(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１０または１４個の界磁極を有するロータと、上記ロータを囲繞するように上記ロータに同軸に配設されるステータコアおよびステータ巻線を有するステータと、を備え、
上記ステータコアは、上記ロータに同軸に設けられる環状のコアバックと、上記コアバックの軸方向の両端間に亘って突出されるティース基部をそれぞれ有し、上記コアバックの周方向に互いに間隔をあけて設けられる１２個のティースと、を備え、上記ステータ巻線は、集中巻方式で上記ティース基部に巻回された巻線である回転電機であって、
上記ティース基部は、上記コアバック側から内径側に第１ティース基部、第２ティース基部の順に連設して構成され、
上記コアバックの軸方向に直交する断面において、上記第１ティース基部の一対の側面を表す一対の直線間の上記コアバックの周方向に関する中心位置を結んだ直線と上記第１ティース基部の一対の側面を表す一対の直線のそれぞれとのなす角度θ１と、上記第２ティース基部の一対の側面を表す一対の直線間の上記コアバックの周方向に関する中心位置を結んだ直線と上記第２ティース基部の一対の側面を表す一対の直線のそれぞれとのなす角度θ２が、０°≦θ２＜θ１≦８°を満たし、
上記第１ティース基部の側面と上記第２ティース基部の側面との接続位置である折れ点から上記ティース基部の先端までの径方向長さは、上記ティース基部の径方向の全長の１／４以上３／８以下であることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
上記第１ティース基部の側面と上記第２ティース基部の側面との接続位置である折れ点から上記ティース基部の先端までの径方向長さは、上記ティース基部の径方向の全長の３／８と等しいことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
上記角度θ１が、６°≦θ１≦８°を満たすことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
上記ステータコアは、環状をなすように配列された１２個の分割コアによりそれぞれが構成される複数の磁性部材ユニットを積層して形成され、
上記分割コアのそれぞれは、平板リング状の一部の形状を有し、上記コアバックを構成するための分割コアバックと、上記分割コアバックから突出され、上記ティース基部を構成するための分割ティース基部と、を備え、
積層方向に互いに隣接する上記分割コアは、一方の上記分割コアに形成される凹部と、他方の上記分割コアに形成される回動軸とを嵌め合わせて連結され、
積層方向に連ねられた複数の上記分割コアにより構成される複数の分割コアユニットのそれぞれが、上記回動軸まわりに回動可能であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項５】
上記ステータコアは、薄肉部を介して互いの間がつながっている１２個の単位コアを有する一体ものであり、１２個の上記単位コアが環状に配列されるようにしてそれぞれが構成される複数の磁性部材ユニットを積層して形成され、
上記単位コアのそれぞれは、平板リング状の一部の形状を有し、上記コアバックを構成するための単位コアバックと、上記単位コアバックから突出され、上記ティース基部を構成するための単位ティース基部と、を備え、
上記薄肉部は、隣接する上記単位ティース基部の先端間の幅を広げたり狭めたりできるように変形可能であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、モータなどの回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の永久磁石型同期モータは、積層鉄心よりなる分割コアと、分割コアのティースに絶縁体を介して装着された電機子コイルを備えると共に、分割コアを複数個環状に並べて連結してなるステータと、ステータと磁気的空隙を介して配置されると共に、表面に永久磁石を複数個配設してなるロータとで構成される永久磁石形同期モータにおいて、ティースは、外径から内径方向に向かって、幅が狭くなるテーパ形状に形成されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
従来の永久磁石型同期モータでは、磁気飽和による出力トルクの低下を緩和するのを目的として、分割コアのティースの形状をテーパ形状としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１６８２２３号公報
【特許文献２】特開２００８−１３１８１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１，２には、ティースのテーパ形状をどのように設定するのかについては、何ら触れられておらず、従来の永久磁石型同期モータでは、ティースのテーパ形状によっては、幅が一定になるようにティースが形成されているモータの出力トルクよりも低下してしまう場合があることを本出願人は見出した。
【０００６】
この発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、ステータコアのティースのテーパ形状を適切に設定して、ティースが一定の幅に形成されているものに比べて、確実に出力トルクを増大させることのできる回転電機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の１０または１４個の界磁極を有するロータと、ロータを囲繞するようにロータに同軸に配設されるステータコアおよびステータ巻線を有するステータと、を備え、ステータコアは、ロータに同軸に設けられる環状のコアバックと、コアバックの軸方向の両端間に亘って突出されるティース基部をそれぞれ有し、コアバックの周方向に互いに間隔をあけて設けられる１２個のティースとを備え、ステータ巻線は、集中巻方式でティース基部に巻回された巻線である回転電機であって、ティース基部は、コアバック側から内径側に第１ティース基部、第２ティース基部の順に連設して構成され、コアバックの軸方向に直交する断面において、第１ティース基部の一対の側面を表す一対の直線間のコアバックの周方向に関する中心位置を結んだ直線と第１ティース基部の一対の側面を表す一対の直線のそれぞれとのなす角度θ１と、第２ティース基部の一対の側面を表す一対の直線間のコアバックの周方向に関する中心位置を結んだ直線と第２ティース基部の一対の側面を表す一対の直線のそれぞれとのなす角度θ２とが、０°≦θ２＜θ１≦８°を満たし、第１ティース基部の側面と第２ティース基部の側面との接続位置である折れ点からティース基部の先端までの径方向長さは、ティース基部の径方向の全長の１／４以上３／８以下である。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係る回転電機によれば、角度θ１が、０°＜θ１≦１４°を満たすようにティース基部の形状が設定されているので、角度θ１が０°に設定された形状のティース基部を有するものと比較して、確実にロータの出力トルクを増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係るモータの断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るモータを構成するステータコアの斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係るモータを構成するステータコアの要部断面図である。
【図４】比較用モータを構成するステータコアの要部断面図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係るモータ及び比較用モータの巻線電流と出力トルクの関係を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係るモータにおけるティース基部のテーパ角度と出力トルクの大きさとの関係を、出力トルクの微分値とともに示す図である。
【図７】この発明の実施の形態２に係るモータの上面図である。
【図８】この発明の実施の形態２に係るモータを構成するステータコアの斜視図である。
【図９】この発明の実施の形態２に係るモータを構成するステータコアの分割コアの上面図である。
【図１０】図７のＸ−Ｘ矢視断面図である。
【図１１】この発明の実施の形態２に係るモータを構成するステータコアを展開した状態の要部を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態３に係るモータの上面図である。
【図１３】この発明の実施の形態３に係るモータを構成するステータコアを展開した状態の要部を示す図である。
【図１４】この発明の実施の形態４に係るモータの断面図である。
【図１５】この発明の実施の形態４に係るモータを構成するステータコアの要部断面図である。
【図１６】この発明の実施の形態４に係るモータにおけるティース先端からの折れ点位置と銅損との関係を示す図である。
【図１７】はこの発明の実施の形態５に係るモータの断面図である。
【図１８】この発明の実施の形態５に係るモータを構成するステータコアを展開した状態の一部を示す図である。
【図１９】この発明の実施の形態６に係るモータの断面図である。
【図２０】この発明の実施の形態６に係るモータを構成するステータコアを展開した状態の一部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
【００１１】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るモータの断面図、図２はこの発明の実施の形態１に係るモータを構成するステータコアの斜視図、図３はこの発明の実施の形態１に係るモータを構成するステータコアの要部断面図である。
【００１２】
図１において、回転電機としてのモータ１Ａは、図示しない回転軸に一体に取り付けられるロータ２と、ロータ２を囲繞して設けられるステータ５とを備えている。
【００１３】
ロータ２は、円柱または円筒状のロータコア３と、ロータコア３の外周面に、周方向に所定のピッチで取り付けられた複数の永久磁石４とを備えている。
【００１４】
ここでは、永久磁石４の数、即ちロータ２の界磁極の数（極数）は１０である。永久磁石４には、フェライト系磁石、ネオジ磁石、及びサマリウムコバルト系磁石等が用いられる。例えば、互いに周方向に極性が交互に入れ替わる１０個の極を有するリング磁石の極のそれぞれを、１０個の永久磁石４のそれぞれとしてもよい。この場合、リング磁石を、ロータ２を囲繞するようにロータ２に取り付ければよい。また、永久磁石４は、セグメント磁石を用い、複数の永久磁石４をロータ２の外周面に、周方向に互いに間隔をあけて取り付けてもよい。
【００１５】
ステータ５は、ロータ２を囲繞するようにロータ２に同軸に配設されるステータコア６Ａと、ステータコア６Ａに巻回されるステータ巻線１２とを備えている。
【００１６】
ステータコア６Ａは、図２及び図３にも示されるように、環状のコアバック７と、コアバック７の内周面から周方向に互いに間隔をあけて突設される複数のティース８とを備えている。
ここでは、ティース８の数は１２である。
【００１７】
各ティース８は、コアバック７の軸方向の一端から他端に至るまで連続している。また、各ティース８は、コアバック７の内周面から、所定の周方向幅で径方向内方に突出するティース基部８ａ、及びティース基部８ａの先端部の幅方向の両側から概略コアバック７の周方向に突出してコアバック７と相対するティース鍔部８ｂを有している。
【００１８】
そして、１２個のスロット１０が、隣接するティース８とコアバック７とで区画される空間により形成される。さらに詳しくは、スロット１０が、隣接するティース基部８ａ、当該ティース基部８ａから延出されるティース鍔部８ｂ、及び隣接するティース基部８ａの間に位置するコアバック７の部位で区画される空間により形成される。そして、スロット開口１０ａが、隣接する一対のティース基部８ａから延出されて互いに相対するティース鍔部８ｂの先端間に形成される。
【００１９】
以上の形状を有するステータコア６Ａは、図２に示されるように、板状の複数の磁性部材ユニット１５Ａを、それぞれの厚み方向に積層することで得られる積層体として構成されている。
【００２０】
磁性部材ユニット１５Ａのそれぞれは、環状に配列されて互いに連結される複数の分割コア１６により構成される。ここでは、磁性部材ユニット１５Ａを構成する分割コア１６の数はスロット１０の数と同じ１２である。
【００２１】
分割コア１６は、例えばシート状の電磁鋼板をプレス成形やワイヤーカットにより作製され、図２及び図３に示されるように、平板リング状の周方向の一部を切り取った形状をなし、概略四角形の分割コアバック１７と、分割コアバック１７の長手方向に沿った両側面のうちの一方の側面から突出される分割ティース基部１８ａ、及び分割ティース基部１８ａの先端部の両側から、以下に説明する分割コアバック１７の周方向に突出される分割ティース鍔部１８ｂを有する分割ティース１８Ａとで構成される。
【００２２】
分割ティース基部１８ａは、分割コアバック１７の一端及び他端の中間に位置する部位から突出されている。
また、分割コアバック１７は、その厚み方向から見て、分割ティース基部１８ａの突出していない他方の側面を表す線分が、所定の曲率半径を有する円弧状となるように形成されている。当該円弧状の線分の長手方向を、分割コアバック１７の周方向とする。また、当該円弧状の線分は、分割コアバック１７の外側に凸となっている。
【００２３】
分割ティース基部１８ａは、基端から先端に向かって漸次幅の狭くなるテーパ形状を有している。即ち、図３に示されるように、分割ティース基部１８ａの基端側の幅をＬｏとし、先端側の幅をＬｉとしたとき、Ｌｏ＞Ｌｉとなるように、分割ティース基部１８ａの幅が、分割ティース基部１８ａの先端に向かうにつれて漸次狭くなっている。そして、分割コア１６の厚み方向に直交する断面において、分割ティース基部１８ａの一対の側面を表す一対の直線間の中心位置を結んだ線（直線）と、分割ティース基部１８ａの側面を表す一対の直線のそれぞれとのなす角度をθ１とする。
以下、分割ティース基部１８ａの一対の側面を表す一対の直線間の中心位置を結んだ線で表される直線を幅中心直線とする。ここでは、幅中心直線は、分割コアバック１７の径方向に延在され、θ１は、０°＜θ１≦１４°を満たすように設定されている。
【００２４】
また、分割ティース鍔部１８ｂは、分割ティース基部１８ａの先端から、互いに相反する方向に突出されている。
【００２５】
そして、磁性部材ユニット１５Ａは、複数の分割コア１６を、分割ティース基部１８ａの先端が内側に向けられ、かつ分割コアバック１７が環状に連なるように配置して構成される。つまり、磁性部材ユニット１５Ａでは、分割コア１６の配列方向が、環状をなす複数の分割コアバック１７の周方向に一致されている。また、分割コアバック１７の周方向に関して、各分割コアバック１７の中間部から分割ティース基部１８ａが突出されている。なお、隣接する分割コア１６の一端及び他端間が、連結されている。
【００２６】
また、分割ティース基部１８ａの先端面、及び分割ティース鍔部１８ｂの内周面（分割コアバック１７と逆側の面）は、ロータコア３の半径より若干大きな曲率半径を有する同一曲面上に位置している。そして、環状に連結された複数の分割コアバック１７の中心（軸心）から分割ティース基部１８ａの先端面と分割ティース鍔部１８ｂの内周面までの距離は、ロータコア３の軸心から永久磁石４の外周面までの距離より僅かに長く設定されている。
【００２７】
そして、以上のように構成された複数の磁性部材ユニット１５Ａを、分割ティース基部１８ａが軸方向に重ねられるように、同軸に積層し、ステータコア６Ａが得られる。コアバック７及びティース８は、それぞれ、分割コアバック１７及び分割ティース１８Ａの積層体によって構成される。
【００２８】
ここで、ステータコア６Ａの断面形状は、当然ながら、厚み方向に直交する磁性部材ユニット１５Ａの断面形状と一致する。即ち、図３に示されるように、ステータコア６Ａのコアバック７の軸方向に直交する断面において、ティース基部８ａの一対の側面を表す一対の直線間のコアバック７の周方向についての中心位置を結んだ線を含む直線と、ティース基部８ａの側面を表す一対の直線のそれぞれとのなす角度（テーパ角度）θ１は、上記の角度θ１に対応する。即ち、テーパ角度θ１は、０°＜θ１≦１４°を満たすように設定される。
【００２９】
また、ステータ巻線１２は、例えば、磁極集中巻方式でティース８に巻回されている。
【００３０】
そして、以上のようなステータ５を、ロータ２を囲繞するようにロータ２に同軸に回転自在に配設することで、永久磁石４とティース基部８ａ及びティース鍔部８ｂとの間に所定のエアギャップが形成されたモータ１Ａが得られる。また、ステータ巻線１２の電流を制御して、ロータ２のトルクを、所望する大きさにすることが可能になっている。
【００３１】
また、モータ１Ａのように、ステータ巻線１２が、磁極集中巻方式でティース８に設けられている場合、同じ巻線電流がステータ巻線１２に流されても、界磁極数：スロット数＝５：６のときに、他に設定したものに比べて、平均した出力トルクが増大し、トルクリップルが軽減されることが知られている。モータ１Ａは、界磁極数が１０で、スロット数が１２であり、この条件を満たす。
【００３２】
次いで、テーパ角度θ１を７°としたモータ１Ａ、及び以下に説明する比較用モータのそれぞれのステータ巻線１２に流す巻線電流と、各モータの出力トルクとの関係をシミュレーションにより算出した結果について説明する。
【００３３】
まず、シミュレーション結果に先立って、比較用モータの構成について説明する。
図４は比較用モータを構成するステータコアのティースの形状を示す要部断面図である。
図４において、比較用モータは、ステータコア６Ａに代えステータコア５６Ａを有する他は、モータ１Ａと同様に構成されている。
ステータコア５６Ａは、環状のコアバック７と、コアバック７の内周面から周方向に互いに間隔をあけて突設される複数のティース５８とを備えている。
ティース５８の数は、ステータコア６Ａと同じ、１２である。また、複数のティース５８は、コアバック７の軸方向の一端から他端に至るまで連続している。
ティース５８は、コアバック７の内周面から、コアバック７の周方向に所定の幅で突出するティース基部５８ａ、及びティース基部５８ａの先端部の幅方向の両側から概略コアバック７の周方向に突出してコアバック７と相対するティース鍔部５８ｂを有している。
【００３４】
そして、ティース基部５８ａは、テーパ角度θ１を０°に設定されている。
即ち、比較用モータのティース基部５８ａは、図４に示されるように、基端から先端に至るまで一定の幅に設定されている。
また、コアバック７の軸方向に直交する断面において、ティース基部の５８ａの面積は、ティース基部の８ａの面積と同じに設定している。
【００３５】
次いで、モータ１Ａ及び比較用モータの巻線電流と出力トルクの関係についてシミュレーションを行った結果について説明する。
図５はこの発明の実施の形態１に係る発明のモータ及び比較用モータの巻線電流と出力トルクの関係を示す図である。
【００３６】
図５において、横軸は巻線電流（規格値）であり、縦軸はモータ及び比較用モータの出力トルクの大きさを示している。
巻線電流は、モータ１Ａにおいて、定格トルクを出力させるために必要な巻線電流（ステータ巻線１２の電流）の大きさを１として規格化されている。
そして、電流の大きさを０．５〜４まで変化させたときのモータ１Ａ及び比較用モータのトルクの大きさをシミュレーションにより導出した。
【００３７】
図５に示されるように、巻線電流の増加量に対する出力トルクの増加量は、電流が大きくなるほど、モータ１Ａより比較用モータで減少することが確認された。
比較用モータでは、巻線電流が有る程度まで増加すると、出力トルクの値が飽和し始めるのに対して、モータ１Ａでは、出力トルクの線形特性が、測定した範囲で略維持される結果となった。
このように、モータ１Ａでは、ティース基部８ａをテーパ形状とすることで、巻線電流を大電流領域にしたときも、出力トルクの線形性を維持できる。
【００３８】
次いで、テーパ角度θ１の値を、０°〜１５°まで変化させたときのモータ１Ａの出力トルクの大きさの変化をシミュレーションにより計算した結果を図６に示す。
なお、巻線電流を所定の定格電流に設定して、シミュレーションを行っている。
図６はこの発明の実施の形態１に係るモータにおけるティース基部のテーパ角度と出力トルクの大きさとの関係を、出力トルクの微分値とともに示す図である。
【００３９】
図６において、モータ１Ａは、ティース基部のテーパ角度θ１が０°から１５°の領域において、上に凸の出力トルク特性を有し、テーパ角度θ１が、６°≦θ１≦８°のときに出力トルクが、略最大値をとる。
即ち、テーパ角度θ１が０°から６°に向かうにつれて出力トルクが連続的に増大している。そして、出力トルクのθ１に関する微分値、言い換えれば、テーパ角度θ１の増加量に対する出力トルクの増加量（出力トルクの傾き）が、テーパ角度θ１が６°〜８°で略０となり、次いで、テーパ角度θ１が、８°から１５°に向かうにつれて出力トルクが連続的に減少している。
【００４０】
そして、モータ１Ａの出力トルクは、テーパ角度θ１が０°＜θ１≦１４°の条件を満たす場合に、テーパ角度θ１が０°のときの出力トルクＴｏより大きくなった。
【００４１】
この実施の形態１に係るモータ１Ａによれば、コアバック７の軸方向に直交する断面において、ティース基部８ａの一対の側面を表す一対の直線間のコアバック７の周方向の中心位置を結んだ直線と、ティース基部８ａの側面を表す一対の直線のそれぞれとのなすテーパ角度θ１が、０°＜θ１≦１４°を満たしている。これにより、テーパ角度θ１が０°の比較用モータと比較して、確実にモータ１Ａの出力を増大させることができる。
また、テーパ角度θ１を６°≦θ１≦８°とすることで、モータ１Ａの出力トルクを、より大きな値として得ることができる。
【００４２】
実施の形態２．
図７はこの発明の実施の形態２に係るモータの上面図、図８はこの発明の実施の形態２に係るモータを構成するステータコアの斜視図、図９はこの発明の実施の形態２に係るモータを構成するステータコアの分割コアの上面図、図１０は図７のＸ−Ｘ矢視断面図、図１１はこの発明の実施の形態２に係るモータを構成するステータコアを展開した状態の一部を示す図である。
なお、図７〜図１１において、上記実施の形態１と同一または相当部分には同一符号を付し、その説明は省略する。また、図７では、説明の便宜上、ロータ及びステータ巻線の図示を省略している。
【００４３】
図７及び図８において、モータ１Ｂは、ステータコア６Ａに代えステータコア６Ｂを備える点を除いて、モータ１Ａと同様に構成されている。
ステータコア６Ｂは、磁性部材ユニット１５Ｂ及び磁性部材ユニット１５Ｃを積層した積層体として構成されている。
以下、磁性部材ユニット１５Ｂについて説明する。
磁性部材ユニット１５Ｂは、環状に配列される複数の分割コア１６Ａにより構成される。
分割コア１６Ａの分割コアバック１７Ａは、図９に示されるように、その一端側が半円状の半円部１７ａに形成され、他端側が半円状に凹む凹み部１７ｂに形成されている。
【００４４】
また、半円部１７ａの所定部位は、一面側に、断面円である回動軸としての回動凸部が形成され、他面側に内周面の断面形状が円である凹部が形成されるようにプレス（カシメ）加工されており、凹凸部２０を有している。なお、図１０に示されるように、磁性部材ユニット１５Ｂのうち、積層方向の一端に配置される磁性部材ユニット１５Ｂの凹凸部２０は、貫通穴に代えられる。
【００４５】
次いで、磁性部材ユニット１５Ｃについて説明する。
磁性部材ユニット１５Ｃのそれぞれは、磁性部材ユニット１５Ｂと同様、環状に配列される複数の分割コア１６Ａにより構成される。
但し、詳細には図示しないが、磁性部材ユニット１５Ｃを構成する分割コア１６Ａは、例えばシート状の電磁鋼板をプレス成形やワイヤーカットにより作製され、その一端側が半円状に凹む凹み部に形成され、他端側が半円状の半円部に形成されている。そして、凹凸部２０が、分割コアバック１７Ａの他端を構成する半円部に形成されている。
【００４６】
各磁性部材ユニット１５Ｂ，１５Ｃは、半円部１７ａ及び凹み部１７ｂが、互いに係合するように１２個の分割コア１６Ａを環状に配列して構成される。
【００４７】
そして、ステータコア６Ｂは、磁性部材ユニット１５Ｂ，１５Ｃを、分割ティース基部１８ａが重なるように、それぞれの凹凸部２０を互いに嵌め合わせて交互に積層した積層体として形成されている。
【００４８】
このとき、積層方向に隣接する磁性部材ユニット１５Ｂ，１５Ｃのうち、一方の磁性部材ユニット１５Ｂの分割コアバック１７Ａに形成した凹凸部２０の凹部に、他方の磁性部材ユニット１５Ｃの分割コアバック１７Ａに形成した凹凸部２０の回動凸部が嵌め合わされて、積層方向に隣接する分割コアバック１７Ａが連結される。
即ち、積層方向に互いに隣接する分割コア１６Ａは、一方の分割コア１６Ａに形成される凹部と、他方の分割コア１６Ａに形成される回動凸部とを嵌め合わせて連結されている。
【００４９】
そして、複数の分割コアユニット１９のそれぞれが、積層方向に連ねられた複数の分割コア１６Ａにより構成されている。なお、隣接する分割コアユニット１９を連結するための凹部及び回動凸部は、積層方向に連なっている。
このように構成される複数の分割コアユニット１９のそれぞれは、凹凸部２０の回動凸部（回動軸）まわりに回動可能になる。
以上のことから、ステータコア６Ｂは、図１１に示されるように、分割コアユニット１９を回動凸部まわりに回動させることで、分割コアユニット１９の配列方向を適宜変えることができるようになる。なお、図１１は、分割コアユニット１９を直線状に展開した状態を示している。
【００５０】
例えば、ステータ巻線１２をティース８に巻回する際に、例えば、隣接する分割コアユニット１９を構成するティース基部８ａの先端間が広がるように分割コアユニット１９を回動凸部まわりに回動させることで、ステータ巻線１２をティース基部８ａに巻回しやすくなる。
ステータ巻線１２をティース基部８ａに巻回させた後に、分割コアユニット１９を環状に配列してステータコア６Ｂを構成することが可能となる。
【００５１】
この実施の形態２のモータ１Ｂによれば、積層方向に互いに隣接する分割コア１６Ａは、一方の分割コア１６Ａに形成される凹部と、他方の分割コア１６Ａに形成される回動凸部とを嵌め合わせて連結され、積層方向に連ねられた複数の分割コア１６Ａによりそれぞれが構成される複数の分割コアユニット１９のそれぞれが、回動凸部まわりに回動可能となっている。
従って、ティース基部８ａの先端間が広がるように、分割コアユニット１９を凹凸部２０の回動凸部まわりに回動させることで、ステータ巻線１２をティース基部８ａに巻回する作業を容易に行うことが可能になる。つまり、ステータ５を容易に作ることが可能になり、モータ１Ｂの製造コストを削減できる。
【００５２】
また、この実施の形態２のモータ１Ｂにおいても、ステータコア６Ｂのティース基部８ａのテーパ角度θ１が、０°＜θ１≦１４°を満たしているので、モータ１Ｂの出力トルクを増大させることができる。
【００５３】
実施の形態３．
図１２はこの発明の実施の形態３に係るモータの上面図、図１３はこの発明の実施の形態３に係るモータを構成するステータコアを展開した状態の一部を示す図である。
なお、図１２及び図１３において、上記実施の形態１と同一または相当部分には同一符号を付し、その説明は省略する。また、図１２では、説明の便宜上、ロータ及びステータ巻線１２の図示を省略している。
【００５４】
図１２及び図１３において、モータ１Ｃは、ステータコア６Ａに代え、ステータコア６Ｃを有している点を除いて、モータ１Ａと同様に構成されている。
【００５５】
ステータコア６Ｃは、磁性部材ユニット１５Ｄを積層して形成されている。
以下、磁性部材ユニット１５Ｄについて説明する。
磁性部材ユニット１５Ｄは、例えばシート状の電磁鋼板をプレス成形して、薄肉部２１を介して互いの間がつながっている１２個の単位コア２６を有する一体ものとして作製され、１２個の単位コア２６が環状に配列されるようにして構成されている。
各単位コア２６は、単位コアバック２７と、単位ティース基部２８ａ、及び単位ティース鍔部２８ｂを有する単位ティース２８Ａとで構成される。
単位コアバック２７と単位ティース２８Ａの形状は、上記の分割コア１６を構成する分割コアバック１７と分割ティース１８Ａの形状と同様である。単位ティース２８Ａを構成する単位ティース基部２８ａ、及び単位ティース鍔部２８ｂの形状が、分割ティース１８Ａを構成する分割ティース基部１８ａ、及び分割ティース鍔部１８ｂの形状に対応している。
【００５６】
薄肉部２１は、互いに隣接する単位コアバック２７の一端及び他端間の一部を分離しつつ、単位コアバック２７の一端及び他端間を接続している。
このとき、隣接する単位コアバック２７の一端及び他端間は、単位ティース基部２８ａが突出される側で一部分離されている。そして、分離凹部２２が、互いに隣接する単位コアバック２７の一端部及び他端部の壁面と薄肉部２１の壁面により形成される。
【００５７】
分離凹部２２の形状は、図１３に示されるように、隣接する一対の単位コアバック２７の端部間に開口を有し、単位コアバック２７の内側に向かうにつれて漸次幅狭となるテーパ形状を有する方形部２２ａと、方形部２２ａから連続して延びる円部２２ｂとを有している。
【００５８】
薄肉部２１の幅は極狭く、薄肉部２１は、方形部２２ａの幅を広げたり狭めたりするように変形させることが可能になっている。
ここで、磁性部材ユニット１５Ｄのそれぞれを構成する複数の単位コア２６のうち、配列方向の一端及び他端に配置されている単位コア２６は、切り離し可能になっている。配列方向の一端及び他端に配置されている単位コア２６が切り離された状態では、単位コア２６の配列方向を変更することが可能となる。
【００５９】
そして、ステータコア６Ｃは、１２個の単位コア２６を、環状をなすように配列して構成した複数の磁性部材ユニット１５Ｄを、単位ティース基部２８ａが重なるように、同軸に積層した積層体として形成されている。磁性部材ユニット１５Ｄの各層間は、相対する単位コアバック２７の壁面に、互いに嵌合される凹凸形状を形成するなどして連結される。
【００６０】
そして、単位コアバック２７によりコアバック７が構成され、重ねられた単位ティース２８Ａによりティース８が構成される。
そして、複数の単位コアユニット２９のそれぞれが、積層方向に連ねられた複数の単位コア２６により構成されている。
このように構成される複数の単位コアユニット２９のそれぞれは、薄肉部２１を変形させて分離凹部２２の方形部２２ａの間隔を変えることで、図１３に示されるように、配列方向を適宜変えることができるようになる。なお、図１３は、分割コアユニット１９を直線状に展開した状態を示している。
【００６１】
以上のように構成されたステータコア６Ｃによれば、薄肉部２１は、コアバック７の径方向に関して隣接する単位コアバック２７の端部間の内周側を分離しつつ外周側を接続するように形成され、隣接するティース基部８ａの分離された先端間の幅を広げたり狭めたりすることが可能なように変形させることができる。
【００６２】
これにより、例えば、ステータ巻線１２をティース基部８ａに巻回する際に、隣接する単位コアユニット２９のティース基部８ａの先端間が広がるように、薄肉部２１を変形させることで、ステータ巻線１２をティース基部８ａに巻回しやすくなる。
【００６３】
この実施の形態３のモータ１Ｃによれば、薄肉部２１は、隣接するティース基部の先端間の幅を広げたり狭めたりすることが可能なように変形させることが可能になっている。
従って、ティース基部８ａの先端間が広がるようにステータコア６Ｃの形状を変形することで、ステータ巻線１２をティース基部８ａに巻回する作業を容易に行うことが可能になる。つまり、ステータ５を容易に作製することが可能になるので、モータ１Ｃの製造コストを削減できる。
【００６４】
また、この実施の形態３のモータ１Ｃにおいても、ステータコア６Ｃのティース基部８ａのテーパ角度θ１が、０°＜θ１≦１４°を満たしているので、モータ１ＣＢの出力トルクを増大させることができる。
【００６５】
実施の形態４．
図１４はこの発明の実施の形態４に係るモータの断面図、図１５はこの発明の実施の形態４に係るモータを構成するステータコアの要部断面図である。
なお、図１４および図１５において、上記実施の形態１と同一または相当部分には同一符号を付し、その説明を省略する。また、図１４では、説明の便宜上、ロータおよびステータ巻線の図示を省略している。
【００６６】
図１４および図１５において、モータ１Ｄは、ステータコア６Ａに代えて、ステータコア６Ｄを有している点を除いて、モータ１Ａと同様に構成されている。
【００６７】
ステータコア６Ｄは、磁性部材ユニット１５Ｅを積層して形成されている。
磁性部材ユニット１５Ｅのそれぞれは、環状に配列されて互いに連結される複数の分割コア３０により構成される。ここでは、磁性部材ユニット１５Ｅを構成する分割コア３０の個数は、スロット１０の数と同じ１２である。
【００６８】
分割コア３０は、例えばシート状の電磁鋼板をプレス成形やワイヤーカットにより作製され、分割コアバック１７と、分割ティース３２と、を有する。
分割ティース３２は、分割コアバック１７の内周面の中方向中央から径方向内方に延設され、基端から先端に向って漸次幅が狭くなるテーパ形状に形成された分割ティース基部３３と、分割ティース基部３３の先端から周方向両側に延設される分割ティース鍔部３４と、から構成される。
【００６９】
分割ティース基部３３は、分割コアバック１７から延設され、テーパ角度θ１のテーパ形状に形成された第１分割ティース基部３３ａと、第１分割ティース基部３３ａの先端から延設され、テーパ角度θ２のテーパ形状に形成された第２分割ティース基部３３ｂとから構成されている。ここで、分割ティース基部３３は、基端の幅Ｌｏ＞先端の幅Ｌｉ、かつテーパ角度θ１＞テーパ角度θ２を満足するように構成されている。また、テーパ角度θ１は、０°＜θ１≦８°を満たすように設定されている。
【００７０】
なお、分割コア３０は、分割ティース基部１８ａに代えて分割ティース基部３３を備えている点を除いて、上記実施の形態１における分割コア１６と同様に構成されている。すなわち、分割コア３０において、分割ティース基部をテーパ角度θ１のテーパ形状に形成された第１分割ティース基部３３ａのみで構成した場合が、分割コア１６に相当する。
【００７１】
ステータコア６Ｄは、磁性部材ユニット１５Ｅを積層して構成される。ティース基部８ａは、第１分割ティース基部３３ａを積層して構成された第１ティース基部８０ａと、第２分割ティース基部３３ｂを積層して構成された第２ティース基部８０ｂとを径方向に連設して構成される。そして、ティース基部８ａは、基端の幅Ｌｏ＞先端の幅Ｌｉ、０＜θ１≦８°、かつθ２＜θ１を満たしている。したがって、ティース基部８ａの先端の幅、すなわち第２ティース基部８０ｂの先端の幅Ｌｉは、ティース基部８ａがテーパ角度θ１の第１ティース基部８０ａのみで構成されている場合の先端の幅より広くなる。その結果、第２ティース基部８０ｂを付加することにより、ティース基部８ａの先端における磁気飽和の発生を抑えることができ、トルク出力を大きくすることができる。
【００７２】
つぎに、モータ１Ｄの銅損について、シミュレーションした結果について説明する。
図１６はこの発明の実施の形態４に係るモータにおけるティース先端からの折れ点位置と銅損との関係を示す図である。なお、折れ点Ｃとは、第１ティース基部８０ａの側面と第２ティース基部８０ｂの側面との接続位置であり、ティース基部８ａの側面のテーパ角度の変加点である。ティース先端からの折れ点位置とは、（ティース基部８ａの先端から折れ点までの径方向長さ）／（ティース基部８ａの径方向の全長）である。ティース先端からの折れ点位置が０とは、ティース基部８ａが第１ティース基部８０ａのみで構成されている場合を意味し、実施の形態１のモータ１Ａに相当する。図１６では、θ１を８°と固定し、ティース先端からの折れ点位置を変えて定格運転時の銅損を測定し、ティース先端からの折れ点位置が０のときの銅損を１００％として、ティース先端からの折れ点位置を変えた場合の銅損を示している。
【００７３】
図１６から、ティース先端からの折れ点位置を先端から基端側に変位させるにつれ、銅損が徐々に低下し、折れ点位置が先端と基端との間の３／８の位置で銅損が下限値となり、ティース先端からの折れ点位置をさらに基端側に変位させると銅損が徐々に増加し、折れ点位置が先端と基端との間の５／８の位置を超えると、銅損が１００％を超えることがわかった。
このことから、モータ１Ｄは、ティース先端からの折れ点位置を０より大きく、５／８より小さい範囲に設定することにより、モータ１Ａより銅損を小さくすることができ、モータ効率を向上できることがわかる。
【００７４】
第２ティース基部８０ｂを付加することは、スロット面積が減少し、ステータ巻線１２の線径が細くなり、ステータ巻線１２の抵抗の増大をもたらすが、分割ティース基部３３での磁気飽和を緩和し、トルク出力の増加をもたらす。そして、ティース先端からの折れ点位置が０より大きく、５／８より小さい範囲では、トルク出力の増加による電流の減少による効果が、ステータ巻線１２の抵抗の増大による影響に勝り、銅損が小さくなり、モータ効率が向上できたものと推考される。
【００７５】
ここで、テーパ角度θ１を８°より小さな角度に設定して銅損を測定したところ、図１６と同様の結果が得られることが確認された。さらに、寸法の異なるステータコアに対しても、テーパ角度θ１が８°以下の範囲で、図１６と同様の結果が得られることが確認された。特に、テーパ角度θ１を６°≦θ１≦８°を満たすように設定すれば、上記実施の形態１と同様に、最大トルクを出力することができることが確認された。
【００７６】
なお、上記実施の形態４では、テーパ角度θの異なる第１および第２ティース基部８０ａ，８０ｂを径方向に連設して分割ティース基部３３を構成するものとしているが、連設数は２に限定されず、３以上であってもよい。この場合、ティース基部８ａの基端側からｎ番目（但し、ｎは２以上の整数）の第ｎティース基部８０ｎのテーパ角度をθｎとすれば、テーパ角度θｎは、０≦θｎ＜θ１≦８°を満足するように設定される。
【００７７】
実施の形態５．
図１７はこの発明の実施の形態５に係るモータの断面図、図１８はこの発明の実施の形態５に係るモータを構成するステータコアを展開した状態の一部を示す図である。
なお、図１７および図１８において、上記実施の形態２および上記実施の形態４と同一または相当部分には同一符号を付し、その説明を省略する。また、図１７では、説明の便宜上、ロータおよびステータ巻線の図示を省略している。
【００７８】
図１７および図１８において、モータ１Ｅは、ステータコア６Ｂに代えて、ステータコア６Ｅを有している点を除いて、モータ１Ｂと同様に構成されている。
【００７９】
ステータコア６Ｅは、磁性部材ユニット１５Ｆを積層して形成されている。
磁性部材ユニット１５Ｆのそれぞれは、環状に配列されて互いに連結される複数の分割コア３０Ａにより構成される。分割コア３０Ａは、例えばシート状の電磁鋼板をプレス成形やワイヤーカットにより作製され、分割コアバック１７Ａと、分割ティース３２と、を有する。
【００８０】
この実施の形態５によれば、分割コア３０Ａが、分割ティース３２を備えている点を除いて、実施の形態２における分割コア１６Ａと同様に構成されているので、上記実施の形態２と同様に、ティース基部８ａの先端間が広がるように、ステータコア６Ｅを展開でき、ステータ巻線１２をティース基部８ａに巻回する作業を容易に行うことが可能になる。
また、この実施の形態５によれば、ティース８のティース基部８ａが、テーパ角度θ１の第１ティース基部８０ａの先端側に、テーパ角度θ１より小さなテーパ角度θ２の第２ティース基部８０ｂを連設して構成されているので、上記実施の形態４と同様に、ティース基部８ａの先端における磁気飽和の発生が抑えられ、トルク出力を大きくすることができる。
【００８１】
実施の形態６．
図１９はこの発明の実施の形態６に係るモータの断面図、図２０はこの発明の実施の形態６に係るモータを構成するステータコアを展開した状態の一部を示す図である。
なお、図１９および図２０において、上記実施の形態３と同一または相当部分には同一符号を付し、その説明を省略する。また、図１９では、説明の便宜上、ロータおよびステータ巻線の図示を省略している。
【００８２】
図１９および図２０において、モータ１Ｆは、ステータコア６Ｃに代えて、ステータコア６Ｆを有している点を除いて、モータ１Ｃと同様に構成されている。
【００８３】
ステータコア６Ｆは、磁性部材ユニット１５Ｇを積層して形成されている。
磁性部材ユニット１５Ｇのそれぞれは、例えばシート状の電磁鋼板をプレス成形して、薄肉部２１を介して互いの間がつながっている１２個の単位コア２６Ａを有する一体ものとして作製され、１２個の単位コア２６Ａが環状に配列されるようにして構成されている。
【００８４】
各単位コア２６Ａは、単位コアバック２７と、単位ティース基部３６、及び単位ティース鍔部３７を有する単位ティース３５とで構成される。単位ティース基部３６は、単位コアバック２７から延設され、テーパ角度θ１のテーパ形状に形成された第１単位ティース基部３６ａと、第１単位ティース基部３６ａの先端から延設され、テーパ角度θ２のテーパ形状に形成された第２単位ティース基部３６ｂとから構成されている。単位ティース鍔部３７は、単位ティース基部３６の先端から周方向両側に延設されている。この単位コア２６Ａは、単位ティース３５を備えている点を除いて、実施の形態３における単位コア２６と同様に構成されている。また、単位ティース３５の単位ティース基部３６は、実施の形態４における分割ティース３２の分割ティース基部３３と同様に構成されている。
【００８５】
この実施の形態６によれば、単位コア２６Ａが、単位ティース３５を備えている点を除いて、実施の形態３における単位コア２６と同様に構成されているので、上記実施の形態３と同様に、ティース基部８ａの先端間が広がるように、ステータコア６Ｆを展開でき、ステータ巻線１２をティース基部８ａに巻回する作業を容易に行うことが可能になる。
また、この実施の形態６によれば、ティース基部８ａが、テーパ角度θ１の第１ティース基部８０ａの先端側に、テーパ角度θ１より小さなテーパ角度θ２の第２ティース基部８０ｂを連設して構成されているので、上記実施の形態４と同様に、ティース基部８ａの先端における磁気飽和の発生が抑えられ、トルク出力を大きくすることができる。
【００８６】
なお、上記各実施の形態では、回転電機は、モータ１Ａ〜１Ｆであるものとして説明したが、モータ１Ａ〜１Ｆと同様の構成を有する発電機であってもよい。
また、上記各実施の形態では、スロット１０の数を１２個、永久磁石４の数を１０個とするモータについて説明したが、スロット１０の数を１２個、永久磁石４の数を１４個としたモータでも、同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００８７】
１Ａ〜１Ｆ  モータ（回転電機）、２  ロータ、６Ａ〜６Ｆ  ステータコア、７  コアバック、８  ティース、８ａ  ティース基部、１５Ａ〜１５Ｇ  磁性部材ユニット、１６  分割コア、１７  分割コアバック、１８ａ  分割ティース基部、１９  分割コアユニット、２１  薄肉部、２６，２６Ａ  単位コア、２７  単位コアバック、２８ａ  単位ティース基部、３０，３０Ａ  分割コア、３２  分割ティース、３３  分割ティース基部、３３ａ  第１分割ティース基部、３３ｂ  第２分割ティース基部、３５  単位ティース、３６  単位ティース基部、３６ａ  第１単位ティース基部、３６ｂ  第２単位ティース基部、  ８０ａ  第１ティース基部、８０ｂ  第２ティース基部。
【図１】
0006044673.tif 000002
【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】
0006044673.tif 000008
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0006044673.tif 000014
【図１４】
0006044673.tif 000015
【図１５】
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【図１６】
0006044673.tif 000017
【図１７】
0006044673.tif 000018
【図１８】
0006044673.tif 000019
【図１９】
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【図２０】
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