(57)【要約】【課題】モータ等の回転電機において、トルクリップルの低減を図る。【解決手段】回転電機用ステータ１０は、複数個の分割コア２２が積層された積層コア２４を有する。１個の積層コア２４中では、分割コア２２を構成するティース部２８がスキューされている。ティース部２８のスキュー位相差は、積層方向で相違する。すなわち、スキュー位相差は、モータ１２のトルクが最大となるトルク最大電流進角（ベスト進角）位置で最大であり、且つベスト進角位置から離間するにつれて小さくなる。スキュー位相差の変化は、漸次的であることが好ましい。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヨーク部と、前記ヨーク部から突出するティース部とを有するコア部材が複数個積層されることで形成された積層コアを有するとともに、複数個の前記積層コアが、前記ティース部が内方を指向するように円環形状に連結される回転電機用ステータであって、
隣接する前記積層コアの前記ティース部同士の間にスリットが形成されるとともに、１個の前記積層コア中で前記コア部材がスキューされ、
前記コア部材のスキュー位相差が、回転電機が最大トルクとなるトルク最大電流進角位置で最大であり、且つ前記トルク最大電流進角位置から離間するにつれて小さくなることを特徴とする回転電機用ステータ。
【請求項２】
請求項１記載のステータにおいて、前記スキュー位相差が、前記トルク最大電流進角位置から離間するにつれて漸次的に小さくなることを特徴とする回転電機用ステータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円環形状をなし、その中空内部にロータが回転可能に挿入される回転電機用ステータに関する。
【背景技術】
【０００２】
モータ等の回転電機は、円環形状をなすステータと、該ステータの中空内部に挿入されるロータとを備える。ステータは、磁界を生じる電磁コイルと、該電磁コイルを巻回するためのコアとを有し、一方、ロータは、回転保持体に保持された永久磁石を有する。モータの場合、電磁コイルに交流電流が通電されることで交番磁界が生じ、この交番磁界と永久磁石が引き合いと反発を繰り返すことに伴ってロータが回転する。
【０００３】
ここで、前記コアとしては、例えば、電磁鋼板を打ち抜いて作製された円環形状のピースを複数個積層したものが用いられる。すなわち、積層物は、以下、１個のピースを「コア部材」、複数個の該コア部材を積層して得た積層物を「積層コア」と表記する。
【０００４】
コア部材は、円環形状となるように周回したヨーク部と、該ヨーク部からコアの中空内部に指向して突出したティース部とを有する。ここで、モータを構成するに際し、積層コアの積層方向でティース部の位置を周期的にずらしていき、これにより該ティース部を積層方向に対して傾斜させる（スキューさせる）ことが想定される。特許文献１においては、ブラシレスモータにおいてコギングトルクの低減を図るとともに、モータの大型化を防止するための構成が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３３９８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
モータの振動及び作動音を低減するためには、コギングトルクのみならずトルクリップルを考慮する必要がある。すなわち、従来技術に比してトルクリップルを低減し得る構成が要請されている。
【０００７】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、トルクリップルの低減を図り得、このために振動及び作動音を低減することが可能な回転電機用ステータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するために、本発明は、ヨーク部と、前記ヨーク部から突出するティース部とを有するコア部材が複数個積層されることで形成された積層コアを有するとともに、複数個の前記積層コアが、前記ティース部が内方を指向するように円環形状に連結される回転電機用ステータであって、
隣接する前記積層コアの前記ティース部同士の間にスリットが形成されるとともに、１個の前記積層コア中で前記コア部材がスキューされ、
前記コア部材のスキュー位相差が、回転電機が最大トルクとなるトルク最大電流進角位置で最大であり、且つ前記トルク最大電流進角位置から離間するにつれて小さくなることを特徴とする。
【０００９】
すなわち、本発明においては、前記積層コア中でスキューされたコア部材の間にスキュー位相差が設けられる。具体的には、スキュー位相差は、回転電機が最大トルクとなるトルク最大電流進角（ベスト進角）位置で最大に設定されるとともに、ベスト進角から離間するにつれて小さくされる。
【００１０】
ベスト進角位置及びその近傍では、コア部材１個当たりの発生トルクが大きくなるものの、トルクの発生に寄与するコア部材の個数が少ない。一方、ベスト進角位置から離間した箇所では、コア部材１個当たりの発生トルクが小さくなるものの、トルクの発生に寄与するコア部材の個数が多い。従って、発生トルクが平均化される。その結果として、トルクリップルが低減する。
【００１１】
トルクリップルが低減された回転電機では、振動や動作音が低減する。すなわち、上記の構成を採用することにより、回転電機の振動や動作音を低減することが可能となる。
【００１２】
なお、上記のようにスキュー位相差を設けることに伴い、多くの場合において、隣接する積層コアのティース部同士で形成されるスリットが折曲（湾曲ないし屈曲）する。
【００１３】
コア部材同士のスキュー位相差の変化は、漸次的であることが好ましい。換言すれば、スキュー位相差を、ベスト進角（トルク最大電流進角）位置から離間するにつれて漸次的に小さくするとよい。この場合、積層コアの積層方向に沿う発生トルクの変化も漸次的となる。すなわち、トルクの変化がなだらかとなる。このため、トルクリップルを一層低減し得るので、回転電機の振動や動作音の一層の低減を図ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、積層コアを構成するコア部材同士の間に、回転電機が最大トルクとなるベスト進角（トルク最大電流進角）位置が最大で且つベスト進角から離間するにつれて小さくなるように、スキュー位相差を設けるようにしている。このため、積層コアの積層方向に沿う発生トルクが平均化されるので、トルクリップルが低減された回転電機用ステータが構成される。従って、回転電機の振動や動作音を効果的に低減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係る回転電機用ステータを含んで構成されたモータ（回転電機）の要部概略平面図である。
【図２】前記回転電機用ステータの要部概略斜視図である。
【図３】電流進角と、モータの磁石トルク、リラクタンストルク及び総トルクとの関係を示すグラフである。
【図４】図２に示す回転電機用ステータの内周面の要部拡大正面図である。
【図５】図５Ａ〜図５Ｄは、図４中のＡ点〜Ｄ点におけるトルク波形であり、図５Ｅはモータの総トルクの波形である。
【図６】従来技術に係る回転電機用ステータの内周面の要部拡大正面図である。
【図７】図７Ａ〜図７Ｄは、図６中のＡ’点〜Ｄ’点におけるトルク波形であり、図７Ｅはモータの総トルクの波形である。
【図８】別の実施の形態に係る回転電機用ステータの内周面の要部拡大正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る回転電機用ステータにつき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では、回転電機用ステータを単に「ステータ」とも表記する。
【００１７】
図１は、本実施の形態に係るステータ１０を含んで構成されたモータ１２（回転電機）の要部概略平面図である。ステータ１０は、中空内部を有する円環形状をなす。この中空内部にロータ１４が挿入されることで、モータ１２が構成されている。ステータ１０及びロータ１４は、図示しないケーシングに収容される。
【００１８】
ロータ１４は、回転保持体１６に複数個の永久磁石１８（例えば、１２個）が保持されて構成される。回転保持体１６には挿通孔２０が形成されるとともに、該挿通孔２０に、図示しない回転軸が嵌合される。従って、ロータ１４と回転軸は一体的に回転する。
【００１９】
ステータ１０は、複数個の分割コア２２（コア部材）が積層された積層コア２４を有する。分割コア２２について概略説明すると、該分割コア２２は、電磁鋼板が略Ｔ字形状に打ち抜かれることで作製されたものであり、所定の円弧形状をなすヨーク部２６と、該ヨーク部２６から中空内部に向かって突出したティース部２８とを有する。ヨーク部２６の湾曲した円弧状外周面は、ステータ１０の外周壁となる。
【００２０】
ティース部２８は、ヨーク部２６に連接する基端部から中空内部側の先端部に向かうに従って、テーパー状に幅狭となる。先端部には、ヨーク部２６に対して略平行に延在する拡幅部３０が設けられる。この拡幅部３０が存在するため、ヨーク部２６の先端は、基端部に比して幅広である。
【００２１】
ティース部２８には、拡幅部３０を除いて電磁コイル３２が巻回される。巻回された電磁コイル３２の幅は、拡幅部３０に比して小さい。このため、電磁コイル３２が中空内部側に離脱することが阻止される。すなわち、拡幅部３０は電磁コイル３２の抜け止めとなる。なお、特に図示はしていないが、積層コア２４は絶縁体で覆われている。電磁コイル３２は、この絶縁体上に巻回される。
【００２２】
隣接する積層コア２４においては、ヨーク部２６の延在方向の端面同士が当接ないし連結される。これにより、複数個の積層コア２４（例えば、１２個）が円環形状に連なる。一方、拡幅部３０、３０同士は互いに離間しており、このため、ステータ１０の内周側では、図２に示すように、拡幅部３０、３０同士の間にスリット３４が開口する。
【００２３】
従来技術に係るステータ１０では、分割コア２２がスキューされていないとき、スリットはステータ１０の高さ方向に沿って延在する直線となる。また、分割コア２２がスキューされているとき、ステータ１０の高さ方向に対して傾斜した直線状のスリット５０となる（図６参照）。すなわち、前者と後者のいずれにおいても、スリットは直線形状である。
【００２４】
これに対し、本実施の形態では、１個の積層コア２４において、分割コア２２は、ティース部２８にスキュー位相差が生じるように積層されている。このため、スリット３４が曲線形状となる（図２参照）。具体的には、スキュー位相差はトルク最大電流進角位置（以下、「ベスト進角位置」と表記する）で最大であり、ベスト進角位置から離間するにつれて小さくなる。
【００２５】
ここで、ベスト進角は、モータ１２の総トルクが最大となる電流進角として定義される。モータ１２の総トルクは磁石トルクとリラクタンストルクの和であるが、その値は、ロータ１４と電磁コイル３２による交番磁界の位相差によって変化する。交番磁界の位相は電流進角に依存することから、電流進角と総トルクとの間に、例えば、図３に示す相関関係が得られる。
【００２６】
図２及び図３では、総トルクが最大となる電流進角（ベスト進角）が３６°であり、且つベスト進角位置が積層方向の中央である場合を例示している。従って、この場合、図４に誇張して示すように、スキュー位相差は、積層方向の中央で最大に設定され、積層方向の端部（すなわち、下端及び上端）に向かうにつれて小さくなる。なお、下端での電流進角は４８°、上端での電流進角は２４°である。
【００２７】
本実施の形態では、ベスト進角位置から下端又は上端に向かうにつれ、スキュー位相差が漸次的に変化するように設定されている。すなわち、スキュー位相差が分割コア２２の積層位置毎に相違する。このため、図２に示すように、スリット３４が湾曲（折曲）する。図２の例の場合、スリット３４は３次関数放物線形状である。スリット３４の開口幅は、一定であってもよいし、一部が大きく且つ別の一部が小さくなってもよい。
【００２８】
本実施の形態に係るステータ１０を含むモータ１２は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。
【００２９】
モータ１２を動作させるに際しては、電磁コイル３２に通電を行う。これにより、ステータ１０に交番磁界が生じる。この交番磁界と、ロータ１４の永久磁石１８とが引き合いと反発を繰り返すので、これによりロータ１４及び前記回転軸が一体的に回転する。すなわち、該回転軸を介して出力を取り出すことができる。
【００３０】
ここで、本実施の形態では、図４に示すように、分割コア２２の積層位置の相違（ベスト進角位置からの距離の大小）にスキュー位相差を設けて積層コア２４をスキューさせている。このため、トルクリップルが低減する。この理由は、以下のように推察される。
【００３１】
本実施の形態のように分割コア２２を積層した場合、ベスト進角位置及びその近傍では、分割コア２２の１枚当たりの発生トルクが大きいが、上記したようにスキュー位相差が大きい。このため、トルクの発生に寄与する分割コア２２の枚数が少ない。これとは逆に、ベスト進角位置から離間した位置では、分割コア２２の１枚当たりの発生トルクは小さいが、スキュー位相差が小さいため、トルクの発生に寄与する分割コア２２の枚数が多くなる。
【００３２】
従って、図４中のＡ点、Ｂ点、Ｃ点及びＤ点における発生トルクを対比すると、図５Ａ〜図５Ｄに示すように略同形状の波形となり、しかも、最大となる電流進角が大きく相違する。このため、図５Ｅに示すように総トルクが略平坦となる。各点でのトルクが相殺されて平均化されるからである。このことは、トルクリップルが低減することを意味する。
【００３３】
そして、トルクリップルが低減したモータ１２では、振動や作動音が低減する。すなわち、上記の構成を採用したことにより、モータ１２の振動や作動音の低減を図り得る。
【００３４】
しかも、本実施の形態では、スキュー位相差を漸次的に変化させているので、スリット３４の下端から上端に至るまで、発生トルクが漸次的に変化するようになる。すなわち、発生トルクが急激に変化することが回避される。このため、総トルクが一層平坦となり易い。従って、モータ１２の振動や作動音を効果的に低減し得る。
【００３５】
図６は、従来技術においてスキューされた分割コア５２により形成されるステータ５４の内周面の要部拡大正面図である。ベスト進角が図３及び図４と同様に３６°であり、ベスト進角位置が積層コア５６の積層方向の中央であると仮定すると、積層方向の下端及び上端に向かうにつれて、それぞれ、電流進角が遅角側、進角側となる。
【００３６】
従来技術では、スキュー位相差は一定である。このため、スリット５０は、ステータ５４の高さ方向に対して傾斜した直線となる。
【００３７】
そして、この場合、分割コア５２の１枚当たりの発生トルクは、ベスト進角位置及びその近傍では大きく、ベスト進角位置から離間するにつれて小さくなる。その一方で、トルクの発生に寄与する分割コア５２の枚数は同等である。ベスト進角位置に近接しているか離間しているかに関わらず、積層方向でスキュー位相差が一定であるからである。
【００３８】
従って、この場合、Ａ点〜Ｄ点の積層位置に対応する図６中のＡ’点、Ｂ’点、Ｃ’点及びＤ’点における各積層位置の発生トルクを対比すると、図７Ａ〜図７Ｄに示すように、ピークの最大高さや広がりが相違する波形となる。このため、総トルクも、図７Ｅに示すように山及び谷が出現した波形となる。すなわち、トルクリップルが認められる。
【００３９】
このことから、スキュー位相差を相違させながら積層コア２４を作製することにより、電流進角の差に起因する発生トルクの差を制御し得るようになることが分かる。
【００４０】
なお、ベスト進角位置は常に積層方向の中央となるとは限らず、例えば、Ｂ点等、その他の位置となることもある。この場合においても、ベスト進角位置におけるスキュー位相差を最大とする。すなわち、この例の場合にはＢ点でスキュー位相差を最大とし、Ｂ点から離間するにつれてスキュー位相差が小さくなるようにする。
【００４１】
本発明は、上記した実施の形態に特に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００４２】
例えば、１個の積層コア２４中で、数層（例えば、２〜５層程度）の分割コア２２のスキュー位相差を０としてもよい。
【００４３】
また、図８に示す２次関数放物線形状のスリット６０が形成されたステータ６２を構成するようにしてもよい。この場合において、ベスト進角位置が積層コア６４（分割コア６６）の積層方向の中央であるときには、Ｘ点、Ｙ点の開口幅の合計を、その他の部位における開口幅の合計よりも大きく設定すればよい。
【００４４】
さらに、コア部材は、略Ｔ字形状の分割コア２２、６６に限定されるものではなく、円環形状をなすヨーク部と、該ヨーク部の直径方向内方に指向して突出したティース部とを有するものであってもよい。すなわち、この場合、コア部材は円環体からなり、ヨーク部同士が積層されることで積層コアが構成される。この際、ティース部が上記と同様にスキューされる。
【００４５】
この構成においても、上記した実施の形態と同様の効果が得られることは勿論である。
【００４６】
そして、回転電機は発電機であってもよい。この場合、回転軸を回転させれば（回転軸に対して入力を付与すれば）、ロータ１４が追従回転する。その結果、電磁コイル３２に交流電流が生じる。
【符号の説明】
【００４７】
１０、５４、６２…回転電機用ステータ      １２…モータ
１４…ロータ                              １８…永久磁石
２２、５２、６６…分割コア                ２４、５６、６４…積層コア
２６…ヨーク部                            ２８…ティース部
３２…電磁コイル                          ３４、５０、６０…スリット
【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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