JP2007221907A - ステータコア、及び回転機 - Google Patents

Abstract

【課題】複合軟磁性体を用いたステータコアの製造に起因して発生する、透磁率の高低が回転軸周りに分布することによって発生するコギングトルクを削減する。
【解決手段】前記回転軸に垂直な平面内に存在する透磁率の分布が同じであるリング状の複合軟磁性体で構成された複数の分割コアが、各分割コアの回転軸を一致させるように接合してステータコアとする。ただし、前記分割コアは、周方向において透磁率の分布パターンが所定の分布パターンとなる位置に基準位置が設けられ、隣接する分割コアの基準位置に対して、当該分割コアの基準位置が回転軸周りに所定の回転角度一方向に回転した位置に取り付ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転機の回転軸の周囲に設けられる回転機のステータコア、およびこのステータコアを備えた回転機に関する。

従来の回転機においては、ステータ用コアが回転軸線方向に所定のスキュー角をもって捻られながら、ステータ用コアの周方向に分割され、分割体の各々が粉末表面に絶縁性効果物質が被覆された金属粉末によって圧縮して形成されている（例えば特許文献１参照）。

各分割体のスキュー角が所定の角度であるので、ステータの内周壁部とロータとの間の磁気パーミアンスが回転時に変化することにより発生するコギングトルクを低減でき、所望の大きさの平滑なトルクを得ることができる。

特開２００５−２６１１８８号公報

従来の回転機では、ステータの内周壁部とロータとの間で発生するコギングトルクを低減できるが、複合軟磁性体の製造時に発生する透磁率の分布によって発生するコギングトルクを防止することができない。
ステータの周方向分割体を複合軟磁性体として成型する場合、型に入れた粉末を軸方向に圧縮する。この圧縮時に、粉末同士の摩擦力により圧縮される面に近い部分の圧力が高まり粉末の密度が高くなる。しかし、圧縮される面に近い部分に比較して、型の中の中央部分は、粉末の密度が相対的に低くなる。これにより鉄粉の密度が一様でなくなり、軸方向に密、疎、密という分布が生じる。この密度の分布により透磁率に分布が生じる。
ステータコアの各周方向分割体が、軸方向に透磁率の分布を持つと、内周壁部とロータとの間に発生するトルクの振幅の大きさが軸方向に一様でなくなり、コギングトルクが発生する。

本発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、複合軟磁性体を用いたステータコアの製造に起因して発生する、透磁率の高い部分、低い部分が回転軸周りに分布することによって発生するコギングトルクを削減するものである。

本発明のステータコアにおいては、回転軸に垂直な平面内に存在する透磁率の分布が同じであり、前記回転軸方向に分離されたリング状の複合軟磁性体で構成された複数の分割コアが、各分割コアの回転軸を一致させるように接合され、分割コアは、周方向において透磁率の分布パターンが所定の分布パターンである位置を基準位置とし、隣接する分割コアの基準位置が、前記回転軸の一方向に向かって、順次、前記回転軸の一の回転方向に所定角度回転した位置になるように前記分割コアが取り付けられたものである。

本発明は、回転軸に垂直な平面内に存在する透磁率の分布を有し、回転軸方向に分離されたリング状の複合軟磁性体で構成される複数の分割コアが、同じ透磁率の分布パターンを持つ部分が回転軸方向に順次、回転軸周りに所定の角度づつずれて取り付けられることによって、全体として回転軸周りの透磁率の分布が平均化され、複合軟磁性体の製造時に生じた透磁率の分布により発生するコギングトルクを減少させることができる。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態１におけるスロットレスのステータコアの斜視図を示すものである。図１において、回転軸方向に分離されたリング状の複合軟磁性体である６個の分割コア１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ、１０２ｆが、各分割コアの回転軸１０を一致させるように接合されている。各分割コアの回転軸周りの位置は、隣接する分割コアの基準位置１１ａ〜１１ｅに対して当該分割コアの基準位置１１ｂ〜１１ｆが周方向に３０度回転した位置に位置決めされる。ここでの基準位置は、各分割コアの周方向の最も透磁率が高い位置である。なお、回転方向は、図１のように基準位置１１ａ〜１１ｆが回転軸の一の回転方向に順次回転していくように設定される。また、図１の角度１１０が、上記周方向に回転する３０度に相当する。

複合軟磁性体とは、鉄粉を絶縁被膜で覆った粉末を焼き固めたものである。この粉末は、例えばフェライト層が被覆されているものが知られている。

また、各分割コアの回転軸方向の長さは３０ｍｍであり、６個の分割コアが接続されて、長さ１８０ｍｍのステータが構成されている。なお、各分割コアの各接合面は公差±０．０２ｍｍで切削加工され、回転軸と接合面との垂直度が１分以下となるように加工されている。

図２は、本実施の形態の分割コアを複合軟磁性体のブロックから切り出す工程を示す断面図である。図２の四角形のブロックＢは、鉄粉を絶縁被膜で覆った粉末を焼き固めた複合軟磁性体の断面図である。鉄粉を絶縁被膜で覆った粉末を圧縮する製造工程において、粉末同士の摩擦により、圧縮される近傍の圧力は高くなるが、中央部は圧力が相対的に低くなる。このため、複合軟磁性体のブロックＢは、外壁面に近い部分１３の鉄粉の密度は相対的に高く、中央部分１４は相対的に鉄粉の密度が相対的に低くなる。このことにより外壁面に近い部分１３の透磁率は、中央部分１４に比べて高くなる。図２の複合軟磁性体のブロックＢからリング状に切り出して分割コア１０２を形成する。図３は、複合軟磁性体のブロックＢから切り出した代表的な分割コア１０２を示し、分割コア１０２は、具体的には、図１のステータコア１０１の各分割コア１０２ａ〜１０２ｆを構成している。

分割コア１０２は、上記複合軟磁性体のブロックＢから、リング状に切り出されたものであるので、分割コア１０２は、図３に示す回転軸に垂直な平面内に透磁率の分布を有する。図３のリングにおいて、上部分１３と下部分１３の部分は相対的に透磁率が高い部分であり、右部分１４と左部分１４は相対的に透磁率が低い部分である。図３の分布は、分割コア１０２ａ〜１０２ｆの回転軸に垂直な平面内に透磁率の分布を示すものでもある。図３に示すように、回転軸に垂直な平面内の透磁率の分布は、透磁率の平均値に対して高、低、高、低の順で周方向に周期分布し、かつ透磁率が周りより高い２箇所の部分が回転軸をはさみ直径方向に相対峙している。

図３における透磁率が平均値より高い部分の一方において、透磁率が最高である位置を基準位置１１とする。分割コア１０２ａ〜１０２ｆは、透磁率の分布が図３と同じ周期分布であり、それぞれ透磁率が平均値より高い部分の一部分１３における透磁率が最高である位置に基準位置１１ａ〜１１ｆが設けられている。

基準位置１１とは、分割コアの周方向の位置決めをするための基準であり、透磁率の分布が同じ複数の分割コア間で透磁率の分布パターンが同じである位置である。ここで透磁率の分布とは、回転軸に垂直な平面内の透磁率の全体的な分布をいい、分布パターンとは、例えば透磁率の分布が最高値を示す局所的な位置のように、特定の局所的な分布をいう。したがって、基準位置１１は、透磁率の分布パターンが所定のパターンの位置であれば良く、分割コアの基準位置と回転軸とを一致させると必ず分布パターンも全周に渡り一致する。例えば、透磁率の分布が基準位置１１は透磁率が平均値より低い部分としても良いし、透磁率が相対的に高い部分から低い部分に変化する過渡的な位置としても良い。また、基準位置１１は、各分割コアの外周面にマークが付されても、付されなくても良い。

図１に示すように、分割コアを１個ずつ回転軸方向に接合する上で、隣接する分割コアの基準位置１１に対して、取り付ける分割コアの基準位置１１が、回転軸周りに３０度（図１の角度１１０）回転させた位置になるように分割コアを取り付けてステータコア１０１にする。たとえば、分割コア１０２ａに分割コア１０２ｂを取り付ける場合、分割コア１０２ａの基準位置１１ａと、分割コア１０２ｂの基準位置１１ｂとの回転軸周りになす回転角度が、３０度になる位置に位置決めして取り付ける。分割コア１０２ｃ〜１０２ｆも同様に隣接する分割コアに取り付けることにより図１に示すステータコアとなる。

次に、回転角度を３０度とした理由について述べる。本実施の形態の分割コア１０２は、回転機の回転軸に垂直な平面内の透磁率の分布が、図３に示されるような分割コアを回転軸周りに回転させ、１８０度回転すると、元の分布と同じ分布となり、１８０度以上回転させると、回転し始めた分布と同じ分布が繰り返す。このことから、上記の１８０度を分割コアの個数で均等分割した角度を回転角度とすることによって、回転軸周りに一様な透磁率の分布を持つステータコアを構成することができる。すなわち３０度の回転角は、（１８０／６）によって求めた角度である。

図４は、本実施の形態の効果を示すグラフである。図４は、ステータコアの透磁率の分布に起因するコギングトルク値を縦軸にとり、回転子の回転角度を横軸にとったグラフである。曲線３２ａは、分割コア１０２ａの透磁率の分布に起因するコギングトルクである。曲線３１は、上述の分割コアを所定角度回転して取り付けず、基準位置１１ａ−ｆが同じ方向になるよう取り付けた場合のコギングトルクを表しており、その振幅３６は、曲線３２ａの振幅３５を６倍した値となる。

本実施の形態の分割コア１０２ｂ〜１０２ｆに関するコギングトルクは、曲線３２ｂ〜３２ｆで表される。分割コア１０２ｂの基準位置１１ｂは、分割コア１０２ａの基準位置から３０度回転した位置であるので、曲線３２ｂは、曲線３２ａから３０度位相がずれている。以下同様に曲線３２ｃ〜３２ｆも、それぞれ３０度位相がずれている。曲線３３は、上述の分割コアを所定角度回転して取り付けた場合のステータコアの透磁率の分布に起因するコギングトルクを表している。曲線３３は、各分割コア１０２ａ〜１０２ｆによるコギングトルク３２ａ〜３２ｆを加算したものであり、この加算した結果は、一様な値となる。なお、本実施の形態では、単一の分割コアの透磁率の分布によって発生するコギングトルクを正弦波としたため、図４のように３０度位相をずらして重ね合わせると直線状の一様なトルクとなる。また、単一の分割コアの透磁率の分布によって発生するコギングトルクが正弦波でない場合は、相応のコギングトルクが発生するが、曲線３１に比較すると、コギングトルクは大幅に削減される。

本実施の形態の分割コアによれば、分割コアが、複合軟磁性体で構成されていることから、分割コアを構成する絶縁された金属粉末だけの局所的な部分に渦電流が発生するだけであり、渦電流損を低減できる。これにより渦電流損に基づくステータコアの鉄損を大幅に低減できる。

本実施の形態のステータコアによれば、回転軸に垂直な平面内に存在する透磁率の分布を有し、回転軸方向に分離されたリング状の複合軟磁性体で構成された複数の分割コアが、同じ透磁率の分布パターンを持つ部分が回転軸方向に順次、回転軸周りに所定の角度づつずれて取り付けられることによって、全体として回転軸周りの透磁率の分布が平均化され、複合軟磁性体の製造時に生じた透磁率の分布により発生するコギングトルクを減少させることができる。

また、本実施の形態の分割コアの回転軸に垂直な平面内の透磁率の分布が、透磁率の平均値に対して高、低、高、低の順で周方向に分布し、かつ透磁率が周りより高い２箇所の部分が回転軸をはさみ直径方向に相対峙しているので、１の分割コアを１８０度回転させると透磁率の分布は同じとなる。このことを利用し、各分割コアの同じ透磁率の分布パターンを持つ部分が回転軸周りに１８０／（分割コアの数）度づつ回転するように接合してステータコアとしたことよって、ステータコア全体として回転軸周りの透磁率の分布が一様となり、複合軟磁性体の製造時に生じた透磁率の分布により発生するコギングトルクを減少させることができる。

また、本実施の形態によれば、分割コアの接合面を切削加工し、公差０．０２ｍｍ程度にし、かつ回転軸と接合面との垂直度を１分以下とすることによって、分割コアが接合されたステータコアの回転子を回転するときに発生する、組み立て精度に基づく磁気特性の変化を抑制できる。

実施の形態２．
実施の形態１では、分割コアをそれぞれ複合軟磁性体から切り出すように説明したが、複合軟磁性体からステータコアと同等の形状を切り出した後、この形状を回転軸に垂直な平面で切断することによって分割コアを得ることができる。図５の実線は、本実施の形態２におけるスロットレスのステータコアの分割コアを分割する前の複合軟磁性体の斜視図を示すものである。なお、図５の破線は、回転軸に垂直な平面での切断線を示している。

図５に示すステータコアの形の複合軟磁性体１０２は、実施の形態１の分割コア１０２と同様に、図２の複合軟磁性体のブロックＢから切り出されている。したがって、実施の形態１の分割コアと同様に回転軸に垂直な平面内に透磁率の分布を有する。

基準位置は、回転軸に垂直な平面内の透磁率の分布パターンが同じ分布パタンの位置であるので、ステータコアの形の複合軟磁性体１０３の外周面に付した回転軸に平行な線分１１は、基準位置を示すマークとなる。なぜなら図２の複合軟磁性体のブロックは、紙面に垂直な向きに一様な分布を持つため、ステータコアの形の複合軟磁性体１０３も、回転軸に垂直な方向には一様な分布となるためである。

基準位置のマーク１１を付した後、ステータコアの形の複合軟磁性体１０２を回転軸に垂直な平面で６等分割することによって、分割コア１０２ａ〜１０２ｆを得ることができる。図５では、分割したときにできる切断線１０３ａ〜１０３eを点線で示している。分割後の分割コア１０２ａ〜１０２ｆには、それぞれマーク１１の一部が分割されて存在し、それぞれ本実施の形態１の基準位置１１ａ〜１１ｆとなる。

以上により得られた分割コア１０２ａ〜１０２ｆを実施の形態１と同様に、隣接する分割コアの基準位置１１に対して、当該分割コアの基準位置１１が３０度回転軸周りに回転させた位置に取り付ける。その際、分割コア１０２ａ〜１０２ｆの分割面、外周面に絶縁被膜、例えばモールド用樹脂などをコーティングした上で所定位置に取り付ける。これによりステータコアが得られる。

以上により得られたステータコア１０１は、実施の形態１と同様の効果をもつ他、本実施の形態のステータコアは、ステータコアの形の複合軟磁性体の外周に回転軸に平行な直線を付して基準位置を示すマークとし、回転軸に垂直な平面で分割した分割コアを有するので、基準位置の透磁率の分布パターンの分割コア間での一致精度が高い。このため、透磁率の分布によるコギングトルクを一様にする精度も向上し、よりコギングトルクを削減できる。

また、本実施の形態のステータコアは、基準位置を求めるために各分割コアごとに透磁率の分布を計測する必要が無く、製造工数が少なくて済む効果がある。
加えて、分割コア間に絶縁被膜があることで分割コア間の渦電流が抑制される効果が、外周面に絶縁被膜があることでステータコア作製後に装置組み込みの際、外部接触物との間に流れる渦電流が抑制される効果がある。

実施の形態３．
上述の実施の形態１の分割コアは、回転軸周りに１８０度回転させると回転前と同じ透磁率の分布となったが、複合軟磁性体ブロックからの分割コアの切り出し方を変えると、回転軸周りに３６０°回転させないと回転前と同じ透磁率の分布とならない分布も得られる。本実施の形態では、回転軸周りに３６０°回転させないと回転前と同じ透磁率の分布とならない透磁率の分布を持つ分割コアによるステータコアについて、説明する。本実施の形態３は、回転軸に垂直な平面内に透磁率の分布を有する複数のリング状複合軟磁性体の分割コアを回転軸が一致するように接合することについては、実施の形態１と同様であり、以下実施の形態１と異なる点について説明する。

図６は、本実施の形態３のスロットレスステータコアの斜視図を示すものである。図６において、リング状の複合軟磁性体である分割コア１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃが、各分割コアの回転軸１０を一致させるように接合されている。各分割コアの回転軸周りの位置は、隣接する分割コアの基準位置に対して当該分割コアの基準位置が周方向に１２０度（図６の角度１１１）回転した位置に位置決めされる。基準位置は、各分割コアの周方向の最も透磁率が高い位置である。具体的には、分割コア１０２ａに分割コア１０２ｂを接合するには、分割コア１０２ａの基準位置１１ａに対して分割コア１０２ｂの基準位置１１ｂが回転軸１０回りに１２０度（図６の角度１１１）回転した位置に位置決めして接合する。また、分割コア１０２ｂに分割コア１０３ｃを接合するには、分割コア１０２ｂの基準位置１１ｂに対して分割コア１０２ｃの基準位置１１ｃが回転軸１０回りに１２０度（図６の角度１１１）回転した位置に位置決めして接合しする。以上のように３個の分割コア１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃを接合してステータコア１０１を構成する。

また、各分割コアの回転軸方向の長さは６０ｍｍであり、３個の分割コアが接続されて、長さ１８０ｍｍのステータコアとしている。

図７は、本実施の形態３の分割コアの製造方法を示す図である。図７の複合軟磁性体のブロックＢは、図２で説明した工程に構成されるため、図２と同様に外壁面に近い部分１３の透磁率は、中央部分１４に比べて高くなる。

分割コア１０２は、図７中の複合軟磁性体のブロックＢから、平行な２つのリング状の柱状立体として切り出して構成されたものである。図８は、複合軟磁性体のブロックＢから切り出された分割コアの一方の断面図を示し、図６のステータコア１０１の各分割コア１０２ａ〜１０２ｃを構成している。複合軟磁性体のブロックＢが上記のように透磁率の分布を有するため、分割コア１０２も、図８に示す回転軸に垂直な平面内の透磁率の分布を有する。図８のリングにおいて、上部分１３は相対的に透磁率が高い部分であり、下部分１４は相対的に透磁率が低い部分である。図８の分布は、分割コア１０２ａ〜１０２ｃの回転軸に垂直な平面内に透磁率の分布を示すものでもある。図８に示すように、回転軸に垂直な平面内の透磁率の分布は、透磁率の平均値に対して高、低の順で周方向に分布し、かつ透磁率が高い部分と低い部分と部分が、回転軸をはさみ直径方向に相対峙している。

図８における透磁率が平均値より高い部分において、透磁率が最高である位置を基準位置１１とする。分割コア１０２ａ〜１０２ｃは、透磁率の分布パターンが同じであり、それぞれ透磁率が最高である位置に基準位置１１ａ〜１１ｃが設けられている。また、基準位置１１は、実施の形態１と同様に透磁率が最高である位置で必要はなく、透磁率が同じ複数の分割コア間で、透磁率の分布パターンが同じである位置であれば良い。

図８に示すように、分割コアを１個ずつ回転軸方向に接合する上で、隣接する分割コアの基準位置１１に対して、取り付ける分割コアの基準位置１１が、回転軸周りに３０度回転させた位置になるように分割コアを取り付けていきステータコアにする。たとえば、分割コア１０２ａに分割コア１０２ｂを取り付ける場合、分割コア１０２ａの基準位置１１ａと、分割コア１０２ｂの基準位置１１ｂとの回転軸周りになす回転角度が、１２０度になる位置に位置決めして取り付ける。分割コア１０２ｃも同様に分割コア１０２ｂに取り付けることにより図６に示すステータコア１０１となる。

次に、回転角度を１２０度とした理由について述べる。本実施の形態３では、回転機の回転軸に垂直な平面内の透磁率の分布が、図８に示されるような分割コアを回転軸周りに回転させ、３６０度回転しなければ、元の分布と同じ分布とならない。このことから３６０度を分割コアの個数で均等分割した角度を回転角度とすることによって、回転軸周りに一様な透磁率の分布持つステータコアを構成することができる。すなわち１２０度の回転角は、（３６０／３）によって求めた角度である。

図９は、本実施の形態３の効果を示すグラフである。図９は、ステータコアの透磁率の分布に起因するコギングトルク値を縦軸にとり、回転子の回転角度を横軸にとったグラフである。曲線４２ａは、分割コア１０２ａの透磁率の分布に起因するコギングトルクである。曲線４１は、上述の分割コアを所定角度回転して取り付けず、基準位置１１ａ〜１１ｃが同じ方向になるよう取り付けた場合のコギングトルクを表しており、その振幅４６は、曲線４２ａの振幅４５を３倍した値となる。

本実施の形態３の分割コア１０２ｂと１０２ｃとに関するコギングトルクは、曲線４２ｂと４２ｃとで表される。分割コア１０２ｂの基準位置は、分割コア１０２ａの基準位置から１２０度回転した位置であるので、曲線４２ｂは、曲線２０ａから１２０度ずれている。同様に曲線４２ｃも、曲線４２ｂから１２０度ずれている。曲線４３は、上述の分割コアを所定角度回転して取り付けた場合のステータコアの透磁率の分布に起因するコギングトルクを表している。曲線４３は、各分割コア１０２ａ〜１０２ｃによるコギングトルク４２ａ〜４２ｃを加算したものであり、この加算した結果は、一様な値となる。なお、本実施の形態では、１の分割コアの透磁率の分布によって発生するコギングトルクを正弦波としたため、図９のように１２０度位相をずらして重ね合わせると直線状の一様なトルクとなる。また、１の分割コアの透磁率の分布によって発生するコギングトルクが正弦波でない場合は、相応のコギングトルクが発生するが、曲線４１に比較すると、コギングトルクは大幅に削減される。

本実施の形態の分割コアの回転軸に垂直な平面内の透磁率の分布が、透磁率の平均値に対して高、低の順で周方向に分布し、かつ透磁率が周りより高い部分と低い部分とが回転軸をはさみ直径方向に相対峙しているので、１の分割コアを３６０度回転させると透磁率の分布は同じとなる。このことを利用し、各分割コアの同じ透磁率の分布パターンを持つ部分が回転軸周りに３６０／（分割コアの数）度づつ回転するように接合してステータコアとしたことよって、ステータコア全体として回転軸周りの透磁率の分布が一様となり、複合軟磁性体の製造時に生じた透磁率の分布により発生するコギングトルクを減少させることができる。

なお、隣接する分割コアとの接合面は回転軸に垂直な平面として説明したが、接合面に凹凸を設けても良い。図１０は、隣接する分割コアとの接合面をＶ字型にした分割コアの斜視図である。分割コア１０２は、上記と同様なリング状の複合軟磁性体で作成されている。上記と異なるのは、隣接する分割コアとの接合面２０２がＶ字型の溝、接合面２０３がＶ字型の突起状となるように加工され、かつ分割コアのＶ字型接合面と、隣接する分割コアの接合面とは互いに接合させると接合面同士が密着する形状に加工されている。

図１１は、図１０の分割コア１０２を回転軸を通り、回転軸に平行な平面で切断した断面図である。回転軸２０５を中心に、断面形状２０４を回転させてできる回転体が、図１０の分割コア１０２の形状である。断面２０４の隣接する分割コアとの接合面２０２は、Ｖ字型の溝、接合面２０３は、Ｖ字型の突起状となるように加工され、かつ分割コアのＶ字型の接合面と、隣接する分割コアの接合面とは互いに接合させると、接合面同士が密着する形状となっている。

図１２は、隣接する分割コアとの接合面に凹凸を設けた別の分割コアの斜視図である。図１２の分割コア１０２の隣接する分割コアとの接合面３０２は、回転軸を中心軸とする凸の円錐面、３０３は、回転軸を中心軸とする凹の円錐面の一部となるよう加工され、かつ割コアの円錐面状の接合面と、隣接する分割コアの円錐面状の接合面とは互いに接合させると、凸と凹の円錐面が一致し、接合面同士が密着するように加工されている。

図１３は、図１２の分割コア１０２を回転軸を通り、回転軸に平行な平面で切断した断面図である。回転軸３０５を中心に、断面形状３０４を回転させてできる回転体が、図１２の分割コア１０２の形状である。隣接する分割コアと接合する断面３０４の部分３０２、３０３は、回転軸３０５に対して斜めの線分となり、断面形状３０４は平行四辺形となっている。したがって、当該分割コア１０２の接合面３０２は、接合面３０２を介して接合すると、隣接する分割コアの接合面３０３と密着することになる。

上記のような構成によれば、分割コアを複数個接合してステータコアを構成する場合、接合時の回転軸に対して半径方向（回転軸に垂直な方向）のずれを少なくすることができる。また、分割コア間の接合部の面積が、平面である場合に比べて広くなるので、空隙パーミアンスが小さくなり、磁束量の低下を防ぐことができる。

実施の形態４．
上述の実施の形態１，３では、スロットレスのステータコアについて説明したが、本実施の形態４では、回転軸周りに１８０度回転させると回転前と同じ透磁率の分布となる分割コアを有するスロット付きのステータコアを持つ回転機について説明する。

図１４は、本実施の形態４によるスロットつきのステータを用いた８極１２スロット磁石付き回転機の斜視図である。回転軸周りに１８０度回転させると回転前と同じ透磁率の分布となる複合軟磁性体である分割コア４０２ａ，４０２ｂ，４０２ｃの３つの分割コアの回転軸１０を一致させるように、かつ回転軸に垂直な平面の接合面が接合されてステータコア４０１を構成している。各分割コア４０２ａ，４０２ｂ，４０２ｃの回転軸周りの位置は、隣接する分割コアの基準位置１１に対して当該分割コアの基準位置１１が周方向に６０度（図１４の角度４１１）回転した位置に位置決めされている。例えば、分割コア４０２ｂは、隣接する分割コア４０２ａの基準位置１１ａに対して回転軸周りに６０度（図１４の角度４１１）回転させた位置に基準位置１１ｂが来るように位置決めされる。さらに分割コア４０２ｃは、隣接する分割コア４０２ｂの基準位置１１ｂに対して回転軸周りに６０度（図１４の角度４１２）回転させた位置に基準位置１１ｃが来るように位置決めされる。なお、基準位置１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、本実施の形態１と同様に定めることができる。

ステータコア４０１の内側には、スキュー無しでティース４０５が設けられ、２つのティース４０５間にはコイル４０４が設けられている。ステータ４０１の内側に配置されるロータ４０６の表面には磁石４０７が配置されている。

分割コア４０２ａ〜４０２ｃは、実施の形態１の図２と図３で説明した方法と同様の方法で、複合軟磁性体のブロックＢから切り出して構成する。ただし、本実施の形態４では、各分割コアにスロットとティース４０５とを形成する。複合軟磁性体のブロックＢから切り出すという実施の形態１の分割コア１０２と同様の工程により構成されるため、分割コア４０２ａ〜４０２ｃは、回転軸周りに１８０度回転させると回転前と同じ透磁率の分布を有する。

また、上記で分割コアの接合面は回転軸に垂直な平面としたが、実施の形態３で説明したように接合面に凹凸を設けても良い。

本実施の形態４のステータコア４０１は、スロット付きであるため、スロットにコイル４０４を設ける必要がある。したがって、分割コア４０２ａ，４０２ｂ、４０２ｃの接合部において、ティース４０５の表面形状に段差がなくつながる必要がある。しかし、分割コアを回転軸周りに回転するとティース４０５も、ティース間にできる空間であるスロットも回転するため、回転角度が所定の角度の場合を除き、分割コアの接合部でティース４０５、スロットの形状が回転軸方向につながらない。ステータコア全体（分割コア４０２ａ〜４０２ｃ）に渡り、スロットにコイル４０４を回転軸方向に通すためには、分割コア間の回転軸周りの回転角度は、ティース４０５間角度のｍ倍数（ｍは自然数）である必要がある。ここでティース間角度とは、ティースが周方向等間隔に設けられているとして、１のティースの中心軸と、隣のティースの中心軸とのなす角度である（図１４の角度４１０）。

本実施の形態では、１２スロット回転機であるので、ティース間角度は、３６０／１２＝３０度である。実施の形態１の分割コアの回転角度の決め方により、１８０／３＝６０度としたが、６０度が３０度の倍数であるため、全ての分割コアの接合部でティースが連続することになる。したがってコイル４０４を設けることができる。

上記のような構成によれば、隣接する分割コアでは透磁率の回転軸に垂直な平面内の分布が、回転軸周りに６０度ずれることになる。これにより、ステータコア４０１全体としての実効的な透磁率の分布は単体の場合よりも大幅に小さくなる。したがって、このようなステータコアを用いた回転機のコギングトルクを小さくすることができる。なお、実施の形態１で説明したように、複合軟磁性体の透磁率の分布によるコギングトルクが正弦波の場合は、このようにすることよって、透磁率の分布によるコギングトルクを殆どなくすことができる。また、複合軟磁性体の透磁率の分布によるコギングトルクが正弦波でない場合も、コギングトルクを減らすことができるが、さらに分割数を多くすることでコギングトルクの振幅を小さくすることができる。

上記の実施の形態では問題がないが、スロット数、分割コアの数によっては、ティース４０５が分割コアの接合部で回転軸方向につながらず、スロットにコイルを設けられない問題が生じ得る。ティース４０５が分割コアの接合部で回転軸方向につなげるための、分割コアの回転角度の決め方は、「回転角は、（１８０／ｎ）に最も近いスロット間角度の公倍数とする（ｎは２以上の自然数）」である。なお、スロット間角度は、ティース間角度に一致する。

例えば、本実施の形態４の１２スロットのステータコアにおいて、分割コアの数を５としたときを例に説明する。ｎ＝５となるので、（１８０／５）＝３６度がスロットレスのステータの場合の分割コアの回転角となり、先頭の分割コアの基準位置１１からの回転角度は、３６度、７２度、１０８度、１４４度となる。他方スロットの角度は、３０度、６０度、９０度、１２０度、１５０度である。上記分割コアの決め方によると、３６度を３０度、７２度を６０度、１０８度を１２０度、１４４度を１５０度とすることとなる。結果として、回転角度を先頭の分割コアの基準位置から、順次３０度、６０度、１２０度、１５０度回転させると良い。

上記のような構成によれば、隣接する分割コアでは透磁率の回転軸に垂直な平面内の分布が、回転軸周りに３０度、または６０度ずれることになる。これにより、ステータコア４０１全体としての実効的な透磁率の分布は単体の場合よりも大幅に小さくなる。したがって、このようなステータコアを用いた回転機のコギングトルクを小さくすることができる。さらに分割数を多くすることでコギングトルクの振幅を小さくすることができる。

実施の形態５．
上述の実施の形態４では、回転軸周りに１８０度回転させると回転前と同じ透磁率の分布を持つ分割コアからスロット付きステータコアを構成した場合の説明をしたが、本実施の形態５では、回転軸周りに３６０度回転して始めて回転前と同じ透磁率の分布を有する分割コアから構成したスロット付きステータコアについて説明する。本実施の形態５は、分割コアを実施の形態３と同様に複合軟磁性体のブロックから切り出し、回転軸に垂直な平面内に透磁率の分布を有する複数の複合軟磁性体の分割コアを回転軸が一致するように接合することについては、実施の形態４と同様であり、以下実施の形態４と異なる点を中心に説明する。

上記の実施の形態４と異なる点は、分割コアの回転角度であり、回転角度は実施の形態３に説明した方法で（３６０／３）＝１２０度となる。図１５は、本実施の形態５によるスロット付きのステータを用いた８極１２スロット磁石付き回転機の斜視図である。回転軸周りに３６０°回転して回転前と同じ透磁率の分布となる複合軟磁性体である分割コア４０２ａ，４０２ｂ，４０２ｃの回転軸周りの位置は、隣接する分割コアの基準位置１１に対して当該分割コアの基準位置１１が周方向に１２０度（図１５の角度４１３）回転した位置に位置決めされている。例えば、分割コア４０２ｂは、隣接する分割コア４０２ａの基準位置１１ａに対して回転軸周りに１２０度（図１５の角度４１３）回転させた位置に基準位置１１ｂが来るように位置決めされる。さらに分割コア４０２ｃは、隣接する分割コア４０２ｂの基準位置１１ｂに対して回転軸周りに１２０度（図１４の角度４１４）回転させた位置に基準位置１１ｃが来るように位置決めされる。なお、基準位置１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、本実施の形態３と同様に定めることができる。

分割コア４０２ａ〜４０２ｃは、実施の形態３の図７と図８で説明した方法と同様の方法で、複合軟磁性体のブロックＢから切り出して構成する。ただし、本実施の形態５では、各分割コアにスロットとティース４０５とを形成する。複合軟磁性体のブロックＢから切り出すという実施の形態３の分割コア１０２と同様の工程により構成されるため、分割コア４０２ａ〜４０２ｃは、回転軸周りに３６０度回転させて始めて回転前と同じ透磁率の分布を有する。

また、上記で実施の形態４と同様に分割コアの接合面は回転軸に垂直な平面としたが、実施の形態３で説明したように接合面に凹凸を設けても良い。

上記のような構成によれば、隣接する分割コアでは透磁率の回転軸に垂直な平面内の分布が、回転軸周りに１２０度（図１５の角度４１３）ずれることになる。これにより、ステータコア４０１全体としての実効的な透磁率の分布は単体の場合よりも大幅に小さくなる。したがって、このようなステータコアを用いた回転機のコギングトルクを小さくすることができる。

また、ティース４０５が分割コアの接合部で不連続とならないための、分割コアの回転角度の決め方は、「回転角は、（３６０／ｎ）に最も近いスロット間角度の公倍数とする」である。

したがって、分割コアの数を５とした場合のスロットレスのステータの分割コアの回転角度は、先頭の分割コアの基準位置に対して７２度、１４４度、２１６度、２８８度となる。１２極のスロット付きステータの分割コアの回転角度は、最も近いスロット間角度３０度の公倍数をとって、６０度、１５０度、２１０度、３００度回転させると良い。

上記のような構成によれば、隣接する分割コアでは透磁率の回転軸に垂直な平面内の分布が、回転軸周りに６０度、または９０度ずれることになる。これにより、ステータコア４０１全体としての実効的な透磁率の分布は単体の場合よりも大幅に小さくなる。したがって、このようなステータコアを用いた回転機のコギングトルクを小さくすることができる。さらに分割数を多くすることでコギングトルクの振幅を小さくすることができる。

実施の形態６．
上述の実施の形態４、５では、回転軸周りに１８０度回転させると回転前と同じ透磁率の分布となるスロット付きステータコアを持つ回転機について説明する。

図１６は、本実施の形態６によるスロットレスステータを用いた４極磁石付き回転機の斜視図である。回転軸周りに１８０度回転させると回転前と同じ透磁率の分布となる複合軟磁性体で構成された２個のリング状分割コア１０２ａ，１０２ｂを回転軸を一致させるように、かつ平面状の接合面を互いに接合させてステータ１０１を構成している。ステータ１０１の内側には、コイル５０４が設けられ、さらにステータ１０１の内側に配置されるロータ４０６の表面には磁石４０７が設けられている。

分割コアの回転軸周りの位置決めは、隣接する分割コアの基準位置１１ａに対して分割コア１０２ｂの基準位置１１ｂが周方向に９０度（図１６の角度５１０）回転させることにより行われる。本実施の形態の分割コアの回転軸に垂直な平面内の透磁率の分布が、平均値に対して高、低、高、低の順で周方向に分布し、かつ透磁率が周りより高い２箇所の部分が回転軸をはさみ直径方向に相対峙しており、回転軸に垂直な平面内の透磁率の分布が、実施の形態１の図３と同様の分布である。なお、基準位置１１ａ，１１ｂは、本実施の形態１と同様に透磁率が周方向に最大となる位置を基準位置と定めることができる。また、上記回転角度の９０度は、実施の形態１の回転角度の決め方である（１８０／（分割コアの数））度に合致するものである。

以上は、回転軸周りに１８０度回転させると回転前と同じ透磁率の分布となる分割コアを用いたが、回転軸周りに３６０度回転させて回転前と同じ透磁率の分布となる分割コアを用いた場合も、回転角度の決め方が（３６０／（分割コアの数））となり１８０度となる点を除いて同様の構成となる。

なお、上記で分割コアの接合面は回転軸に垂直な平面としたが、実施の形態３で説明したように接合面に凹凸を設けても良い。

以上の構成によれば、ステータコア全体として回転軸周りの透磁率の分布が一様となり、複合軟磁性体の製造時に生じた透磁率の分布により発生するコギングトルクを減少させることができる。

本実施の形態１を示すステータコアの斜視図である。 本実施の形態１を示す複合軟磁性体のブロックの断面図である。 本実施の形態１を示す分割コアの回転軸に垂直な平面の透磁率の分布図である。 本実施の形態１を示すステータコアの分割コアの透磁率の分布によるコギングトルクのグラフである。 本実施の形態２を示す分割コアを分割する前の複合軟磁性体の斜視図をである。 本実施の形態３を示すステータコアの斜視図である。 本実施の形態３を示す複合軟磁性体のブロックの断面図である。 本実施の形態３を示す分割コアの回転軸に垂直な平面の透磁率の分布図である。 本実施の形態３を示すステータコアの分割コアの透磁率の分布によるコギングトルクのグラフである、 本実施の形態３を示す接合面にＶ字型の溝と突起を設けた分割コアの斜視図である。 本実施の形態３を示す接合面にＶ字型の溝と突起を設けた分割コアの断面図である。 本実施の形態３を示す接合面を円錐面とした分割コアの斜視図である。 本実施の形態３を示す接合面を円錐面とした分割コアの断面図である。 本実施の形態４を示すスロット付きステータを持つ回転機の斜視図である。 本実施の形態５を示すスロット付きステータを持つ回転機の斜視図である。 本実施の形態６を示すスロットレスステータを持つ回転機の斜視図である。

符号の説明

１０ 回転機の回転軸
１１ 基準位置
１０１ ステータコア
１０２ａ〜１０２ｆ 分割コア
４０１ スロット付きステータコア
４０２ａ〜４０２ｃ スロット付きステータの分割コア
４０４ コイル
４０５ ティース
４０６ ロータ
４０７ 磁石

Claims (7)

1. 回転機の回転軸の周囲に設けられるステータコアにおいて、
   前記回転軸に垂直な平面内に存在する透磁率の分布が同じであり、前記回転軸方向に分離されたリング状の複合軟磁性体で構成された複数の分割コアが、各分割コアの回転軸を一致させるように接合され、
   前記分割コアは、周方向において透磁率の分布パターンが所定の分布パターンとなる位置に基準位置が設けられ、隣接する分割コアの前記基準位置が、前記回転軸の一方向に向かって、順次、前記回転軸の一の回転方向に所定角度回転した位置になるように前記分割コアが取り付けられたことを特徴とするステータコア。
2. 分割コアは、外周面に基準位置を示すマークが付されたリング状の複合磁性体を回転軸に垂直な平面で複数に分割して形成されたことを特徴とする請求項１に記載のステータコア。
3. ｎ個（ｎは２以上の自然数）の分割コアを有し、
   分割コアの回転軸に垂直な平面内の透磁率の分布が、透磁率の平均値に対して高、低、高、低の順で周方向に分布し、かつ透磁率が平均より高い２つの部分が前記回転軸をはさみ直径方向に相対峙し、
   前記分割コアは、隣接する分割コアの基準位置に対して、当該分割コアの基準位置が前記回転軸周りに（１８０／ｎ）度の回転角だけ回転した位置に取り付けられたことを特徴とする請求項１または２に記載のステータコア。
4. スロットが周方向等間隔に設けられたスロットつきのステータコアであって、
   回転角は、（１８０／ｎ）に最も近いスロット間角度の公倍数としたことを特徴とする請求項３に記載のステータコア。
5. ｎ個（ｎは２以上の自然数）の分割コアを有し、
   分割コアの回転軸に垂直な平面内の透磁率の分布が、透磁率の平均値に対して高、低の順で周方向に分布し、かつ透磁率の平均値より高い部分と低い部分とが、回転軸をはさみ直径方向に相対峙し、
   前記分割コアは、隣接する分割コアの基準位置に対して、当該分割コアの基準位置が前記回転軸周りに（３６０／ｎ）度の回転角だけ回転した位置に取り付けられたことを特徴とする請求項１または２に記載のステータコア。
6. スロットが周方向等間隔に設けられたスロットつきのステータコアであって、
   回転角は、（３６０／ｎ）に最も近いスロット間角度の公倍数としたことを特徴とする請求項５に記載のステータコア。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載のステータコアを備えた回転機。
   

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