JP5660058B2 - コアブロック、固定子、回転電機およびコアブロックの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、コアブロック、固定子、回転電機およびコアブロックの製造方法に関する。

電気エネルギーを機械エネルギーに変換するモータ（電動機）および機械エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機などの回転電機はさまざまな機器に用いられている。典型的には、回転電機は、環状のヨーク部から内周に向かってティース部の突出した固定子（ステータ）と、ティース部に巻きつけられたコイルと、固定子の内側に回転可能に設けられた回転子（ロータ）とを有している。

製造上の観点から、しばしば、円周方向にコアブロック（分割コア）が配列された分割コア構造の固定子が用いられる（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、複数の単位（コアブロック）を環状方向に組み合わせて作製される固定子が開示されている。特許文献１の固定子では、互いに隣接するコアブロックの向かい合う側面に、互いに嵌め合い可能な凸部および凹部が鋼板の積層方向に沿って延びるように設けられている。

特開平７−２９８５２２号公報

分割コア構造では、典型的には、回転電機の磁気抵抗を低減させるために、互いに隣接するコアブロックを嵌め合わせた際に凸部と凹部の隙間が小さくなるように構成される。しかしながら、特許文献１のコアブロックでは、鋼板の積層する方向に凸部および凹部が延びており、鋼板の板厚偏差が比較的大きいと、隣接するコアブロックの凸部および凹部の嵌め合わせを適切に行えないことがある。このため、特許文献１のコアブロックには、板厚偏差の比較的小さい材料から形成された鋼板を用いることが必要であり、材料選択の自由度が低く、コストの低減を図ることが困難であった。

本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、板厚偏差の比較的大きな材料から形成された鋼板を使用可能なコアブロック、固定子、回転電機およびコアブロックの製造方法を提供することにある。

本発明によるコアブロックは、複数の鋼板の積層された積層構造を備えるコアブロックであって、前記積層構造は、第１側面を含むヨーク部を有しており、前記ヨーク部の前記第１側面は、平坦領域と、凸部および凹部の少なくとも一方が設けられた少なくとも１つの段差領域とを有し、前記第１側面の前記平坦領域は、前記少なくとも１つの段差領域に対して積層方向に位置する積層方向平坦領域と、前記少なくとも１つの段差領域に対して径方向に位置し、前記積層方向平坦領域と同一平面に位置する径方向平坦領域とを含む。

ある実施形態において、前記第１側面の前記径方向平坦領域は、前記少なくとも１つの段差領域に対して両側に位置する。

ある実施形態において、前記ヨーク部の前記第１側面に、前記凸部および前記凹部の両方が設けられている。

ある実施形態において、前記凸部および前記凹部のうちの一方は、前記第１側面の前記積層方向の長さを規定する２つの辺のうちの一方に位置しており、前記凸部および前記凹部のうちの他方は、前記第１側面の前記積層方向の長さを規定する前記２つの辺のうちの他方に位置している。

ある実施形態において、前記第１側面に、前記凸部または前記凹部が２つ設けられている。

ある実施形態において、前記２つの前記凸部または前記凹部のうちの一方は、前記第１側面の前記積層方向の長さを規定する２つの辺のうちの一方に位置しており、前記２つの前記凸部または前記凹部のうちの他方は、前記第１側面の前記積層方向の長さを規定する前記２つの辺のうちの他方に位置している。

ある実施形態において、前記第１側面の前記積層方向平坦領域は、前記第１側面の径方向にわたって位置する。

ある実施形態において、前記ヨーク部は第２側面をさらに含み、前記第２側面は、平坦領域と、凸部および凹部の少なくとも一方が設けられた少なくとも１つの段差領域とを有し、前記第２側面において、前記平坦領域は、前記少なくとも１つの段差領域に対して積層方向に位置する積層方向平坦領域と、前記少なくとも１つの段差領域に対して径方向に位置し、前記積層方向平坦領域と同一平面に位置する径方向平坦領域とを含む。

ある実施形態において、前記第２側面の前記少なくとも１つの段差領域は前記第１側面の前記少なくとも１つの段差領域に対応する位置に設けられている。

ある実施形態において、前記第２側面の前記少なくとも１つの段差領域に、前記凸部が設けられており、前記第２側面の前記少なくとも１つの段差領域に対応する前記第１側面の前記少なくとも１つの段差領域に、前記凸部が設けられている。

ある実施形態において、前記第２側面の前記少なくとも１つの段差領域に、前記凸部が設けられており、前記第２側面の前記少なくとも１つの段差領域に対応する前記第１側面の前記少なくとも１つの段差領域に、前記凹部が設けられている。

本発明による固定子は、上記に記載のコアブロックを複数備えるコアと、前記複数のコアブロックのそれぞれの前記ヨーク部に支持されたティース部とを備える。

ある実施形態において、前記複数のコアブロックは、互いに隣接する第１コアブロックおよび第２コアブロックを含み、前記第１コアブロックの前記凸部は、前記第２コアブロックの前記凹部と嵌合している。

ある実施形態において、前記複数のコアブロックは互いに同一の形状を有している。

本発明による回転電機は、上記に記載の固定子と、前記固定子の前記ティース部に巻きつけられたコイルと、回転子とを備える。

本発明によるコアブロックの製造方法は、平坦領域と凸部および凹部の少なくとも一方が設けられた段差領域とを含む段差側面を有する第１鋼板を用意する工程と、平坦領域を含む側面を有する第２鋼板を用意する工程と、前記第２鋼板における前記側面の前記平坦領域が、前記第１鋼板における前記段差側面の前記段差領域に対して積層方向に位置するとともに前記段差側面の前記平坦領域に同一平面に位置するように前記第１鋼板および前記第２鋼板を積層する工程とを包含する。

本発明によれば、板厚偏差の比較的大きな材料から形成された鋼板を用いてコアブロックを作製することができる。

本実施形態のコアブロックの模式図である。 図１に示したコアブロックを複数用いて構成されたコアの模式図である。 本実施形態のコアブロックの模式図である。 本実施形態のコアブロックの模式図である。 （ａ）〜（ｃ）は本実施形態のコアブロックの模式図である。 図５に示したコアブロックの嵌合を説明するための模式図である。 隣接するコアブロックの嵌合を示す模式図である。 （ａ）〜（ｄ）は本実施形態のコアブロックの製造方法を説明するための模式図である。 （ａ）〜（ｃ）は隣接するコアブロックの嵌合を示す模式図である。 （ａ）および（ｂ）は本実施形態のコアブロックの模式図である。 図１０に示したコアブロックの嵌合を説明するための模式図である。 本実施形態のコアブロックの模式図である。 本実施形態のコアブロックの模式図である。 図１２および図１３に示したコアブロックの嵌合を説明するための模式図である。 （ａ）および（ｂ）は本実施形態のコアブロックの模式図である。 （ａ）〜（ｃ）は本実施形態のコアブロックの製造方法を説明するための模式図である。 本実施形態の固定子の模式図である。 （ａ）〜（ｃ）は本実施形態のコアブロックの模式図である。 （ａ）および（ｂ）は本実施形態のコアブロックの模式図である。 本実施形態の回転電機の模式図である。 本実施形態の回転電機の模式図である。

以下、図面を参照して本発明によるコアブロック、固定子、回転電機およびコアブロックの製造方法の実施形態を説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されない。

図１に、本実施形態のコアブロック１０の模式図を示す。コアブロック１０は、鋼板１２が複数積層された積層構造１４を有している。積層構造１４は、ヨーク部１６を有している。積層構造１４を構成する鋼板１２は、例えば、電磁鋼板である。電磁鋼板は、無方向性電磁鋼板であってもよく、方向性電磁鋼板であってもよい。なお、コアブロック１０の材料は、鉄に限定されることはなく、鉄にケイ素等の所定の不純物を添加したものであってもよい。コアブロック１０の材料として強磁性材料を用いることが好ましい。

ヨーク部１６は、側面２０ａ、２０ｂ、内周面２０ｃ、外周面２０ｄ、扇面２０ｅ、２０ｆを有している。ヨーク部１６は、ほぼ円筒形状の部材を母線方向かつ径方向に沿って２つの平面で切断した形状を有している。本明細書において、側面２０ａを第１側面２０ａと記載することがあり、側面２０ｂを第２側面２０ｂと記載することがある。このようなコアブロック１０を複数組み合わせることによって円筒状のコアが形成される。

図２に、図１に示したコアブロック１０を複数用いて構成されたコア１１０の模式図を示す。複数のコアブロック１０から円筒状のコア１１０が形成される。ここでは、コア１１０は、１２個のコアブロック１０から構成されている。図２において、方向Ｄｒは、コア１１０の径方向を示しており、方向Ｄｃは、コア１１０の円周方向を示している。なお、複数のコアブロック１０は、必要に応じて、治具等によって固定されてもよい。

ここで、図３および図４を参照してコアブロック１０の構成を説明する。図３には、ヨーク部１６の一方の側面２０ａが図示されており、図４には、ヨーク部１６の他方の側面２０ｂが図示されている。なお、図１に示したように、コアブロック１０は、鋼板１２の積層構造１４を有しているが、図面が過度に複雑になることを避けるために、図１、図８および図１６以外の図面では、鋼板１２の積層を省略して図示している。本明細書において、方向Ｄｒを径方向と記載し、方向Ｄｃを円周方向と記載し、方向Ｄｔを積層方向と記載することがある。径方向Ｄｒは、円周方向Ｄｃおよび積層方向Ｄｔのそれぞれと直交している。

まず、図３を参照して、ヨーク部１６の側面２０ａの構成を説明する。側面２０ａの積層方向Ｄｔに沿った長さは、側面２０ａおよび扇面２０ｅの境界に位置する辺Ｅａと、側面２０ａおよび扇面２０ｆの境界に位置する辺Ｅｂとによって規定される。また、側面２０ａの径方向Ｄｒに沿った長さは、側面２０ａおよび内周面２０ｃの境界に位置する辺Ｅｃと、側面２０ａおよび外周面２０ｄの境界に位置する辺Ｅｄとによって規定される。

ヨーク部１６の側面２０ａは、平坦領域２０ｓと、平坦領域２０ｓに対して突起および／または凹んだ段差領域２０ｔとを有している。ここでは、側面２０ａに、平坦領域２０ｓに対して突起した凸部２０Ｐおよび凹んだ凹部２０Ｑの両方が設けられているが、側面２０ａに、凸部２０Ｐおよび凹部２０Ｑの一方のみが設けられてもよい。

本実施形態のコアブロック１０において、平坦領域２０ｓは、段差領域２０ｔに対して積層方向Ｄｔに位置する積層方向平坦領域２０ｓ１と、段差領域２０ｔに対して径方向Ｄｒに位置する径方向平坦領域２０ｓ２とを含む。積層方向平坦領域２０ｓ１および径方向平坦領域２０ｓ２は同一平面に位置しており、径方向平坦領域２０ｓ２は積層方向平坦領域２０ｓ１と連続した平面を形成している。なお、本明細書において、積層方向平坦領域２０ｓ１および径方向平坦領域２０ｓ２を、それぞれ、平坦領域２０ｓ１、２０ｓ２と記載することがある。

本実施形態のコアブロック１０では、側面２０ａにおいて、平坦領域２０ｓ１が段差領域２０ｔに対して積層方向Ｄｔに位置しており、段差領域２０ｔの積層方向Ｄｔに沿った長さは比較的短い。このため、鋼板１２の板厚偏差が多少大きくても、他のコアブロック１０と容易に組み合わせることができ、板厚偏差の比較的大きな材料から形成された鋼板１２を使用することができる。また、コアブロック１０では、平坦領域２０ｓ１、２０ｓ２が段差領域２０ｔに対して積層方向Ｄｔおよび径方向Ｄｒにそれぞれ設けられており、これにより、平坦領域２０ｓの面積を比較的大きくでき、隣接するコアブロック１０との密着をより確実にして隣接するコアブロック１０との隙間を低減させることができる。

なお、図３に示したコアブロック１０では、凸部２０Ｐは、第１側面２０ａの積層方向Ｄｔに沿った端部に位置しており、具体的には、凸部２０Ｐは側面２０ａの辺Ｅｂおよびその近傍に位置している。また、凸部２０Ｐは第１側面２０ａの径方向Ｄｒに沿った中央に位置しており、凸部２０Ｐの両側には平坦領域２０ｓ２が位置している。

凹部２０Ｑは、第１側面２０ａの積層方向Ｄｔに沿った端部に位置しており、具体的には、凹部２０Ｑは側面２０ａの辺Ｅａおよびその近傍に位置している。また、凹部２０Ｑは第１側面２０ａの径方向Ｄｒに沿った中央に位置しており、凹部２０Ｑの両側には平坦領域２０ｓ２が位置している。

なお、段差領域２０ｔの径方向Ｄｒに沿った長さは比較的小さく、平坦領域２０ｓ２の径方向Ｄｒに沿った長さは比較的大きいことが好ましい。例えば、平坦領域２０ｓ２の径方向Ｄｒに沿った長さは段差領域２０ｔの径方向Ｄｒに沿った長さよりも大きくてもよい。

また、平坦領域２０ｓ１の積層方向Ｄｔに沿った長さは比較的大きいことが好ましい。例えば、平坦領域２０ｓ１の積層方向Ｄｔに沿った長さは平坦領域２０ｓ２の積層方向Ｄｔに沿った長さよりも大きくてもよい。平坦領域２０ｓの面積が大きい場合、隣接するコアブロック１０間の隙間が小さくなる。このため、後述するように、回転電機の磁気抵抗を低減させることができる。

なお、図３に示したコアブロック１０では、平坦領域２０ｓ１は、段差領域２０ｔの積層方向Ｄｔに位置するだけでなく、平坦領域２０ｓ２の積層方向Ｄｔにも位置している。ここでは、平坦領域２０ｓ１は径方向Ｄｒに沿って辺Ｅｃから辺Ｅｄにまたがっており、平坦領域２０ｓ１は側面２０ａの径方向Ｄｒにわたって位置している。このため、平坦領域２０ｓ１の径方向Ｄｒに沿った長さは平坦領域２０ｓ２の径方向Ｄｒに沿った長さよりも大きい。

次に、図４を参照して、ヨーク部１６の側面２０ｂの構成を説明する。ヨーク部１６の側面２０ｂは、平坦領域２０ｓと、段差領域２０ｔとを有している。ここでは、側面２０ｂの段差領域２０ｔに、平坦領域２０ｓに対して突起した凸部２０Ｐおよび凹んだ凹部２０Ｑの両方が設けられているが、側面２０ｂに、凸部２０Ｐおよび凹部２０Ｑの一方のみが設けられてもよい。

側面２０ｂにおいて、平坦領域２０ｓは、段差領域２０ｔに対して積層方向Ｄｔに位置する積層方向平坦領域２０ｓ１と、段差領域２０ｔに対して径方向Ｄｒに位置する径方向平坦領域２０ｓ２とを含む。積層方向平坦領域２０ｓ１および径方向平坦領域２０ｓ２は同一平面に位置している。

典型的には、側面２０ａ、２０ｂは、円周方向Ｄｃに垂直であり、積層方向Ｄｔに平行である。ただし、側面２０ａ、２０ｂは、円周方向Ｄｃに垂直でなくてもよく、積層方向Ｄｔに平行でなくてもよい。また、典型的には、径方向Ｄｒは、側面２０ａ、２０ｂの平坦領域２０ｓ１、２０ｓ２に平行である。

図３および図４に示したコアブロック１０において、２つの凸部２０Ｐは側面２０ａ、２０ｂの円周方向Ｄｃに沿って対応する位置に設けられており、２つの凹部２０Ｑは側面２０ａ、２０ｂの円周方向Ｄｃに沿って対応する位置に設けられている。

また、ここでは、凸部２０Ｐは三角柱形状を有しており、その三角形状の面は扇面２０ｅ、２０ｆと平行である。円周方向Ｄｃに沿って凸部２０Ｐが高くなるにつれて、凸部２０Ｐの径方向Ｄｒに沿った長さは小さくなる。また、凹部２０Ｑは三角柱形状に対応する形状を有しており、その三角形状の面は扇面２０ｅ、２０ｆと平行である。円周方向Ｄｃに沿って凹部２０Ｑが深くなるにつれて、凹部２０Ｑの径方向Ｄｒに沿った長さは小さくなる。

なお、側面２０ｂにおける凸部２０Ｐおよび凹部２０Ｑの大きさおよび形状は、側面２０ａにおける凸部２０Ｐおよび凹部２０Ｑの大きさおよび形状とほぼ等しいことが好ましい。また、側面２０ａ、２０ｂにおいて、凹部２０Ｑの円周方向Ｄｃに沿った深さは、凸部２０Ｐの円周方向Ｄｃに沿った高さとほぼ等しいことが好ましい。ただし、厳密には、凹部２０Ｑの円周方向Ｄｃに沿った深さは、凸部２０Ｐの円周方向Ｄｃに沿った高さよりも若干大きいことが好ましい。

例えば、側面２０ａ、２０ｂの積層方向Ｄｔに沿った長さは２５．０ｍｍ以上１５０．０ｍｍ以下であり、凸部２０Ｐまたは凹部２０Ｑの積層方向Ｄｔに沿った長さは２．５ｍｍ以上１５．０ｍｍ以下である。また、側面２０ａ、２０ｂの径方向Ｄｒに沿った長さは４．０ｍｍ以上８．５ｍｍ以下であり、凸部２０Ｐまたは凹部２０Ｑの径方向Ｄｒに沿った長さは１．２ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である。

ヨーク部１６の外径の円周方向Ｄｃに沿った長さ（外周面２０ｄの円周方向Ｄｃに沿った長さ）は２２．０ｍｍ以上４５．０ｍｍ以下であり、ヨーク部１６の内径の円周方向Ｄｃに沿った長さ（内周面２０ｃの円周方向Ｄｃに沿った長さ）は２０．０ｍｍ以上３９．０ｍｍ以下である。また、側面２０ａ、２０ｂの凸部２０Ｐの円周方向Ｄｃに沿った高さは２．０ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であり、側面２０ａ、２０ｂの凹部２０Ｑの円周方向Ｄｃに沿った深さは２．０２ｍｍ以上３．０２ｍｍ以下である。なお、図１に示した各鋼板１２の厚さは０．３５ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下である。

図３および図４を参照して上述示したコアブロック１０では、側面２０ｂの段差領域２０ｔは側面２０ａの段差領域２０ｔと対応する位置に設けられている。

図５（ａ）、図５（ｂ）および図５（ｃ）に、このコアブロック１０を、外周面２０ｄ、扇面２０ｅおよび扇面２０ｆからそれぞれ見た模式図を示す。ここでは、側面２０ｂには、側面２０ａの凹部２０Ｑが設けられた領域に対応して、凹部２０Ｑが設けられており、側面２０ａの凸部２０Ｐが設けられた領域に対応して、凸部２０Ｐが設けられている。

図６に示すように、コアブロック１０を複数組み合わせることにより、図２に示したコア１１０が作製される。組み合わせの際に、互いに隣接する２つのコアブロック１０のうちの一方のコアブロック１０の凸部２０Ｐは、他方のコアブロック１０の凹部２０Ｑと嵌め合わされる。図６では、互いに隣接する２つのコアブロック１０に着目し、この２つのコアブロック１０のうち一方をコアブロック１０ａと記載し、他方をコアブロック１０ｂと記載している。

コアブロック１０ａの凹部２０Ｑは、コアブロック１０ｂの凸部２０Ｐに対応する形状および大きさを有しており、コアブロック１０ｂの凸部２０Ｐがコアブロック１０ａの凹部２０Ｑと嵌め合わされる。また、コアブロック１０ａの凸部２０Ｐは、コアブロック１０ｂの凹部２０Ｑに対応する形状および大きさを有しており、コアブロック１０ａの凸部２０Ｐはコアブロック１０ｂの凹部２０Ｑと嵌め合わされる。このような嵌合により、鋼板１２の板厚偏差が比較的大きい場合でも、コアブロック１０ａ、１０ｂを確実に組み合わせることができる。

なお、複数のコアブロック１０は、互いに同一の形状を有していることが好ましい。この場合、コアブロック１０の製造コストを低減させることができる。ここでは、コアブロック１０ｂはコアブロック１０ａとほぼ同一の形状を有しており、コアブロック１０ａの凸部２０Ｐの設けられる位置がコアブロック１０ｂの凸部２０Ｐと反対側を向くように配置されている。

上述したコアブロック１０では、側面２０ａ、２０ｂのそれぞれにおいて、凸部２０Ｐは三角柱形を有しており、凹部２０Ｑは三角柱形状に対応する形状を有している。

図７は、扇面２０ｅから見たコアブロック１０ａ、１０ｂの嵌合を示す模式図である。図７に示すように、コアブロック１０ｂの凸部２０Ｐはコアブロック１０ａの凹部２０Ｑと嵌合している。なお、コアブロック１０ａの凹部２０Ｑの円周方向Ｄｃに沿った深さは、コアブロック１０ｂの凸部２０Ｐの円周方向Ｄｃに沿った高さとほぼ等しい。ただし、厳密には、コアブロック１０ａの凹部２０Ｑの円周方向Ｄｃに沿った深さは、コアブロック１０ｂの凸部２０Ｐの円周方向Ｄｃに沿った高さよりも若干大きい。

以下に、図８を参照してコアブロック１０の製造方法を説明する。例えば、図３〜図７を参照して説明したコアブロック１０は３種類の鋼板１２を用いて製造される。

まず、図８（ａ）に示すように、側面１２ａ１、１２ａ２を有する鋼板１２ａを用意する。ここでは、複数の鋼板１２ａのそれぞれはほぼ同一の形状を有している。側面１２ａ１は、平坦部１２ｓと、凹部１２ｑが設けられた段差部１２ｔとを有する段差側面である。同様に、側面１２ａ２は、平坦部１２ｓと、凹部１２ｑが設けられた段差部１２ｔとを有する段差側面である。複数の鋼板１２ａの凹部１２ｑによってコアブロック１０の側面２０ａ、２０ｂの凹部２０Ｑが形成され、複数の鋼板１２ａの平坦部１２ｓによってコアブロック１０の側面２０ａ、２０ｂの平坦領域２０ｓ２が形成される。

また、図８（ｂ）に示すように、側面１２ｂ１、１２ｂ２を有する鋼板１２ｂを用意する。ここでは、複数の鋼板１２ｂのそれぞれはほぼ同一の形状を有している。側面１２ｂ１は平坦部１２ｓを有しており、側面１２ｂ２は平坦部１２ｓを有している。複数の鋼板１２ｂの平坦部１２ｓによってコアブロック１０の側面２０ａ、２０ｂの平坦領域２０ｓ１が形成される。

さらに、図８（ｃ）に示すように、側面１２ｃ１、１２ｃ２を有する鋼板１２ｃを用意する。ここでは、複数の鋼板１２ｃのそれぞれはほぼ同一の形状を有している。側面１２ｃ１は、平坦部１２ｓと、凸部１２ｐが設けられた段差部１２ｔとを有する段差側面である。同様に、側面１２ｃ２は、平坦部１２ｓと、凸部１２ｐが設けられた段差部１２ｔとを有する段差側面である。複数の鋼板１２ｃの凸部１２ｐによってコアブロック１０の側面２０ａ、２０ｂの凸部２０Ｐが形成され、複数の鋼板１２ｃの平坦部１２ｓによってコアブロック１０の側面２０ａ、２０ｂの平坦領域２０ｓ２が形成される。なお、本明細書において、鋼板１２ａを第１鋼板１２ａと記載し、鋼板１２ｂを第２鋼板１２ｂと記載し、鋼板１２ｃを第３鋼板１２ｃと記載することがある。

次に、図８（ｄ）に示すように、鋼板１２ｃの上に鋼板１２ｂを積層する。この場合、鋼板１２ｂにおける側面１２ｂ１の平坦部１２ｓが、鋼板１２ｃにおける側面１２ｃ１の段差部１２ｔに対して積層方向Ｄｔに位置するとともに側面１２ｃ１の平坦部１２ｓと同一平面に位置している。また、鋼板１２ｂにおける側面１２ｂ２の平坦部１２ｓが、鋼板１２ｃにおける側面１２ｃ２の段差部１２ｔに対して積層方向Ｄｔに位置するとともに側面１２ｃ２の平坦部１２ｓと同一平面に位置している。

また、鋼板１２ｂの上に鋼板１２ａを積層する。この場合、鋼板１２ｂにおける側面１２ｂ１の平坦部１２ｓは鋼板１２ａにおける側面１２ａ１の段差部１２ｔに対して積層方向Ｄｔに位置するとともに側面１２ａ１の平坦部１２ｓと同一平面に位置している。また、鋼板１２ｂにおける側面１２ｂ２の平坦部１２ｓは鋼板１２ａにおける側面１２ａ２の段差部１２ｔに対して積層方向Ｄｔに位置するとともに側面１２ａ２の平坦部１２ｓと同一平面に位置している。以上のようにして第１〜第３鋼板１２ａ〜１２ｃの積層された積層構造１４を備えるコアブロック１０が作製される。

例えば、鋼板１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、順送り金型装置における鋼板の打ち抜きによって作製される。例えば、複数の鋼板１２ａ、１２ｂ、１２ｃは異なる金型を用いて打ち抜かれ、その後、複数の鋼板１２ａ、１２ｂ、１２ｃはカシメを介して所定の位置で積層される。

なお、上述したコアブロック１０では、凸部２０Ｐおよび凹部２０Ｑはそれぞれ三角柱形状または三角柱形状に対応する凹形状を有していたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図９（ａ）に示すように、凸部２０Ｐは、円周方向Ｄｃに沿って平坦領域２０ｓ２から延びた幅狭部２０Ｐ１と、平坦領域２０ｓ２に対して幅狭部２０Ｐ１よりも円周方向Ｄｃに沿って離れて位置し、幅狭部２０Ｐ１の径方向Ｄｒに沿った幅よりも大きな直径の断面球状を有する円柱部２０Ｐ２とを有してもよい。または、図９（ｂ）に示すように、凸部２０Ｐの断面は台形状であってもよい。ここでは、台形状において、凸部２０Ｐの径方向Ｄｒに沿った長さは、円周方向Ｄｃに沿って平坦領域２０ｓ２から離れるにつれて大きくなる。あるいは、図９（ｃ）に示すように、凸部２０Ｐは、円周方向Ｄｃに沿って平坦領域２０ｓ２から延びた幅狭部２０Ｐ１と、平坦領域２０ｓ２に対して幅狭部２０Ｐ１よりも円周方向Ｄｃに沿って離れて位置し、径方向Ｄｒに沿った幅が幅狭部２０Ｐ１よりも大きい幅広部２０Ｐ２とを有してもよい。このように、凸部２０Ｐと凹部２０Ｑの形状を、円周方向Ｄｃに互いに係り合う形状にすることにより、組み立てられたコアブロック１０の固定を確実にすることができる。

また、図６を参照して上述したようにコアブロック１０の側面２０ａ、２０ｂのそれぞれの両端に凸部２０Ｐおよび凹部２０Ｑが設けられているとともに、これらの凸部２０Ｐおよび凹部２０Ｑが図７、図９（ａ）、図９（ｂ）または図９（ｃ）に示したように互いに対応する形状を有するように構成すれば、組み立てられたコアブロック１０の固定を確実にすることができ、また、コアブロック１０を積層方向Ｄｔから簡単に差し込むことができるため、複数のコアブロック１０の組み立ても容易である。

なお、上述した説明では、側面２０ａ、２０ｂのそれぞれに、凸部２０Ｐおよび凹部２０Ｑの両方が設けられていたが、本発明はこれに限定されない。側面２０ａに、凸部２０Ｐおよび凹部２０Ｑの一方が複数設けられてもよい。また、この場合、側面２０ｂに、凸部２０Ｐおよび凹部２０Ｑの他方が複数設けられてもよい。

ここで、図１０を参照して本実施形態のコアブロック１０を説明する。図１０（ａ）および図１０（ｂ）に、外周面２０ｄおよび扇面２０ｅからそれぞれ見たコアブロック１０の模式図を示す。図１０に示したコアブロック１０では、側面２０ａに２つの凹部２０Ｑが設けられており、２つの凹部２０Ｑは積層方向Ｄｔに沿って並んでいる。また、側面２０ｂに２つの凸部２０Ｐが設けられており、２つの凸部２０Ｐは積層方向Ｄｔに沿って並んでいる。なお、側面２０ｂにおいて２つの凸部２０Ｐが設けられている領域は、側面２０ａにおいて２つの凹部２０Ｑが設けられている領域に対応している。

図１１は、コアブロック１０ａ、１０ｂの嵌合を示す模式図である。図１１に示すように、隣接するコアブロック１０のうちの一方（コアブロック１０ａ）の凸部２０Ｐを他方（コアブロック１０ｂ）の凹部２０Ｑに嵌め合わせ、これにより、コア１１０が作製される。側面２０ａ、２０ｂの端部に、凸部２０Ｐおよび凹部２０Ｑがそれぞれ設けられていることにより、鋼板１２の板厚偏差が比較的大きくても、コアブロック１０ａ、１０ｂの嵌合を確実に行うことができる。

なお、上述した説明では、１つのコアブロック１０における２つの凸部２０Ｐは円周方向Ｄｃまたは積層方向Ｄｔに位置していたが、本発明はこれに限定されない。１つのコアブロック１０において、凸部２０Ｐの円周方向Ｄｃおよび積層方向Ｄｔにはそれぞれ凹部２０Ｑが位置してもよい。

ここで、図１２および図１３を参照してコアブロック１０の構成を説明する。図１２には、ヨーク部１６の一方の側面２０ａが図示されており、図１３は、ヨーク部１６の他方の側面２０ｂが図示されている。

図１２に示すように、側面２０ａにおいて、凹部２０Ｑは辺Ｅａおよびその近傍に位置しており、凸部２０Ｐは辺Ｅｂおよびその近傍に位置している。これに対して、図１３に示すように、側面２０ｂにおいて、凹部２０Ｑは辺Ｅｂおよびその近傍に位置しており、凸部２０Ｐは辺Ｅａおよびその近傍に位置している。

図１２および図１３に示したコアブロック１０では、側面２０ｂの段差領域２０ｔは側面２０ａの段差領域２０ｔに対応する位置に設けられている。側面２０ｂには、側面２０ａの凸部２０Ｐが設けられた領域に対応して、凹部２０Ｑが設けられており、側面２０ａの凹部２０Ｑが設けられた領域に対応して、凸部２０Ｐが設けられている。このように、側面２０ｂの段差領域２０ｔに、凸部２０Ｐおよび凹部２０Ｑの一方が設けられており、側面２０ｂの段差領域２０ｔに対応する側面２０ａの段差領域２０ｔに、凸部２０Ｐおよび凹部２０Ｑの他方が設けられてもよい。

図１４は、コアブロック１０ａ、１０ｂの嵌合を示す模式図である。図１４に示すように、側面２０ａ、２０ｂにそれぞれ凸部２０Ｐおよび凹部２０Ｑの設けられたコアブロック１０を嵌め合わせ、これにより、上述したコア１１０が作製される。側面２０ａ、２０ｂのそれぞれに、凸部２０Ｐおよび凹部２０Ｑの両方が設けられていることにより、鋼板１２の板厚偏差が比較的大きくても、コアブロック１０ａ、１０ｂの嵌合を確実に行うことができる。

なお、上述した説明では、側面２０ａ、２０ｂは、互いに分離された２つの段差領域２０ｔを有しており、側面２０ａ、２０ｂのそれぞれに、凸部２０Ｐおよび凹部２０Ｑの少なくとも一方が２つ設けられていたが、本発明はこれに限定されない。側面２０ａ、２０ｂのそれぞれに、凸部２０Ｐおよび凹部２０Ｑの少なくとも一方が３つ以上設けられてもよい。あるいは、側面２０ａ、２０ｂのそれぞれに、凸部２０Ｐまたは凹部２０Ｑが１つ設けられてもよい。

図１５（ａ）および図１５（ｂ）に、外周面２０ｄおよび扇面２０ｅからそれぞれ見たコアブロック１０の模式図を示す。図１５に示したコアブロック１０は、側面２０ａおよび側面２０ｂに、１つの凸部２０Ｐおよび凹部２０Ｑがそれぞれ設けられている点を除いて図１０および図１１を参照して上述したコアブロック１０と同様の構成を有しており、冗長を避けるために重複する説明を省略する。

図１５に示したコアブロック１０において、側面２０ａは、平坦領域２０ｓと、段差領域２０ｔとを有しており、段差領域２０ｔには、平坦領域２０ｓに対して凹んだ凹部２０Ｑが設けられている。また、側面２０ｂは、平坦領域２０ｓと、段差領域２０ｔとを有しており、段差領域２０ｔには、平坦領域２０ｓに対して突起した凸部２０Ｐが設けられている。

以下に、図１６を参照して、図１５に示したコアブロック１０の製造方法を説明する。図１５に示したコアブロック１０は２種類の鋼板１２を用いて製造される。

まず、図１６（ａ）に示すように、側面１２ａ１、１２ａ２を有する鋼板１２ａを用意する。ここでは、複数の鋼板１２ａのそれぞれはほぼ同一の形状を有している。側面１２ａ１は、平坦部１２ｓと、凹部１２ｑが設けられた段差部１２ｔとを有する段差側面である。側面１２ａ２は、平坦部１２ｓと、凸部１２ｐが設けられた段差部１２ｔとを有する段差側面である。複数の鋼板１２ａの凹部１２ｑによってコアブロック１０の側面２０ａの凹部２０Ｑが形成され、複数の鋼板１２ａの凸部１２ｐによってコアブロック１０の側面２０ｂの凸部２０Ｐが形成される。また、複数の鋼板１２ａの平坦部１２ｓによってコアブロック１０の側面２０ａ、２０ｂの平坦領域２０ｓ２が形成される。

また、図１６（ｂ）に示すように、側面１２ｂ１、１２ｂ２を有する鋼板１２ｂを用意する。ここでは、複数の鋼板１２ｂのそれぞれはほぼ同一の形状を有している。側面１２ｂ１は平坦部１２ｓを有しており、側面１２ｂ２は平坦部１２ｓを有している。複数の鋼板１２ｂの平坦部１２ｓによってコアブロック１０の側面２０ａ、２０ｂの平坦領域２０ｓ１が形成される。なお、本明細書において、鋼板１２ａを第１鋼板１２ａと記載し、鋼板１２ｂを第２鋼板１２ｂと記載することがある。

次に、図１６（ｃ）に示すように、鋼板１２ｂの上に鋼板１２ａを積層する。この場合、鋼板１２ｂにおける側面１２ｂ１の平坦部１２ｓが、鋼板１２ａにおける側面１２ａ１の段差部１２ｔに対して積層方向Ｄｔに位置するとともに側面１２ａ１の平坦部１２ｓと同一平面に位置する。また、鋼板１２ｂにおける側面１２ｂ２の平坦部１２ｓが、鋼板１２ａにおける側面１２ａ２の段差部１２ｔに対して積層方向Ｄｔに位置するとともに側面１２ａ２の平坦部１２ｓと同一平面に位置する。以上のようにして積層構造１４を有するコアブロック１０が作製される。

なお、図１５および図１６を参照した説明では、コアブロック１０の側面２０ａに凸部２０Ｐが設けられ、側面２０ｂに凹部２０Ｑが設けられていたが、本発明はこれに限定されない。側面２０ａに凹部２０Ｑが設けられ、側面２０ｂに凸部２０Ｐが設けられてもよい。以上のように、側面２０ａに、凸部２０Ｐおよび凹部２０Ｑの少なくとも一方が１つ設けられてもよく、同様に、側面２０ｂに、凸部２０Ｐおよび凹部２０Ｑの少なくとも一方が１つ設けられてもよい。

なお、上述した説明では、段差領域２０ｔは、積層方向Ｄｔに沿ったコアブロック１０の側面２０ａ、２０ｂの端部に位置していたが、本発明はこれに限定されない。段差領域２０ｔは、側面２０ａ、２０ｂの積層方向Ｄｔに沿った端部以外の場所（例えば、中央）に位置してもよい。

また、上述した説明では、段差領域２０ｔは径方向Ｄｒに沿って側面２０ａ、２０ｂの中央に位置しており、段差領域２０ｔに対して径方向Ｄｒに沿った両側に平坦領域２０ｓ２が位置していたが、本発明はこれに限定されない。段差領域２０ｔは側面２０ａ、２０ｂの径方向Ｄｒに沿った端部に位置しており、平坦領域２０ｓ２は段差領域２０ｔに対して径方向Ｄｒに沿った一方側のみに位置してもよい。なお、段差領域２０ｔに対して径方向Ｄｒに沿った両側に平坦領域２０ｓ２が位置している場合、隣接するコアブロック１０の凸部２０Ｐおよび凹部２０Ｑの嵌め合わせにより、コアブロック１０の拘束をより確実にすることができる。

なお、上述した説明では、ほぼ同一形状のコアブロック１０を用いてコア１１０を作製したが、本発明はこれに限定されない。コア１１０は、形状の異なるコアブロック１０を用いて作製されてもよい。

コアブロック１０は、固定子の作製に好適に用いられる。図１７に、本実施形態の固定子（ステータ）１００の模式図を示す。固定子１００は、複数のコアブロック１０から構成されたコア１１０と、各コアブロック１０のヨーク部１６に支持されたティース部１２０とを備える。

ティース部１２０は、コア１１０とは別途作製され、コア１１０に取り付けられてもよい。この場合、鋼板１２として方向性電磁鋼板を用いることが好ましい。

あるいは、ティース部１２０はヨーク部１６と一体的に形成されてもよい。上述したように、コアブロック１０のヨーク部１６は鋼板１２の積層構造から構成されるが、ティース部１２０もヨーク部１６と同じ鋼板１２の積層構造から構成されてもよい。この場合、鋼板１２として無方向性電磁鋼板を用いることが好ましい。ここで、図１８および図１９を参照して、ヨーク部１６およびティース部１２０が一体的に形成されたコアブロック１０を説明する。

まず、図１８を参照して、側面２０ａ、２０ｂのそれぞれに凸部２０Ｐおよび凹部２０Ｑの両方が設けられたコアブロック１０を説明する。図１８（ａ）、図１８（ｂ）および図１８（ｃ）に、外周面２０ｄ、扇面２０ｅおよび扇面２０ｆからそれぞれ見たコアブロック１０の模式図を示す。図１８（ａ）〜図１８（ｃ）に示したコアブロック１０は、ティース部１２０が設けられた点を除いて、図５（ａ）〜図５（ｃ）を参照して上述したコアブロックと同様の構成を有しており、冗長を避けるために、重複する記載を省略する。図１８（ｂ）および図１８（ｃ）から理解されるように、コアブロック１０では、ティース部１２０がヨーク部１６から延びている。

次に、図１９を参照して、側面２０ａ、２０ｂに２つの凸部２０Ｐおよび２つの凹部２０Ｑがそれぞれ設けられたコアブロック１０を説明する。図１９（ａ）および図１９（ｂ）に、外周面２０ｄおよび扇面２０ｅからそれぞれ見たコアブロック１０の模式図を示す。図１９（ａ）および図１９（ｂ）に示したコアブロック１０は、ティース部１２０が設けられた点を除いて、図１０（ａ）および図１０（ｂ）を参照して上述したコアブロックと同様の構成を有しており、冗長を避けるために、重複する記載を省略する。図１９（ｂ）から理解されるように、コアブロック１０では、ティース部１２０がヨーク部１６から延びている。

上述した固定子１００は、回転電機の作製に好適に用いられる。

図２０に、本実施形態の回転電機２００の模式図を示す。回転電機２００は、モータとして用いられてもよく、あるいは、発電機として用いられてもよい。

回転電機２００は、固定子１００と、固定子１００のティース部１２０に巻きつけられたコイル２１０と、回転子２２０とを備える。コイル２１０は、集中巻で巻かれてもよく、分布巻で巻かれてもよい。なお、本実施形態の回転電機２００では、上述したように、固定子１００のコア１１０において、隣接するコアブロック１０間の隙間を低減できるため、磁気抵抗の低減を図ることができる。

図２１に、回転電機２００の別の模式図を示す。円筒状のフレーム１１２は、電磁鋼板を積層して形成されたコア１１０の外周を覆っている。コイル２１０は、図示していない薄い絶縁物を介してコア１１０内に巻装されている。コア１１０はフレーム１１２内に収められている。

回転子２２０は、コア１１０の内側を貫通するように配置されている。回転子２２０は、シャフト２２２と、永久磁石２２４とを有している。永久磁石２２４は、シャフト２２２の軸方向中央部分の表面に固着されている。シャフト２２２の一端部は出力軸として機能する。軸受２３４は、シャフト２２２の両端に位置するブラケット２３２の内周に配置されており、シャフト２２２を回転可能に支持している。

本発明によれば、板厚偏差の比較的大きな材料から形成された鋼板を用いたコアブロックを作製することができる。このようなコアブロックは回転電機の作製に好適に用いられる。複数組み合わせて用いる際の互いにのコアブロック間の隙間を低減させることができるため、回転電機の磁気抵抗を低減させることができる。

１０ コアブロック
１２ 鋼板
１４ 積層構造
１６ ヨーク部
２０ａ 第１側面
２０ｂ 第２側面
２０ｓ 平坦領域
２０ｓ１ 積層方向平坦領域
２０ｓ２ 径方向平坦領域
２０ｔ 段差領域
１００ 固定子
１１０ コア
１２０ ティース部
２００ 回転電機
２１０ コイル
２２０ 回転子

Claims (13)

1. 複数の鋼板の積層された積層構造を備えるコアブロックであって、
   前記積層構造は、第１側面を含むヨーク部を有しており、
   前記ヨーク部の前記第１側面は、平坦領域と、凸部が設けられた凸部段差領域と、凹部が設けられた凹部段差領域とを有し、
   前記第１側面の前記平坦領域は、
   前記凸部段差領域および前記凹部段差領域との間に位置し、前記凸部段差領域および前記凹部段差領域のそれぞれに対して積層方向に位置する積層方向平坦領域と、
   前記凸部段差領域および前記凹部段差領域のそれぞれに対して径方向に位置し、前記積層方向平坦領域と同一平面に位置する径方向平坦領域と
   を含む、コアブロック。
2. 前記第１側面の前記径方向平坦領域は、前記凸部段差領域および前記凹部段差領域のそれぞれに対して両側に位置する、請求項１に記載のコアブロック。
3. 前記凸部および前記凹部のうちの一方は、前記第１側面の前記積層方向の長さを規定する２つの辺のうちの一方に位置しており、
   前記凸部および前記凹部のうちの他方は、前記第１側面の前記積層方向の長さを規定する前記２つの辺のうちの他方に位置している、請求項２に記載のコアブロック。
4. 前記第１側面の前記積層方向平坦領域は、前記第１側面の径方向にわたって位置する、請求項１から３のいずれかに記載のコアブロック。
5. 前記ヨーク部は第２側面をさらに含み、
   前記第２側面は、平坦領域と、凸部が設けられた凸部段差領域と、凹部が設けられた凹部段差領域とを有し、
   前記第２側面において、前記平坦領域は、
   前記凸部段差領域および前記凹部段差領域との間に位置し、前記凸部段差領域および前記凹部段差領域のそれぞれに対して積層方向に位置する積層方向平坦領域と、
   前記凸部段差領域および前記凹部段差領域のそれぞれに対して径方向に位置し、前記積層方向平坦領域と同一平面に位置する径方向平坦領域と
   を含む、請求項１から４のいずれかに記載のコアブロック。
6. 前記第２側面の前記凸部段差領域および前記凹部段差領域は、前記第１側面の前記凸部段差領域および前記凹部段差領域に対応する位置に設けられている、請求項５に記載のコアブロック。
7. 前記第１側面の前記凸部段差領域は、前記第２側面の前記凸部段差領域に対応する位置に設けられており、
   前記第１側面の前記凹部段差領域は、前記第２側面の前記凹部段差領域に対応する位置に設けられている、請求項６に記載のコアブロック。
8. 前記第１側面の前記凸部段差領域は、前記第２側面の前記凹部段差領域に対応する位置に設けられており、
   前記第１側面の前記凹部段差領域は、前記第２側面の前記凸部段差領域に対応する位置に設けられている、請求項６に記載のコアブロック。
9. 請求項１から８のいずれかに記載のコアブロックを複数備えるコアと、
   前記複数のコアブロックのそれぞれの前記ヨーク部に支持されたティース部と
   を備える、固定子。
10. 前記複数のコアブロックは、互いに隣接する第１コアブロックおよび第２コアブロックを含み、
    前記第１コアブロックの前記凸部は、前記第２コアブロックの前記凹部と嵌合している、請求項９に記載の固定子。
11. 前記複数のコアブロックは互いに同一の形状を有している、請求項９または１０に記載の固定子。
12. 請求項９から１１のいずれかに記載の固定子と、
    前記固定子の前記ティース部に巻きつけられたコイルと、
    回転子と
    を備える、回転電機。
13. 平坦領域と凸部および凹部の一方が設けられた段差領域とを含む段差側面を有する第１鋼板を用意する工程と、
    平坦領域を含む側面を有する第２鋼板を用意する工程と、
    平坦領域と凸部および凹部の他方が設けられた段差領域とを含む段差側面を有する第３鋼板を用意する工程と、
    前記第２鋼板における前記側面の前記平坦領域が、前記第１鋼板における前記段差側面の前記段差領域に対して積層方向に位置するとともに前記段差側面の前記平坦領域に同一平面に位置するように前記第１鋼板および前記第２鋼板を積層する工程と、
    前記第２鋼板における前記側面の前記平坦領域が、前記第３鋼板における前記段差側面の前記段差領域に対して前記積層方向に位置するとともに前記段差側面の前記平坦領域に同一平面に位置するように前記第２鋼板および前記第３鋼板を積層する工程と
    を包含する、コアブロックの製造方法。
    

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