(57)【要約】【課題】  コイルからの熱の伝導性をよくすると共にコイルの振動発生を抑制し、出力トルク、コギング量が調整したステータ構造を備えた電動機を提供する。【解決手段】  ステータコア１の内周には放射状に等間隔に主歯２が設けられている。隣り合う主歯２の間隔で形成されたスロット部３には、副歯８が設けられている。各主歯２にコイルが巻回されたときコイルの外周面は副歯８と密接するように構成されている。コイルは中心部で主歯２と接触し外周部の面は副歯８と密接するので通電により発生するコイルからの熱はステータコア１への熱伝導性がよくなる。ステータの外周部に設けられた冷却機構でこの熱が除去され、電動機は冷却される。コイルは、主歯２と副歯８で挟まれ固定されるから振動発生を防止できる。また、副歯８の長さを調整することによって、出力トルク、コギング量の調整ができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータコアの主歯と主歯の間に形成されるスロット部に、主歯に巻回される隣接するコイルを仕切る機能を持つ副歯を設けたことを特徴とする電動機。
【請求項２】
前記副歯は隣接するコイルの隙間を埋める形状であることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【請求項３】
前記副歯は、その長さを調節することにより、モータトルクやコギング量を調整されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電動機。
【請求項４】
前記副歯の長さは、主歯の長さを越えない範囲で、許容コグング量内の最大長さに調整してある請求項３に記載の電動機。
【請求項５】
前記副歯の長さは、主歯の長さを越えない範囲で、最小コギング量が得られる長さに調整してある請求項３に記載の電動機。
【請求項６】
前記電動機は、円筒型のステータコアを持つ電動機又は直線型のステータコアを持つ電動機である請求項１乃至５の内いずれか１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、電動機に関するものである。特に、ステータコアに特徴を有する電動機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電動機のステータコアは、等間隔に設けられた歯と、歯と歯の間隔でスロット部が構成され、該スロット部を通り各歯にはコイルが巻回されている。図８は、電動機をロータ軸と直交する方向に切断した断面説明図である。ステータコア１には放射状に等間隔に歯２が設けられ、該歯２と歯２の間がスロット部３として形成されている。各歯２にはコイル４が巻回されている。又、ステータコア１の外周には、空冷、液冷等の熱媒体を通す孔等の冷却機構５を備える。なお、符号６はロータであり、符号７はロータ軸のシャフトである。
【０００３】
電動機が駆動されるときにはコイル４に電流が流される。コイル４はその銅損により発熱する。このコイル４から発生した熱は、歯２、ステータコア１を伝導しステータの外周に設けられた冷却機構５で除去され、電動機を冷却するものとなっている。
【０００４】
隣接するコイル４間には隙間があり、この隙間に存在する空気によって熱絶縁状態となっている。そのため、コイル４から発生した熱が直接伝導可能な部分は歯２のみとなっている。そのため、熱伝導をよくするために、高熱伝導樹脂によりこのコイル４間の隙間をモールドすることによって、熱伝導を改善し、かつ、コイル４の振動を抑える方法が採用されている。
【０００５】
又、このコイルから発生した熱を効率よくステータコアに伝導する方法として、ステータコアの内面、すなわち、スロット部の底面を歯の側面と垂直に形成し、コイルが巻回され収納されているボビンを歯に挿入し、このボビンと歯の側面及びスロット部の底面が密着するように構成することによって、コイルからステータコアへの熱伝導率を向上したものも知られている。さらに、スロット部にステータコアと該ステータコアの両端に設けたブラケットとを固定するためのボルトを通すためのガイド孔を有する突起を設け、電動機を小型化したものも知られている（特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−３１２９４３号公報（段落「０００６」、「０００７」及び図３参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ステータコアの歯に巻回されたコイルから発生した熱は、主に歯を介してステータコアに伝導され、冷却機構によって除去され、電動機は冷却される。この電動機の冷却効率をよくするには、コイルで発生した熱を効率よく、ステータコア、及び冷却機構に伝導する必要がある。しかし、上述したようにコイルはその巻回の中心部である歯に主に接触するだけで、コイルの外周部は空気層に覆われ熱絶縁状態となっており、コイルの外周部がステータコアにつながる部材に接するものはない。主に歯を介してしか熱はステータコアに伝導されず熱伝導効率は悪い。又、コイルは歯に巻回されてその中心部のみがステータコアで支えられている構造であるため、コイルへの通電時においてコイルに電気的振動が発生する。この振動は含浸処理等によってある程度抑えられているが依然として振動は残る。
【０００８】
これを改善するために高熱伝導樹脂により、コイル間をモールドすることによって熱伝導性を改善し、かつコイルの振動をも抑えるようにしても、この性能はモールドに使用する樹脂の特性に依存する。  
そこで、本発明の目的は、コイルからの熱の伝導性をよく、かつ、コイルの振動発生をも抑制することのできるステータ構造を備えた電動機を提供することにある。また、電動機の出力トルクを増大させ、若しくはコギング量を小さくすることのできる電動機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、ステータコアの主歯と主歯の間に形成されるスロット部に、主歯に巻回される隣接するコイルを仕切る機能を持つ副歯を設け、前記課題を解決したものである。この副歯は隣接するコイルの隙間を埋める形状とし、コイルからの熱の伝導性をよく、かつ、コイルの振動発生をも抑制する。また、副歯の長さを調節することにより、モータトルクやコギング量を調整することができ、電動機の使用用途等に応じて、出力トルクを優先するか、コグング量を小さくすることを優先するかによって、副歯の長さを目的に合わせた長さとする。大きな出力トルクを得るようにするには、主歯の長さを越えない範囲で、許容コグング量内の最大長さに調整する。また、小さいコギング量の電動機を得るときには、副歯の長さを最小コギング量が得られる長さに調整する。また、電動機としては、円筒型のステータコアを持つ電動機でも又は直線型のステータコアを持つ電動機であっても、どちらの電動機でもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、コイルで発生した熱を効率よくステータコアに伝導し、その熱を除去できるようにしたから、電動機の効率よい冷却ができる。又、コイルへの通電によって発生するコイルの振動も抑制することができる。また、副歯の長さを調整することにって、電動機の出力トルクを増大させることも、若しくは、コギング量を小さくするように調整することができ、電動機の用途に応じ、出力トルクとコギング量の調整を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態の電動機における円筒型ステータコア１の説明図である。又、図２は、ステータコア１の主歯２にコイル４が巻回されている状態を示した一部拡大図である。円筒型ステータコア１の内周には放射状に等間隔に主歯２が設けられ、隣り合う主歯２の間隔でスロット部３を形成している。さらに、このスロット部３には、スロット部３の底面から突出する副歯８が設けられている。そして、図２に示すように、コイル４が各主歯２に巻回され、この巻回されたコイル４の外周面は副歯８と密接するように構成されている。すなわち、副歯８は突出先端の幅が副歯８の基部よりも小さくなるように形成され、副歯８と主歯２の対向する面は概略平行になるように形成されている。その結果、主歯２に巻回されたコイル４の外周面は副歯８の面と全体的に接触することになり、副歯８は隣り合う主歯２に巻回されたコイル４とコイル４の隙間を埋めると共に、隣接するコイル４を仕切る機能を有している。そして、コイル４とステータコア１を一体化する機能も有している。
【００１２】
コイル４から発生した熱は、主歯２及び副歯８を介してステータコア１に効率よく伝導され、ステータ外周部に設けた冷却機構によって除去されることになる。又、コイル４は主歯２と副歯８によって、両側が固定されることになるから、通電によって発生する電気的振動は抑えられることになる。
【００１３】
さらに、副歯８の長さ（半径方向の長さ）を変えることによって、電動機の出力トルクを変えることができると共に、コギング量を調整することができる。  
図３は、副歯８の長さのみを変えて構成した電動機のステータの断面一部拡大図である。図３（ａ）は、副歯８の長さを短くした電動機（以下ケース１という）、図３（ｂ）は、副歯８の長さを後述するように、コギング量が最小となるように、中ぐらいの長さに構成したときの電動機（以下ケース２という）、図３（ｃ）は副歯８の長さを長くした電動機（以下ケース３という）である。
【００１４】
このように、副歯８の長さを変え、他の電動機の構成はほぼ同一として電動機を構成し、その出力トルク及びコギング量を測定すると、図４に示すグラフのようになる。図４において、横軸は副歯８の長さを示し、縦軸は出力トルク及びコギング量を示す。なお、この出力トルク及びコギング量は絶対値ではなく、副歯８の長さだけ異なる電動機における相対値である。  
この図４で示されるように、出力トルクは副歯８の長さが長くなるにつれて増大している。しかし、コギング量は、副歯８が短いときも長いときも増大し大きい。コギング量を最小にする副歯８の長さがあることが分かる。すなわち、図３（ａ）に示すケース１のように、副歯８が短いと出力トルクは小さく、コギング量は大きいこと示している。また、図３（ｃ）に示すケース３のように、副歯８が長いと、出力トルクもコギング量も大きい。副歯８の長さを順次増大していくと、コギング量は順次減少し、小さくなり、ある時点から副歯８の長さを増大するにつれて逆にコギング量が増大する。そこで、例えば、図３（ｂ）に示すように、コギング量が最小となる副歯８の長さにすることによって、コギング量が最小の最適な電動機を得ることができる。
【００１５】
よって、電動機の使用用途等に合わせ、出力トルクを重視し、コギング量がある程度あってもよいような、トルク優先の場合には、ケース３のように、副歯８を長さを主歯２の長さを越えない範囲で、許容できるコギング量内で長いものとすればよい。また、コグング量を極力小さいものにする必要がある場合には、ケース２のように、コギング量が最小の副歯８の長さを選択するようにすればよい。
【００１６】
図５は、このステータコアを用いた一実施形態の電動機を、ロータ軸と直交する方向に切断した断面説明図である。図８に示した従来例と異なる点は、スロット部には殆ど隙間はなく、隣り合うコイル４間の隙間には、副歯８がこの隙間を埋め、隣接するコイル４間を仕切り、コイル４と副歯８が密接するように構成されている点であり、他は図８に示す従来例と同一である。また、副歯８の長さは、トルク優先か、コギング量低下を優先するかによって、その長さが調整されている。
【００１７】
コイル４は、その巻回の中心部で主歯２と接触し、外周部では副歯８の面と密着することにより、コイル４とステータコア１の接触面積が約２倍以上となり格段に増大し、コイル４からステータコア１への熱伝導は大幅に増大するものである。このステータコア１に伝導された熱はステータ外周部に設けられた冷却機構５によって除去されることになり、効率よく電動機は冷却されることになる。
【００１８】
又、ステータコア１の内周部において、コイル４間の隙間が副歯８で埋め尽くされ、隙間がないことから、コイルは振動発生の余地がなく、電気的振動によるコイルの振動を確実に抑制することができる。
【００１９】
さらに、従来例と同様に、高熱伝導樹脂によってスロット部の隙間をモールドすることによって、さらに熱伝導をよくし、かつ振動抑制効果を向上させるようにしてもよい。
【００２０】
上述した実施形態は、回転電動機の例である。本発明は、リニアモータにも適用できるものであり、このリニアモータに適用する直線型ステータコアの例を図６、図７に示す。図６は、本発明の一実施形態としてのリニアモータに適用する直線型ステータコア１１の説明図で、図７は、このステータコア１１の主歯１２にコイル１４を巻回したときの説明図である。
【００２１】
ステータコア１１には等間隔に主歯１２が設けられ、各主歯１２間に設けられたスロット部１３には、副歯１８が設けられている。この副歯１８と主歯１２の対向面はほぼ平行に形成されている。各主歯１２にコイル１４を巻回したとき、図７に示すように、巻回したコイル１４の外周面が副歯１８の面と密接するようにこの副歯１８の幅が形成されている。また、この直線型ステータコア１１においても、副歯１８の長さを調整することによって、出力トルクを優先し、コギング量が増大しても出力トルクが大きくなるように、副歯１８の長さを長くすることも、コギング量を小さくすることを優先して、副歯１８を短く形成すること等によって、出力トルクとコギング量を副歯１８の長さで調整することができる点は、第１の実施形態と同一である。
【００２２】
この直線型ステータコア１１においても、主歯１２に巻回されたコイル１４は、その巻回中心部で主歯１２と密接し、外周部で副歯１８と密接することになるから、副歯１８がない従来のリニアモータのステータコアと比較して、コイル１４がステータコア１１に接する面積が２倍以上となり、その分熱伝導がよくなり、コイル１４から発生する熱を効率よくステータコア１１に伝導し、図示しない冷却機構によりこの熱を除去することができ、効率的なリニアモータの冷却ができる。又、図７に示すように、コイル１４は主歯１２と副歯１８で挟まれ、一体的となっていることから、コイル１４に電流を流し、モータを駆動したときの電気的振動によるコイルの振動を抑制することができる。  
又、このリニアモータを形成するステータコア１１においても、スロット部１３に生じる間隙を高熱伝導樹脂でモールドするようにして、熱伝導の効率をさらに向上させ、振動の抑制もさらに向上させることも、回転型電動機の例と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施形態の電動機における円筒型ステータコアの説明図である。
【図２】同第１の実施形態においてコイルをステータコアの主歯に巻回したときの状態を表す説明図である。
【図３】同第１の実施形態における電動機の説明図である。
【図４】同第１の実施形態において、副歯の長さの異なる電動機の説明図である。
【図５】同第１の実施形態において、副歯の長さと電動機の出力トルク、コギング量の関係を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態であるリニアモータに用いる直線型ステータコアの説明図である。
【図７】同第２の実施形態においてコイルをステータコアの主歯に巻回したときの状態を表す説明図である。
【図８】従来の電動機の説明図である。
【符号の説明】
【００２４】
１，１１  ステータコア
２  主歯（歯）
１２  主歯
３，１３  スロット部
４，１４  コイル
５  冷却機構
６  ロータ
７  シャフト
８，１８  副歯
【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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