JP2005080365A - 回転電機用ステータ - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機の効率の低下を抑えつつコギングトルクの低減を図ることができる回転電機用ステータを提供する。
【解決手段】電機子鉄心の歯部Ｔ1 〜Ｔ12を構成する鋼板として、各歯部の先端の磁極部Ｔｐを構成する磁極構成部が隣接配置される他の歯部の先端の磁極部を構成する磁極構成部に連結されていない第１の歯部構成用鋼板と、各歯部の先端の磁極部Ｔｐを構成する磁極構成部が隣接配置される他の歯部の先端の磁極部を構成する磁極構成部に連結されている第２の歯部構成用鋼板とを用い、これら第１及び第２の歯部構成用鋼板を混ぜて積層することにより、電機子鉄心の歯部Ｔ1 〜Ｔ12を構成する。
【選択図】 図２Ａ

Description

本発明は、回転電機（電動機または発電機）に用いるステータ（固定子）に関するものである。

電動機や発電機のステータとして、環状の継鉄部（バックコア）と該継鉄部の周方向に等角度間隔で並ぶ多数の歯部（ティース）とを有して歯部相互間にスロットを形成した電機子鉄心と、該電機子鉄心に巻装された電機子コイルとを備えたものが多く用いられている。

回転電機としては、ロータがステータの内側に配置される内転形のものと、ロータがステータの外側に配置される外転形のものとがある。内転形の回転電機に用いるステータでは、ステータ鉄心の各歯部が継鉄部から径方向の内側に突出した状態で設けられ、外転形の回転電機に用いるステータでは、ステータ鉄心の各歯部が継鉄部から径方向の外側に突出した状態で設けられる。

このようなステータを用いた回転電機においては、通常、電機子鉄心の一連の歯部の先端の磁極部相互間に、歯部相互間のスロットをロータ側に開口させる開口部が形成されているが、開口部の隙間寸法が大きいと、開口部の部分でステータとロータとの間のエアギャップ内の磁束密度変化が滑らかでなくなるため、大きなコギングトルクが生じ、騒音が増加する。

そこで、特許文献１に示されているように、ステータの電機子鉄心の一連の歯部のそれぞれの先端に設けられた磁極部を連結部を介して相互に連結して、歯部相互間のスロットの開口部を塞ぐことにより、コギングトルクの低減を図ることが行われている。

電機子鉄心の一連の歯部の先端の磁極部を連結部を介して連結すると、コギングトルクを低減することはできるが、電機子コイルから生じる磁束の一部が連結部を通して漏洩磁束として流れ、有効に働かなくなるため、回転電機の効率が低下するのを避けられない。

そこで、特許文献１に示されたステータでは、連結部の肉厚を０．１ないし０．３mm程度まで薄くすることにより、漏洩磁束の磁路となる連結部の磁気抵抗を調整して、連結部を設けることによる効率の低下を抑制するようにしている。
特開２０００−２９５７９９号公報

コギングトルクの低減を図るために、電機子鉄心の一連の歯部の先端の磁極部を連結した構造にした回転電機では、特許文献１に示されたように、連結部の厚みを薄くしても、効率を改善する上で限界があり、連結部を設けずにスロットを開口させた構造の回転電機に比べて効率が低くなるのを避けられなかった。

また電機子鉄心の歯部の先端の磁極部を連結する連結部の厚みを薄くしたり、該連結部に溝を設けたりした場合には、連結部の機械的強度が低下するため、電機子コイルが巻回された歯部を継鉄部に結合してステータを組み立てる際に電機子鉄心の歯部を構成する鋼板が変形し易く、電機子鉄心の歯部に歪みが生じて、電機子鉄心の一連の歯部の先端の磁極面を真円度が高い円筒面上に正確に位置させることができなくなることがあった。このように電機子鉄心の歯部に歪みが生じると、ステータとロータとの間のエアギャップ内の磁束密度の変化が滑らかでなくなるため、コギングトルクが増加する。

本発明の目的は、回転電機の効率の低下を抑えつつ、コギングトルクの低減を図ることができるようにした回転電機用ステータを提供することにある。

本発明は、継鉄部構成用鋼板の積層体により環状に形成された継鉄部と、該継鉄部の周方向に等角度間隔で並ぶように配置されてそれぞれの後端部が継鉄部に結合された複数の歯部とを有する電機子鉄心と、この電機子鉄心に巻装された電機子コイルとを備えた回転電機用ステータを対象とする。電機子鉄心の複数の歯部のそれぞれの先端部には、ロータ側の磁極に対向する磁極面を有する磁極部が形成され、該複数の歯部相互間にはスロットが形成されている。

本発明においては、電機子鉄心の各歯部が、前記磁極部を形成する第１の磁極形成部を先端に有し後端が前記継鉄部に結合されたｎ枚の第１の歯部構成用鋼板と、第１の磁極形成部とともに前記磁極部を形成する第２の磁極形成部を先端に有し後端が前記継鉄部に結合されたｍ枚の第２の歯部構成用鋼板とを積層した構造を有している。

各歯部を構成する各第１の歯部構成用鋼板の先端の第１の磁極形成部は、電機子鉄心の周方向に隣接する他の歯部を構成する第１の歯部構成用鋼板の先端の第１の磁極形成部から分離された状態で設けられていて、各歯部を構成する第１の歯部構成用鋼板の先端の第１の磁極形成部と隣接する他の歯部を構成する第１の歯部構成用鋼板の先端の第１の磁極形成部との間に隙間が形成されている。

また電機子鉄心の各歯部を構成する第２の歯部構成用鋼板の先端の第２の磁極形成部は、電機子鉄心の周方向に隣接する他の歯部を構成する第２の歯部構成用鋼板の先端の第２の磁極形成部に連結部を介して連結された状態で設けられている。

そして、第１の歯部構成用鋼板の枚数ｎが第２の歯部構成用鋼板の枚数ｍよりも十分に多く設定され、第２の歯部構成用鋼板が、歯部の鋼板積層方向に分散させた状態で配置される。

各歯部への巻線の巻回を容易にするためには、各歯部を継鉄部と別体に形成して、各歯部に巻線を巻回してから各歯部を継鉄部に結合することができる構造にするのが好ましい。

従って、本発明の好ましい態様では、電機子鉄心の各歯部が、継鉄部に結合される結合部を後端に有し各歯部の先端部の磁極部を形成する第１の磁極形成部を先端に有するｎ枚の第１の歯部構成用鋼板と、後端及び先端にそれぞれ継鉄部に結合される結合部及び前記第１の磁極形成部とともに各歯部の先端部の磁極部を形成する第２の磁極形成部を有するｍ枚の第２の歯部構成用鋼板とを積層した構造を有している。

この場合、電機子鉄心の一連の歯部を構成する第１の歯部構成用鋼板は、各歯部毎に分離された状態で設けられていて、電機子鉄心の一連の歯部を構成する第１の歯部構成用鋼板が継鉄部に結合された状態にあるときに、一連の第１の歯部構成用鋼板の先端の第１の磁極形成部相互間に隙間が形成されるように、各第１の磁極形成部が設けられる。

また電機子鉄心の一連の歯部を構成する第２の歯部構成用鋼板は、それぞれの先端の第２の磁極形成部を連結部を介して相互に連結した状態で設けられる。

そして、第１の歯部構成用鋼板の枚数ｎが第２の歯部構成用鋼板の枚数ｍよりも十分に多く設定され、第２の歯部構成用鋼板は、歯部の鋼板積層方向に分散させた状態で配置される。

継鉄部に歯部を結合するため、継鉄部には歯部側に開口した溝を等角度間隔で設けるのが好ましい。このように継鉄部に溝が設けられる場合、電機子鉄心の各歯部を構成する第１の歯部構成用鋼板及び第２の歯部構成用鋼板の結合部は、継鉄部に設けられた溝内に圧入された状態で継鉄部に結合されるように構成することができる。

上記のように、歯部の先端の磁極部が連結されていない第１の歯部構成用鋼板と、一連の歯部の先端の磁極部が連結部により連結された第２の歯部構成用鋼板とを混ぜて積層することにより電機子鉄心を構成すると、磁極部が連結された第２の歯部構成用鋼板の存在により、ステータの磁極部とロータとの間のエアギャップ内での磁束密度の変化を滑らかにして、コギングトルクの低減を図ることができ、歯部の先端の磁極部が連結されていない第１の歯部構成用鋼板の存在により回転電機の効率が低下するのを防ぐことができる。従って、本発明に係わるステータを用いれば、回転電機の効率の低下を抑えつつ、コギングトルクの低減を図ることができる。

また、上記のように構成すると、一連の歯部の先端の磁極部を連結する連結部の厚みを厚くしても効率が低下しないため、連結部の各歯部を継鉄部と別体に形成する場合に、連結部の厚みを厚くして磁極部が連結された歯部を構成する第２の歯部構成用鋼板の機械的強度を高くすることができ、ステータを組み立てる過程で、第２の歯部構成用鋼板の歯部の配列に狂いが生じるのを防ぐことができる。また磁極部が連結されていない歯部を構成する第１の歯部構成用鋼板は、歯部の配列に狂いが生じることがない第２の歯部構成用鋼板の各歯部を基準にして正しい位置に積層していくことができるため、電機子鉄心の歯部の配列に狂いが生じるのを防ぐことができ、各歯部の磁極面が沿う円筒面の真円度を高くしてコギングトルクの低減を図ることができる。

本発明の好ましい態様では、歯部を構成する鋼板の全枚数ｍ＋ｎと第２の歯部構成用鋼板の枚数ｍとの間に、ｍ＋ｎ＞２ｍの関係が成立するように、第１の歯部構成用鋼板の枚数ｎ及び第２の歯部構成用鋼板の枚数ｍが設定される。

本発明の好ましい態様では、電機子鉄心の径方向に測った上記第２の歯部構成用鋼板の連結部の厚み寸法ｃが、０．３mm＜ｃ≦１．００mmの範囲に設定される。

また電機子鉄心の周方向に測った第１の歯部構成用鋼板の磁極形成部相互間の隙間の開口寸法ａは０．５mm≦ａ≦１．０mmの範囲に設定するのが好ましい。

本発明の好ましい実施例では、上記第１の歯部構成用鋼板の磁極形成部相互間の隙間の寸法ａを０．５mmに設定し、第２の歯部構成用鋼板の連結部の最も薄い部分の厚みｃを０．５mmに設定したときに、回転電機のコギングトルクの低減を図り、効率の向上を図る上で、好ましい結果が得られることが確認されている。

上記の構成では、第２の歯部構成用鋼板の一連の歯部の磁極部を連結する連結部に十分な厚み（鉄心の径方向に測った厚み）を持たせているが、回転電機の効率を高めるためには、上記のように連結部の厚さを厚くする代わりに、第２の歯部構成用鋼板の板厚を第１の歯部構成用鋼板の板厚よりも大きく設定するようにしてもよい。

以上のように、本発明によれば、歯部の先端の磁極部を構成する磁極構成部が連結されていない第１の歯部構成用鋼板と、一連の歯部の先端の磁極部を構成する磁極構成部が連結部により連結された第２の歯部構成用鋼板とを混ぜて積層することにより電機子鉄心の歯部を構成するようにしたので、回転電機の効率の低下を抑えつつ、コギングトルクの低減を図ることができる。

また本発明によれば、電機子鉄心の一連の歯部の先端の磁極部を連結する連結部の厚みを厚くして、磁極部が連結された歯部を構成する第２の歯部構成用鋼板の機械的強度を高くすることができるため、電機子鉄心を組み立てる過程で該第２の歯部構成用鋼板の歯部の配列に歪みが生じるのを防ぐことができ、歪みが生じない第２の歯部構成用鋼板を基準にして第１の歯部構成用鋼板を積層することができるため、電機子鉄心の一連の磁極部の磁極面が沿う円筒面の真円度を高くして、コギングトルクの低減効果を高めることができる。

以下図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。図１は、本発明のステータを適用する回転電機との一例として、ロータ内転形のブラシレス直流電動機の構造を示した断面図、図２Ａ及び図２Ｂはそれぞれ本実施形態で用いるステータの電機子鉄心を示した正面図及びその一部の側面図、図３Ａ及び図３Ｂは、本実施形態のステータの電機子鉄心の歯部を構成する第１の歯部構成用鋼板を示した正面図及び側面図である。また図４Ａ及び図４Ｂはそれぞれ、本実施形態でステータの電機子鉄心を構成するために用いる第２の歯部構成用鋼板の正面図及び側面図である。

図１において、１は円筒状のケース本体１Ａと、ケース本体１Ａの開口部を閉じるエンドカバー１Ｂとからなる電動機のケースで、ケース本体１Ａとエンドカバー１Ｂとがネジ２により締結されてケース１が組み立てられている。

ケース本体１Ａの内周に、本発明に係わるステータ３が取り付けられ、ケース本体１Ａの端部壁に保持された軸受４と、エンドカバー１Ｂに保持された軸受５とにより回転自在に支持された回転軸６にロータ７が取り付けられている。

ロータ７は、鋼板の積層体からなるロータコア８に永久磁石９を取り付けて磁石界磁を構成したもので、ステータ３とロータ７とはそれぞれの中心軸線を一致させた状態で配置されている。

エンドカバー１Ｂの内側に保持された基板１０に、ロータ７の磁極の極性を検出するホールＩＣ１１が取り付けられ、ホールＩＣから導出されたリード線と、電機子コイル３Ｂの３相の端子から引き出されたリード線（いずれのリード線も図示せず。）とを絶縁チューブ内に挿入して構成したワイヤーハーネス１２が、ケース本体１Ａに取り付けられたグロメット１３を通して外部に導出されている。

本発明に係わるステータ３は、鋼板の積層体からなる電機子鉄心３Ａと、電機子鉄心３Ａに巻装されて３相結線された電機子コイル３Ｂとからなっていて、電機子鉄心３Ａの磁極部がロータ７側の磁極に所定のギャップを介して対向させられている。

更に詳細に説明すると、電機子鉄心３Ａは、図２Ａ，図２Ｂに示したように、円環状に形成された継鉄部（バックコア）ＢＣと、継鉄部Ｙの周方向に等角度間隔で配置されて、継鉄部の内周部から径方向の内側に突出した１２個の歯部（ティース）Ｔ1 ないしＴ12とからなり、歯部Ｔ1 ないしＴ12相互間にコイルを挿入するスロットＳが形成されている。

継鉄部ＢＣは、円環状に形成された鋼板を多数枚積層したものからなっていて、その内周部には、歯部Ｔ1 ないしＴ12の後端部をそれぞれ結合するための溝Ｇ1 ないしＧ12が等角度間隔で設けられている。

歯部Ｔ1 ないしＴ12は、継鉄部ＢＣの溝Ｇ1 ないしＧ12に圧入されて該継鉄部ＢＣに結合される結合部Ｔａをそれぞれの後端部に有し、磁極部Ｔｐをそれぞれの先端部に有している。

本発明においては、電機子鉄心３Ａの各歯部が、図３Ａ及び図３Ｂに示すように構成されたｎ枚の第１の歯部構成用鋼板３０１と、図４Ａ及び図４Ｂに示すように構成されたｍ枚（ｎ＞＞ｍ）の第２の歯部構成用鋼板３０２とを混ぜて積層した構造を有する。

図３Ａ及び図３Ｂに示した第１の歯部構成用鋼板３０１は、各歯部毎に分離された状態で設けられたもので、歯部Ｔ1 ないしＴ12をそれぞれ構成する第１の歯部構成用鋼板３０１は、継鉄部ＢＣの溝Ｇ1 ないしＧ12に圧入されて該継鉄部に結合される結合部３０１ａを後端に有し、磁極部Ｔｐを形成する第１の磁極形成部３０１ｂを先端に有する厚みｔの鋼板からなっている。磁極形成部３０１ｂの先端面には、円筒面状の磁極面が形成され、この磁極面がロータの磁極に対向させられる。

そして、図３Ａに示したように歯部Ｔ1 ないしＴ12をそれぞれ構成する第１の歯部構成用鋼板３０１，３０１，…の結合部を継鉄部ＢＣの溝部に圧入して結合したときに、歯部Ｔ1 ないしＴ12をそれぞれ構成する一連の第１の歯部構成用鋼板３０１，３０１，…の先端に形成された第１の磁極形成部３０１ｂ相互間に、歯部相互間のスロットを径方向に開口させる隙間ｇが形成されるように、各第１の磁極形成部３０１ｂの周方向寸法（電機子鉄心の周方向に測った寸法）が設定されている。

ステータの磁極部とロータの磁極との間のエアギャップ内での磁束密度変化を滑らかにしてコギングトルクを低減するためには、電機子鉄心の周方向に測った隙間ｇの開口寸法ａをできるだけ小さくすることが望ましいが、隙間ｇの開口寸法をあまり小さくすると、鋼板を打ち抜くプレス機械の金型の隙間ｇを打ち抜く部分の機械的強度が低下し、好ましくない。鋼板を打ち抜く金型の強度との関係で、隙間ｇの開口寸法ａは、０．５mm以上とするのが好ましい。またコギングトルクを低減するため、隙間ｇの開口寸法ａは１．０mm以下に設定するのが好ましい。

また電機子鉄心の各歯部を構成する第２の歯部構成用鋼板３０２は、図４Ａ及び図４Ｂに示したように、継鉄部ＢＣの溝Ｇ1 ないしＧ12に圧入されて該継鉄部に結合される結合部３０２ａを後端に有し、磁極部Ｔｐを形成する第２の磁極形成部３０２ｂを先端に有する厚みｔの鋼板からなっている。この第２の歯部構成用鋼板においては、各歯部の磁極部Ｔｐを構成する磁極形成部３０２ｂが、各歯部の両側に配置される他の歯部を構成する第２の歯部構成用鋼板３０２の磁極形成部３０２ｂに連結部３０２ｃを介して連結された状態で設けられている。

第２の歯部構成用鋼板３０２の磁極形成部３０２ｂを連結する連結部３０２ｃの機械的強度を高くするためには、電機子鉄心の径方向に測った連結部３０２ｃの最も薄い部分の厚み寸法ｃを厚くすることが望ましい。また連結部の厚み寸法ｃを小さくし過ぎるとプレス加工により連結部３０２ｃを精度よく加工することが困難になる。連結部３０２ｃの機械的な強度を確保し、かつ加工を容易にするためには、電機子鉄心の径方向に測った連結部３０２ｃの最も薄い部分の厚み寸法ｃを、０．３mmを超える値、好ましくは０．５mm以上に設定するのが好ましい。

しかし、厚み寸法ｃをあまり大きくすると、連結部を通して生じる漏れ磁束が多くなり、効率が低下するため、連結部の厚み寸法ｃは、漏れ磁束の増大による効率の低下が問題にならない範囲の上限値以下に設定するのが好ましい。実験によると、鉄心の径方向に測った連結部３０２ｃの最も薄い部分の厚み寸法ｃを１．０mm以下とすれば、問題になるほどの効率の低下が生じないことが確認されている。従って、上記厚み寸法ｃは、０．３mm＜ｃ≦１．００mmの範囲に設定するのが好ましい。

また各連結部３０２ｃの先端面は、その両側の第２の磁極形成部３０２ｂ，３０２ｂの先端に形成された円筒面と軸線を共有する円筒面となっていて、各連結部の先端面及び各歯部の先端の磁極部の磁極面がとともに電機子鉄心の中心軸線に中心軸が一致した同一の円筒面上に位置するように形成されている。

そして、本発明においては、第１の歯部構成用鋼板３０１の枚数ｎが第２の歯部構成用鋼板の枚数ｍよりも十分に多く設定され、第２の歯部構成用鋼板３０２を歯部の鋼板積層方向に分散させた状態で、第１の歯部構成用鋼板と第２の歯部構成用鋼板とが積層されて一連の歯部Ｔ1 ないしＴ12が構成されている。

第２の歯部構成用鋼板３０２の枚数ｍを多くすると、コギングトルクの低減を図ることができるが、磁極形成部が連結された第２の歯部構成用鋼板の数を多くすると、連結部で生じる漏れ磁束が増加するため、回転電機の効率が低下する。また効率を重視して第２の歯部構成用鋼板の枚数ｍを少なくしすぎるとコギングトルクの低減効果が低下する。第２の歯部構成用鋼板３０２の枚数ｍは、コギングトルクの低減効果と、回転電機の効率との双方を勘案して、適当な値に設定する。

効率の低下を抑えつつコギングトルクの低減効果を高めるためには、各歯部を構成する鋼板の全枚数ｍ＋ｎと第２の歯部構成用鋼板の枚数ｍとの間に、ｍ＋ｎ＞２ｍの関係が成立するように第１の歯部構成用鋼板の枚数ｎ及び第２の歯部構成用鋼板の枚数ｍを設定するのが好ましい。即ち、磁極構成部が連結された第２の歯部構成用鋼板の枚数は、各歯部を構成する鋼板の全枚数の１／２よりも少なく設定するのが好ましい。

上記のように、歯部の先端の磁極部を構成する磁極構成部が連結されていない第１の歯部構成用鋼板３０１と、一連の歯部の先端の磁極部を構成する磁極構成部が連結部により連結された第２の歯部構成用鋼板３０２とを混ぜて積層することにより電機子鉄心を構成すると、磁極構成部が連結された第２の歯部構成用鋼板３０２の存在により（第２の歯部構成用鋼板３０２の枚数の如何に関わりなく）コギングトルクの低減を図ることができる。

また歯部を構成する鋼板の大部分を、歯部の先端の磁極部を構成する磁極構成部が連結されていない第１の歯部構成用鋼板とすれば、磁極部の連結部を通して流れる漏洩磁束の量を少なくして、回転電機の効率が低下するのを防ぐことができる。

また、第２の歯部構成用鋼板の枚数を十分に少なくしておけば、一連の歯部の先端の磁極部を連結する連結部の厚みを厚くすることができるため、磁極部が連結された歯部を構成する第２の歯部構成用鋼板の機械的強度を高くして該鋼板に歪みが生じるのを防ぐことができ、ステータを組み立てる過程で、第２の歯部構成用鋼板の磁極構成部の磁極面を真円度が高い円筒面上に位置させた状態に保持することができる。また磁極部が連結されていない歯部を構成する第１の歯部構成用鋼板は、歪みが生じるおそれがない第２の歯部構成用鋼板を基準にして正しい位置に積層していくことができるため、電機子鉄心の歯部の配列に狂いが生じるのを防いで、電機子鉄心の磁極面が沿う円筒面（ロータ内転形の場合は電機子鉄心の内周面、ロータ外転形の場合には電機子鉄心の外周面）の真円度を高くすることができる。

このように、電機子鉄心の内周面または外周面の真円度を高くすることができると、コギングトルクの低減を図ることができるため、磁極構成部が連結された第２の歯部構成用鋼板の数が歯部を構成する鋼板の全枚数に対して占める割合は僅かであっても、コギングトルクの低減効果を高めることができる。従って、本発明に係わるステータを用いれば、回転電機の効率の低下を抑えつつ、コギングトルクの低減を図ることができる。

上記の構成では、第２の歯部構成用鋼板３０２として、磁極構成部を連結する連結部の薄肉部（肉厚が最も薄い部分）の厚みｃを従来のこの種の電動機で用いられていた電機子鉄心の磁極部の連結部の厚み寸法（０．３mm以下）よりも厚くした鋼板を用いたが、連結部の厚み寸法を厚くする代わりに、図５Ａ及び図５Ｂに示したように、鋼板の厚み寸法ｔ´を大きくしたｍ枚の第２の歯部構成用鋼板３０２を用いることにより、コギングトルクを低減する効果を得るために必要な磁束を連結部３０２ｃを通して流すようにしてもよい。

本発明の好ましい実施例では、固定子の１２個の歯部にそれぞれ巻回された１２個の電機子コイルのうち、位相が等しい４つの電機子コイルを並列に接続することにより３相の各相の電機子コイルを構成し、これら３相の電機子コイルをスター結線したステータを用いてブラシレス直流電動機（定格直流電圧１２Ｖ）を構成した。この電動機においては、ロータの軸線方向寸法を５５mm、ロータの外径（直径）を３９mm、ロータの極数を１０、ロータの磁石界磁の極弧角を２８．７°、ステータの電機子鉄心の軸線方向寸法は５０mmとした。また第１の歯部構成用鋼板３０１の磁極構成部３０１ｂが歯部間に形成する隙間ｇの寸法ａを０．５mm、磁極構成部３０１ｂの周方向の両端の厚み（電機子鉄心の径方向に測った厚み）ｂ（図３参照）を０．５mmとし、第２の歯部構成用鋼板３０２の連結部の厚みｃを０．５mmとした。更に、電機子鉄心の歯部を構成する鋼板の全枚数を１０１枚とし、そのうちの９５枚の鋼板として磁極構成部が連結されていない第１の歯部構成用鋼板を用い、残りの６枚の鋼板として、磁極構成部が連結された第２の歯部構成用鋼板を用いた。第２の歯部構成用鋼板は、歯部の積層方向に均等に分散させて配置した。

またこの例では、直径１．４mmの導体を４本並列にして３相のコイルをそれぞれ巻回する歯部に２ターンずつ巻回し、３相のコイルをスター結線して３相の電機子コイルを構成した。

本発明の効果を確認するため、薄肉部の厚み寸法を０．３mmとした連結部により磁極構成部相互間を連結した第２の歯部構成用鋼板のみにより電機子鉄心の歯部を構成し、その他の構成は上記と同様とした比較例１と、磁極部間に０．５mmの隙間を形成する第１の歯部構成用鋼板のみを用いて電機子鉄心の歯部を構成し、その他の構成は上記と同様とした比較例２とを作成して、回転速度Ｎ、電機子電流Ｉ、出力Ｐ［Ｗ］及び効率η［％］をトルクτ［Ｎ・ｍ］に対して測定する実験を行った。この実験の結果を示す特性曲線を図６に示した。図６において、横軸はトルクτ［Ｎ・ｍ］を示し、縦軸は、回転速度Ｎ（×１００［r/min］）、電機子電流Ｉ［Ａ］、出力Ｐ（×１０［Ｗ］）、及び効率η［％］の数値を示している。

図６に示した回転速度Ｎ対トルクτ特性、電機子電流Ｉ対トルクτ特性、出力Ｐ対トルクτ特性及び効率η対トルクτ特性において、曲線ａは比較例１の特性を示している。また曲線ｂは比較例２の特性を示し、曲線ｃは上記本発明の実施例の特性を示している。

比較例１（曲線ａ）で生じたコギングトルクは２［ｍＮ・ｍ］、比較例２（曲線ｂ）で生じたコギングトルクは１６［ｍＮ・ｍ］、本発明の実施例（曲線ｃ）で生じたコギングトルクは１２［ｍＮ・ｍ］であった。

図６に示した実験結果から明らかなように、電機子鉄心の歯部相互間を厚みが０．３mmの連結部により連結した比較例１（曲線ａ）では、最大効率が８３％であり、電機子鉄心の磁極部相互間に０．５mmの隙間が形成されている比較例２（曲線ｂ）で得られた最大効率９５％に比べてかなり低い効率しか得られなかったが、本発明の実施例（曲線ｃ）では、９４％の最大効率を得ることができ、比較例２と同等の高い効率を得ることができた。

また比較例２の電動機では、コギングトルクが大きくなるのを避けられなかったが、本発明の実施例では、磁極構成部が連結部により連結された歯部構成用鋼板の数が少ないにもかかわらず、比較例２に比べてコギングトルクを低く抑えることができた。

これは、第２の歯部構成用鋼板の磁極構成部３０２ｂを連結する連結部の厚み寸法を大きくして該第２の歯部構成用鋼板の機械的強度を高め、ステータを組み立てる過程で、一連の第２の歯部構成用鋼板３０２の磁極構成部３０２ｂの磁極面を真円度が高い円筒面上に配置した状態を保持することができたことにより電機子鉄心の磁極部の内周面の真円度を高くすることができたことと、連結部の存在により漏洩磁束が減り、ロータの磁極とステータの磁極部との間のギャップ内での磁束密度の変化が滑らかになったこととによるものと思われる。

上記の実施形態では、回転子内転形の電動機に用いるステータに本発明を適用したが、回転子外転形の電動機に用いるステータにも本発明を適用することができる。

また上記の説明では、ブラシレス直流電動機を例にとったが、同期電動機や同期発電機等に用いるステータにも本発明を適用することができる。

本発明に係わるステータを用いる回転電機の一例として、ブラシレス直流電動機の構成例を示した断面図である。 図１の回転電機で用いるステータの電機子鉄心の構成例を示した拡大正面図である。 図２Ａに示した電機子鉄心の一部の側面図である。 本発明に係わるステータを構成するために用いる第１の歯部構成用鋼板の構成例を示した正面図である。 図３Ａに示した第１の歯部構成用鋼板の側面図である。 本発明に係わるステータを構成するために用いる第２の歯部構成用鋼板の構成例を示した正面図である。 図４Ａに示した第２の歯部構成用鋼板の側面図である。 本発明に係わるステータを構成するために用いる第２の歯部構成用鋼板の他の構成例を示した正面図である。 図５Ａに示した第２の歯部構成用鋼板の側面図である。 本発明に係わるステータを用いた回転電機の特性と従来の回転電機の特性とを比較して示したグラフである。

符号の説明

３Ａ 電機子鉄心
３Ｂ 電機子コイル
ＢＣ 継鉄部
Ｔ1 〜Ｔ12 歯部
３０１ 第１の歯部構成用鋼板
３０２ 第２の歯部構成用鋼板

Claims (8)

1. 継鉄部構成用鋼板の積層体により環状に形成された継鉄部と、前記継鉄部の周方向に等角度間隔で並ぶように配置されてそれぞれの後端部が前記継鉄部に結合され、ロータ側の磁極に対向する磁極面を有する磁極部がそれぞれの先端部に形成された複数の歯部とを有して、前記複数の歯部相互間にスロットが形成された電機子鉄心と、前記電機子鉄心に巻装された電機子コイルとを備えた回転電機用ステータにおいて、
   前記電機子鉄心の各歯部は、前記磁極部を形成する第１の磁極形成部を先端に有し後端が前記継鉄部に結合されたｎ枚の第１の歯部構成用鋼板と、前記第１の磁極形成部とともに前記磁極部を形成する第２の磁極形成部を先端に有し後端が前記継鉄部に結合されたｍ枚の第２の歯部構成用鋼板とを積層した構造を有し、
   前記各歯部を構成する各第１の歯部構成用鋼板の先端の第１の磁極形成部は、前記電機子鉄心の周方向に隣接する他の歯部を構成する第１の歯部構成用鋼板の先端の第１の磁極形成部から分離された状態で設けられていて、各歯部を構成する第１の歯部構成用鋼板の先端の第１の磁極形成部と前記隣接する他の歯部を構成する第１の歯部構成用鋼板の先端の第１の磁極形成部との間に隙間が形成され、
   前記電機子鉄心の各歯部を構成する第２の歯部構成用鋼板の先端の第２の磁極形成部は、前記電機子鉄心の周方向に隣接する他の歯部を構成する第２の歯部構成用鋼板の先端の第２の磁極形成部に連結部を介して連結された状態で設けられ、
   前記第１の歯部構成用鋼板の枚数ｎが前記第２の歯部構成用鋼板の枚数ｍよりも十分に多く設定されて、前記第２の歯部構成用鋼板が、前記歯部の鋼板積層方向に分散させて配置されていること、
   を特徴とする回転電機用ステータ。
2. 継鉄部構成用鋼板の積層体により環状に形成された継鉄部と、前記継鉄部の周方向に等角度間隔で並ぶように配置されてそれぞれの後端部が前記継鉄部に結合され、ロータ側の磁極に対向する磁極面を有する磁極部がそれぞれの先端部に形成された複数の歯部とを有して、前記複数の歯部相互間にスロットが形成された電機子鉄心と、前記電機子鉄心に巻装された電機子コイルとを備えた回転電機用ステータにおいて、
   前記電機子鉄心の各歯部は、前記継鉄部に結合される結合部を後端に有し前記磁極部を形成する第１の磁極形成部を先端に有するｎ枚の第１の歯部構成用鋼板と、後端及び先端にそれぞれ前記継鉄部に結合される結合部及び前記第１の磁極形成部とともに前記磁極部を形成する第２の磁極形成部を有するｍ枚の第２の歯部構成用鋼板とを積層した構造を有し、
   前記電機子鉄心の一連の歯部を構成する第１の歯部構成用鋼板は、各歯部毎に分離された状態で設けられていて、前記電機子鉄心の一連の歯部を構成する第１の歯部構成用鋼板が前記継鉄部に結合された状態にあるときに、一連の第１の歯部構成用鋼板の先端の第１の磁極形成部相互間に隙間が形成されるように、各第１の磁極形成部が設けられ、
   前記電機子鉄心の一連の歯部を構成する第２の歯部構成用鋼板は、それぞれの先端の第２の磁極形成部を連結部を介して相互に連結した状態で設けられ、
   前記第１の歯部構成用鋼板の枚数ｎが前記第２の歯部構成用鋼板の枚数ｍよりも十分に多く設定されて、前記第２の歯部構成用鋼板が、前記歯部の鋼板積層方向に分散させて配置されていること、
   を特徴とする回転電機用ステータ。
3. 前記電機子鉄心の継鉄部には歯部側に開口した溝が設けられ、前記電機子鉄心の各歯部を構成する第１の歯部構成用鋼板及び第２の歯部構成用鋼板の結合部は、前記継鉄部に設けられた溝内に圧入された状態で前記継鉄部に結合されるように構成されている請求項２に記載の回転電機用ステータ。
4. 前記歯部を構成する鋼板の全枚数ｍ＋ｎと前記第２の歯部構成用鋼板の枚数ｍとの間に、ｍ＋ｎ＞２ｍの関係が成立するように、前記第１の歯部構成用鋼板の枚数ｎ及び第２の歯部構成用鋼板の枚数ｍが設定されていることを特徴とする請求項１，２または３に記載の回転電機用ステータ。
5. 前記電機子鉄心の径方向に測った第２の歯部構成用鋼板の連結部の最も薄い部分の厚み寸法ｃは、０．３mm＜ｃ≦１．００mmの範囲に設定されている請求項１，２，３または４に記載の回転電機用ステータ。
6. 前記電機子鉄心の周方向に測った第１の歯部構成用鋼板の磁極形成部相互間の隙間の開口寸法ａは０．５mm≦ａ≦１．０mmの範囲に設定されている請求項５に記載の回転電機用ステータ。
7. 前記電機子鉄心の径方向に測った第２の歯部構成用鋼板の連結部の最も薄い部分の厚み寸法ｃは０．５mmに設定され、前記電機子鉄心の周方向に測った第１の歯部構成用鋼板の磁極形成部相互間の隙間の開口寸法ａは０．５mmに設定されている請求項１，２，３または４に記載の回転電機用ステータ。
8. 前記第２の歯部構成用鋼板の板厚が前記第１の歯部構成用鋼板の板厚よりも大きく設定されている請求項１，２または３に記載の回転電機用ステータ。
   

Images