(57)【要約】【課題】ロータおよびステータ間のエアギャップを可及的に小さな大きさで効率的に成形することのできるインナーロータ型モータまたはアウターロータ型モータの製造方法と該製造方法によって製造されたモータを提供する。【解決手段】  インナーロータ型モータ１０の製造方法は、ロータ３に対向するステータ１（の各ティース１１）の内周面に摩耗層２を形成し、ステータ１とロータ３を摩耗層２を介して密着させ、ロータ３をステータ１に対して相対回転させることによって摩耗層２を削ることにより、ステータ１とロータ３の間に可及的に狭いエアギャップＡ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】
略円環状のステータと、該ステータの内部に配設されるロータと、からなるインナーロータ型モータの製造方法であって、
ロータに対向するステータの内周面および／またはステータに対向するロータの外周面に摩耗層を形成し、
ステータとロータを摩耗層を介して密着させ、ロータまたはステータのいずれか一方を他方に対して相対回転させることによって前記摩耗層を削り、ステータとロータの間にエアギャップを形成することを特徴とするインナーロータ型モータの製造方法。
【請求項２】
前記ステータをその径方向外側に熱膨張させておき、熱膨張したステータの内部にロータを配設した後にステータを放熱することによって径方向内側へ収縮させ、ステータとロータを密着させることを特徴とする請求項１に記載のインナーロータ型モータの製造方法。
【請求項３】
前記ステータは周方向に分割された分割コア体から形成されるものであり、
ロータのまわりに分割コア体を組付けることにより、分割コア体からなるステータとロータを密着させることを特徴とする請求項１に記載のインナーロータ型モータの製造方法。
【請求項４】
略円環状のロータと、該ロータの内部に配設されるステータと、からなるアウターロータ型モータの製造方法であって、
ステータに対向するロータの内周面および／またはロータに対向するステータの外周面に摩耗層を形成し、
ステータとロータを摩耗層を介して密着させ、ロータまたはステータのいずれか一方を他方に対して相対回転させることによって前記摩耗層を削り、ステータとロータの間にエアギャップを形成することを特徴とするアウターロータ型モータの製造方法。
【請求項５】
前記ロータをその径方向外側に熱膨張させておき、熱膨張したロータの内部にステータを配設した後にロータを放熱することによって径方向内側へ収縮させ、ステータとロータを密着させることを特徴とする請求項４に記載のアウターロータ型モータの製造方法。
【請求項６】
前記ロータは周方向に分割された分割コア体から形成されるものであり、
ステータのまわりに分割コア体を組付けることにより、分割コア体からなるロータとステータを密着させることを特徴とする請求項４に記載のアウターロータ型モータの製造方法。
【請求項７】
請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法によって製造されるインナーロータ型モータ。
【請求項８】
請求項４〜６のいずれかに記載の製造方法によって製造されるアウターロータ型モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インナーロータ型モータまたはアウターロータ型モータとその製造方法に係り、特に、ロータおよびステータ間のエアギャップを最適な大きさに効率的に成形することができ、モータの回転性能およびトルク性能を高めることのできるインナーロータ型モータまたはアウターロータ型モータとその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、自動車産業においては、地球環境に優しく、走行性能に優れたハイブリッド自動車のさらなる性能の向上を目指して、構成機器や部品、車体デザイン等の開発が日々進められている。ハイブリッド自動車の性能を高めるには、車体を含む搭載機器の軽量化と各種機器の高性能化の双方を満足することが重要であり、例えば、１台の自動車に多種類かつ多基数搭載されるモータ（電動機）の軽量化と高性能化はハイブリッド自動車の性能向上に必須の課題である。
【０００３】
上記するモータには、可変リラクタンス型（ＶＲ）や永久磁石型（ＰＭ）、ハイブリッド型（ＨＢ）からなるステッピングモータをはじめとして各種モータが存在し、さらには、ステータとロータからなるモータにおいて、ステータに対するロータの配設態様によってインナーロータ型とアウターロータ型双方のモータが適用されている。
【０００４】
いずれの配設態様においても、ステータおよびロータに使用される鋼板素材、永久磁石の素材、コイル用導線の形成態様やワニス含浸固定方法の形態、絶縁紙の形態やその配設態様など、モータ性能を向上させるための開発要素は多分に存在している。その中で、ステータとロータの間の隙間（エアギャップ）もモータ性能に大きく影響しており、エアギャップが狭ければ狭いほど、磁束密度を大きくできることによってモータ性能は向上する。その一方で、狭いエアギャップを実現するためにはロータとステータの高精度の加工が必須となること、エアギャップが狭くなるとステータおよびロータの組付け加工が困難となること、などの理由から、エアギャップが狭すぎるとモータ製造時間が長くなり、製造コストが高騰することに繋がってしまう。この製造歩留まり等を理由として、従来のモータにおけるステータとロータの間のエアギャップはせいぜい５００〜８００μｍ程度となっており、それよりも狭いエアギャップを実現することは極めて困難な状況であった。このような理由から、このエアギャップを可及的に狭くすること、モータの製造効率を高めること、の双方を満足できるモータの製造方法の開発が切望されている。
【０００５】
ところで、特許文献１には、ステータコアを構成する複数の分割コア同士の組付け精度を向上させるために、熱膨張した筒状ハウジングの内側に分割コアからなるステータコアを挿入し、各分割コアを筒状ハウジング内の内側面に押し付けた状態で保持しながら該筒状ハウジングを熱収縮させるモータの製造方法が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３４８８０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１のモータの製造方法は、分割コアからなるステータをその対象とし、例えば鋼板が積層されてなるステータコアおよびロータコア間のエアギャップを最適な大きさに調整しながら製造する技術にまで及ぶものではない。
【０００８】
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、インナーロータ型、アウターロータ型いずれの形態のモータにおいても、ステータとロータとの間のエアギャップを可及的に狭くするとともに、モータの製造効率を高めることのできるインナーロータ型モータまたはアウターロータ型モータの製造方法と、該製造方法によって製造されたモータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成すべく、本発明によるインナーロータ型モータの製造方法は、略円環状のステータと、該ステータの内部に配設されるロータと、からなるインナーロータ型モータの製造方法であって、ロータに対向するステータの内周面および／またはステータに対向するロータの外周面に摩耗層を形成し、ステータとロータを摩耗層を介して密着させ、ロータまたはステータのいずれか一方を他方に対して相対回転させることによって前記摩耗層を削り、ステータとロータの間にエアギャップを形成することを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の製造方法は、ステータの内周面とロータの外周面を予め密着させておき、この状態で、例えば外側のステータを固定するとともに内側のロータを別途の駆動モータにて強制回転（摺動）させることにより、ステータの内周面またはロータの外周面、またはその双方に形成された摩耗層が回転するロータに削られることでロータとステータとの間に適宜の大きさのエアギャップを形成するものである。
【００１１】
ステータ、ロータともに例えば電磁鋼板をはじめとする各種鋼板が積層され、溶接等されることによって所定高さのコア体に成形されており、インナーロータ型モータにおいては、ステータコアにおいて、径方向内側へ突出するティースがその周方向に亘って所定の数だけ成形されている。一方、ロータ内部には永久磁石をはじめとする磁石が埋設されている。このティースの先端面（ロータに対向する面）、またはロータの外周面、またはその双方の面に適宜材料の摩耗層を形成しておく。
【００１２】
この摩耗層は、導電性、磁性を有しており、鋼板からなるロータまたはステータによって摩耗可能な素材であればその素材は特に限定されるものではないが、例えば、ニッケルやＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）などをコーティングすることによって成形することができる。また、このコーティング厚は、１０μｍ〜３０μｍ程度に設定することができる。この中で、ＤＬＣの特性は、硬質であること、コーティング性に優れていることを挙げることができる。硬質であることは摩耗工程にとっては歩留まりを低下させるものであるため、可能であれば比較的軟質なＤＬＣを使用するのが好ましい。軟質なＤＬＣを使用することにより、摩耗工程における摩耗効率を低下させることなく、さらには、軟質とはいってもＤＬＣはニッケル等に比して硬質であるがゆえに摩耗量の管理（エアギャップの大きさの管理）も容易となるため、可及的に狭いエアギャップの製造を実現することができる。
【００１３】
なお、発明者の実験によれば、上記する製造方法によって１〜５０μｍ程度のエアギャップの形成を実現できることが実証されており、この製造方法によって製造されたモータのトルク性能をＣＡＥ解析した結果、モータトルクを従来のモータ（エアギャップが５００μ程度）に比して２５〜８０％程度向上できるという解析結果が得られている。
【００１４】
また、例えばステータの内周面または、ステータの内周面とロータの外周面の双方に摩耗層が形成されていることにより、ロータとステータの間のＡＴＦ（自動変速機油）が積層鋼板の間に逃げることを防止できる結果、ロータ回転時のロータとステータとが接触することが無くなる。この効果は、モータの回転性能の向上に寄与するものである。また、摩耗層によってステータまたはロータの周面が保護される結果、ステータまたはロータの防錆効果を得ることもできる。さらに、ＡＴＦが積層鋼板の間に逃げることを防止される結果、ロータ回転時にＡＴＦがステータとロータ間に効果的に入り込むこととなり、モータの冷却性能も向上させることができる。
【００１５】
また、本発明によるインナーロータ型モータの製造方法の他の実施の形態は、前記ステータをその径方向外側に熱膨張させておき、熱膨張したステータの内部にロータを配設した後にステータを放熱することによって径方向内側へ収縮させ、ステータとロータを密着させることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の製造方法の実施の形態は、ステータとロータを密着させる工程の効率性を高めることと、ロータをステータの内部に押し込みながら嵌め合わせた際にこの段階で摩耗層が削られてしまうという問題を解消すること、を目的とした製造方法である。
【００１７】
常温におけるステータコアとロータとが相互に密着し、ある程度の押圧力にて他方を押し込むことのできる寸法に双方の大きさを調整しておく。この押圧力は、手でロータを回そうとしても容易には回すことができず、ロータを回転駆動させることによってロータが摩耗層を削りながら徐々に回転する程度の力に設定するのがよく、例えば、ステータとロータが密着した状態において、２〜５Ｎ程度の力で相互に押圧し合っている状態に調整することができる。
【００１８】
ステータコアの熱膨張と放熱に伴なう収縮作用を利用し、ステータが熱膨張した状態ではその内部にロータを配設することが容易であり、放熱による熱収縮によってステータがロータに上記するような所定の押圧力を付与しながら密着する。なお、摩耗層を形成する素材は熱膨張係数が比較的高い素材が好ましいが、上記するニッケルやＤＬＣなどは熱膨張性もよく、この点からも好ましい素材であると言える。
【００１９】
かかる製造方法によれば、ロータとステータとを密着させる段階で、例えばステータの中央にロータを押し込んだ際に摩耗層が不均一に削られてしまうといった問題を完全に解消することができる。
【００２０】
摩耗層にＤＬＣを使用した場合には、ＤＬＣのコーティング時の温度が５００〜６００℃であることにより、鋼板材料からステータおよびロータ用の形状に鋼板を打ち抜く際に鋼板の内部組織内に生じた歪を焼鈍する効果がある。これは、鋼板の溶融温度がＤＬＣのコーティング時の温度と同程度の温度によるためである。
【００２１】
また、本発明によるインナーロータ型モータの製造方法の他の実施の形態において、前記ステータは周方向に分割された分割コア体から形成されるものであり、ロータのまわりに分割コア体を組付けることにより、分割コア体からなるステータとロータを密着させることを特徴とするものである。
【００２２】
分割コアからステータを成形する方法は、例えば集中巻きステータにおけるコイル成形の歩留まりを向上できるという製造工程時のメリットがある。本発明の製造方法では、このメリットを享受できることは勿論のこと、分割体同士をロータまわりに組付けた段階でステータとロータとを相互に押圧した状態で密着させることができ、摩耗層の損傷防止と効率的な密着工程の実現というメリットを享受できるものである。
【００２３】
本発明の製造方法によれば、ステータを熱膨張させる必要がなくなり、この熱膨張によってステータの磁気特性が変化するという可能性に対する危惧も一切なくなる。
【００２４】
また、本発明によるアウターロータ型モータの製造方法は、略円環状のロータと、該ロータの内部に配設されるステータと、からなるアウターロータ型モータの製造方法であって、ステータに対向するロータの内周面および／またはロータに対向するステータの外周面に摩耗層を形成し、ステータとロータを摩耗層を介して密着させ、ロータまたはステータのいずれか一方を他方に対して相対回転させることによって前記摩耗層を削り、ステータとロータの間にエアギャップを形成することを特徴とするものである。
【００２５】
アウターロータの場合には、このロータに形成されるティースはその径方向外側に向うものであるため、インナーロータ型モータのステータ内周面と違い、ロータ内周面へのニッケル等のコーティングが容易となる。
【００２６】
また、アウターロータ型モータの製造方法の他の実施の形態として、前記ロータをその径方向外側に熱膨張させておき、熱膨張したロータの内部にステータを配設した後にロータを放熱することによって径方向内側へ収縮させ、ステータとロータを密着させる製造方法を適用することができる。
【００２７】
さらに、他の実施の形態として、前記ロータは周方向に分割された分割コア体から形成されるものであり、ステータのまわりに分割コア体を組付けることにより、分割コア体からなるロータとステータを密着させる製造方法を適用することができる。
【００２８】
アウターロータ型モータの製造方法においても、インナーロータ型モータの製造方法と同様の効果を得ることができることは言うまでもない。
【発明の効果】
【００２９】
以上の説明から理解できるように、本発明のインナーロータ型モータまたはアウターロータ型モータの製造方法によれば、ステータまたはロータの周面に摩耗層が形成され、この摩耗層を対向するステータまたはロータが削り取ることにより、可及的に狭いエアギャップを極めて効率的に形成することができる。また、本発明によるインナーロータ型モータまたはアウターロータ型モータは、本発明の製造方法によって製造されることにより、従来のモータに比して極めて狭いエアギャップを有することにより、そのトルク性能を格段に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図４は順に、本発明のインナーロータ型モータの製造方法を説明する模式図であり、図５は、図４のＶ部の拡大図である。図６〜図８は順に、本発明のアウターロータ型モータの製造方法を説明する模式図である。図９は、本発明のモータのトルク性能に関する解析結果を示したグラフである。なお、図示する本発明のモータの製造方法では、ステータの内周面または外周面にのみ摩耗層を形成しているが、ロータの周面に摩耗層を形成する形態であってもよいし、ステータとロータ双方の周面に摩耗層を形成する形態であってもよい。
【００３１】
(実施の形態１)
図１〜図４はインナーロータ型モータを製造する製造方法を順に説明した図である。まず、図１に示すように、略円環状のヨーク１２と、このヨーク１２から径方向内側へ突出する複数のティース１１，１１，…とから構成される電磁鋼板が所定の高さに積層され、かしめや溶接等で一体にされることでステータ１が形成されている。このステータ１の各ティース１１の先端には、ニッケルやＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）などが例えば１０〜３０μｍ程度の厚みにコーティングされて摩耗層２が形成される。
【００３２】
次に図２に移り、摩耗層２が各ティース１１の先端に形成された段階で、今度はステータ１の全体を加熱し、その径方向外側に向って膨張させる（図２のＸ１方向）。加熱によるステータ１の温度は、６０〜１００℃の範囲内で所望の膨張量に応じて設定される。このティース１の熱膨張時には、摩耗層２も同様に熱膨張することになる。
【００３３】
常温にて各摩耗層２，２，…によって形成される円奇跡（図１のＰ線）よりも若干大きめの寸法を有するロータ３を熱膨張したステータ１の内部に配設する。なお、ロータ３も、円形の電磁鋼板を所定高さに積層し、かしめや溶接等で一体にされることで形成されている。
【００３４】
ステータ１が径方向外側へ膨張しているため、ステータ１と何ら干渉することなくロータ３をその内部に配設することができる。
【００３５】
次に図３に移り、ステータ１の内部にロータ３を配設した後に、今度はステータ１を放熱し、径方向内側へ熱収縮させる（図３のＸ２方向）。この放熱工程においては、放熱を促進するために冷却ファン等を使用するのがよい。
【００３６】
ステータ１が収縮することにより、その各ティース１１の先端の摩耗層２とロータ３とは相互に押圧した状態で密着する。
【００３７】
次に図４に移り、ステータ１の収縮が収束し、各摩耗層２とロータ３とが密着した状態でステータ１を不図示の把持装置にて把持固定し、ロータ３の中央に開設されたシャフト孔３１に不図示のシャフトを嵌め込み、このシャフトを不図示の駆動用モータに装着する。
【００３８】
次いで各摩耗層２との摩擦抵抗に抗してロータ３をドライ条件にて強制回転させることにより（図４のＹ方向）、摩耗層２を所定厚だけ削り取ることにより、所定幅（大きさ）のエアギャップＡを形成することができる（図５参照）。なお、強制回転終了後は、エアブローにて摩耗粉を除去しておく。
【００３９】
ここで、ロータ３の回転制御方法としては、まず、はじめの５秒間は５０ｒｐｍ（回転／分）で回転させ、次いで毎秒５０ｒｐｍずつ回転数を上げていき、回転開始から１０秒後の３００ｒｐｍの段階で一気に５０００ｒｐｍに回転数を上げ、その後は回転トルクが作用しなくなった段階で強制回転を終了する。このように強制回転のはじめの段階では徐々に低回転数にて強制回転制御をおこなうことにより、削り量（エアギャップの大きさ）の制御が容易となり、所望の削り量を実現し易くなる。
【００４０】
上記する製造方法により、ステータのティースとロータとの間において、例えば１〜５０μｍの範囲のエアギャップを簡易に形成することができ、後述するＣＡＥ解析の結果にも示されるように、従来のモータ（インナーロータ型モータ）に比してそのトルク性能を格段に向上させることができる。このトルク性能の向上はエアギャップを可及的に小さく形成したことに起因するものであり、このトルク性能の向上に際して同体格の従来のモータよりも重量を増加させるものではない。
【００４１】
(実施の形態２)
次に、図６，７に基づいてアウターロータ型モータの製造方法を説明する。
【００４２】
図６に示すように、円形に打ち抜かれた電磁鋼板が所定高さに積層され、溶接されてなるステータ５の外周面に、ニッケルやＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）などが１０〜３０μｍ程度の厚みにコーティングされて摩耗層２Ａが形成されている。
【００４３】
ステータ５の外周に配設されるロータ４は、その周方向に分割された複数の分割体４１，４１，…から構成されるものであり、各分割体４１は、コイルが巻装されるティース４１ａとその両端に設けられた円弧状のヨーク４１ｂ，４１ｃを有する電磁鋼板が積層され、溶接されて形成されている。
【００４４】
各分割体４１のティースまわりに不図示のコイルを形成した後に、図６に示すように隣接する分割体４１，４１同士が組付けられ（Ｚ１方向）、摩耗層２Ａにヨーク４１ｂ，…が押圧されることにより（Ｚ２方向）、図７に示すように、ロータ４とステータ５とを相互に押圧した状態で密着させる。
【００４５】
次に図８に移り、ロータ４を不図示の把持装置にて把持固定し、ステータ５の中央に開設されたシャフト孔５１に不図示のシャフトを嵌め込み、このシャフトを不図示の駆動用モータに装着する。次いで各摩耗層２Ａとの摩擦抵抗に抗してステータ５を強制回転させ（図８のＹ方向）、摩耗層２Ａを所定厚だけ削り取ることによって所定幅（大きさ）のエアギャップＡを形成することができる。なお、本実施の形態においても、その回転制御方法は、実施の形態１と同様の方法を適用できる。
【００４６】
[エアギャップとモータトルクに関するＣＡＥ解析とその結果]
発明者等は、エアギャップとモータトルクとの関係に関してＣＡＥ解析を行い、上記する本発明によるモータ製造方法によって製造されたモータが従来のモータに比してどの程度トルクを向上できるかに関して検証した。以下、表１は、エアギャップが０．０５ｍｍ（本発明の製造方法によってもたらされるエアギャップ）の場合の１０００ｒｐｍ、３０００ｒｐｍ、６０００ｒｐｍの各場合のトルク値と、エアギャップが０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、０．８ｍｍの場合のトルク値を示している。また、表２は、エアギャップが０．０５ｍｍの場合における、１０００ｒｐｍ、３０００ｒｐｍ、６０００ｒｐｍの各場合の磁束密度：Ｂｒに関し、従来のモータ（エアギャップが０．８ｍｍの場合）と比較した結果を示している。また、表２の結果を図９にグラフ化している。
【００４７】
【表１】
2008092705.tif 000003
【００４８】
【表２】
2008092705.tif 000004
【００４９】
まず、表１の解析結果より、従来のモータ（エアギャップが０．８ｍｍの場合）に比して本発明の製造方法によって製造されるモータ（エアギャップが０．０５ｍｍの場合）は、回転数が１０００ｒｐｍで１０％程度、６０００ｒｐｍでは８０％程度、モータトルクを向上させることができる。
【００５０】
また、図９中、グラフＸは１０００ｒｐｍ、グラフＹは３０００ｒｐｍ、グラフＺは６０００ｒｐｍの各解析結果と、この解析結果より外挿してなる値（Ｂｒ＝１．５（Ｔ））の結果を示している。磁束密度に応じて相違はあるものの、各回転数ともに従来のモータに比してトルクの増加が顕著であり、特に、回転数が６０００ｒｐｍの場合には、従来よりも１５％〜８０％程度の増加率が得られる結果となっている。この結果より、Ｂｒ＝１．５（Ｔ）という極めて大きな磁束密度の場合においても、最大で８０％のトルクの増加が得られることが予想される。
【００５１】
上記する本発明のモータ製造方法によって製造されるモータは、ハイブリッド自動車用の次世代型ＳＲモータ等への適用は勿論のこと、各種家電製品や模型遊具等に使用されるモータなど、あらゆるモータ製造をその用途とすることができる。
【００５２】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明のインナーロータ型モータの製造方法を説明する模式図である。
【図２】図１に続くインナーロータ型モータの製造方法を説明する模式図である。
【図３】図２に続くインナーロータ型モータの製造方法を説明する模式図である。
【図４】図３に続くインナーロータ型モータの製造方法を説明する模式図である。
【図５】図４のＶ部の拡大図である。
【図６】本発明のアウターロータ型モータの製造方法を説明する模式図である。
【図７】図６に続くアウターロータ型モータの製造方法を説明する模式図である。
【図８】図６に続くアウターロータ型モータの製造方法を説明する模式図である。
【図９】本発明のモータのトルク性能に関する解析結果を示したグラフである。
【符号の説明】
【００５４】
１…ステータ、１１…ティース、２，２Ａ…摩耗層、３…ロータ、４…ロータ、４１…分割体、５…ステータ、１０…インナーロータ型モータ、２０…アウターロータ型モータ、Ａ…エアギャップ
【図１】
2008092705.tif 000005
【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】
2008092705.tif 000011
【図８】
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【図９】
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