(57)【要約】【課題】回転電機のステータを貫く磁束方向に合わせてステータ構造を構成することにより鉄損の低減を図ることが可能な回転電機のステータ構造、および回転電機を提供すること。【解決手段】ステータ１０は、第１ヨーク素片５と第２ヨーク素片７とを交互に連結して環状に構成されるヨーク部を備える。第１ヨーク素片５には環状内側端部にティース本体素片１が連結され、その先端部にはティース先端素片３が連結される。ティース本体素片１及び第２ヨーク素片７は、各々、環状ヨーク部の径方向及び周方向に大きな透磁率を有し磁気特性に優れた性質を有する方向性電磁鋼板で構成される。ティース先端素片３及び第１ヨーク素片５では、ロータ３１の回転により磁束方向が刻々と変化するので、磁気特性に方向性を有しない無方向性電磁鋼板で構成される。磁束方向に応じた部材でステータが構成され、鉄損の低減を図ることができる。【選択図】  図１
2004229435.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータコイルが巻回されるティース部を備える回転電機のステータ構造において、
前記ティース部は、
前記ステータコイルの巻回軸方向に大きな透磁率を有する第１磁性材で構成されるティース本体素片と、
ロータに対向する先端において前記ティース本体素片に連結され、前記第１磁性材に比して透磁率の方向性の小さな第２磁性材で構成されるティース先端素片とを備えることを特徴とする回転電機のステータ構造。
【請求項２】
前記ティース先端素片における前記ステータコイルの巻回軸方向の長さは、前記ティース部における長さの１／２以下であることを特徴とする請求項１に記載の回転電機のステータ構造。
【請求項３】
前記ティース本体素片と前記ティース先端素片とは、嵌合連結されることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機のステータ構造。
【請求項４】
環状に形成されるヨーク部と、前記ヨーク部の周方向に所定間隔で連結され、前記ヨーク部の環中心に向かってステータコイルが巻回されるティース部とを備える回転電機のステータ構造において、
前記ティース部は、前記ステータコイルの巻回軸方向に大きな透磁率を有する第１磁性材で構成されるティース本体素片を備えると共に、
前記ヨーク部は、
前記第１磁性材に比して透磁率の方向性の小さな第２磁性材で構成され、前記ティース本体素片が連結される第１ヨーク素片と、
環状周方向に大きな透磁率を有する前記第１磁性材で構成され、隣接する２つの前記第１ヨーク素片の間に配置され、前記第１ヨーク素片と連結される第２ヨーク素片とを備えることを特徴とする回転電機のステータ構造。
【請求項５】
前記第１ヨーク素片の環状内側端部は、前記第２ヨーク素片の環状内側端部に対して、前記ヨーク部の環中心側に突出した第１凸状部を備え、前記第１凸状部に前記ティース本体素片が連結されることを特徴とする請求項４に記載の回転電機のステータ構造。
【請求項６】
前記第１ヨーク素片の周方向端部は、前記第１ヨーク素片に連結される前記ティース本体素片の周方向端部に対して、前記ヨーク部の周方向に突出した第２凸状部を備え、前記第２凸状部に前記第２ヨーク素片が連結されることを特徴とする請求項４または５に記載の回転電機のステータ構造。
【請求項７】
前記ティース部は、
ロータに対向する先端において前記ティース本体素片に連結され、前記第１磁性材に比して透磁率の方向性の小さな第２磁性材で構成されるティース先端素片を備えることを特徴とする請求項４乃至６の少なくとも何れか１項に記載の回転電機のステータ構造。
【請求項８】
前記ティース本体素片と前記第１ヨーク素片、前記第１ヨーク素片と前記第２ヨーク素片、および前記ティース本体素片と前記ティース先端素片の少なくとも何れか一つは、嵌合連結されることを特徴とする請求項４乃至７の少なくとも何れか１項に記載の回転電機のステータ構造。
【請求項９】
前記第１磁性材は方向性電磁鋼板であり、前記第２磁性材は無方向性電磁鋼板であることを特徴とする請求項１乃至８の少なくとも何れか１項に記載の回転電機のステータ構造。
【請求項１０】
ステータコイルが巻回されるティース部を備える回転電機において、
前記ティース部は、
前記ステータコイルの巻回軸方向に大きな透磁率を有する第１磁性材で構成されるティース本体素片と、
ロータに対向する先端において前記ティース本体素片に連結され、前記第１磁性材に比して透磁率の方向性の小さな第２磁性材で構成されるティース先端素片とを備えることを特徴とする回転電機。
【請求項１１】
環状に形成されるヨーク部と、前記ヨーク部の周方向に所定間隔で連結され、前記ヨーク部の環中心に向かってステータコイルが巻回されるティース部とを備える回転電機において、
前記ティース部は、前記ステータコイルの巻回軸方向に大きな透磁率を有する第１磁性材で構成されるティース本体素片を備えると共に、
前記ヨーク部は、
前記第１磁性材に比して透磁率の方向性の小さな第２磁性材で構成され、前記ティース本体素片が連結される第１ヨーク素片と、
環状周方向に大きな透磁率を有する前記第１磁性材で構成され、隣接する２つの前記第１ヨーク素片の間に配置され、前記第１ヨーク素片と連結される第２ヨーク素片とを備えることを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転電機のステータ構造、および回転電機に関するものであり、特に、磁化特性に優れた回転電機のステータ構造、および回転電機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１に開示されている回転機用コアでは、図６に示すように、コア２００は、コアバック部（ヨーク部）２２０とティース部２１０とで構成されており、それぞれの材料として、コアバック部（ヨーク部）２２０とティース部２１０とにそれぞれ適した材料が使用されている。具体的には、磁束が半径方向に向くティース部２１０では、磁束方向に対して飽和磁化が大きい方向性珪素鋼板（方向性電磁鋼板）が使用され大きな磁束密度が確保される。磁束が周方向に分かれるコアバック部（ヨーク部）２２０では、飽和磁化の相対的に小さい無方向性珪素鋼板（無方向性電磁鋼板）が使用される。
【０００３】
尚、その他の関連技術として、特許文献２に開示されている電気モータ、または特許文献３に開示されている回転電機のステータ構造がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３４１８８９号公報（第７頁、第４図）
【特許文献２】
特開２０００−７８７８０号公報
【特許文献３】
特開平７−６７２７２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１では、ティース部２１０は、その先端部も含め方向性珪素鋼板（方向性電磁鋼板）で構成されている。ここで、ティース部はロータ（不図示）を囲むように配置されており、ティース部の先端部とロータとの空隙を介して磁束の通り道である磁路が形成される。形成される磁路によりロータが回転することとなるが、回転に応じてティース部に対するロータの位置関係は順次変化する。例えば、ティース部とロータとが正対し均一な空隙距離を有する位置関係があれば、その前後におけるロータの回転位置では両者の空隙距離は不均一となる。この場合、ティース部の先端部付近の磁束方向は、ティース部とコアバック部（ヨーク部）との接続部に向かう半径方向に固定されず、ロータの回転角度に応じて様々に変化してしまうこととなる。これにより、方向性珪素鋼板（方向性電磁鋼板）を使用したティース部をもってしても、その先端部付近においては鉄損の低減を図ることができず回転電機の効率低下が生じてしまうおそれがあり問題である。
【０００６】
また、特許文献１では、コアバック部（ヨーク部）２２０には無方向性珪素鋼板（無方向性電磁鋼板）が使用されている。確かに、ティース部とコアバック部（ヨーク部）との接続部付近においては、磁路が大きく変化し磁束方向が複雑に変化してしまう場合があり、磁化特性について方向性のない無方向性珪素鋼板（無方向性電磁鋼板）を使用することが有効であるとは言える。しかしながら、コアバック部（ヨーク部）２２０では、ティース部２１０との接続部を離れた接続部間の領域において、磁束方向は円周方向に固定される。この領域が無方向性珪素鋼板（無方向性電磁鋼板）で構成されることにより、鉄損の低減を図ることができず回転電機の効率低下が生じてしまうおそれがあり問題である。
【０００７】
更に、図６に示すように、ティース部２１０とコアバック部（ヨーク部）２２０との接続部は、ティース部２１０の凸状の連結部とコアバック部（ヨーク部）２２０の凹状の連結部とを、溶接やカシメ等で固定する。このため、磁束方向が複雑に変化してしまう接続部に方向性珪素鋼板（方向性電磁鋼板）で形成されるティース部２１０の凸状の連結部が配置されることとなり、ティース部２１０の連結部において鉄損の低減を図ることができず回転電機の効率低下が生じてしまうおそれがあり問題である。
【０００８】
本発明は前記従来技術の課題の少なくとも１つを解消するためになされたものであり、回転電機のステータを貫く磁束方向に合わせてステータ構造を構成することにより鉄損の低減を図ることが可能な回転電機のステータ構造、および回転電機を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１に係る回転電機のステータ構造、または請求項１０に係る回転電機は、ステータコイルが巻回されるティース部を備えており、ティース部は、ステータコイルの巻回軸方向に大きな透磁率を有する第１磁性材で構成されるティース本体素片と、ロータに対向する先端においてティース本体素片に連結され、第１磁性材に比して透磁率の方向性の小さな第２磁性材で構成されるティース先端素片とを備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項１の回転電機のステータ構造、または請求項１０の回転電機では、ティース部の先端には、第１磁性材に比して透磁率の方向性の小さな第２磁性材で構成されるティース先端素片が備えられ、ティース部の先端部分を介してティース部の本体部分であるティース本体素片を貫く磁束は、ステータコイルの巻回軸方向に大きな透磁率を有する第１磁性材で構成される。
【００１１】
これにより、ティース部の先端部分から離れた本体部分においては、磁束方向がステータコイルの巻回軸方向に固定されるので、ティース本体素片をステータコイルの巻回軸方向に大きな透磁率を有する第１磁性材で構成して鉄損を低減することができる。更に、ティース部の先端部付近において、磁束方向が、ティース部のステータコイルの巻回軸方向に一致せず様々に変化してしまう場合にも、ティース先端素片が透磁率の方向性の小さな第２磁性材で構成されるので、ティース先端素片において磁束方向に関わらず鉄損の低減を図ることができる。
【００１２】
また、請求項２に係る回転電機のステータ構造は、請求項１に係る回転電機のステータ構造において、ティース先端素片におけるステータコイルの巻回軸方向の長さは、ティース部における長さの１／２以下であることを特徴とする。これにより、様々な方向で外部から入出力される磁束が、ティース部のステータコイルの巻回軸方向に一致するまでの距離として、必要最小限の距離をティース先端素片として第２磁性材で構成することができる。
【００１３】
また、請求項４に係る回転電機のステータ構造、または請求項１１に係る回転電機は、環状に形成されるヨーク部と、ヨーク部の周方向に所定間隔で連結され、ヨーク部の環中心に向かってステータコイルが巻回されるティース部とを備えており、ティース部は、ステータコイルの巻回軸方向に大きな透磁率を有する第１磁性材で構成されるティース本体素片を備えると共に、ヨーク部は、第１磁性材に比して透磁率の方向性の小さな第２磁性材で構成され、ティース本体素片が連結される第１ヨーク素片と、環状周方向に大きな透磁率を有する第１磁性材で構成され、隣接する２つの第１ヨーク素片の間に配置され、第１ヨーク素片と連結される第２ヨーク素片とを備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に係る回転電機のステータ構造、および請求項１１に係る回転電機では、ステータコイルの巻回軸方向に大きな透磁率を有する第１磁性材で構成されるティース本体素片から、第１磁性材に比して透磁率の方向性の小さな第２磁性材で構成される第１ヨーク素片を介して、環状周方向に大きな透磁率を有する第１磁性材で構成される第２ヨーク素片に至る磁路が形成される。
【００１５】
これにより、環状のヨーク部の径方向に磁路が形成されるティース本体素片と、環状周方向に磁路が形成されるヨーク部との、磁路の接続部である第１ヨーク素片が、透磁率の方向性の小さな第２磁性材で構成されるので、接続部において磁路方向が大きく変化することにより磁束方向が複雑に変化する場合にも、第１ヨーク素片での鉄損を低減することができる。更に、第１ヨーク素片間を連結する第２ヨーク素片が環状周方向に大きな透磁率を有する第１磁性材で構成されるので、環状周方向に形成される磁路のうち磁束方向が周方向に固定される第２ヨーク素片での鉄損を低減することができる。
【００１６】
また、請求項５に係る回転電機のステータ構造は、請求項４に係る回転電機のステータ構造において、第１ヨーク素片の環状内側端部は、第２ヨーク素片の環状内側端部に対して、ヨーク部の環中心側に突出した第１凸状部を備え、第１凸状部にティース本体素片が連結されることを特徴とする。
【００１７】
請求項５の回転電機のステータ構造では、ティース本体素片から、第１ヨーク素片の環状内側端部に備えられた第１凸状部を介して磁路が形成される。これにより、ティース本体素片と第１ヨーク素片との間の磁束方向が、接続部による磁束方向の変化に影響される場合、この影響による磁束方向の変化を第１凸状部内で収斂させることができ、接続部における磁束方向の変化の影響による鉄損を低減することができる。
【００１８】
また、請求項６に係る回転電機のステータ構造は、請求項４または５に係る回転電機のステータ構造において、第１ヨーク素片の周方向端部は、第１ヨーク素片に連結されるティース本体素片の周方向端部に対して、ヨーク部の周方向に突出した第２凸状部を備え、第２凸状部に第２ヨーク素片が連結されることを特徴とする。
【００１９】
請求項６に係る回転電機のステータ構造では、ティース本体素片と第１ヨーク素片との間に形成される磁路は、第２凸状部を介して第２ヨーク素片との間で磁路を形成する。これにより、第２ヨーク素片と第１ヨーク素片との間の磁束方向が接続部による磁束方向の変化に影響される場合、この影響による磁束方向の変化を第２凸状部内で収斂させることができ、接続部における磁束方向の変化の影響による鉄損を低減することができる。
【００２０】
また、請求項７に係る回転電機のステータ構造は、請求項４乃至６の少なくとも何れか１項に記載の回転電機のステータ構造において、ティース部は、ロータに対向する先端においてティース本体素片に連結され、第１磁性材に比して透磁率の方向性の小さな第２磁性材で構成されるティース先端素片を備えることが好ましい。これにより、磁束方向がステータコイルの巻回軸方向に固定されるティース本体素片を、ステータコイルの巻回軸方向に大きな透磁率を有する第１磁性材で構成すると共に、磁束方向が様々に変化してしまうティース先端素片を、透磁率の方向性の小さな第２磁性材で構成することができ、ティース部における鉄損の低減を図ることができる。
【００２１】
また、請求項３に係る回転電機のステータ構造は、請求項１または２に係る回転電機のステータ構造において、ティース本体素片とティース先端素片とは、嵌合連結されることを特徴とする。また、請求項８に係る回転電機のステータ構造は、請求項４乃至７の少なくとも何れか１項に記載の回転電機のステータ構造において、ティース本体素片と第１ヨーク素片、第１ヨーク素片と第２ヨーク素片、およびティース本体素片とティース先端素片の少なくとも何れか一つは、嵌合連結されることを特徴とする。
【００２２】
これにより、連結部に空洞や他の組成物が混入することがなく、ティース本体素片とティース先端素片とを密着して連結することができ、また、ティース本体素片と第１ヨーク素片、第１ヨーク素片と第２ヨーク素片、およびティース本体素片とティース先端素片の少なくとも何れか一つを密着して連結することができる。第１磁性材による磁路と第２磁性材による磁路とを直接に連結することができる。
【００２３】
また、請求項９に係る回転電機のステータ構造は、請求項１乃至８の少なくとも何れか１項に記載の回転電機のステータ構造において、第１磁性材は方向性電磁鋼板であり、第２磁性材は無方向性電磁鋼板であることが好ましい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の回転電機のステータ構造、および回転電機について具体化した実施形態を図１乃至図５に基づき図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明の回転電機のステータ構造、および回転電機についての実施形態であるブラシレスモータの平面図である。
【００２６】
回転軸３３に組みつけられたロータ３１の外周面には、回転軸３３方向に渡って回転中心に対して４５度のピッチで、８極の永久磁石３５が備えられている。
【００２７】
ステータ１０は、ロータ３１を取り囲むように構成され、第１ヨーク素片５と第２ヨーク素片７とを交互に連結して環状に構成されるヨーク部を備えている。第１ヨーク素片５は、ロータ３１の回転中心に対して３０度のピッチで備えられており、環状内側端部にティース本体素片１が連結される。更にティース本体素片１の先端部にはティース先端素片３が連結され、ティース部が構成されている。ティース部にはステータコイル（不図示）が巻回されており、交番電流により１２極の電磁石が形成される。
【００２８】
ティース本体素片１は、ステータコイルが巻回されているティース部の本体部分を構成する。ステータコイルへの通電により生成される磁束の方向はコイルの巻回軸に沿った方向となるため、ティース本体素片１は、コイルの巻回軸方向に大きな透磁率を有し磁気特性に優れた性質を有する方向性電磁鋼板で構成されている。
【００２９】
ティース先端素片３は、ロータ３１と対向するティース部の先端部分を構成する部材としてティース本体素片１に連結される。ティース部の先端部分は、後述するようにロータ３１の回転により磁束方向が刻々と変化するので、磁気特性に方向性を有しない無方向性電磁鋼板で構成されている。
【００３０】
第１ヨーク素片５は、環状のヨーク部へのティース部の連結部分を構成する。環状ヨーク部の内径方向には内側側面から突出した第１凸状部５ａを有しており、第１凸状部５ａにおいてティース本体素片１が連結されている。周方向には、連結されるティース本体素片１の周方向の端部に対して、更に突出した第２凸状部５ｂを有している。第１および第２凸状部５ａ、５ｂをあわせ第１ヨーク素片５は略Ｔ字形状を有して構成されている。ティース本体素片１での磁束が環状ヨーク部の径方向に貫くのに対して、ヨーク部では環状周方向に磁束が形成される。磁束方向が略９０度異なる両者を連結する第１ヨーク素片５では、磁路が大きく湾曲して形成される。加えて、ロータ３１の回転に応じて、ティース本体素片１およびヨーク部での磁束方向が反転を繰り返す。このことから、ティース本体素片１とヨーク部との間の磁路が左右交互に反転して形成される。磁束方向が刻々と変化する第１ヨーク素片５は、磁気特性に方向性を有しない無方向性電磁鋼板で構成されている。
【００３１】
第２ヨーク素片７は、ティース部を貫く磁束とのインターフェース部分である第１ヨーク素片５での磁路の湾曲の影響が解消した、ヨーク部の本体部分である。形成される磁束の方向は環状ヨーク部の周方向に沿った方向となるため、第２ヨーク素片７は、周方向に大きな透磁率を有し磁気特性に優れた性質を有する方向性電磁鋼板で構成されている。
【００３２】
図１のブラシレスモータでは、ロータ３１に備えられている永久磁石３５とティース部に形成される電磁石との間に貫く磁束が、ステータコイルに流れる交番電流の変化に応じて変化することによりロータ３１が回転する。この時、交番電流に応じてティース部の磁束方向が反転を繰り返すことにより、ヨーク部との連結部分である第１ヨーク素片５での磁束方向も反転を繰り返すこととなる。また、ロータ３１の回転に応じて、永久磁石３５とティース部の先端部分との位置関係が順次変化するため、両者間に形成される磁路が順次変化して、ティース部の先端部分を構成するティース先端素片３での磁束方向が順次変化する。
【００３３】
次に、図２乃至図４により、ティース部の先端部分およびティース部とヨーク部との連結部分における磁束の様子を模式的に示す。図２および図３がティース部の先端部分での磁束の流れ、図４が連結部分での磁束の流れである。
【００３４】
先ず、図２では、ロータ３１が時計回りＲに回転をして、ティース部の先端部分にあるティース先端素片３とロータ３１の永久磁石３５とが、正対した場合の磁束Φを図示している。両者が正対しているため、ティース先端素片３と永久磁石３５とを貫く磁束Φは、ティース先端素片３およびティース本体素片１内に均等に且つステータコイルの巻回軸方向に形成される。ティース本体素片１では、磁束Φの方向が方向性電磁鋼板における磁気特性が良好な方向に一致するため鉄損の少ない良好な磁気特性を奏する。
【００３５】
図３では、ロータ３１の時計回りＲの回転が継続して、ロータ３１の永久磁石３５の先端がティース先端素片３に対向し始める場合の磁束Φを図示している。対向面が偏在しているため、ティース先端素片３と永久磁石３５とを貫く磁束Φは対向面側に集中して、ティース先端素片３内において大きく湾曲すると共に、ティース先端素片３およびティース本体素片１内に偏在して形成される。ティース先端素片３においては、磁束Φの方向が大きく湾曲しており、更にこの湾曲の程度および方向もロータ３１の回転に応じて対向面の大きさや位置が変化するに伴い大きく変化する。
【００３６】
しかしながら、ティース先端素片３は無方向電磁鋼板により構成されているため、磁束Φの方向に関わらず鉄損が大きく変動することはない。特に、従来技術にあるようにティース先端素片３を方向性電磁鋼板で構成する場合には、磁気特性が良好な特性を示すのは特定の方向のみであり、この方向からずれた方向に磁束Φが形成される場合の鉄損が大きくなってしまうおそれがあった。本実施形態においては、無方向性電磁鋼板で構成されるティース先端素片３では、鉄損が大きくなってしまう状態は存在せず鉄損の低減を図ることができる。更に、ティース先端素片３を経てティース本体素片１に至った磁束Φの方向は、方向性電磁鋼板における磁気特性が良好な方向に一致するため鉄損の少ない良好な磁気特性を奏することとなる。
【００３７】
尚、図２の場合にはモータとしてのトルクは働かない。ロータ３１の回転運動における慣性により図２の状態から図３に示すような状態に移行することにより回転のためのトルクがロータ３１に印加されることとなる。
【００３８】
図４では、ティース本体素片１から第１ヨーク素片５を介して、第２ヨーク素片７に至る経路に形成される磁束Φの様子を示している。ティース本体素片１では環状ヨーク部の径方向Ｉに磁束Φが貫くのに対して、ヨーク部では第２ヨーク素片７において環状周方向ＩＩに磁束が貫く。径方向Ｉと周方向ＩＩとの間で略９０度の異なる方向を有する磁束Φが第１ヨーク素片５で連結されるため、磁束Φが大きく湾曲して形成される。加えて、ロータ３１の回転Ｒに応じて、ティース本体素片１およびヨーク部での磁束Φの方向が反転を繰り返すと共に、ロータ３１の永久磁石３５とティース部との位置関係に応じて、磁束Φが形成される位置も刻々と変化する。
【００３９】
ここにいう磁束Φの湾曲は、第１ヨーク素片５内において、径方向Ｉに磁束Φが形成されるティース部と、周方向ＩＩに磁束Φが形成されるヨーク部との交差領域を越えて、ヨーク部の内側側面端部から径方向Ｉに突出した第１凸状部５ａから、ヨーク部の周方向ＩＩであって連結されたティース部の周方向端部を越えて伸長される第２凸状部５ｂに至るまでの間で形成される。
【００４０】
すなわち、第１凸状部５ａ第２凸状部５ｂとを、磁束Φの湾曲と磁束Φの形成位置の変化が包含される適宜な長さで設定する。これにより、第１および第２凸状部５ａ、５ｂを含み無方向性電磁鋼板で構成されている第１ヨーク素片５では、磁気特性が特に劣悪となる磁束Φの方向はなく、磁束Φの方向によって鉄損が大きくなってしまう状態は存在せず鉄損の低減を図ることができる。
【００４１】
ここで、第１および第２凸状部５ａ、５ｂに設定されるべき適宜な長さは、ティース部やヨーク部の幅、磁束密度、ロータ３１の回転数等、モータの設計仕様に応じて決定される定数である。モータの設計仕様に応じて磁場解析等を行うことにより決定される。
【００４２】
また、ロータ３１の回転に伴い、ティース部とヨーク部との間を貫く磁束方向の反転の繰り返しにより、ティース本体素片１と第１ヨーク素片５との連結部分である第１凸状部５ａおよびその近傍において、微小な渦状の回転磁束Φｓが発生することが知られている。この回転磁束Φｓは、ロータ３１の回転方向に応じて回転方向が決定され、図４に示すように、時計回りＲのロータ３１の回転に対して反時計回りに回転する回転磁束Φｓが発生する。ロータ３１とステータ１０とを貫く磁束Φとは別個独立の磁束であり、ロータ３１の回転運動に寄与することのない磁束であるため、回転磁束Φｓによる鉄損は極力低減されることが好ましい。回転磁束Φｓが発生する第１ヨーク素片５が無方向性電磁鋼板で構成されているため、渦状に回転しあらゆる磁束方向を有している回転磁束Φｓに対しても鉄損が増大することはない。
【００４３】
次に、本実施形態のステータ構造における各部の構成比率を、図５に基づき例示する。ヨーク部の内側側面からティース部の先端までの、環状ヨーク部の径方向Ｉの長さｘをティース部の長さとする。第２ヨーク素片と連結される第１ヨーク素片の両端部間の長さで環状ヨーク部の周方向ＩＩに沿った長さｙを第１ヨーク素片の長さとする。この場合の、ティース先端素片３の長さａ、第１および第２凸状部５ａ、５ｂの長さｂ、ｃの構成比率を示す。
【００４４】
ティース先端素片３の長さａは、ティース部の長さｘに対して５０％以下で且つ５％以上でであることが好ましい。ティース先端素片３の長さａの具体的な構成比率はモータごとの設計仕様に応じて異なるが、０．５ｘ≧ａ≧０．０５ｘの範囲内でティース先端素片３において変化する磁束方向を良好に包含することができる。
【００４５】
第１凸状部５ａの長さｂは、ティース部の長さｘに対して５０％以下で且つ５％以上でであることが好ましい。第１凸状部５ａの長さｂの具体的な構成比率はモータごとの設計仕様に応じて異なるが、０．５ｘ≧ｂ≧０．０５ｘの範囲内で第１凸状部５ａを介してヨーク部に貫かれる磁束Φの湾曲、磁束Φの形成位置、および回転磁束Φｓを良好に包含することができる。
【００４６】
第２凸状部５ｂの長さｃは、第１ヨーク部５の長さｙに対して５０％以下で且つ５％以上でであることが好ましい。第２凸状部５ｂの長さｃの具体的な構成比率はモータごとの設計仕様に応じて異なるが、０．５ｘ≧ｃ≧０．０５ｘの範囲内でティース部から第２凸状部５ａを介して第２ヨーク部７に貫かれる磁束Φの湾曲、および磁束Φの形成位置を良好に包含することができる。
【００４７】
以上、上記の実施形態において詳細に説明したように本発明の回転電機のステータ構造、および回転電機によれば、ティース部の先端部分から離れた本体部分であるティース本体素片１においては、磁束Φの方向がステータコイルの巻回軸方向（環状ヨーク部の径方向Ｉ）に固定される。そのため、ティース本体素片１をステータコイルの巻回軸方向に大きな透磁率を有する第１磁性材で構成して鉄損を低減することができる。ここで、第１磁性材とは方向性電磁鋼板である。
【００４８】
更に、ティース部の先端部付近において、磁束Φの方向がティース部のステータコイルの巻回軸方向に一致せず様々に変化してしまう場合にも、ティース先端素片３が透磁率の方向性の小さな第２磁性材で構成されるので、ティース先端素片３において磁束方向に関わらず鉄損の低減を図ることができる。ここで、第２磁性材とは無方向性電磁鋼板である。
【００４９】
また、ティース先端素片３におけるステータコイルの巻回軸方向の長さは、ティース部におけるステータコイルの巻回軸方向の長さの１／２以下であるため、様々な方向で外部から入出力される磁束Φが、ティース部のステータコイルの巻回軸方向に一致するまでの距離として、必要最小限の距離をティース先端素片３として無方向性電磁鋼板で構成することができる。
【００５０】
また、環状のヨーク部の径方向Ｉに磁路が形成されるティース本体素片１と、環状の周方向ＩＩに磁路が形成されるヨーク部との、磁路の接続部である第１ヨーク素片５が、透磁率の方向性の小さな無方向性電磁鋼板で構成される。このため、第１ヨーク素片５において磁路方向が大きく変化することにより磁束Φの方向が複雑に変化する場合にも、第１ヨーク素片５での鉄損を低減することができる。更に、第１ヨーク素片５の間を連結する第２ヨーク素片７が、環状の周方向ＩＩに大きな透磁率を有する方向性電磁鋼板で構成されるので、環状の周方向ＩＩに形成される磁路のうち磁束Φの方向が周方向ＩＩに固定される第２ヨーク素片７での鉄損を低減することができる。
【００５１】
また、ティース本体素片１から、第１ヨーク素片５の環状内側端部に備えられた第１凸状部５ａを介して磁路が形成される。これにより、ティース本体素片１と第１ヨーク素片５との間の磁束Φの方向が、第１ヨーク素片５との接続部で変化を受ける場合にも、磁束Φの方向の変化を第１凸状部５ａ内で収斂させることができる。接続部における磁束Φの方向の変化による鉄損を低減することができる。
【００５２】
また、ティース本体素片１と第１ヨーク素片５との間に形成される磁路は、第２凸状部５ｂを介して第２ヨーク素片７との間で磁路を形成する。これにより、第２ヨーク素片７と第１ヨーク素片５との間の磁束Φの方向が、接続部による磁束Φの方向の変化に影響される場合、この影響による磁束Φの方向の変化を第２凸状部５ｂ内で収斂させることができる。接続部における磁束Φの方向の変化による鉄損を低減することができる。
【００５３】
また、ティース本体素片１とティース先端素片３、ティース本体素片１と第１ヨーク素片５、および第１ヨーク素片５と第２ヨーク素片７の少なくとも何れか一つは、嵌合連結されるため、連結部に空洞や他の組成物が混入することがなく、部材間を密着して連結することができる。方向性電磁鋼板による磁路と無方向性電磁鋼板による磁路とを直接に連結することができる。
【００５４】
尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは言うまでもない。
例えば、第１ヨーク素片５における第２凸状部５ｂは必ずしも必要ではない。第２ヨーク素片７との連結端部が、ティース本体素片３との連結端部に対してヨーク部の周方向ＩＩ側に伸長された構造であればよい。無方向性電磁鋼板で構成される第１ヨーク素片５の形状は、ティース部とヨーク部とを、磁束Φが貫く際の湾曲した磁路を包含する形状であればよいからである。前記実施形態で説明した第１ヨーク素片５は略Ｔ字形状を有しているが、これに代えて第１凸状部５ａの両端部を第２凸状部５ｂの端部位置にまで伸長した矩形形状を有して構成することもできる。更に、湾曲した磁路を包含する形状であればその他の形状でも同様に有効であることは言うまでもない。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、回転電機のステータを貫く磁束が、所定方向に固定される領域に対しては、磁束方向に大きな透磁率を有し磁気特性に優れた性質を有する方向性電磁鋼板を使用し、磁束方向が刻々と変化する領域に対しては、磁気特性に方向性を有しない無方向性電磁鋼板を使用するステータ構造を構成することにより、鉄損の低減を図ることが可能な回転電機のステータ構造、および回転電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態のブラシレスモータの平面図である。
【図２】ティース部の先端部分とロータの永久磁石とが正対した位置関係にある場合の磁束の様子を示す図である。
【図３】ティース部の先端部分とロータの永久磁石とがずれた位置関係にある場合の磁束の様子を示す図である。
【図４】ティース部とヨーク部との連結部分における磁束の様子を示す図である。
【図５】本実施形態のステータ構造における各部の構成比率を示す図である。
【図６】特許文献１により開示されるステータ構造を示す平面図である。
【符号の説明】
１            ティース本体素片
３            ティース先端素片
５            第１ヨーク素片
５ａ          第１凸状部
５ｂ          第２凸状部
７            第２ヨーク素片
１０          ステータ
３１          ロータ
３３          回転軸
３５          永久磁石
【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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