(57)【要約】【課題】トルクリップル及びインダクタンスを悪化させずに、低コギングトルクを実現するステータコア及びそれを備えた電動機を提供すること。【解決手段】円環状のステータコア板を積層して成るインナーロータ型電動機のステータコアにおいて、内周面上に放射状に延びる複数の磁極ティースが略等間隔で配置され、上記磁極ティースは先端両側に薄肉部を有し、該薄肉部は隣りの磁極ティースの薄肉部との間に２．５ｍｍ以下の隙間を有すると共に、上記ステータコア板はスキューされながら積層される。【選択図】　図６
2004080944.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円環状のステータコア板を積層して成るインナーロータ型電動機のステータコアであって、
内周面上に放射状に延びる複数の磁極ティースが略等間隔で配置され、
前記磁極ティースは先端両側に薄肉部を有し、
該薄肉部は隣りの磁極ティースの薄肉部との間に２．５ｍｍ以下の隙間を有すると共に、
前記ステータコア板はスキューされながら積層されることを特徴とするステータコア。
【請求項２】
請求項１記載のステータコアであって、
前記ステータコア板がスキューされる角度が、３６０°を極数と２つの磁極ティースによって挟まれた領域であるコアスロットの数との最小公倍数で除した値であることを特徴とするステータコア。
【請求項３】
請求項１記載のステータコアであって、
前記ステータコア板がスキューされる角度が、３６０°を２つの磁極ティースによって挟まれた領域であるコアスロットの数の整数倍で除した値であることを特徴とするステータコア。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項記載のステータコアであって、
前記薄肉部の少なくとも一部を上下方向に加工硬化させることを特徴とするステータコア。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項記載のステータコアであって、
前記ステータコア板にだぼが形成され、該ステータコア板はだぼかしめによって積層されると共に、
前記だぼの切り起こしを一層ごとに交互に形成することを特徴とするステータコア。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概してインナーロータ型の電動機に係り、特に複数のステータコア板がスキューされながら積層されて成るステータコアを有する電動機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高占積率化のために分割構造を有する電動機（モータ）が増えている。特に、電気パワーステアリング（ＥＰＳ）用のモータのように小型化・高性能化が要求されるモータでは、占積率が高いことが望ましい。図１に従来の分割構造を有するステータコアの例を挙げる。いずれも、ティース部により多くの巻線を巻装し、高占積率化を図るものである。
【０００３】
図１（ａ）は、ステータコアが、円環状のコア外周部１０１と、９つのティースが一体に形成されたコア内周部１０２とから成る２分割構造を有する例を示す。
【０００４】
図１（ｂ）は、直列に連結されたティース・セグメント１０３を環状体となるように連結部を折り曲げながら全体を丸めて製作されたステータコアの例を示す。
【０００５】
図１（ｃ）は、極数に等しい複数のティース・セグメント１０４が円環状に配置されて成るステータコアの例を示す。この例においては、例えばティース・セグメント１０４を外周上から焼き嵌めし、円周方向に圧縮力を発生させることによって、円環状を維持することが可能となる。
【０００６】
図１（ｄ）は、円環状のコア外周部１０５に極数に等しい複数のティース部１０６が嵌め込まれて成るステータコアの例を示す。
【０００７】
このように、従来、ティース部に巻線を巻きやすくするための様々な分割構造が提案されている。
【０００８】
しかしながら、分割構造を有するステータコアには、ギャップの影響、プレス加工のバラツキ、及び／又は組み付けのバラツキによって、コギングが大きくなるという問題がある。
【０００９】
すなわち、インナーロータが回転し、その外周上に設けられた磁石部分がティースからティースへ移る際、ステータ側の組み付けバラツキやロータ側の着磁バラツキによってトルクに変動が生じる。これは、ロータ側磁石の磁力が強い場合（例えば、高性能化のためにネオジウム磁石を用いた場合）により顕著となる。
【００１０】
このようなコギングトルクは、隣り合うティース先端同士の間隔（換言すれば、隣り合うティースとコア外周部とによって形成されたスロット部分の開口幅）が大きいほど強い。そのため、従来、コギング対策としては、例えば図１（ａ）及び（ｄ）に示すように、隣り合うティース先端同士を連結させる、或いはスロット開口幅を狭くするなどの方法が採られている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電動機のステータコアにおいて、隣り合うティース先端をつなげたり、スロット開口幅を狭めたりすると、電流が切り替わる時に磁束の向きが急激に変化し得る。
【００１２】
すなわち、一ティースとロータ側の磁石とが対向するいわゆる電気角０度の直前ではティースからヨーク部へと流れていた磁束が、ちょうど０度となった瞬間に接近若しくは接触しているティース先端同士を伝わって直接隣りのティースへ流れてしまう。このように磁束の向きが瞬時に約９０°変わると、トルク波形が乱れ、脈動（コギング）が生じる。また、上記ティースからティースへの磁束流によってコイル部分に逆起電力が生じ、電流波形が乱れる。すなわち、トルクリップルが悪化する。
【００１３】
また、コイルのインダクタンスも悪化するため、不要な電圧が発生し、応答性が悪化する。応答性の悪化は、ＥＰＳ用のようなフィーリングを重視する高性能モータにとって特に好ましくない。また、インダクタンスの悪化により、モータ音が大きくなる可能性もある。
【００１４】
本発明はこのような課題を解決するために為されたものであり、トルクリップル及びインダクタンスを悪化させずに、低コギングトルクを実現するステータコア及びそれを備えた電動機を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様は、円環状のステータコア板を積層して成るインナーロータ型電動機のステータコアであって、内周面上に放射状に延びる複数の磁極ティースが略等間隔で配置され、上記磁極ティースは先端両側に薄肉部を有し、該薄肉部は隣りの磁極ティースの薄肉部との間に２．５ｍｍ以下の隙間を有すると共に、上記ステータコア板はスキューされながら積層されることを特徴とするステータコアである。
【００１６】
この態様において、ステータコア板がスキューされる角度は、例えば、３６０°÷（極数とコアスロット数との最小公倍数）、又は３６０°÷（コアスロット数の整数倍）である。
【００１７】
この態様によれば、積層されるステータコア板を、各ステータコア板から発生するトルクリップルの波形をすべて重ねると互いに打ち消しあって０になるようにスキューさせることによって、トルクリップルを０とすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１９】
（実施の形態１）
まず、図２を参照して、本発明の実施の形態１に係るインナーロータ型電動機のステータコアについて説明する。図２は、本実施形態に係るステータコア２００の上面概略図である。
【００２０】
図２に示すように、ステータコア２００は、大きく分けて、巻線がその周囲に巻装されるティース部２０１と、ティース部２０１を円環状につなぐヨーク部２０２とから成る。ティース部２０１の先端両側には薄肉部２０３が設けられており、隣り合うティース部２０１間に巻線が巻装される空間であるスロット部２０４を形成している。
【００２１】
ステータコア２００は、複数の（例えば６０〜７０枚の）ステータコア板が積層されて形成される。各ステータコア板の厚さは例えば０．５ｍｍである。
【００２２】
隣り合う薄肉部２０３間の隙間（図中の幅Ａ）をここではスロット開口幅と呼ぶ。本実施形態では、このスロット開口幅Ａを２．５ｍｍ以下（例えば、０．８ｍｍ）とする。すなわち、スロット開口幅Ａを０〜２．５ｍｍとする。これは、発明者らが知得したスロット開口幅Ａに対する最適な数値範囲である。これにより、発生するコギングトルク及びトルクリップの双方を所定の水準以下に抑えることができる。
【００２３】
本実施形態において、ティース部に巻線を巻装する方法は任意でよい。例えば、いわゆる「ノズル巻き」によって巻装できる。また、巻線の線径がスロット開口幅Ａより太い場合には、いわゆる「フック巻き」によって巻装できる。
【００２４】
さらに、巻線の線径がスロット開口幅Ａより太く、且つスロット開口幅Ａが０の場合には、出願人らが既に特許出願済みのいわゆる「通し巻き」によって巻装できる。通し巻きを行う場合、折り返し部分を引っ張ると作業効率が良い。これを図３を用いて説明する。巻線３０１を通し巻きにより巻装する際、両端固定部３０２で巻線３０１を固定すると共に、図中に矢印Ｆで示すように、巻線３０１の折り返し部分を引っ張る。これにより、サイクルタイムの向上が図れる。
【００２５】
なお、本実施形態では、ティース部とヨーク部とが一体となったステータコアを例に挙げて説明したが、当業者には明らかなように、本実施形態は分割構造を有するステータコアについても同様に成立し得る。
【００２６】
また、本実施形態において、図にはスロット部が１２個設けられた構成について示したが、３相モータであれば、スロット数は任意の３の倍数（例えば、１８スロット）でよい。
【００２７】
さらに、本実施形態において、スロット開口幅Ａが０の場合、ティース先端同士が接触していてもよく、複数のティースが連結して一体として形成されていてもよい。
【００２８】
（実施の形態２）
次いで、図４乃至６を用いて、本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態に係るステータコアは、上記実施の形態１と同様に、２．５ｍｍ以下のスロット開口幅を有する。
【００２９】
但し、本実施形態においては、ステータコア板を積層してステータコアを形成する際に、各ステータコア板をスキューさせながら螺旋状に積層し、スロット開口部が軸方向について丁度重ならないようにする。すなわち、ステータコア全体の外周は合わせたまま、ステータコア板をコア中心軸（同心軸）周りに少しずつ回転方向にずらしながら積層する。
【００３０】
このスキューさせながら積層させた状態を図４を用いて説明する。図４は、１つのスロット開口部に着目し、それを内周側から見た部分拡大図である。
【００３１】
スキューさせずに積層させた場合（例えば、上記実施の形態１の場合）、図４（ａ）に示すように各ステータコア板のスロット開口部の位置は軸方向に揃っている。
【００３２】
他方、本実施形態のようにスキューさせた場合、図４（ｂ）に示すように、スロット開口部は少しずつずれる。図５は、この状態における一スロット開口部についての拡大上面図であり、図６は、その斜視図である。
【００３３】
本実施形態においては、スロット開口部をスキューさせることによって、トルクリップルを低減・抑制することができる。
【００３４】
前述のように、トルクリップルは、インナーロータの磁石部がスロット開口部を通過する際に発生する。図４（ａ）の場合、すべてのステータコア板についてのトルクリップルが略同時に発生すると言える。
【００３５】
ここで、スロット開口部の位置をステータコア板毎に少しずつずらせば、各ステータコア板から発生するトルクリップルの波形も少しずつずれることになる。そこで、本実施形態においては、各ステータコア板から発生したトルクリップルの波形をすべて重ねると、互いに打ち消しあって結果として０になるような角度で各ステータコア板をスキューさせる。これにより、トルクリップルを０とすることができる。
【００３６】
例えば、コギングのうち、ロータ一回転あたり極数とコアスロット数との最小公倍数発生する成分をスキューによって打ち消し、その影響を排除したい場合、軸方向についてステータコアの上面と下面とでスキュー角（すなわち、一番上のステータコア板と一番下のステータコア板とのずれ角）が３６０°÷（極数とコアスロット数との最小公倍数）となるようにスキューさせる。
【００３７】
また、一体型のステータコアでは、コギングがもっぱらロータ側の欠陥（例えば、磁石間での磁力のバラツキ）による成分（以下、ロータ欠陥成分という）による場合も考えられる。その場合、ロータ欠陥成分はロータ一回転あたりコアスロット数分発生する。そこで、コギングのうち、このロータ欠陥成分を打ち消し、その影響を排除するために、上記スキュー角を３６０°÷（コアスロット数の整数倍）とすることも可能である。
【００３８】
なお、ここではステータコアをスキューさせる場合について説明したが、ステータ側をスキューさせることに代えて或いは加えて、ロータ側の磁石の配置をスキューさせてもよい。ロータ側のスキューは、例えば、セグメント状の磁石を捻ってもよく、リング磁石の極の配置を螺旋状にしてもよい。また、磁石を軸方向に２分割にし、それらを軸周りに回転させてずらして配置することによりスキューを実現してもよい。この場合のスキュー角もコギングが低減するように任意に定めることができ、例えば、上述のように、３６０°÷（極数とコアスロット数との最小公倍数）でもよく、３６０°÷（コアスロット数の整数倍）でもよい。
【００３９】
（実施の形態３）
次いで、図７を用いて、本発明の実施の形態３について説明する。本実施形態は、上述の実施の形態１又は２と略同様の構成を採る。但し、本実施形態においては、ティース部の薄肉部の少なくとも一部をプレス加工によってつぶし、加工硬化させる。
【００４０】
図７（ａ）は、ティース部２０１が一体となっている（すなわち、薄肉部２０３が連結している）１枚のステータコア板において、隣り合うティース部２０１の間の略中央の部分がプレス加工によって上下方向につぶされ、凹部７０１が形成されている状態を示す。このようなステータコア板をスキュー無しで積層させた場合の内周側からの概略を図７（ｂ）に、スキューさせながら積層させた場合の概略を図７（ｃ）にそれぞれ示す。
【００４１】
ステータコア板の厚さが例えば０．５ｍｍの場合、凹部７０１における板厚は例えば０．２５ｍｍである。
【００４２】
このように薄肉部２０３の一部を加工硬化させると、その部分の磁気的特性が悪化するため、図中に矢印で示すようなティースからティースへの電流が流れにくくなる。
【００４３】
すると、磁束が少ない時（電流が流れていない時）には、スロット開口幅を２．５ｍｍ以下にした効果としてトルクコギングが低下すると共に、磁束が多い時（電流が流れている時）には、電流が薄肉部２０３ではなくティース部２０１及びヨーク部２０２を通るようにすることができる。
【００４４】
このように電流が流れている時に薄肉部２０３から隣りの薄肉部２０３へ電流が流れにくくすることによって、不要な磁束の発生を抑制すると共に、インダクタンスを低下させることができる。したがって、応答性が向上すると共に、磁束の流れがスムーズになることによってトルクリップルの増加を防ぐことができる。
【００４５】
なお、上記本実施形態の説明においては、凹部７０１が隣接するティース部２０１の略中央に１箇所設けられる態様について例に挙げたが、当業者には明らかなように、薄肉部２０３を通じてのティースからティースへの電流を抑制するという本実施形態の目的が達成されるのであれば、プレス加工によって形成される凹部７０１の個数、形状、サイズ、及び配置は任意であり、図示した態様に限られるものではない。
【００４６】
また、本実施形態は、スロット開口幅が存在する（すなわち、０より大きい）場合であっても同様に実現できることは明らかである。
【００４７】
（実施の形態４）
次いで、図８を用いて、本発明の実施の形態４について説明する。本実施形態は、前述の実施の形態２と同様にステータコア板がスキューされながら積層される態様であって、且つ積層されたステータコア板がだぼかしめによって結合される場合を前提とする。打ち出し（ポッチ）を圧入する穴側をほそ長いスリット状にすることによって、だぼかしめによるスキューさせながらの積層が実現される。
【００４８】
前述のように、ステータコア板をスキューさせながら積層させるとき、スキュー角度はコギングやトルクリップルの値を注視しながら任意に設定できることが好ましい。しかしながら、だぼかしめでは急激なスキュー（例えば、全体で半スロット分のずれに相当するスキュー）は実現できるものの、これはトルクの低下を招くため、好ましくない。そこで、わずかな角度だけスキューさせようとすると、図８（ａ）に示す積層の一例において丸で囲んだ箇所のように、プレスによるＲの角が干渉し、所望のスキュー角が実現できない場合が生じ得る。
【００４９】
そこで、本実施形態においては、だぼを交互に起こすことで０度からのスキュー角調整を可能とする。この様子を図８（ｂ）に示す。だぼは少なくとも１枚おきに設け、Ｒの影響を受けない形状とする。ここで、１枚おきの場合には２枚をまとめてかしめることになるが、スキューさせながらの積層であるため、１枚ごとにかしめれば足りる。
【００５０】
このように、本実施形態によれば、任意のスキュー角を実現することができる。
【００５１】
以上、実施の形態１〜４を用いて説明したように、本発明によれば、トルクリップル及びインダクタンスを悪化させずに、コギングトルクを低く抑えることができる。
【００５２】
なお、磁石は高コストのため、軸方向について磁石長がステータコア長より短く設計される場合が多いが、その場合磁石長のバラツキによりコギングが発生する可能性がある。
【００５３】
そこで、図９に一構成例を示すように、磁石長をステータコア長よりも長くする態様が考えられる。図９は、モータ全体の概略断面図である。本発明の実施に加えて、図示するように、ロータ９０１に設けられた磁石９０２の軸方向長さをハウジング９０３側に設けられたコア９０４の長さよりも長くすることよって、より一層のコギング低下を図ることができる。
【００５４】
また、本発明の実施に加えて、ステータコア板製造時にファインブランキングを用い、せん断面率（せん断面長さ／板厚）の向上を図ってもよい。
【００５５】
例えば、図１０（ａ）に一例を示すステータコア板１００１において、Ｐで示す側とＱで示す側とではパンチとダイのずれによりせん断面率が異なる可能性がある。せん断面率が異なるとステータコアと磁石とのエアギャップが不均一となり、コギングの原因となる。そこで、板材からステータコア板を打ち抜く工程において、せん断面率を高めることが可能なファインブランキングを用いることが考えられる。
【００５６】
ここで、ファインブランキングを用いると、図１０（ｂ）に示すように、プッシュバックによりステータコアの内側部分Ｗ、すなわち不要な部分も戻ってしまう。しかし、一旦不要な内側部分Ｗを板材から落とす工程（図１０（ｃ））を入れてから、次いで必要なステータコア部分を落とし（図１０（ｄ））、積層するようにすれば足りる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、トルクリップル及びインダクタンスを悪化させずに、低コギングトルクを実現するステータコア及びそれを備えた電動機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の分割構造を有するステータコアの構成例を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るインナーロータ型電動機のステータコアの上面概略図である。
【図３】本発明の実施の形態１における通し巻き実施方法を説明するための模式図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る積層されて成るステータコアの一スロット開口部を内側から見た部分拡大図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る積層されて成るステータコアの一スロット開口部を上から見た部分拡大図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る積層されて成るステータコアの一スロット開口部を斜めから見た部分拡大図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係るティース薄肉部の一部が加工硬化されたステータコアを示す概略図である。
【図８】本発明の実施の形態４に係るだぼかしめ方法を説明するための模式図である。
【図９】磁石長をステータコア長よりも長くした場合のモータ全体の構成を示す概略断面図である。
【図１０】本発明に係るステータコア板をファインブランキングで製造する方法を説明するための模式図である。
【符号の説明】
２００　ステータコア
２０１　ティース部
２０２　ヨーク部
２０３　薄肉部
２０４　スロット部
３０１　巻線
３０２　両端固定部
７０１　凹部
９０１　ロータ
９０２　磁石
９０３　ハウジング
９０４　コア
１００１　ステータコア板
【図１】
2004080944.tif 000003
【図２】
2004080944.tif 000004
【図３】
2004080944.tif 000005
【図４】
2004080944.tif 000006
【図５】
2004080944.tif 000007
【図６】
2004080944.tif 000008
【図７】
2004080944.tif 000009
【図８】
2004080944.tif 000010
【図９】
2004080944.tif 000011
【図１０】
2004080944.tif 000012