの移動軌跡の最短距離に設定して、一対の補助コアおよびステータコアの連続体からなるステータを迅速かつ適正に形成することができる。

請求項４に係る発明では、ロータ半径方向に凹入する凹部を上記補助コアの工具移動軌跡の終端部近傍に設けたため、上記ステータコアおよび補助コアからなるステータを回転電機のケース内に位置決めして設置する際等に、上記凹部を位置決め用の孔または回り止めピンの係合孔として利用できるという利点がある。

請求項５に係る発明では、上記摩擦撹拌接合部の接合深さを電磁鋼板の一枚分の厚さ以上に設定したため、各電磁鋼板の接合強度を充分に確保して安定した接合状態に保持できるという利点がある。

請求項６に係る発明では、上記ステータコアを構成する各電磁鋼板に生じる残留応力を効果的に抑制しつつ、複数枚の電磁鋼板をその積層方向に一体化することにより形成された上記ステータコアをケース内に圧入して固定する際等に、各電磁鋼板がその軸方向または径方向に位置ずれが生じるのを防止できるとともに、上記ステータコアが有する磁気特性を損なうことなく、回転電機を容易かつ適正に製造することができる。

請求項７に係る発明では、上記ステータコアの両端部に位置する電磁鋼板を、上記補助コアの電磁鋼板によって拘束した状態で、これらに摩擦撹拌接合用の工具を適正状態で圧接させて上記摩擦撹拌接合を行うことにより、上記ステータコアの両端部に位置する電磁鋼板とこれに隣接した電磁鋼板との接合強度が不足したり、これらの電磁鋼板が上記工具の圧接力に応じて大きく変形したりする等の弊害を生じることなく、上記ステータコアおよび補助コアを構成する各電磁鋼板が適正に接合されたステータを容易に製造できるという利点がある。

請求項８に係る発明では、上記摩擦撹拌接合工程で、一方の補助コアから上記ステータコアを経て他方の補助コアに至るように、摩擦撹拌接合用の工具をロータ回転軸方向に沿って直線状に移動させることにより摩擦撹拌接合を行うように構成したため、上記回転ツールの移動軌跡の最短距離に設定して、一対の補助コアと、ステータコアとの連続体からなるステータを迅速かつ適正に作成することができる。

図１および図２は、本発明に係る回転電機の第１実施形態を示している。この回転電機は、ケース１の内周面に沿って設置されたステータコア（固定子）２と、このステータコア２内に配設されて回転自在に支持されたロータ（回転子）３とを有し、このロータ３は、ケース１に回転軸４と、この回転軸４と一体に形成されたロータコア（鉄心）５と、このロータコア５と一体に回転するように設置された永久磁石６とを備えている。

上記ステータコア２は、ヨーク部８と、その内周面から中心部に向けて突出する複数のティース部（歯部）７とを有している。上記ティース部７には、コイル（電機子巻線）９が巻掛けられている。上記ステータコア２は、ロータ回転軸方向に積層された複数枚の電磁鋼板１０が、後述するように摩擦撹拌接合されて一体化されることにより構成されている。

上記ステータコア２を製造するには、例えば０．１〜１．０ｍｍ程度の厚さを有する珪素鋼板を打ち抜き成形することにより、上記ティース部７を構成する複数の突部が内周面に設けられた円環状板からなる複数枚の電磁鋼板１０を作成する。そして、上記ティース部７となる突部の位置を一致させるように各電磁鋼板１０を位置決めしつつ、所定枚数の電磁鋼板１０を積層することにより電磁鋼板１０の積層体１１を構成するとともに、この積層体１１を図外の固定治具に保持させて固定する。なお、上記位置決めを簡便に行うためには、打ち抜きの際に上記ヨーク部８の少なくとも２個所にロータ回転軸方向に向かう凹部を形成しておき（一面には凹部、他面（裏面）には突部を形成）、それら位置決め凹部を基準に各電磁鋼板１０を積層させるとよい。

上記複数枚の電磁鋼板１０からなる積層体１１を位置決めする位置決め工程の終了後に、図３に示すように、先端部に円柱状の突部１２を有する回転ツール１３を、電動モータ等からなる図外の駆動源により回転駆動しつつ、上記積層体１１の一端面部に回転ツール１３の突部１２を押し当てることにより、積層体１１の一端面側（図３の最上層）に位置する電磁鋼板１０の外周縁部を摩擦熱で塑性流動させて下方の電磁鋼板１０と接合する摩擦撹拌接合を行う。ここで、塑性流動とは、電磁鋼板１０をその融点よりも低い温度で軟化させることを意味している。

上記回転ツール１３を回転させつつ、図３の符号Ａに示すように、積層体１１の一端面に沿ってその外方側に一定速度で移動させて摩擦撹拌接合し（第１接合工程）、その後に回転ツール１３を一旦、積層体１１から離す。続いて、回転ツール１３を積層体１１の他端面側（図３の最下層側）に移動させるとともに、再度、回転ツール１３を回転させつつ、図３の符号Ｂで示すように、積層体１１に当接させてその外方側に一定速度で移動させる。これにより積層体１１の一端面部および他端面部をそれぞれ摩擦撹拌接合する（第２接合工程）。さらに、回転ツール１３を積層体１１から離し、回転ツール１３を積層体の外周面側に移動させるとともに、上記突部１２を積層体１１の半径方向に向けるように回転ツール１３を変位させる。そして、上記回転ツール１３の突部１２を上記積層体１１の外周面部に当接させつつ、図３の符号Ｃで示すように、その一端部側から他端部側に向けて一定速度で移動させることにより、積層体１１の外周面に沿ってロータ回転軸方向に延びるように摩擦撹拌接合を施す（第３接合工程）。以上の工程により、図４に示すように、上記積層体１１の両端面部および外周面部に沿った摩擦撹拌接合部１４を形成することができる。なお、上記以外の実施例として、上記工程Ａから工程Ｃを経て工程Ｂに移行するようにしてもよく、あるいは回転ツール１３を積層体１１から離間させた後に、回転ツール１３を積層体１１の外周面部に移動させるのではなく、積層体１１を回転させる等により、上記回転ツール１３を所定の位置にセットするようにしてもよい。

上記複数枚の電磁鋼板１０からなる積層体１１の両端面部および外周面部に沿って摩擦撹拌接合部１４を形成する摩擦撹拌接合工程を繰り返すことにより、複数本の摩擦撹拌接合部１４を一定間隔で積層体１１の周方向に配設し、上記回転電機のステータコア２を構成する各電磁鋼板１０の外周面部を相隣接する電磁鋼板１０の積層方向に沿って摩擦撹拌接合する。このようにして各電磁鋼板１０を一体化することにより、複数枚の電磁鋼板１０がロータ回転軸方向に積層されたステータコア２を作成することができる。

上記のように複数枚の電磁鋼板１０を位置決めしつつ積層した後、各電磁鋼板１０の外周面部を相隣接する電磁鋼板１０の積層方向に沿って摩擦撹拌接合することにより、複数枚の電磁鋼板１０が一体化されてなる回転電機のステータコア２を製造するように構成したため、このステータコア２を製造する際に、その磁気特性が損なわれるのを防止しつつ、複数枚の電磁鋼板１０がロータ回転軸方向に積層されることにより形成されたステータコア２の形態を安定して維持できるという利点がある。

すなわち、上記のように複数枚の電磁鋼板１０を摩擦撹拌接合することにより、各電磁鋼板１０をその積層方向に沿って一体化するように構成したため、上記特許文献１〜３に開示されているように複数枚の電磁鋼板１０の外周面部をアーク溶接またはレーザ溶接することにより各電磁鋼板１０を一体化した場合のように、上記溶接時の熱影響により各電磁鋼板１０に残留応力が生じて磁気特性が損なわれる等の事態が生じるのを効果的に防止することができる。したがって、上記各電磁鋼板１０の磁気特性を良好状態に維持しつつ、複数枚の電磁鋼板１０をその積層方向に一体化することにより安定した形態のステータコア２を作成することができ、このステータコア２のティース部７にコイル９を巻掛けることにより構成されたステータ２を回転電機のケース１内に圧入して固定する際等に、各電磁鋼板１０がその軸方向または径方向に位置ずれが生じるのを防止することができる。これにより、上記ステータコア２が有する磁気特性を良好状態に維持して上記回転電機の電気エネルギーと回転力との変換効率を効果的に向上できるという利点がある。

なお、複数枚の電磁鋼板１０が積層されることにより形成された上記積層体１１の両端部および外周面部をそれぞれ摩擦撹拌接合するように構成してなる上記第１実施形態に代え、図５に示すように、上記積層体１１の両端部を治具板１６により保持しつつ、回転ツール１３を積層体１１の一端部側から他端部側に向けて真っ直ぐに移動させる等により、図６に示すように上記積層体１１を構成する各電磁鋼板１０の外周部をロータ回転軸方向に沿って延びる一直線状の摩擦撹拌接合部１７を形成することもできる。

図５および図６に示す第２実施形態のように、各電磁鋼板１０の外周部をロータ回転軸方向に沿って延びる一直線状の摩擦撹拌接合部１７を形成した場合には、上記積層体１１の両端部に回転ツール１３を適正状態で圧接させることが困難である。このため、上記摩擦接合部１７を形成する際に、上記回転ツール１３の圧接力に応じて積層体１１の両端部に位置する電磁鋼板１０が大きく変形したり、上記積層体１１の両端部に位置する電磁鋼板１０とこれに隣接した電磁鋼板１０との接合強度が不足したりする可能性がある。

これに対して図３および図４に示す第１実施形態のように、複数枚の電磁鋼板１０が積層された積層体１１の両端部および外周面部をそれぞれ摩擦撹拌接合するように構成した場合には、積層体１１の両端部に位置する電磁鋼板１０の変形を防止しつつ、この電磁鋼板１０をこれに隣接する電磁鋼板１０に適正状態で接合することができる。しかも、上記積層体１１の両端部に位置する電磁鋼板１０の接合作業と、上記積層体１１の中間部に位置する各電磁鋼板１０の接合作業とを略連続して容易に行うことができる。したがって、上記積層体１１の両端部に位置する電磁鋼板１０とこれに隣接した電磁鋼板１０との接合強度が不足し、あるいは上記回転ツール１３の圧接力に応じて積層体１１の両端部に位置する電磁鋼板１０が大きく変形する等の弊害を生じることなく、複数枚の電磁鋼板１０を適正に一体化して優れた磁気特性等を有するステータコア２を容易に作成できるという利点がある。

図７は、本発明に係る回転電機の第３実施形態を示している。この第３実施形態に係る回転電機のステータコア２を作成するには、まずロータ回転軸方向に複数枚の電磁鋼板１０が積層することによりステータコア２を形成するとともに、ロータ回転軸方向に所定幅を有する電磁鋼板１８からなる帯状体を複数層に亘って巻回し、その始端部および終端部をそれぞれ点溶接等で固定する等により、電磁鋼板１８がロータ半径方向に積層された補助コア１９を形成する。このようにして二個の補助コア１９を形成した後、上記ステータコア２のロータ回転軸方向の両端部に補助コア１９をそれぞれ位置決めして配設した状態で、上記ステータコア２の一端部側に位置する補助コア１９の外周面部から上記ステータコア２の外周面部に沿って回転ツール１３をロータ回転軸方向に直線的に移動させることにより一本の連続した摩擦撹拌接合部２０を形成する。

そして、上記補助コア１９およびステータコア２の外周面部に沿って摩擦撹拌接合部２０を形成する摩擦撹拌接合工程を繰り返し、複数本の摩擦撹拌接合部２０を一定間隔で平行に形成することにより、補助コア１９の外周面部と上記ステータコア２の外周面部とを一体化させてなるステータＳＴを作成することができる。また、上記摩擦撹拌接合部２０を形成する際において、その最終端部、つまり上記ステータコア２の他端部側に位置する補助コア１９の端部近傍に、上記回転ツール１３が到達した時点でこれを補助コア１９から離間させることにより、図８に示すように回転ツール１３の突部１２に対応してロータ半径方向に凹入した凹部２１を形成することができる。

上記第３実施形態に示すように、位置決め工程で、ロータ回転軸方向に複数枚の電磁鋼板１０が積層されてなるステータコア２のロータ回転軸方向の両端部に、複数枚の電磁鋼板１８がロータ半径方向に積層されてなる補助コア１９をそれぞれ配設した後、摩擦撹拌接合工程で、一方の補助コア１９から上記ステータコア２を経て他方の補助コア１９に至るように、摩擦撹拌接合用の回転ツール１３をロータ回転軸方向に沿って直線状に移動させることにより摩擦撹拌接合を行うように構成した場合には、上記ステータコア２の両端部に補助コア１９がそれぞれ配設されてこれらが一体化されたステータＳＴを容易に製造することができる。

すなわち、上記摩擦撹拌接合を行う回転ツール１３を、ステータコア２の一端部側に位置する一方の補助コア１９から、上記ステータコア２を経て他方の補助コア１９に至るようにロータ回転軸方向に沿って直線状に移動させることにより、上記一方の補助コア１９から他方の補助コア１９に至る直線状の工具移動軌跡を形成した場合には、上記回転ツール１３の向きを変更することなく、その移動軌跡の最短距離に設定して、上記一対の補助コア１９と、ステータコア２との連続体からなるステータＳＴを迅速かつ適正に作成することができる。

しかも、上記ステータコア２の両端部に配設された電磁鋼板１０と、上記補助コア１９を構成する電磁鋼板１８とをロータ回転軸方向に連続させて配設することにより、上記ステータコア２の両端部に位置する電磁鋼板１０を上記補助コア１９の電磁鋼板１８によって拘束した状態で、これらに回転ツール１３を適正状態で圧接させて摩擦撹拌接合を行うことができるため、上記ステータコア２の両端部に位置する電磁鋼板１０とこれに隣接した電磁鋼板１０との接合強度が不足したり、これらの電磁鋼板１０が上記回転ツール１３の圧接力に応じて大きく変形したりする等の弊害を生じることなく、上記ステータコア２および補助コア１９を構成する各電磁鋼板１０，１８を容易かつ適正に接合することができる。

また、上記第３実施形態に示すように、複数枚の電磁鋼板１０からなるステータコア２のロータ回転軸方向の両端部に、複数枚の電磁鋼板１８がロータ半径方向に積層されてなる補助コア１９を配設した場合には、上記ステータコア２のティース部７にコイル９が巻掛けられることにより、上記ステータコア２のロータ回転軸方向両端部にコイル９の膨出部が形成されることに起因したデッドスペースが形成されるのを効果的に防止して、この部分の有効利用を図ることができる。すなわち、上記補助コア１９をステータコア２のロータ回転軸方向の両端部に配設することにより、この部分に磁束の漏れが生じるのを効果的に抑制することができるため、上記回転電機の電気エネルギーと回転力との変換効率を、より効果的に向上できるという利点がある。

さらに、上記第３実施形態に示すように、摩擦撹拌接合部２０の最終端部に回転ツール１３が到達した時点でこれを補助コア１９から離間させることにより、上記ステータコア２の他端部側に位置する補助コア１９の端部、つまり補助コア１９における上記工具移動軌跡の終端部近傍に、上記回転ツール１３の突部１２に対応した凹部２１を形成した場合には、上記ステータコア２および補助コア１９からなるステータＳＴをケース１内に位置決めして設置する際等に、上記凹部２１を位置決め用の孔または回り止めピンの係合孔として利用できるという利点がある。

なお、上記摩擦撹拌接合時の工具移動軌跡を、一方の補助コア１９から上記ステータコア２を経て他方の補助コア１９に至るようにロータ回転軸方向に沿って直線状に形成してなる上記第３実施形態に代え、上記摩擦撹拌接合時の工具移動軌跡を、ロータ回転軸方向に対して所定角度で傾斜させた傾斜線状に形成してもよく、上記補助コア１９およびステータコア２の周面に沿ったジグザク状に形成してもよい。

また、上記摩擦撹拌接合部１０，１７，２０を形成する際の接合深さ、つまり各電磁鋼板１０，１８の一部を塑性流動させて摩擦撹拌接合する際に塑性流動状態となる部分の厚さは、上記回転ツール１３の回転速度および移動速度と、上記突部１２の押し込み深さとを制御することによって任意に調節可能である。上記摩擦撹拌接合部１０，１７，２０の接合深さを電磁鋼板１０，１８の一枚分の厚さ以上に設定した場合には、各電磁鋼板１０，１８の接合強度を充分に確保して安定した接合状態に保持することができる。また、上記摩擦撹拌接合部１４，１７，２０の接合深さを電磁鋼板１０，１８の１０枚分の厚さ未満に設定することにより、その接合の際に塑性流動を受ける部分の体積を必要最小限に留め、塑性流動による結晶構造の破壊に起因した磁気特性の悪化を効果的に防止できるという利点がある。

例えば、ＰＣＢＮ材（多結晶ＣＢＮ焼結体）により形成された回転ツール１３の直径Ｄを１０ｍｍ、突部１２の直径ｄを３ｍｍ、突部１２の突出量Ｓを２ｍｍに設定した回転ツール１３を使用し、上記回転ツール１３の回転数を５００ｒｐｍ、移動速度を５０ｍｍ／ｍｉｎに設定するとともに、上記回転ツール１３の押し込み深さを２．１ｍｍに設定して上記摩擦撹拌接合を行うことにより、１枚の厚さが０．３ｍｍ程度に設定された電磁鋼板１０，１８により、図８に示すように、コア長さＬが１５０ｍｍ、補助コア１９の長さｌが２５ｍｍ、コア直径Ｗが２００ｍｍに設定されたステータコア２を製造する実験を行ったところ、各電磁鋼板１０，１８の接合深さを２．２ｍｍ程度として安定した接合状態が得られること等が確認された。

本発明に係る回転電機の第１実施形態を示す横断面図である。 ステータコアの具体的構成を示す斜視図である。 ステータコアの製造過程を示す縦断面図である。 上記ステータコアの具体的構成を示す縦断面図である。 本発明に係る回転電機の第２実施形態におけるステータコアの製造過程を示す縦断面図である。 上記ステータコアの外観を示す説明図である。 本発明に係る回転電機の第２実施形態におけるステータコアの具体的構成を示す斜視図である。 上記ステータコアの製造過程を示す縦断面図である。

符号の説明

２ ステータコア
３ ロータ
４ 回転軸
１０，１８ 電磁鋼板
１３ 回転ツール（工具）
１９ 補助コア
２１ 凹部

Claims (8)

1. ロータ回転軸方向に複数枚の電磁鋼板が積層されてなるステータコアを有する回転電機であって、上記ステータコアを構成する各電磁鋼板は、その外周面部が相隣接する電磁鋼板の積層方向に沿って摩擦撹拌接合されることにより一体化されたことを特徴とする回転電機。
2. 上記ステータコアのロータ回転軸方向の両端部には、複数枚の電磁鋼板がロータ半径方向に積層されてなる補助コアがそれぞれ配設され、この補助コアの外周面部とステータコアの外周面部とが摩擦撹拌接合されることにより一体化されたことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 上記摩擦撹拌接合時の工具移動軌跡が、一方の補助コアから上記ステータコアを経て他方の補助コアに至るようにロータ回転軸方向に沿って直線状に形成されたことを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
4. 上記補助コアには、ロータ半径方向に凹入する凹部が、上記工具移動軌跡の終端部近傍に設けられたことを特徴とする請求項２または３に記載の回転電機。
5. 上記摩擦撹拌接合部の接合深さが、電磁鋼板の一枚分の厚さ以上に設定されたことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載に回転電機。
6. ロータ回転軸方向に複数枚の電磁鋼板が積層されてなるステータコアを有する回転電機の製造方法であって、上記ステータコアを構成する複数の電磁鋼板を位置決めする位置決め工程と、各電磁鋼板の外周面部を相隣接する電磁鋼板と積層方向に摩擦撹拌接合して一体化する摩擦撹拌接合工程とを備えたことを特徴とする回転電機の製造方法。
7. 上記位置決め工程で、ロータ回転軸方向に複数枚の電磁鋼板が積層されてなるステータコアのロータ回転軸方向の両端部に、複数枚の電磁鋼板がロータ半径方向に積層されてなる補助コアをそれぞれ配設した後、上記摩擦撹拌接合工程で、補助コアの外周面部とステータコアの外周面部とを摩擦撹拌接合により一体化したことを特徴とする請求項６に記載の回転電機の製造方法。
8. 上記摩擦撹拌接合工程で、一方の補助コアから上記ステータコアを経て他方の補助コアに至るように、摩擦撹拌接合用の工具をロータ回転軸方向に沿って直線状に移動させることにより摩擦撹拌接合を行うように構成したことを特徴とする請求項６または７に記載の回転電機の製造方法。

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