(57)【要約】【課題】従来の電動機では、ロータの極数とステータの分割数から決まるトルク脈動を打ち消すことはできなかった。【解決手段】電動機は、複数の磁極を有するロータと、コイルを巻回するための複数の歯を内周側に備えた第１ステータであって、ロータの径方向に対向して円環状に配置され、それぞれが同数の歯を備え、周方向の複数の分割面で分割された複数の分割コアからなる第１ステータと、第１ステータの軸方向に積層された第２ステータであって、第１ステータの複数の歯と軸方向に揃うように配置された複数の歯と同数の歯を備え、かつ、周方向の複数の分割面で分割された複数の分割コアからなる第２ステータと、を有し、第２ステータの分割面の位置は、第１ステータの分割面の位置とは周方向に角度α（α＝（２π／Ｎ）／２＋ｎ×（２π／Ｎ））だけずれている（ただし、Ｎ：ロータの磁極の数と分割コアの数との最小公倍数、ｎ：整数）。【選択図】図１
2020167902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の磁極を有するロータと、
コイルを巻回するための複数の歯を内周側に備えた第１ステータであって、前記ロータの径方向に対向して円環状に配置され、それぞれが同数の歯を備え、周方向の複数の分割面で分割された複数の分割コアからなる第１ステータと、
前記第１ステータの軸方向に積層された第２ステータであって、前記第１ステータの前記複数の歯と軸方向に揃うように配置された前記複数の歯と同数の歯を備え、かつ、周方向の複数の分割面で分割された複数の分割コアからなる第２ステータと、を有し、
前記第２ステータの分割面の位置は、前記第１ステータの分割面の位置とは周方向に角度αだけずれており、前記角度αは、以下の式で求められる電動機。
α＝（２π／Ｎ）／２＋ｎ×（２π／Ｎ）
ただし、
Ｎ：ロータの磁極の数と分割コアの数との最小公倍数
ｎ：整数
【請求項２】
前記第２ステータの複数の分割コアのうちの任意の１つの分割コアは、前記１つの分割コアと少なくとも一部が重なるように配置された前記第１ステータの複数の分割コアのうちの１つの分割コアを、反転対称軸を中心に反転した形状を有し、
前記反転対称軸は、前記第１ステータの前記１つの分割コアに含まれる所定の歯と前記第１ステータの中心、または、所定のスロットと前記第１ステータの中心を通り、
前記第１ステータの前記１つの分割コアの内角をθとしたとき、
前記反転対称軸と前記第１ステータの前記１つの分割コアの分割面がなす角度は、θ／２−α／２で表され、
前記反転対称軸と前記第２ステータの前記１つの分割コアの分割面がなす角度は、θ／２＋α／２で表される、
請求項１に記載の電動機。
【請求項３】
前記第１ステータの前記複数の分割面及び前記第２ステータの前記複数の分割面のうちの少なくとも１つの分割面は、隣接する前記複数の歯の間の領域に配置される、請求項１または２に記載の電動機。
【請求項４】
前記第１ステータの軸方向の長さは、前記第２ステータの軸方向の長さと同等である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分割コアステータを有する電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
周方向に分割された複数の分割コアからなるコアを備えたステータを有する電動機において、分割コア同士の境界面である分割面の磁気抵抗は、コア自身の磁気抵抗よりも高い。その結果、分割面に起因して本来望ましくない回転中のトルク脈動が生じる場合がある。
【０００３】
そこで、トルク脈動やコギングトルクの低減を目的とした電動機が提案されている（例えば、特許文献１及び２）。特許文献１には、複数の円弧状の分割コアが円環状に連結されて成る全周コアが積層されたステータコアと、マグネットが保持されたロータとを有するモータであって、分割コアは、それぞれ、複数のティースが直線状に連なった直線状の分割コアを円弧状に湾曲させて成り、全周コアは、分割コアの連結部における円周方向の位置が、互いに異なる複数の円周方向位置に配置されるように積層され、連結部における円周方向位置の数を所定の値に設定することにより、コギングトルクにおける全周コアの半径の変動によって生じる変動成分が分散され、相殺されて、コギングトルクの変動量が低減されるモータが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、Ｐ極Ｓスロットの永久磁石回転電機において、固定子鉄心が回転周方向にスロットピッチの３倍以上、Ｓ／２倍以下の区間だけ打ち抜いた電磁鋼板を任意の単位長だけ回転軸方向に積層した積層鉄心により全周を構成し、積層鉄心を回転軸方向にＤ段積み、１段目の積層鉄心に対して２段目以降の積層鉄心を１段当たりスロットピッチの倍数の角度Ｅだけ回転周方向にずらして回転軸方向に連結し、ＤとＥは固定子鉄心の回転周方向の分割で生じるティースの磁束量の減少の影響を三相に分散させる値とする永久磁石回転電機が開示されている。
【０００５】
しかしながら、従来の電動機では、極数とスロット数の組み合わせによって分割面のずらし方に様々な制約が生じるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−１１７０４３号公報
【特許文献２】特開２０１６−１６３４２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、分割コアの境界面である分割面の影響で生じるトルク脈動を抑えることが可能な電動機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の実施例に係る電動機は、複数の磁極を有するロータと、コイルを巻回するための複数の歯を内周側に備えた第１ステータであって、ロータの径方向に対向して円環状に配置され、それぞれが同数の歯を備え、周方向の複数の分割面で分割された複数の分割コアからなる第１ステータと、第１ステータの軸方向に積層された第２ステータであって、第１ステータの複数の歯と軸方向に揃うように配置された複数の歯と同数の歯を備え、かつ、周方向の複数の分割面で分割された複数の分割コアからなる第２ステータと、を有し、第２ステータの分割面の位置は、第１ステータの分割面の位置とは周方向に角度αだけずれており、角度αは、以下の式で求められる。
α＝（２π／Ｎ）／２＋ｎ×（２π／Ｎ）
ただし、
Ｎ：ロータの磁極の数と分割コアの数との最小公倍数
ｎ：整数
【発明の効果】
【０００９】
本開示の実施例に係る電動機によれば、分割コアの境界面である分割面の影響で生じるトルク脈動を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の実施例１に係る電動機を構成する第１ステータ及び第２ステータの斜視図である。
【図２】本開示の実施例１に係る電動機を構成する第１ステータの平面図である。
【図３】（Ａ）は、本開示の実施例１に係る電動機を構成する第１ステータの分割面によって、ロータが回転する際に生じるトルク脈動を表す図であり、（Ｂ）は、本開示の実施例１に係る電動機を構成する第１ステータの分割面とロータの磁極の位置関係を表す図である。
【図４】（Ａ）は、本開示の実施例１に係る電動機を構成する第１ステータの分割面によって、ロータが回転する際に生じるトルク脈動を表す図であり、（Ｂ）は、本開示の実施例１に係る電動機を構成する第２ステータの分割面によって、ロータが回転する際に生じるトルク脈動を表す図である。
【図５】図４（Ａ）のトルク脈動と図４（Ｂ）のトルク脈動を合成した結果を表す図である。
【図６】本開示の実施例１に係る電動機を構成する第１ステータ及び第２ステータの分割面とロータの磁極の位置関係を表す図である。
【図７】本開示の実施例１に係る電動機を構成する第１ステータの１つの分割コアにおける分割面の位置を表す平面図である。
【図８】（Ａ）は、本開示の実施例１に係る電動機を構成する第１ステータの１つの分割コアの平面図であり、（Ｂ）は、本開示の実施例１に係る電動機を構成する第２ステータの１つの分割コアの平面図である。
【図９】本開示の実施例１に係る電動機を構成する第１ステータ及び第２ステータのそれぞれの１つの分割コアを重ね合わせた状態の平面図である。
【図１０】本開示の実施例１に係る電動機を構成する第１ステータ及び第２ステータのそれぞれの１つの分割コアを重ね合わせた状態の斜視図である。
【図１１】本開示の実施例２に係る電動機を構成する第１ステータの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明に係る電動機について説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態には限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。
【００１２】
図１に本開示の実施例１に係る電動機を構成する第１ステータ及び第２ステータの斜視図を示す。図２に本開示の実施例１に係る電動機を構成する第１ステータの平面図を示す。本開示の実施例１に係る電動機は、ロータ１と、第１ステータ２と、第２ステータ３と、を有する。
【００１３】
ロータ１は、複数の磁極を有する。例えば、ロータ１は４２個の磁極を有する。ただし、このような例には限られない。
【００１４】
第１ステータ２は、コイル（図示せず）を巻回するための複数の歯（２１１、２１２、・・・、２１６、２２１、２２２、・・・、２２６、・・・、２６１、・・・、２６６）を内周側に備える。図１及び図２に示した例では第１ステータ２は３６個の歯（２１１、２１２、・・・、２１６、２２１、２２２、・・・、２２６、・・・、２６１、・・・、２６６）を有する。ただし、このような例には限られない。
【００１５】
第１ステータ２は、ロータ１の径方向に対向して円環状に配置され、それぞれが同数（例えば、６個）の歯を備え、周方向の複数の分割面（２１ａ、２２ａ、・・・、２６ａ）で分割された複数の分割コア（２１、２２、・・・、２６）からなる。図１及び図２に示した例では、第１ステータ２は６個の分割面（２１ａ、２２ａ、・・・、２６ａ）で分割された６個の分割コア（２１、２２、・・・、２６）からなる。ただし、このような例には限られない。また、それぞれの分割コアは同じ形状を有することが好ましい。
【００１６】
分割コアは、複数の電磁鋼板を積層して作製することが好ましい。ここで、複数の分割コアが同一形状を有している場合には、１つの形状の電磁鋼板を積層することにより、それぞれの分割コアを作製することができる。
【００１７】
第２ステータ３は、第１ステータ２の軸方向に積層されている。第２ステータ３は、第１ステータ２の複数の歯と軸方向に揃うように配置された複数の歯と同数の歯を備える。即ち、図１及び図２に示すように、第１ステータ２が３６個の歯（２１１、２１２、・・・、２６６）を有している場合には、第２ステータ３も３６個の歯を有する。さらに、第１ステータ２の歯と第２ステータ３の歯は軸方向に重なるように配置され、両者が全体として１つの歯を構成する。
【００１８】
また、第１ステータ２の軸方向の長さは、第２ステータ３の軸方向の長さと同等であることが好ましい。
【００１９】
また、第１ステータ２を構成する電磁鋼板の厚さと、第２ステータ３を構成する電磁鋼板の厚さが等しい場合は、第１ステータ２の電磁鋼板の積層数は、第２ステータ３の電磁鋼板の積層数と同数または略同数であることが好ましい。
【００２０】
さらに、図１では、第１ステータ２の上に第２ステータ３を積層して２段構成とした例を示したが、このような例には限られず、第２ステータ３の上に第１ステータ２を積層してもよいし、４段以上の偶数段構成としてもよい。
【００２１】
また、第１ステータ２及び第２ステータ３の最小単位を１枚の電磁鋼板と考えれば、第１ステータ２及び第２ステータ３を、同数または略同数の電磁鋼板を積層することにより形成した場合でも本実施例に係る電動機に適用することができる。さらに、１枚ごとに第１ステータ２と第２ステータ３が積層されていてもよい。
【００２２】
また、第２ステータ３は、周方向の複数の分割面（３１ａ、３２ａ、・・・、３６ａ）で分割された複数の分割コア（３１、３２、・・・、３６）からなる。
【００２３】
第２ステータの分割面（３１ａ、３２ａ、・・・、３６ａ）の位置は、第１ステータの分割面（２１ａ、２２ａ、・・・、２６ａ）の位置とは周方向に角度αだけずれており、角度αは、以下の式で求められる。
α＝（２π／Ｎ）／２＋ｎ×（２π／Ｎ）
ただし、
Ｎ：ロータの磁極の数と分割コアの数との最小公倍数
ｎ：整数
ここで、ロータの磁極の数を４２とし、分割コアの数を６とすると、これらの最小公倍数は４２である。従って、αの値は、π／４２、３π／４２、５π／４２、・・・[ｒａｄ]と求められる。
【００２４】
また、後述するように、分割コア２１と分割コア３１は、反転対称軸２１ｃを中心として反転した形状となっている。第１ステータ２及び第２ステータ３の他の分割コアについても、反転対称軸２２ｃ〜２６ｃを中心として反転した形状となっている。
【００２５】
次に、分割面の位置とトルク脈動との関係について説明する。まず、第１ステータ２が単独で存在する場合に発生するトルク脈動について説明する。図３（Ａ）は、本開示の実施例１に係る電動機を構成する第１ステータの分割面によって、ロータが回転する際に生じるトルク脈動を表す図である。図３（Ｂ）は、本開示の実施例１に係る電動機を構成する第１ステータの分割面とロータの磁極の位置関係を表す図である。図３（Ｂ）は、円環状のステータを直線状に置き換えた図を示している。図３（Ｂ）に示すように、第１ステータ２の複数の歯と対向するように配置されたロータ１の１つの磁極対１ａが移動するものとすると、磁極対１ａが分割面２１ａを通過するときにトルク脈動が生じる。ロータ１が４２個の磁極を有する場合には、ロータ１が１回転すると、図３（Ａ）に示すように、ロータ１の磁極の数と分割コア（２１〜２６）の数との最小公倍数の数だけトルク脈動が生じることとなる。本実施例では分割面の数を６個としているため、１回転あたり４２回のトルク脈動が生じる。
【００２６】
第１ステータ２と第２ステータ３の分割面が軸方向に同じ位置に存在する場合には、第２ステータ３の分割面でも第１ステータ２の分割面と同じ位置でトルク脈動が生じる。即ち、この場合は、図３（Ａ）に示したトルク脈動の大きさの２倍の大きさのトルク脈動が発生することとなる。
【００２７】
これに対して、本実施例に係る電動機においては、第２ステータ３の分割面の位置を第１ステータ２の分割面の位置とは、ずらした位置に配置することによりトルク脈動を抑制している。図４（Ａ）は、本開示の実施例１に係る電動機を構成する第１ステータの分割面によって、ロータが回転する際に生じるトルク脈動を表す図である。図４（Ｂ）は、本開示の実施例１に係る電動機を構成する第２ステータの分割面によって、ロータが回転する際に生じるトルク脈動を表す図である。図５は、図４（Ａ）のトルク脈動と図４（Ｂ）のトルク脈動を合成した結果を表す図である。図６は、本開示の実施例１に係る電動機を構成する第１ステータ及び第２ステータの分割面とロータの磁極の位置関係を表す図である。
【００２８】
図４（Ａ）に示すように、第１ステータ２の分割面によって、ロータ１が１回転することによりトルクはＮ回脈動する。従って、トルク脈動の周期は２π／Ｎとなる。ここで、図４（Ｂ）に示すように、第２ステータ３にも分割面が形成されているため、同様に、ロータ１が１回転することによりトルクはＮ回脈動し、トルク脈動の周期は２π／Ｎとなる。
【００２９】
トルク脈動は、ロータ１の磁極が分割面を通過する際に生じるため、第２ステータ３の分割面の位置を第１ステータの分割面の位置とは異なる位置に設けることにより、第１ステータ２に生じるトルク脈動の周期と第２ステータ３に生じるトルク脈動の周期をずらすことができる。第１ステータ２に生じるトルク脈動と第２ステータ３に生じるトルク脈動を合成した全体のトルク脈動が最も小さくなるのは、第１ステータ２に生じるトルク脈動と第２ステータ３に生じるトルク脈動が半周期ずれる場合である。ここで、トルク脈動の周期は２π／Ｎであるので、半周期は（２π／Ｎ）／２となる。そこで、第２ステータ３の分割面の位置を第１ステータの分割面の位置とは半周期（（２π／Ｎ）／２）だけずれた位置に設けるようにする。
【００３０】
上記の説明では、第２ステータ３の分割面の位置を第１ステータの分割面の位置と半周期だけずらす場合について説明したが、さらにｎ周期分（ｎは整数）だけずらすようにしてもトルク脈動を抑制することができる。従って、第２ステータ３の分割面（例えば、３１ａ）の位置を第１ステータ２の分割面（例えば、２１ａ）の位置とは周方向に角度αだけずらす場合、角度αを以下の式（１）のように設定することによりトルク脈動を抑制することができる。
α＝（２π／Ｎ）／２＋ｎ×（２π／Ｎ）            （１）
ただし、Ｎは、ロータの磁極の数と分割コアの数との最小公倍数であり、ｎは整数である。
【００３１】
上記のように第２ステータ３の分割面の位置を第１ステータの分割面の位置に対して角度αだけずらした場合の全体のトルク脈動は図５のようにほぼ平坦となる。従って、第１ステータ２の分割面と第２ステータ３の分割面の位置を角度αだけずらすことによりトルク脈動を抑制することができる。
【００３２】
さらに、図６に示すように、第１ステータ２の歯と第２ステータ３の歯の位置は軸方向に同じ位置に配置されている。例えば、歯２１６と歯３２１の中心線を２１０とし、歯２６１と歯３１１の中心線を２６０とすると、中心線２１０と２６０がなす角度は分割コア１つ分の内角θに相当する。さらに、分割面２１ａと分割面３１ａの中心線を、中心線２１０と一致するように設定すれば、中心線２１０から分割面２１ａまでの角度はα／２となり、中心線２１０から分割面３１ａまでの角度は−α／２となる。
【００３３】
中心線２１０と２６０の中心線を２１ｃとすると、中心線２１ｃから分割面２１ａまでの角度はθ／２＋α／２となり、中心線２１ｃから分割面３１ａまでの角度はθ／２−α／２となる。同様に、中心線２１ｃから分割面２６ａまでの角度はθ／２−α／２となり、中心線２１ｃから分割面３６ａまでの角度はθ／２＋α／２となる。以上より、分割コア２１と分割コア３１は中心線２１ｃを反転対称軸として反転させた位置に配置されていることがわかる。
【００３４】
図７に図６の分割コア２１の平面図を示す。第１ステータ２の中心Ｏと歯２１６の中心とを結んだ線が中心線２１０となり、第１ステータ２の中心Ｏと歯２６１の中心とを結んだ線が中心線２６０となる。中心線２１０と中心線２６０の中心を反転対称軸２１ｃとすれば、中心線２１０と中心線２６０のなす角度が分割コア１つ分の内角であるθであり、反転対称軸２１ｃと中心線２１０とがなす角度がθ／２となり、反転対称軸２１ｃと中心線２６０とがなす角度がθ／２となる。図６に示したように、中心線２１０と分割面２１ａとがなす角度がα／２であるから、反転対称軸２１ｃと分割面２１ａとがなす角度はθ／２＋α／２となる。同様に、中心線２６０と分割面２６ａとがなす角度がα／２であるから、反転対称軸２１ｃと分割面２６ａとがなす角度はθ／２−α／２となる。
【００３５】
以上説明したように、第２ステータ３の複数の分割コアのうちの任意の１つの分割コア（例えば、３１）は、１つの分割コアと少なくとも一部が重なるように配置された第１ステータ２の複数の分割コアのうちの１つの分割コア（例えば、２１）を、反転対称軸（例えば、２１ｃ）を中心に反転した形状を有する。さらに、反転対称軸２１ｃは、第１ステータ２の１つの分割コア２１に含まれる所定の歯（例えば、２１３）と第１ステータ２の中心Ｏ、または、所定のスロットと第１ステータ２の中心を通り、第１ステータ２の１つの分割コア２１の内角をθとしたとき、反転対称軸２１ｃと第１ステータ２の１つの分割コア２１の分割面２６ａがなす角度は、θ／２−α／２で表され、反転対称軸２１ｃと第２ステータ３の１つの分割コア３１の分割面３６ａがなす角度は、θ／２＋α／２で表される。
【００３６】
上述したように、分割面の位置を決定する角度αの値は複数の値をとることができる。従って、分割面の位置は、設定したαの値に従って、円周上の種々の位置に設定することができる。しかしながら、第１ステータ２の複数の分割面及び第２ステータ３の複数の分割面のうちの少なくとも１つの分割面は、隣接する複数の歯の間の領域に配置されることが好ましい。これは、分割面が、歯が形成された部分に配置されると、歯が形成されていない部分に形成された場合に比べて、分割面の断面積が大きくなることにより、分割面に起因したトルク脈動が大きくなるためである。
【００３７】
次に、第１ステータ２の分割コア及び第２ステータ３の分割コアの配置方法について説明する。図８（Ａ）に本開示の実施例１に係る電動機を構成する第１ステータ２の１つの分割コア２１の平面図を示す。分割コア２１の両端面がそれぞれ分割面２１ａ、２６ａとなっている。また、歯２１１〜２１６のうち、歯２１３の中心軸を反転対称軸２１ｃとする。
【００３８】
図８（Ｂ）に、本開示の実施例１に係る電動機を構成する第２ステータ３の１つの分割コア３１の平面図を示す。分割コア３１の両端面がそれぞれ分割面３１ａ、３６ａとなっている。また、歯３１１〜３１６のうち、歯３１４の中心軸を反転対称軸２１ｃとする。このとき、図８（Ａ）に示した分割コア２１を、反転対称軸２１ｃを中心にして反転させると図８（Ｂ）に示した分割コア３１となる。
【００３９】
図９に、本開示の実施例１に係る電動機を構成する第１ステータ及び第２ステータのそれぞれの１つの分割コアを重ね合わせた状態の平面図を示す。図１０に、本開示の実施例１に係る電動機を構成する第１ステータ及び第２ステータのそれぞれの１つの分割コアを重ね合わせた状態の斜視図を示す。分割コア２１及び分割コア３１を、反転対称軸２１ｃを合せるようにして積層することにより、本実施例に係る電動機を構成する分割コアを形成することができる。
【００４０】
また、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示すように、反転対称軸２１ｃを中心にして分割コア２１を反転させると分割コア３１が得られる。従って、分割コアを複数の電磁鋼板を積層して形成する場合、１つのパターンのみを打ち抜き、一方は打ち抜いた電磁鋼板をそのまま積層することにより第１ステータ２の分割コアを形成し、他方は打ち抜いた電磁鋼板を反転させてから積層することにより第２ステータ３の分割コアを形成することができる。従って、本実施例によれば、１つの打ち抜きパターンを用いて、第１ステータ及び第２ステータのそれぞれの分割コアを製造することができるため、分割コアの製造工程を簡略化することができる。
【００４１】
次に、本開示の実施例２に係る電動機について説明する。図１１に、本開示の実施例２に係る電動機を構成する第１ステータの平面図を示す。実施例１においては、ロータ極数を４２、分割数を６としたが、このような例には限られない。実施例２に係る電動機において、ロータ極数を４、分割数を３とした例について説明する。この場合、ロータ極数と分割数の最小公倍数は１２となる。従って、分割面とロータ極数により発生するトルク脈動の周期は２π／１２［ｒａｄ］と求められる。
【００４２】
このトルク脈動は第１ステータと第２ステータにおいて、それぞれ同じ周期で発生するので、位相差αを設けることでトルク脈動を抑制することができる。必要な位相差αは以下の式で求められる。
α＝（２π／１２）／２＋ｎ×（２π／１２）＝π／１２、３π／１２、５π／１２，・・・[ｒａｄ]
（ｎ＝０，±１，±２・・・）
【００４３】
上記のようにして算出されたαの中から適当な値を選択する。第１ステータと第２ステータは反転して積層するため、第１ステータと第２ステータでは反転対称となる分割面に対してはα／２だけずらせばよい。
【００４４】
以上説明したように、本開示の実施例に係る電動機によれば、分割面に起因したトルク脈動を抑制可能なステータを簡便に製造することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１    ロータ
２    第１ステータ
３    第２ステータ
２１〜２６、３１〜３６    分割コア
２１ａ〜２６ａ、３１ａ〜３６ａ    分割面
２１ｃ    反転対称軸
【図１】
2020167902.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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