WO2017090571A1 - モータおよびモータの製造方法 - Google Patents

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WO2017090571A1
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laminated
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motor
stator
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智哉 上田
宏 北垣
武 本田
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日本電産株式会社
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    • H02K29/03Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with a magnetic circuit specially adapted for avoiding torque ripples or self-starting problems
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    • H02K1/274Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/278Surface mounted magnets; Inset magnets
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    • H02K15/02Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
    • H02K15/022Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies with salient poles or claw-shaped poles
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    • H02K2213/03Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information

Definitions

  • the present invention relates to a motor and a method for manufacturing the motor.
  • Patent Document 1 discloses a motor including a laminated iron core formed by laminating grain-oriented electrical steel sheets.
  • the magnetic flux that attempts to pass through the teeth portion from the circumferential side surface of the umbrella portion is limited, and the cogging torque and torque ripple may increase. Furthermore, there is a problem that grain oriented electrical steel sheets are expensive and difficult to press, and a technique for reducing cogging torque and torque ripple using non-oriented electrical steel sheets is desired.
  • the present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide a motor capable of reducing cogging torque and torque ripple using a non-oriented electrical steel sheet.
  • the motor according to the first exemplary invention of the present application includes a rotor that rotates about a central axis that extends in the axial direction, and a stator, and the stator has a radial direction.
  • a stator core in which a plurality of laminated cores having teeth extending in the circumferential direction are arranged in a circumferential direction, and a coil wound around the teeth, and the laminated core is a plate-like laminated in the thickness direction It has a plurality of core pieces, the core pieces are made of non-oriented electrical steel sheets, the rolling direction of the core pieces has an inclination with respect to the radial direction, and the laminated core has the same inclination as the core.
  • the inclinations of at least a pair of the laminated cores that are formed by laminating pieces and are adjacent to each other in the circumferential direction are opposite to each other.
  • a motor that reduces cogging torque and torque ripple can be provided.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a motor according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view of a laminated iron core according to an embodiment.
  • Drawing 3 is a mimetic diagram showing an example of metallic mold composition which punches out an iron core piece of one embodiment.
  • FIG. 4 is a view as seen from an arrow IV in FIG.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the motor of the first modification.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the motor of the second modification.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of a mold configuration for punching out the iron core piece of the second modification.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the motor of the third modification.
  • FIG. 9 is a plan view of the laminated core of the motor of the third modification.
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the rolling angle and the torque ripple in the motor of the third modification.
  • FIG. 11 is a graph showing the relationship between the rolling angle and the cogging torque in the motor of the third modification.
  • the Z axis parallel to the central axis J of the motor is shown.
  • the Z-axis direction is the vertical direction.
  • the radial direction centered on the central axis J extending in the vertical direction is simply referred to as “radial direction”
  • the circumferential direction centered on the central axis J That is, the circumference of the central axis J is simply called “circumferential direction”
  • the direction parallel to the central axis J that is, the vertical direction or the Z-axis direction
  • extending in the axial direction means not only extending in a direction strictly parallel to the central axis J but also extending in a direction inclined by less than 45 ° with respect to the axial direction. Including. Further, in this specification, the term “extend in the radial direction” means 45 ° with respect to the radial direction in addition to the case where it extends strictly in the radial direction, that is, the direction perpendicular to the vertical direction (Z-axis direction). Including the case of extending in a tilted direction within a range of less than.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a motor 1 of this embodiment.
  • the motor 1 of the present embodiment is an 8-pole, 12-slot inner rotor type brushless motor.
  • the motor 1 includes a rotor (rotor) 10 and a stator (stator) 20.
  • the rotor 10 rotates around a central axis J extending in the axial direction (Z-axis direction).
  • the rotor 10 includes a shaft 11, a rotor core 12, and a rotor magnet (permanent magnet) 13.
  • the shaft 11 has a cylindrical shape centering on a central axis J extending in one direction (Z-axis direction).
  • the shaft 11 is supported by a bearing (not shown) so as to be rotatable around an axis.
  • the rotor core 12 is fixed to the shaft 11 so as to surround the shaft 11 around the axis.
  • the rotor magnet 13 is fixed to the outer surface of the rotor core 12 along the axis of the rotor core 12.
  • the rotor magnet 13 is a permanent magnet having eight poles (eight poles) in the circumferential direction.
  • the rotor core 12 and the rotor magnet 13 rotate integrally with the shaft 11.
  • the stator 20 has a cylindrical shape and surrounds the rotor 10 from the outside in the radial direction.
  • the stator 20 includes a stator core 22, an insulator 23, and a coil 21.
  • the stator core 22 has 12 laminated cores 30. That is, the number of laminated cores 30 is an even number.
  • the twelve laminated iron cores 30 are arranged in the circumferential direction.
  • Each laminated iron core 30 has a core back portion 32 extending in the circumferential direction and a teeth portion 31 extending radially inward from the core back portion 32.
  • the core back portion 32 has a first circumferential end surface 32a located on one circumferential side and a second circumferential end surface 32b located on the other circumferential side.
  • the first circumferential end surface 32a has a convex portion 32c projecting in the circumferential direction.
  • the second circumferential end surface 32b has a recess 32d that is recessed in the circumferential direction.
  • the convex portion 32c and the concave portion 32d have shapes reversed with respect to the circumferential end surfaces 32a and 32b.
  • the laminated cores 30 adjacent to each other in the circumferential direction are joined such that the first circumferential end surface 32a and the second circumferential end surface 32b facing each other face each other in the circumferential direction.
  • the convex portion 32c and the concave portion 32d of the adjacent laminated core 30 are fitted.
  • the teeth portion 31 includes a teeth base portion 31a extending from the circumferential center of the core back portion 32, and an umbrella portion 31b located at the tip of the teeth base portion 31a.
  • the umbrella portion 31b has a shape that spreads on both sides in the circumferential direction with respect to the teeth base portion 31a.
  • the umbrella part 31 b has a facing surface 31 c that faces the rotor magnet 13.
  • the facing surface 31c has a curved arc shape along the outer peripheral surface of the rotor 10 when viewed from the axial direction.
  • the stator core 22 is provided with a plurality of (12) slots 25.
  • the slot 25 is an area surrounded by the side surfaces of two teeth portions 31 adjacent to each other in the circumferential direction and the inner side surface of the core back portion 32.
  • the insulator 23 is provided in the slot 25.
  • the insulator 23 may include an insulating member (not shown) that covers both axial surfaces of the tooth portion 31.
  • the coil 21 is wound around the tooth portion 31 via the insulator 23.
  • FIG. 2 shows a perspective view of the laminated core 30.
  • the laminated iron core 30 has a plurality of iron core pieces 40.
  • the plurality of core pieces 40 are plate-like and have the same shape. Since the core pieces 40 having the same shape are laminated in the plate thickness direction, the laminated core 30 has a uniform shape along the axial direction.
  • the iron core piece 40 has an element tooth part (tooth part) 41 and an element core back part 42.
  • the element tooth portion 41 constitutes the tooth portion 31 of the laminated core 30 by laminating the core pieces 40.
  • the element core back part 42 constitutes the core back part 32 of the laminated core 30 by laminating the core pieces 40.
  • the core piece 40 is composed of a non-oriented steel plate.
  • the non-oriented steel plate is the same as the non-oriented electrical steel strip standardized in JIS C 2552 revised in 2014 (corresponding to IEC 60404-8-4).
  • a non-oriented electrical steel sheet is a steel sheet in which the maximum value of the anisotropy of iron loss is smaller than the threshold defined by JIS, and the magnetic properties do not have a remarkable directionality.
  • the non-oriented steel plate is a rolled plate, the non-oriented steel plate has a directionality not more than a threshold defined by JIS along the rolling direction R1 and is easily magnetized in the rolling direction R1. That is, the iron core piece 40 has the easy magnetization direction R1, and the easy magnetization direction R1 coincides with the rolling direction R1.
  • the extending direction of the element tooth portion 41 is a tooth direction T.
  • the rolling direction R1 of the core piece 40 has an inclination k with respect to the tooth direction T.
  • An angle formed by the inclination k and the tooth direction T is defined as an inclination angle ⁇ 1.
  • the rolling direction R1 since the tooth direction T coincides with the radial direction of the motor 1, the rolling direction R1 has an inclination k with respect to the radial direction.
  • the inclination angle ⁇ 1 of the rolling direction R1 with respect to the teeth direction T is greater than 0 ° and smaller than 90 °.
  • the arbitrary inclination angle ⁇ is in a range larger than 0 ° and smaller than 90 °, it is assumed that the inclination k is the same as the inclination angle ⁇ 1.
  • an arbitrary inclination angle ⁇ is in a range where the inclination angle ⁇ is greater than 90 ° and smaller than 180 °, it is not the same inclination k as the inclination angle ⁇ 1.
  • the laminated iron core 30 is formed by laminating iron core pieces 40 having the same inclination k.
  • the laminated core 30 has an easy magnetization direction R defined by the composition of the rolling directions R1 and R2, (R3, R4,...) Of each core piece 40.
  • the easy magnetization direction R has an inclination k defined by the composition of the inclination angles ⁇ 1 and ⁇ 2 ( ⁇ 3, ⁇ 4,...) Of each iron core piece.
  • the tilt angle ⁇ 1 in the rolling direction R1 and the tilt angle ⁇ 2 in the rolling direction R2 of the plurality of core pieces 40 included in the single laminated core 30 may be different ( ⁇ 1 ⁇ ⁇ 2 in FIG. 2).
  • the inclination k in the rolling direction R1 of the iron core piece 40 is the same as the inclination k in the rolling direction R2
  • the inclination k of the laminated iron core 30 matches even if the inclinations ⁇ 1 and ⁇ 2 are different.
  • the single laminated iron core 30 may include iron core pieces 40 having different inclination directions.
  • the single laminated core 30 may include an iron core piece 40 in which the rolling direction R1 does not have an inclination with respect to the teeth direction T.
  • the easy magnetization direction R of the laminated iron core 30 can be reliably inclined with respect to the teeth direction T in a predetermined direction.
  • the twelve laminated cores 30 constituting the stator core 22 each have an easy magnetization direction R.
  • the twelve laminated iron cores 30 are classified into a first laminated iron core 30A and a second laminated iron core 30B that are different in the direction of the inclination k of the easy magnetization direction R with respect to the radial direction.
  • the inclination k of the first laminated core 30A is defined as a first inclination k1
  • the inclination k of the second laminated core 30B is defined as a second inclination k2.
  • the first inclination k1 extends from the root side of the tooth portion 31 toward the tip end side, and is inclined toward the first rotation direction D1 of the rotor, which is the clockwise direction.
  • the first inclination k1 has an inclination toward one side.
  • the second inclination k2 extends from the base side of the tooth portion 31 toward the tip side, and is inclined toward the second rotation direction D2 of the rotor, which is a counterclockwise direction. That is, the second inclination k2 has an inclination toward the other side.
  • the number of first laminated cores 30A and the number of second laminated cores 30B is the same. In the present embodiment, the number of first laminated cores 30A and the number of second laminated cores 30B is six.
  • the first laminated core 30A and the second laminated core 30B are alternately arranged in the circumferential direction. That is, a pair of laminated cores 30A and 30B adjacent in the circumferential direction have inclinations k opposite to each other.
  • the first laminated iron core 30A and the second laminated iron core 30B adjacent to each other constitute a laminated iron core pair 35.
  • the first laminated iron core 30A and the second laminated iron core 30B are such that the easy magnetization direction R is inclined toward the other side from the root side to the tip side of the tooth portion 31.
  • the respective easy magnetization directions R of the first laminated core 30A and the second laminated core 30B are:
  • the tooth portion 31 is inclined toward the slot 25 from the base side toward the tip side.
  • the easy magnetization direction R is on the opposite side from the base side toward the tip side of the tooth portion 31. Tilted.
  • the respective easy magnetization directions R of the first laminated core 30A and the second laminated core 30B are:
  • the tooth portion 31 is inclined from the base side toward the tip side toward the side opposite to the slot 25.
  • the magnetic discontinuity between the adjacent tooth portions 31 can be reduced, and the cogging torque and the torque ripple can be reduced.
  • the number of magnetic fluxes penetrating the coil is maximized when the N pole or S pole of the rotor is located on the opposing surface of the umbrella portion of the tooth portion.
  • the number of magnetic fluxes penetrating the coil is the smallest when it is located between the tooth portions (that is, in front of the slot).
  • the easy magnetization direction R of the first and second laminated cores 30A and 30B is inclined toward the other side with respect to the teeth direction T. Yes. Therefore, in the laminated iron core pair 35, the first and second laminated iron cores 30A and 30B are easily magnetized while suppressing iron loss and magnetic saturation with respect to the magnetic flux in the direction inclined toward the teeth portion 31 side. Thereby, the fluctuation
  • the easy magnetization direction R of the tooth portion 31 is opposite to the other side with respect to the tooth direction T. Tilted.
  • the laminated iron core 30 is formed of a non-oriented electrical steel sheet, it is easy to magnetize in directions other than the easy magnetization direction R. Therefore, in the umbrella part 31b of the teeth part 31, magnetic flux easily passes from the circumferential side surface. For this reason, even if the rotor 10 rotates and the direction of the magnetic flux that attempts to pass through the teeth portion 31 changes variously, it is difficult to cause a magnetic discontinuity in the teeth portion 31 due to the rotation, Torque ripple can be reduced.
  • Non-oriented electrical steel sheets are cheaper than directional electrical steel sheets and are easily punched by a press. By constructing the laminated core 30 from a non-oriented electrical steel sheet, the motor 1 can be provided at low cost.
  • the motor 1 can reduce cogging torque and torque ripple if the inclination k of at least one pair of laminated cores 30 adjacent in the circumferential direction among the plurality of laminated cores 30 is reversed. Therefore, for example, the magnetization easy direction R of the other laminated cores 30 may be matched with the teeth direction T except for the pair of laminated cores 30.
  • the number of first laminated cores 30A and the number of second laminated cores 30B are the same. For this reason, even if the rotor 10 rotates in any of the first rotation direction D1 and the second rotation direction D2, the peak values of the cogging torque and the torque ripple can be reduced.
  • the stator core 22 has a first laminated core 30A having an inclination k on one side (first inclination k1) and an inclination k on the other side (second inclination k2).
  • the second laminated iron cores 30B are alternately arranged in the circumferential direction.
  • the number of the laminated iron cores 30 is an even number. Therefore, it is possible to provide the motor 1 in which the effect of reducing the cogging torque and torque ripple is less dependent on the rotation direction of the rotor 10.
  • the motor 1 is suitable as a motor that rotates the rotor 10 in any direction.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of a mold configuration when the core piece 40 is punched from the strip 50.
  • the core piece 40 included in the first laminated core 30A in FIG. 1 is defined as the first core piece 40A
  • the core piece 40 included in the second laminated core 30B is defined as the second core piece. 40B.
  • a strip 50 made of a non-oriented electrical steel sheet is prepared.
  • the strip 50 made of a non-oriented electrical steel sheet extends in a longitudinal direction that coincides with the rolling direction R1 and a width direction that is orthogonal to the rolling direction R1.
  • the strip 50 is transported by a transport device (not shown) with the longitudinal direction as the transport direction. Pilot holes 51 are provided at equal intervals in the longitudinal direction at both ends of the band plate 50 in the width direction.
  • a pilot (not shown) of the transport device is inserted into the pilot hole 51, and transport and alignment are performed by the pilot.
  • a caulking hole 49 is formed in the band plate 50 by a punch device (not shown).
  • the caulking hole 49 is provided in order to join the laminated core pieces 40 in a step (second step) of forming the laminated core 30 described later.
  • one caulking hole 49 is provided for one iron core piece 40.
  • the core piece 40 is punched from the strip 50.
  • the strip 50 is provided with a reference line K1 extending in the longitudinal direction of the strip 50 (ie, the rolling direction R1).
  • the reference line K1 passes through the center of the strip 50 in the width direction.
  • the reference line K1 divides the strip 50 into a first region A1 on one side in the width direction (right side of the drawing in FIG. 3) and a second region A2 on the other side in the width direction (left side on the drawing in FIG. 3).
  • a plurality of first core pieces 40A are punched from the first area A1, and a plurality of second core pieces 40B are punched from the second area A2.
  • the tooth directions T of the plurality of first iron core pieces 40A are arranged in parallel.
  • the tooth directions T of the plurality of second iron core pieces 40B are arranged in parallel.
  • the first iron core piece 40A and the second iron core piece 40B are punched from the belt plate 50 with the inclination k in the tooth direction T with respect to the reference line K1 being opposite to each other.
  • Part of the iron core pieces 40A and 40B punched from the first area A1 and the second area A2 are arranged so as to overlap the reference line K1.
  • the core piece 40 in which the rolling direction (easy magnetization direction) R1 is inclined with respect to the tooth direction T can be formed by inclining and punching the extending direction of the element tooth portion 41 with respect to the rolling direction R1 of the strip 50. Further, by arranging the core piece 40 so that the tooth direction T is different in the first region A1 and the second region A2, the first core piece 40A having a rolling direction R1 inclined in a different direction with respect to the tooth direction T; The second core piece 40B can be formed.
  • the reference line K1 that divides the first area A1 and the second area A2 is set at the center in the width direction of the belt plate 50. It is preferable. Accordingly, the same number of first and second core pieces 40A and 40B can be easily formed with the same area of the first region A1 and the second region A2.
  • the plurality of core pieces 40 are arranged in a row inclined in the width direction of the strip 50. Further, the rows of the iron core pieces 40 positioned before and after the strip plate 50 in the rolling direction R1 (up and down in FIG. 3) are arranged to face each other, and the extending direction of the teeth portion 41 is reversed back and forth. Between the element teeth portions 41 of the iron core pieces 40 arranged in a line in the width direction, the element teeth portions 41 of the iron core pieces 40 in the opposite row are located. By arranging in this way, the number of core pieces 40 per unit area can be increased in the first region A1 and the second region A2.
  • the first region A1 and the second region A2 are partitioned by the reference line K1, and the first core piece 40A and the second core piece 40B are punched out, respectively.
  • 40 A of 1st iron core pieces and the 2nd iron core piece 40B can be formed simultaneously from the single strip 50 by a single metal mold
  • the number of core pieces 40 in the region can be increased. Therefore, the core piece 40 can be manufactured at low cost.
  • the reference line K1 overlaps at least a part of the first iron core piece 40A and the second iron core piece 40B punched from the first area A1 and the second area A2. Thereby, in the boundary of 1st area
  • the process (2nd process) which forms the laminated iron core 30 is demonstrated.
  • the core pieces 40 are laminated in the thickness direction.
  • the first iron core pieces 40A are laminated to form the first laminated iron core 30A
  • the second iron core pieces 40B are laminated to form the second laminated iron core 30B. That is, the core pieces 40 are laminated with the direction of the inclination k of the rolling direction R1 with respect to the teeth direction T aligned.
  • the core pieces 40 are laminated with the punching direction aligned. Thereby, the burr
  • the caulking holes 49 formed in the core pieces 40 are fitted together. Further, the iron core pieces 40 are fixed by caulking in the caulking holes 49. Thereby, the laminated core pieces 40 are connected.
  • the method of connecting the core pieces 40 is not limited to caulking, and means such as adhesion or laser welding may be used.
  • the first laminated cores 30A and the second laminated cores 30B are alternately arranged in the circumferential direction. That is, the pair of laminated cores 30 arranged at positions adjacent to each other in the circumferential direction are arranged so that the inclinations k are opposite to each other.
  • FIG. 4 is a view as seen from an arrow IV in FIG. 1 and shows a state before welding.
  • a shear surface 47 and a fracture surface 48 are formed on the peripheral edge surface of the laminated core pieces 40 along the punching direction, respectively.
  • a sheared surface and a fracture surface are formed in this order along the punching direction on the peripheral edge surface of the punched plate material.
  • the shear surface becomes a smooth surface, whereas the fracture surface becomes an uneven surface as if the material was peeled off. Such a broken surface may have insufficient bonding strength when bonded by welding.
  • the first iron core piece 40A and the second iron core piece 40B are punched from the same direction. Therefore, in the first laminated core 30A and the second laminated core 30B, the positions of the shear plane 47 and the fracture surface 48 are the same. Therefore, strong welding joining is performed between the shear surfaces 47, and sufficient joining strength can be obtained.
  • the stator 21 is formed by winding the coil 21 around the teeth portion 31 of the stator core 22 manufactured through the above-described processes via the insulator 23. Furthermore, the motor 1 can be manufactured by disposing the rotor 10 on the radially inner side of the stator 20.
  • the first core piece 40A and the second core piece 40B from the single strip 50 that have the opposite sides of the tooth direction T with respect to the rolling direction R1.
  • the motor 1 can be manufactured at a low cost.
  • the first iron core piece 40A and the second iron core piece 40B can be laminated with the same punching direction aligned, and when the laminated iron cores 30 are welded to each other, the positions of the shear planes 47 in the laminating direction are matched to be strong. Can be joined.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the motor 2 of this modification.
  • the coil and the insulator are omitted.
  • symbol is attached
  • the motor 2 is an 8-pole, 12-slot inner rotor type brushless motor, similar to the motor 1.
  • the motor 2 is different from the motor 1 described above in the configuration of the inclination k of the easy magnetization direction R of the plurality of laminated cores 130 with respect to the tooth direction T.
  • the motor 2 includes a stator 120 having a stator core 122, an insulator 23 (see FIG. 1), and a coil 21 (see FIG. 1).
  • the stator core 122 has twelve laminated cores 130 arranged in the circumferential direction.
  • Each laminated iron core 130 includes a core back portion 132 extending in the circumferential direction and a teeth portion 131 extending radially inward from the core back portion 132.
  • the laminated core 130 is formed by laminating iron core pieces and has an easy magnetization direction R defined by the rolling direction of the iron core pieces.
  • the 12 laminated cores 130 constituting the stator core 122 each have an easy magnetization direction R.
  • the twelve laminated cores 130 are classified into one first laminated core 130A and eleventh second laminated core 130B.
  • the first laminated core 130A and the second laminated core 130B differ in the direction of the inclination k of the easy magnetization direction R with respect to the radial direction.
  • the inclination k in the first laminated core 130A is the first inclination k1
  • the inclination k in the second laminated core 130B is the second inclination k2.
  • the stator core 122 has a pair of laminated core pairs 135.
  • the first laminated iron core 130A and the second laminated iron core 130B are adjacent to each other.
  • the first laminated iron core 130A and the second laminated iron core 130B have the easy magnetization direction R inclined toward the other side from the root side to the tip side of the tooth portion 131. That is, the pair of laminated cores 130A and 130B adjacent in the circumferential direction have the inclinations k opposite to each other.
  • the inclination k is the other side (second inclination) than the number of first laminated cores 130A where the inclination k is one side (first inclination k1) among the plurality of laminated cores 130.
  • the number of second laminated cores 130B that are k2) is large. For this reason, when the N pole or S pole of the rotor 10 rotates in the first rotation direction D1 and approaches the second laminated core 130B, the magnetic flux emitted from the N pole or S pole is the second smoothly. Can pass through the teeth 131 of the laminated core 130B, and magnetic discontinuity is reduced.
  • the motor 2 of this modification reduces the torque ripple when the rotor 10 rotates in the first rotation direction D1 by increasing the number of the second laminated cores 130B having the second inclination k2. Similarly, the cogging torque can be reduced. According to this modification, it is possible to provide a motor that is useful when the rotor 10 is used for a high frequency of use for rotating the rotor 10 in the first rotation direction D1.
  • the torque of the motor 2 is a sum of torques generated by the coils wound around the respective laminated cores 130. Therefore, the sum of the torque pulsations generated in the respective coils becomes the torque ripple of the motor 2 as a whole. If only the laminated cores 130 having the inclination k on one side are arranged, the pulsation peaks may overlap and the torque clip may become large. According to this modification, by adding the first laminated core 130A while increasing the number of the second laminated cores 130B among the plurality of laminated cores 130, the peak of pulsation is shifted, and torque ripple and cogging are shifted. The torque reduction effect can be further enhanced.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the motor 3 of this modification.
  • the coil and the insulator are omitted.
  • symbol is attached
  • the motor 3 is an 8-pole, 9-slot inner rotor type brushless motor.
  • the motor 3 is different from the motor 1 described above in the number of laminated cores 230 and the configuration of the inclination k of the easy magnetization direction R with respect to the tooth direction T.
  • the motor 3 includes a stator 220 having a stator core 222, an insulator 23 (see FIG. 1), and a coil 21 (see FIG. 1).
  • the stator core 222 has nine laminated cores 230 arranged in the circumferential direction. That is, the number of laminated cores 230 is an odd number.
  • Each laminated core 230 includes a core back portion 232 extending in the circumferential direction and a teeth portion 231 extending radially inward from the core back portion 232.
  • the laminated core 230 is formed by laminating iron core pieces and has an easy magnetization direction R defined by the rolling direction of the iron core pieces.
  • the nine laminated cores 230 constituting the stator core 222 each have an easy magnetization direction R.
  • the nine laminated cores 230 are classified into four first laminated cores 230A and five second laminated cores 230B.
  • the first laminated core 230A and the second laminated core 230B differ in the direction of the inclination k of the easy magnetization direction R with respect to the radial direction. That is, the first laminated core 230A has the first inclination k1, and the second laminated core 230B has the second inclination k2.
  • the first laminated core 230A and the second laminated core 230B are alternately arranged in the circumferential direction from the starting point S.
  • the second laminated core 230B having the second inclination k2 in the same direction is located on both sides of the starting point S.
  • the motor 3 of this modification the first laminated iron core 230A and the second laminated iron core 230B are alternately arranged in the circumferential direction, so that the magnetic discontinuity is similar to the motor 1 described above.
  • the motor 3 of the present modification has an inclination k that is greater than the number of the first laminated cores 230A having the inclination k on one side (first inclination k1).
  • the number of second laminated iron cores 230B on the other side (second inclination k2) is large.
  • the torque ripple in case the rotor 10 rotates in the 1st rotation direction D1 can be reduced effectively. Therefore, it is possible to provide the motor 3 that is useful when the rotor 10 is used for an application with a high frequency of rotating in the first rotation direction D1.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of a mold configuration when the first iron core piece 240A and the second iron core piece 240B are punched from the belt plate 250.
  • the strip 250 is provided with a reference line K2 extending in the longitudinal direction of the strip 250 (that is, the rolling direction).
  • the reference line K2 is arranged so as to be biased to one side in the width direction of the band plate 250 (the right side in FIG. 7).
  • the reference line K2 divides the band plate 250 into a first region A1 on one side in the width direction and a second region A2 on the other side in the width direction.
  • a plurality of first core pieces 240A are punched from the first region A1, and a second core piece 240B is punched from the plurality of second regions A2.
  • the second region A2 is wider than the first region A1, and the number of second core pieces 240B punched in the second region A2 is larger than the number of first core pieces 240A punched in the first region A1.
  • the necessary number of the first core pieces 240A and the second core pieces 240B having different inclinations k can be obtained from the single strip 250. Can be punched out.
  • the stator includes an insulator, but may not include these. In this case, it is preferable to apply an insulating coating to the stator core.
  • the inner rotor type motor has been described. However, the same configuration can be adopted for the outer rotor type motor.
  • the motor 4 includes a rotor 10 that rotates about a central axis J, an annular stator 320 that faces the rotor 10, and a housing that houses the rotor 10 and the stator.
  • An annular core back portion 332 and a plurality of teeth portions 331 extending in the radial direction from the core back portion 332, and the stator 320 is an iron core piece 40 in which non-oriented electrical steel sheets are laminated in the axial direction (see FIG. 2).
  • the non-oriented electrical steel sheet has a direction of easy magnetization oriented in one direction, and the feature is that the inclination of the easy magnetization direction is the same for each tooth portion 331.
  • the laminated core 330 of the stator 320 has a radially inner intersection IP1 of the radially inner peripheral surface of the teeth portion 331 when the circumferential side surface of the teeth portion 331 is extended radially inward.
  • the teeth portion 331 has an IP2 and the radially outer intersection with the radially outer peripheral surface of the core back portion 332 when the circumferential side surfaces of the plurality of teeth portions 331 wound with copper wire are extended radially outward.
  • the easy magnetization direction R is a direction in which the radially inner intersection of the radially inner circumferential surface of the tooth portion 331 and the radially outer intersection of the core back portion 332 are diagonally connected.
  • the configuration of the easy magnetization direction R in the tooth portion 331 is not limited to the present modification example, and may be applied to the above-described embodiment and each modification example. Further, the easy magnetization direction R is inclined in the direction in which the rotor 10 rotates with respect to the direction in which the teeth portion 331 extends with respect to the direction in which the teeth portion 331 extends.
  • the easy magnetization direction R is inclined by 10 ° to 45 ° in the direction in which the rotor 10 rotates with respect to the direction in which the tooth portion 331 extends.
  • the easy magnetization direction R is inclined from 10 ° to 45 °, the iron loss is suppressed, the magnetic saturation is suppressed, and the cogging torque and the torque ripple of the motor 3 are reduced. In particular, the cogging torque is reduced.
  • the easy magnetization direction R may be inclined by 25 ° to 30 ° in the direction in which the rotor 10 rotates with respect to the direction in which the tooth portion 331 extends.
  • the easy magnetization direction R is inclined from 25 ° to 35 °, so that iron loss is suppressed, magnetic saturation is suppressed, and cogging torque and torque ripple of the motor 4 are reduced.
  • FIG. 10 is a graph showing changes in torque ripple when the rolling angle (here, the inclination angle of the easy magnetization direction R with respect to the direction in which the tooth portion 331 extends) is changed. As shown in FIG. 10, according to the motor 4 having this configuration, it is possible to particularly reduce torque ripple.
  • Such a configuration of the easy magnetization direction R is not limited to the present modification, and may be applied to the above-described embodiment and each modification.
  • the easy magnetization direction R may be inclined by 20 ° to 25 ° in the direction in which the rotor 10 rotates with respect to the direction in which the tooth portion 331 extends.
  • FIG. 11 is a graph showing changes in cogging torque when the rolling angle is changed. As shown in FIG. 11, according to the motor 4 having this configuration, particularly the cogging torque can be reduced.
  • Such a configuration of the easy magnetization direction R is not limited to the present modification, and may be applied to the above-described embodiment and each modification.

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Abstract

軸方向に延びる中心軸を中心として回転する回転子と、固定子と、を備え、前記固定子は、径方向に延びるティース部を有する複数の積層鉄心を周方向に配列した固定子鉄心と、前記ティース部に巻き付けられたコイルと、を有し、前記積層鉄心は、板厚方向に積層された板状の複数の鉄心片を有し、前記鉄心片は、無方向性電磁鋼板からなり、前記鉄心片の圧延方向は、径方向に対して傾きを有し、前記積層鉄心は、前記傾きが同じ前記鉄心片を積層されてなり、周方向に隣り合う少なくとも一対の前記積層鉄心は、前記傾きが互いに逆である、モータ。

Description

モータおよびモータの製造方法
 本発明は、モータおよびモータの製造方法に関する。
 特許文献1には、方向性電磁鋼板を積層して構成された積層鉄心を備えたモータが開示されている。
特開平8-47185号公報
 特許文献1によれば、方向性電磁鋼板を用いた積層鉄心により、コギングトルクおよびトルクリップルが低減できるとされている。しかしながら、近年急速に発達した解析手法によりティース部の詳細な形状を加味した解析を行うと、積層鉄心に方向性電磁鋼板を用いたモータは、コギングトルクが改善されない場合がある。ティース部は、回転子側の永久磁石と対向して先端に広がった部分(アンブレラ部)を有する。方向性電磁鋼板の磁気特性は、強い方向性を有する為に、ティース部内を通過する磁束の方向を強く制限する。そのため、アンブレラ部の周方向側面からティース部を通過しようとする磁束が制限されてしまい、コギングトルクおよびトルクリップルが大きくなってしまう場合がある。さらに、方向性電磁鋼板は、価格が高く、またプレス加工しにくいという問題があり、無方向性電磁鋼板を用いて、コギングトルクおよびトルクリップルを低減する技術が望まれている。
 本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、無方向性電磁鋼板を用いて、コギングトルクおよびトルクリップルを低減できるモータを提供することを目的とする。
 上述した課題を解決するために、本願の例示的な第1発明のモータは、軸方向に延びる中心軸を中心として回転する回転子と、固定子と、を備え、前記固定子は、径方向に延びるティース部を有する複数の積層鉄心を周方向に配列した固定子鉄心と、前記ティース部に巻き付けられたコイルと、を有し、前記積層鉄心は、板厚方向に積層された板状の複数の鉄心片を有し、前記鉄心片は、無方向性電磁鋼板からなり、前記鉄心片の圧延方向は、径方向に対して傾きを有し、前記積層鉄心は、前記傾きが同じ前記鉄心片を積層されてなり、周方向に隣り合う少なくとも一対の前記積層鉄心は、前記傾きが互いに逆である。
 本発明に係る例示的な一実施形態によれば、コギングトルクおよびトルクリップルを低減するモータを提供できる。
図1は、一実施形態のモータの断面模式図である。 図2は、一実施形態の積層鉄心の斜視図である。 図3は、一実施形態の鉄心片を打ち抜く金型構成の一例を示す模式図である。 図4は、図1における矢印IVから見た矢視図である。 図5は、変形例1のモータの断面模式図である。 図6は、変形例2のモータの断面模式図である。 図7は、変形例2の鉄心片を打ち抜く金型構成の一例を示す模式図である。 図8は、変形例3のモータの断面模式図である。 図9は、変形例3のモータの積層鉄心の平面図である。 図10は、変形例3のモータにおいて圧延角度とトルクリップルとの関係を示すグラフである。 図11は、変形例3のモータにおいて圧延角度とコギングトルクとの関係を示すグラフである。
 以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るモータについて説明する。なお、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。
 また、図面においては、モータの中心軸Jと平行なZ軸を示す。Z軸方向は、上下方向とする。また、特に断りのない限り、以下の説明においては、上下方向(Z軸方向)に延びる中心軸Jを中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、中心軸Jを中心とする周方向、すなわち、中心軸Jの軸周りを単に「周方向」と呼び、中心軸Jと平行な方向(即ち、上下方向又はZ軸方向)を、軸方向と呼ぶ。
 なお、本明細書において、軸方向に延びる、とは、厳密に中心軸Jと平行な方向に延びる場合に加えて、軸方向に対して、45°未満の範囲で傾いた方向に延びる場合も含む。
 また、本明細書において、径方向に延びる、とは、厳密に径方向、すなわち、上下方向(Z軸方向)に対して垂直な方向に延びる場合に加えて、径方向に対して、45°未満の範囲で傾いた方向に延びる場合も含む。
 [モータ]
 図1は、本実施形態のモータ1を示す断面模式図である。
 本実施形態のモータ1は、8ポール、12スロットのインナーロータ型のブラシレスモータである。モータ1は、回転子(ロータ)10と、固定子(ステータ)20と、を備える。
 [回転子]
 回転子10は、軸方向(Z軸方向)に延びる中心軸Jを中心として回転する。回転子10は、シャフト11と、ロータコア12と、ロータマグネット(永久磁石)13と、を有する。
 シャフト11は、一方向(Z軸方向)に延びる中心軸Jを中心とする円柱形状を有する。シャフト11は、図示略のベアリングによって、軸周りに回転可能に支持されている。ロータコア12は、シャフト11を軸周りに囲んで、シャフト11に固定されている。ロータマグネット13は、ロータコア12の軸周りに沿って、ロータコア12の外側面に固定されている。ロータマグネット13は、周方向に8つの極(8極)を有する永久磁石である。ロータコア12およびロータマグネット13は、シャフト11と一体となって回転する。
 [固定子]
 固定子20は、筒形状を有し回転子10を径方向外側から囲む。固定子20は、固定子鉄心22と、インシュレータ23と、コイル21と、を有する。
 固定子鉄心22は、12個の積層鉄心30を有する。すなわち、積層鉄心30の数は、偶数である。12個の積層鉄心30は、周方向に配列されている。それぞれの積層鉄心30は、周方向に延びるコアバック部32と、コアバック部32から径方向内側に延びるティース部31と、を有する。
 コアバック部32は、周方向一方側に位置する第1の周方向端面32aと、周方向他方側に位置する第2の周方向端面32bと、を有する。第1の周方向端面32aは、周方向に向かって突出する凸部32cを有する。第2の周方向端面32bは、周方向に向かって凹む凹部32dを有する。凸部32cと凹部32dとは、周方向端面32a、32bに対して、互いに反転した形状を有している。周方向に隣接する積層鉄心30は、周方向に対向する第1の周方向端面32aと第2の周方向端面32bとが向かい合って接合される。隣接する積層鉄心30の凸部32cと凹部32dとは、嵌合する。
 ティース部31は、コアバック部32の周方向中央から延びるティース基部31aと、ティース基部31aの先端に位置するアンブレラ部31bと、を有する。アンブレラ部31bは、ティース基部31aに対し周方向両側に広がった形状を有している。アンブレラ部31bは、ロータマグネット13と対向する対向面31cを有する。対向面31cは、軸方向から見て回転子10の外周面に沿う湾曲した円弧形状を有する。
 固定子鉄心22には、複数(12個)のスロット25が設けられている。スロット25は、周方向に隣り合う2つのティース部31の側面と、コアバック部32の内側面とにより囲まれた領域である。
 インシュレータ23は、スロット25内に設けられる。インシュレータ23はティース部31の軸方向の両面を覆う図示略の絶縁部材を含んでもよい。
 コイル21は、インシュレータ23を介してティース部31に巻き付けられる。
 次に、積層鉄心30について詳細に説明する。
 図2に積層鉄心30の斜視図を示す。図2に示すように、積層鉄心30は、複数の鉄心片40を有する。複数の鉄心片40は板状であり、同形状である。同形状の鉄心片40が板厚方向に積層されるため、積層鉄心30は軸方向に沿って一様な形状を有する。
 鉄心片40は、要素ティース部(ティース部)41と、要素コアバック部42と、を有する。要素ティース部41は、鉄心片40が積層されることで、積層鉄心30のティース部31を構成する。同様に、要素コアバック部42は、鉄心片40が積層されることで、積層鉄心30のコアバック部32を構成する。
 鉄心片40は、無方向性鋼板によって構成される。ここで、無方向性鋼板とは、2014年度改定JIS C 2552(IEC 60404-8-4に対応)に規格化された無方向性電磁鋼帯と同様のものである。無方向性電磁鋼板は、鉄損の異方性の最大値が、JISで規定された閾値より小さく、磁気特性に顕著な方向性を持たせていない鋼板である。しかしながら、無方向性鋼板は、圧延板であるため、圧延方向R1に沿って、JISで規定された閾値以下の方向性を有し、圧延方向R1に磁化しやすい特性を有する。すなわち、鉄心片40は、磁化容易方向R1を有し、磁化容易方向R1は、圧延方向R1と一致する。
 図2に示す様に、要素ティース部41の延びる方向をティース方向Tとする。鉄心片40の圧延方向R1は、ティース方向Tに対して傾きkを有する。傾きkとティース方向Tとがなす角を傾き角θ1とする。本実施形態において、ティース方向Tは、モータ1の径方向と一致するため、圧延方向R1は、径方向に対して傾きkを有する。ティース方向Tに対する圧延方向R1の傾き角θ1は、0°より大きく90°より小さい。ここで、任意の傾き角θが、0°より大きく90°より小さい範囲であれば、傾き角θ1と同一の傾きkであるとする。一方で、任意の傾き角θが、傾き角θが90°より大きく180°より小さい範囲であれば、傾き角θ1と同一の傾きkではないとする。
 積層鉄心30は、傾きkが同じ鉄心片40を積層して形成される。積層鉄心30は、各鉄心片40の圧延方向R1およびR2、(R3、R4、・・・)の合成によって規定される磁化容易方向Rを有する。磁化容易方向Rは、各鉄心片の傾き角θ1およびθ2(θ3、θ4、・・・)の合成によって規定される傾きkを有する。本実施形態において、単一の積層鉄心30に含まれる鉄心片40の圧延方向R1の傾き角θ1と圧延方向R2の傾き角θ2は、一致している(図2において、θ1=θ2)。したがって、積層鉄心30の磁化容易方向Rの傾きkは、鉄心片40の圧延方向R1および圧延方向R2の傾きkと一致する。
 なお、単一の積層鉄心30に含まれる複数の鉄心片40の圧延方向R1の傾き角θ1と圧延方向R2の傾き角θ2は、異なっていてもよい(図2においてθ1≠θ2)。この場合、鉄心片40の圧延方向R1の傾きkと圧延方向R2の傾きkが同一であれば、傾きθ1とθ2が異なっていても積層鉄心30の傾きkは一致する。
 また、単一の積層鉄心30に、傾きの方向が異なる鉄心片40が含まれていてもよい。その場合、各鉄心片40の傾き角θ1およびθ2(θ3、θ4、・・・)によって合成される積層鉄心30の磁化容易方向Rが、ティース方向Tに対して所定の方向に傾きを有していればよい。同様に、単一の積層鉄心30は、圧延方向R1がティース方向Tに対して傾きを有していない鉄心片40が含まれていてもよい。しかしながら、単一の積層鉄心30に含まれる鉄心片40の圧延方向R1をティース方向Tに対する傾き方向を一致させることが好ましい。これにより、積層鉄心30の磁化容易方向Rを、ティース方向Tに対して所定の方向に確実に傾けて構成できる。
 図1に示す様に、固定子鉄心22を構成する12個の積層鉄心30は、それぞれ磁化容易方向Rを有する。12個の積層鉄心30は、径方向に対する磁化容易方向Rの傾きkの方向が異なる第1の積層鉄心30Aと、第2の積層鉄心30Bと、に分類される。第1の積層鉄心30Aの傾きkを第1の傾きk1、第2の積層鉄心30Bの傾きkを第2の傾きk2とする。第1の傾きk1は、ティース部31の根元側から先端側に向かって延び、時計回り方向である回転子の第1の回転方向D1へ向かって傾いている。つまり、第一の傾きk1は、一方側への傾きを有する。第2の傾きk2は、ティース部31の根元側から先端側に向かって延び、反時計回り方向である回転子の第2の回転方向D2へ向かって傾いている。つまり、第二の傾きk2は、他方側への傾きを有する。第1の積層鉄心30Aと第2の積層鉄心30Bの数は同数である。本実施形態において、第1の積層鉄心30Aと第2の積層鉄心30Bの数はそれぞれ6個である。第1の積層鉄心30Aと第2の積層鉄心30Bとは、周方向に交互に配列されている。すなわち、周方向に隣り合う一対の積層鉄心30A、30Bは、傾きkが互いに逆である。
 図1に示す様に、互いに隣り合う第1の積層鉄心30Aと第2の積層鉄心30Bとは、積層鉄心対35を構成する。積層鉄心対35において、第1の積層鉄心30Aと第2の積層鉄心30Bは、ティース部31の根元側から先端側に向かって磁化容易方向Rが相手側に傾いている。言い換えると、第一の積層鉄心30A、スロット25、第二の積層鉄心30Bの順で周方向に並んでいた際に、第一積層鉄心30Aと第二積層鉄心30Bのそれぞれの磁化容易方向Rは、ティース部31の根元側から先端側に向かってスロット25側に傾いている。また、異なる積層鉄心対35に属し、かつ隣り合う第1の積層鉄心30Aと第2の積層鉄心30Bは、ティース部31の根元側から先端側に向かって磁化容易方向Rが相手と反対側に傾いている。言い換えると、第二の積層鉄心30B、スロット25、第一の積層鉄心30Aの順で周方向に並んでいた際に、第一積層鉄心30Aと第二積層鉄心30Bのそれぞれの磁化容易方向Rは、ティース部31の根本側から先端側に向かってスロット25と反対側に傾いている。
 本実施形態のモータ1によれば、隣り合うティース部31間の磁気的な不連続さを軽減して、コギングトルクおよびトルクリップルを低減することができる。
 一般的なモータにおいて、コイルを貫く磁束の数は、回転子のN極又はS極がティース部のアンブレラ部の対向面に位置している場合に、最大となる。また、コイルを貫く磁束の数は、ティース部同士の間(すなわち、スロットの正面)に位置している場合に、最も少なくなる。N極又はS極が、ティース部31の正面からスロット25の正面を通過して、隣り合うティース部31の正面に移動する際に、磁気的な不連続さが生じて、コギングトルクおよびトルクリップルが生じる。
 これに対し、本実施形態のモータ1によれば、積層鉄心対35において、第1および第2の積層鉄心30A、30Bの磁化容易方向Rが、ティース方向Tに対し相手側に向かって傾いている。したがって、積層鉄心対35において、第1および第2の積層鉄心30A、30Bは、お互いのティース部31側に傾いた方向の磁束に対して鉄損および磁気飽和を抑制し磁化されやすい。これにより、コイル21を貫く磁束の変動がなだらかとなり、積層鉄心対35のティース部31同士の間(スロット25の正面)に、N極又はS極が位置する場合の磁気的な不連続さを軽減することができる。また、異なる積層鉄心対35に属し、かつ隣り合う第1および第2の積層鉄心30A、30Bに着目すると、互いのティース部31の磁化容易方向Rは、ティース方向Tに対し相手と反対側に傾いている。これにより、ティース部同士の間を回転子10のN極又はS極が通過する際の、コイル21を貫く磁束の変動がなだらかとなり、磁気的な不連続さが軽減される。
 このようにティース部31間の磁気的な不連続さが軽減されることで、コギングトルクおよびトルクリップルのピーク値を低減することができる。
 本実施形態のモータ1によれば、積層鉄心30が無方向性電磁鋼板によって形成されるため、磁化容易方向R以外の方向へも磁化しやすい。したがって、ティース部31のアンブレラ部31bにおいて、周方向側面からも磁束が通過しやすい。このため、回転子10が回転し、ティース部31を通過しようとする磁束の方向が様々に変化する場合であっても、回転に伴うティース部31内の磁気的な不連続さを生じにくく、トルクリップルを低減することができる。
 無方向性電磁鋼板は、方向性電磁鋼板と比較して安価である上に、プレスによる打ち抜き加工が容易である。積層鉄心30を無方向性電磁鋼板から構成することで、モータ1を安価に提供できる。
 なお、モータ1は、複数の積層鉄心30のうち、周方向に隣り合う少なくとも一対の積層鉄心30の傾きkが逆であれば、コギングトルクおよびトルクリップルを低減できる。したがって、例えば、一対の積層鉄心30を除き、他の積層鉄心30の磁化容易方向Rをティース方向Tと一致させてもよい。
 本実施形態のモータ1において、第1の積層鉄心30Aの数と第2の積層鉄心30Bの数が同数である。このため、第1の回転方向D1および第2の回転方向D2のいずれの方向に回転子10が回転したとしても、コギングトルクおよびトルクリップルのピーク値を低減することができる。
 本実施形態のモータ1において、固定子鉄心22は、傾きkが一方側(第1の傾きk1)である第1の積層鉄心30Aと、傾きkが他方側(第2の傾きk2)である第2の積層鉄心30Bとが、周方向に交互に配置されている。また、積層鉄心30の数は、偶数である。したがって、コギングトルクおよびトルクリップル低減の効果が、回転子10の回転方向に依存しにくいモータ1を提供できる。モータ1は、回転子10をいずれの方向にも回転させるモータとして好適である。
 [製造方法]
 次に、モータ1の製造方法について説明する。
 まず、鉄心片40を形成する工程(第1工程)について説明する。
 図3は、帯板50から鉄心片40を打ち抜く際の、金型構成の一例を示す模式図である。図3および以下の説明において、図1の第1の積層鉄心30Aに含まれる鉄心片40を第1の鉄心片40Aとし、第2の積層鉄心30Bに含まれる鉄心片40を第2の鉄心片40Bとする。
 まず無方向性電磁鋼板からなる帯板50を用意する。無方向性電磁鋼板からなる帯板50は、圧延方向R1と一致する長手方向と、圧延方向R1と直交する幅方向とに延びている。帯板50は、長手方向を搬送方向として、図示略の搬送装置により搬送される。帯板50の幅方向両端部には、パイロット穴51が長手方向に等間隔に設けられている。パイロット穴51には、搬送装置のパイロット(図示略)が挿入され、パイロットにより搬送および位置合わせが行われる。
 次いで、帯板50には、パンチ装置(図示略)によりカシメ穴49が形成される。カシメ穴49は、後段に説明する積層鉄心30を形成する工程(第2の工程)において、積層された鉄心片40同士を接合するために設けられている。本実施形態において、1つの鉄心片40に対し1つのカシメ穴49が設けられる。
 次いで、帯板50から鉄心片40を打ち抜く。図3に示す様に、帯板50には、帯板50の長手方向(すなわち圧延方向R1)に延びる基準線K1が設けられる。基準線K1は、帯板50の幅方向中央を通過する。基準線K1は、帯板50を、幅方向一方側(図3の紙面右側)の第1領域A1と、幅方向他方側(図3の紙面左側)の第2領域A2とに区画する。
 第1領域A1からは、複数の第1の鉄心片40Aが打ち抜かれ、第2領域A2からは、複数の第2の鉄心片40Bが打ち抜かれる。第1領域A1内で、複数の第1の鉄心片40Aのティース方向Tは、平行に配置されている。同様に第2領域A2内で、複数の第2の鉄心片40Bのティース方向Tは、平行に配置されている。第1の鉄心片40Aおよび第2の鉄心片40Bは、基準線K1に対するティース方向Tの傾きkを互いに逆向きとして、帯板50から打ち抜かれる。なお、第1領域A1および第2領域A2から打ち抜かれる鉄心片40A、40Bの一部は、基準線K1と重なって配置される。
 帯板50の圧延方向R1に対し要素ティース部41の延びる方向を傾けて打ち抜くことで、ティース方向Tに対して圧延方向(磁化容易方向)R1が傾いた鉄心片40を形成できる。また、第1領域A1と第2領域A2でティース方向Tが異なるように鉄心片40を配置することによって、ティース方向Tに対し異なった方向に傾く圧延方向R1を有する第1の鉄心片40Aと第2の鉄心片40Bとを形成できる。第1の鉄心片40Aと第2の鉄心片40Bとを同数だけ形成する場合には、第1領域A1と第2領域A2とを区画する基準線K1を帯板50の幅方向中央に設定することが好ましい。これにより、第1領域A1と第2領域A2との面積を同じとして、容易に同数の第1および第2の鉄心片40A、40Bを形成できる。
 第1領域A1および第2領域A2において、複数の鉄心片40は、帯板50の幅方向に傾いた列をなして配置されている。また、帯板50の圧延方向R1の前後(図3の紙面上下)に位置する鉄心片40の列同士は、向かい合って配置され、ティース部41が延びる方向が前後に反転している。幅方向に一列に並ぶ鉄心片40の要素ティース部41同士の間には、向かい合う列の鉄心片40の要素ティース部41が位置している。
 このように配置することで、第1領域A1および第2領域A2において、単位面積当たりの鉄心片40の取り数を多くすることができる。
 基準線K1により第1領域A1と第2領域A2とを区画して、それぞれ第1の鉄心片40Aおよび第2の鉄心片40Bとを打ち抜く。これにより、単一の帯板50から、単一の金型構成により、第1の鉄心片40Aと第2の鉄心片40Bとを同時に形成できる。第1の鉄心片40Aと第2の鉄心片40Bとを打ち抜く領域を区画することで、領域内での鉄心片40の取り数を増やすことができる。したがって、安価に鉄心片40を製造することができる。
 基準線K1は、第1領域A1および第2領域A2から打ち抜かれる第1の鉄心片40Aおよび第2の鉄心片40Bのうち少なくとも一部と重なる。これにより、第1領域A1と第2領域A2との境界において、第1の鉄心片40Aと第2の鉄心片40Bを入り組んで配置でき、帯板50からの鉄心片40の取り数を増やすことができる。
 次に、積層鉄心30を形成する工程(第2工程)について説明する。
 まず、図2に示す様に、鉄心片40を板厚方向に積層する。このとき、第1の鉄心片40A同士が積層されて第1の積層鉄心30Aが形成され、第2の鉄心片40B同士が積層されて第2の積層鉄心30Bが形成される。すなわち、ティース方向Tに対する圧延方向R1の傾きkの方向を揃えて鉄心片40を積層する。
 また、積層工程において、鉄心片40同士は、打ち抜き方向を揃えて積層する。これにより、打ち抜き時に生じた鉄心片40のバリが向かい合って積層されることがなく、鉄心片40同士の間に隙間が生じにくい。
 鉄心片40の積層にあたって、各鉄心片40に形成されたカシメ穴49同士が、嵌め合わされる。さらに、鉄心片40同士は、カシメ穴49においてカシメが行われて固定される。これにより、積層された鉄心片40が連結される。なお、鉄心片40同士を連結する方法は、カシメに限られるものではなく、接着又はレーザー溶接などの手段を用いても良い。
 次に、固定子鉄心22を形成する工程(第3工程)について説明する。
 まず、図1に示す様に、第1の積層鉄心30Aと第2の積層鉄心30Bとを、周方向に交互に配列する。すなわち、周方向に隣り合う位置に配列される一対の積層鉄心30は、傾きkが互いに逆となるように配列される。
 次いで、隣り合う積層鉄心30を、コアバック部32の周方向端面32a、32bにおいて、溶接により接合する。
 図4は、図1における矢印IVから見た矢視図であり、溶接前の状態を示す図である。図4に示す様に、積層された鉄心片40の周縁端面には、それぞれ打ち抜き方向に沿ってせん断面47と破断面48とが形成されている。
 一般的に、打ち抜き加工を行った板材の周縁端面には、打ち抜き方向に沿ってせん断面と破断面とがこの順で形成される。せん断面は滑らかな面となるのに対して、破断面は材料をむしり取ったような凹凸面となる。このような破断面は、溶接による接合を行った場合に、接合強度が不十分となる場合がある。
 本実施形態においては、第1の鉄心片40Aおよび第2の鉄心片40Bが同じ方向から打ち抜かれている。したがって、第1の積層鉄心30Aおよび第2の積層鉄心30Bにおいて、せん断面47および破断面48同士の位置が一致している。したがって、せん断面47同士で強固な溶接接合が行われて、十分な接合強度を得ることができる。
 以上の工程によって製造した固定子鉄心22のティース部31にインシュレータ23を介しコイル21を巻き付けて、固定子20を形成する。さらに、固定子20の径方向内側に回転子10を配置することで、モータ1を製造することができる。
 本実施形態のモータ1の製造方法によれば、単一の帯板50から、圧延方向R1に対してティース方向Tの傾きが反対側である第1の鉄心片40Aおよび第2の鉄心片40Bを打ち抜くことで、安価にモータ1を製造することができる。また、第1の鉄心片40Aと第2の鉄心片40Bを同じ打ち抜き方向を揃えて積層でき、積層鉄心30同士を溶接接合する際に、積層方向におけるせん断面47の位置を一致させて強固に接合できる。
 <変形例1>
 次に、変形例1のモータ2について説明する。
 図5は、本変形例のモータ2を示す断面模式図である。なお、図5において、コイルとインシュレータとを省略する。なお、上述のモータ1と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
 モータ2は、モータ1と同様に、8ポール、12スロットのインナーロータ型のブラシレスモータである。モータ2は、上述したモータ1と比較して、複数の積層鉄心130の磁化容易方向Rのティース方向Tに対する傾きkの構成が異なる。
 モータ2は、固定子鉄心122と、インシュレータ23(図1参照)と、コイル21(図1参照)と、を有する固定子120を備える。
 固定子鉄心122は、周方向に配列された12個の積層鉄心130を有する。それぞれの積層鉄心130は、周方向に延びるコアバック部132と、コアバック部132から径方向内側に延びるティース部131と、を有する。積層鉄心130は、上述の積層鉄心30と同様に、鉄心片が積層されてなり、鉄心片の圧延方向により規定される磁化容易方向Rを有する。
 固定子鉄心122を構成する12個の積層鉄心130は、それぞれ磁化容易方向Rを有する。12個の積層鉄心130は、1個の第1の積層鉄心130Aと、11個の第2の積層鉄心130Bと、に分類される。第1の積層鉄心130Aと第2の積層鉄心130Bとは、径方向に対する磁化容易方向Rの傾きkの方向が異なる。第1の積層鉄心130Aにおける傾きkは、第1の傾きk1であり、第2の積層鉄心130Bにおける傾きkは、第2の傾きk2である。
 図5に示す様に、固定子鉄心122は、一対の積層鉄心対135を有している。積層鉄心対135において、第1の積層鉄心130Aと第2の積層鉄心130Bとは、互いに隣り合っている。積層鉄心対135において、第1の積層鉄心130Aと第2の積層鉄心130Bは、ティース部131の根元側から先端側に向かって磁化容易方向Rが相手側に向かって傾いている。すなわち、周方向に隣り合う一対の積層鉄心130A、130Bは、傾きkが互いに逆である。
 本変形例のモータ2は、複数の積層鉄心130のうち、傾きkが一方側(第1の傾きk1)である第1の積層鉄心130Aの数より、傾きkが他方側(第2の傾きk2)である第2の積層鉄心130Bの数が多い。このため、回転子10のN極又はS極が、第1の回転方向D1に回転して第2の積層鉄心130Bに近づく場合、N極又はS極から放出される磁束は、スムーズに第2の積層鉄心130Bのティース部131を通過でき、磁気的な不連続さが軽減される。したがって、本変形例のモータ2は、第2の傾きk2を有する第2の積層鉄心130Bの数を多くすることで、回転子10が第1の回転方向D1に回転する場合にトルクリップルを低減でき、同様にコギングトルクを低減できる。本変形例によれば、回転子10を第1の回転方向D1に回転させる頻度の高い用途に用いる場合に有用なモータを提供できる。
 また、モータ2のトルクは、それぞれの積層鉄心130に巻き付けられたコイルにより生ずるトルクの合算となる。したがって、それぞれのコイルで生じるトルクの脈動の合算が、モータ2全体としてのトルクリップルとなる。一方側の傾きkを有する積層鉄心130のみを並べると脈動のピークが重なり、トルクリップも大きくなる虞がある。本変形例によれば、複数の積層鉄心130のうち、第2の積層鉄心130Bの数を多くしつつ、第1の積層鉄心130Aを加えることで、脈動のピークをずらして、トルクリップルおよびコギングトルクの低減効果をさらに高めることができる。
 <変形例2>
 次に、変形例2のモータ3について説明する。
 図6は、本変形例のモータ3を示す断面模式図である。なお、図6において、コイルとインシュレータとを省略する。なお、上述のモータ1と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
 モータ3は、8ポール、9スロットのインナーロータ型のブラシレスモータである。モータ3は、上述したモータ1と比較して、積層鉄心230の数と磁化容易方向Rのティース方向Tに対する傾きkの構成が異なる。
 モータ3は、固定子鉄心222と、インシュレータ23(図1参照)と、コイル21(図1参照)と、を有する固定子220を備える。
 固定子鉄心222は、周方向に配列された9個の積層鉄心230を有する。すなわち、積層鉄心230の数は、奇数である。それぞれの積層鉄心230は、周方向に延びるコアバック部232と、コアバック部232から径方向内側に延びるティース部231と、を有する。積層鉄心230は、上述の積層鉄心30と同様に、鉄心片が積層されてなり、鉄心片の圧延方向により規定される磁化容易方向Rを有する。
 固定子鉄心222を構成する9個の積層鉄心230は、それぞれ磁化容易方向Rを有する。9個の積層鉄心230は、4個の第1の積層鉄心230Aと、5個の第2の積層鉄心230Bと、に分類される。第1の積層鉄心230Aと第2の積層鉄心230Bとは、径方向に対する磁化容易方向Rの傾きkの方向が異なる。つまり、第1の積層鉄心230Aは第1の傾きk1を有し、第2の積層鉄心230Bは第2の傾きk2を有する。
 図6に示す様に、第1の積層鉄心230Aと第2の積層鉄心230Bとは、起点Sから周方向に交互に配列されている。本実施形態では積層鉄心230の数が奇数であるため、起点Sを挟む両側には、同じ方向の第2の傾きk2を有する第2の積層鉄心230Bが位置する。
 本変形例のモータ3は、第1の積層鉄心230Aと第2の積層鉄心230Bとが、周方向に交互に配置されていることで、上述したモータ1と同様に、磁気的な不連続さを軽減して、コギングトルクおよびトルクリップルを低減できる。
 加えて、本変形例のモータ3は、積層鉄心230の数が奇数であるために、傾きkが一方側(第1の傾きk1)である第1の積層鉄心230Aの数より、傾きkが他方側(第2の傾きk2)である第2の積層鉄心230Bの数が多い。これにより、回転子10が第1の回転方向D1に回転する場合のトルクリップルを効果的に低減できる。したがって、回転子10を第1の回転方向D1に回転させる頻度の高い用途に用いる場合に有用なモータ3を提供できる。
 次に、本変形例のモータ3の、第1の積層鉄心230Aを構成する第1の鉄心片240Aおよび第2の積層鉄心230Bを構成する第2の鉄心片240Bを形成する工程(第1工程)について説明する。
 図7は、帯板250から第1の鉄心片240Aおよび第2の鉄心片240Bを打ち抜く際の、金型構成の一例を示す模式図である。
 図7に示す様に、帯板250には、帯板250の長手方向(すなわち圧延方向)に延びる基準線K2が設けられる。基準線K2は、帯板250の幅方向の一方側(図7の紙面右側)に偏って配置される。基準線K2は、帯板250を、幅方向一方側の第1領域A1と、幅方向他方側の第2領域A2とに区画する。
 第1領域A1からは、複数の第1の鉄心片240Aが打ち抜かれ、複数の第2領域A2からは、第2の鉄心片240Bが打ち抜かれる。第2領域A2は、第1領域A1より広く、第1領域A1で打ち抜かれる第1の鉄心片240Aの数より、第2領域A2で打ち抜かれる第2の鉄心片240Bの数が多い。このように、基準線K2の位置を幅方向一方側に偏らせることで、単一の帯板250から、傾きkの異なる第1の鉄心片240Aおよび第2の鉄心片240Bを必要な数量を打ち抜くことができる。
 以上に、本発明の実施形態および変形例を説明したが、実施形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換およびその他の変更が可能である。
 例えば、上述の実施形態において、固定子は、インシュレータを有するが、これらを有していなくても良い。この場合は、固定子鉄心に絶縁コーティングをすることが好ましい。
 また、上述の実施形態においては、インナーロータ型のモータについて説明したが、アウターロータ型のモータについても、同様の構成を採用できる。
 <変形例3>
 また、図8に示すように、全ての積層鉄心330の磁化容易方向Rの傾きkが他方側(第2の傾きk2)である第2の積層鉄心330Bのみのモータ4を構成すると、回転子10が第1の回転方向D1にのみ回転させる用途の場合にはコギングトルクとトルクリップルの低減効果を得ることができる、という発明を創出することができる。なお、同様に、傾きkが一方側(第1の傾きk1)である第1の積層鉄心のみでモータを構成する場合には、回転子10が第2の回転方向D2にのみ回転させる用途の場合にはコギングトルクとトルクリップルの低減効果を得ることができる。
 本変形例のモータ4によれば、全ての積層鉄心330の傾きkが回転子10の回転方向と対向する向きとなることで、回転子10のN極がコイル21を通過する際に、コイル21を貫く磁束の変動がなだらかとなり、磁気的な不連続さが軽減される。よって、コギングトルクとトルクリップルの低減効果を得ることができる。
 モータ4であって、中心軸Jを中心に回転する回転子10と、回転子10に対向する環状の固定子320と、回転子10および固定子を収容するハウジングと、備え、固定子320は、環状のコアバック部332と、コアバック部332より径方向に延びる複数のティース部331とを有し、固定子320は無方向性電磁鋼板を軸方向に積層した鉄心片40(図2参照)からなり、無方向性電磁鋼板は一方向に向いた磁化容易方向を有し、その特徴は、各ティース部331に対し、磁化容易方向の傾きが同一である。
 また、図9に示すように、固定子320の積層鉄心330は、ティース部331の周方向側面を径方向内側に延長した際のティース部331の径方向内周面の径方向内側交点IP1、IP2を有し、ティース部331は、銅線が巻回された複数のティース部331の周方向側面を径方向外側に延長した際のコアバック部332の径方向外周面との径方向外側交点OP1、OP2を有し、磁化容易方向Rはティース部331の径方向内周面の径方向内周側交点とコアバック部332との径方向外側交点を対角線上に結んだ方向である。なお、このようなティース部331における磁化容易方向Rの構成は、本変形例に限るものではなく、上述した実施形態および各変形例に適用してもよい。
 また、磁化容易方向Rは、ティース部331が延びる方向に対して、ティース部331の延びる方向に対して、回転子10の回転する方向に傾いている。
 この構成によって、各ティース部は同一方向に磁化容易方向Rが傾斜しているため、鉄損を抑えるとともに、磁気飽和を抑え、モータ4のコギングトルクとトルクリップルの低減を実現できる。
 また、磁化容易方向Rは、ティース部331が延びる方向に対して、回転子10の回転する方向に10°から45°傾いている。
 この構成によると、磁化容易方向Rが10°から45°傾いているため鉄損を抑えるとともに、磁気飽和を抑えモータ3のコギングトルクとトルクリップルの低減を実現している。特にコギングトルクの低減を実現している。
 磁化容易方向Rはティース部331が延びる方向に対して、回転子10の回転する方向に25°から30°傾いていてもよい。
 この構成によると、磁化容易方向Rが25°から35°に傾いていることにより鉄損を抑えるとともに、磁気飽和を抑えモータ4のコギングトルクとトルクリップルの低減を実現している。図10は、圧延角度(ここでは、ティース部331が延びる方向に対する磁化容易方向Rの傾き角度)を変えた場合のトルクリップルの変化を示すグラフである。図10に示すように、この構成のモータ4によれば、特にトルクリップルの低減を実現できる。なお、このような磁化容易方向Rの構成は、本変形例に限るものではなく、上述した実施形態および各変形例に適用してもよい。
 磁化容易方向Rは、ティース部331が延びる方向に対して、回転子10の回転する方向に20°から25°傾いていてもよい。
 この構成によると、磁化容易方向Rが20°から25°に傾いているため鉄損を抑えるとともに、モータ3のトルクリップルとコギングトルクの低減を実現している。図11は、圧延角度を変えた場合のコギングトルクの変化を示すグラフである。図11に示すように、この構成のモータ4によれば、特に、コギングトルクが低減できる。なお、このような磁化容易方向Rの構成は、本変形例に限るものではなく、上述した実施形態および各変形例に適用してもよい。
1、2、3、4…モータ、10…回転子(ロータ)、11…シャフト、13…ロータマグネット(永久磁石)、20、120、220、320…固定子(ステータ)、21…コイル、22、122、222…固定子鉄心、23…インシュレータ、25…スロット、30、130、230、330、…積層鉄心、30A、130A、230A…(第1の)積層鉄心、30B、130B、230B、330B…(第2の)積層鉄心、31、131、231、331…ティース部、31a…ティース基部、31b…アンブレラ部、32、132、232、332…コアバック部、35、135…積層鉄心対、40…鉄心片、40A、240A…(第1の)鉄心片、40B、240B…(第2の)鉄心片、41…(要素)ティース部、47…せん断面、48…破断面、49…カシメ穴、50、250…帯板、A1…第1領域、A2…第2領域、D1…第1の回転方向、D2…第2の回転方向、J…中心軸、K1、K2…基準線、R…磁化容易方向(圧延方向)、R1、R2…圧延方向、S…起点、T…ティース方向、k…傾き、k1…(第1の)傾き、k2…(第2の)傾き、θ1、θ2…傾き角

Claims (11)

  1.  軸方向に延びる中心軸を中心として回転する回転子と、固定子と、を備え、
     前記固定子は、径方向に延びるティース部を有する複数の積層鉄心を周方向に配列した固定子鉄心と、前記ティース部に巻き付けられたコイルと、を有し、
     前記積層鉄心は、板厚方向に積層された板状の複数の鉄心片を有し、
     前記鉄心片は、無方向性電磁鋼板からなり、
     前記鉄心片の圧延方向は、径方向に対して傾きを有し、
     前記積層鉄心は、前記傾きが同じ前記鉄心片を積層されてなり、
     周方向に隣り合う少なくとも一対の前記積層鉄心は、前記傾きが互いに逆である、
    モータ。
  2.  前記固定子鉄心は、前記傾きが、一方側である前記積層鉄心と、前記傾きが、他方側である前記積層鉄心とが、周方向に交互に配列されている、
    請求項1に記載のモータ。
  3.  前記積層鉄心の数が、偶数である、
    請求項2に記載のモータ。
  4.  前記積層鉄心の数が、奇数である、
    請求項2に記載のモータ。
  5.  複数の前記積層鉄心のうち、前記傾きが一方側である前記積層鉄心の数より、前記傾きが他方側である前記積層鉄心の数が多い、
    請求項1に記載のモータ。
  6.  前記固定子鉄心は、12個の前記積層鉄心を有し、
     前記回転子は、周方向に8極の永久磁石を有する、
    請求項3に記載のモータ。
  7.  軸方向に延びる中心軸を中心として回転する回転子と、径方向に延びるティース部を有する固定子鉄心および前記ティース部に巻き付けられたコイルを有する固定子と、を備えたモータの製造方法であって、
     無方向性電磁鋼板からなる帯板を打ち抜いて、前記ティース部を有する板状の複数の鉄心片を形成する第1工程と、
     前記鉄心片を板厚方向に積層して、積層鉄心を形成する第2工程と、
     前記積層鉄心を周方向に配列して接合し、固定子鉄心を形成する第3工程と、を含み、
     前記第1工程において、前記帯板の圧延方向に対し前記ティース部の延びる方向を傾けて前記帯板から前記鉄心片を打ち抜き、
     前記第2工程において、前記ティース部の延びる方向に対する圧延方向の傾きを揃えて前記鉄心片を積層し、
     前記第3工程において、周方向に隣り合う位置に配列される少なくとも一対の前記積層鉄心は、前記傾きが互いに逆として配列される、
    モータの製造方法。
  8.  前記第1工程において、
     前記帯板の圧延方向に延び、前記帯板を幅方向一方側の第1領域と幅方向他方側の第2領域とに区画する基準線を設け、
     前記第1領域および前記第2領域において、前記基準線に対する前記ティース部の延びる方向の傾きを互いに逆向きとして、前記帯板から前記鉄心片を打ち抜く、
    請求項7に記載のモータの製造方法。
  9.  前記基準線が、前記第1領域および前記第2領域から打ち抜かれる鉄心片のうち少なくとも一部の鉄心片と重なる、
    請求項8に記載のモータの製造方法。
  10.  前記基準線が、前記帯板の幅方向中央を通過する、
    請求項8又は9に記載のモータの製造方法。
  11.  前記基準線が、前記帯板の幅方向の一方側に偏り、
     前記第1領域で打ち抜かれる前記鉄心片の数より、前記第2領域で打ち抜かれる前記鉄心片の数が多い、
    請求項8又は9に記載のモータの製造方法。
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