(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヨーク部と、前記ヨーク部から内周方向へ突出する複数のティース部と、を有する電磁鋼板を電動機の回転軸方向に積層してなり、隣り合う前記ティース部と前記ヨーク部とで形成するスロットが周方向に複数並ぶ電動機のステータにおいて、
隣接する２つの前記スロットでは前記ヨーク部の剛性が異なり、かつ同一の前記スロットでは前記回転軸方向の一端側と他端側で前記ヨーク部の剛性が異なり、
隣接する前記スロット間の前記ヨーク部に溝部を設けるか否かによって、隣接する前記スロット間及び同一スロットの前記回転軸方向両端間の剛性を異ならせ、
回転軸方向の一端から他端側へ向けて延び、かつ他端までは達しない前記溝部を備える前記ヨーク部と、回転軸方向の他端から一端側へ向けて延び、かつ一端までは達しない前記溝部を備える前記ヨーク部とが周方向に交互に並ぶ、
ことを特徴とする電動機のステータ。
【請求項２】
隣接する前記スロットの一方に設けた前記溝部の軸方向長さと他方に設けた前記部の軸方向長さを加算した値が、ステータの軸方向長さ以下である請求項１に記載の電動機のステータ。
【請求項３】
ヨーク部と、前記ヨーク部から内周方向へ突出する複数のティース部と、を有する電磁鋼板を電動機の回転軸方向に積層してなり、隣り合う前記ティース部と前記ヨーク部とで形成するスロットが周方向に複数並ぶ電動機のステータにおいて、
隣接する２つの前記スロットでは前記ヨーク部の剛性が異なり、かつ同一の前記スロットでは前記回転軸方向の一端側と他端側で前記ヨーク部の剛性が異なり、
隣接する前記ティース部の互いに対向する面の少なくとも一部を接続する接続部材を配置するか否かによって、隣接するスロット間及び同一スロットの前記回転軸方向両端間の剛性を異ならせる、
ことを特徴とする電動機のステータ。
【請求項４】
回転軸方向の一端から他端側へ向けて延び、かつ他端までは達しない前記接続部材を備える前記スロットと、回転軸方向の他端から一端側へ向けて延び、かつ一端までは達しない前記接続部材を備える前記スロットとが周方向に交互に並ぶ請求項３に記載の電動機のステータ。
【請求項５】
隣接する前記スロットの一方に設けた前記接続部材の軸方向長さと他方に設けた前記接続部材の軸方向長さを加算した値が、ステータの軸方向長さ以下である請求項４に記載の電動機のステータ。
【請求項６】
ヨーク部と、前記ヨーク部から内周方向へ突出する複数のティース部と、を有する電磁鋼板を電動機の回転軸方向に積層してなり、隣り合う前記ティース部と前記ヨーク部とで形成するスロットが周方向に複数並ぶ電動機のステータにおいて、
隣接する２つの前記スロットでは前記ヨーク部の剛性が異なり、かつ同一の前記スロットでは前記回転軸方向の一端側と他端側で前記ヨーク部の剛性が異なり、
一の前記スロットに前記溝部と前記接続部材を有し、
前記溝部を設けた軸方向範囲では前記接続部材の配置を禁止し、前記接続部材を配置した軸方向範囲では前記溝部の配置を禁止する、
ことを特徴とする電動機のステータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機のステータの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステータのティース先端の開口部に、絶縁部材で形成したウェッジを設置することにより、ティースの周方向の振動を抑制し、電動機の音振性能の向上を図る技術が特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２４５４０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、電動機においては、ステータのティース先端と回転子の間に発生する径方向の電磁力が回転子の回転に伴って周期的に変動し、これが加振力となって固定子を円環振動させる。このステータの円環振動が固定子外周側のケースに伝播し、ケースが径方向に振動して音が発生する。特に加振力の周期的な変動と円環振動が一致すると、ステータが共振して大きな騒音を発生する。
【０００５】
特許文献１に記載の技術では、ティース先端の周方向の動きを制限することでティースの周方向の振動を抑制しているが、ティースの周方向振動は加振力と共振することがなく、ステータが径方向に振動することもないので、騒音の抑制効果が乏しいという問題があった。
【０００６】
そこで本発明では、ステータの径方向の振動を抑制することによって騒音を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電動機のステータは、ヨーク部と、ヨーク部から内周方向へ突出する複数のティース部と、を有する電磁鋼板を電動機の回転軸方向に積層してなり、隣り合う前記ティース部と前記ヨーク部とで形成するスロット部が周方向に複数並ぶ。そして、隣接する２つのスロットではヨーク部の剛性が異なり、かつ同一のスロットでは回転軸方向の一端側と他端側でヨーク部の剛性が異なる。隣接する前記スロット間及び同一スロットの前記回転軸方向両端間の剛性は、隣接する前記スロット間の前記ヨーク部に溝部を設けるか否かによって異ならせ、回転軸方向の一端から他端側へ向けて延び、かつ他端までは達しない前記溝部を備える前記ヨーク部と、回転軸方向の他端から一端側へ向けて延び、かつ一端までは達しない前記溝部を備える前記ヨーク部とが周方向に交互に並ぶ。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ステータが円環振動する際にティース部が捩れて、せん断歪みが生じる。電磁鋼板を積層してなるステータでは、ティース部にせん断歪みが発生すると各電磁鋼板間に摩擦力が生じ、この摩擦力がステータの円環振動を減衰させる抵抗として働くので、ステータの振動に起因する電動機の振動騒音が低減する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態を適用する電動機の軸方向から見た断面図である。
【図２】第１実施形態のステータについて示しており、（ａ）はステータを電動機の軸方向から見た正面図、（ｂ）は（ａ）のII−II線に沿った断面図、（ｃ）はステータを（ａ）と反対側から見た背面図である。
【図３】ステータの振動モードを示す図である。
【図４】ｎ＝０の振動モードにおけるステータの変形について示した図であり、（ａ）は本実施形態について、（ｂ）は溝部を有しない構成について示している。
【図５】振動低減効果について説明するための図である。
【図６】第２実施形態のステータについて示しており、（ａ）はステータを電動機の軸方向から見た正面図、（ｂ）は（ａ）のVI−VI線に沿った断面図、（ｃ）はステータを（ａ）と反対側から見た背面図である。
【図７】第３実施形態のステータについて示しており、（ａ）はステータを電動機の軸方向から見た正面図、（ｂ）は（ａ）のVII−VII線に沿った断面図、（ｃ）はステータを（ａ）と反対側から見た背面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１は、第１実施形態を適用する電動機１の軸方向から見た断面図である。
【００１２】
電動機１は交流モータであり、回転を伝達するシャフト２に連結したロータ３と、ロータ３の周囲を取り囲むステータ４と、ステータ４の外周側を覆うケース５と、を備えている。
【００１３】
ロータ３は、円筒状に形成したステータ４の内周側に所定の微小間隔を空けて配置したインナー型の回転子であり、ロータコア３１と、ロータコア３１の内部に埋め込んだ永久磁石３２等で構成する。
【００１４】
ロータコア３１は、渦電流を防止するために薄い板状の鋼板を積層して形成したものであり、その内部の外周近くには、軸方向から見たときに円環状になるよう複数の永久磁石３２を固定する。これらの永久磁石３２は、ロータ３１をステータ４に組み付けた状態で、後述するステータ４の電磁石との間に磁路を形成する。
【００１５】
ステータ４は、円筒状に形成した固定子である。このステータ４は、渦電流を防止するために電磁鋼板を軸方向に積層して形成したもので、ヨーク部４０と、ヨーク部４０から中心方向に歯状に突出したティース部４１と、ティース部４１を覆うように被せる絶縁部材６と、ティース部４１の周囲に絶縁部材６を介して巻き回したコイル４２と、を備える。
【００１６】
隣り合うティース部４１とヨーク部４０の内周面とで形成される空間をスロット４３としたときに、スロット４３に臨むヨーク部内周面には溝５１、５２を設ける。この溝５１、５２の詳細については後述する。
【００１７】
なお、ステータ４は、図１に示した円盤状の電磁鋼板を軸方向に積層して形成してもよいし、図１に示した円断面を周方向に複数に分割した、いわゆる分割タイプとしてもよい。
【００１８】
図２は、溝５１について説明するための図であり、（ａ）はステータ４を図１と同様に電動機１の軸方向から見た正面図、（ｂ）は（ａ）のII−II線に沿った断面図、（ｃ）はステータ４を（ａ）と反対側から見た背面図である。
【００１９】
図２（ａ）に示すように、ステータ４には６個のスロット４３が、周方向に等間隔で並ぶ。このうち溝５１を設けるスロット４３は３個であり、溝５１を設けるスロット４３と設けないスロット４３が交互に並ぶ。
【００２０】
ここでいう溝５１及び後述する溝５２とは、ヨーク部４０のスロット４３に臨む面からステータ４の径方向外側に向けて設ける切り込みのことをいう。
【００２１】
一方、溝５２についても、図２（ｃ）に示すように溝５２を設けるスロット４３と設けないスロット４３も交互に並ぶ。ただし、溝５１を設けたスロット４３には溝５２を設けず、溝５２を設けたスロット４３には溝５１を設けない。つまり、溝５１を設けたスロット４３と溝５２を設けたスロット４３が周方向に交互に並ぶ。
【００２２】
また、図２（ｂ）に示すように、溝５１はステータ４の一端から軸方向に沿ってステータ４の中央付近まで伸び、溝５２はステータ４の他端から軸方向に沿ってステータ４の中央付近まで伸びる。ただし、溝５１と溝５２の軸方向長さは、いずれもステータ４の軸方向長さの半分を超えないように設定する。
【００２３】
次に、溝５１、５２を設けたことによる作用効果について説明する。
【００２４】
電動機１を運転させると、ティース部４１の内周側先端とロータ３との間に作用する電磁力がロータ３の回転に伴って周期的に変化し、これにより固定子であるステータ４に円環振動が発生する。この円環振動の形態を観察したところ、図３に示すような振動モードとなることがわかった。
【００２５】
図４は、図３の振動モードのなかで最も発音効率が高いｎ＝０の振動モードにおけるステータ４の変形について調べた結果を示しており、（ａ）は本実施形態について、（ｂ）は比較のための溝５１、５２を設けないステータ（これを従来型という）について示している。
【００２６】
従来型では、振幅と位相が軸方向の一端から他端まで一様である。これに対して本実施形態のステータ４では、溝５１、５２を設けたことにより剛性が軸方向で一様ではなくなるので、軸方向両端部で振動モードの振幅および位相がずれてティース部４１が捩れ、この捩れによってせん断歪みが発生する。ステータ４は薄板を軸方向に多数積層して構成しているので、ティース部４１にせん断歪みが発生すると各薄板間に摩擦が生じる。そして、この摩擦がステータ４の円環振動を減衰させる抵抗として働くので、ステータ４の振動に起因する電動機１の振動騒音が低減する。
【００２７】
図５は、上記の振動低減効果を示す図である。横軸は周波数[Ｈｚ]、縦軸は振動強度[ｄＢ]を示しており、実線は本実施形態の振動について、破線は従来型の振動について示している。
【００２８】
従来型で最も振動強度が高い周波数（ｎ＝０の振動モードの場合の周波数）において、本実施形態と従来型の振動強度を比較すると、図５に示すように本実施形態の方が、明らかに振動強度が低くなっていることがわかる。
【００２９】
以上により本実施形態では、次のような効果をえることができる。
【００３０】
（１）隣接する２つのスロット４３ではヨーク部４０の剛性が異なり、かつ同一のスロット４３では回転軸方向の一端側と他端側でヨーク部４０の剛性が異なるので、ステータ４が円環振動する際にティース部４１が捩れるように変形する。この際に電磁鋼板間に発生する摩擦力によって振動が減衰し、騒音が低減する。
【００３１】
（２）隣接するスロット４３間のヨーク部４０に溝部を設けるか否かによって、隣接するスロット４３間及び同一スロット４３の回転軸方向両端間の剛性を異ならせる。このため、電磁鋼板成形用の抜き型の形状を変更するだけで溝５１、５２を設けることができる。つまり、溝５１、５２を設けるための新たな部材が必要ないので、コスト増加を防止できる。
【００３２】
（３）回転軸方向の一端から他端側へ向けて延び、かつ他端までは達しない溝５１を備えるヨーク部４０と、回転軸方向の他端から一端側へ向けて延び、かつ一端までは達しない溝部５２を備えるヨーク部４０とが周方向に交互に並ぶ。したがって、電磁鋼板成形用の抜き型は１種類だけ用意すれば済むので、コスト増加を防止できる。
【００３３】
（４）隣接するスロット４３の一方に設けた溝５１の軸方向長さと他方に設けた溝部５２の軸方向長さを加算した値が、ステータ４の軸方向長さ以下であるので、ヨーク部４０の径方向厚が全周にわたって薄くなる部分がない。これにより共振周波数の低下を抑制することができる。
【００３４】
第２実施形態について説明する。
【００３５】
図６は、本実施形態のステータ４について説明するための図であり、（ａ）はステータ４を図１と同様に電動機１の軸方向から見た正面図、（ｂ）は（ａ）のVI−VI線に沿った断面図、（ｃ）はステータ４を（ａ）と反対側から見た背面図である。
【００３６】
磁気回路の構成上、隣り合うティース部４１の先端は開放している必要がある。つまり、スロット４３はステータ４の内周側に向けて開放している必要がある。
【００３７】
本実施形態では、図６（ａ）、（ｃ）に示すように、セラミックや樹脂等の絶縁部材で形成した接続部材６１、６２をこの開放している空隙部に挟み込むように配置する。
【００３８】
図６（ａ）に示すように、接続部材６１はステータ４の一端から他端に向けて延びるが、他端まで到達しない軸方向長さである。この接続部材６１を配置するスロット４３と配置しないスロット４３が周方向に交互に並ぶ。
【００３９】
一方、接続部材６２はステータ４の他端から一端に向けて延びるが、一端まで到達しない軸方向長さである。そして、接続部材６１と同様に、接続部材６２を配置するスロット４３と設けないスロット４３が交互に並ぶ。
【００４０】
ただし、接続部材６１を配置したスロット４３には接続部材６２を配置せず、接続部材６２を設けたスロット４３には接続部材６１を配置しない。つまり、接続部材６１を配置したスロット４３と接続部材６２を配置したスロット４３が周方向に交互に並ぶ。
【００４１】
また、図６（ｂ）に示すように、軸方向に沿った断面上で接続部材６１と接続部材６２の軸方向位置が重ならないようにする。
【００４２】
上記のように接続部材６１または接続部材６２を配置すると、配置した部位では隣り合うティース部４１が支えあうことでティース部４１の周方向の振動を抑制できる。一方、配置しない部位ではこのような効果はないので、ティース部４１の周方向への振動は接続部材６１、６２を配置した部位に比べて大きくなる。
【００４３】
したがって、電動機１を運転してステータ４が円環振動したときに、ステータ４の変形は軸方向で一様にはならず、ティース部４１が積層平面でせん断されるように捩れ、ティース部４１にせん断歪みが生じる。ステータ４は薄板を軸方向に多数積層して構成しているので、ティース部４１にせん断歪みが発生すると各薄板間に摩擦が生じる。そして、この摩擦がステータ４の円環振動を減衰させる抵抗として働くので、ステータ４の振動に起因する電動機１の振動騒音が低減する。
【００４４】
以上により本実施形態では、第１実施形態と同様の効果に加え、さらに次のような効果が得られる。
【００４５】
（５）隣接するティース部４１の互いに対向する面の少なくとも一部を接続する接続部材６１、６２を配置するか否かによって、隣接するスロット４３間及び同一スロット４３の回転軸方向両端間の剛性を異ならせるので、磁気回路に影響を与えることなく剛性を異ならせることができる。
【００４６】
（６）回転軸方向の一端から他端側へ向けて延び、かつ他端までは達しない接続部材６１を備えるスロット４３と、回転軸方向の他端から一端側へ向けて延び、かつ一端までは達しない接続部材６２を備えるスロット４３とが周方向に交互に並ぶ。したがって、接続部材６１、６２は１種類だけ製作すれば足りるので、コスト増加を防止できる。
【００４７】
（７）隣接するスロット４３の一方に設けた接続部材６１の軸方向長さと他方に設けた接続部材６２の軸方向長さを加算した値が、ステータ４の軸方向長さ以下なので、接続した部分とそうでない部分の境界におけるせん断変形をより大きくすることができる。これにより、振動の減衰効果をより大きくすることができる。
【００４８】
第３実施形態について説明する。
【００４９】
図７は、本実施形態のステータ４について説明するための図であり、（ａ）はステータ４を図１と同様に電動機１の軸方向から見た正面図、（ｂ）は（ａ）のVII−VII線に沿った断面図、（ｃ）はステータ４を（ａ）と反対側から見た背面図である。
【００５０】
図７（ａ）に示すように、ステータ４には６個のスロット４３が、周方向に等間隔で並ぶ。このうち溝５１を設けるスロット４３は３個であり、溝５１を設けるスロット４３と設けないスロット４３が交互に並ぶ。
【００５１】
一方、溝５２についても、図７（ｃ）に示すように溝５２を設けるスロット４３と設けないスロット４３が交互に並ぶ。ただし、溝５１を設けたスロット４３と溝５２を設けたスロット４３は周方向に交互に並ぶ。
【００５２】
また、図７（ｂ）に示すように、溝５１はステータ４の一端から軸方向に沿ってステータ４の中央付近まで伸び、溝５２はステータ４の他端から軸方向に沿ってステータ４の中央付近まで伸びる。ただし、溝５１と溝５２の軸方向長さは、いずれもステータ４の軸方向長さの半分を超えないように設定する。
【００５３】
さらに、図７（ａ）、（ｃ）に示すように、セラミックや樹脂等で形成した接続部材６１、６２を隣接するティース部４１間の空隙部に挟み込むように配置する。
【００５４】
図７（ａ）に示すように、接続部材６１はステータ４の他端から一端に向けて延びるが、一端まで到達しない軸方向長さである。この接続部材６１を配置するスロット４３は溝５１を設けるスロット４３である。
【００５５】
一方、接続部材６２はステータ４の一端から他端に向けて延びるが、他端まで到達しない軸方向長さである。接続部材６２を配置するスロット４３は溝５２を設けるスロット４３である。
【００５６】
また、図７（ｂ）に示すように、軸方向に沿った断面上で接続部材６１と接続部材６２の軸方向位置が重ならないようにする。
【００５７】
すなわち、溝５１、５２を設けた側の軸方向端部では隣接するティース部４１間が開放しており、溝５１、５２を設けない側の軸方向端部では接続部材６１、６２によってティース部４１間を接続する。
【００５８】
上記のように、本実施形態のステータ４は、溝５１、５２を設けた軸方向範囲ではティース部４１の先端は開放しており、溝５１、５２を設けていない軸方向範囲では接続部材６１、６２でティース部４１の先端部が接続されている。
【００５９】
これにより、溝５１、５２を設けたスロット４３に隣接するティース部４１の周方向への振動が接続部材６１、６２により妨げられることがない。また、溝５１、５２及び接続部材６１、６２の軸方向長さの設定次第で、溝５１、５２を設けることによる共振周波数の低下と、接続部材６１、６２を配置することによる共振周波数の上昇のバランスを調整することができる。すなわち、上述したティース部４１のせん断変形をより大きくすることが可能であり、せん断変形によって生じる摩擦による振動減衰効果をより大きくすることができる。
【００６０】
以上により本実施形態では、第１実施形態及び第２実施形態と同様の効果に加え、さらに次のような効果が得られる。
【００６１】
（８）一のスロット４３に溝５１、５２と接続部材６１、６２を有し、溝５１、５２を設けた軸方向範囲では接続部材６１、６２の配置を禁止し、接続部材６１、６２を配置した軸方向範囲では溝５１、５２の配置を禁止する。これにより、溝５１、５２を設けた軸方向範囲とティース部４１を接続した軸方向範囲とが常にずれることになるので、ティース部４１のせん断変形せん断変形をより大きくし、振動の減衰効果をより大きくすることができる。
【００６２】
また、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。例えば、上記説明に用いた図面では、軸方向から見た場合の溝５１、５２の断面形状が長方形になっているが、三角形、台形等であってもよいし、溝５１、５２の周方向長さが隣接するティース部４１間全域にわたってもかまわない。溝５１、５２の形状、大きさによって得られる効果の大きさは異なるが、ステータ４の剛性が周方向で不均一になれば、ステータ４の振動抑制効果は得られるからである。
【００６３】
また、溝５１、５２又は接続部材６１、６２の軸方向長さが図２等に示した長さより短くてもよい。この場合、得られる効果の大きさは変わるものの、軸方向両端部で振動モードの振幅および位相がずれてティース部４１に捩れが発生すれば、せん断歪みが発生して振動抑制効果が得られるからである。
【符号の説明】
【００６４】
１    電動機
２    シャフト
３    ロータ
４    ステータ
５    ケース
６    絶縁部材
３１  ロータコア
３２  永久磁石
４０  ヨーク部
４１  ティース部
４２  巻線
５１  溝
５２  溝
６１  接続部材
６２  接続部材
【図１】
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【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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