JP5959747B2 - 固定子鉄心、固定子、回転電機、電動パワーステアリング装置、固定子の製造方法、回転電機の製造方法、電動パワーステアリング装置の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、固定子鉄心、固定子、回転電機、電動パワーステアリング装置、固定子の製造方法、回転電機の製造方法、電動パワーステアリング装置の製造方法に関するものである。

従来、界磁の外周側に電機子が配置されるインナーロータ型の回転電機の固定子において、コイル周長を短くする目的等で、環状ヨーク部と、一体形成したティース群に分けて構成される固定子鉄心が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の固定子鉄心は、同一材料から同時に打ち抜きされている。この固定子鉄心を用いた固定子は、固定子鉄心の内側に回転子を収納する。固定子の製造方法としては、各ティースの間に複数のスロットが設けられ、内周側端部を周方向に結合したティース群にコイルを巻回した後に、これを軸方向から環状ヨーク部の内側に嵌め込むという工程により製造される。このようにして製造した固定子は、コイルエンドの経路を最短にし、コイル周長を短くすることができる。

特開平７−１６３０７６号公報

特許文献１のような回転電機の固定子鉄心においては、環状ヨーク部の内周面に、鉄心の軸方向に延在する複数の蟻溝を等間隔に設け、ティース群の各ティースの最外部には、それぞれ対応する蟻溝に嵌合する蟻桟を設けている。環状ヨーク部及びティース群は、１枚の電磁鋼板からプレスで打ち抜いた鉄心片を積層して構成するのであるが、同時抜き時のせん断によるバリ、ダレ等により蟻桟となる部分が膨らむ傾向がある。蟻溝及び蟻桟は、それぞれ３面で構成されているため、ティース群のティースが撓み等で周方向や径方向に位置がばらついた場合、上述のような嵌合工法で嵌め合わせることが難しくなる。結果として、より大きな圧入力が必要となり、鉄心の歪みによりコギングやトルクリップルの悪化に繋がる課題があった。また、ティース群を積層後、環状ヨーク部に圧入する前に嵌合部を再加工すると工数が増加して製造コストが増加するという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、鉄心の磁気特性を失うことなく、かつ組立性に優れた固定子鉄心、固定子、回転電機、電動パワーステアリング装置、固定子の製造方法、回転電機の製造方法、電動パワーステアリング装置の製造方法を提供することを目的とする。

この発明に係る、固定子鉄心は、
環状ヨーク部と、前記環状ヨーク部の内側に嵌合し、隣接するティースの内周側の周方向両端部を薄肉連結部により一体として結合したティース群とからなる固定子鉄心であって、
隣接する２つの前記ティースと前記環状ヨーク部との間に固定子巻線を収納するスロットが形成され、
前記環状ヨーク部は、内周面に前記固定子鉄心の軸方向に延在し、前記軸方向に垂直な断面が前記固定子鉄心の内側に開口するＶ字形状の溝部を等間隔に備え、
前記ティース群を構成する各前記ティースの外周側の端部は、それぞれの前記ティースが
前記溝部に沿って嵌合する、前記軸方向に垂直な断面が楔状に形成された嵌合部を備え、
各前記スロットの周方向の側面の最も外周側端部には、Ｒ加工部が形成され、
前記環状ヨーク部と、前記ティースの前記スロット内における境界は、前記Ｒ加工部の最も内周側部分にあるものである。

この発明に係る固定子は、
前記固定子鉄心と、前記固定子鉄心の前記ティース群に巻装した固定子巻線とからなる
ものである。

この発明に係る回転電機は、
前記固定子と、前記固定子の内周面と対向して回転する回転子とからなり、
前記固定子鉄心に挿入される前記固定子巻線は、複数の前記ティースを跨いで挿入されているものである。

この発明に係る電動パワーステアリング装置は、
前記回転電機と、
ステアリングホイールと、
前記ステアリングホイールに負荷されたトルクを検出するトルク検出部と、
前記トルク検出部が検出したトルク値を元に、前記回転電機に印加する電圧を決定する電圧制御部と、
前記電圧制御部から電圧指令を受けて、前記回転電機に電圧を印加する電圧印加部と、
前記回転電機の駆動力をアシストトルクとして車両の舵軸に伝達するギヤとを備えたものである。

また、この発明に係る、固定子の製造方法は、
積層すると環状ヨーク部となって固定子鉄心を構成する第１鉄心片と、
積層すると隣接するティースの内周側の周方向両端部を薄肉連結部により一体として結合したティース群となって前記固定子鉄心を構成する第２鉄心片を、１枚の磁性を有する薄板から打ち抜く鉄心片打ち抜き工程と、
前記第１鉄心片と、前記第２鉄心片をそれぞれ積層して、前記環状ヨーク部と前記ティース群を形成する積層工程と、
前記ティース群に固定子巻線を装着する巻線装着工程と、
前記固定子巻線を装着した前記ティース群の外周に前記環状ヨーク部を軸方向に圧入する圧入工程とを有する固定子の製造方法において、
前記鉄心片打ち抜き工程は、前記固定子巻線を収容する各スロットの周方向の側面が、直線状になり、前記側面の最も外周側端部にＲ加工部が形成されるように各前記スロット部分を打ち抜く第１打ち抜き工程と、
前記第１打ち抜き工程の後に、前記第１打ち抜き工程により形成した前記Ｒ加工部の最も内周側部分から、前記第１鉄心片と前記第２鉄心片を、前記環状ヨーク部の内周面に前記固定子鉄心の内側に開口するＶ字形状の溝部が形成されるように切断する第２打ち抜き工程を備えるものである。
また、この発明に係る、回転電機の製造方法は、
前記固定子の内側に、前記固定子の内周面と対向して回転する回転子を配置する回転子組み立て工程を有するものである。
また、この発明に係る、電動パワーステアリング装置の製造方法は、
前記回転電機と、
ステアリングホイールと、
前記ステアリングホイールに負荷されたトルクを検出するトルク検出部と、
前記トルク検出部が検出したトルク値を元に、前記回転電機に印加する電圧を決定する電圧制御部と、
前記電圧制御部から電圧指令を受けて、前記回転電機に電圧を印加する電圧印加部と、
前記回転電機の駆動力をアシストトルクとして車両の舵軸に伝達するギヤとを組み立てるものである。

本発明に係る固定子鉄心、固定子、回転電機、電動パワーステアリング装置、固定子の製造方法、回転電機の製造方法、電動パワーステアリング装置の製造方法によれば、以下のような効果を奏する。環状ヨーク部の内周面に等間隔に軸方向に設けた、軸方向に垂直な断面がＶ字形状の溝部と、内周側端部を連結部で結合した複数のティースの外周側端部に設けた軸方向に垂直な断面が楔状の嵌合部を嵌合するように構成したので、環状ヨーク部とティース群が接触する接触部を径方向および周方向に傾斜する２面で構成することができる。これにより、ティース群の嵌合部が、嵌合時に周方向にずれた場合でも圧入に従って環状ヨーク部の溝部に倣い易くなり、３面構成の接触部の場合よりも少ない圧入力でティース群と環状ヨーク部を嵌合させることができ、安価に鉄心を製造できる。

また、環状ヨーク部とティース群を同時に打ち抜くことで、各鉄心の接触部（環状ヨーク部はＶ字形状の溝部、ティース群は楔状の嵌合部）の間に打ち抜き時のバリ、ダレによる圧入代を設けることができ、さらには溝部と嵌合部が、径方向および周方向に傾斜する２面を持つことにより、磁束の通る方向に対して環状ヨーク部とティース群とを確実に接触することができ、磁気抵抗を減らし、出力トルクを向上させ、コギング、トルクリップルを低減することができる。

また、接触面積が小さいため、環状ヨーク部をティース群に嵌め込む際の力も抑えることができ、固定子鉄心の組立性が向上する。更には、固定子鉄心を環状ヨーク部とティース群とで構成することにより、固定子のコイルを外側から挿入することができる。これにより、例えばスロット形状が外に広がる台形状であっても、高い占積率でコイルを挿入することができ、コイルの低抵抗化並びに回転電機の高出力化に繋がる。

また、発明に係る回転電機を使用する電動パワーステアリング装置によれば、回転電機のトルク脈動やコギングトルクが低減するので、ハンドルを操舵したときに感じる脈動を小さくしてドライバーの操舵フィーリングを向上させたり、操舵中の音を小さくしたりすることができる。また、回転電機の振動が低下するので車室に伝わる音を低減することができ、車室の静粛性を向上できる。また、回転電機のトルクが向上するので、電動パワーステアリング装置を小型化、軽量化できたり、端当て操舵時などに必要な定格トルクや、緊急回避時などに必要な高回転トルクを向上できる。

この発明の実施の形態１に係る回転電機の断面図である。 この発明の実施の形態１に係る固定子鉄心の断面図である。 この発明の実施の形態１に係るティース群と環状ヨーク部の一例を示す図である。 蟻溝、蟻桟を用いる接触部と、本発明のＶ字形状の接触部とを比較した図である。 この発明の実施の形態１に係る固定子鉄心のティース群にコイルを装着した後、環状ヨーク部に嵌合する工程を示す図である。 この発明の実施の形態１に係るコイルの一例を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機を駆動するコントロールユニット（ＥＣＵ）の概略を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る固定子鉄心の、ティース群と環状ヨーク部との接触部およびスロットの要部拡大図である。 スロットの最外周部でヨーク部を切断する場合の鉄心片打ち抜き工程を示す図である。 スロットの最外周部でヨーク部を切断した場合のティース群と環状ヨーク部の形状を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る鉄心片打ち抜き工程を示す図である。 図１２（ａ）の要部拡大図である。 図１２（ｂ）の要部拡大図である。 図１２（ｃ）の要部拡大図である。 この発明の実施の形態２に係るティース群（第２鉄心片）と環状ヨーク部（第１鉄心片）の形状を示す図である。 図１６（ｃ）の要部拡大図である。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１に係る固定子鉄心、固定子、回転電機、電動パワーステアリング装置、固定子の製造方法、回転電機の製造方法、電動パワーステアリング装置の製造方法を、図を用いて説明する。本発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子は、永久磁石型回転子、突極型回転子などいずれの形態でも良いが、動作点に応じて駆動電圧振幅および周波数が変えられるインバータ駆動であることを前提とする。以下では、永久磁石型回転子の場合について述べる。また、以下の文章で「径方向」「軸方向」「周方向」という場合、特に言及しないときは、固定子の径方向、軸方向、周方向をいう。

図１は、本実施の形態に係る回転電機１００の断面図である。
回転電機１００は、極数が８、スロット数が４８であり、分布巻された固定子巻線１２を有する三相永久磁石型の回転電機１００である。固定子１０は、薄肉の磁性体が複数枚積層されてなる固定子鉄心１１と、固定子鉄心１１に巻回される固定子巻線１２からなる。固定子巻線１２は、１群の三相巻線１２１と、２群の三相巻線１２２からなる。１群の三相巻線１２１と２群の三相巻線１２２は、互いに隣り合うスロットに配置される。各群の三相巻線１２１、１２２では、図示による説明は省略するが、Ｕ相Ｖ相Ｗ相が電機角で１２０度のピッチで配置される。固定子１０は、鉄やアルミ、あるいは樹脂といった固定用のフレーム（図示せず）に収容して構成しても良いし、フレームレスで構成しても良い。

図２は、固定子鉄心１１の断面図である。
固定子鉄心１１は、ティース群１１ａと環状ヨーク部１１ｂとからなる。ティース群１１ａは、内周に薄肉連結部１１ａ１と、この薄肉連結部１１ａ１から放射状に外径方向に伸長した複数のティース１１ａ２とからなる。ティース群１１ａは、各ティース１１ａ２に外周側先端の嵌合部１１ａ３を設けている。環状ヨーク部１１ｂは、その内周面に等間隔に、環状ヨーク部１１ｂの軸方向にＶ字形状の溝部１１ｂ１を設けている。そして、各ティース１１ａ２の嵌合部１１ａ３と、環状ヨーク部１１ｂの溝部１１ｂ１とを嵌合する。このティース１１ａ２の嵌合部１１ａ３と環状ヨーク部１１ｂの溝部１１ｂ１とが嵌合している接触部を図１では、接触部１４として示している。

ティース群１１ａは、上記のような嵌合部１１ａ３に特徴を有するほかに、次のような特徴も有する。
図３は、ティース群１１ａと環状ヨーク部１１ｂの一例を示す図である。
図に示すように、ティース１１ａ２の内周側先端は、強度を保ちかつ磁性体からの打ち抜き可能な最低限の厚さの薄肉連結部１１ａ１（例えば、薄肉の磁性体の厚さと同等の寸法）と、ティース１１ａ２両側から周方向にせり出すシュー部１１ａ４を有する。図３では、シュー部１１ａ４の径方向の厚さＬは、薄肉連結部１１ａ１の径方向の厚さＭよりも厚く形成しているが、設計によっては、シュー部１１ａ４の径方向の厚さと、薄肉連結部１１ａ１の径方向の厚さとが同じであっても良い。また、シュー部１１ａ４の形状は円弧状であったり、ティース１１ａ２間の中間部から一方のティース１１ａ２に向かって径方向に厚くなっていく形状など、様々な形で形成して良い。また、シュー部１１ａ４部分で磁気飽和しないようにシュー部１１ａ４の形状を径方向に厚く、かつ、一方のティース１１ａ２に向かってより径方向に厚くなるように形成しても良い。ティース１１ａ２の周方向の側面同士が平行でも良いし、外周に向かって広くなるテーパー形状であっても良い。

次に、ティース群１１ａと環状ヨーク部１１ｂとの接触部１４について説明する。接触部１４は、図３に示すように、環状ヨーク部１１ｂのＶ字形状の溝部１１ｂ１を構成する２面と、ティース１１ａ２の外周側先端の嵌合部１１ａ３の２面とが嵌合して接触している２面から成る。接触部１４の各面は、固定子鉄心１１の径方向、周方向いずれに対しても傾斜している。ここで、接触部１４の１面が径方向と成す角をＡ、周方向と成す角をＢとする。ティース１１ａ２の周方向の幅を同一とした場合、Ａ＞Ｂである方が接触面積を小さくすることができ、これによりティース群１１ａを環状ヨーク部１１ｂに圧入し易くなる。また、環状ヨーク部１１ｂに流れる磁束の磁路において、Ａ＞Ｂである方が、磁気抵抗を低くすることができ、磁束量および出力トルクの低下を防ぐことができる。溝部１１ｂ１の２面が成す角度は、２Ａとなるので、２Ａ＞９０度となる。

図４は、ティース群と環状ヨーク部の接触部について、蟻溝、蟻桟を用いる場合と、本発明のＶ字形状の接触部１４とを比較した図である。
図４（ａ）は、３面によって構成する蟻溝による接触部１４０の断面図である。
図４（ｂ）は、本発明の接触部１４の断面図である。
図４（ｃ）は、本発明のティース群１１ａのティース１１ａ２が図面上周方向左側に傾いた状態を示す図である。
図４（ａ）の接触部１４０の形状は、図４（ｂ）および（ｃ）の接触部１４の接触面積が同等になるような形状にて形成している。図４（ａ）に示すティース群と環状ヨーク部は、３面がそれぞれ接触している。よって、環状ヨーク部の嵌合時に、ティースの外周側先端の嵌合部の逃げ場が無い。即ち、３面で接触しているため、接触面同士のズレに柔軟性がない。従って、環状ヨーク部の嵌合時の圧入力が増大する。例えば、ティース群の１つのティースが内周の薄肉連結部を支点に曲がってしまっている場合などに、ティース群と環状ヨーク部の接触部の位置決めをすることが非常に困難となる。結果として嵌め合わせるために必要な圧入力が増して設備を大型化する必要がある。あるいは、圧入力の増大を防止するために内周の薄肉連結部の径方向の厚さを厚くすると、ここからの磁束漏れが増加し回転電機のトルクが低下する。

これに対し、本発明の接触部１４では、ティース群１１ａと環状ヨーク部１１ｂとの間に、嵌合時に図４（ｂ）の矢印Ｘで示すような力が接触面に働く。この時、万一図４（ｃ）に示すように、ティース群１１ａのティース１１ａ２が図面上周方向左側に傾いた場合であっても、圧入している間に、ティース群１１ａの嵌合部１１ａ３が、環状ヨーク部１１ｂの溝部１１ｂ１に、矢印Ｙ方向に倣うような力が働くため、容易にティース群１１ａを環状ヨーク部１１ｂに圧入することができ、必要な圧入力も抑えられる。

上述のティース群１１ａおよび環状ヨーク部１１ｂは、同じ磁性体である電磁鋼板からパンチによって打ち抜かれて製造される。詳細には、電磁鋼板の平面上に環状ヨーク部１１ｂが、その内側にティース群１１ａが配置されるように打ち抜かれる。
環状ヨーク部１１ｂの各溝部１１ｂ１とティース群１１ａの各嵌合部１１ａ３とは、一度の打ち抜きで同時に形成される。このような製造方法によると、ティース１１ａ２の径方向長さは、一般的に、打ち抜き時に発生するバリや、積層固定用のカシメ部の打ち抜き等により所定の寸法よりも長く形成され得る。

図５は、固定子鉄心１１のティース群１１ａにコイル１３を装着した後、環状ヨーク部１１ｂに嵌合する工程を示す図である。
図５（ａ）は、各コイル１３の一方のスロット挿入部１３ａを各スロットの内周側に挿入している状態を示す図である。
図５（ｂ）は、コイル１３をティース群１１ａに挿入した状態を示す図である。
図５（ｃ）は、ティース群１１ａに環状ヨーク部１１ｂを嵌合した状態を示す図である。
ティース群１１ａと環状ヨーク部１１ｂとは、図５に示すようなステップ（詳細は後述する）、即ちティース群１１ａに外周側からコイル１３を挿入した後、これを軸方向から環状ヨーク部１１ｂに嵌合する。その際、上記のように、ティース群１１ａ、環状ヨーク部１１ｂにはバリやカシメ部の打ち抜きによる径方向への伸びがあるため、両部材の間には、ある程度の圧入代が発生する。例えば、φ８０〜φ９０程度の鉄心であれば、圧入代が２０〜４０μｍ程度となる。ティース１１ａ２の嵌合部１１ａ３と、環状ヨーク部１１ｂの溝部１１ｂ１の形状を上述のように構成することで、適度の圧入力で各嵌合部１１ａ３を各溝部１１ｂ１に倣わせながら圧入できる。

次に、固定子巻線１２の構成について説明する。事前に、複数ターン巻いて多角形状に形成したコイル１３を図５（ａ）に示すスロットの個数分である４８個作る。そして、図５（ａ）に示すように各コイル１３の一方のスロット挿入部１３ａ（図５（ａ）では２本分）を各スロットの内周側に同時に挿入する。その後、図５（ａ）の矢印Ｚ方向に、ティース群１１ａを回転させながら、各コイル１３の他方のスロット挿入部１３ａを、複数のティース１１ａ２分だけ跨いだスロットに全て同時に挿入して固定子巻線１２を構成する。コイル１３は、複数のティース１１ａ２に跨り、２回巻回されている。なお、本実施の形態では、複数のティース１１ａ２を跨ぐ固定子巻線１２の形態を示したが、１つのティースに複数回巻き回すものでも良い。

コイル１３の形態を以下に説明する。
図６（ａ）は、軸方向から見たコイル１３の一例を示す図である。
図６（ｂ）は、コイル１３の他の一例を示す側面図である。
複数のティース１１ａ２を跨いで順次波巻きしても良いし、複数ターン巻いた多角形状として、例えば図６（ｂ）に示すような亀甲型のコイル１３を用いても良い。コイル１３に使われる導体は、例えば銅線やアルミ線などの導電率が高いものが望ましい。コイル１３の断面の形状は、丸状、角状のいずれでも良い。さらには、図６（ｂ）のスロット内導体部１３ｂの部分のみ、丸線を略角形状に潰し、コイルエンド部１３ｃは丸線のままである、といった形態をとると、安価な銅線を用いて鉄心内のコイルの占積率を高くすることができる。

次に、固定子１０の内部に挿入する回転子２０について説明する。図１に示すように、回転子２０は、複数のセグメント磁石２１、磁路を確保するための回転子鉄心２２、および回転軸２３からなる。回転子鉄心２２は、回転軸２３を通す孔２５、セグメント磁石２１を配設する面２６、および磁極間に位置する突起部２４を有する。突起部２４は、セグメント磁石２１と所定の間隔離して設けられることが望ましいが、セグメント磁石２１の周方向位置決め手段として、例えば回転子２０の軸方向両端に、セグメント磁石２１と接する突起部を別途設けても良い。

回転子鉄心２２は、薄肉の磁性体を軸方向に複数枚積層して構成されている。ここで、薄肉の磁性体とは、電磁鋼板や、冷間圧延鋼板及び鋼帯（ＳＰＣＣ）などを指す。異なる形状を有する複数の突起部を備えた回転子鉄心の場合は、それぞれ別に打ち抜かれて積層されたものを後から合わせても良いし、打ち抜き金型に可動機構を設け、連続に積層しても良い。

次に、上記の回転子鉄心２２の外周面に配置されるセグメント磁石２１について説明する。セグメント磁石２１に使われる材料は、磁力の大きさによってさまざまである。磁石の種類としては、希土類焼結磁石、フェライト焼結磁石、あるいは希土類材料あるいはフェライト材料と樹脂とを混練させてなるボンド磁石のいずれでも良い。また、セグメント磁石２１の形状は、外周面、内周面ともに曲面状である波型、外周面が曲面状、内周面が平面状であるかまぼこ型、あるいは外周面、内周面ともに平面状である平板型のいずれでも良い。回転子鉄心２２の、セグメント磁石２１を配設する面の形状は、採用する磁石の内周側の形状に従う。

図７は、回転電機１００を駆動するコントロールユニット（ＥＣＵ）の概略を示す図である。
固定子巻線１２は、リード線等を介してインバータに接続される。一般的に、１台のインバータに対し、第１群の三相巻線と第２群の三相巻線とが直列あるいは並列で接続されるが、ここでは各群の三相巻線ごとに別々のインバータに接続させて駆動させる形態について説明する。ＥＣＵ４０の内のインバータのパワー回路部のみを詳細に示す。ＥＣＵ４０は２台のインバータ回路から構成されていて、それぞれのインバータ４２１、４２２から第１群の三相巻線１２１、第２群の三相巻線１２２に三相の電流を供給する。図では、三相巻線１２１、１２２がＹ結線で接続されているが、Δ結線でも良い。ＥＣＵ４０にはバッテリーなどの電源４０２から直流電源が供給されており、ノイズ除去用のコイル４０１を介して、電源リレー４１１、４１２が接続されている。図７では電源４０２がＥＣＵ４０の内部にあるかのように示されているが、実際にはバッテリー等の外部の電源からコネクタを介して電力が供給される。

２個の電源リレー４１１、４１２は、それぞれ２個のＭＯＳ−ＦＥＴで構成され故障時などは電源リレー４１１あるいは４１２を開放して、過大な電流が流れないようにする。なお、図７では、電源４０２、コイル４０１、電源リレー４１１、４１２の順に接続されているが、電源リレー４１１、４１２は、コイル４０１よりも電源４０２に近い位置に設けられても良いことは言うまでもない。コンデンサ４３１、コンデンサ４３２は平滑コンデンサである。図ではそれぞれ、１個のコンデンサで構成されているが、複数のコンデンサを並列に接続して構成しても良いことは言うまでもない。第１群のインバータ４２１と第２群のインバータ４２２は、それぞれ６個のＭＯＳ−ＦＥＴを用いたブリッジで構成され、第１群のインバータ４２１では、ＭＯＳ−ＦＥＴ４４１、ＭＯＳ−ＦＥＴ４４２が直列接続され、ＭＯＳ−ＦＥＴ４４３、ＭＯＳ−ＦＥＴ４４４が直列接続され、ＭＯＳ−ＦＥＴ４４５、ＭＯＳ−ＦＥＴ４４６が直列接続されて、さらにこの３組のＭＯＳ−ＦＥＴが並列に接続されている。

さらに、下側の３つのＭＯＳ−ＦＥＴ４４２、ＭＯＳ−ＦＥＴ４４４、ＭＯＳ−ＦＥＴ４４６のＧＮＤ（グランド）側にはそれぞれシャント抵抗が１つずつ接続されており、シャント抵抗４５１、シャント抵抗４５２、シャント抵抗４５３としている。これらシャント抵抗は電流値の検出に用いられる。なお、シャント抵抗は３個の例を示したが、２個のシャント抵抗であっても良いし、１個のシャント抵抗であっても電流検出は可能であるため、そのような構成であっても良いことは言うまでもない。

永久磁石型の回転電機１００への電流の供給は、ＭＯＳ−ＦＥＴ４４１、ＭＯＳ−ＦＥＴ４４２の間からバスバーなどを通じて回転電機１００の第１群の三相巻線１２１を構成するＵ１相へ、ＭＯＳ−ＦＥＴ４４３、ＭＯＳ−ＦＥＴ４４４の間からバスバーなどを通じて回転電機１００の同Ｖ１相へ、ＭＯＳ−ＦＥＴ４４５、ＭＯＳ−ＦＥＴ４４６の間からバスバーなどを通じて回転電機１００の同Ｗ１相へそれぞれ供給される。

第２群のインバータ４２２も同様の構成となっていて、第２群のインバータ４２２では、ＭＯＳ−ＦＥＴ４６１、ＭＯＳ−ＦＥＴ４６２が直列接続され、ＭＯＳ−ＦＥＴ４６３、ＭＯＳ−ＦＥＴ４６４が直列接続され、ＭＯＳ−ＦＥＴ４６５、ＭＯＳ−ＦＥＴ４６６が直列接続されて、さらにこの３組のＭＯＳ−ＦＥＴが並列に接続されている。さらに、下側の３つのＭＯＳ−ＦＥＴ４６２、ＭＯＳ−ＦＥＴ４６４、ＭＯＳ−ＦＥＴ４６６のＧＮＤ（グランド）側にはそれぞれシャント抵抗が１つずつ接続されており、シャント抵抗４７１、シャント抵抗４７２、シャント抵抗４７３としている。これらシャント抵抗は電流値の検出に用いられる。なお、シャント抵抗は３個の例を示したが、２個のシャント抵抗であっても良いし、１個のシャント抵抗であっても電流検出は可能であるため、そのような構成であっても良いことは言うまでもない。

回転電機１００への電流の供給はＭＯＳ−ＦＥＴ４６１、ＭＯＳ−ＦＥＴ４６２の間からバスバーなどを通じて回転電機１００の第２群の三相巻線１２２を構成するＵ２相へ、ＭＯＳ−ＦＥＴ４６３、ＭＯＳ−ＦＥＴ４６４の間からバスバーなどを通じて回転電機１００の同Ｖ２相へ、ＭＯＳ−ＦＥＴ４６５、ＭＯＳ−ＦＥＴ４６６の間からバスバーなどを通じて回転電機１００の同Ｗ２相へそれぞれ供給される。

２台のインバータ４２１、４２２は永久磁石型の回転電機１００に備えられた回転角度センサ４０３によって検出した回転角度に応じて制御回路（図示しない）から各ＭＯＳ−ＦＥＴに信号を送ることでスイッチングし、第１群の三相巻線１２１と第２群の三相巻線１２２に所望の相電流を供給する。なお、回転角度センサ４０３はレゾルバやホールセンサやＧＭＲセンサやＭＲセンサなどが用いられる。

図８は、本実施の形態の回転電機１００によってアシストトルクを発生させるようにした電動パワーステアリング装置１５０を示す図である。
車室内の運転手は、ステアリングホイール５０を左右に回転させて前輪５１の操舵を行う。トルク検出部１５１は、ステアリング系の操舵トルクを検出して当該検出トルクを電圧制御部１５２に出力する。電圧制御部１５２は、ステアリング系の操舵トルクを補助するトルクを回転電機１００が発生するように電圧指令を演算し、電圧印加部１５３に出力する。電圧印加部１５３は、当該電圧指令に基づいて回転電機１００に電圧を印加する。そして、回転電機１００は、ギア１５４を介して舵軸６０に対して操舵トルクを補助するトルクを付加する。

本発明の実施の形態１に係る固定子鉄心、固定子、回転電機、電動パワーステアリング装置、固定子の製造方法、回転電機の製造方法、電動パワーステアリング装置の製造方法によれば、以下のような効果を奏する。環状ヨーク部１１ｂの内周面に等間隔に軸方向に設けた、軸方向の断面がＶ字形状の溝部１１ｂ１と、内周側端部を薄肉連結部１１ａ１で結合した複数のティース１１ａ２の外周側端部に設けた軸方向の断面が楔状の嵌合部１１ａ３を嵌合するように構成したので、環状ヨーク部１１ｂとティース群１１ａが接触する接触部１４を径方向および周方向に傾斜する２面で構成することができる。これにより、ティース群１１ａの嵌合部１１ａ３が、嵌合時に周方向にずれた場合でも圧入に従って環状ヨーク部１１ｂの溝部１１ｂ１に倣い易くなり、３面構成の接触部の場合よりも少ない圧入力でティース群１１ａと環状ヨーク部１１ｂを嵌合させることができ、安価に鉄心を製造できる。

また、固定子鉄心１１をティース群１１ａと環状ヨーク部１１ｂとに分割することで、コイル１３を外周側から挿入することができるので、スロット形状が台形であったり、鉄心内周側にシューが設けられている固定子鉄心においても、高い占積率でコイルを配置することができ、低磁気抵抗化により回転電機の出力トルクの増加や発熱の低減が見込める。

また、上述のような固定子１０の構成は、どのような形態の固定子（集中巻きあるいは分布巻き）であっても効果を発揮できるが、特に、分布巻の固定子１０に対して、セグメント磁石２１と突起部を持つ回転子鉄心２２とからなる永久磁石型の回転電機１００においては、リラクタンストルクを得やすく、マグネットトルクとリラクタンストルクの双方を活用して、高トルク、高出力化または、小型、低コスト化を図ることができる。

次に、永久磁石型の回転電機１００およびＥＣＵ４０の構成による効果について説明する。第１群のインバータ４２１と第２群のインバータ４２２によって第１群の三相巻線１２１と第２群の三相巻線１２２に３相の電流が流れるが、各群の電流の位相差を電気角２０〜４０度、望ましくは電気角３０度とするとトルクリップルの６次成分（電気角３６０度周期の成分を１次とした）が大幅に低減される。これは、回転子側が発生する起磁力高調波に５次、７次成分（電気角３６０度周期の成分を１次とした）が含まれていたとしても、各群の三相巻線の電流の位相を変化させることで電機子側の起磁力波形の５次、７次成分がなくなるか、あるいは非常に小さくできるためである。この位相差は永久磁石型の回転電機１００の駆動状態に応じて変化させても良いし、たとえば電気角３０度で固定しても良い。また、位相差を電気角３０度としたときは、巻線係数が等価的に向上し、トルクも向上するために、少ない磁石使用量で大きなトルクを得ることができ、回転電機１００の低コスト化に寄与できるという効果がある。

また、回転子鉄心２２に突起部２４を設けることで、セグメント磁石２１によるマグネットトルクだけではなく、回転子２０の突極性を利用したリラクタンストルクを得ることができる。磁極の中心を通るｄ軸と、極間を通るｑ軸それぞれのインダクタンスの差が大きいほど、トルクをより大きく得られる。図１のように磁性体による突起部２４を張り出させることで、ｑ軸のインダクタンスを大きくできる。

本実施の形態に係る、第１群、第２群の三相巻線１２１、１２２にそれぞれインバータを接続した回転電機１００を備えた電動パワーステアリング装置１５０によれば、回転電機１００のトルク脈動やコギングトルクが低減するので、ハンドルを操舵したときに感じる脈動を小さくしてドライバーの操舵フィーリングを向上させたり、操舵中の音を小さくしたりすることができる。また、回転電機１００の振動が低下するので車室に伝わる音を低減することができ、車室の静粛性を向上できる。また、回転電機１００のトルクが向上するので、電動パワーステアリング装置１５０を小型化、軽量化できたり、端当て操舵時などに必要な定格トルクや、緊急回避時などに必要な高回転トルクを向上できる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る固定子鉄心、固定子、回転電機、電動パワーステアリング装置、固定子の製造方法、回転電機の製造方法、電動パワーステアリング装置の製造方法を、図を用いて実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
図９は、本発明の実施の形態２に係る固定子鉄心の、ティース群２１１ａと環状ヨーク部２１１ｂとの接触部２１４およびスロットＳの要部拡大図である。
図に示すように、環状ヨーク部２１１ｂの内周面に軸方向に設けた溝部２１１ｂ１の最外周部は、Ｒ加工（角を丸く削ることをいう）されている。図中において、Ｒと示す部分は、その部分がＲ加工されていることを示す。溝部２１１ｂ１とティース群２１１ａの各ティース２１１ａ２の嵌合部２１１ａ３が接触する接触部２１４は、実施の形態１と同様、固定子鉄心の周方向および径方向の両方に対して傾斜する２面で構成される。さらに実施の形態２においては、各接触部２１４の接触面の周方向外側端部が、スロットＳを形成する空間の最外周部Ｓ１より鉄心の内側に位置するように構成する。

環状ヨーク部２１１ｂとティース群２１１ａをこのような形状にすることで、環状ヨーク部２１１ｂとティース群２１１ａの双方が接触する接触部２１４の３カ所の角に、Ｒ加工をすることが可能となる。Ｒ加工をすることで、鉄心片の打ち抜き時の金型の劣化を防ぎ、設備費を安価に抑えることができる。この理由を、図１０から図１７を用いて説明する。

図１０、図１１は、実施の形態２を実施しない場合（即ち接触部２１４の端部とスロットの最外周部とが同位置にある）の鉄心片の打ち抜き工程と、打ち抜き後の部材の形状を示す図である。
図１０（ａ）は、第１打ち抜き工程で打ち抜く部分を示す図である。
図１０（ｂ）は、第２打ち抜き工程で打ち抜く部分を示す図である。
図１０（ｃ）は、第１打ち抜き工程で打ち抜く部分と第２打ち抜き工程とで打ち抜く部分とを重ね合わせて示した図である。
図１１（ａ）は、打ち抜き後のティース群の一部の形状を示す図である。
図１１（ｂ）は、ティースの要部拡大図である。
図１１（ｃ）は、打ち抜き後の環状ヨーク部の形状を示す図である。

複数のスロットＳを有する積層鉄心用の鉄心片の打ち抜きでは、一般的に、スロット部分の打ち抜きを他の部分の打ち抜き工程より先に行う場合が多い。そして、スロットＳ（図中の２点鎖線部分Ｊを打ち抜く第１打ち抜き工程）及び他の部分が打ち抜かれた後に、最後に、ティース群となる部分と環状ヨーク部２１１ｂとなる部分との接触部２１４となる部分（図中の破線部分Ｋ）を分離するように第２打ち抜き工程で打ち抜く。

金属片の打ち抜きでは、金型の早期劣化を抑えることなどを目的に、打ち抜き形状の角部にＲ加工をすることが望ましい。上記を踏まえて図１０を見ると、図１０（ａ）に示すように、第１打ち抜き工程で、スロット部分の２点鎖線部分Ｊを打ち抜き、図１０（ｂ）に示すように、第２打ち抜き工程で、破線部分Ｋを打ち抜き、接触部を分離する。そして、図１１に示すティース群と、環状ヨーク部とを得る。ここで、図１０（ｃ）において、第１打ち抜き工程の打ち抜く部分と、第２打ち抜き工程の打ち抜く部分とが重なる部分を、実線Ｐで示す。実線Ｐで示すように、スロットＳの最外周部と、接触部の端部とが同じ位置になる。打ち抜かれたティース群の各ティースの嵌合部（接触部となる部分）の周方向端部には、スロット部分の打ち抜き時のＲ形状部分が残る。そして、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、その周方向の端部Ｄがスロット内に突出する形となる。この突出部分がティースに残ると、この部分が高い占積率でコイルを挿入する障害となる。

そこで、本実施の形態での打ち抜き工程では、以下のような工夫をしている。
図１２から図１５は、実施の形態２を実施する場合の鉄心片の打ち抜き工程を示す図である。
図１２（ａ）は、第１打ち抜き工程で打ち抜く部分を示す図である。
図１２（ｂ）は、第２打ち抜き工程で打ち抜く部分を示す図である。
図１２（ｃ）は、第１打ち抜き工程で打ち抜く部分と第２打ち抜き工程とで打ち抜く部分とを重ね合わせて示した図である。
図１３は、図１２（ａ）の要部拡大図である。
図１４は、図１２（ｂ）の要部拡大図である。
図１５は、図１２（ｃ）の要部拡大図である。

環状ヨーク部２１１ｂの外周部の打ち抜き工程については説明を省略する。まず、図１２（ａ）、図１３に示すように、スロットＳの縁Ｓ２が直線となるように、２点鎖線部分Ｊで示すスロット部分を、第１打ち抜き工程で打ち抜く。この時、使用する金型は、スロットＳの最外周部、最内周部の周方向の角を打ち抜く部分にＲ加工したものを使用する。次に、図１２（ｂ）、図１４の破線部分Ｋを打ち抜く第２打ち抜き工程を実施する。金型は、溝部２１１ｂ１の最外周部を打ち抜く部分と、接触部２１４となる部分（図１５のＧ）の周方向の端部Ｔを打ち抜く部分をＲ加工した、角部のないものを使用する。図１２（ｃ）、図１５に示すように、第２打ち抜き工程では、接触部２１４となる部分（図１５のＧ）の周方向の端部Ｔより、スロットＳの最外周部Ｓ１の方が、鉄心の径方向外側に位置するように位置をずらして第２打ち抜き工程を実施し、環状ヨーク部２１１ｂとなる第１鉄心片と、ティース群２１１ａとなる第２鉄心片を分離する。

打ち抜かれたティース群２１１ａと環状ヨーク部２１１ｂとの形状を図１６、図１７に示す。
図１６（ａ）は、打ち抜き後のティース群２１１ａの一部の形状を示す図である。
図１６（ｂ）は、ティース２１１ａ２の要部拡大図である。
図１６（ｃ）は、打ち抜き後の環状ヨーク部２１１ｂの形状を示す図である。
図１７は、図１６（ｃ）の要部拡大図である。
図１６（ａ）、（ｂ）に示すように、打ち抜かれた各ティース２１１ａ２の嵌合部２１１ａ３の周方向端部が、スロットＳ内に突出していない。よって、上記の第２打ち抜き工程により、スロットの周方向の角に生じたＲ形状部分がティース２１１ａ２から周方向に突出して残ることを防止できる。また、スロットＳの周方向の縁Ｓ２を直線状に形成でき、コイル１３の挿入が容易となる。

固定子鉄心以外のその他の構成については、実施の形態１と同様である。本発明の実施の形態２に係る回転電機の固定子鉄心の製造方法によれば、金型の劣化を防ぐとともに、スロットの周方向側面を直線に形成し、占積率の高いコイルの挿入を容易にすることができる。従って、高出力、低発熱の回転電機を安価に得ることができる。

尚、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

Claims (11)

1. 環状ヨーク部と、前記環状ヨーク部の内側に嵌合し、隣接するティースの内周側の周方向両端部を薄肉連結部により一体として結合したティース群とからなる固定子鉄心であって、
   隣接する２つの前記ティースと前記環状ヨーク部との間に固定子巻線を収納するスロットが形成され、
   前記環状ヨーク部は、内周面に前記固定子鉄心の軸方向に延在し、前記軸方向に垂直な断面が前記固定子鉄心の内側に開口するＶ字形状の溝部を等間隔に備え、
   前記ティース群を構成する各前記ティースの外周側の端部は、それぞれの前記ティースが
   前記溝部に沿って嵌合する、前記軸方向に垂直な断面が楔状に形成された嵌合部を備え、
   各前記スロットの周方向の側面の最も外周側端部には、Ｒ加工部が形成され、
   前記環状ヨーク部と、前記ティースの前記スロット内における境界は、前記Ｒ加工部の最も内周側部分にある固定子鉄心。
2. 前記溝部の底又は、前記溝部の縁の少なくとも１箇所はＲ加工されている請求項１に記載の固定子鉄心。
3. 請求項１又は請求項２に記載の固定子鉄心と、
   前記固定子鉄心の前記ティース群に巻装した固定子巻線とからなる固定子。
4. 請求項３に記載の固定子と、前記固定子の内周面と対向して回転する回転子とからなり、
   前記固定子鉄心に挿入される前記固定子巻線は、複数の前記ティースを跨いで挿入されている回転電機。
5. 前記回転電機は、毎極毎相２スロット以上のスロット数を有し、前記固定子巻線は、複数群の多相巻線を構成し、各群の前記多相巻線を鎖交する磁路の一部が互いに共有するように配置されており、前記多相巻線は、各群ごとに独立した駆動回路によって駆動される請求項４に記載の回転電機。
6. 請求項４又は請求項５に記載の回転電機を備え、
   ステアリングホイールと、
   前記ステアリングホイールに負荷されたトルクを検出するトルク検出部と、
   前記トルク検出部が検出したトルク値を元に、前記回転電機に印加する電圧を決定する電圧制御部と、
   前記電圧制御部から電圧指令を受けて、前記回転電機に電圧を印加する電圧印加部と、
   前記回転電機の駆動力をアシストトルクとして車両の舵軸に伝達するギヤとを備えた電動パワーステアリング装置。
7. 積層すると環状ヨーク部となって固定子鉄心を構成する第１鉄心片と、
   積層すると隣接するティースの内周側の周方向両端部を薄肉連結部により一体として結合したティース群となって前記固定子鉄心を構成する第２鉄心片を、１枚の磁性を有する薄板から打ち抜く鉄心片打ち抜き工程と、
   前記第１鉄心片と、前記第２鉄心片をそれぞれ積層して、前記環状ヨーク部と前記ティース群を形成する積層工程と、
   前記ティース群に固定子巻線を装着する巻線装着工程と、
   前記固定子巻線を装着した前記ティース群の外周に前記環状ヨーク部を軸方向に圧入する圧入工程とを有する固定子の製造方法において、
   前記鉄心片打ち抜き工程は、前記固定子巻線を収容する各スロットの周方向の側面が、直線状になり、前記側面の最も外周側端部にＲ加工部が形成されるように各前記スロット部分を打ち抜く第１打ち抜き工程と、
   前記第１打ち抜き工程の後に、前記第１打ち抜き工程により形成した前記Ｒ加工部の最も内周側部分から、前記第１鉄心片と前記第２鉄心片を、前記環状ヨーク部の内周面に前記固定子鉄心の内側に開口するＶ字形状の溝部が形成されるように切断する第２打ち抜き工程を備える固定子の製造方法。
8. 前記第２打ち抜き工程に使用する金型は、前記第１鉄心片と前記第２鉄心片の打ち抜きに用いる角部が全てＲ加工されている請求項７に記載の固定子の製造方法。
9. 前記第１打ち抜き工程に使用する金型は、前記第１鉄心片と前記第２鉄心片の打ち抜きに用いる角部が全てＲ加工されている請求項７又は請求項８に記載の固定子の製造方法。
10. 請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の固定子の製造方法により製造した前記固定子の内側に、前記固定子の内周面と対向して回転する回転子を配置する回転子組み立て工程を有する回転電機の製造方法。
11. 請求項１０に記載の回転電機の製造方法により製造した前記回転電機と、
    ステアリングホイールと、
    前記ステアリングホイールに負荷されたトルクを検出するトルク検出部と、
    前記トルク検出部が検出したトルク値を元に、前記回転電機に印加する電圧を決定する電圧制御部と、
    前記電圧制御部から電圧指令を受けて、前記回転電機に電圧を印加する電圧印加部と、
    前記回転電機の駆動力をアシストトルクとして車両の舵軸に伝達するギヤとを組み立てる電動パワーステアリング装置の製造方法。

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