(57)【要約】【課題】  本発明は、鉄損の低減を可能にする形状を有するステータコアを開発することを目的とする。【解決手段】  本発明は、環状バックヨーク部（１）と、環状バックヨーク部（１）の外周側又は内周側から突出する複数のティース部（２）と、ティース部（２）の先端に設けられたつば部（３）とを含む鋼板を複数枚積層させたステータコア（４）において、  鋼板の板面に対して垂直な方向から見た場合に、環状バックヨーク部（１）とティース部（２）の接続部分（５）の形状が、ティース部（２）の長さ（６）の０．２５〜１倍の長さの曲率半径を有する曲線を輪郭とする形状であり、ティース部（２）とつば部（３）の接続部分（７）の形状が、ティース部（２）の長さ（６）の０．２５〜１倍の長さの曲率半径を有する曲線を輪郭とする形状である、ステータコアを提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状バックヨーク部と、前記環状バックヨーク部の外周側又は内周側から突出する複数のティース部と、前記ティース部の先端に設けられたつば部とを含む鋼板を複数枚積層させたステータコアにおいて、
前記鋼板の板面に対して垂直な方向から見た場合に、
前記環状バックヨーク部と前記ティース部の接続部分の形状が、前記ティース部の長さの０．２５〜１倍の長さの曲率半径を有する曲線を輪郭とする形状であり、
前記ティース部と前記つば部の接続部分の形状が、前記ティース部の長さの０．２５〜１倍の長さの曲率半径を有する曲線を輪郭とする形状である、
ステータコア。
【請求項２】
前記ティース部の長さが、１〜１０００ｍｍである、請求項１に記載のステータコア。
【請求項３】
前記ティース部が、鋼板の板面に対して垂直方向の凹み、切り欠き及び穴を有していないことを特徴とする、請求項１又は２に記載のステータコア。
【請求項４】
前記鋼板の板厚が、１０〜１００μｍである、請求項１〜３のいずれか１項に記載のステータコア。
【請求項５】
前記つば部の先端部分の形状が、曲線を輪郭とする形状である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のステータコア。
【請求項６】
前記ティースが、前記環状バックヨーク部の外周側に突出しており、前記環状バックヨーク部における前記ティース部が突出している部分の中間の領域の形状が、前記ティース部の突出方向に曲率半径の中心を有する曲線を輪郭とする形状である、請求項１〜５のいずれか１項に記載のステータコア。
【請求項７】
前記ティース部の側面の形状が、前記ティース部の長さの０．２５〜１倍の長さの曲率半径を有する曲線を輪郭とする形状である、請求項１〜６のいずれか１項に記載のステータコア。
【請求項８】
前記つば部が、前記ティース部の突出方向の軸に対して左右対称に一対設けられている、請求項１〜７のいずれか１項に記載のステータコア。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のステータコアと、前記ティース部に巻かれた巻線からなるコイルとを含む、ステータ。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のステータコアと、前記ティース部に巻かれた巻線からなるコイルと、ロータとを含む、モータ。
【請求項１１】
回転数が３０００〜３０００００ｒｐｍの高速モータである、請求項１０に記載のモータ。
【請求項１２】
環状バックヨーク部と、前記環状バックヨーク部の外周側又は内周側から突出する複数のティース部と、前記ティース部の先端に設けられたつば部とを含むステータコア用鋼板において、
前記鋼板の板面に対して垂直な方向から見た場合に、
前記環状バックヨーク部と前記ティース部の接続部分の形状が、前記ティース部の長さの０．２５〜１倍の長さの曲率半径を有する曲線を輪郭とする形状であり、
前記ティース部と前記つば部の接続部分の形状が、前記ティース部の長さの０．２５〜１倍の長さの曲率半径を有する曲線を輪郭とする形状である、
ステータコア用鋼板。
【請求項１３】
金型により鋼板を打ち抜き、打ち抜かれた前記鋼板を複数枚積層して固定することを含むステータコアの製造方法において、
打ち抜かれた前記鋼板が、環状バックヨーク部と、前記環状バックヨーク部の外周側又は内周側から突出する複数のティース部と、前記ティース部の先端に設けられたつば部とを含み、
前記鋼板の板面に対して垂直な方向から見た場合に、
前記環状バックヨーク部と前記ティース部の接続部分の形状が、前記ティース部の長さの０．２５〜１倍の長さの曲率半径を有する曲線を輪郭とする形状であり、
前記ティース部と前記つば部の接続部分の形状が、前記ティース部の長さの０．２５〜１倍の長さの曲率半径を有する曲線を輪郭とする形状である、
ステータコアの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータや発電機等に使用するステータ（固定子）のコア（鉄心）であって、形状を改良することにより鉄損が低減したステータコアに関する。本発明のステータコアは、環状バックヨーク部と、環状バックヨーク部の外周側又は内周側から突出する複数のティース部（突極）と、ティース部の先端に設けられたつば部とを含む鋼板を複数枚積層させたものであり、ティース部とつば部の接続部分の形状と、環状バックヨーク部とティース部の接続部分の形状が、ティース部の長さの０．２５〜１倍の長さの曲率半径を有する曲線となる形状であることを特徴とする。
また、本発明は、このように形状が改良されたステータ用鋼板、該鋼板を含むステータ及びモータ、並びに該鋼板を用いたステータコアの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータや発電機は、一般に、コア（鉄心）にコイルを巻線したステータ（固定子）と、磁気を有するロータ（回転子）とを有している。このようなモータは、コイルに印可した電流により磁界が発生し、その磁界によりロータを回転させるトルクを生み出している。また、発電機の場合には、磁気を有するロータを回転させて変動磁界を発生させ、電磁誘導の原理により、コイルに起電力を生み出している。
ステータコアは、ステータコイルで発生する磁界で自らが磁化することで磁束密度を高める機能を果たすとともに、巻線によりコイルを形成するための支持体としての役割を果たしている。
【０００３】
変動磁界によりステータコアで磁化が周期的に変動する場合には、「鉄損」と呼ばれるエネルギー損失が発生する。鉄損は、ヒステリシス損と渦電流損を含む概念である。周期的に変動する外部磁界によりステータコアの磁化が周期的に変動する場合、ステータコアの保磁力により外部磁界とステータコアの磁化にずれが生じ、ステータコアの磁化曲線はヒステリシス・ループを描く。そして、ヒステリシス・ループを１周するごとに、ヒステリシス・ループで囲まれた面積分のエネルギー損失が生じ、熱の発生として失われる。これをヒステリシス損という。また、変動磁界がステータコアに印可されると、電磁誘導により導体内部に外部磁界を打ち消そうとする渦電流が発生し、そのジュール熱によりエネルギー損失が発生する。これを渦電流損という。
【０００４】
鉄損は、モータや発電機のエネルギー効率を低下させる原因となっており、特に高速回転のモータでは、鉄損により多量の熱が発生してしまう。そのため、高効率のモータを開発するためには、鉄損の少ない磁気特性を有する材料を用いてステータコアを製造する必要があると考えられてきたが、そのような磁性材料を使用するにはコストの面で問題があった。
【０００５】
従来の典型的なステータコアは、図２２及び２３に示すような形状を有するものであった。図２２は、環状バックヨーク（１）の外周側に、コイルを巻き付けるための複数のティース（２）が突出したものであり、アウターロータ型のモータに使用するためのステータコアである。また、図２３は、環状バックヨーク（１）の内周側に、コイルを巻き付けるための複数のティース（２）が突出したものであり、インナーロータ型のモータに使用するためのステータコアである。これらの従来のステータコアでは、ティース（２）の側面をストレート形状とし、ティースの先端に「つば」（３）を設けることにより、コイルの巻き付けを容易にするとともに、コイルを保持できる形状としていた。このため、従来のステータコアでは、環状バックヨーク（１）とティース（２）の接続部分（５）と、ティース（２）とつば（３）の接続部分（７）が、角部となっているか、又は角部に曲率半径の小さな丸みをつけた形状となっていた。
しかし、このような従来のステータコアの構造は、コイルの巻き付けを容易とし、その保持を可能とする形状として考案されたものであり、鉄損の低減を可能とする形状ではなかった。
【０００６】
従来のステータコアにおいては、その特性を改良する目的で、形状を改良したステータコアが開発されている。
例えば、特許文献１には、トリクリプル（モータに電流を流したときに生ずる脈動現象）を低減する目的で、局部磁気飽和が発生しないように形状を改良したステータコアの構造が開示されている。ティースを有するステータコアにおいてはティースの先端部（つば部）に磁気飽和が生じやすいことから、特許文献１の図１０に記載されたステータコアでは、ティースの先端部の磁束通過面積を確保するためにティースの先端を半径の大きな円弧状とし、ティースの先端部が徐々に広がる形状としている。
しかし、特許文献１に記載のステータコアは、鉄損を低減することを目的として形状が改良されたものではなく、バックヨークとティースの接続部分における形状を改良したものではなかった。
【０００７】
また、特許文献２には、ステータコアにおけるヒステリシス損を低減させるために、ステータコアの環状のバックヨークとティースの境界に、環状バックヨークの径方向に延びるスリットを形成した、ステータコアが開示されている。
しかし、特許文献２に記載のステータコアは、環状バックヨークとティースの接続部分の輪郭形状や、ティースとつばの接続部分の輪郭形状を改良したものではなかった。
【０００８】
磁性材料の重要な特性である磁束密度Ｂと磁界強度Ｈは、それぞれ大きさと向きを持つベクトル量である。従来、これらの磁気特性は、標準測定法である単板磁気試験法やエプスタイン試験法等によって測定されてきた。これらはベクトル量である磁束密度Ｂと磁界強度Ｈの関係を無視し、ＢベクトルとＨベクトルが平行となる条件下における特性を代表値（スカラー量）として測定するものであった。
他方、ステータコアでは、その材料特性と構造に依存してＢベクトルが定まる一方、Ｈベクトルは巻き線を含む励磁系に依存することから、ＢベクトルとＨベクトルが平行となることは稀であり、ステータコアの部位によってベクトルの向きと大きさが異なるものであった。このため、前記の標準測定法では、ステータコアの正確な磁気特性を把握することができなかった。
【０００９】
本願の発明者は、以前に、磁束密度Ｂと磁界強度Ｈの挙動を同時に測定できるベクトル磁気特性測定技術を開発した（非特許文献１及び２）。この測定技術では、二方向からの励磁を行うことで任意方向の測定条件を設定することができるＶ−Ｈアナライザーという本願の発明者が開発した装置を用い、この装置により得られたデータを解析することによって、二次元でのＢベクトルとＨベクトルの大きさと向きを測定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１４−１０７９９３
【特許文献２】特開２００８−２７８５５１
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】榎園正人著、「二次元ベクトル磁気特性」、2003年、日本応用磁気学会誌、Vol.27、No.2、pp.50〜58
【非特許文献２】榎園正人著、「ベクトル磁気特性技術と設計法」、2015年4月22日、科学情報出版株式会社発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従来のステータコアの形状は、コイルの巻き付けを容易にし、その保持を可能とする形状として考案されたものであり、鉄損の低減を可能とする形状ではなかった。
本発明は、従来の状況に鑑み、鉄損の低減を可能にする形状を有するステータコアを開発することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決するため、本願の発明者らは鋭意研究し、ベクトル磁気特性測定技術を用いてステータコアのＢベクトルとＨベクトルを分析しつつ設計を行った結果、鉄損が低減する形状のステータコアを開発することに成功した。
従来のステータコアにおいては、環状バックヨークとティースの接続部分と、ティースとつばの接続部分が、角部となっているか、又は角部に曲率半径の小さな丸みをつけた形状となっている。本願の発明者らは、ベクトル磁気特性測定技術を用いて分析を行ったところ、当該部分において、最大磁束密度と最大磁界強度が集中して強くなり、ＢベクトルとＨベクトルの向きが急激に変化しており、ＢベクトルとＨベクトルの向きが平行でなく角度差が生じるため、ヒステリシス・ループの面積が増大して多大なヒステリシス損が発生していることが明らかとなった。そこで、当該部分の形状を試行錯誤により変更したところ、曲率半径の大きな曲線を輪郭とする形状とすることで、最大磁束密度と最大磁界強度の集中、ＢベクトルとＨベクトルの向きの急激な変化、ＢベクトルとＨベクトルの角度差の発生を抑制でき、結果としてヒステリシス損を低減できることを見出し、本発明を完成するに到った。
【００１４】
すなわち、本発明は、ステータコアに関する下記の第１の発明と、ステータに関する下記の第２の発明と、モータに関する下記の第３の発明と、ステータコア用鋼板に関する下記の第４の発明と、ステータコアの製造方法に関する下記の第５の発明とを提供する。
第１の発明は、環状バックヨーク部と、環状バックヨーク部の外周側又は内周側から突出する複数のティース部と、ティース部の先端に設けられたつば部とを含む鋼板を複数枚積層させたステータコアにおいて、
鋼板の板面に対して垂直な方向から見た場合に、
環状バックヨーク部とティース部の接続部分の形状が、ティース部の長さの０．２５〜１倍の長さの曲率半径を有する曲線を輪郭とする形状であり、
ティース部とつば部の接続部分の形状が、ティース部の長さの０．２５〜１倍の長さの曲率半径を有する曲線を輪郭とする形状である、
ステータコアに関する。
第１の発明のステータコアは、ティース部の長さが１〜１０００ｍｍであることが好ましい。
前記いずれかのステータコアにおいては、ティース部が、鋼板の板面に対して垂直方向の凹み、切り欠き及び穴を有していないことが好ましい。
前記いずれかのステータコアにおいては、鋼板の板厚が、１０〜１００μｍであることが好ましい。
前記いずれかのステータコアにおいては、つば部の先端部分の形状が、曲線を輪郭とする形状であることが好ましい。
前記いずれかのステータコアにおいては、ティース部が環状バックヨーク部の外周側に突出しており、環状バックヨーク部におけるティース部が突出している部分の中間の領域の形状が、ティース部の突出方向に曲率半径の中心を有する曲線を輪郭とする形状であることが好ましい。
前記いずれかのステータコアにおいては、ティース部の側面の形状が、ティース部の長さの０．２５〜１倍の長さの曲率半径を有する曲線を輪郭とする形状であることが好ましい。
前記いずれかのステータコアにおいては、つば部が、ティース部の突出方向の軸に対して左右対称に一対設けられていることが好ましい。
第２の発明は、第１の発明のいずれかのステータコアと、ティース部に巻かれた巻き線からなるコイルとを含む、ステータに関する。
第３の発明は、第１の発明のいずれかのステータコアと、ティース部に巻かれた巻き線からなるコイルと、ロータとを含む、モータに関する。
第３の発明においては、回転数が３０００〜３０００００ｒｐｍの高速モータであることが好ましい。
第４の発明は、環状バックヨーク部と、環状バックヨーク部の外周側又は内周側から突出する複数のティース部と、ティース部の先端に設けられたつば部とを含むステータコア用鋼板において、
鋼板の板面に対して垂直な方向から見た場合に、
環状バックヨーク部とティース部の接続部分の形状が、ティース部の長さの０．２５〜１倍の長さの曲率半径を有する曲線を輪郭とする形状であり、
ティース部とつば部の接続部分の形状が、ティース部の長さの０．２５〜１倍の長さの曲率半径を有する曲線を輪郭とする形状である、
ステータコア用鋼板に関する。
第５の発明は、金型により鋼板を打ち抜き、打ち抜かれた鋼板を複数枚積層して固定することを含むステータコアの製造方法において、
打ち抜かれた鋼板が、環状バックヨーク部と、環状バックヨーク部の外周側又は内周側から突出する複数のティース部と、ティース部の先端に設けられたつば部とを含み、
鋼板の板面に対して垂直な方向から見た場合に、
環状バックヨーク部とティース部の接続部分の形状が、ティース部の長さの０．２５〜１倍の長さの曲率半径を有する曲線を輪郭とする形状であり、
ティース部とつば部の接続部分の形状が、ティース部の長さの０．２５〜１倍の長さの曲率半径を有する曲線を輪郭とする形状である、
ステータコアの製造方法に関する。
【発明の効果】
【００１５】
第１の発明のステータコア、第２の発明のステータ、第３の発明のモータ、及び第４の発明のステータコア用鋼板は、環状バックヨーク部とティース部の接続部分と、ティース部とつば部の接続部分が、曲率半径の大きい曲線を輪郭とする形状となっているため、当該接続部分での最大磁束密度と最大磁界強度の集中、ＢベクトルとＨベクトルの向きの急激な変化、又はＢベクトルとＨベクトルの角度差の発生を抑制し、変動磁界の下に発生する鉄損を低減することができるという効果を奏する。
第５の発明のステータコアの製造方法は、金型により打ち抜く鋼板の形状が、環状バックヨーク部とティース部の接続部分と、ティース部とつばの接続部分において、曲率半径の大きな曲線を輪郭としており、角部を有しない形状であるため、打ち抜きが容易であるという効果を奏する。また、第５の発明の製造方法は、鉄損が低減されたステータコアを製造することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のステータコアの一つの実施形態を示す模式図であり、環状バックヨーク部の外周側に複数のティース部が突出したステータコアの実施形態を示す。図１は、ステータコアの鋼板の板面に対して垂直な方向から見たステータコアの形状を示す。
【図２】本発明のステータコアの一つの実施形態を示す模式図であり、環状バックヨーク部の内周側に複数のティース部が突出したステータコアの実施形態を示す。図２は、ステータコアの鋼板の板面に対して垂直な方向から見たステータコアの形状を示す。
【図３】本発明のステータコアの一つの実施形態を示す模式図であり、つば部がティース部の片側に設けられた実施形態を示す。図３は、ステータコアの鋼板の板面に対して垂直な方向から見たステータコアの形状を示す。
【図４】図４は、本発明における「ティースの長さ」の算出方法を示す模式図である。
【図５】本発明のステータコアの一つの実施形態を模式的に示す斜視図である。
【図６】図２２に示される従来のステータコアと、図１に示される本発明のステータコアについて、鉄損分布を比較した結果を示す図である。図６（Ａ）は、図２２に示される従来のステータコアの鉄損分布を示す図である。図６（Ｂ）は、図１に示される本発明のステータコアの鉄損分布を示す図である。
【図７】図２２に示される従来のステータコアと、図１に示される本発明のステータコアについて、最大磁束密度分布の比較をした結果を示す図である。図７（Ａ）は、図２２に示される従来のステータコアの最大磁束密度分布を示す図である。図７（Ｂ）は、図１に示される本発明のステータコアの最大磁束密度分布を示す図である。
【図８】図２２に示される従来のステータコアと、図１に示される本発明のステータコアについて、最大磁界強度分布の比較をした結果を示す図である。図８（Ａ）は、図２２に示される従来のステータコアの最大磁界強度分布を示す図である。図８（Ｂ）は、図１に示される本発明のステータコアの最大磁界強度分布を示す図である。
【図９】図２２に示される従来のステータコアにおける、磁束密度ベクトルの軌跡と、磁界強度ベクトルの軌跡を示す図である。図９（Ａ）は、図２２に示される従来のステータコアにおける鉄損分布を示すとともに、ベクトル軌跡をシミュレーションした箇所を点線の円で示す。図９（Ｂ）は、図９（Ａ）において点線の円で示された箇所における磁束密度ベクトルの軌跡を示す。図９（Ｃ）は、同じ箇所における磁界強度ベクトルの軌跡を示す。
【図１０】図１に示される本発明のステータコアにおける、磁束密度ベクトルの軌跡と、磁界強度ベクトルの軌跡を示す図である。図１０（Ａ）は、図１に示される本発明のステータコアにおける鉄損分布を示すとともに、ベクトル軌跡をシミュレーションした箇所を点線の円で示す。図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）において点線の円で示された箇所における磁束密度ベクトルの軌跡を示す。図１０（Ｃ）は、同じ箇所における磁界強度ベクトルの軌跡を示す。
【図１１】図２２に示される従来のステータコア（従来形状）と、図１に示される本発明のステータコア（改良形状）について、ステータコア全体の鉄損をシミュレーションした結果を示す。
【図１２】図２３に示される従来のステータコアと、図２に示される本発明のステータコアについて、鉄損分布を比較した結果を示す図である。図１２（Ａ）は、図２３に示される従来のステータコアの鉄損分布を示す図である。図１２（Ｂ）は、図２に示される本発明のステータコアの鉄損分布を示す図である。
【図１３】図２３に示される従来のステータコアと、図２に示される本発明のステータコアについて、最大磁束密度分布の比較をした結果を示す図である。図１３（Ａ）は、図２３に示される従来のステータコアの最大磁束密度分布を示す図である。図１３（Ｂ）は、図２に示される本発明のステータコアの最大磁束密度分布を示す図である。
【図１４】図２３に示される従来のステータコアと、図２に示される本発明のステータコアについて、最大磁界強度分布の比較をした結果を示す図である。図１４（Ａ）は、図２３に示される従来のステータコアの最大磁界強度分布を示す図である。図１４（Ｂ）は、図２に示される本発明のステータコアの最大磁界強度分布を示す図である。
【図１５】図２３に示される従来のステータコアにおける、磁束密度ベクトルの軌跡と、磁界強度ベクトルの軌跡を示す図である。図１５（Ａ）は、図２３に示される従来のステータコアにおける鉄損分布を示すとともに、ベクトル軌跡をシミュレーションした箇所を点線の円で示す。図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）において点線の円で示された箇所における磁束密度ベクトルの軌跡を示す。図１５（Ｃ）は、同じ箇所における磁界強度ベクトルの軌跡を示す。
【図１６】図２に示される本発明のステータコアにおける、磁束密度ベクトルの軌跡と、磁界強度ベクトルの軌跡を示す図である。図１６（Ａ）は、図２に示される本発明のステータコアにおける鉄損分布を示すとともに、ベクトル軌跡をシミュレーションした箇所を点線の円で示す。図１６（Ｂ）は、図１６（Ａ）において点線の円で示された箇所における磁束密度ベクトルの軌跡を示す。図１６（Ｃ）は、同じ箇所における磁界強度ベクトルの軌跡を示す。
【図１７】図２３に示される従来のステータコア（従来形状）と、図２に示される本発明のステータコア（改良形状）について、ステータコア全体の鉄損をシミュレーションした結果を示す。
【図１８】環状バックヨーク部とティース部の接続部分と、ティース部とつば部の接続部分の曲率半径を、ティース部の長さに対して、（Ａ）０％、（Ｂ）５％、（Ｃ）１０％、（Ｄ）２０％、（Ｅ）３０％と変化させた場合に、最大磁束密度分布がどのように変化するかをシミュレーションした結果を示す図である。
【図１９】環状バックヨーク部とティース部の接続部分と、ティース部とつば部の接続部分の曲率半径を、ティース部の長さに対して、（Ａ）０％、（Ｂ）５％、（Ｃ）１０％、（Ｄ）２０％、（Ｅ）３０％と変化させた場合に、最大磁界強度分布がどのように変化するかをシミュレーションした結果を示す図である。
【図２０】環状バックヨーク部とティース部の接続部分と、ティース部とつば部の接続部分の曲率半径を、ティース部の長さに対して、（Ａ）０％、（Ｂ）５％、（Ｃ）１０％、（Ｄ）２０％、（Ｅ）３０％と変化させた場合に、鉄損分布がどのように変化するかをシミュレーションした結果を示す図である。
【図２１】接続部分の輪郭の曲率半径と鉄損の関係を示すグラフである。  図２１（Ａ）は、縦軸に、鉄損の絶対値を示し、横軸に、接続部分の輪郭の曲率半径を、ティース部の長さに対する比（パーセント）で示す。図２１（Ｂ）は、縦軸に、軽減された鉄損の比（パーセント）を示し、横軸に、接続部分の輪郭の曲率半径を、ティース部の長さに対する比（パーセント）で示す。
【図２２】従来の典型的なアウターロータ型モータに使用するステータコアの形状を示す模式図であり、鋼板の板面から垂直な方向から見た形状を示す。
【図２３】従来の典型的なインナーロータ型モータに使用するステータコアの形状を示す模式図であり、鋼板の板面から垂直な方向から見た形状を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
１．本発明のステータコア
本発明のステータコアは、環状バックヨーク部と、環状バックヨーク部の外周側又は内周側から突出する複数のティース部と、ティース部の先端に設けられたつば部とを含む鋼板を複数枚積層させたステータコアにおいて、その鋼板の形状に特徴を有するステータコアである。
本発明のステータコアにおいては、鋼板の板面に対して垂直な方向から見た場合に、環状バックヨーク部とティース部の接続部分の形状が、ティース部の長さの０．２５〜１倍の長さの曲率半径を有する曲線を輪郭とする形状であり、ティース部とつば部の接続部分の形状が、ティース部の長さの０．２５〜１倍の長さの曲率半径を有する曲線を輪郭とする形状であることを特徴とする。
【００１８】
本発明において、「ステータコア」とは、モータや発電機等に使用されるステータ（固定子）において、コイル内の磁束密度を高めるためのコア（鉄心）として使用される部品である。
ステータコアに使用される材料としては、軟磁性（ソフト磁性）の金属材料が好適に使用され、これらに限定されるわけではないが、例えば、鉄−シリコン合金、鉄、フェライト等を使用することができる。主にシリコンを添加する等して鉄損を軽減した軟磁性金属のステータコア用鋼板が各種開発されており、これらは電磁鋼板と呼ばれている。
【００１９】
図１は、本発明のステータコアの一つの実施形態を示す模式図であり、環状バックヨーク部の外周側に複数のティース部が突出したステータコアの実施形態を示す。図１は、ステータコアの鋼板の板面に対して垂直な方向から見たステータコアの形状を示している。
図１に示されるステータコアは、環状バックヨーク部の外周側のティース部にコイルが形成され、ステータの外側でロータが回転するアウターロータ型のモータに使用するステータとなる。
【００２０】
図１に示されるように、ステータコア（４）は、環状のバックヨーク部（１）を有し、この環状バックヨーク部（１）から外周側に向かって放射状に複数のティース（２）が突出している。ティース部（２）の先端には、ティース部の突出方向の軸に対して左右対称に一対のつば部（３）が設けられており、ティース部（２）はつば部（３）を有することによりＴの字状となっている。
【００２１】
図１に示されるステータコア（４）において、環状バックヨーク部（１）とティース部（２）の接続部分（５）は、従来の典型的なステータコアの接続部分のような角部とはなっておらず、曲率半径の大きな曲線を輪郭とする形状となっている。そして、その曲率半径は、ティース部（２）の長さ（６）に対して、０．２５〜１倍の範囲内である。
また、ティース部（２）とつば部（３）の接続部分（７）は、従来の典型的なステータコアの接続部分のような角部とはなっておらず、曲率半径の大きな曲線を輪郭とする形状となっている。そして、その曲率半径は、ティース部（２）の長さ（６）に対して、０．２５〜１倍の範囲内にある。
このような形状を有することにより、図１に示されるステータコア（４）は、当該接続部分での最大磁束密度と最大磁界強度の集中、ＢベクトルとＨベクトルの向きの急激な変化、又はＢベクトルとＨベクトルの角度差の発生を抑制し、変動磁界の下に発生する鉄損を低減することができるという効果を奏する。
【００２２】
本発明のステータコアは、ティースの長さが１ｍｍ未満の超小型モータ用のステータコアではなく、ティースの長さが１〜１０００ｍｍのサイズのステータコアである場合に、鉄損を低減する効果が高いものである。したがって、本発明のステータコアは、ティースの長さが１〜１０００ｍｍであることが好ましい。
【００２３】
また、本発明のステータコアは、ティース部において、鋼板の板面に対して垂直方向の凹み、切り欠き及び穴を有していない場合に、鉄損を低減する効果が高いものである。このような凹み、切り欠き及び穴は、複数のステータコアを積層するために「かしめ」を施し、あるいは結合部材により連結するために設けられることがあるものであるが、ステータコアにおける磁束の流れを妨げるため、鉄損を低減させる本発明の効果を弱めてしまうものである。
複数の鋼板を「かしめ」により固定する場合には、磁束の流れを妨げることがないように、ティース部ではなく、環状バックヨーク部に「かしめ」を設けることが好ましい。
【００２４】
図１に示されるステータコア（４）においては、つば部（３）の先端部分（９）の形状が、従来の典型的なステータコアのつば部のような角部を有する形状となっておらず、曲線を輪郭とする形状となっている。
このような形状を有する場合には、本発明のステータコアは、鉄損をさらに軽減することができるという効果を奏する。
【００２５】
図１に示されるステータコア（４）においては、ティース部（２）が、環状バックヨーク部（１）の外周側に突出しており、ティース部（２）が突出している部分の中間の領域（１０）（以下、「中間領域（１０）」という。）の形状が、ティース部の突出方向に曲率半径の中心を有する曲線を輪郭とする形状となっている。これは、図２２に示される従来の典型的なステータコアにおいては、中間領域（１０）の形状が、環状バックヨーク（１）の中心に曲率半径の中心を有する曲線となっているのに対して、図１に示される実施形態においては、それとは反対側に曲率半径の中心を有する曲線となっているのである。
このような形状を有する場合には、本発明のステータコアは、ティース部（２）とつば部（３）との接続部分（７）から、隣のティースにおけるティース部（２）とつば部（３）の接続部分（７）まで、曲率半径の大きい曲線で輪郭を形成することができ、鉄損をさらに軽減することができるという効果を奏する。
【００２６】
図１に示されるステータコア（４）においては、ティース部（２）の側面（８）の形状が、従来の典型的なステータコアのティース部の側面のようなストレート形状となっておらず、曲率半径の大きな曲線となっている。そして、その曲率半径は、ティース部（２）の長さ（６）に対して、０．２５〜１倍の範囲内にある。
このような形状を有する場合には、曲率半径の大きな曲線でティースの大部分を形成できることから、本発明のステータコアは、鉄損をさらに軽減することができるという効果を奏する。
【００２７】
図２は、本発明のステータコアの他の一つの実施形態を示す模式図であり、環状バックヨーク部の内周側に複数のティース部が突出したステータコアの実施形態を示す。図２は、ステータコアの鋼板の板面に対して垂直な方向から見たステータの形状を示している。
図２に示されるステータコア（４）は、環状バックヨーク部の内周側に突出したティース部にコイルが形成され、ステータの内側でロータが回転するインナーロータ型のモータに使用するステータとなる。
【００２８】
図２に示されるように、ステータコア（４）は、環状のバックヨーク部（１）を有し、この環状バックヨーク部（１）から内周側に向かって複数のティース（２）が突出している。ティース部（２）の先端には、ティース部の突出方向の軸に対して左右対称に一対のつば部（３）が設けられており、ティース部（２）はつば部（３）を有することによりＴの字状となっている。
【００２９】
環状バックヨーク部（１）とティース部（２）の接続部分（５）は、従来の典型的なステータコアの接続部分のような角部とはなっておらず、曲率半径の大きな曲線を輪郭とする形状となっている。そして、その曲率半径は、ティース部（２）の長さ（６）に対して、０．２５〜１倍の範囲内である。
また、ティース部（２）とつば部（３）の接続部分（７）は、従来の典型的なステータコアの接続部分のような角部とはなっておらず、曲率半径の大きな曲線を輪郭とする形状となっている。そして、その曲率半径は、ティース部（２）の長さ（６）に対して、０．２５〜１倍の範囲内にある。
【００３０】
図２に示されるステータコアは、環状バックヨーク部（１）とティース部（２）の接続部分（５）と、ティース部（２）とつば部（３）の接続部分（７）が、曲率半径の大きい曲線を輪郭とする形状となっている。このため、当該接続部分での最大磁束密度と最大磁界強度の集中、ＢベクトルとＨベクトルの向きの急激な変化、又はＢベクトルとＨベクトルの角度差の発生を抑制できることから、変動磁界の下に発生する鉄損を低減することができるという効果を奏する。
【００３１】
本発明のステータコアにおいて、ティース部の先端に設けられたつば部は、図１及び図２に示す実施形態のように、ティースの両端に設けてもよいが、ティースの片側だけに設けてもよい。
図３は、本発明のステータコアの他の一つの実施形態を示す模式図であり、つば部がティース部の片側に設けられた実施形態を示す。図３は、ステータコアの鋼板の板面に対して垂直な方向から見たステータの形状を示している。
【００３２】
図３に示されるステータコア（４）においては、ティース部（２）が、環状バックヨーク部（１）の内周側に突出しており、つば部（３）は、ティース部（２）の片側だけに設けられている。このように、つば部（３）が片側にしかない場合でも、ティース部（２）の周囲に巻き線を施すことができる。
この場合には、鉄損をさらに低減させるために、つば部（３）が設けられていない側のティース部（２）の先端（１１）は、曲線を輪郭とする形状とすることが好ましい。
【００３３】
本発明のステータコアは、環状バックヨーク部とティース部の接続部分の形状が、ティース部の長さの０．２５〜１倍の長さの曲率半径を有する曲線を輪郭とする形状であることを特徴とするが、好ましくは、曲率半径をティース部の長さの０．３〜０．８倍とするのがよく、より好ましくは、曲率半径をティース部の長さの０．３５〜０．６倍とするのがよい。
また、本発明のステータコアは、ティース部とつば部の接続部分の形状が、ティース部の長さの０．２５〜１倍の長さの曲率半径を有する曲線を輪郭とする形状であることを特徴とするが、より好ましくは、曲率半径をティース部の長さの０．３〜０．８倍とするのがよく、より好ましくは、曲率半径をティース部の長さの０．３５〜０．６倍とするのがよい。
【００３４】
本発明において、「接続部分の形状が、ティース部の長さの０．２５〜１倍の長さの曲率半径を有する曲線を輪郭とする形状である」とは、接続部分が曲線を輪郭とする形状となっており、その曲線の曲率半径がティース部の長さの０．２５〜１倍の範囲内にあることを意味する。ここで、曲線は、一定の曲率半径を有する曲線である必要はなく、曲率半径が変化する曲線であってよい。
また、接続部が全体としてこのような形状を有していればよく、局所的に小さな突起や切り欠きを有するものであってもよい。
【００３５】
本発明において、「ティースの長さ」とは、環状バックヨーク部（１）とつば部（３）を除いたティースの長さをいうが、環状バックヨーク部（１）とティース部（２）の境界が明確でなく、また、ティース部（２）とつば部（３）の境界が明確でないことから、「ティースの長さ」は次のように定義する。まず、環状バックヨーク部（１）の外周と内周のうちティース部（２）が突出した側の周の半径をＡとする。次に、ティース部（２）とつば部（３）の接続部分において変曲点となる点（変曲点を有さない場合には接続部と連続するつば部の最初の角部の頂点）を通る周の半径をＢとする。ここで、「変曲点」とは、曲線上で曲率の符号が反転する点である。そして、ＡとＢの長さの差を「ティースの長さ」とする。
図４は、本発明における「ティースの長さ」の算出方法を示す模式図である。図４は、環状バックヨーク部（１）の内周側にティース部（２）が突出しているステータコア（４）を示している。ティース部（２）の先端の両側には、つば部（３）が設けられている。
【００３６】
図４に示すように、環状バックヨーク部（１）は、外周（１２）と内周（１３）を有している。そして、ティース部（２）が突出した側の周は、内周（１３）となる。内周（１３）の半径は、符号１５に示す矢印の長さであり、これをＡとする。図４において、ティース部（２）とつば部（３）の接続部分においては変曲点が存在しないことから、接続部分と連続するつば部（３）の最初の角部の頂点を通る周（１４）を描画すると、その半径は、符号１６に示す矢印の長さであり、これをＢとする。図４に示されるステータコア（４）において、「ティースの長さ」とは、ＡからＢを引いた値であり、符号１７に示す矢印の長さである。
【００３７】
本発明のステータコアは、複数枚の鋼板を積層させたものであり、これにより、鋼板の板面から垂直な方向から見た場合に、前記のような特徴ある形状を有する。
図５は、本発明のステータコアの一つの実施形態を模式的に示す斜視図である。図５に示されるステータコア（４）は、複数の鋼板（１８）を積層することにより製造することができる。
【００３８】
本発明のステータコアは、前記のような特徴ある形状を有する鋼板を積層させたものであるが、鋼板の板厚は、１０〜１００μｍとすることが好ましい。
一般的なステータコアには、２００〜５００μｍの鋼板が用いられるが、鉄損の一つである渦電流損は鋼板の板厚の２乗に比例して増加するため、積層する鋼板の板厚を１００μｍ以下に薄くし、鋼板の表面を絶縁することで、渦電流の発生を抑制することができる。
本発明のステータコアは、鋼板の厚さを１００μｍ以下とすることで、渦電流損を抑制するとともに、その特徴ある形状によりヒステリシス損も抑制することができるため、両者の効果が相まって、鉄損を効果的に低減することが可能となる。本発明のステータコアにおいては、好ましくは、鋼板の厚さを８０μｍ以下とするのがよい。
また、鋼板の厚さは、コストを抑え、製造を容易にする観点から、１０μｍ以上とするのが好ましく、２５μｍ以上とするのがより好ましい。
【００３９】
２．本発明のステータ
本発明のステータは、前記１．に記載した本発明のステータコアと、そのティース部に巻かれた巻線からなるコイルとを含むものである。
巻線は、銅やアルミニウム等の導線に、樹脂等の絶縁材を被覆したものである。この巻線を、巻線機を用いてステータのティース部に整然と巻きつけ、コイルを形成することによって、ステータを製造することができる。また、あらかじめコイル状に巻いた巻線を、絶縁テープや樹脂で固定して、型巻コイルを作成し、これをティース部が形成する溝に差し込んでステータを製造することもできる。
【００４０】
本発明のステータは、環状バックヨーク部とティース部の接続部分と、ティース部とつば部の接続部分が、当該接続部分での最大磁束密度と最大磁界強度の集中、ＢベクトルとＨベクトルの向きの急激な変化、又はＢベクトルとＨベクトルの角度差の発生を抑制し、変動磁界の下に発生する鉄損を低減することができるという効果を奏する。
【００４１】
３．本発明のモータ
本発明のモータは、前記１．に記載した本発明のステータコアと、そのティース部に巻かれた巻線からなるコイルと、ロータとを含むものである。
本発明のステータコアが、環状バックヨークの外周側にティース部が突出したステータコアである場合には、ステータコアの外周側にコイルが形成されることとなり、さらにその外周側で回転するカップ状のロータを用いた、アウターロータ型のモータとすることができる。また、本発明のステータコアが、環状バックヨークの内周側にティース部が突出したステータコアである場合には、ステータコアの内周側にコイルが形成されることとなり、さらにその内周側で回転する円筒型のロータを用いた、インナーロータ型のモータとすることができる。
【００４２】
本発明のモータは、環状バックヨーク部とティース部の接続部分と、ティース部とつば部の接続部分が、曲率半径の大きい曲線を輪郭とする形状となっているため、当該接続部分での最大磁束密度と最大磁界強度の集中、ＢベクトルとＨベクトルの向きの急激な変化、又はＢベクトルとＨベクトルの角度差の発生を抑制し、変動磁界の下に発生する鉄損を低減することができるという効果を奏する。
【００４３】
本発明のモータは、鉄損が低減されていることから、高速で回転させたときに発生する熱が少なく、回転数が３０００〜３０００００ｒｐｍの高速モータとして好適に使用することができる。
【００４４】
４．本発明のステータコア用鋼板
本発明のステータコア用鋼板は、前記１．の本発明のステータコアに使用される鋼板であり、環状バックヨーク部と、環状バックヨーク部の外周側又は内周側から突出する複数のティース部と、ティース部の先端に設けられたつば部とを含み、その形状に特徴を有するステータコア用鋼板である。
本発明のステータコア用鋼板は、鋼板の板面に対して垂直な方向から見た場合に、環状バックヨーク部とティース部の接続部分の形状が、ティース部の長さの０．２５〜１倍の長さの曲率半径を有する曲線を輪郭とする形状であり、ティース部とつば部の接続部分の形状が、ティース部の長さの０．２５〜１倍の長さの曲率半径を有する曲線を輪郭とする形状であることを特徴とする。
このため、本発明のステータコア用鋼板を積層することにより製造するステータコアも、鋼板の板面に対して垂直な方向から見た場合に、環状バックヨーク部とティース部の接続部分の形状が、ティース部の長さの０．２５〜１倍の長さの曲率半径を有する曲線を輪郭とする形状とし、ティース部とつば部の接続部分の形状が、ティース部の長さの０．２５〜１倍の長さの曲率半径を有する曲線を輪郭とする形状とすることができる。
【００４５】
本発明のステータコア用鋼板は、環状バックヨーク部とティース部の接続部分と、ティース部とつば部の接続部分が、曲率半径の大きい曲線を輪郭とする形状となっているため、当該接続部分での最大磁束密度と最大磁界強度の集中、ＢベクトルとＨベクトルの向きの急激な変化、又はＢベクトルとＨベクトルの角度差の発生を抑制し、変動磁界の下に発生する鉄損を低減することができるという効果を奏する。
【００４６】
５．本発明のステータコアの製造方法
本発明のステータコアの製造方法は、金型により鋼板を打ち抜き、打ち抜かれた鋼板を複数枚積層して固定することを含む製造方法であり、打ち抜く鋼板の形状に特徴を有する。
本発明のステータコアの製造方法においては、打ち抜かれた鋼板が、環状バックヨーク部と、環状バックヨーク部の外周側又は内周側から突出する複数のティース部と、ティース部の先端に設けられたつば部とを含み、
鋼板の板面に対して垂直な方向から見た場合に、
環状バックヨーク部とティース部の接続部分の形状が、ティース部の長さの０．２５〜１倍の長さの曲率半径を有する曲線を輪郭とする形状であり、
ティース部とつば部の接続部分の形状が、ティース部の長さの０．２５〜１倍の長さの曲率半径を有する曲線を輪郭とする形状であることを特徴とする。
【００４７】
本発明のステータコアの製造方法は、金型により打ち抜く鋼板の形状が、環状バックヨーク部とティース部の接続部分と、ティース部とつばの接続部分において、曲率半径の大きな曲線を輪郭とし、角部を有しない形状となっているため、打ち抜きが容易であるという効果を奏する。また、本発明のステータコアの製造方法は、鉄損が低減されたステータコアを製造することができるという効果を奏する。
【００４８】
本発明のステータコアの製造方法において、金型により鋼板を打ち抜く工程を行う方法としては、これに限定されるわけではないが、例えば、帯状の鋼板を、金型を用いてプレスすることにより、特徴ある形状の鋼板を打ち抜くことができる。
また、本発明のステータコアの製造方法において、打ち抜いた鋼板を積層して固定する工程を行う方法としては、これらに限定されるわけではないが、例えば、鋼板を積層して「かしめ」により固定する方法、接着剤を塗布して鋼板を積層することにより固定する方法、鋼板を積層してレーザにより溶接固定する方法、積層した鋼板を接着剤中に含浸させて接着させる方法、鋼板を積層して「かしめ」により仮固定した後、積層した鋼板の外周に接着剤を塗布して浸潤させることにより固定する方法等を用いることができる。
【００４９】
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【実施例１】
【００５０】
（アウターロータ型モータに用いるステータコアの形状改良）
アウターロータ型モータに用いるステータコアについて、図２２に示される従来の形状のステータコアを、図１に示される形状を有するステータコアに改良した。それぞれのステータコアについて、最大磁束密度分布、最大磁界強度分布、磁束密度ベクトル軌跡、磁界強度ベクトル軌跡、及び鉄損分布をシミュレーションにより比較した。シミュレーションは、８０μｍの無方向性電磁鋼板を測定して得られたベクトル磁気特性データを使用して、積分型Ｅ＆Ｓモデルを導入した有限要素磁界解析（T. Sato, T. Todaka, M. Enokizono, Improvement of Integration Type Dynamic E&S Modeling, IEEE Transactions on Magnetics, 2011, Vol.47, No.5, pp.1126-1129参照）により行った。
【００５１】
シミュレーションの結果を図６〜１１に示す。
図６は、図２２に示される従来のステータコアと、図１に示される本発明のステータコアについて、鉄損分布を比較した結果を示す図である。図６（Ａ）は、図２２に示される従来のステータコアの鉄損分布を示す図である。図６（Ｂ）は、図１に示される本発明のステータコアの鉄損分布を示す図である。
図６（Ａ）に示されるように、従来のステータコアでは、環状バックヨーク部とティース部の接続部分が角部となっているとともに、ティース部とつば部の接続部分も角部となっており、両角部において大きな鉄損が生じている。一方、図６（Ｂ）に示されるように、角部を無くして緩やかな曲線形状とした本発明のステータコアでは、鉄損が低減している。
図７は、図２２に示される従来のステータコアと、図１に示される本発明のステータコアについて、最大磁束密度分布の比較をした結果を示す図である。図７（Ａ）は、図２２に示される従来のステータコアの最大磁束密度分布を示す図である。図７（Ｂ）は、図１に示される本発明のステータコアの最大磁束密度分布を示す図である。
図７（Ａ）に示されるように、従来のステータコアでは、環状バックヨーク部とティース部の接続部分の角部と、ティース部とつば部の接続部分の角部において、最大磁束密度が集中して高くなっている。一方、図７（Ｂ）に示されるように、本発明のステータコアでは、最大磁束密度の集中が抑制されている。
図８は、図２２に示される従来のステータコアと、図１に示される本発明のステータコアについて、最大磁界強度分布の比較をした結果を示す図である。図８（Ａ）は、図２２に示される従来のステータコアの最大磁界強度分布を示す図である。図８（Ｂ）は、図１に示される本発明のステータコアの最大磁界強度分布を示す図である。
図８（Ａ）に示されるように、従来のステータコアでは、環状バークヨーク部とティース部の接続部分の角部と、ティース部とつば部の接続部分の角部において、最大磁界強度が集中して高くなっている。一方、図８（Ｂ）に示されるように、本発明のステータコアでは、最大磁界強度の集中が抑制されている。
【００５２】
図９は、図２２に示される従来のステータコアにおける、磁束密度ベクトルの軌跡と、磁界強度ベクトルの軌跡を示す図である。図９（Ａ）は、図２２に示される従来のステータコアにおける鉄損分布を示すとともに、ベクトル軌跡をシミュレーションした箇所を点線の円で示す。図９（Ｂ）は、図９（Ａ）において点線の円で示された箇所における磁束密度ベクトルの軌跡を示す。図９（Ｃ）は、同じ箇所における磁界強度ベクトルの軌跡を示す。図９（Ｂ）に示されるように、角部において磁束密度ベクトルの向きが急激に変化しており、また、図９（Ｃ）に示されるように、角部において磁界強度ベクトルの向きが急激に変化している。
そして、図９（Ｂ）と図９（Ｃ）の対比から明らかなように、角部においては、磁束密度ベクトルの向きと、磁界強度ベクトルの向きが平行でなくなり、角度差が生じている。
図１０は、図１に示される本発明のステータコアにおける、磁束密度ベクトルの軌跡と、磁界強度ベクトルの軌跡を示す図である。図１０（Ａ）は、図１に示される本発明のステータコアにおける鉄損分布を示すとともに、ベクトル軌跡をシミュレーションした箇所を点線の円で示す。図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）において点線の円で示された箇所における磁束密度ベクトルの軌跡を示す。図１０（Ｃ）は、同じ箇所における磁界強度ベクトルの軌跡を示す。図１０（Ｂ）に示されるように、角部をなくして緩やかな曲線形状とした本発明のステータコアにおいては、磁束密度ベクトルの向きが緩やかに変化しており、また、図９（Ｃ）に示されるように、磁界強度ベクトルの向きも緩やかに変化している。
そして、図９（Ｂ）と図９（Ｃ）の対比から明らかなように、磁束密度ベクトルの向きと、磁界強度ベクトルの向きは、平行に近い向きに保たれている。
【００５３】
図１１は、図２２に示される従来のステータコア（従来形状）と、図１に示される本発明のステータコア（改良形状）について、ステータコア全体の鉄損をシミュレーションした結果を示す。シミュレーションでは、８０μｍの鋼板を約６００枚積層して４９ｍｍとした場合の、ステータコア全体の鉄損を求めた。
図１１に示されるように、従来のステータコア（従来形状）と比較して、本発明のステータコア（改良形状）は、鉄損が１１．７％減少する結果となった。
これは、図７〜１０に示されるように、従来のステータコアの角部を緩やかな曲線形状とした本発明のステータコアは、最大磁束密度と最大磁界強度の集中や、ＢベクトルとＨベクトルの向きの急激な変化、そして、ＢベクトルとＨベクトルの角度差の発生を抑制したため、結果としてヒステリシス損が低減したものである。
【実施例２】
【００５４】
（インナーロータ型モータに用いるステータコアの形状改良）
インナーロータ型モータに用いるステータコアについて、図２３に示される従来の形状のステータコアを、図２に示される形状を有するステータコアに改良した。それぞれのステータコアについて、最大磁束密度分布、最大磁界強度分布、磁束密度ベクトル軌跡、磁界強度ベクトル軌跡、及び鉄損分布をシミュレーションにより比較した。
シミュレーションは、実施例１と同じ方法により行った。
【００５５】
シミュレーションの結果を図１２〜１７に示す。
図１２は、図２３に示される従来のステータコアと、図２に示される本発明のステータコアについて、鉄損分布を比較した結果を示す図である。図１２（Ａ）は、図２３に示される従来のステータコアの鉄損分布を示す図である。図１２（Ｂ）は、図２に示される本発明のステータコアの鉄損分布を示す図である。
図１２（Ａ）に示されるように、従来のステータコアでは、環状バックヨーク部とティース部の接続部分が角部となっているとともに、ティース部とつば部の接続部分も角部となっており、両角部において大きな鉄損が生じている。一方、図１２（Ｂ）に示されるように、角部を無くして緩やかな曲線形状とした本発明のステータコアでは、鉄損が低減している。
図１３は、図２３に示される従来のステータコアと、図２に示される本発明のステータコアについて、最大磁束密度分布の比較をした結果を示す図である。図１３（Ａ）は、図２３に示される従来のステータコアの最大磁束密度分布を示す図である。図１３（Ｂ）は、図２に示される本発明のステータコアの最大磁束密度分布を示す図である。
図１３（Ａ）に示されるように、従来のステータコアでは、環状バークヨーク部とティース部の接続部分の角部と、ティース部とつば部の接続部分の角部において、最大磁束密度が集中して高くなっている。一方、図１３（Ｂ）に示されるように、本発明のステータコアでは、最大磁束密度の集中が抑制されている。
図１４は、図２３に示される従来のステータコアと、図２に示される本発明のステータコアについて、最大磁界強度分布の比較をした結果を示す図である。図１４（Ａ）は、図２３に示される従来のステータコアの最大磁界強度分布を示す図である。図１４（Ｂ）は、図２に示される本発明のステータコアの最大磁界強度分布を示す図である。
図１４（Ａ）に示されるように、従来のステータコアでは、環状バックヨーク部とティース部の接続部分の角部と、ティース部とつば部の接続部分の角部において、最大磁界強度が集中して高くなっている。一方、図１４（Ｂ）に示されるように、本発明のステータコアでは、最大磁界強度の集中が抑制されている。
【００５６】
図１５は、図２３に示される従来のステータコアにおける、磁束密度ベクトルの軌跡と、磁界強度ベクトルの軌跡を示す図である。図１５（Ａ）は、図２３に示される従来のステータコアにおける鉄損分布を示すとともに、ベクトル軌跡をシミュレーションした箇所を点線の円で示す。図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）において点線の円で示された箇所における磁束密度ベクトルの軌跡を示す。図１５（Ｃ）は、同じ箇所における磁界強度ベクトルの軌跡を示す。図１５（Ｂ）に示されるように、従来のステータコアでは、角部において磁束密度ベクトルの向きが急激に変化しており、また、図１５（Ｃ）に示されるように、角部において磁界強度ベクトルの向きが急激に変化している。
そして、図１５（Ｂ）と図１５（Ｃ）の対比から明らかなように、角部においては、磁束密度ベクトルの向きと、磁界強度ベクトルの向きが平行でなくなり、角度差が生じている。
図１６は、図２に示される本発明のステータコアにおける、磁束密度ベクトルの軌跡と、磁界強度ベクトルの軌跡を示す図である。図１６（Ａ）は、図２に示される本発明のステータコアにおける鉄損分布を示すとともに、ベクトル軌跡をシミュレーションした箇所を点線の円で示す。図１６（Ｂ）は、図１６（Ａ）において点線の円で示された箇所における磁束密度ベクトルの軌跡を示す。図１６（Ｃ）は、同じ箇所における磁界強度ベクトルの軌跡を示す。図１６（Ｂ）に示されるように、角部をなくして緩やかな曲線形状とした本発明のステータコアにおいては、磁束密度ベクトルの向きが緩やかに変化しており、また、図１６（Ｃ）に示されるように、磁界強度ベクトルの向きも緩やかに変化している。
そして、図１６（Ｂ）と図１６（Ｃ）の対比から明らかなように、磁束密度ベクトルの向きと、磁界強度ベクトルの向きは、平行に近い向きに保たれている。
【００５７】
図１７は、図２３に示される従来のステータコア（従来形状）と、図２に示される本発明のステータコア（改良形状）について、ステータコア全体の鉄損をシミュレーションした結果を示す。シミュレーションは、図１１でのシミュレーションと同じ積層条件で行った。
図１７に示されるように、従来のステータコア（従来形状）と比較して、本発明のステータコア（改良形状）は、鉄損が１０．７％減少する結果となった。
これは、図１３〜１６に示されるように、従来のステータコアの角部を緩やかな曲線形状とした本発明のステータコアは、最大磁束密度と最大磁界強度の集中や、ＢベクトルとＨベクトルの向きの急激な変化、そして、ＢベクトルとＨベクトルの角度差の発生を抑制したため、結果としてヒステリシス損が低減したものである。
【実施例３】
【００５８】
（曲線の曲率半径の変化による効果の検証）
実施例１及び２の結果から、環状バックヨーク部とティース部の接続部分と、ティース部とつば部の接続部分を、緩やかな曲線を輪郭とする形状とすることにより、鉄損を軽減できることが明らかとなった。
本実施例では、接続部分の輪郭の曲率半径の大きさと鉄損の低減効果との関係について検証を行った。
図１８は、環状バックヨーク部とティース部の接続部分と、ティース部とつば部の接続部分の曲率半径を、ティース部の長さに対して、（Ａ）０％、（Ｂ）５％、（Ｃ）１０％、（Ｄ）２０％、（Ｅ）３０％と変化させた場合に、最大磁束密度分布がどのように変化するかをシミュレーションした結果を示す図である。
図１８（Ａ）に示されるように、環状バックヨーク部とティース部の接続部分と、ティース部とつば部の接続部分に角部を有する場合には、角部に最大磁束密度分布が集中していた。しかし、図１８（Ｂ）〜図１８（Ｅ）に示すように、接続部分の輪郭の曲率半径を大きくする程、最大磁束密度分布の集中が緩和されていく結果となった。
図１９は、環状バックヨーク部とティース部の接続部分と、ティース部とつば部の接続部分の曲率半径を、ティース部の長さに対して、（Ａ）０％、（Ｂ）５％、（Ｃ）１０％、（Ｄ）２０％、（Ｅ）３０％と変化させた場合に、最大磁界強度分布がどのように変化するかをシミュレーションした結果を示す図である。
図１９（Ａ）に示されるように、環状バックヨーク部とティース部の接続部分と、ティース部とつば部の接続部分に角部を有する場合には、角部に最大磁界強度分布が集中していた。しかし、図１９（Ｂ）〜図１９（Ｅ）に示すように、接続部分の輪郭の曲率半径を大きくする程、最大磁界強度分布の集中が緩和されていく結果となった。
図２０は、環状バックヨーク部とティース部の接続部分と、ティース部とつば部の接続部分の曲率半径を、ティース部の長さに対して、（Ａ）０％、（Ｂ）５％、（Ｃ）１０％、（Ｄ）２０％、（Ｅ）３０％と変化させた場合に、鉄損分布がどのように変化するかをシミュレーションした結果を示す図である。
図２０（Ａ）に示されるように、環状バックヨーク部とティース部の接続部分と、ティース部とつば部の接続部分に角部を有する場合には、角部での鉄損が大きくなっていた。しかし、図２０（Ｂ）〜図２０（Ｅ）に示すように、接続部分の輪郭の曲率半径を大きくする程、鉄損が低減されていく結果となった。
【００５９】
図２１は、接続部分の輪郭の曲率半径と鉄損の関係を示すグラフである。
図２１（Ａ）は、縦軸に、鉄損の絶対値を示し、横軸に、接続部分の輪郭の曲率半径を、ティース部の長さに対する比（パーセント）で示す。図２１（Ｂ）は、縦軸に、軽減された鉄損の比（パーセント）を示し、横軸に、接続部分の輪郭の曲率半径を、ティース部の長さに対する比（パーセント）で示す。
図２１（Ａ）及び図２１（Ｂ）に示すように、接続部分の輪郭の曲率半径が大きくなるほど、ステータコアの鉄損が低減することが明らかとなった。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明のステータコア、ステータ、モータ、ステータコア用鋼板、及びステータコアの製造方法は、モータや発電機を製造する産業において有用である。
【符号の説明】
【００６１】
１      環状バックヨーク部
２      ティース部
３      つば部
４      ステータコア
５      環状バックヨーク部とティース部の接続部分
６      ティースの長さ
７      ティース部とつば部の接続部分
８      ティース部の側面
９      つば部の先端部
１０    中間領域
１１    つば部が設けられていない側のティース部の先端
１２    環状バックヨーク部の外周
１３    環状バックヨーク部の内周
１４    つば部の角部を通る周
１５    環状バックヨーク部の内周の半径
１６    つば部の角部を通る周の半径
１７    ティースの長さ
１８    鋼板
【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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【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】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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