JP7316636B2 - 電動機 - Google Patents

Description

本開示は、電動機に関する。

電動機は、家庭用又は産業用の種々の機器に用いられている。電動機は、小型で高出力のものが望まれている。特に、工作機械に用いられる電動機については、工作機械を平滑に駆動するために、トルクリップルの小さいものが要望されている。

従来、トルクリップルを抑制するために、固定子が有するステータコアに設けられた複数のティース部の先端同士の隙間（スロットオープニング）を狭める技術が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００５－３３３７１１号公報

しかしながら、ティース部の先端同士の隙間を狭めると、本来ヨーク部を通るべき磁束がこのティース部の先端間を通ってしまい（つまりショートカットしてしまい）、トルクの発生に寄与しない漏れ磁束が多くなる。この結果、トルクが低下して電動機の出力が低下する。つまり、トルクリップルの抑制と漏れ磁束の低減との両立を図ることは難しい。

本開示は、このような課題を解決するためになされたものであり、トルクリップルの抑制と漏れ磁束の低減との両立を図ることができる電動機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本開示に係る電動機の一態様は、複数の鋼板を軸心方向に積層した、複数のコアブロックを円環状に配列した固定子と、軸心を回転中心として前記軸心方向に延伸したシャフトを有し、前記固定子の内側に配置された回転子と、を備え、前記複数のコアブロックの各々は、前記軸心を中心とする周方向に沿って延伸するヨーク部と、前記ヨーク部から前記軸心に向かって延伸し、前記回転子と向い合う先端部において、前記先端部から前記周方向の両側に向かってそれぞれ延伸する、一対の延伸部を含むティース部と、を有し、前記複数の鋼板の各々における前記一対の延伸部の各々の厚みは、前記軸心に沿った方向において、前記先端部の厚みよりも薄く、前記複数のコアブロックのうち、隣接する一方のコアブロックと他方のコアブロックとは、積層される前記複数の鋼板が有する一枚分の厚みの範囲内で前記軸心が延伸する方向にずれている。

本開示によれば、トルクリップルの抑制と漏れ磁束の低減との両立を図ることができる。

実施の形態１に係る電動機の斜視図である。 実施の形態１に係る電動機の断面図である。 実施の形態１に係る固定子のコアブロックの断面図である。 実施の形態１に係る固定子の部分拡大断面図である。 図４ＡのIVB－IVB線における固定子の部分拡大断面図である。 図２のV－V線における固定子の部分拡大断面図である。 実施の形態１に係る固定子の製造方法において、加工前の鋼板を準備する工程を示す断面図である。 実施の形態１に係る固定子の製造方法において、鋼板に窪み部を形成する工程を示す断面図である。 実施の形態１に係る固定子の製造方法において、鋼板を打ち抜き加工を施す工程を示す断面図である。 実施の形態１に係る固定子の製造方法において、打ち抜き加工後の鋼板を積層してコアブロックを形成する工程を示す断面図である。 実施の形態１に係る固定子の製造方法において、コアブロックに巻線コイルを巻回する工程を示す斜視図である。 実施の形態１に係る固定子の製造方法において、固定子ブロックを円環状に配列する工程を示す斜視図である。 実施の形態１に係る固定子の製造方法に用いられる固定子ブロック配置用治具の斜視図である。 実施の形態２に係る電動機の断面図である。 図８ＡのVIIIB線－VIIIB線における実施の形態２に係る電動機の断面図である。 実施の形態３に係る電動機の要部拡大断面図である。 図９ＡのIXB線－IXB線における実施の形態３に係る電動機の断面図である。 実施の形態４に係る電動機の要部拡大断面図である。 図１０ＡのXB線－XB線における実施の形態４に係る電動機の断面図である。 図１０ＡのXB線－XB線における実施の形態４に係る電動機の断面図である。 図１０ＡのXB線－XB線における実施の形態４に係る電動機の断面図である。 実施の形態５に係る電動機の要部拡大断面での磁界解析結果である。 実施の形態５に係る電動機の要部拡大断面図である。

以下、本開示の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、並びに、工程及び工程の順序等は、一例であって本開示を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。なお、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。

（実施の形態１）
まず、実施の形態１に係る電動機１の全体構成について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、実施の形態１に係る電動機１の斜視図である。図２は、同電動機１の断面図である。なお、図２は、回転子２０が有するシャフト２１の軸方向を法線とする平面で切断したときの断面を示している。

図１及び図２に示すように、電動機１は、固定子１０と、回転軸となるシャフト２１を有する回転子２０とを備える。固定子１０と回転子２０とは対向して配置されている。回転子２０が有するシャフト２１は、図１の一点鎖線で示される軸心Ｃに沿って延伸している。

本実施の形態における電動機１は、回転子２０が固定子１０の内側に配置されたインナーロータ型の回転電動機である。したがって、回転子２０は、固定子１０の内側において、シャフト２１の軸心Ｃを回転中心として回転する。

固定子（ステータ）１０は、回転子２０の外周面と微小なエアギャップを介して回転子２０を囲むように配置されている。固定子１０は、回転子２０を回転させるための磁力を発生させる。

固定子１０は、固定子鉄心（ステータコア）を構成する複数のコアブロック１１を有する。言い換えると、本実施の形態における固定子１０では、固定子鉄心が複数のコアブロック１１（分割コア）に分割されている。

複数のコアブロック１１は、全体として円環状に配列されている。具体的には、１２個のコアブロック１１が円環状をなすように配置されており、隣接する２つのコアブロック１１同士が連結されている。

また、固定子１０は、複数のコアブロック１１の各々に巻回された巻線コイル１２（ステータコイル）を有する。本実施の形態では、固定子１０が１２個のコアブロック１１を有するので、１２個の巻線コイル１２が用いられている。したがって、電動機１のスロット数は、１２である。なお、固定子１０の詳細な構造については後述する。

固定子１０の内側に配置された回転子（ロータ）２０は、回転方向に沿ってＮ極及びＳ極が複数繰り返して存在する構成となっている。具体的には、回転子２０は、ロータコア（回転子鉄心）２２と、ロータコア２２に形成された、複数の磁石挿入孔にそれぞれ挿入された永久磁石２３と、を有する。

ロータコア２２は、シャフト２１の軸心Ｃが延伸する方向（回転軸方向）に、複数の電磁鋼板が積層された略円柱状の積層体である。本実施の形態において、ロータコア２２には、１０個の磁石挿入孔が周方向に沿って等間隔に設けられているので、回転子２０は、周方向に沿って等間隔に配置された１０個の永久磁石２３を有する。つまり、電動機１の極数は、１０である。したがって、本実施の形態において、電動機１は、１０極１２スロットの回転電動機である。なお、回転子２０は、一例として、ロータコア２２に永久磁石２３が埋め込まれた永久磁石埋め込み型のロータ（ＩＰＭロータ）であるが、これに限らない。

ロータコア２２の中心には、シャフト２１が固定されている。シャフト２１は、例えば金属棒であり、ロータコア２２の両側に延在するようにロータコア２２を貫通している。シャフト２１は、例えばロータコア２２の中心孔２０ａに圧入したり、焼き嵌めしたりすることでロータコア２２に固定されている。なお、図示しないが、シャフト２１の両端には、シャフト２１を回転自在に保持するベアリング等の軸受が設けられている。

このように構成される電動機１では、固定子１０が有する巻線コイル１２に通電すると、界磁電流が巻線コイル１２に流れて固定子１０（コアブロック１１）に磁束が発生する。この固定子１０で発生した磁束と回転子２０が有する永久磁石２３から生じる磁束との相互作用によって生じた磁気力が回転子２０を回転させるトルクとなり、回転子２０が回転する。

次に、本実施の形態に係る固定子１０の詳細な構成について、図１及び図２を参照しつつ、図３～図５を用いて説明する。図３は、実施の形態１に係る固定子１０のコアブロック１１の断面図である。図４Ａは、同固定子１０の部分拡大断面図である。図４Ｂは、図４ＡのIVB－IVB線における固定子１０の部分拡大断面図である。図５は、図２のV－V線における固定子１０の部分拡大断面図である。

図１及び図２に示すように、固定子１０は、複数のコアブロック１１を有する。複数のコアブロック１１の各々は、ティース部１１１及びヨーク部１１２を有する。図３に示すように、各コアブロック１１の平面視形状は、略Ｔ字形状である。

各コアブロック１１において、ティース部１１１は、ヨーク部１１２の内側に形成された磁極ティースである。具体的には、各ティース部１１１は、ヨーク部１１２から固定子１０の径方向内側に突出するように延在している。したがって、固定子１０全体としては、１２個のティース部１１１がシャフト２１の軸心Ｃに向かう方向に延在している。１２個のティース部１１１は、シャフト２１の軸心Ｃを中心とする円の周方向に沿って等間隔に存在している。

隣接する２つのティース部１１１の間には、巻線コイル１２を配置するためのスロットが形成されている。本実施の形態において、スロット数は、上記のとおり、１２である。

ティース部１１１には、巻線コイル１２が巻回されている。具体的には、巻線コイル１２は、インシュレータ（不図示）を介してティース部１１１に巻回されている。なお、巻線コイル１２は、集中巻となっているが、分布巻きであってもよい。

また、各コアブロック１１において、ヨーク部１１２は、各ティース部１１１の外側に形成されたバックヨークである。ヨーク部１１２は、軸心Ｃを中心とする周方向に沿って延伸している。本実施の形態では、固定子１０には、１２個のティース部１１１が設けられているので、ヨーク部１１２も１２個設けられている。１２個のヨーク部１１２は、各々の平面視形状が円弧状であり、上面視において円環状となるように連結されている。具体的には、１２個のヨーク部１１２は、シャフト２１の軸心Ｃを中心とする円の周方向に沿って配置されており、隣接する２つのヨーク部１１２は、周方向端面同士が互いに当接して連結されている。

図３に示すように、各コアブロック１１において、ティース部１１１は、当該ティース部１１１の内周側の先端部１５から周方向の両側に延伸する延伸部１１１ａを有する。つまり、回転子２０と向き合うティース部１１１の内周側の先端部１５には、一対の延伸部１１１ａが形成されている。一対の延伸部１１１ａの各々は、ティース部１１１の内周側の先端部１５から周方向に沿って突出するように形成されている。このように、一対の延伸部１１１ａは、ヨーク部１１２から軸心Ｃに向かって延伸し、回転子２０と向い合う先端部１５において、先端部１５から周方向の両側に向かってそれぞれ延伸している。

図４Ａ及び図４Ｂに示すように、隣接する２つのコアブロック１１において、一方のコアブロック１１におけるティース部１１１の延伸部１１１ａと、他方のコアブロック１１におけるティース部１１１の延伸部１１１ａとの間には、隙間１３（スロットオープニング）が存在する。

図１～図３に示すように、複数のコアブロック１１の各々は、複数の鋼板１１ａを積層することによって構成されている。図１及び図４Ｂに示すように、各コアブロック１１は、複数の鋼板１１ａがシャフト２１の軸心Ｃが延伸する方向（回転軸の方向）に積層された積層体である。複数の鋼板１１ａの各々は、例えば図３に示されるように、平面視形状が略Ｔ字形状となる打ち抜き電磁鋼板である。一例として、鋼板１１ａの厚さは、０．３５ｍｍであるが、これに限らない。また、各コアブロック１１において、複数の鋼板１１ａは全て同一形状である。したがって、固定子１０に用いられる鋼板１１ａは、全て同じ形状及び大きさのものである。

図４Ｂに示すように、複数の鋼板１１ａの各々における一対の延伸部１１１ａの各々の厚みｔ１は、軸心Ｃに沿った方向において、先端部１５の厚みｔよりも薄くなっている。一例として、延伸部１１１ａは、周方向において、先端に向かって厚みが漸次薄くなるテーパ状に形成されたテーパ部１６である。延伸部１１１ａは、第１面である上面１４ａ、及び、第２面である下面１４ｂの少なくとも一方が傾斜面１４となっている。本実施の形態において、延伸部１１１ａを成すテーパ部１６は、第１面である上面１４ａが勾配を有する傾斜面１４と、下面１４ｂが勾配を有しない平坦面と、で形成される。具体的には、延伸部１１１ａを成すテーパ部１６は、断面形状が略三角形であり、先端が先鋭化されている。

そして、本実施の形態における電動機１では、図５に示すように、複数のコアブロック１１のうち隣接する２つのコアブロック１１の一方と他方とは、積層される複数の鋼板１１ａが有する一枚分の厚みｔの範囲内で回転軸の方向（つまり、シャフト２１の軸心Ｃが延伸する方向）にずれている。この場合、隣接する２つのコアブロック１１の一方と他方との回転軸の方向のずれ量は、１枚の鋼板１１ａの厚みｔの半分以下であるとよい。

また、本実施の形態のように、複数のコアブロック１１の数が偶数である場合、図５に示すように、隣接する２つのコアブロック１１の一方と他方との回転軸の方向のずれ量は、１枚の鋼板１１ａの厚みｔの１／２であるとよい。これにより、奇数番目の全てのコアブロック１１の高さの位置を同じにすることができるとともに、偶数番目の全てのコアブロック１１の高さの位置を同じにすることができ、偶数個のコアブロック１１を１つおきに２段階で上下にずらした状態で配置することができる。

このように、隣接する２つのコアブロック１１の一方と他方とが軸心Ｃが延伸する方向にずれていることで、図４Ｂに示すように、隙間１３を介して隣接する２つのコアブロック１１において、一方のコアブロック１１が有するティース部１１１が含む延伸部１１１ａ（第１延伸部）と他方のコアブロック１１が有するティース部１１１が含む延伸部１１１ａ（第２延伸部）とが、軸心Ｃが延伸する方向において異なる位置に存在することになる。つまり、隙間１３を介して向かい合う２つの延伸部１１１ａにおいて、一方の延伸部１１１ａを成すテーパ部１６の先端と他方の延伸部１１１ａを成すテーパ部１６の先端とは、軸心Ｃを法線とする異なる平面に位置することになる。

これにより、隣接する２つのコアブロック１１の隙間１３の距離ｄ１よりも、隣接する２つのコアブロック１１の一方の延伸部１１１ａの先端と他方の延伸部１１１ａの先端との距離ｄ２の方が大きくなる。

なお、隙間１３の距離ｄ１は、軸心Ｃが延伸する方向（鋼板１１ａの積層方向）を法線とする平面が延伸する方向の長さである。また、距離ｄ２は、隙間１３を介して向かい合う２つ延伸部１１１ａの先端同士を最短距離で結ぶ線分の長さである。

次に、実施の形態１に係る固定子１０の製造方法について、図６Ａ～図６Ｆを用いて説明する。図６Ａ～図６Ｆは、実施の形態１に係る固定子１０の製造方法を説明するための図である。

まず、１枚の鋼板１００を打ち抜くことで、図３に示すような形状の鋼板１１ａを形成する。つまり、延伸部１１１ａを含むティース部１１１とヨーク部１１２とが形成された略Ｔ字形状の鋼板１１ａを作製する。

具体的には、図６Ａに示すように、まず、平板状の鋼板１００を準備する。一例として、鋼板１００の厚さは、０．３５ｍｍである。

次に、図６Ｂに示すように、鋼板１００にプレス加工を施すことで、鋼板１００の片面の一部に窪み部１０１を形成する。窪み部１０１は、鋼板１００の厚みを薄肉化した薄肉部であり、少なくとも延伸部（１１１ａ）を成すテーパ部（１６）に対応する部分に形成されている。したがって、窪み部１０１は、延伸部（１１１ａ）を成すテーパ部（１６）の傾斜面（１４）に対応する傾斜面１４を有する。なお、窪み部１０１には、底部となる平坦面も形成されるが、この底部の厚みは、可能な限り薄くするとよい。窪み部１０１の底部を薄くすることで、延伸部１１１ａを成すテーパ部（１６）の先端形状を先鋭にすることができる。

次に、図６Ｃに示すように、鋼板１００に打ち抜き加工を施すことで、図３に示される形状の鋼板１１ａを形成する。このとき、窪み部１０１の部分で鋼板１００を分離することで、傾斜面１４を含む断面形状が略三角形のテーパ部１６を有する延伸部１１１ａが形成された略Ｔ字形状の鋼板１１ａを作製することができる。

なお、図６Ｂのプレス加工と図６Ｃの打ち抜き加工とは同時に行ってもよい。つまり、鋼板１００を打ち抜く際に断面形状が略三角形のテーパ部１６を有する延伸部１１１ａを形成することで、略Ｔ字形状の鋼板１１ａを作製してもよい。

次に、図６Ｄに示すように、図６Ａ～図６Ｃによって作製した略Ｔ字形状の鋼板１１ａを複数枚積層する。一例として、鋼板１１ａは２９枚～２００枚の範囲で積層する。これにより、複数の鋼板１１ａが積層された積層体であるコアブロック１１を形成することができる。なお、このとき、複数の鋼板１１ａをかしめ等によって固定してもよい。

次に、図６Ｅに示すように、コアブロック１１が有するティース部１１１にインシュレータ（不図示）を介して巻線コイル１２を巻回する。これにより、コアブロック１１に巻線コイル１２が巻回された固定子ブロック１０ａを形成することができる。

次に、図６Ｆに示すように、固定子ブロック配置用治具２００を用いて、複数の固定子ブロック１０ａを円環状に配列する。本実施の形態では、１２個の固定子ブロック１０ａを用いている。なお、図６Ｆでは、固定子ブロック１０ａの巻線コイル１２を省略している。

このとき、隣接する２つの固定子ブロック１０ａが有する延伸部１１１ａ同士が軸心Ｃが延伸する方向（鋼板１１ａの積層方向）にずれた状態で配置されるように、図７に示される構造を有する固定子ブロック配置用治具２００を用いる。

図７に示すように、固定子ブロック配置用治具２００は、周方向に亘って、凹部２０１と凸部２０２とが交互に繰り返して形成された円環状部材である。固定子ブロック配置用治具２００において、凹部２０１及び凸部２０２の各々は、一つの固定子ブロック１０ａに対応している。本実施の形態では、１２個の固定子ブロック１０ａを配列するので、固定子ブロック配置用治具２００には、６個の凹部２０１と６個の凸部２０２とが形成されている。また、固定子ブロック配置用治具２００において、凹部２０１と凸部２０２との段差（ずれ量）は、隣接する２つのコアブロック１１の軸心Ｃが延伸する方向のずれ量と同じである。具体的には、凹部２０１と凸部２０２との段差は、１枚の鋼板１１ａの厚みの１／２となっている。

複数の固定子ブロック１０ａを固定子ブロック配置用治具２００に円環状に配置した後は、隣接する固定子ブロック１０ａが含むコアブロック１１同士の接続部を溶接する。具体的には、隣接する２つのコアブロック１１が有するヨーク部１１２同士の接続部の外周面を溶接する。これにより、全ての固定子ブロック１０ａが合体し、図１に示される構造の固定子１０を作製することができる。

なお、このように作製された固定子１０においては、コアブロック１１のずれ量の分だけ軸心Ｃが延伸する方向に凹凸が発生しているが、隣接する２つのコアブロック１１の一方と他方との軸心Ｃが延伸する方向のずれ量が、１枚の鋼板１１ａの厚み（本実施の形態では０．３５ｍｍ）の半分以下となっている。つまり、複数のコアブロック１１のうち、隣接する一方のコアブロック１１と他方のコアブロック１１とが有する、軸心Ｃが延伸する方向のずれ量は、複数の鋼板１１ａが有する一枚分の厚みの半分以下である。よって、電動機１を構成する他の部材への影響はほぼない。

以上、図１及び図２に示すように、本実施の形態に係る電動機１は、円環状に配列された複数のコアブロック１１を有する固定子１０と、固定子１０の内側に配置された回転子２０とを備えている。複数のコアブロック１１の各々は、複数の鋼板１１ａを軸心Ｃ方向に積層して構成されている。複数のコアブロック１１の各々は、ティース部１１１及びヨーク部１１２を有する。回転子２０は、軸心Ｃを回転中心として、軸心Ｃ方向に延伸したシャフト２１を有する。

また、図３～図５に示すように、ヨーク部１１２は、軸心Ｃを中心とする周方向に沿って延伸している。ティース部１１１は、ヨーク部１１２から軸心Ｃに向かって延伸している。ティース部１１１は、回転子２０と向い合う当該ティース部１１１の内周側の先端部１５において、先端部１５から周方向の両側に向かってそれぞれ延伸する、一対の延伸部１１１ａを有している。一対の延伸部１１１ａは、周方向において、それぞれ反対方向に延伸している。複数の鋼板１１ａの各々における一対の延伸部１１１ａの各々の厚みｔは、軸心Ｃに沿った方向において、当該先端部１５の厚みよりも薄くなっている。

そして、隣接する２つのコアブロック１１の一方と他方とは、１枚の鋼板１１ａの厚みの範囲内で回転軸の方向にずれている。つまり、複数のコアブロック１１のうち、隣接する一方のコアブロック１１と他方のコアブロック１１とは、積層される複数の鋼板１１ａが有する一枚分の厚みｔの範囲内で軸心Ｃが延伸する方向にずれている。

また、特に顕著な作用効果を奏する形態は、以下のとおりである。

すなわち、ティース部１１１が含む延伸部１１１ａは、周方向において、先端に向かって厚みが漸次薄くなるテーパ状に形成されたテーパ部１６である。

軸心Ｃが延伸する方向において、テーパ部１６を成す、第１面である上面１４ａ及び第２面である下面１４ｂの少なくとも一方は、傾斜面１４である。具体的には、本実施の形態における傾斜面１４は、第１面である上面１４ａである。

具体的には、軸心Ｃに沿った方向において、テーパ部１６の断面形状は、三角形である。

複数のコアブロック１１のうち、隣接する一方のコアブロック１１と他方のコアブロック１１とが有する、軸心Ｃが延伸する方向のずれ量は、複数の鋼板１１ａが有する一枚分の厚みｔの半分以下である。

この構成により、隣接する２つのコアブロック１１において、一方のコアブロック１１が有するティース部１１１が含む延伸部１１１ａの先端と他方のコアブロック１１が有するティース部１１１が含む延伸部１１１ａの先端とが、軸心Ｃが延伸する方向において、異なる位置に存在することになる。言い換えれば、一方のコアブロック１１が有するティース部１１１が含む延伸部１１１ａの先端と他方のコアブロック１１が有するティース部１１１が含む延伸部１１１ａの先端とは、軸心Ｃが延伸する方向において、異なる平面に位置している。よって、図４Ｂに示すように、本実施の形態における電動機１は、隣接する２つのコアブロック１１の隙間１３の距離ｄ１よりも、隣接する２つのティース部１１１の延伸部１１１ａの先端間の距離ｄ２の方を大きくすることができる。

これにより、隣接する２つのコアブロック１１の隙間１３の距離ｄ１を長くすることなく、隣接する２つのティース部１１１の延伸部１１１ａの先端間の距離ｄ２を長くすることができる。この結果、隙間１３の間隔（距離ｄ１）を狭く維持することができるのでトルクリップルを抑制することができる。しかも、隣接する２つのティース部１１１の延伸部１１１ａの先端間の磁路を長くすることができるので、延伸部１１１ａの先端間を通る漏れ磁束を低減することができ、ヨーク部１１２に効率良く磁束を通すことができる。

このように、本実施の形態における電動機１によれば、トルクリップルの抑制と漏れ磁束の低減との両立を図ることができる。したがって、磁束を有効に利用して所望のトルクを発生させることができるので、高効率及び高出力の電動機１を実現することができる。

また、本実施の形態において、複数のコアブロック１１の数が偶数であり、隣接する２つのコアブロック１１の一方と他方との軸心Ｃが延伸する方向のずれ量は、１枚の鋼板１１ａの厚みの１／２となっている。つまり、隣接する一方のコアブロック１１と他方のコアブロック１１とが有する、軸心Ｃが延伸する方向のずれ量は、複数の鋼板１１ａが有する一枚分の厚みｔの１／２である。

この構成により、全てのコアブロック１１について、隣接する２つの延伸部１１１ａの先端間の距離ｄ２を全て同一かつ最長にすることができる。なお、本実施の形態において、コアブロック１１の数（ヨークの分割数）は１２であるが、これに限らず、コアブロック１１の数は、１８、２４等であってもよい。

なお、本実施の形態では、隣接する２つのコアブロック１１のずれ量が１枚の鋼板１１ａの厚みの１／２であり、隙間１３の距離ｄ１と鋼板１１ａの板厚ｔとの比を５：７にしている。この場合、隣接する２つのティース部１１１の延伸部１１１ａの先端間の距離ｄ２と隙間１３の距離ｄ１との比は約１．３：１になる。つまり、隙間１３の距離ｄ１の長さを維持しつつ、隣接する２つの延伸部１１１ａの先端間の距離ｄ２（つまり、２つの先端の最短磁路の長さ）を約１．３倍にすることができる。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２に係る電動機１Ａについて、図８Ａ及び図８Ｂを用いて説明する。図８Ａは、実施の形態２に係る電動機１Ａの断面図である。図８Ｂは、図８ＡのVIIIB線－VIIIB線における同電動機１Ａの断面図である。なお、図８Ａでは、電動機１Ａにおける固定子１０Ａのコアブロック１１のみを図示している。本実施の形態において、回転子２０及び固定子１０Ａの巻線コイル１２は、実施の形態１と同じである。

上記実施の形態における電動機１と本実施の形態における電動機１Ａとは、コアブロック１１の数が異なる。具体的には、上記実施の形態における電動機１では、固定子１０のコアブロック１１の数は、偶数であったのに対して、本実施の形態における電動機１Ａでは、固定子１０Ａのコアブロック１１の数は、３の倍数である。より具体的には、図８Ａに示すように、本実施の形態における電動機１Ａでは、固定子１０Ａのコアブロック１１の数が９である。

そして、本実施の形態における電動機１Ａでは、図８Ｂに示すように、隣接する２つのコアブロック１１の一方と他方との軸心Ｃが延伸する方向（鋼板１１ａの積層方向）のずれ量が１枚の鋼板１１ａの厚みｔの１／３となっている。これにより、３ｎ番目、３ｎ＋１番目及び３ｎ＋２番目（ｎは１以上の自然数）の各々のコアブロック１１について、全てのコアブロック１１の高さの位置を同じにすることができ、３の倍数の数のコアブロック１１を３段階で上下にずらした状態で配置することができる。

以上、本実施の形態における電動機１Ａでも、上記実施の形態１と同様の効果を奏する。具体的には、トルクリップルの抑制と漏れ磁束の低減との両立を図ることができ、高効率及び高出力の電動機１Ａを実現することができる。

また、本実施の形態のように、複数のコアブロック１１の数（ヨークの分割数）が３の倍数である場合に、隣接する２つのコアブロック１１の一方と他方との軸心Ｃの方向のずれ量を１枚の鋼板１１ａの厚みの１／３にすることによって、複数のコアブロック１１の数が３の倍数である場合でも、隣接する２つの延伸部１１１ａの先端間の距離ｄ２を全て同一かつ最長にすることができる。つまり、隣接する一方のコアブロック１１と他方のコアブロック１１とが有する、軸心Ｃが延伸する方向のずれ量は、複数の鋼板１１ａが有する一枚分の厚みｔの１／３であってもよい。

なお、本実施の形態において、コアブロック１１の数（ヨークの分割数）は９であるが、これに限らず、コアブロック１１の数は、３、２７等であってもよい。

また、上記実施の形態１では、固定子ブロック配置用治具２００の凹部２０１と凸部２０２の段差数は２段であったが、本実施の形態では、段差数が３段の固定子ブロック配置用治具を用いればよい。

（実施の形態３）
次に、実施の形態３に係る電動機１Ｂについて、図９Ａ及び図９Ｂを用いて説明する。図９Ａは、実施の形態３に係る電動機１Ｂの要部拡大断面図である。図９Ｂは、図９ＡのIXB線－IXB線における同電動機１Ｂの断面図である。なお、図９Ａでは、電動機１Ｂにおける固定子１０Ｂの隣接する２つのコアブロック１１Ｂのみを図示している。本実施の形態において、回転子２０及び固定子１０Ｂの巻線コイル１２は、実施の形態１と同じである。

上記実施の形態における電動機１と本実施の形態における電動機１Ｂとは、延伸部の先端部分の形状が異なる。具体的には、上記実施の形態における電動機１では、コアブロック１１が有するティース部１１１が含む延伸部１１１ａは、断面形状が三角形のテーパ形状であったのに対して、本実施の形態における電動機１Ｂでは、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、コアブロック１１Ｂが有するティース部１１１Ｂが含む延伸部１１１ｂは、軸心Ｃに沿った方向において、先端部１５と延伸部１１１ｂとは、段差を形成している。言い換えれば、先端部１５と延伸部１１１ｂとの断面形状は、階段状である。なお、階段状部分の段は、１段でも、２段以上の多段でもよい。

具体的には、このティース部１１１Ｂが含む延伸部１１１ｂは、ティース部１１１Ｂの先端部１５よりも厚さが薄肉化された薄肉部となっている。段差を有する薄肉部となっている延伸部１１１ｂは、例えばプレス加工することによって形成することができ、この延伸部１１１ｂの厚さｔ２は、一例として鋼板１１ａの板厚（ｔ）の１／２以下であるとよい。

以上、本実施の形態における電動機１Ｂでも、上記実施の形態１と同様の効果を奏する。具体的には、トルクリップルの抑制と漏れ磁束の低減との両立を図ることができ、高効率及び高出力の電動機１Ｂを実現することができる。

また、本実施の形態では、コアブロック１１Ｂが有するティース部１１１Ｂが含む延伸部１１１ｂが、先端部１５に対して段差を形成している。

これにより、図９Ｂに示すように、厚さが薄い延伸部１１１ｂを有する鋼板１１ａを容易に作製することができるとともに、隣接する２つの延伸部１１１ｂの先端間の距離ｄ２を、隣接する２つのコアブロック１１の隙間１３の距離ｄ１よりも容易に長くすることができる。

なお、本実施の形態では、延伸部１１１ｂの根元部分は段付き形状になっているが、これに限らず、フィレット状又は面取り状であってもよい。

（実施の形態４）
次に、実施の形態４に係る電動機１Ｃについて、図１０Ａ～図１０Ｃを用いて説明する。図１０Ａは、実施の形態４に係る電動機１Ｃの要部拡大断面図である。図１０Ｂ及び図１０Ｃは、図１０ＡのXB線－XB線における同電動機１Ｃの断面図である。なお、図１０Ａでは、電動機１Ｃにおける固定子１０Ｃの隣接する２つのコアブロック１１Ｃのみを図示している。本実施の形態において、回転子２０及び固定子１０Ｃの巻線コイル１２は、実施の形態１と同じである。また、図１０Ｄは、図１０ＡのXB線－XB線における同電動機１Ｃの断面図である。

本実施の形態における電動機１Ｃでは、上記実施の形態における電動機１と同様に、コアブロック１１Ｃは、ティース部１１１Ｃとヨーク部１１２Ｃとを有するが、上記実施の形態における電動機１と本実施の形態における電動機１Ｃとは、隣接する２つのヨーク部１１２、１１２Ｃの連結部分の形状が異なる。

具体的には、上記実施の形態における電動機１では、図６Ｅに示すように、円孤状をしたヨーク部１１２は、延伸している周方向における一対の端部と、一対の端部に挟まれた中央部とを有し、軸心が延伸する方向において一対の端部の厚みは中央部の厚みと同じである。一方、本実施の形態における電動機１Ｃでは、円孤状をしたヨーク部１１２Ｃは、延伸している周方向における一対の端部と、一対の端部に挟まれた中央部とを有し、軸心が延伸する方向において一対の端部は、中央部の厚みよりも厚みが小さいヨーク薄肉部１１３を有している。すなわち、ヨーク部１１２Ｃは、ヨーク薄肉部１１３と、それ以外の領域であるヨーク基部とを有している。そして、隣接する２つのコアブロック１１Ｃにおいて、一方のコアブロック１１Ｃが有するヨーク部１１２Ｃの端部のヨーク薄肉部１１３が、他方のコアブロック１１Ｃが有するヨーク部１１２Ｃの端部の薄肉部１１３とかみ合い部（係合部）１１４を形成するように当接することにより、軸心が延伸する方向における一方のコアブロック１１Ｃと他方のコアブロック１１Ｃのずれを形成している。これにより、対向する鋼板ごとの上記ずれ量をヨーク部のかみ合いで拘束することで、コアブロックの鋼板の積層枚数が増加した場合でも必要なずれ量を容易に形成することが可能となる。

なお、本実施の形態ではヨーク薄肉部１１３の根元部分は図１０Ｂのように段付き形状になっているが、これに限らず、フィレット状又は面取り状であってもよい。また、ヨーク薄肉部１１３の先端部分も矩形形状に限らずテーパ形状やフィレット状であってもよい。また、ヨーク薄肉部の形状を階段状とするのではなく、図１０Ｃのように三角形や面取り形状としてもよい。

上記実施の形態１のようにコアブロックの数が偶数の場合には、隣接するコアブロック１１Ｃのそれぞれのヨーク薄肉部１１３の厚さを鋼板１１ｃが有する一枚分の厚みの半分とすることができる。また、上記実施の形態２のようにコアブロック１１の数が３の倍数の場合には、隣接するコアブロック１１Ｃのうちの一方のコアブロック１１Ｃのヨーク薄肉部１１３の厚さを鋼板１１ｃが有する一枚分の厚みの３分の１とし、対向する、他方のコアブロック１１Ｃのヨーク薄肉部１１３の厚さを鋼板１１ｃが有する一枚分の厚みの３分の２とするができる。これにより上記ずれ量を形成できる。

なお、ヨーク薄肉部は鋼板にプレス加工を施すことにより形成できる。

その他、図１０Ｄに示すように、ヨーク薄肉部１１３の先端部分がテーパ形状であってもよい。具体的に、ヨーク部１１２Ｅは、ヨーク薄肉部１１３と、それ以外の領域であるヨーク基部とを有している。そして、隣接する２つのコアブロック１１Ｅにおいて、一方のコアブロック１１Ｅが有するヨーク部１１２Ｅの端部のヨーク薄肉部１１３が、他方のコアブロック１１Ｅが有するヨーク部１１２Ｅの端部の薄肉部１１３とかみ合い部（係合部）１１４を形成するように当接することにより、軸心が延伸する方向における一方のコアブロック１１Ｅと他方のコアブロック１１Ｅのずれを形成してもよい。このとき、ヨーク薄肉部１１３の先端部分はテーパ形状に成形されている。

本構成は、ヨーク薄肉部を面取りすることで形成できる。

（実施の形態５）
次に、実施の形態５に係る電動機１Ｄについて、図１１～図１２を用いて説明する。図１１は電動機の磁束の流れを解析した図である。図１２は、実施の形態５に係る電動機１Ｄの要部拡大断面図である。なお、図１１及び図１２では、電動機１Ｄにおける固定子１０Ｄの隣接する２つのコアブロック１１Ｄのみを図示している。本実施の形態において、回転子２０及び固定子１０Ｄの巻線コイル１２は、実施の形態１と同じである。

本実施の形態における電動機１Ｄでは、上記実施の形態における電動機１と同様に、コアブロック１１Ｄは、ティース部１１１Ｄとヨーク部１１２Ｄとを有するが、上記実施の形態における電動機１Ｃと本実施の形態における電動機１Ｄとは、隣接する２つのヨークのかみ合い部（係合部）１１４の位置が異なる。

図１１に示すように、ヨーク部１１２Ｄは、ティース部１１１Ｄを固定子１０Ｄの径方向に延長させた場合にヨーク部１１２Ｄと交差する領域であるティース交差ヨーク部１１５ｂと、それ以外の領域であって隣接するティース部１１１Ｄの間の領域であるティース間ヨーク部１１５ａとで構成される。

電動機１Ｄではティース間ヨーク部１１５ａでは磁束が密となっており、ティース交差ヨーク部１１５ｂでは磁束が疎となる。前記ヨークかみ合い部１１４を磁束が密となっているティース間ヨーク部１１５ａで形成した場合、板厚加工による電磁鋼板の特性悪化や前記テーパ形状による空隙の発生によりモータの磁気特性が悪化し、発生トルクが低下する。そこで、図１２に示すように、ヨーク薄肉部１１３をティース交差ヨーク部１１５ｂに形成し、ヨークのかみ合い部１１４をティース交差ヨーク部１１５ｂで形成することにより、前記ずれ量をヨーク薄肉部１１３のかみ合いによって形成しつつ、磁気特性の悪化を避けることができる。

（変形例）
以上、本開示に係る電動機について、実施の形態１～５に基づいて説明したが、本開示は、上記実施の形態１～５に限定されるものではない。

すなわち、一対の延伸部１１１ａの各々は、複数の鋼板１１ａが有する一枚分の厚みｔの範囲内で軸心Ｃが延伸する方向にずれながら向い合って位置する複数の鋼板１１ａにそれぞれ形成される。一対の延伸部１１１ａの各々において、一方のコアブロック１１が含む一方の延伸部１１１ａの先端と他方のコアブロック１１が含む他方の延伸部１１１ａの先端とは、軸心Ｃに沿った方向と直交する方向の距離ｄ１よりも、双方の先端同士を結ぶ最短距離ｄ２の方が長い、という関係を実現できればよい。

言い換えれば、一対の延伸部１１１ａの各々において、一方のコアブロック１１が含む一方の延伸部１１１ａの先端と他方のコアブロック１１が含む他方の延伸部１１１ａの先端とは、軸心Ｃに沿った方向と直交する方向の距離ｄ１よりも、双方の先端同士を結ぶ最短距離ｄ２のほうが長い、という関係を確保できれば、つぎの構成でもよい。すなわち、複数のコアブロックのうち、隣接する一方のコアブロックと他方のコアブロックとは、積層される複数の鋼板が有する二枚分以上の厚みの範囲で、軸心が延伸する方向にずれていてもよい。なお、本構成の場合、固定子は、軸心Ｃが延伸する方向に長くなる。

その他、例えば、上記各実施の形態において、回転子２０の磁極の極数は１０（つまり、永久磁石２３の数が１０個）としたが、これに限らない。例えば、回転子２０の磁極の極数は、２ｎ（ｎは自然数）であれば、任意の数を適用できる。

ヨークのかみ合い部１１４についても上記実施形態ではヨークの外周部に形成しているが、例えばヨークの内周側もしくは中央部に形成することもできる。また、かみ合う方向についても周方向、軸心Ｃに平行な面上の方向、その中間など、任意の角度を取ることができる。

その他、上記各実施の形態に対して当業者が思い付く各種変形を施して得られる形態や、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で上記各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。

本開示の電動機は、トルクリップルの抑制と漏れ磁束の低減との両立を図ることができるので、工作機械又は自動車をはじめとして様々な分野の電動機として利用することができる。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ 電動機
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ 固定子
１０ａ 固定子ブロック
１１、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ コアブロック
１１ａ、１１ｃ、１００ 鋼板
１２ 巻線コイル
１３ 隙間
１４ 傾斜面
１４ａ 上面（第１面）
１４ｂ 下面（第２面）
１５ 先端部
１６ テーパ部
２０ 回転子
２０ａ 中心孔
２１ シャフト
２２ ロータコア
２３ 永久磁石
１０１ 窪み部
１１１、１１１Ｂ、１１１Ｃ、１１１Ｄ ティース部
１１１ａ、１１１ｂ 延伸部
１１２、１１２Ｃ、１１２Ｄ、１１２Ｅ ヨーク部
１１３ ヨーク薄肉部
１１４ かみ合い部
１１５ａ ティース間ヨーク部
１１５ｂ ティース交差ヨーク部
２００ 固定子ブロック配置用治具
２０１ 凹部
２０２ 凸部

Claims (12)

1. 複数の鋼板を軸心方向に積層した、複数のコアブロックを円環状に配列した固定子と、
   軸心を回転中心として前記軸心方向に延伸したシャフトを有し、前記固定子の内側に配置された回転子と、
   を備え、
   前記複数の鋼板は、全て同一形状であり、
   前記複数の鋼板の各々は、
   前記軸心を中心とする周方向に沿って延伸するヨーク部と、
   前記ヨーク部から前記軸心に向かって延伸するティース部であって、前記回転子と向い合う先端部と、前記先端部から前記周方向の両側に向かってそれぞれ延伸する第１の延伸部及び第２の延伸部とを含むティース部と、
   前記軸心に沿った方向において厚みが薄くなっているヨーク薄肉部と、
   を有し、
   前記軸心に沿った方向において、前記第１の延伸部及び前記第２の延伸部の厚みは共に、前記先端部の厚みよりも薄く、
   前記複数のコアブロックのうち隣接する一方のコアブロックの前記ヨーク薄肉部と他方のコアブロックの前記ヨーク薄肉部とがかみ合い部を形成するように当接することにより、前記一方のコアブロックと前記他方のコアブロックとは、積層される前記複数の鋼板が有する一枚分の厚みの範囲内で前記軸心が延伸する方向にずれて配置されており、
   前記一方のコアブロックの前記第１の延伸部の先端と前記他方のコアブロックの前記第２の延伸部の先端との間には、前記軸心に沿った方向から見て隙間が存在し、
   前記一方のコアブロックの前記第１の延伸部及び前記他方のコアブロックの前記第２の延伸部の先端は、前記軸心に沿った方向と直交する方向での前記隙間の距離よりも、双方の前記先端同士を結ぶ最短距離の方が長くなっている、
   電動機。
2. 前記第１の延伸部及び前記第２の延伸部は、前記周方向において、先端に向かって厚みが漸次薄くなるテーパ状に形成されたテーパ部である、
   請求項１に記載の電動機。
3. 前記軸心が延伸する方向において、前記テーパ部を成す、第１面及び第２面の少なくとも一方は、傾斜面である、
   請求項２に記載の電動機。
4. 前記軸心に沿った方向において、前記テーパ部の断面形状は、三角形である、
   請求項３に記載の電動機。
5. 前記軸心に沿った方向において、前記先端部と前記第１の延伸部及び前記第２の延伸部とは、段差を形成する、
   請求項１に記載の電動機。
6. 前記軸心に沿った方向において、前記先端部と前記第１の延伸部及び前記第２の延伸部との断面形状は、階段状である、
   請求項５に記載の電動機。
7. 前記複数のコアブロックのうち、隣接する一方のコアブロックと他方のコアブロックとが有する、前記軸心が延伸する方向のずれ量は、前記複数の鋼板が有する一枚分の厚みの半分以下である、
   請求項１～６のいずれか１項に記載の電動機。
8. 前記複数のコアブロックの数が偶数である場合、隣接する一方のコアブロックと他方のコアブロックとが有する、前記軸心が延伸する方向のずれ量は、前記複数の鋼板が有する一枚分の厚みの１／２である、
   請求項１～６のいずれか１項に記載の電動機。
9. 前記複数のコアブロックの数が３の倍数である場合、隣接する一方のコアブロックと他方のコアブロックとが有する、前記軸心が延伸する方向のずれ量は、前記複数の鋼板が有する一枚分の厚みの１／３である、
   請求項１～６のいずれか１項に記載の電動機。
10. 前記ヨーク部は、前記ヨーク薄肉部と、前記ヨーク薄肉部以外の領域であるヨーク基部とを有し、前記軸心に沿った方向において、前記ヨーク薄肉部と前記ヨーク基部とは、段差を形成する、
    請求項１～９のいずれか１項に記載の電動機。
11. 前記ヨーク薄肉部は、前記周方向において、先端に向かって厚みが漸次薄くなるテーパ状に形成されたテーパ部である、
    請求項１～９のいずれか１項に記載の電動機。
12. 前記ヨーク薄肉部は、前記ティース部を前記固定子の径方向に延長させた場合にヨーク部と交差する領域であるティース交差ヨーク部に形成されている、
    請求項１０又は１１に記載の電動機。

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