(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子と、
継鉄部により連結された複数の突極を有する複数のセグメントを略環形状に隣接配置し通電相に対応して巻線を施すことにより構成する分割固定子鉄心を有する固定子とを具備し、
前記各セグメントは、巻線相数の正の整数倍であると共に突極先端形状の１配設パターンを形成する突極数と巻線相数との公倍数の突極を備え、
各相は、集中巻きされ、
前記突極は、複数種類の先端形状からなる配設パターンを繰返すように形成され、その突極先端形状は、２以上のＮ種の先端径と２以上のＭ種の先端角度幅を有し、１配設パターンを形成する突極数はＮ・Ｍであり、
各セグメントの境界位置は、通電時に各セグメント境界を通過する磁束量が略同じとなる位置に設定されていることを特徴とするモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、周方向に分割されたセグメントを隣接配置して略環形状を形成する分割固定子鉄心を有する固定子を具備したモータに関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
従来より、鉄材の有効利用を図るために、周方向に分割されたセグメントを隣接配置して略環形状を形成する分割固定子鉄心が供されている。
この種の分割固定子鉄心の一例としては、特開平７−３２５３号公報のものがある。これは、周方向に突極毎に若しくは適当な個数で分割されたセグメントからなる分割固定子鉄心に関するものであり、その主要な目的としては、環状の形状のまま打抜き加工などにて形成した場合に発生する鉄心として使用しない内側若しくは外側の無駄な鉄材の消費を削減しようとするものである。
【０００３】
しかしながら、上記のものは、セグメントの境界位置は適当に選択されているものであることから、セグメント間に働く磁気吸引力がアンバランスとなっている。このため、セグメント間の磁気吸引力により振動騒音が発生するという課題があった。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、セグメント間に働く磁気吸引力のアンバランスを極力抑制して振動騒音を防止することができるモータを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明のモータは、回転子と、継鉄部により連結された複数種類の突極を有する複数のセグメントを略環形状に隣接配置し通電相に対応して巻線を施すことにより構成する分割固定子鉄心を有する固定子とを具備し、前記各セグメントは、巻線相数の正の整数倍であると共に突極先端形状の１配設パターンを形成する突極数と巻線相数との公倍数の突極を備え、各相は、集中巻きされ、前記突極は、複数種類の先端形状からなる配設パターンを繰返すように形成され、その突極先端形状は、２以上のＮ種の先端径と２以上のＭ種の先端角度幅を有し、１配設パターンを形成する突極数はＮ・Ｍであり、各セグメントの境界位置は、通電時に各セグメント境界を通過する磁束量が略同じとなる位置に設定されているものである（請求項１）。
【０００６】
このような構成の固定子に通電すると、回転磁界が発生して回転子が回転する。このとき、分割固定子鉄心の継鉄部を通過する磁束量は回転子が回転するにしたがって刻一刻と変化するものの、各相に対応して複数種類の突極が設けられている場合は、通過する磁束量が略同じとなる継鉄部が一定の角度位置で存在する。
【０００７】
本発明においては、これらの角度位置がセグメント境界と一致するように、１セグメント内に具備する突極数を設定するもので、セグメント境界を通過する磁束量は刻一刻変化するものの、各々のセグメント境界で略同じとなる。
【０００８】
従って、分割固定子鉄心の継鉄部を通過する磁束量が略同じとなる位置に各セグメントの境界位置を設定することにより、セグメント間に働く磁気吸引力をバランスさせることにより相殺することができ、セグメント間の磁気吸引力により振動騒音が発生してしまうことを防止できる。
【０００９】
上記構成において、前記各セグメントは、巻線相数の正の整数倍の突極を備え、各相は、集中巻きされていてもよい（請求項２）。
分割固定子鉄心において通過する磁束量が略同じとなる継鉄部が一定の角度位置に存在する周期は、巻線相数の正の整数倍の突極数を含んでいるので、このような角度にセグメントの境界位置を設定することより、セグメント間の磁気吸引力により振動騒音が発生してしまうことを防止できる。
【００１０】
この場合、正の整数倍とは１倍であるのが望ましい（請求項３）。
このような構成によれば、セグメントを最大数に分割することができるので、鉄心材料の有効活用を図ることができる。
【００１１】
また、前記各セグメントは、下式に該当する突極数を備えるようにしてもよい（請求項４）。
１セグメント当りの突極数＝ＣＭ（Nt／CD(Nt,Np) ，Ｎｆ）
但し、
ＣＭ（Ａ，Ｂ）  ：整数Ａと整数Ｂの公倍数
ＣＤ（Ａ，Ｂ）  ：整数Ａと整数Ｂの公約数
Ｎｔ            ：固定子の総突極数（≧２）
Ｎｐ            ：回転子の総磁極数（≧２）
Ｎｆ            ：巻線相数
【００１２】
つまり、複数磁極を有する回転子を用いた場合に、セグメントの境界において磁束量が略同じとなる位置は、１つのセグメントの突極数が巻線相数の正の整数倍であるという条件に加えて、回転子の総磁極数がセグメント数の正の整数倍である必要がある。
【００１３】
ここで、上記式において、固定子の総突極数Ｎt と回転子の総磁極数Ｎp との公約数を求めることはセグメント数を求めることになるので、そのセグメント数で固定子の総磁極数ＮP を除算することは、１つのセグメントが有することが可能な最小突極数を示している。従って、斯様にして求めた最小突極数と巻線総数Ｎf との公倍数により１セグメント当りの突極数を求めることができる。
【００１４】
また、前記各セグメントの境界位置は、巻線相数に対応する突極角度ピッチの巻線相数倍の倍数と回転子の同一磁極角度ピッチの倍数とが一致する角度位置に設定されていてもよい（請求項５）。
【００１５】
このような構成によれば、巻線相数に対応する突極角度ピッチの巻線相数倍の倍数と回転子の同一磁極角度ピッチの倍数とが一致する角度位置は、請求項４記載のものと同一条件を満足するものであり、その結果として、セグメント間の磁気吸引力により振動騒音の発生を防止することができる。
【００１６】
また、前記突極は、複数種類の先端形状からなる１つの配設パターンを繰返するように形成され、前記セグメントは、突極先端形状の１配設パターンを形成する突極数と巻線相数との公倍数の突極を備えるようにしてもよい（請求項６）。
【００１７】
突極の先端が複数の先端形状からなる配設パターン毎に繰返される場合に、セグメントの境界において磁束量が略同じとなる位置は、セグメントの突極数が巻線相数の正の整数倍の突極数であるという条件に加えて、セグメントの境界において突極の配設パターンの区切りとなる必要がある。
【００１８】
従って、突極先端形状の１配設パターン内に含まれる突極数と巻線相数との公倍数の突極を備えることにより、上記の条件を満足することができるので、セグメント間の磁気吸引力により振動騒音が発生してしまうことを防止できる。
【００１９】
この場合、突極数は、突極先端形状の種類数と巻線相数との最小公倍数であるのが望ましい（請求項７）。
このような構成によれば、セグメントを最大数に分割することができるので、鉄心材料の有効活用を図ることができる。
【００２０】
また、１配設パターン中の突極は、前記回転子の回転中心から先端までの先端径が互いに異なっていてもよい（請求項８）。
【００２１】
また、１配設パターン中の突極は、互いに先端角度幅が異なっていてもよい  （請求項９）。
【００２２】
つまり、突極の先端径若しくは先端角度幅など、突極先端形状を複数種類具備する固定子鉄心においては、先端形状の１配設パターン内に具備する突極数と巻線相数との公倍数の突極数を含む周期に限定されるので、上記のように構成することにより、突極先端形状を複数種類具備する構成において、セグメント間の磁気吸引力により振動騒音が発生してしまうことを防止できる。
【００２３】
また、巻線相数は３相であり、突極先端形状は２種類であり、各セグメントは、６個の突極を備えて構成されていてもよい（請求項１０）。
このような構成によれば、突極先端形状が２種類存在する場合には、セグメント境界位置を磁束密度が略同じ位置に設定することができるので、セグメント間の磁気吸引力により振動騒音が発生してしまうことを防止できる。
【００２４】
本発明の背景には、大口径モータの開発における鉄心の材料の有効活用が求められているが、その用途においては巻線相数は３相が主流となっており、１相辺り多数の突極を持つ構成が多い。また、その場合振動対策として複数の突極を含む配設パターンを用いることが効果的であり、配設パターン内の突極数は１を越える自然数として最小の２を用いることが多く、その場合通電相数との最小公倍数６の突極を含むように鉄心を分割する構成が、本発明の範囲内にて最大の分割数を得られ、最も効果が得られる。
【００２５】
また、突極先端形状は、２以上のＮ種の先端径と２以上のＭ種の先端角度幅を有し、１配設パターンを形成する突極数はＮ・Ｍであってもよい（請求項１１）。
【００２６】
このような構成によれば、セグメントの突極種類数が多い場合であっても、セグメント間に働く磁気吸引力をバランスさせることにより効果的に相殺することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
（第１の参考の形態）
以下、本発明を内転形モータに適用した第１の参考の形態について、図１を参照して説明する。
図１は内転形モータに使用される固定子の主体をなす分割固定子鉄心の平面を示している。この図１において、分割固定子鉄心１は、３個のセグメント２により形成されている。これらのセグメント２は打抜き成形された鋼板を積層して形成されており、外周部を溶接により連結されている。この場合、各セグメント２同士は微小な空間を間に介在した状態で隣接配置されている。
【００２８】
各セグメント２は継鉄部３により接続されたそれぞれ３個の突極４ａ〜４ｃを備えており、各突極４ａ〜４ｃは他のセグメント２における同符号の突極４ａ〜４ｃと同相となるように集中巻線（図示せず）が施されている。つまり、分割固定子鉄心１全体としては３相の巻線が施されるものであり、１セグメント２内においては突極数と巻線相数とが一致している。
このように構成された分割固定子鉄心１にあっては、各セグメント２の境界は突極４ａと突極４ｃとの間にあり、同じ巻線相間に位置していることになる。
【００２９】
ところで、分割固定子鉄心１では、巻線の各相が複数の突極４ａ〜４ｃに施された場合、通過する磁束量が略同じとなる継鉄部３が一定の角度位置で存在する。つまり、継鉄部３にあっては、分割固定子鉄心１への通電状態にかかわらず磁束量が略同じとなる部位が一定の角度位置で存在し、その角度位置としては巻線相数の正の整数倍の突極数を含んでいるのである。
【００３０】
従って、上述のように分割固定子鉄心１を構成した場合、巻線相数が３、突極数が３であり、突極数は巻線相数の正の整数倍（１倍）であることから、各セグメント２の境界を通過する磁束量は常に同じとなるように分割固定子鉄心１が分割されていることになる。
そして、上記構成の分割固定子鉄心１内に図示しない回転子を配設することによりモータが構成されている。
【００３１】
このような構成によれば、セグメント２の境界位置を、巻線相数の正の整数倍の突極数を含む位置に設定するようにしたので、分割固定子鉄心１を構成するセグメント２間に磁気吸引力が作用するにしても、セグメント２間に作用する磁気吸引力は略同じであるので、セグメント２間の磁気吸引力により振動騒音が発生することを防止できる。
【００３２】
この場合、正の整数倍としては１倍であり、セグメント２を最大数に分割することができるので、鉄心材料の有効利用を図ることができる。
また、セグメント２の境界位置を工夫するだけで実施することができるので、コストが上昇することなく容易に実施することができる。
【００３３】
（第２の参考の形態）
次に本発明を内転形永久磁石モータに適用した第２の参考の形態を図２を参照して説明する。
図２は本発明の分割固定子鉄心を使用した内転形永久磁石モータの横断面を示している。この図２において、固定子の主体をなす分割固定子鉄心５は４個のセグメント６から構成されており、各セグメント６は継鉄部７により隣接配置された３個の突極８ａ〜８ｃを備えている。各セグメント６における各突極８ａ〜８ｃは他のセグメント６における同符号の突極８ａ〜８ｃと同相に集中巻線が施されている。つまり、分割固定子鉄心５全体としては３相の巻線が施され、１つのセグメント６内の突極数３と巻線相数３とが一致している。
【００３４】
一方、回転子９は、磁路となる継鉄部１０の外周面に８個の永久磁石１１を備えて構成されている。この場合、回転子９の総磁極数は８、分割固定子鉄心５のセグメント数は４であることから、回転子９の総磁極数は分割固定子鉄心５のセグメント数にて割切れる磁極数となっている。また、分割固定子鉄心５の１つのセグメント６に対向する磁極数は２となっている。
【００３５】
ここで、全てのセグメント６は所謂蟻継形状により連結されていると共に、その連結位置は突極８ａと突極８ｃとの間に設定されている。この場合、セグメント６の境界は、同じ巻線相間に位置していると共に、各同符号の突極８ａ〜８ｃは回転子９の同じ電気角度位置に対向しているため、各セグメント６の境界を通過する磁束量が同じとなるように分割鉄心を分割できている。
【００３６】
このようにセグメント境界の磁束量が略同じとなる１セグメント当りの突極数を求めるには、以下の式を用いることができる。
【００３７】
１セグメント当りの突極数＝ＣＭ（Nt／CD(Nt,Np) ，Ｎｆ）
但し、
ＣＭ（Ａ，Ｂ）  ：整数Ａと整数Ｂの公倍数
ＣＤ（Ａ，Ｂ）  ：整数Ａと整数Ｂの公約数
Ｎｔ            ：固定子の総突極数（≧２）
Ｎｐ            ：回転子の総磁極数（≧２）
Ｎｆ            ：巻線相数
【００３８】
つまり、複数磁極を有する回転子を用いた場合に、セグメント６の境界において磁束量が略同じとなる位置は、第１の参考の形態で説明したように１つのセグメント６の突極数が巻線相数の正の整数倍であるという条件に加えて、回転子９の総磁極数がセグメント数の正の整数倍である必要がある。
【００３９】
ここで、上記式において、固定子の総突極数Ｎt と回転子の総磁極数Ｎp との公約数を求めることはセグメント数を求めることになるので、そのセグメント数で固定子の総磁極数ＮP を除算することは、１つのセグメントが有することが可能な最小突極数を示している。従って、斯様にして求めた最小突極数と巻線総数Ｎf との公倍数により１セグメント当りの突極数を求めることができる。
【００４０】
この第２の参考の形態によれば、内転形永久磁石モータにおいて、各セグメント６の境界を、回転子９の総磁極数が分割固定子鉄心５のセグメント６の数で割切れると共に、同じ巻線相間に存在するようにしたので、第１の参考の形態と同様に、分割固定子鉄心５を構成するセグメント６間に磁気吸引力が作用するにしても、セグメント６間に作用する磁気吸引力は略同じとなり、セグメント６間の磁気吸引力により振動騒音が発生することを防止できる。
【００４１】
この場合、最小突極数と巻線総数Ｎｆとの公倍数を求める際に、それらの最小公倍数を求めたときは、１つのセグメントが具備する最小突極数を求めることができる。このことは、セグメント６を最大数に分割することができることを意味しているので、鉄心材料の有効利用を図ることができる。
【００４２】
（第３の参考の形態）
次に本発明を外転形永久磁石モータに適用した第３の参考の形態を図３及び図４を参照して説明する。
図３は外転形モータの分割固定子鉄心の平面を示している。この図３において、固定子の主体をなす分割固定子鉄心１２は６個のセグメント１３を備えて構成されている。各セグメント１３は所定形状に打抜き加工された珪素鋼板を積層して形成されており、継鉄部１４で隣接配置された６個の突極１５ａ〜１５ｆを備えている。これらの各セグメント１３はＰＰＳ樹脂による樹脂層によりインサート成形されている。各セグメント１３におけるそれぞれの突極１５ａ〜１５ｆは他のセグメント１３における同符号の突極１５ａ〜１５ｆと同相にて、図示しない集中巻線が施されている。さらに、それらは３突極毎に同相、つまり突極１５ａ，１５ｄ、突極１５ｂ，１５ｅ、突極１５ｃ，１５ｆをペアとして、それぞれ同相の全体としては３相の巻線が施されている。
【００４３】
この場合、上述のようにペアとなる突極は、互いに回転中心から最先端までの長さ（先端径）と先端角度幅が異なっており、突極１５ａ，１５ｃ，１５ｅは先端径が小さく且つ先端角度幅は大きく、突極１５ｂ，１５ｄ，１５ｆは先端径が大きく且つ先端角度幅は小さい。つまり、突極の先端形状としては２種類存在し、交互に配設されている。従って、先端形状の１配設パターン内の突極種類数は２、巻線相数は３であるので、突極数と巻線相数との積は６となり、これは、各セグメント１３の突極数と一致している。
【００４４】
また、図４に示すように上記構成の分割固定子鉄心１２の外周には回転子１６が配設されている。この回転子１６には２４個の永久磁石１７が連結して構成されている。この場合、分割固定子鉄心１２のセグメント数は６、回転子１６の磁極数は２４であるので、磁極数をセグメント数で割り切ることができる。
【００４５】
ここで、全てのセグメント１３の境界は突極１５ａと１５ｆとの間で、同じ巻線相間に位置しており、さらにそれらは同相の突極で且つ突極先端形状が同じであるため、各セグメント１３の境界を通過する磁束量は同じとなる。
【００４６】
尚、突極１５ｃと１５ｄも同じ巻線相間となるが、前記の通り突極先端形状が異なるため、磁気回路も異なり磁束量は同じとならないため、セグメント境界は設けていない。
【００４７】
この第３の参考の形態によれば、外転形永久磁石モータにおいて、分割固定子鉄心１２の突極１５ａ〜１５ｆの先端形状が異なる場合であっても、分割固定子鉄心１２において磁束量が略同じとなる位置が存在するので、その位置にセグメント境界を設定することによりセグメント境界間で磁気吸引力により発生する振動騒音を防止することができる。
【００４８】
ところで、近年、大口径モータの開発においては、鉄心の材料の有効活用が求められているが、その用途においては巻線相数は３相が主流となっており、１相辺り多数の突極を持つ構成が多い。また、その場合振動対策として複数の突極を含む配設パターンを用いることが効果的であり、配設パターン内の突極数は１を越える自然数として最小の２を用いることが多く、その場合通電相数との最小公倍数６の突極を含むように鉄心を分割する構成が、第３の参考の形態において最大の分割数を得られ、最も効果が得られる。
【００４９】
（一実施の形態）
次に本発明の外転形永久磁石モータに適用した一実施の形態を図５を参照して説明する。この一実施の形態は、第３の参考の形態において、突極先端形状として４種類設けたことを特徴とする。
【００５０】
図５は外転形モータの固定子の主体をなす分割固定子鉄心の平面を示している。この図５において、分割固定子鉄心１８は３個のセグメント１９を備えて構成されている。各セグメント１９は所定形状に打抜き加工された珪素鋼板を積層して形成されており、継鉄部２０で隣接配置された１２個の突極２０ａ〜２０ｌを備えている。これらの各セグメント１９はＰＰＳ樹脂による樹脂層によりインサート成形されている。各セグメント１９におけるそれぞれの突極２０ａ〜２０ｌは他のセグメント２０における同符号の突極２０ａ〜２０ｌと同相にて、図示しない集中巻線が施されている。さらに、それらは３突極毎に同相、つまり、突極２０ａ，２０ｄ，２０ｇ，２０ｊ、突極２０ｂ，２０ｅ，２０ｈ，２０ｋ、突極２０ｃ，２０ｆ，２０ｉ，２０ｌをグループとして、それぞれ同相の全体として３相の巻線が施されている。
【００５１】
この場合、上述のようにグループとなる突極は、互いに回転中心から最先端までの長さ（先端径）と先端角度幅が異なっており、突極２０ａ，２０ｅ，２０ｉは先端径が小さく且つ先端角度幅は大きく、突極２０ｂ，２０ｆ，２０ｊは先端径が大きく且つ先端角度幅は小さく、突極２０ｃ，２０ｇ，２０ｋは先端径も先端角度幅も大きく、突極２０ｄ，２０ｈ，２０ｌは先端径も先端角度幅も小さい。つまり、突極の先端形状としては４種類存在し、交互に配設されている。従って、先端形状の１配設パターン内の突極種類数は４、巻線相数は３であるので、突極数と巻線相数との積は１２となり、これは、各セグメント１９の突極数と一致している。
【００５２】
また、上記構成の分割固定子鉄心１８の外周には回転子１６が配設されている。この回転子１６には２４個の永久磁石１７が連結して構成されている。この場合、分割固定子鉄心１９のセグメント数は３、回転子１６の磁極数は２４であるので、磁極数をセグメント数で割り切ることができる。
【００５３】
ここで、全てのセグメント１９の境界は突極２０ａと２０ｌとの間で、同じ巻線相間に位置しており、さらにそれらは同相の突極で且つ突極先端形状が同じであるため、各セグメント１９の境界を通過する磁束量は同じとなる。
【００５４】
このような一実施の形態によれば、各セグメント１９の突極形状を４種類、巻線相数を３、セグメント１９の突極数を１２個とすることにより、各セグメント１９の境界を通過する磁束量が略同じとなり、セグメント１９の突極種類数が多い場合であっても、セグメント１９間に働く磁気吸引力のアンバランスを極力抑制して振動騒音を効果的に低減することができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のモータによれば、各セグメントの境界位置は、通電時に各セグメント境界を通過する磁束量が略同じとなる位置に設定されているので、セグメント間に働く磁気吸引力のアンバランスを極力抑制して、振動騒音を低減することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の参考の形態を示す分割固定子鉄心の平面図
【図２】  本発明の第２の参考の形態を示す分割固定子鉄心及び回転子の平面図
【図３】  本発明の第３の参考の形態を示す分割固定子鉄心の平面図
【図４】  分割固定子鉄心及び回転子の平面図
【図５】  本発明の一実施の形態を示す分割固定子鉄心及び回転子の平面図
【符号の説明】
１は分割固定子鉄心、２はセグメント、３は継鉄部、４ａ〜４ｃは突極、５は分割固定子鉄心、６はセグメント、８ａ〜８ｄは突極、９は回転子、１１は永久磁石、１２は分割固定子鉄心、１３はセグメント、１５ａ〜１５ｆは突極、１８は分割固定子鉄心、１９はセグメント、２０ａ〜２０ｌは突極である。
【図１】
0004405000.tif 000002
【図２】
0004405000.tif 000003
【図３】
0004405000.tif 000004
【図４】
0004405000.tif 000005
【図５】
0004405000.tif 000006