(57)【要約】【課題】容易にコギングトルクの低減を図ることのできる回転電機の製造方法及び回転電機を提供する。【解決手段】複数のティース２５の中からコギングトルクを低減するための加工を施すティース２５ｘを少なくとも一つ選択し、選択されたティース２５ｘの先端面４１に、ステータとロータとの間のエアギャップに基づく磁気抵抗が周方向において均一化されるように多数の微細凹部４２を形成する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータと、前記ステータと径方向において対向するロータとを備え、前記ステータ及び前記ロータの少なくとも一方には、径方向に延出されてコイルが巻回される複数のティースが設けられた回転電機の製造方法において、
前記複数のティースの中からコギングトルクを低減するための加工を施すティースを少なくとも一つ選択する選択工程と、
前記選択工程で選択された前記ティースの先端面に、前記ステータと前記ロータとの間のエアギャップに基づく磁気抵抗が周方向において均一化されるように複数の微細凹部を形成する加工工程とを、含むことを特徴とする回転電機の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機の製造方法において、
パルスレーザ光を照射することにより、前記微細凹部を形成することを特徴とする回転電機の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の回転電機の製造方法において、
前記パルスレーザ光の照射位置が徐々に半径が大きくなる円を描くように該パルスレーザ光を走査することにより、前記微細凹部を形成することを特徴とする回転電機の製造方法。
【請求項４】
ステータと、前記ステータと径方向において対向するロータとを備え、前記ステータ及び前記ロータの少なくとも一方は、径方向に延出されてコイルが巻回される複数のティースが設けられた回転電機において、
前記各ティースのうちの少なくとも一つの先端面には、前記ステータと前記ロータとの間のエアギャップに基づく磁気抵抗が周方向において均一化されるように複数の微細凹部が形成されたことを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステータ及びロータの少なくとも一方にコイルの巻回されるティースが設けられた回転電機の製造方法及び回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、こうした回転電機、例えばブラシレスモータでは、ステータコアに設けられた複数のティースにコイルを巻回してなるステータと、ロータコアに永久磁石を固定してなるロータとを備えている。また、近年では、ステータコアをティース毎に分割した複数の分割コアにより構成することで、コイルの占積率を向上させたブラシレスモータが提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
ところで、こうしたブラシレスモータでは、ステータコアの寸法精度のばらつきに起因してステータとロータとの間のエアギャップが不均一となることで、該エアギャップに基づく磁気抵抗のバランスが崩れ、コギングトルクが増大する虞がある。特に、上記特許文献１のような分割コア構造を採用したステータコアでは、分割コアの組み付け誤差等の影響でその真円度や円筒度等が低下し易いため、より一層の配慮が必要とされる。
【０００４】
そこで、例えば特許文献２には、ステータ及びロータを組み付けた状態でコギングトルクを測定し、その測定データに基づいて所定のティースに磁性体を取り付けることで、該ティース部分でのステータとロータとの間のエアギャップを調整してコギングトルクの低減を図ったものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−５６８６７号公報
【特許文献２】特開２０１１−３６１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、一般にステータとロータとの間のエアギャップは、極力小さくなるように設定されることから、上記特許文献２で用いられる磁性体の径方向の厚みは非常に薄いものとなる（例えば、数十μｍ程度）。そのため、磁性体の取り付けが困難になり、エアギャップの調整作業が煩雑になるといった問題がある。特に、例えばティースの周方向一端部と他端部とでエアギャップの大きさが異なる場合等、一のティース内において調整すべきエアギャップの量が一定でない場合には、厚みが一定でない磁性体をティースに対して精度良く位置合わせをして取り付ける必要があり、著しく作業性が低下する虞があった。
【０００７】
なお、このような問題は、上記のようなブラシレスモータに限らず、例えばロータにコイルの巻回されるティースが設けられたブラシ付き直流モータ等の他の回転電機においても、同様に生じ得る。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、容易にコギングトルクの低減を図ることのできる回転電機の製造方法及び回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、ステータと、前記ステータと径方向において対向するロータとを備え、前記ステータ及び前記ロータの少なくとも一方には、径方向に延出されてコイルが巻回される複数のティースが設けられた回転電機の製造方法において、前記複数のティースの中からコギングトルクを低減するための加工を施すティースを少なくとも一つ選択する選択工程と、前記選択工程で選択された前記ティースの先端面に、前記ステータと前記ロータとの間のエアギャップに基づく磁気抵抗が周方向において均一化されるように複数の微細凹部を形成する加工工程とを、含むことを要旨とする。
【００１０】
上記構成のようにティースの先端面に微細凹部を形成することで、当該微細凹部の位置でのステータとロータとの間のエアギャップが大きくなる。したがって、こうした微細凹部をティースに複数形成することで、巨視的に、該ティース部分でのステータとロータとの間のエアギャップを大きくすることが可能になる。そして、上記構成では、選択工程で選択されたティースに微細凹部を形成して該ティース部分でのエアギャップを調整することで、ステータとロータとの間のエアギャップに基づく磁気抵抗が周方向において均一化されるため、コギングトルクを低減することができる。このようにティースの先端面に微細凹部を形成することでエアギャップを調整するため、薄い磁性体を取り付けることでエアギャップを調整する場合に比べ、その調整作業が容易になる。さらに、微細凹部の数（密度）や形状等をティース内での位置に応じて変更することで、該ティース内でのエアギャップの調整量を容易に変化させることができるため、一のティース内において調整すべきエアギャップの量が一定でない場合に特に有効である。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の回転電機の製造方法において、パルスレーザ光を照射することにより、前記微細凹部を形成することを要旨とする。
上記構成によれば、微細凹部は、パルスレーザ光の照射によりティースの一部が溶融、蒸発することで形成される。したがって、微細凹部の加工に伴って切削粉等の異物が生じることを抑制できる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の回転電機の製造方法において、前記パルスレーザ光の照射位置が徐々に半径が大きくなる円を描くように該パルスレーザ光を走査することにより、前記微細凹部を形成することを要旨とする。
【００１３】
ここで、微細凹部を形成する際には、例えばナノ秒パルスレーザ光等のパルス幅（照射時間）の短いパルスレーザ光を用いることにより、該レーザ光が照射された部位を蒸発させつつ、その近傍には熱をほとんど伝えないレーザ加工とし、ティースに与える熱の影響を抑えることが好ましい。しかし、こうした短パルスレーザ光の短い照射時間では、照射した部位の金属が十分に蒸発せず、溶融するに留まることがある。そして、この溶融した金属がパルスレーザ光の照射によって蒸発した部分に流れ込むことで、微細凹部の形成が阻害される虞がある。この点、上記構成では、パルスレーザ光の定点照射ではなく、照射位置が徐々に半径が大きくなる円を描くように該パルスレーザ光を走査することで、溶融した金属が外側に押し出されるようになるため、効率的に微細凹部を形成するとともに、ティースに与える熱の影響を抑制することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、ステータと、前記ステータと径方向において対向するロータとを備え、前記ステータ及び前記ロータの少なくとも一方は、径方向に延出されてコイルが巻回される複数のティースが設けられた回転電機において、前記各ティースのうちの少なくとも一つの先端面には、前記ステータと前記ロータとの間のエアギャップに基づく磁気抵抗が周方向において均一化されるように複数の微細凹部が形成されたことを要旨とする。上記構成によれば、請求項１と同様の作用効果を奏することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、容易にコギングトルクの低減を図ることのできる回転電機の製造方法及び回転電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の概略構成図。
【図２】第１実施形態の回転電機の軸方向と直交する断面図。
【図３】第１実施形態のステータコアの寸法ばらつきを示す模式図。
【図４】第１実施形態のステータコアの部分斜視図。
【図５】（ａ）は第１実施形態における加工するティースを選択する選択工程を示す模式図、（ｂ）は同じくティースを加工する加工工程を示す模式図。
【図６】第１実施形態のパルスレーザ光の照射位置の軌跡を示す模式図。
【図７】第２実施形態の回転電機の軸方向に沿った断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）１において、ステアリングホイール２が固定されたステアリングシャフト３は、ラックアンドピニオン機構４を介してラック軸５と連結されている。これにより、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転は、ラックアンドピニオン機構４によりラック軸５の往復直線運動に変換される。なお、ステアリングシャフト３は、コラム軸８、中間軸９、及びピニオン軸１０を連結してなる。そして、このステアリングシャフト３の回転に伴うラック軸５の往復直線運動が、ラック軸５の両端に連結されたタイロッド１１を介して図示しないナックルに伝達されることにより、転舵輪１２の舵角、すなわち車両の進行方向が変更される。
【００１８】
また、ＥＰＳ１は、操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与するＥＰＳアクチュエータ（操舵力補助装置）１３を備えている。本実施形態のＥＰＳ１は、コラム軸８を回転駆動する所謂コラム型のＥＰＳとして構成されており、ＥＰＳアクチュエータ１３の駆動源となる回転電機１４はウォーム＆ホイール等の減速機構１５を介してコラム軸８と駆動連結されている。そして、回転電機１４の回転を減速機構１５により減速してコラム軸８に伝達することによって、そのモータトルクをアシスト力として操舵系に付与する構成になっている。
【００１９】
次に、本実施形態の回転電機の構成について説明する。
図２に示すように、回転電機１４は、円筒状のハウジング２１内に収容されたステータ２２と、ステータ２２の径方向内側において回転可能に支持されたロータ２３とを備えブラシレスモータとして構成されている。
【００２０】
詳述すると、ステータ２２は、ハウジング２１の内周に固定された円筒状の円筒部２４と、円筒部２４から径方向内側に向って延びる複数（本実施形態では、１２個）のティース２５とからなるステータコア２６を備えている。本実施形態のステータコア２６は、その円筒部２４がティース２５毎に周方向で分割された複数の分割コア２７を環状に配置することにより構成されている。そして、各ティース２５には、コイル２９が集中巻きにて巻回されている。
【００２１】
ロータ２３は、回転軸３１と、回転軸３１と一体回転可能に固定される円環状のロータコア３２と、ロータコア３２の外周面に固定された複数（本実施形態では、１０個）の永久磁石３３とを備えている。つまり、本実施形態のロータ２３は、所謂表面磁石型のロータとして構成されている。
【００２２】
このように構成された回転電機１４は、各コイル２９に三相の駆動電力が供給されることにより形成される磁界と、永久磁石３３の磁束との間に生じる磁気的な吸引力及び反発力によりロータ２３が回転するようになっている。
【００２３】
ここで、ステータコア２６には、製造誤差等に起因した寸法精度のばらつきや分割コア２７の組み付け誤差等が存在する。そのため、ステータコア２６の内周面、つまりティース２５のロータ２３と対向する先端面４１が、真円に対して僅かに歪んだ形状となり、ステータ２２とロータ２３との間のエアギャップが不均一となることがある。具体的には、図３に示すように、例えばティース２５ｘが径方向に沿った直線に対して傾斜した状態となり、ティース２５ｘの周方向一端部が他端部よりもロータ２３に近接して配置されることでエアギャップが不均一となることがある。その結果、エアギャップに基づく磁気抵抗のバランスが崩れ、コギングトルクが増大する虞がある。
【００２４】
この点を踏まえ、図４に示すように、ティース２５ｘの先端面４１には、多数の微細凹部４２が形成されており、これら微細凹部４２によってエアギャップが調整されている。すなわち、ティース２５の先端面４１に微細凹部４２が形成されることで、当該微細凹部４２の位置でのステータ２２とロータ２３との間のエアギャップが大きくなる。したがって、微細凹部４２を多数形成することで、巨視的に、ティース２５ｘ部分でのステータ２２とロータ２３との間のエアギャップが大きくされている。そして、本実施形態では、微細凹部４２は、ステータ２２とロータ２３との間のエアギャップに基づく磁気抵抗が周方向において均一化されるように形成されている。
【００２５】
詳述すると、各微細凹部４２は、丸穴状に形成されており、隣り合う微細凹部４２と所定間隔を空けて配置されている。そして、先端面４１内において、微細凹部４２の数は、ロータ２３との間のエアギャップが小さい周方向一端部側からエアギャップの大きい他端部側に向かうにつれて徐々に少なくなっている。換言すると、先端面４１内における微細凹部４２の密度は、周方向一端部側の方が他端部側よりも高くなっている。なお、図４では、微細凹部４２の多寡を先端面４１における点ハッチングの疎密により示すとともに、説明の便宜上、コイル２９の図示を省略している。これにより、ステータ２２とロータ２３との間のエアギャップに基づく磁気抵抗が周方向において均一化され、コギングトルクが低減されている。なお、こうした回転電機１４の一例として、ステータコア２６の外径を略８０ｍｍ、その内径（ステータコア２６の中心からティース２５の先端面４１までの距離）を略５０ｍｍ、その軸方向長さを略１５ｍｍに設定したもの対して、微細凹部４２の直径を略０．１ｍｍ、その深さを略０．１ｍｍに設定することが可能である。
【００２６】
次に、本実施形態の回転電機の製造について説明する。
本実施形態では、コイル２９を巻装した分割コア２７を環状に配置してステータ２２を製造した後、先ず複数のティース２５の中からコギングトルクを低減するための加工を施すティース２５を少なくとも一つ選択する選択工程を行う。そして、選択工程で選択されたティース２５に微細凹部４２を形成する加工工程を行うことで、コギングトルクの低減を図っている。
【００２７】
詳述すると、図５（ａ）に示すように、選択工程では、ステータ２２の真円度や円筒度等を形状測定装置５１を用いて測定し、この測定結果に基づいて複数のティース２５の中からの径方向内側に突出したティース２５ｘ（加工を施すティース２５ｘ）を選択する（選択工程）。なお、形状測定装置５１は、プローブ等の計測部５２でステータ２２の内周を走査する公知の装置であり、その詳細は例えば特開平７−２７０１５３号公報や特開２００６−２５４５１９号公報を参照されたい。また、図５では、説明の便宜上、コイル２９の図示を省略している。
【００２８】
続いて、図５（ｂ）に示すように、加工工程では、選択工程で選択したティース２５ｘの先端面４１に、パルスレーザ加工装置５３を用いてパルスレーザ光Ｌを照射することで、微細凹部４２を形成する。なお、本実施形態では、パルスレーザ光Ｌとしてナノ秒パルスレーザ光が用いられている。より詳しくは、図６に示すように、パルスレーザ光Ｌの照射位置Ｐが徐々に半径が大きくなる円を描くように該パルスレーザ光Ｌを走査することにより微細凹部４２を形成する。そして、形状測定装置５１の測定結果に基づいて、ステータ２２とロータ２３との間のエアギャップに基づく磁気抵抗が周方向において均一化されるように多数の微細凹部４２を同様に形成する。具体的には、図３に示すように、ティース２５ｘの周方向一端部が他端部よりもロータ２３に近接して配置される場合には、周方向一端部側の方で他端部側よりも微細凹部４２の密度が高くなるように形成する。なお、ティース２５ｘのロータ２３との間の距離が周方向全体に亘って等しい場合には、微細凹部４２の密度が先端面４１の全体に亘って均一となるように形成する。その後、ステータ２２の内側にロータ２３を組み付けることで、回転電機１４が製造される。
【００２９】
以上記述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）ティース２５の先端面４１に多数の微細凹部４２を形成することで、ステータ２２とロータ２３との間のエアギャップを調整するため、薄い磁性体を取り付けることでエアギャップを調整する場合に比べ、その調整作業が容易になる。さらに、微細凹部４２の数（密度）や形状等をティース２５内での位置に応じて変更することで、該ティース２５内でのエアギャップの調整量を容易に変化させることができるため、一のティース２５内において調整すべきエアギャップの量が一定でない場合に特に有効である。
【００３０】
（２）パルスレーザ光Ｌの照射によってティース２５の一部を溶融し、蒸発させることにより微細凹部４２を形成するため、微細凹部４２の加工に伴って切削粉等の異物が生じることを抑制できる。
【００３１】
（３）パルスレーザ光Ｌとしてナノ秒パルスレーザ光を用いたため、ティース２５におけるパルスレーザ光Ｌが照射された部位を蒸発させて微細凹部４２を形成しつつ、その近傍には熱をほとんど伝えないようにティース２５を加工することができる。このため、ティース２５に与える熱の影響を抑制することができる。
【００３２】
（４）パルスレーザ光Ｌの定点照射ではなく、照射位置Ｐが徐々に半径が大きくなる円を描くように該パルスレーザ光Ｌを走査することにより微細凹部４２を形成した。
ここで、ナノ秒パルスレーザ光の短い照射時間では、照射した部位の金属が十分に蒸発せず、溶融するに留まることがある。そして、この溶融した金属がパルスレーザ光Ｌの照射によって蒸発した部分に流れ込むことで、微細凹部４２の形成が阻害される虞がある。この点、本実施形態のようにパルスレーザ光Ｌの照射位置Ｐが徐々に半径が大きくなる円を描くように走査することで、溶融した金属が外側に押し出されるようになるため、効率的に微細凹部４２を形成するとともに、ティース２５に与える熱の影響を抑制することができる。
【００３３】
（第２実施形態）
次に、本発明を具体化した第２実施形態を図面に従って説明する。なお、本実施形態と上記第１実施形態との主たる相違点は、回転電機がブラシ付き直流モータとして構成されている点である。このため、説明の便宜上、同一の構成については上記第１実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３４】
図７に示すように、本実施形態の回転電機１４は、略有底円筒状をなすハウジング（ヨーク）６１の内周に永久磁石６２を固着してなるステータ６３と、永久磁石６２の内側において回転可能に支持されたロータ（電機子）６４とを備えている。
【００３５】
詳述すると、ロータ６４は、回転軸６５と、回転軸６５と一体回転可能に固定されるロータコア６６及び整流子６７とを備えている。ロータコア６６は、円筒状の円筒部６８と、円筒部６８から径方向外側に向かって放射状に延出された複数のティース６９とを有しており、各ティース６９には、コイル７１が巻回されている。整流子６７は、回転軸６５とともに一体回転する円筒体７２の周面に複数のセグメント７３を固定することにより構成されている。そして、これらセグメント７３には、対応するコイル７１がそれぞれ接続されている。
【００３６】
また、回転電機１４は、整流子６７の径方向外側において、当該整流子６７を挟むように配置された複数の給電ブラシ７５を備えている。各給電ブラシ７５は、ハウジング６１に固定されたブラシホルダ７６内に収容されている。そして、給電ブラシ７５は、コイルバネ等の付勢部材７７によって付勢されることにより、整流子６７の各セグメント７３に摺接している。また、各給電ブラシ７５には、制御装置（図示略）から回転に応じた正負の電圧が印加されるようになっている。
【００３７】
このように構成された回転電機１４では、各給電ブラシ７５が整流子６７の回転位置に応じたセグメント７３に摺接することにより、当該セグメント７３に接続されたコイル７１に駆動電力が供給される。そして、このコイル７１への通電により形成される磁界と、永久磁石６２の磁束との間に生じる磁気的な吸引力及び反発力によってロータ６４が回転するようになっている。
【００３８】
本実施形態のロータ６４のティース６９おけるステータ６３と対向する先端面７８には、上記第１実施形態と同様に、ロータコア６６の真円度等の測定結果に基づいて微細凹部がパルスレーザ加工により形成されることで、ステータ６３とロータ６４との間のエアギャップに基づく磁気抵抗が均一化されており、コギングトルクの低減が図られている。
【００３９】
以上記述したように、本実施形態によれば、上記第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
なお、上記各実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
【００４０】
・上記第１実施形態では、形状測定装置５１によってステータコア２６の真円度や円筒度等を測定し、この測定結果に基づいて微細凹部４２を形成するティース２５を選択したが、これに限らず、他の方法によりティース２５を選択してもよい。例えば、上記特許文献２のようにステータ２２の内側にロータ２３を組み付けてコギングトルクを測定し、この測定結果に基づいて微細凹部４２を形成するティース２５を選択してもよい。同様に、上記第２実施形態において、コギングトルクの測定結果等に基づいて微細凹部４２を形成するティースを選択してもよい。
【００４１】
・上記第１実施形態では、複数の分割コア２７を円環状に配置してなるステータコア２６を用いたが、これに限らず、ティース２５毎に分割されていない一体のステータコアや、円筒部２４から各ティース２５が分割されたステータコアを用いてもよい。
【００４２】
・上記各実施形態では、パルスレーザ光Ｌの照射位置Ｐが徐々に半径が大きくなる円を描くように走査することで微細凹部４２を形成したが、他の態様でパルスレーザの照射位置を走査して微細凹部４２を形成してもよい。
【００４３】
・上記各実施形態では、微細凹部４２をパルスレーザ加工により形成したが、これに限らず、例えば切削加工等によって形成してもよい。
・上記各実施形態において、微細凹部４２の形状は丸穴状に限らず、例えば三角形状や溝状等、適宜変更可能である。
【００４４】
・上記各実施形態において、パルスレーザ光Ｌとして、例えばフェムト秒パルスレーザ光等、ナノ秒パルスレーザ光以外のパルスレーザ光を用いてもよい。
・上記各実施形態では、本発明をステータ２２，６３の径方向内側にロータ２３，６４が配置されるインナロータ型の回転電機に適用したが、これに限らず、例えばステータ２２，６３の径方向外側にロータ２３，６４が配置されるアウタロータ型の回転電機に適用してもよい。また、永久磁石を界磁とした回転電機に限らず、電磁石を界磁として構成した回転電機に適用してもよい。要は、コイルが巻回されるティースを有する回転電機であれば、本発明は適用可能である。なお、回転電機１４をＥＰＳ１の駆動源以外の用途に用いてもよいことは言うまでもない。
【００４５】
次に、上記各実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、それらの効果とともに以下に追記する。
（イ）前記パルスレーザ光は、ナノ秒パルスレーザであることを特徴とする。上記構成によれば、短いレーザ照射時間で微細凹部を形成することができ、ティースに与える熱の影響を抑制することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１…電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）、１４…回転電機、２２，６３…ステータ、２３，６４…ロータ、２４，６８…円筒部、２５，２５ｘ，６９…ティース、２６…ステータコア、２７…分割コア、２９，７１…コイル、４１，７８…先端面、４２…微細凹部、５１…形状測定装置、５３…パルスレーザ加工装置、６６…ロータコア、Ｌ…パルスレーザ光、Ｐ…照射位置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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