JPWO2018180344A1 - 電動モータ用ステータおよび電動モータ - Google Patents

Abstract

実施形態による電動モータ（１００）用のステータ（２００）は、複数の環状コアシート（２３０）が積層された積層体（２１０）を備える。第１の環状コアシート（２３０）は、隣接する２つの歯（２３２）の先端同士を連結し、且つ、繋ぎ目（２３４）を含む連結部（２３３）を複数個備える。第１の連結部（２３３）は、Ｕ相が割り当てられた歯（２３２）とＵ相が割り当てられた歯（２３２）とを連結する。第２の連結部（２３３）は、Ｖ相が割り当てられた歯（２３２）とＶ相が割り当てられた歯（２３２）とを連結する。第３の連結部（２３３）は、Ｗ相が割り当てられた歯（２３２）とＷ相が割り当てられた歯（２３２）とを連結する。

Description

本開示は、電動モータ用ステータおよび電動モータに関する。

近年、電動モータ（以下、単に「モータ」と表記する。）に対し低振動化の要求が高まっている。特に、電動パワーステアリング装置用のモータに対しては、操舵フィーリングを向上させるため、低振動化がより一層求められている。そのアプローチとして、例えば、ステータの剛性を高めることによりモータの低振動化を実現しようとする技術が知られている。

例えば、特許文献１は、複数の鉄心部材が積層された歯部鉄心と、歯部鉄心の外周部に嵌合する環状の継鉄部鉄心とを備える環状のステータを開示している。各鉄心部材は、複数の歯部、および、複数の歯部のうちの隣接する２つの歯部の先端同士を接続する橋絡部を有している。ステータの製造方法として、鋼板を打ち抜いて複数の鉄心部材が成形される。複数の鉄心部材を１枚毎に一定角度ずつ回転させて積層することにより歯部鉄心が得られる。歯部鉄心の外周側から巻線を取付けた後で、継鉄部鉄心の内周部に歯部鉄心を圧入することによりステータが得られる。そのステータ構造によれば、橋絡部によりステータの機械的な強度を向上させつつ、磁束漏れが少なくなるとされている。

特開平３−１６９２３５号公報

モータの低振動化についてさらなる改善が求められている。

本開示の実施形態は、モータの振動を低減させることが可能なステータを提供する。

本開示の例示的なモータ用ステータは、複数の環状コアシートが積層され、複数の積層歯を有する積層体と、複数の積層歯に取り付けられた複数の巻線とを備え、前記複数の環状コアシートのそれぞれは、環状のコアバックと、前記コアバックの内周に等間隔で配置され、前記コアバックの中心に向けて突出した複数の歯とを備え、前記複数の巻線は、三相の巻線を含み、前記三相は、第１の相と、第２の相と、第３の相とを含み、前記複数の環状コアシートのそれぞれの前記複数の歯には、前記第１の相、前記第２の相および前記第３の相が割り当てられており、前記複数の環状コアシートは、第１の環状コアシートを含み、前記第１の環状コアシートは、隣接する２つの歯の先端同士を連結し、且つ、繋ぎ目を含む連結部を複数個備え、複数の前記連結部は、第１の連結部、第２の連結部および第３の連結部を含み、前記第１の連結部は、第１の相が割り当てられた歯と第１の相が割り当てられた歯とを連結し、前記第２の連結部は、第２の相が割り当てられた歯と第２の相が割り当てられた歯とを連結し、前記第３の連結部は、第３の相が割り当てられた歯と第３の相が割り当てられた歯とを連結する。

本開示の実施形態によると、モータの振動を低減させることが可能なステータが提供される。

図１は、モータ１００の例示的な構造を示す、中心軸５００に沿った断面図である。 図２は、積層体２１０の斜視図である。 図３は、積層体２１０の積層方向から見た、積層体２１０に巻線２２０を取り付けた状態のステータ２００の平面図である。 図４は、積層体２１０の積層方向から見た、積層体２１０を構成する環状コアシート２３０の平面図である。 図５Ａは、一対の隣接する２つの積層歯２１２を拡大して示す模式図である。 図５Ｂは、一対の隣接する２つの積層歯２１２の間にある複数の連結部２３３のうちの１つを拡大して示す模式図である。 図６は、ある一対の積層歯２１２の間に位置する積層コアバック２１１をｙ方向に切断し積層体２１０をｘ方向に展開して得られる、積層体２１０の展開図である。 図７は、モータ１００およびステータ２００の製造方法のフローを示すフローチャートである。 図８Ａは、金型８００を用いて電磁鋼板７００を環状に打ち抜いて複数の環状コアシート２３０を成形する様子を示す模式図である。 図８Ｂは、打ち抜きで成形された複数の環状コアシート２３０を示す模式図である。 図９は、切断刃７１０を用いて連結部２３３を切断する様子を示す模式図である。 図１０は、複数の環状コアシート２３０を、１枚毎に所定の角度ずつ周方向に回転させて積層する様子を示す模式図である。 図１１Ａは、積層環状コア２１０を、１２個の分割コア２５０に分割する様子を示す模式図である。 図１１Ｂは、スロット２１４に治具９００を挿入して積層環状コア２１０を分割する様子を示す模式図である。 図１１Ｃは、積層環状コア２１０の積層方向から見た、１２個の分割コア２５０の平面図である。 図１２Ａは、巻線２２０を取り付けた分割コア２５０の平面図である。 図１２Ｂは、積層歯２１２に巻線２２０を取り付けた分割コア２５０の斜視図である。 図１３は、複数の分割コア２５０に分割された積層環状コア２１０を、治具を使用して環状に戻す様子を示す模式図である。 図１４は、再組立てのときに連結部２３３の切断面同士を接触させる様子を示す模式図である。 図１５は、モータ１００が備えるステータ２００およびロータ３００の一例を示す平面図である。 図１６は、ステータ２００の一例を示す平面図である。 図１７は、同じ相が割り当てられた２個の積層歯２１２を示す図である。 図１８は、マグネット３３３と各積層歯とにより発生するトルクを示す図である。 図１９は、同じ相が割り当てられた２個の積層歯２１２を示す図である。 図２０は、ステータ２００内の連結部２３３を配置する位置の一例を示す図である。 図２１は、マグネット３３３と各積層歯とにより発生するトルクを示す図である。 図２２は、ステータ２００内の連結部２３３を配置する位置の別の例を示す図である。 図２３は、ステータ２００内の連結部２３３を配置する位置のさらに別の例を示す図である。

以下、添付の図面を参照しながら、本開示のモータ用ステータおよびモータの実施形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

（実施形態）
図１は、モータ１００の例示的な構造を示す、中心軸５００に沿った断面図である。

本実施形態によるモータ１００は、いわゆるインナーロータ型のモータである。モータ１００は、例えば自動車に搭載され、電動パワーステアリング装置用モータとして好適に利用される。その場合、モータ１００は、電動パワーステアリング装置の駆動力を発生する。

モータ１００は、ステータ２００と、ロータ３００と、ハウジング４００と、蓋部４２０と、下軸受４３０と、上軸受４４０とを備える。なお、ステータ２００は電機子とも称される。

ハウジング４００は、底を有する略円筒状の筐体であり、ステータ２００、下軸受４３０およびロータ３００を内部に収納する。下軸受４３０を保持する凹部４１０がハウジング４００の底の中央にある。蓋部４２０は、ハウジング４００の上部の開口を閉じる板状の部材である。上軸受４４０を保持する円孔４２１が蓋部４２０の中央にある。

ステータ２００は環状であり、積層体（「積層環状コア」と称する場合がある。）２１０および巻線（「コイル」と称される場合がある。）２２０を有する。ステータ２００は、駆動電流に応じて磁束を発生させる。積層体２１０は、複数の鋼板を中心軸５００に沿う方向（図１のｙ方向）に積層した積層鋼板から構成され、環状の積層コアバック２１１および複数の積層歯（ティース）２１２を含む。積層コアバック２１１は、ハウジング４００の内壁に固定される。なお、ステータ２００の構造は後で詳細に説明する。なお、中心軸５００はロータ３００の回転軸である。

巻線２２０は導線（一般的には銅線）によって構成され、典型的には積層体２１０の複数の積層歯２１２にそれぞれ取り付けられている。

下軸受４３０および上軸受４４０は、ロータ３００のシャフト３４０を回転可能に支持する機構である。例えば、下軸受４３０および上軸受４４０として、球体を介して外輪と内輪とを相対回転させるボールベアリングを用いることができる。図１にはボールベアリングが示されている。

下軸受４３０の外輪４３１は、ハウジング４００の凹部４１０に固定されている。上軸受４４０の外輪４４１は、蓋部４２０の円孔４２１の縁に固定されている。下軸受４３０および上軸受４４０のそれぞれの内輪４３２、４４２は、シャフト３４０に固定されている。このため、シャフト３４０は、ハウジング４００および蓋部４２０に対して回転可能に支持される。

ロータ３００は、ロータユニット３１０、３２０、シャフト３４０およびカバー３５０を有する。シャフト３４０は、中心軸５００に沿って上下方向に延びる略円柱状の部材である。シャフト３４０は、下軸受４３０および上軸受４４０によって回転可能に支持され、中心軸５００を中心に回転することができる。シャフト３４０は、蓋部４２０側の先端に頭部３４１を有する。頭部３４１は、例えば自動車の電動パワーステアリング装置に駆動力を伝達するギア等の動力伝達機構に接続される。

ロータユニット３１０、３２０およびカバー３５０は、ステータ２００の径方向における内部空間においてシャフト３４０と共に回転する。ロータユニット３１０、３２０はそれぞれ、ロータコア３３１、マグネットホルダ３３２、および複数のマグネット３３３を有する。ロータユニット３１０、３２０は、互いに上下を反転させた状態で中心軸５００に沿って配置されている。複数のマグネット３３３は、ロータ３００の周方向に沿って略等間隔で配置されている。

カバー３５０は、ロータユニット３１０、３２０を保持する略円筒状の部材である。カバー３５０は、ロータユニット３１０、３２０の外周面、および上下の端面の一部を覆う。これにより、ロータユニット３１０、３２０は互いに近接または接触した状態で保持される。

モータ１００において、ステータ２００の巻線２２０に駆動電流を流すと、積層体２１０の複数の積層歯２１２に径方向の磁束が発生する。複数の積層歯２１２とマグネット３３３との間の磁束の作用によって周方向にトルクが発生して、ステータ２００に対してロータ３００が中心軸５００を中心に回転する。ロータ３００が回転すると、例えば電動パワーステアリング装置に駆動力が発生する。

次に、図２〜図６を参照して、本実施形態によるステータ２００の構造を詳細に説明する。

本開示の実施形態によるステータ２００は、Ｍ（Ｍは２以上の整数）個の歯（換言するとＭ個のスロット）を有し得る。以下、具体例として、１２個の歯（１２個のスロット）を有するステータ２００の構造を説明する。

図２は、積層体２１０の斜視図である。図３は、積層体２１０の積層方向から見た、積層体２１０に巻線２２０を取り付けた状態のステータ２００の平面図である。図４は、積層体２１０の積層方向から見た、積層体２１０を構成する環状コアシート２３０の平面図である。

ステータ２００は、積層体２１０および巻線２２０を備える。積層体２１０は、１２個の積層歯２１２および積層コアバック２１１を有する。１２個の積層歯２１２は、環状の積層コアバック２１１の中心に向けて突出している。隣接する２つの積層歯２１２の間にスロット２１４がある。

それぞれの積層歯２１２には巻線２２０が取り付けられている。ただし、巻線２２０は、１２個の積層歯２１２の少なくとも１つに取り付けられていてもよい。例えば、１２個の積層歯２１２のうち９個または６個に巻線が取り付けられていてもよい。

積層体２１０において複数の環状コアシート２３０が積層されている。本実施形態による積層体２１０は６０枚の環状コアシート２３０を含む。ただし、積層枚数はこれに限定されず、例えばモータに要求される必要特性に応じて適宜決定される。例えば、積層枚数は、スロット数と同じであってもよいし、スロット数よりも多くてもよい。当然、積層枚数はスロット数よりも少なくても構わない。

環状コアシート２３０は、環状のコアバック２３１、およびコアバック２３１の内周に等間隔で配置され、且つ、コアバック２３１の中心に向けて突出した１２個の歯２３２を有する。なお、本明細書において等間隔とは、厳密に等間隔であることに限定されず、略等間隔である場合も含む。１２個の歯２３２の先端は環状に配置され、環状コアシート２３０の内周を形成する。１２個の歯２３２の位置が複数の環状コアシート２３０の間で揃うように複数の環状コアシート２３０は積層体２１０において積層されている。図４に示されるように、環状コアシート２３０は、一対の隣接する２つの歯２３２の先端同士を連結し、且つ、繋ぎ目を含む１つの連結部２３３を有する。ただし、本開示はこれに限られず、それぞれの環状コアシート２３０は、複数の連結部２３３を有していてもよい。また、例えば、一方の環状コアシート２３０は、歯２３２の数と同じ１２個の連結部２３３を有し、他方は連結部２３３を有しない２つの連続した環状コアシート２３０が積層体２１０において繰り返して積層されていても構わない。本開示において、複数の環状コアシート２３０の少なくとも１つが、少なくとも１つの連結部２３３を有していてもよい。換言すると、積層体２１０は少なくとも１つの連結部２３３を有していればよい。

図５Ａは、一対の隣接する２つの積層歯２１２を拡大して示している。図５Ｂは、一対の隣接する２つの積層歯２１２の間にある複数の連結部２３３のうちの１つを拡大して示している。図６は、ある一対の積層歯２１２の間に位置する積層コアバック２１１をｙ方向に切断し積層体２１０をｘ方向に展開して得られる、積層体２１０の展開図である。

複数の連結部２３３は、一対の隣接する２つの積層歯２１２の先端の間に存在する。本実施形態では、連結部２３３が６０枚の環状コアシート２３０の間に１２枚の環状コアシート２３０毎に存在している。５個の連結部２３３が、一対の隣接する２つの積層歯２１２の先端の間に存在する。なお、これはあくまでも例示であり、連結部２３３は種々のパターンで配置され得る。例えば、ある一対の隣接する２つの積層歯２１２の先端の間には５個の連結部２３３が存在し、別の一対の隣接する２つの積層歯２１２の先端の間には４個の連結部２３３が存在していてもよい。また、ある一対の隣接する２つの積層歯２１２の先端の間には５個以上の連結部２３３が存在し、別の一対の隣接する２つの積層歯２１２の先端の間には連結部２３３が存在していなくてもよい。本開示によれば、積層体２１０において少なくとも１つの連結部２３３が存在していればよい。例えば、ある環状コアシート２３０には歯２３２と同じ数の連結部２３３が存在し、ある環状コアシートには連結部２３３は全く存在していなくてもよい。

図５Ｂに示されるように、連結部２３３は繋ぎ目２３４を有する。繋ぎ目２３４は見かけ上繋がっているように見える。しかしながら、後で詳細に説明する図９に示されるように繋ぎ目２３４には機械的に切断された２つの切断面２３５Ａ、２３５Ｂがある。具体的に説明すると、連結部２３３の、隣接する２つの歯２１２の一方側の第１切断面２３５Ａと、連結部２３３の他方側の第２切断面２３５Ｂとが、繋ぎ目２３４で接触している。なお、２つの切断面２３５Ａ、２３５Ｂの間に接着材などが介在していてもよいし、２つの切断面２３５Ａ、２３５Ｂは非磁性材料によってコーティングされていてもよい。

上述したとおり、特許文献１のステータの構造によれば、一対の隣接する２つの歯部同士は依然として、機械的に切断されていない連続した橋絡部によって接続されているので、この橋絡部を通じて磁束漏れは発生する。一方、本開示による連結部２３３は、機械的に切断されて連続していないものの、連結部２３３の切断面同士は接触している。そのため、モータ回転中にステータ２００の径方向に発生する磁力によって隣接する２つのティース２３２の間の距離を縮めようとする力がステータ２００に作用したとき、連結部２３３によってその作用を抑制することができる。このように、連結部２３３によってステータの剛性（具体的には積層体２１０の内周部分の強度）を高めることができる。また、機械的に切断された切断面によって連結部２３３を通じた磁束漏れを抑制することができる。磁束漏れの抑制は、例えばコギングトルクの改善に繋がる。

積層体２１０は、複数の環状コアシート２３０の間でコアバック２３１（換言すると、複数の歯２３２の先端で形成される環）の周方向に周期的に配置された複数の連結部２３３を有していてもよい。図６に示されるように、積層体２１０において６０枚の環状コアシート２３０うちの連続する１２枚の環状コアシート２３０に着目すると、１２個の連結部２３３は、隣接する環状コアシート２３０の間で隣り合う２つのスロット２１４に存在するように配置され得る。換言すると、１２個の連結部２３３は、複数の環状コアシート２３０の間で周方向に螺旋状に存在してもよい。螺旋構造を採用することで、連結部２３３が少なくても積層体２１０の内周部分の強度を確保することができる。

図７〜図１４を参照して、モータ１００およびステータ２００の製造方法の具体例を説明する。

図７は、モータ１００およびステータ２００の製造方法の例示的なフローを示している。本実施形態によるステータ２００の製造方法は、複数の環状コアシート２３０を準備する工程（Ｓ６００）と、連結部２３３を切断する工程（Ｓ６１０）と、積層環状コア（積層体）２１０を得る工程（Ｓ６２０）と、積層環状コア２１０を複数の分割コア２５０に分割する工程（Ｓ６３０）と、分割コア２５０に巻線２２０を取り付ける工程（Ｓ６４０）と、複数の分割コア２５０を再組立てしてステータ２００を得る工程（Ｓ６５０）とを包含する。モータ１００の製造方法は、これらの工程に加えて、ステータ２００およびロータ３００をハウジング４００に収納する工程（Ｓ６６０）をさらに包含する。

先ず、ステップＳ６００において、図４に示される複数の環状コアシート２３０を用意する。例えば、歯２３２と同じ数の１２枚以上の環状コアシート２３０を用意する。なお、上述したとおり、用意する枚数はこれに限定されず、例えばモータ１００に要求される必要特性に応じて適宜決定される。図２に示される積層体２１０を得るために、例えば６０枚の環状コアシート２３０を用意する。各環状コアシート２３０は、コアバック２３１、１２個の歯２３２、および一対の隣接する２つの歯２３２の先端同士を連結する連結部２３３を含む。なお、ステップ６００において、連結部２３３はまだ繋ぎ目２３４を有していない。また、複数の環状コアシート２３０の少なくとも１つが、少なくとも１つの連結部２３３を備えていればよく、環状コアシート２３０を必要な枚数だけ用意すればよい。

図８Ａは、金型８００を用いて電磁鋼板７００を環状に打ち抜いて複数の環状コアシート２３０を成形する様子を模式的に示している。図８Ｂは、打ち抜きで成形された複数の環状コアシート２３０を模式的に示している。複数の環状コアシート２３０の用意の方法として、図示されるように、ダイ８１０上に電磁鋼板７００を置き、金型（パンチ）８００を用いて電磁鋼板７００を環状に打ち抜くことにより複数の環状コアシート２３０を成形してもよい。プレス加工以外にも、例えばワイヤ放電加工やレーザ加工も利用可能である。または、例えばサプライヤーから部品として複数の環状コアシート２３０を供給してもらってもよい。本実施形態では、金型８００を用いて電磁鋼板７００を環状に打ち抜いて６０枚の環状コアシート２３０を成形する。

次に、ステップＳ６１０において、連結部２３３を切断する。

図９は、切断刃７１０を用いて連結部２３３を切断する様子を模式的に示している。例えば、切断刃７１０を用いて連結部２３３の略中央を機械的に切断して繋ぎ目２３４を形成する。これにより、連結部２３３の、隣接する２つの歯２３２の一方側に第１切断面２３５Ａが形成され、連結部２３３の他方側に第２切断面２３５Ｂが形成される。環状コアシート２３０毎に連結部２３３を機械的に切断し、複数の環状コアシート２３０に含まれる全ての連結部２３３に繋ぎ目２３４を形成する。また、後述するステップＳ６３０で積層環状コア２１０を分割するため、図９に示されるように、隣接する２つの歯２３２の間にあるコアバック２３１の略中央に切り込み２３７を入れておくことが好ましい。

次に、ステップＳ６２０において、複数の環状コアシート２３０を積層して、１２個の積層歯２１２を有する積層環状コア２１０を得る。本実施形態では、６０枚の環状コアシート２３０を積層した後で、複数の環状コアシート２３０の間を、例えばカシメ、接着またはレーザ溶接によって固定する。これにより、１２個の積層歯２１２を有する積層環状コア２１０を得る。なお、積層環状コア２１０は上述した積層体２１０に相当する。

図１０は、複数の環状コアシート２３０を、１枚毎に所定の角度ずつ周方向に回転させて積層する様子を模式的に示している。なお、図１０には、６０枚の環状コアシート２３０のうちの２枚が示されている。複数の環状コアシート２３０を、１枚毎に所定の角度ずつ周方向に回転させて積層することが好ましい。このような積層は一般に、「転積」と呼ばれる。転積することにより、連結部２３３が螺旋状に配置されるため、積層環状コア２１０の内周部分の強度を確保することができる。

所定の角度は、（３６０／Ｍ）のＮ倍（Ｎは１以上の整数）である。上述したとおり、Ｍは歯（またはスロット）の個数を示す。Ｍ＝１２である場合、所定の角度は３０°の整数倍となる。本実施形態では、図１０に示されるように１枚毎に３０°時計回りに回転させて６０枚の環状コアシートを積層する。これにより、図６に示されるような連結部２３３の配置パターン（つまり、螺旋構造）が積層環状コア２１０において得られる。なお、図１０に示されるｙ方向は、積層環状コア２１０の中心軸に平行な方向である。６０枚の環状コアシート２３０は１２個の歯２３２が揃うようにｙ方向に沿って積層される。

次に、ステップＳ６３０において、積層環状コア２１０を１２個以下の分割コア２５０に分割する。

図１１Ａは、積層環状コア２１０を、１２個の分割コア２５０に分割する様子を模式的に示している。図１１Ｂは、スロット２１４に治具９００を挿入して積層環状コア２１０を分割する様子を模式的に示している。図１１Ｃは、積層環状コア２１０の積層方向から見た、１２個の分割コア２５０の平面図である。図１１Ｂには、積層環状コア２１０の一部を拡大して示している。図１１Ａに示される例えば矢印の方向にスロット２１４に治具９００を挿入する。具体的には、図１１Ｂに示されるように、治具９００をスロット２１４に挿入して積層環状コア２１０の周方向に力を加えることにより、積層環状コア２１０を、各々が１個の積層歯２１２を有する１２個の分割コア２５０に分割する。ステップＳ６１０において、各環状コアシート２３０のコアバック２３１に切り込み２３７を予め形成しておくことにより、積層環状コア２１０の分割が容易になる。複数のスロット２１４のうち、１か所ずつ治具９００を挿入して分割してもよいし、複数個所に治具９００を同時に挿入して分割することも可能である。

集中巻の場合、原則、それぞれの分割コア２５０が１個の積層歯２１２を有するように積層環状コア２１０を分割する。

次に、ステップＳ６４０において、１２個の分割コア２５０の少なくとも１つに巻線２２０を取り付ける。

図１２Ａは、巻線２２０を取り付けた分割コア２５０の平面図である。図１２Ｂは、積層歯２１２に巻線２２０を取り付けた分割コア２５０の斜視図である。本実施形態において、１２個の分割コア２５０のそれぞれの積層歯２１２に絶縁部材２６０を装着しその上に巻線２２０を取り付ける（いわゆる集中巻）。分割コア２５０に導線を巻回する方法として、例えばスピンドル巻およびノズル巻を用いることができる。なお、全ての分割コア２５０（積層歯２１２）に巻線２２０を取り付ける必要はなく、設計仕様などに応じて必要数の分割コア２５０に巻線２２０を取り付ければよい。換言すると、１２個の分割コア２５０の少なくとも１つの積層歯２１２に巻線２２０を取り付ければよい。例えば、１２個の分割コア２５０うちの９個の積層歯２１２に巻線２２０を取り付ければよい。

次に、ステップＳ６５０において、各々に巻線２２０が取り付けられた複数の分割コア２５０を再組立てして、環状のステータ２００を得る。

図１３は、複数の分割コア２５０に分割された積層環状コア２１０を、治具（不図示）を使用して環状に戻す様子を模式的に示している。図１４は、再組立てのときに連結部２３３の切断面同士を接触させる様子を模式的に示している。「再組立て」とは、複数の分割コア２５０を互いに固定して分割前の形状（つまり環状）に戻すことを意味する。具体的に説明すると、巻線２２０を取り付けた後で、１２個の分割コア２５０を再組立てすることにより環状のステータ２００を生成する。分割コア２５０のそれぞれの切断面は凹凸形状を有している。隣り合う２つの分割コア２５０の切断面同士を接触させたとき、それら２つの切断面の形状同士は合致し、分割コア２５０同士を切断前の位置関係に戻すことができる。その再組立てのときにステップＳ６１０において切断された連結部２３３の切断面同士を接触させる。分割コア２５０同士を切断前の位置関係に戻すことにより、連結部２３３の切断面同士も合致させることができる。本実施形態では、１２個の分割コア２５０を治具を用いて再組立てする。その際、図１４に示されるように、機械的に切断された６０個の連結部２３３の各々の切断面（第１および第２切断面２３５Ａ、２３５Ｂ）同士を接触させる。

複数の分割コア２５０は、例えば接着またはレーザ溶接によって固定する。この固定は、複数の積層歯２１２の間における、（１）周方向のばらつきおよび（２）積層環状コア２１０の軸方向の高さのばらつきを考慮してなされる。なお、連結部２３３を切断した後切断面同士を接触させる前に、それぞれの切断面を非磁性材料でコーティングしても構わない。また、接着剤を介して切断面同士を接触させてもよい。

特許文献１のように歯部鉄心（環状コアシート２３０からコアバック２３１を除いたものに相当）と継鉄部鉄心（コアバック２３１に相当）とを独立した部材として用意するとする。その場合、例えば複数の歯２３２の間で金型による打ち抜きばらつき（誤差）が発生し得るため、組立ての際に（特に、継鉄部鉄心に歯部鉄心を圧入した後）歯２３２の先端の位置ずれが発生し、隣接する２つの歯の先端同士を接触させることは困難となる。一方、本実施形態によれば、コアバック２３１および連結部２３３を含む環状コアシート２３０を環状に打ち抜いた後で、連結部２３３を切断する。コアバック２３１および複数の歯２３２は一体となっているので、連結部２３３を切断した後においても切断面同士は接触した状態を維持し得る。また、この状態で複数の積層環状コアシート２３０を積層するので、積層環状コア２１０を分割するまで（分割直前まで）切断面同士は接触した状態を維持し得る。また、圧入作業は発生しないので、圧入のときに発生する、歯２３２の先端の位置ずれは起こらない。従って、分割コア２５０同士を再組立てするときに、切断された連結部２３３の切断面同士を接触させることができる。

モータ１００の製造方法ではさらにステップＳ６６０において、ステータ２００およびロータ３００をハウジング４００に収納する。

ロータ３００の製造方法の一例を簡単に説明する。インサート成形によってロータコア３３１とマグネットホルダ３３２とを一体化する。具体的に説明すると、金型内に挿入したロータコア３３１の周りに樹脂を注入してロータコア３３１と樹脂を一体化する。樹脂が冷却されて固化するとマグネットホルダ３３２になる。次に、一体化されたロータコア３３１およびマグネットホルダ３３２にマグネット３３３を挿入する。これにより、マグネット３３３はマグネットホルダ３３２に支持された状態でロータコア３３１の側面に固定される。

ハウジング４００の凹部４１０に下軸受４３０（例えばボールベアリング）を配置する。次に、ステータ２００をハウジング４００に収納した後、シャフト３４０を下軸受４３０に挿入してステータ２００の内部空間にシャフト３４０と一体となったロータ３００を配置する。最後に、蓋部４２０の円孔４２１に上軸受４４０（例えばボールベアリング）を配置してハウジング４００の上部の開口を蓋部４２０で閉じる。

なお、上述した製造工程の一部は、公知の製造手法（例えば、特許文献１に開示された手法）によって置き換えられ得る。

本実施形態によるモータ１００およびステータ２００の製造方法によれば、連結部２３３に繋ぎ目２３４を形成して積層環状コア２１０を分割することにより、連結部２３３の影響を受けずに複数の積層歯２１２に巻線２２０を容易に取り付けることができ、且つ、例えば特許文献１のような積層コアバック２１１への圧入の作業は不要となる。その結果、ステータ２００の組立が容易になるだけでなく、圧入時のコンタミネーションの弊害を防止することができる。さらに、組立工程において連結部２３３だけが連結された状態がないので、連結部２３３の変形を防止することができる。

上述したように、本実施形態によれば、連結部２３３によってステータ２００の剛性を高め、モータ１００の振動を低減させることができる。また、連結部２３３が機械的に切断された切断面を有することにより、連結部２３３を通じた磁束漏れを低減させることができる。

次に、連結部２３３を備えたモータ１００において、モータ１００の振動をより効果的に低減させる構造を説明する。ここでは、ステータ２００が１２個の積層歯２１２を備え、ロータが１０個のマグネット３３３を備えるモータ１００において、振動をより効果的に低減させる連結部２３３の配置の仕方を説明する。

図１５は、モータ１００が備えるステータ２００およびロータ３００の一例を示す平面図である。図１６は、ステータ２００の一例を示す平面図である。分かりやすく説明するために、図１５および図１６では巻線２２０の図示は省略している。この例では、ステータ２００は１２個の積層歯２１２を備えている。ロータ３００は１０個のマグネット３３３を備えている。このような数の積層歯２１２およびマグネット３３３を備える構造は、１２Ｓ１０Ｐ（１２スロット１０ポール）と称されることがある。

この例では、モータ１００は、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の巻線を有する三相モータである。図１６に示す平面図において、１２個の積層歯２１２には、反時計回りの方向に沿って、Ｕ１、Ｕ２、Ｖ１、Ｖ２、Ｗ１、Ｗ２、Ｕ１、Ｕ２、Ｖ１、Ｖ２、Ｗ１、Ｗ２の順に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相が割り当てられている。同じ相が割り当てられた積層歯２１２が２個連続するように配置された後に、別の同じ相が割り当てられた積層歯２１２が２個連続して配置されている。図１５に示す平面図において、ロータ３００は反時計回りの方向に回転する。ステータ２００が備える複数の環状コアシート２３０のそれぞれは、１２個の歯２３２を備える。これら環状コアシート２３０の１２個の歯２３２にも、図１６に示す順にＵ相、Ｖ相、Ｗ相が割り当てられている。

図１７は、同じ相が割り当てられた２個の積層歯２１２を示す図である。図１７では、一例として、Ｖ相が割り当てられた２個の積層歯２１２を示している。この例では、反時計回りの方向に回転するロータ３００から見て上流側の積層歯２１２をＶ１の積層歯２１２と呼び、下流側の積層歯２１２をＶ２の積層歯２１２と呼ぶ。図１７に示すステータ２００は、連結部２３３は備えない構造を有する。

軸５１１はＶ１の積層歯２１２の中心軸であり、軸５１２はＶ２の積層歯２１２の中心軸である。軸５１０は、Ｖ１の積層歯２１２とＶ２の積層歯２１２との間の中央に位置する基準軸である。

同じ相の２個の積層歯２１２に巻かれた巻線２２０には同じタイミングで同じ大きさの電流が流れる。例えば、ロータ３００のマグネット３３３のうちの１つが、基準軸５１０と対向する位置にあるときに電流値が最大となるように、巻線２２０に電流を流す。この場合、マグネット３３３がＶ１の積層歯２１２と対向するタイミング、電流値が最大になるタイミング、マグネット３３３がＶ２の積層歯２１２と対向するタイミングのそれぞれの間にずれ（位相のずれ）が発生する。このため、マグネット３３３とＶ１の積層歯２１２とにより発生するトルクと、マグネット３３３とＶ２の積層歯２１２とにより発生するトルクとは互いに異なった大きさになる。

図１８は、マグネット３３３と各積層歯とにより発生するトルクを示す図である。図１８の縦軸はトルクを表し、横軸は角度を表している。図１８では、縦軸の負の値の絶対値が大きいほどトルクが大きいことを表している。図１８に示されるように、マグネット３３３とＶ１の積層歯２１２とにより発生するトルクの最大値Ｖ１ｍａｘと、マグネット３３３とＶ２の積層歯２１２とにより発生するトルクの最大値Ｖ２ｍａｘとは、互いに異なる値になっている。同様に、マグネット３３３とＵ１の積層歯２１２とにより発生するトルクの最大値Ｕ１ｍａｘと、マグネット３３３とＵ２の積層歯２１２とにより発生するトルクの最大値Ｕ２ｍａｘとも、互いに異なる値になっている。なお、図１８には示されていないが、Ｗ１およびＷ２の積層歯２１２におけるトルクの最大値も同様に、互いに異なる値になる。このように、同じ相の積層歯２１２同士におけるトルクの最大値が互いに異なることにより、トルクの変動幅であるトルクリップルは大きくなり、モータ１００の振動が大きくなる。

次に、連結部２３３を備えるステータ構造における、同じ相が割り当てられた２個の積層歯２１２を説明する。図１９は、同じ相が割り当てられた２個の積層歯２１２を示す図である。図１９では、一例として、Ｖ相が割り当てられた２個の積層歯２１２を示している。図１９に示すステータ２００は、隣接する同じ相の積層歯２１２同士を連結する連結部２３３を有する。Ｖ１の積層歯２１２とＶ２の積層歯２１２とは連結部２３３により連結されている。

連結部２３３を備える構造においては、Ｖ１の積層歯２１２の先端から基準軸５１０の方向に向かって連結部２３３の一部が延びている。また、Ｖ２の積層歯２１２の先端から基準軸５１０の方向に向かって連結部２３３の一部が延びている。このため、図１７に示す構造と比較して、図１９に示す構造では、Ｖ１の積層歯２１２の中心軸５１１は、基準軸５１０に近い位置になる。また、図１７に示す構造と比較して、図１９に示す構造では、Ｖ２の積層歯２１２の中心軸５１２は、基準軸５１０に近い位置になる。

次に、ステータ２００内の連結部２３３を配置する位置の一例を説明する。図２０は、ステータ２００内の連結部２３３を配置する位置の一例を示す図である。図２０の横方向に沿って、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相が割り当てられた１２個の積層歯２１２が並んでいる。横方向に並ぶ０、３０、６０、・・・、３３０の数値は、ステータ２００の周方向に沿った角度を示している。積層歯２１２の数は１２個であるため、積層歯２１２は３０度ずつ間隔をあけてステータ２００に配置されている。この例では、ステータ２００は、１２枚の環状コアシート２３０を備える。図２０の縦方向に並ぶ１、２、３、・・・、１２の数字は、積層された１２枚の環状コアシート２３０を示している。なお、この例では環状コアシート２３０の枚数は１２枚であるが、この枚数は例示であり、枚数はモータに要求される必要特性に応じて適宜決定される。例えば、上述したように６０枚の環状コアシート２３０が積層される場合がある。

図２０に示すステータ２００の構造では、１２枚の環状コアシート２３０のうちの６枚は、６個の連結部２３３を備えている。１２枚の環状コアシート２３０のうちの他の６枚は、連結部２３３を備えていない。連結部２３３を備える環状コアシート２３０と、連結部２３３を備えない環状コアシート２３０とが交互に積層されている。図２０中の黒く塗りつぶした四角形の部分が連結部２３３を表している。１枚の環状コアシート２３０の６個の連結部２３３のそれぞれは、同じ相が割り当てられた互いに隣接する歯２３２同士を連結している。

１２枚の環状コアシート２３０のうちの、一番上に位置する環状コアシート２３０が備える２個の連結部２３３のそれぞれは、Ｕ相が割り当てられた歯２３２とＵ相が割り当てられた歯２３２とを連結している。別の２個の連結部２３３のそれぞれは、Ｖ相が割り当てられた歯２３２とＶ相が割り当てられた歯２３２とを連結している。残りの２個の連結部２３３のそれぞれは、Ｗ相が割り当てられた歯２３２とＷ相が割り当てられた歯２３２とを連結している。上から３、５、７、９、１１番目の環状コアシート２３０のそれぞれが備える６個の連結部２３３も、上から１番目の環状コアシート２３０と同様の連結パターンを有している。

図２１は、図２０に示すステータ構造において、マグネット３３３と各積層歯とにより発生するトルクを示す図である。図２１の縦軸はトルクを表し、横軸は角度を表している。図２１では、縦軸の負の値の絶対値が大きいほどトルクが大きいことを表している。図２０に示すステータ構造では、マグネット３３３とＶ１の積層歯２１２とにより発生するトルクの最大値Ｖ１ｍａｘと、マグネット３３３とＶ２の積層歯２１２とにより発生するトルクの最大値Ｖ２ｍａｘとは、互いに近い値になっている。同様に、マグネット３３３とＵ１の積層歯２１２とにより発生するトルクの最大値Ｕ１ｍａｘと、マグネット３３３とＵ２の積層歯２１２とにより発生するトルクの最大値Ｕ２ｍａｘとも、互いに近い値になっている。なお、図２１には示されていないが、Ｗ１およびＷ２の積層歯２１２におけるトルクの最大値も同様に、互いに近い値になる。このように、同じ相の積層歯２１２同士におけるトルクの最大値が近い値になることにより、トルクリップルが小さくなり、モータ１００の振動は低減される。

図１９を用いて説明したように、連結部２３３が同じ相の積層歯２１２同士を連結する構造では、積層歯２１２の中心軸５１１および５１２は、基準軸５１０に近い位置になる。すなわち、マグネット３３３が中心軸５１１の位置にあるタイミング、電流値が最大になるタイミング、マグネット３３３が中心軸５１２の位置にあるタイミングのそれぞれの間のずれ（位相のずれ）が小さくなっている。これにより、同じ相の積層歯２１２同士におけるトルクの最大値の差が小さくなっていると考えられる。

連結部２３３を備える環状コアシート２３０と、連結部２３３を備えない環状コアシート２３０とを、それぞれ適切な枚数で組み合わせて積層することで、モータ１００のトルクの低下を抑えつつ、トルクリップを低減させ、振動を低減させることができる。

図２２は、連結部２３３を備えるステータ構造の別の例を示す図である。図２０に示す例では、６枚の連結部２３３を備える環状コアシート２３０と、６枚の連結部２３３を備えない環状コアシート２３０とを積層していた。図２２に示す例では、４枚の連結部２３３を備える環状コアシート２３０と、８枚の連結部２３３を備えない環状コアシート２３０とを積層している。

図２３は、連結部２３３を備えるステータ構造のさらに別の例を示す図である。図２３に示すステータ２００の構造では、１２枚の環状コアシート２３０のうちのそれぞれが、３個の連結部２３３を備えている。図２３に示すステータ２００の構造では、１２枚の環状コアシート２３０を、１枚毎に６０度ずつ周方向に回転させて積層した構造を有している。図２３中の黒く塗りつぶした四角形の部分が連結部２３３を表している。１枚の環状コアシート２３０の３個の連結部２３３のそれぞれは、同じ相が割り当てられた互いに隣接する歯２３２同士を連結している。

１２枚の環状コアシート２３０のうちの、一番上に位置する環状コアシート２３０が備える１個の連結部２３３は、Ｕ相が割り当てられた歯２３２とＵ相が割り当てられた歯２３２とを連結している。別の１個の連結部２３３は、Ｖ相が割り当てられた歯２３２とＶ相が割り当てられた歯２３２とを連結している。残りの１個の連結部２３３は、Ｗ相が割り当てられた歯２３２とＷ相が割り当てられた歯２３２とを連結している。上から２番目から１２番目の環状コアシート２３０のそれぞれが備える６個の連結部２３３も、上から１番目の環状コアシート２３０と同様の連結パターンを有している。

図２２および図２３におけるステータ構造においても、連結部２３３が同じ相の積層歯２１２同士を連結している。これにより、モータ１００のトルクの低下を抑えつつ、トルクリップを低減させ、振動を低減させることができる。

なお、上記の実施形態の説明では、ステータ２００が１２個の積層歯２１２を備え、ロータ３００が１０個のマグネット３３３を備える構造を例示した。ステータ２００が１２個の積層歯２１２を備え、ロータ３００が１４個のマグネット３３３を備える構造においても上記と同様の効果を得ることができる。

本開示の実施形態は、掃除機、ドライヤ、シーリングファン、洗濯機、冷蔵庫および電動パワーステアリング装置などに用いられる各種モータに幅広く利用され得る。

１００：モータ、２００：ステータ、２１０：積層体（積層環状コア）、２１１：積層コアバック、２１２：積層歯、２１４：スロット、２２０：巻線、２３０：環状コアシート、２３１：コアバック、２３２：歯、２３３：連結部、２３４：繋ぎ目、２３５Ａ：第１切断面、２３５Ｂ：第２切断面

Claims (13)

1. 複数の環状コアシートが積層され、複数の積層歯を有する積層体と、
   前記複数の積層歯に取り付けられた複数の巻線と、
   を備え、
   前記複数の環状コアシートのそれぞれは、
   環状のコアバックと、
   前記コアバックの内周に等間隔で配置され、前記コアバックの中心に向けて突出した複数の歯と、
   を備え、
   前記複数の巻線は、三相の巻線を含み、
   前記三相は、第１の相と、第２の相と、第３の相とを含み、
   前記複数の環状コアシートのそれぞれの前記複数の歯には、前記第１の相、前記第２の相および前記第３の相が割り当てられ、
   前記複数の環状コアシートは、第１の環状コアシートを含み、
   前記第１の環状コアシートは、隣接する２つの歯の先端同士を連結し、且つ、繋ぎ目を含む連結部を複数個備え、
   複数の前記連結部は、第１の連結部、第２の連結部および第３の連結部を含み、
   前記第１の連結部は、前記第１の相が割り当てられた歯と前記第１の相が割り当てられた歯とを連結し、
   前記第２の連結部は、前記第２の相が割り当てられた歯と前記第２の相が割り当てられた歯とを連結し、
   前記第３の連結部は、前記第３の相が割り当てられた歯と前記第３の相が割り当てられた歯とを連結する、電動モータ用ステータ。
2. 前記複数の環状コアシートのそれぞれの前記複数の歯には、前記第１の相と前記第２の相と前記第３の相とが、
   第１の相が２つ連続した後、第２の相が２つ連続し、その後、第３の相が２つ連続する順番
   で割り当てられている、請求項１に記載のステータ。
3. 前記積層歯の数は１２個である、請求項１または２に記載のステータ。
4. 前記複数の環状コアシートのそれぞれの前記１２個の歯には、前記第１の相と前記第２の相と前記第３の相とが、
   第１の相、第１の相、第２の相、第２の相、第３の相、第３の相、第１の相、第１の相、第２の相、第２の相、第３の相、第３の相
   の順に割り当てられている、請求項３に記載のステータ。
5. 前記第１の環状コアシートの前記複数の連結部は、第４の連結部、第５の連結部および第６の連結部をさらに含み、
   前記第４の連結部は、前記第１の相が割り当てられた歯と前記第１の相が割り当てられた歯とを連結し、
   前記第５の連結部は、前記第２の相が割り当てられた歯と前記第２の相が割り当てられた歯とを連結し、
   前記第６の連結部は、前記第３の相が割り当てられた歯と前記第３の相が割り当てられた歯とを連結する、請求項４に記載のステータ。
6. 前記複数の環状コアシートは、第２の環状コアシートを含み、
   前記第２の環状コアシートは、前記連結部を備えない、請求項１から５のいずれかに記載のステータ。
7. 前記連結部は、機械的に切断された切断面を前記繋ぎ目に有する、請求項１から６のいずれかに記載のステータ。
8. 前記連結部において、前記隣接する２つの歯の一方側の第１切断面と、前記連結部の他方側の第２切断面とが、前記繋ぎ目で接触している、請求項７に記載のステータ。
9. 前記積層体は、前記複数の環状コアシートを、１枚毎に所定の角度ずつ周方向に回転させて積層した構造を有する、請求項１から８のいずれかに記載のステータ。
10. 前記積層体は、前記複数の環状コアシートを、１枚毎に６０度ずつ周方向に回転させて積層した構造を有する、請求項１から９のいずれかに記載のステータ。
11. 請求項１から１０のいずれかに記載のステータと、
    前記ステータに対して回転するロータと、
    前記ステータおよび前記ロータを収納するハウジングと、
    を備える、電動モータ。
12. 前記ステータは、１２個の前記積層歯を備え、
    前記ロータは、１０個のマグネットを備える、請求項１１に記載の電動モータ。
13. 前記積層体は、前記複数の環状コアシートを、１枚毎に６０度ずつ周方向に回転させて積層した構造を有する、請求項１２に記載の電動モータ。

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