(57)【要約】【課題】従来に比べて磁気特性を劣化させることなく、一段と小型軽量の同期機を提供する。【解決手段】方向性電磁鋼板を複数枚、積層・固定したヨークとティースとからなるステータを備えた同期機であって、該ヨークの磁化容易方向を前記ステータの周方向とし、該ティースの磁化容易方向を前記ステータの径方向とし、前記ヨークの幅ＷＹを前記ティースの幅Ｗｔの概ね１／２とすることを特徴とする同期機。好ましくは、前記ヨークの幅ＷＹとティースの幅Ｗｔとが、下記（Ａ）式を満足する。０．２５≦ＷＹ／Ｗｔ≦０．７５  ・・・（Ａ）【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
方向性電磁鋼板を複数枚、積層・固定したヨークとティースとからなるステータを備えた同期機であって、
該ヨークの磁化容易方向を前記ステータの周方向とし、該ティースの磁化容易方向を前記ステータの径方向とし、
前記ヨークの幅ＷＹを前記ティースの幅Ｗｔの概ね１／２とすることを特徴とする同期機。
【請求項２】
前記ヨークの幅ＷＹとティースの幅Ｗｔとが、下記（Ａ）式を満足することを特徴とする請求項１に記載の同期機。
０．２５≦ＷＹ／Ｗｔ≦０．７５  ・・・（Ａ）
【請求項３】
前記ヨークおよびティースが、方向性電磁鋼板をＵ字状に曲げて積層・固定した一体構造であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の同期機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、方向性電磁鋼板を複数枚、積層・固定したヨークとティースとからなるステータを備えた永久磁石同期機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
永久磁石同期機は、ステータ（固定子）に電流を流すことにより発生する磁場が、ロータ（回転子）に埋め込まれた永久磁石に働いて、ロータが回転する同期機であって、保守性、制御性、耐環境性に優れ、高効率、高力率運転が可能なモータとして産業・民生家電分野を問わず広く用いられている。この場合、電気エネルギーを同期機に流して、回転駆動力を得るようにするのが同期電動機であり、逆に、同期機を回転させて電気エネルギーを同期機より取り出す場合は、同期発電機となる。ここでは、両者を想定し、あわせて、同期機としている、両者の構造は基本的には同じなので、以下詳細説明では、同期電動機の例を中心に説明する。
【０００３】
図７および図８は、従来の同期機の断面を示しており、ヨーク１およびティース２からなるステータ７の中心に、ロータ８が配置されている。
ロータ８には永久磁石９が埋め込まれており、ステータ７に三相交流を流すことにより発生する磁場が、この永久磁石９に働くことによりロータ８が回転する。
従来、同期機のステータは、鉄損を低減するために無方向性電磁鋼板（ＮＯ）を積層することにより作られていた。
無方向性電磁鋼板は、図５に示すように、鋼板表面のどの方向にも一様な比透磁率を有する鋼板であって、比較的鉄損の小さい材料として広く用いられているが、長時間連続運転する同期機のステータに用いる材料としては十分な磁気特性が得られていなかった。
【０００４】
同期機に用いられる電磁鋼板の種類については、特開平７−６７２７２号公報に、ステータのティースとヨークとを分割する構造とし、ヨークには円周方向を磁化容易方向とする方向性電磁鋼板（ＧＯ）を用い、ティースには径方向を磁化容易方向とする方向性電磁鋼板を用いることにより鉄損を低減する方法が開示されている。
【０００５】
しかし、この従来技術は、図７に示すように、ヨークの幅とティースの幅とが従来の常識としてほぼ同一の長さであり、このヨークの幅が同期機の小型化の大きな制約となっていた。
一方、電気自動車や風力発電の発電機のように、従来のように地上置きする同期機ではなく、独立走行したり、空中に設置したりする同期機の場合は、従来に比べて一段と小型軽量の同期機を実現する必要があった。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−６７２７２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記のような従来技術の問題点を解決し、従来に比べて磁気特性を劣化させることなく、一段と小型軽量の同期機を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、方向性電磁鋼板からなるヨークの幅ＷＹをティースの幅Ｗｔの概ね１／２とすることにより、従来に比べて磁気特性を劣化させることなく、一段と小型軽量の同期機を提供するものであり、その要旨は特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
（１）方向性電磁鋼板を複数枚、積層・固定したヨークとティースとからなるステータを備えた同期機であって、
該ヨークの磁化容易方向を前記ステータの周方向とし、該ティースの磁化容易方向を前記ステータの径方向とし、
前記ヨークの幅ＷＹを前記ティースの幅Ｗｔの概ね１／２とすることを特徴とする同期機。
（２）前記ヨークの幅ＷＹとティースの幅Ｗｔとが、下記（Ａ）式を満足することを特徴とする（１）に記載の同期機。
０．２５≦ＷＹ／Ｗｔ≦０．７５  ・・・（Ａ）
（３）前記ヨークおよびティースが、方向性電磁鋼板をＵ字状に曲げて積層・固定した一体構造であることを特徴とする（１）または（２）に記載の同期機。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図１乃至図６を用いて詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態であるステータ（固定子）の構造を示す図である。
ステータは、外周部分のヨーク１と、コイルが巻き回されるティース２とから主に構成され、ヨーク１とティース２がロータ８の周囲に円周状に配置されている。
【００１０】
ヨーク１とティース２は、方向性電磁鋼板を複数枚、積層・固定して構成されており、図１の矢印で示すように、ヨーク１の磁化容易方向を前記ステータの周方向とし、該ティースの磁化容易方向を前記ステータの径方向とする。
方向性電磁鋼板の磁化容易方向と主磁束の流れる方向とを一致させることによって、ティースを流れる磁束を隣接するティース２に流れにくくし、ロータ８に流れる磁束を多くすることができ、その結果、ステータにおける鉄損を低減することができる。
ここに、方向性電磁鋼板は、磁化容易方向が特定の方向である電磁鋼板であり、磁化容易方向については無方向性電磁鋼板より優れた磁気特性を有する。
【００１１】
また、本発明においては、ヨーク１の幅ＷＹをティース２の幅Ｗｔの概ね１／２とする。
発明者は、方向性電磁鋼板を用いたステータの磁気特性を測定した結果、ヨーク１を流れる磁束は、ヨーク１の内周側に集中することを見出した。
これは、方向性電磁鋼板は、従来の無方向性電磁鋼板に比べて著しく磁気特性が優れているので、最短距離である内周を磁束が流れ易いからであると考えられる。
そこで、本発明者は、ヨーク１の幅ＷＹをティース２の幅Ｗｔの概ね１／２とすることによって、磁気特性を劣化させることなく、小型軽量の同期機を提供できることを見出した。
【００１２】
さらに、ヨーク１の幅ＷＹとティースの幅Ｗｔとが、下記（Ａ）式を満足することが好ましい。
０．２５≦ＷＹ／Ｗｔ≦０．７５  ・・・（Ａ）
ＷＹ／Ｗｔが０．２５未満では、ヨーク１の磁気抵抗が大きくなり過ぎて鉄損が大きくなり、ＷＹ／Ｗｔが０．７５を超えると同期機の外径が大きくなり過ぎて小型軽量化の効果がなくなるからである。
【００１３】
＜第２の実施形態＞
図２は、本発明の第２の実施形態であるステータ（固定子）の構造を示す図である。
ステータを構成するヨーク１およびティース２の構造は、第１の実施形態と同様であるが、ステータを構成するヨーク１を６角形以上の多角形（本実施形態の場合は８角形）とすることにより、ステータの外周を押さえることにより、ステータを固定することができ、従来のようにステータが回転しないようにボルトまたは溶接にて固定する必要がない。
【００１４】
＜第３の実施形態＞
図３は、本発明の第３の実施形態であるステータ（固定子）の構造を示す図である。
図３に示すように、本実施形態においては、方向性電磁鋼板をＵ字形に曲げて積層・固定することによって、ヨーク１とティース２とを一体として構成する。
これによって、ヨーク１の幅ＷＹをティース２の幅Ｗｔの概ね１／２にすることができるので、小型軽量の同期機を提供することができるうえ、ヨーク１とティース２とを一体化することができるので、ヨーク１とティース２との境界部における磁気抵抗を著しく低減することができる。
図４乃至図６は、本発明に用いる電磁鋼板の特性について示す図である。
図４は、方向性電磁鋼板の磁化容易方向の説明図である。
方向性電磁鋼板は圧延方向であるＲＤ（Ｒｏｌｌｉｎｇ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）が磁化容易方向となる。
【００１５】
図５は、無方向性電磁鋼板の比透磁率（μ）の特性を示す図である。
無方向性電磁鋼板は、どの方向にも等しい磁気特性を有するが、方向性電磁鋼板および二方向性電磁鋼板に比べて比透磁率（μ）の値は低い。
図６は、方向性電磁鋼板の比透磁率（μ）の特性を示す図である。
方向性電磁鋼板は、圧延方向の比透磁率（μＲ）の値が大きく、その他の方向は無方向性電磁鋼板と同等である。
【００１６】
【発明の効果】
本発明によれば、方向性電磁鋼板からなるヨークの幅ＷＹをティースの幅Ｗｔの概ね１／２とすることにより、従来に比べて磁気特性を劣化させることなく、一段と小型軽量の同期機を提供することができ、産業上有用な著しい効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態であるステータ（固定子）の構造を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施形態であるステータ（固定子）の構造を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施形態であるステータ（固定子）の構造を示す図である。
【図４】方向性電磁鋼板および二方向性電磁鋼板の磁化容易方向の説明図である。
【図５】無方向性電磁鋼板の比透磁率（μ）の特性を示す図である。
【図６】方向性電磁鋼板の比透磁率（μ）の特性を示す図である。
【図７】従来の同期機の断面図である。
【図８】従来の同期機の断面図である。
【符号の説明】
１・・・ヨーク、
２・・・ティース、
３・・・ヨークの境界、
４・・・ティースとヨークとの境界、
７・・・ステータ（固定子）、
８・・・ロータ（回転子）、
９・・・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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【図７】
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【図８】
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