(57)【要約】【課題】ティースがその基部より先端が細くなる形状をしつつ、巻線の占積率を向上して、銅損を低減する。【解決手段】環状のヨークと、ヨークの内周面に前記ヨークの径方向に突出するティースと、前記ティースに巻き回される巻線とを具備するモータ装置であって、前記ティースは、ヨークの中央に向けて階段状に縮径すると共に、側面がティース中心軸に対して平行となる形状とされている。【選択図】図２
2016111823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状のヨークと、前記ヨークの内周面に前記ヨークの径方向に突出するティースと、前記ティースに巻き回される巻線とを具備するモータ装置であって、
前記ティースは、ヨーク中央に向けて階段状に縮径すると共に、側面がティース中心軸に対して平行となる形状とされていることを特徴とするモータ装置。
【請求項２】
前記ティースは、小径段部及び大径段部の２つの段部からなり、
前記大径段部の高さは、小径段部よりも高いことを特徴とする請求項１に記載のモータ装置。
【請求項３】
前記ティースは、小径段部、中径段部及び大径段部の３つの段部からなり、
前記中径段部及び前記大径段部には、同じ相の巻線が巻き回されていることを特徴とする請求項１に記載のモータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、スロット部における巻線の占有率を高めて、モータ性能の向上を図る電動機のステータ構造が開示されている。このステータ構造では、ティース部とバックティース部およびスロット部をもって形成される積層コアについて、ティース部の幅寸法ステータ外周側からステータ内周側に向かって漸次小さくなるように形成し、その結果として、スロット部を平行四辺形もしくは長方形に近い形状とし、巻線の巻回時のその緻密化を可能とし、スロット部における巻線の占有率を高めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３６９４１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来技術において、例えば、ティースは、その基部と先端との幅が同じ、つまり、基部より先端が細くなるテーパ形状ではないものである場合、高トルク時には、ティースの基部及び先端ともに磁気飽和状態、つまり、ティース全体が磁気飽和してしまい、トルクを向上することができないという問題があった。一方、上記従来技術において、ティースが基部から先端に向かうほど細くなるテーパ形状をしている場合、巻線機を用いてティースに巻き作業を行った場合、ティースの側面の斜面と巻線との間に隙間（以下デッドスペースと称す）が生じるため、巻線の占積率が低下し、銅損が増大するという問題があった。特に、スロットの開口部が小さい場合、巻線機からティースに直接巻線を巻き回すことが困難であり、そのため、一度ボビンに巻き回したものを、ティースに取り付けるが、その際に、ティースの側面と巻線との間にデッドスペースが生じて、巻線の占積率が低下していた。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、ティースがその基部より先端が細くなる形状をしつつ、巻線の占積率を向上して、銅損を低減する、ことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明では、第１の解決手段として、環状のヨークと、前記ヨークの内周面に前記ヨークの径方向に突出するティースと、前記ティースに巻き回される巻線とを具備するモータ装置であって、前記ティースは、ヨーク中央に向けて階段状に縮径すると共に、側面がティース中心軸に対して平行となる形状とされている、という手段を採用する。
【０００７】
本発明では、第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記ティースは、小径段部及び大径段部の２つの段部からなり、前記大径段部の高さは、小径段部よりも高い、という手段を採用する。
【０００８】
本発明では、第３の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記ティースは、小径段部、中径段部及び大径段部の３つの段部からなり、前記中径段部及び前記大径段部には、同じ相の巻線が巻き回されている、という手段を採用する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、環状のヨークと、ヨークの内周面に前記ヨークの径方向に突出するティースと、前記ティースに巻き回される巻線とを具備するモータ装置であって、前記ティースは、ヨーク中央に向けて階段状に縮径すると共に、側面がティース中心軸に対して平行となる形状とされていることによって、ティースがその基部より先端が細くなる形状をしつつ、巻線の占積率を向上して、銅損を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るモータ装置の断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るステータの詳細図（ａ）と、従来のステータの詳細図（ｂ）と、従来のステータの詳細図（ｃ）とである。
【図３】本発明の第２実施形態に係るステータの詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
〔第１実施形態〕
初めに第１実施形態について説明する。本第１実施形態に係るモータ装置は、例えば、スイッチトリラクタンスモータであり、外部から供給される電力に基づいて回転する。
【００１２】
モータ装置は、図１に示すように、ロータ１０と、ロータ１０の外側に配置されたステータ２０と、回転軸３０とを有する。例えば、モータ装置は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相のモータであり、ステータ２０側の極数が１２個、ロータ１０側の極数が８個の３相１２／８極構造となっている。また、モータ装置は、図示しないインバータ回路から供給される駆動電力（交流電力）によって回転駆動される。
【００１３】
ロータ１０は、電磁鋼板が軸方向に複数積層された状態で締結固定されたものであり、図１に示すように、環状のロータコア１１と、ロータコア１１から外側に突出する突極１２とを有している。
【００１４】
ロータコア１１は、円筒状であり、所定の厚みに形成されている。
突極１２は、例えば、ロータコア１１の外周に４５°間隔で８個設けられている。つまり、ロータ１０において、ロータコア１１の外周面には、８個の突極１２が等間隔で配置されている。
【００１５】
ステータ２０は、環状のステータコア２１と当該ステータコア２１に巻回された巻線２２とを有している。
ステータコア２１は、複数の金属製のコアプレートが積層されて構成されており、環状に形成されたヨーク２１ａと、ヨーク２１ａの内周面ａ１にヨーク２１ａの径方向に突出するティース２１ｂとを備えている。そして、このティース２１ｂの先端ｂ２は、全体としてステータ２０における環状の内周面を形成している。ティース２１ｂは、例えば、ステータコア２１の内周面に３０°間隔で１２個設けられている。つまり、ステータ２０において、ヨーク２１ａの内周面ａ１には、１２個の突極１２が等間隔で配置されている。
【００１６】
ティース２１ｂ各々は、図２（ａ）に示すように、径方向の直交断面の大きさが異なる第１ブロックＢＬ１（小径段部）及び第２ブロックＢＬ２（大径段部）が、基部ｂ３から先端ｂ２側に向かうほど直交断面が小さくなるように重ねられた形状である。つまり、ティース２１ｂ各々は、ヨーク２１ａ中央に向けて階段状に縮径すると共に、側面ｂ１がティース２１ｂの中心軸に対して平行となる形状である。また、全てのティース２１ｂは同形状である。さらに、１つのティース２１ｂには、１相分のみの巻線２２が第１ブロックＢＬ１及び第２ブロックＢＬ２のいずれか１つの側面ｂ１に巻き回されている。
【００１７】
巻線２２は、ティース２１ｂに巻き回されて固定されている。また、この巻線２２は、３相（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相）いずれかの巻線として機能するものであり、図示しないインバータ回路から供給される駆動電力によって磁力を発生する。このような構成のステータ２０は、ティース２１ｂとロータ１０の突極１２とが所定の隙間を有して対向するように、設けられている。また、巻線２２は、図２（ａ）に示すように、隣り合うティース２１ｂの第１ブロックＢＬ１あるいは第２ブロックＢＬ２の側面ｂ１に当接する径で巻き回されている。また、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相からなる３相の巻線２２は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相それぞれのインダクタンス等の特性が同じになるように配置される。例えば、Ｕ相である巻線２２は、図２（ａ）における左端に位置するティース２１ｂの第２ブロックＢＬ２に巻き回され、続いて、２つのティース２１ｂを飛ばし、右端に位置するティース２１ｂの第１ブロックＢＬ１に巻き回される。また、Ｖ相及びＷ相である巻線２２それぞれについても同様である。このようにＵ相、Ｖ相及びＷ相からなる３相の巻線２２を配置することで、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相それぞれのインダクタンス等の特性が同じになるようにしている。
【００１８】
回転軸３０は、円柱状部材であり、ロータコア１１が固定されている。また回転軸３０の両端には、一対の軸受（図示略）が圧入され、固定されている。この軸受は、ボールベアリングであり、内輪が回転軸３０に固定され、外輪が図示しないケーシングに固定されて、回転軸３０を回転自在に支持している。
【００１９】
また、上記ケーシングは、回転軸３０を中心とする円筒状に形成されており、内部空間にステータ２０と、上記一対の軸受によって回転軸３０が回転中心となるように回転自在に支持されたロータ１０とを収容する。具体的に、ケーシングは、回転軸３０を軸心とする円筒壁部と、この円筒壁部の両端に配置されると共に回転軸３０を中心とする略円形の一対の端壁部と、端壁部の中心近傍に各々設けられ、上記軸受が各々固定される一対の軸受取付部と、回転軸３０の各端部が挿通される開口部と等を備えている。そして、上記円筒壁部及び上記各端壁部によって囲まれた空間に略円筒状のステータ２０を、またこのステータ２０の内側かつ上記一対の軸受取付部の間にロータ１０を収容する。また、上記軸受取付部には、軸受の外輪が固定されている。
【００２０】
次に、このように構成されたモータ装置の作用について、詳しく説明する。
【００２１】
モータ装置において、ステータ２０は、以下の特徴を有する。ティース２１ｂ各々は、図２（ａ）に示すように、径方向の直交断面の大きさが異なる第１ブロックＢＬ１及び第２ブロックＢＬ２が、先端ｂ２側に向かうほど直交断面が小さくなるように重ねられた形状である。ティース２１ｂ各々は、ヨーク２１ａ中央に向けて階段状に縮径すると共に、側面ｂ１がティース２１ｂの中心軸に対して平行となる形状である。また、全てのティース２１ｂは同形状である。つまり、ティース２１ｂ各々の側面ｂ１は、テーパ形状ではなく、階段状になっている。
【００２２】
また、１つのティース２１ｂには、１相分のみの巻線２２が第１ブロックＢＬ１及び第２ブロックＢＬ２のいずれか１つの側面ｂ１に巻き回されている。また、巻線２２は、隣り合うティース２１ｂの第１ブロックＢＬ１あるいは第２ブロックＢＬ２の側面ｂ１に当接する径で巻き回されている。
【００２３】
これにより、本実施形態の巻線２２は、図２（ｂ）や図２（ｃ）に示す従来のステータのように、各ティース２１ｂ間の隙間において、巻線２２の径方向に他相の巻線２２と干渉することがなく、巻線２２の径を大きくできるので、銅損を低減できる。また、本実施形態のティース２１ｂ各々の側面ｂ１は、テーパ形状のように斜面ではなく、ティース２１ｂの中心軸に対して平行となる形状となっているので、巻線機による巻き作業性向上と、巻線２２のティース２１ｂへの挿入とがし易くなる。
【００２４】
また、図２（ｂ）に示す従来のステータでは、ティースの基部と先端との幅が同じ、つまり、テーパ形状となっていないため、高トルク時には、ティースの基部及び先端ともに磁気飽和状態、つまり、ティース全体が磁気飽和してしまい、トルクを向上することができない。一方、本実施形態のティース２１ｂは、基部ｂ３に対して先端ｂ２が細くなっているために、高トルク時、先端ｂ２が磁気飽和状態なっても、基部ｂ３が磁気飽和状態とならず、トルクを向上できる。さらに、本実施形態において、ティース２１ｂの側面ｂ１は、階段状であり、ティース２１ｂの中心軸に対して平行となる形状となっているので、図２（ｃ）に示す従来のステータのように、デッドスペースが生じず、巻線２２の占積率を向上して、銅損を低減できる。また、ティース２１ｂにおいて、第２ブロックＢＬ２の高さは、第１ブロックＢＬ１よりも高くなっている。これにより、第１ブロックＢＬ１に巻き回される巻線２２と、第２ブロックＢＬ２に巻き回される巻線２２との巻き数を調整して、同じ磁力かつ同じ相抵抗値となるように調整することが可能である。
【００２５】
このような本実施形態によれば、環状のヨーク２１ａと、ヨーク２１ａの内周面ａ１にヨーク２１ａの径方向に突出するティース２１ｂと、ティース２１ｂに巻き回される巻線２２とを具備するモータ装置であって、ティース２１ｂ各々は、側面ｂ１がティース２１ｂの中心軸に対して平行となる形状であり、かつ径方向の直交断面の大きさが異なる第１ブロックＢＬ１及び第２ブロックＢＬ２が、先端ｂ２側に向かうほど直交断面が小さくなるように重ねられた形状であり、全てのティース２１ｂは同形状であり、１つのティース２１ｂには、１相分のみの巻線２２が第１ブロックＢＬ１及び第２ブロックＢＬ２のいずれか１つの側面ｂ１に巻き回され、巻線２２は、隣り合うティース２１ｂの第１ブロックＢＬ１あるいは第２ブロックＢＬ２の側面に当接する径で巻き回されていることによって、ティース２１ｂがその基部ｂ３より先端ｂ２が細くなる形状をしつつ、巻線２２の占積率を向上して、銅損を低減できる。
【００２６】
〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態に係るモータ装置について説明する。
本第２実施形態に係るモータ装置は、以下の点において、上記第１実施形態と相違する。つまり、本実施形態に係るモータ装置において、ティース２１ｂ各々は、図３に示すように、第１ブロックＢＬ１、第２ブロックＢＬ２及び第３ブロックＢＬ３が、先端ｂ２側に向かうほど直交断面が小さくなるように重ねられた形状である点において、上記第１実施形態と相違する。
【００２７】
第２実施形態では、第１実施形態と同様、１相分のみの巻線２２が１つのティース２１ｂに巻き回されているが、例えば、図３に示すように、巻線２２は、第１ブロックＢＬ１、第２ブロックＢＬ２及び第３ブロックＢＬ３のうち１つあるいは２つのブロックの側面ｂ１に巻き回されている。また、巻線２２は、隣り合うティース２１ｂの第１ブロックＢＬ１（小径段部）、第２ブロックＢＬ２（中径段部）あるいは第３ブロックＢＬ３（大径段部）の側面ｂ１に当接する径で巻き回されている。
また、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相からなる３相の巻線２２は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相それぞれのインダクタンス等の特性が同じになるように配置される。例えば、Ｕ相である巻線２２は、図３における左端に位置するティース２１ｂの第２ブロックＢＬ２及び第３ブロックＢＬ３に巻き回され、続いて、２つのティース２１ｂを飛ばし、右端に位置するティース２１ｂの第１ブロックＢＬ１に巻き回される。また、Ｖ相及びＷ相である巻線２２それぞれについても同様である。このようにＵ相、Ｖ相及びＷ相からなる３相の巻線２２を配置することで、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相それぞれのインダクタンス等の特性が同じになるようにしている。
【００２８】
これにより、本実施形態の巻線２２は、図２（ｂ）や図２（ｃ）に示す従来のステータのように、各ティース２１ｂ間の隙間において、巻線２２の径方向に他相の巻線２２と干渉することがなく、巻線２２の径を大きくできるので、銅損を低減できる。また、本実施形態のティース２１ｂ各々の側面ｂ１は、テーパ形状のように斜面ではなく、ティース２１ｂの中心軸に対して平行となる形状となっているので、巻線機による巻き作業性向上と、巻線２２のティース２１ｂへの挿入とがし易くなる。
【００２９】
また、図２（ｂ）に示す従来のステータでは、ティースの基部と先端との幅が同じ、つまり、テーパ形状となっていないため、高トルク時には、ティースの基部及び先端ともに磁気飽和状態、つまり、ティース全体が磁気飽和してしまい、トルクを向上することができない。一方、本実施形態のティース２１ｂは、基部ｂ３に対して先端ｂ２が細くなっているために、高トルク時、先端ｂ２が磁気飽和状態なっても、基部ｂ３が磁気飽和状態とならず、トルクを向上できる。さらに、本実施形態において、ティース２１ｂの側面ｂ１は、階段状であり、ティース２１ｂの中心軸に対して平行となる形状となっているので、図２（ｃ）に示す従来のステータのように、デッドスペースが生じず、巻線２２の占積率を向上して、銅損を低減できる。また、ティース２１ｂにおいて、第２ブロックＢＬ２及び第３ブロックＢＬ３には、同じ相の巻線が巻き回されている。これにより、第１ブロックＢＬ１に巻き回される巻線２２と、第２ブロックＢＬ２及び第３ブロックＢＬ３に巻き回される巻線２２との巻き数を調整して、同じ磁力かつ同じ相抵抗値となるように調整している。
【００３０】
このような本実施形態によれば、環状のヨーク２１ａと、ヨーク２１ａの内周面ａ１にヨーク２１ａの径方向に突出するティース２１ｂと、ティース２１ｂに巻き回される巻線２２とを具備するモータ装置であって、ティース２１ｂ各々は、側面ｂ１がティース２１ｂの中心軸に対して平行となる形状とされ、かつ径方向の直交断面の大きさが異なる第１ブロックＢＬ１、第２ブロックＢＬ２及び第３ブロックＢＬ３が、先端ｂ２側に向かうほど直交断面が小さくなるように重ねられた形状であり、全てのティース２１ｂは同形状であり、１つのティース２１ｂには、１相分のみの巻線２２が第１ブロックＢＬ１、第２ブロックＢＬ２及び第３ブロックＢＬ３のいずれか１つまたは２つの側面ｂ１に巻き回され、巻線２２は、隣り合うティース２１ｂの第１ブロックＢＬ１あるいは第２ブロックＢＬ２の側面に当接する径で巻き回されていることによって、ティース２１ｂがその基部ｂ３より先端ｂ２が細くなる形状をしつつ、巻線２２の占積率を向上して、銅損を低減できる。
【００３１】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、例えば以下のような変形が考えられる。
上記第１実施形態におけるティース２１ｂは、第１ブロックＢＬ１及び第２ブロックＢＬ２が、先端側に向かうほど直交断面が小さくなるように重ねられた形状であり、また、上記第２実施形態におけるティース２１ｂは、第１ブロックＢＬ１、第２ブロックＢＬ２及び第３ブロックＢＬ３、先端側に向かうほど直交断面が小さくなるように重ねられた形状であるが、本発明はこれに限定されない。
【００３２】
本発明において、ティース２１ｂ各々は、ヨーク２１ａ中央に向けて階段状に縮径すると共に、側面がティース中心軸に対して平行となる形状とされていればよい。また、本発明において、
また、上記実施形態では、巻線２２がボヒンに巻き回されていることについて言及していないが、巻線２２は、ボヒンに巻き回されていてもよい。この場合、ティース２１ｂは、巻線２２が巻き回されるボヒンに挿入される。この際、ティース２１ｂ各々の側面ｂ１は、テーパ形状のように斜面ではなく、ティース２１ｂの中心軸に対して平行となる形状となっているので、巻線２２のボヒンにティース２１ｂを挿入し易い。
【符号の説明】
【００３３】
１０…ロータ、２０…ステータ、３０…回転軸、１１…ロータコア、１２…突極、２１…ステータコア、２２…巻線、２１ａ…ヨーク、２１ｂ…ティース、ａ１…内周側、ｂ１…側面、ｂ２…先端、ｂ３…基部、ＢＬ１…第１ブロック、ＢＬ２…第２ブロック、ＢＬ３…第２ブロック
【図１】
2016111823.tif 000003
【図２】
2016111823.tif 000004
【図３】
2016111823.tif 000005