(57)【要約】【課題】トルク脈動が小さくて、かつ体積が小さく生産性の高いステータを有するモータ、及びモータの製造方法を提供すること。【解決手段】Ｕ、Ｖ、Ｗの３相のコイルが巻線されたステータコアと、磁石ロータとを有するモータにおいて、ステータコアが、磁石ロータ３３の軸心方向に３分割されており、第１分割コア１１にＵ相コイルＵ１、Ｕ２が集中巻きにて巻線され、第２分割コア１２にＶ相コイルＶ１、Ｖ２が集中巻きにて巻線され、第３分割コア１３にＷ相コイルＷ１、Ｗ２が集中巻きにて巻線され、第２分割コア１２が第１分割コア１１に対して、モータの極対数をＰとすると、２π／３Ｐ回転方向にずらしており、第３分割コア１３が第１分割コア１１に対して４π／３Ｐ回転方向にずらした状態で、３つの分割コアが積層されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｕ、Ｖ、Ｗの３相のコイルが巻線されたステータコアと、磁石ロータとを有するモータにおいて、
前記ステータコアが、前記磁石ロータの軸心方向に３分割されており、第１分割コアにＵ相コイルが集中巻きにて巻線され、第２分割コアにＶ相コイルが集中巻きにて巻線され、第３分割コアにＷ相コイルが集中巻きにて巻線され、
前記第２分割コアが前記第１分割コアに対して、モータの極対数をＰとすると、２π／３Ｐ回転方向にずらしており、前記第３分割コアが前記第１分割コアに対して、４π／３Ｐ回転方向にずらした状態で、前記３つの分割コアが積層されていることを特徴とするモータ。
【請求項２】
請求項１に記載するモータにおいて、
前記３つの分割コアが密着して積層されていることを特徴とするモータ。
【請求項３】
請求項２に記載するモータにおいて、
前記密着する分割コアの間に絶縁シートが装着されていることを特徴とするモータ。
【請求項４】
Ｕ、Ｖ、Ｗの３相のコイルが巻線されたステータコアと、磁石ロータとを有するモータの製造方法において、
前記ステータコアが、前記磁石ロータの軸心方向に３分割されており、第１分割コアにＵ相コイルが集中巻きにて巻線され、第２分割コアにＶ相コイルが集中巻きにて巻線され、第３分割コアにＷ相コイルが集中巻きにて巻線され、
前記第２分割コアが前記第１分割コアに対して、モータの極対数をＰとすると、２π／３Ｐ回転方向にずらしており、前記第３分割コアが前記第１分割コアに対して、４π／３Ｐ回転方向にずらした状態で、前記３つの分割コアを積層することを特徴とするモータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、磁石ロータとステータコアを有するモータのステータコアの構造、及びステータコアの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、モータのステータとして、Ｕ，Ｖ，Ｗの３相コイルを巻線したものが使用されている。ステータコアの鉄心にコイルを巻き付けるコイル巻線方法としては、集中巻きと分布巻きとがある。
集中巻きは製造がしやすくコストを低減できる利点があるが、分布巻きと比較して、磁石ロータに対する空間磁界の変化が大きいため、磁界変化に伴うトルク脈動や鉄損が大きい問題がある。
一方、分布巻きは、集中巻きと比較して、トルク脈動が小さく、安定した変化の少ないトルクを得られる利点はあるが、コイルエンドとなるコイルの部分が大きくなり、全体体積と銅損が大きい問題がある。
ハイブリッド自動車用のモータは、トルク脈動の小さい分布巻きが採用されていることが多い。
【０００３】
後で説明する本発明の技術課題とは、異なる課題を解決する手段として、特許文献１には、軸方向に２分割された２つのステータを重ね合わせて直列に接続することが記載されている。そして、２つのステータの相対角度を変化させることにより、端子間電圧を調整するモータが記載されている。
特許文献１の図６や図７には、コイルエンド４ａが記載されているので、個々で使用されているコイルは、分布巻きコイルである。
【０００４】
【特許文献１】特開2005-57939号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のハイブリッド自動車用モータには、次の問題があった。
すなわち、トルク脈動を小さくする必要があるため、分布巻きコイルを使用しているが、分布巻きに必然的に伴うコイルエンドによる体積の増大が問題となっている。ハイブリッド自動車用モータは車載するため、特に体積を小さくする要望が強いため、問題となっている。同時に、分布巻きコイルは、製造に手間がかかるため製造コストが高くなる問題もある。
特許文献１に記載のコイルは、分布巻きであるため、同じ問題を有している。
【０００６】
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、トルク脈動が小さくて、かつ体積が小さく生産性の高いステータを有するモータ、及びモータの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明のモータ、及びモータの製造方法は、次のような構成を有している。
（１）Ｕ、Ｖ、Ｗの３相のコイルが巻線されたステータコアと、磁石ロータとを有するモータにおいて、ステータコアが、磁石ロータの軸心方向に３分割されており、第１分割コアにＵ相コイルが集中巻きにて巻線され、第２分割コアにＶ相コイルが集中巻きにて巻線され、第３分割コアにＷ相コイルが集中巻きにて巻線され、第２分割コアが第１分割コアに対して、モータの極対数をＰとすると、２π／３Ｐ回転方向にずらしており、第３分割コアが第１分割コアに対して４π／３Ｐ回転方向にずらした状態で、３つの分割コアが積層されている。
（２）（１）に記載するモータにおいて、前記３つの分割コアが密着して積層されていることを特徴とする。
（３）（２）に記載するモータにおいて、前記密着する分割コアの間に絶縁シートが装着されていることを特徴とする。
【０００８】
（４）Ｕ、Ｖ、Ｗの３相のコイルが巻線されたステータコアと、磁石ロータとを有するモータの製造方法において、ステータコアが、磁石ロータの軸心方向に３分割されており、第１分割コアにＵ相コイルが集中巻きにて巻線され、第２分割コアにＶ相コイルが集中巻きにて巻線され、第３分割コアにＷ相コイルが集中巻きにて巻線され、第２分割コアが第１分割コアに対して、モータの極対数をＰとすると、２π／３Ｐ回転方向にずらしており、第３分割コアが第１分割コアに対して４π／３Ｐ回転方向にずらした状態で、３つの分割コアを積層する。
【発明の効果】
【０００９】
Ｕ、Ｖ、Ｗの３相のコイルが巻線されたステータコアは、全く同じものを３個集中巻きで製造することができるため、生産性を高くすることができる。第１分割コアに対して、第２分割コアを、モータの極対数をＰとすると、２π／３Ｐずらして積層し、第１分割コアに対して、第３分割コアを２π／３Ｐ回転方向にずらして積層した状態で、第１分割コアにＵ相を通電し、第２分割コアにＶ相を通電し、第３分割コアにＷ相を通電することにより、分布巻きと同じ磁界発生状態が実現できるため、分布巻きコイルと同程度のトルク脈動の小さなモータを製造することができる。同時に、各分割コアを集中巻きで同一のものとして製造できるため、コストダウンを実現できる。
ここで、分割コアを積層する順序は、磁石ロータが各分割コアに対して同じ条件を備えているので、どの順序でも同じである。
本発明のステータコアは、集中巻きが３段組みとなるため、３段組みの状態でのコア全体の高さは、集中巻きと比較すれば高くなる。しかし、分布巻きでは順次Ｕ，Ｖ，Ｗ相を巻線するため、エンドコイルは邪魔にならないよう、大きくループさせておく必要があり、エンドコイルは必然的にかなり大きくならざるを得ない。その分布巻きと比較すれば、３分割コアを積層している本発明のステータコアは、高さが小さい。
【００１０】
軸方向にコアを分割して、かつ分割したコアを回転方向にずらすことは、特許文献１に記載されているが、分割したコアを回転方向にずらした場合には、例えば、第１分割コアに通電したときに、隣接する第２分割コアの影響が問題となる。そのため、特許文献１の図６や図７に記載されているように通常は、第１分割コアと第２分割コアとを十分な隙間を持たせて配置することが考えられる。その場合、全体の体積が大きくなる問題がある。
本発明者らは、シミュレーションを繰り返すことにより、実際には、隣接するコア同士が密着していても、磁界の発生に関して、問題がないことを発見した。すなわち、第１分割コア、第２分割コア、第３分割コアが密着して積層されている場合、第１分割コアに通電したときに、第１分割コアで発生する磁界は、第２分割コア及び第３分割コアの影響を、実際に問題となるレベルでは、受けないことを発見した。これは、磁束線が同一相内で強く繋がって発生し、別のコアとの関係は密着していても影響を受けないからである。
この場合は、コイルの巻線自体の絶縁によりコア間を電気的に絶縁しているのであるが、さらに、電気的絶縁を確実にするために、コア間に絶縁シートを装着しても良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明のモータ及びモータの製造方法を具体化した一実施形態として、８極（４極対、すなわちＰ＝４の場合）の実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
図２（ａ）に、第１分割コア１１の形状を示す。コイル巻線は省略して図示している。ステータコア１４には、内面に左鉄心２１と右鉄心２２とが交互に突出している。左鉄心２１には、コイルＵ１が反時計回りに集中巻されている。右鉄心２２には、コイルＵ２が時計回りに集中巻きされている。すなわち、Ｕ１とＵ２とでは、巻線の巻き付け方向が逆になっている。左鉄心２１と右鉄心２２とは、４個ずつ計８個あるので、４５度ずつに分布し全周に渡って時計回り集中巻きと半時計回り集中巻きが交互に存在する。
同じく、（ｂ）に、第２分割コア１２の形状を示す。巻線は省略して図示している。ステータコア１５には、内面に左鉄心コア２３と右鉄心コア２４とが交互に突出している。左鉄心２３には、コイルＶ１が反時計回りに集中巻されている。右鉄心コア２４には、コイルＶ２が時計回りに集中巻きされている。すなわち、Ｖ１とＶ２とでは、巻線の巻き付け方向が逆になっている。左鉄心２３と右鉄心２４とは、各々４個ずつ計８個あるので、４５度ずつに分布し全周に渡って時計回り集中巻きと半時計回り集中巻きが交互に存在する。
【００１２】
同じく、（ｃ）に、第３分割コア１３の形状を示す。巻線は省略して図示している。ステータコア１６には、内面に左鉄心２５と右鉄心２６とが交互に突出している。左鉄心２５には、コイルＷ１が反時計回りに集中巻されている。右鉄心２６には、コイルＷ２が時計回りに集中巻きされている。すなわち、Ｗ１とＷ２とでは、巻線の巻き付け方向が逆になっている。左鉄心２５と右鉄心２６とは、各々４個ずつ計８個あるので、４５度ずつに分布し全周に渡って時計回り集中巻きと半時計回り集中巻きが交互に存在する。
Ｕ，Ｖ，Ｗ相は、通電制御するときの位相のずれを意味するものであり、巻線された状態では、第１分割コア１１、第２分割コア１２、及び第３分割コア１３の巻線状態は全く同じである。従って、各分割コアを集中巻きで同一のものとして製造できるため、コストダウンを実現できる。
【００１３】
積層して組み付けるときには、図３（ｂ）に示すように、第２分割コア１２は、第１分割コア１１に対して、図中矢印で示す方向に１２０度回転させて積層する。また、（ｃ）に示すように、第３分割コア１３は、第１分割コア１１に対して、図中矢印で示す方向に２４０度回転させて積層する。
積層した状態を図１に示す。第３分割コア１３の上に図示しない薄手の絶縁シートを挟みこんで第２分割コア１２が密着して積層されている。さらに、第２分割コア１２の上に図示しない薄手の絶縁シートを挟みこんで第１分割コア１１が密着して積層されている。
この状態で、第２分割コア１２は、第１分割コア１１に対して、２π／３Ｐ＝３６０度／（３＊４）＝３６０度／１２＝３０度回転させて積層されており、第３分割コイル１３は、第１分割コイル１１に対して、４π／３Ｐ＝３６０度／（３＊４）＝６０度回転させて積層されている。
【００１４】
図４（ａ）に、第１分割コア１１、第２分割コア１２、及び第３分割コア１３とを積層したものを４分割したときの内面側構造を示す。また、図４（ｂ）に、積層された分割コアに、磁石ロータが組み込まれた状態において、４分割したものを示す。図４においては、第１分割コア１１が上にあり、第２分割コア１２が真ん中にあり、第３分割コア１３が下にあって、各々の分割コアの間に絶縁シート３１を挟んで密着して積層されている。ここで、分割コアを積層する順序は、磁石ロータが各分割コアに対して同じ条件を備えているので、どの順序でも同じである。すなわち、例えば、第２分割コア１２と第３分割コア１３とを入れ替えても性能は同じである。
【００１５】
第１分割コア１１には、左鉄心２１に反時計回りコイルＵ１が集中巻きされている。また、右鉄心２２に時計回りコイルＵ２が集中巻きされている。第１分割コア１１の下には、絶縁シート３０を介して、第３分割コア１３が密着して積層されている。第２分割コア１２には、左鉄心２５に反時計回りコイルＶ１が集中巻きされている。また、右鉄心２６に時計回りコイルＶ２が集中巻きされている。第２分割コア１２の下には、絶縁シート３１を介して、第３分割コア１３が密着して積層されている。第３分割コア１３には、左鉄心２３に反時計回りコイルＷ１が集中巻きされている。また、右鉄心２４に時計回りコイルＷ２が集中巻きされている。
図４（ｂ）に示すように、磁石ロータ３３には、直方体形状の磁石３２が全長に渡って埋め込まれている。磁石ロータ３３の磁界を発生する条件は、全長に渡ってほぼ同じなので、３つの分割コアを入れ替えても、条件は同じである。
【００１６】
次に、上記構成を有するモータの特性について説明する。図６に本発明モータの起磁力を示す。縦軸が起磁力（単位Ｆ）であり、横軸は磁石ロータ３３の回転角度である。直線で示すＦｖがＶ相である第３分割コア１３により発生する起磁力を示し、点線で示すＦｕがＵ相である第１分割コアにより発生する起磁力を示し、一点差線で示すＦｗがＷ相である第２分割コア１２により発生する起磁力を示している。太線で示すＦは、Ｆｕ、Ｆｖ、及びＦｗの合成起磁力を示している。各分割コアにおける起磁力が３０度ずつ、ずれているので、合成起磁力が徐々に変化するため、トルク脈動の発生を、分布巻きと同程度とすることができる。９０度から３６０度までは、図６のパターンを３回繰り返すことになる。
図６に示す特性は、分布巻きモータとほぼ同じであるので、詳細な説明は省略する。
【００１７】
図５に、磁石ロータ３３の回転角度が３０度＊３／４＝２２．５度付近の位置における磁束発生状況のシミュレーション結果を示している。点の密度の濃い箇所が磁束密度の高い箇所を示し、点の密度の薄い箇所が磁束密度の低い箇所を示している。
磁束線は、隣接するコア同士が密着していても、磁界の発生に関して、問題がないことを確認した。すなわち、第１分割コア１１、第２分割コア１２、第３分割コア１３が密着して積層されている場合、第１分割コア１１に通電したときに、第１分割コア１１で発生する磁界は、第２分割コア１２及び第３分割コア１３の影響を、実際に問題となるレベルでは、受けないことを確認した。これは、磁束線が同一相内で強く繋がって発生し、別のコアとの関係は密着していても影響を受けないからであると考えられる。従来、磁束を遮断するためには、ある程度の空隙を形成することが必要であると考えられていたが、本シミュレーションの結果によれば、密着させても磁束に問題となるレベルの変化がないことを確認した。
【００１８】
以上詳細に説明したように、本発明のモータによれば、Ｕ、Ｖ、Ｗの３相のコイルが巻線されたステータコアと、磁石ロータとを有するモータにおいて、ステータコアが、磁石ロータ３３の軸心方向に３分割されており、第１分割コア１１にＵ相コイルＵ１、Ｕ２が集中巻きにて巻線され、第２分割コア１２にＶ相コイルＶ１、Ｖ２が集中巻きにて巻線され、第３分割コア１３にＷ相コイルＷ１、Ｗ２が集中巻きにて巻線され、第２分割コア１２が第１分割コア１１に対して、モータの極対数をＰとすると、２π／３Ｐ回転方向にずらしており、第３分割コア１３が第１分割コア１１に対して４π／３Ｐ回転方向にずらした状態で、３つの分割コアが積層されているので、トルク脈動が分布巻きと同程度に少なく、かつ体積が分布巻きモータと比較して小さいモータを作ることができる。同時に、各分割コイルを集中巻きの同一形状として製造できるので、製造が容易であり、コストダウンを実現することができる。
【００１９】
また、前記３つの分割コアが密着して積層しているので、全体の体積をより小さくでき、車載用に適している。
また、密着する分割コアの間に絶縁シートが装着しているので、車載用モータとしての絶縁に対する信頼性を高めることができる。
【００２０】
なお、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で以下のように実施することもできる。
本実施の形態では、各分割コアの間に絶縁シートを挟みこんでいるが、コイルを構成する銅線の絶縁被覆が十分ならば、絶縁シートをなくしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のモータの構成を示す概念図である。
【図２】３個の分割コアのコイルの巻線状態を示す平面図である。
【図３】３個の分割コアの組み付け工程を示す平面図である。
【図４】本発明のモータの構成を示す断面図である。
【図５】本発明のモータの磁束密度を示すシミュレーション図である。
【図６】合成起磁力を示すデータ図である。
【符号の説明】
【００２２】
１１  第１分割コア
１２  第２分割コア
１３  第３分割コア
３０，３１  絶縁シート
Ｕ１  Ｕ相反時計回りコイル
Ｕ２  Ｕ相時計回りコイル
Ｖ１  Ｖ相反時計回りコイル
Ｖ２  Ｖ相時計回りコイル
Ｗ１  Ｗ相反時計回りコイル
Ｗ２  Ｗ相時計回りコイル
【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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