JP2008061408A - 電動モータ - Google Patents

Abstract

【課題】磁束の飽和の発生を抑制できて小型の電動モータ１を提供する。
【解決手段】本電動モータ１のステータコア１１は、磁性粉１１ｍを含む。ステータコア１１は、環状のヨーク１４と、周方向Ｔにスロット１１ｃを挟んで相互に離隔する複数のティース１５とを有している。軸方向Ｓに関する、ティース１５の各端面１５ｆは、平坦面とされている。ティース１５の端面１５ｆからヨーク１４が軸方向Ｓに延設されている。スロット１１ｃの数が磁極６ｅの数よりも多いときには、ステータコア１１の径方向Ｒに関するヨーク１４の最小幅Ｗ１と、ステータコア１１の周方向Ｔに関するティース１５の最小幅Ｗ２とは、Ｗ１＞（Ｗ２×０．６）…式１を満たす。スロット１１ｃの数が磁極６ｅの数よりも少ないときには、Ｗ１＞（Ｗ２×０．４）…式２を満たす。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動モータに関する。

電動モータのステータは、コイルと、このコイルが巻かれたステータコアとを有している。ステータコアは、例えば、環状のヨークと、このヨークの内周から径方向に突出する複数のティースとを有している。ティースに、上述のコイルが巻かれている（例えば、特許文献１，２参照。）。
特許文献１，２では、ステータの軸方向に関してのステータコアの端部には、コイルを巻くための溝が形成されている。また、従来のステータコアとしては、ステータの軸方向に関してのステータコアの端部に、上述の溝が形成されていないステータコアもある。いずれのステータコアであっても、通例、ステータの軸方向に関して、ステータコアの長さとロータの長さとは、互いに等しくされている。
特開２００４−４０９４８号公報 特開２００３−２３５１８３号公報

しかし、端部に溝があるステータコアの場合、ステータコアにおいて溝の壁面の根本で、磁束の飽和が発生し易い。その結果、コギングトルクが増加することがある。逆に、磁束の飽和の発生を防止しようとすると、ステータコアが大型化してしまう。
また、端部に溝がないステータコアの場合、軸方向の両端部のスペースが有効利用されないので、ステータが大型化する傾向にある。

そこで、本発明の目的は、磁束の飽和の発生を抑制できて小型化できる電動モータを提供することである。

本発明の電動モータは、周方向に離隔する複数の磁極を有するロータと、このロータを取り囲むステータとを備え、このステータは、磁性粉を成形して構成される環状のステータコアを含み、このステータコアは、環状のヨークと、このヨークの内周に突出形成され、ヨークの周方向にスロットを挟んで相互に離隔する複数のティースとを有し、ステータコアの軸方向の両端に、各ティースに対応してコイル巻回用の溝が設けられ、溝の外壁は、ヨークの対応する軸方向端部により構成され、上記溝は、溝の内壁が廃止されてステータコアの軸方向外方およびステータコアの径方向内方に開放された第１の溝、または溝の内壁が設けられてステータコアの軸方向外方のみに開放された第２の溝の何れか一方を含み、第２の溝が設けられる場合、第２の溝の内壁がロータの磁極とロータの径方向に対向しないように、ステータコアの軸方向の両端の第２の溝の底面間の距離は、ロータの軸方向に関するロータの磁極の長さと同等以上とされ、上記スロットの数が、上記磁極の数よりも多いときには、下記式１が満たされることを特徴とする。Ｗ１＞（Ｗ２×０．６）……式１。ただし、Ｗ１は、ステータコアの径方向に関するヨークの最小幅である。Ｗ２は、ステータコアの周方向に関するティースの最小幅である。

また、本発明の電動モータは、以下のようにしてもよい。すなわち、周方向に離隔する複数の磁極を有するロータと、このロータを取り囲むステータとを備え、このステータは、磁性粉を成形して構成される環状のステータコアを含み、このステータコアは、環状のヨークと、このヨークの内周に突出形成され、ヨークの周方向にスロットを挟んで相互に離隔する複数のティースとを有し、ステータコアの軸方向の両端に、各ティースに対応してコイル巻回用の溝が設けられ、溝の外壁は、ヨークの対応する軸方向端部により構成され、上記溝は、溝の内壁が廃止されてステータコアの軸方向外方およびステータコアの径方向内方に開放された第１の溝、または溝の内壁が設けられてステータコアの軸方向外方のみに開放された第２の溝の何れか一方を含み、第２の溝が設けられる場合、第２の溝の内壁がロータの磁極とロータの径方向に対向しないように、ステータコアの軸方向の両端の第２の溝の底面間の距離は、ロータの軸方向に関するロータの磁極の長さと同等以上とされ、上記スロットの数が、上記磁極の数よりも少ないときには、下記式２が満たされることを特徴とする。Ｗ１＞（Ｗ２×０．４）……式２。ただし、Ｗ１は、ステータコアの径方向に関するヨークの最小幅である。Ｗ２は、ステータコアの周方向に関するティースの最小幅である。

本発明によれば、第１の溝が設けられた場合には、軸方向に関してのティースの各端面が平坦であるので、端面が起伏する場合に比べて、磁束がティース内で軸方向に曲がらずに済む結果、磁束の飽和の発生を抑制できる。また、第２の溝が設けられた場合であって、ロータの磁極がステータの第２の溝の内壁にステータの径方向に対向しない場合には、磁束がティース内で軸方向に曲がらずに済むので、磁束の飽和の発生を抑制することができる。さらに、ヨークの軸方向端部は、ティースよりも軸方向に延伸しているので、径方向に関してのヨークの最小幅Ｗ１を、対応する式１，２を満たす範囲内でできるだけ小さくした場合であっても、ヨークの断面積を、磁束の飽和を生じないような大きさで確保することが可能である。従って、ヨークにおいて、磁束の飽和の発生を抑制できる。しかも、径方向に関してのヨークの最小幅を小さくできるので、ステータコアを径方向に小型化できる。

また、本発明において、上記コイルが接続されたバスバーが、ステータコアに直接固定されている場合がある。この場合、ステータコアは、通例、剛性の高い剛性部材であるので、バスバーを高い剛性で固定することができる。その結果、電動モータの回転に伴ってバスバーが振動することを、ひいては、電動モータの振動を抑制することができる。
また、本発明において、上記バスバーは、ステータコアにねじ止めされている場合がある。この場合、バスバーを実用的に固定することができる。

また、本発明において、上記バスバーの少なくとも一部が、上記ステータコアに形成された溝にはめ入れられている場合がある。この場合、バスバーとステータとの全体を小型化することができる。

以下では、この発明の実施形態の電動モータを、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態の電動モータの概略構成を示す断面図である。
本電動モータ１は、フレームとしてのモータハウジング２と、このモータハウジング２に保持された軸受３，４と、これら軸受３，４により回動自在に支持されている出力軸５と、この出力軸５に一体回転するように設けられた筒状のロータ６と、ロータ６の外周面と径方向Ｒに対向してモータハウジング２内に固定される筒状のステータ７と、当該電動モータ１の内部における電気的な接続のための結線用基板としてのバスバー８とを有している。また、電動モータ１は、ブラシレスモータである。

モータハウジング２は、筒形状をなすハウジング本体９と、一対の端部材１０Ａ，１０Ｂとを有している。出力軸５の軸方向Ｓについてのハウジング本体９の両端部は、ともに開放されている。ハウジング本体９の両端部に、対応する端部材１０Ａ，１０Ｂが取り付けられている。
なお、ハウジング本体９と、いずれか一方の端部材１０Ａ，１０Ｂとが、単一の部材により一体に形成され、単一の部品を構成していてもよい。以下では、ハウジング本体９と、一対の端部材１０Ａ，１０Ｂとの３つが、互いに別体の場合に則して説明する。

端部材１０Ａ，１０Ｂは、板状をなしている。端部材１０Ａの中央部に貫通孔が形成されている。この貫通孔の周縁部に軸受３が支持されている。また、端部材１０Ｂの中央部の凹部の周縁部に軸受４が支持されている。また、各端部材１０Ａ，１０Ｂの外周縁部には、ハウジング本体９と連結するための連結部が設けられている。
ハウジング本体９は、内周面と外周面とを有している。また、軸方向Ｓについてのハウジング本体９の両端部は、対応する端部材１０Ａ，１０Ｂの連結部に連結するための連結部を有している。ハウジング本体９の連結部と、対応する端部材１０Ａ，１０Ｂの連結部とは、図示しないボルトにより互いに固定される。

モータハウジング２の内部に、ロータ６、ステータ７およびバスバー８が収容されている。ステータ７の外周面が、モータハウジング２のハウジング本体９の内周面に固定されている。ステータ７がロータ６を取り囲んでいる。モータハウジング２と出力軸５とロータ６とステータ７とが、ブラシレスモータを構成している。また、バスバー８は、ステータ７とは別体で形成されている。バスバー８は、出力軸５の軸方向Ｓに関して、ステータ７に隣接して配置されている。バスバー８は、ステータ７を介してモータハウジング２に固定されている。

また、ハウジング本体９の内周面と、ロータ６の外周面と、ステータ７の内周面および外周面とは、出力軸５の中心軸線と互いに同心に配置されている。出力軸５と、ロータ６とは、出力軸５の中心軸線を回転中心軸線としてその回りに一体に回動する。
なお、図１および後述する各図には、出力軸５の軸方向Ｓ、径方向Ｒ、および周方向Ｔを必要に応じて図示している。これらの各方向は、モータハウジング２、ロータ６、ステータ７、および後述するステータコア１１の対応する各方向に一致している。

図２は、図１に示すステータ７の要部および周辺部分の断面図であり、図１のＳ２−Ｓ２断面を示す。図１および図２を参照して、ロータ６は、出力軸５および軸受３，４を介して、モータハウジング２に回動自在に支持されている。ロータ６は、ロータ本体６ａと、ロータマグネット６ｂと、スペーサ６ｃと、筒状の保護部材６ｄとを有している。
ロータマグネット６ｂは、周方向Ｔに離隔する複数の磁極６ｅ（ひとつのみ図示）を有する。ロータマグネット６ｂは、環状の永久磁石からなり、ロータ６の軸方向Ｓについて所定長さで延びている。ロータマグネット６ｂの外周面にＮ極とＳ極との磁極６ｅが交互に周方向Ｔに並んで複数箇所に均等に形成されている。ロータマグネット６ｂは、ロータ本体６ａとスペーサ６ｃとを介して、出力軸５に固定されている。

ステータ７は、内周面と外周面とを有している。ステータ７の内周面は、ロータ６の外周面と径方向Ｒに所定間隔を開けて対向している。ステータ７は、環状をなす単一のステータコア１１と、複数のインシュレータ１２と、複数のコイル１３とを有している。ステータコア１１は、環状をなす単一のヨーク１４と、複数のティース１５とを有している。インシュレータ１２およびコイル１３は、各ティース１５ごとに設けられている。インシュレータ１２はコイル１３を保護するための絶縁体である。各コイル１３は絶縁被覆された電線をそれぞれ有している。

ステータコア１１は、軸方向Ｓについての一端１１ａおよび他端１１ｂを有している。ステータコア１１の外周面が、ステータ７の外周面を形成している。また、各ティース１５が、ヨーク１４の内周面から径方向Ｒの内方へ突出している。各ティース１５の突出した先端部が、ロータ６に近接して対向し、ステータ７の内周面を形成している。また、複数のティース１５は、互いに同じ形状に形成されていて、周方向Ｔについて所定間隔のスロット１１ｃを挟んで相互に離隔して均等に配置されている。

本実施形態では、ステータコア１１は、周方向Ｔに分割された分割体としての複数の分割コア１６を有している。また、ヨーク１４は、複数の分割コア１６に対応して周方向Ｔに分割された複数のヨーク片１７を有している。
複数の分割コア１６は、ステータコア１１を縦割り分割されてなる。複数の分割コア１６が環状に組み合わされることにより、環状のステータコア１１が構成されている。例えば、複数の分割コア１６が周方向Ｔに並べられた状態で、ハウジング本体９の内周面に嵌め入れられて、この内周面に、例えば圧入されることにより、または接着剤を介することにより固定されている。これにより、複数の分割コア１６が互いに環状に連結される。

図３は、図１に示すステータ７の分割コア１６の斜視図である。図２および図３を参照して、各分割コア１６は、単一のヨーク片１７と、単一のティース１５とを有している。これらティース１５およびヨーク片１７は、一体に形成されて単一の部品を構成している。各分割コア１６の全体が、磁性粉１１ｍ（模式的に図示）を成形して構成された材料により形成されている。この材料は、磁性粉１１ｍを用いて形成された焼結体からなる。また、ステータコア１１の全体も、磁性粉１１ｍを成形して構成された材料としての焼結体からなる。

ヨーク片１７は、内周部１７ａと、外周部１７ｂと、対向面としての周方向Ｔについての一対の側面１７ｃと、軸方向についての一対の端面１７ｄとを有している。ヨーク片１７の内周部１７ａに、対応するティース１５が連結されている。
各ティース１５は、ヨーク片１７の内周部１７ａからステータ７の径方向Ｒに延びた主体部としてのティース本体１５ａと、ティース本体１５ａの延設端としての径方向Ｒの内方側の端部１５ｄに設けられた突出部としての周方向突出部１５ｂとを有している。

ティース本体１５ａは、ヨーク片１７に比べて、ステータ７の周方向Ｔおよび軸方向Ｓについて、相対的に細く形成されていて、軸方向Ｓに平行に延びている。周方向突出部１５ｂは、ステータ７の周方向Ｔの両側へティース本体１５ａの端部１５ｄから突出している。
図１および図２を参照して、ステータコア１１の各分割コア１６のティース１５に、インシュレータ１２を介してコイル１３が巻回されている。また、各ティース１５には、コイル１３を巻回するための溝１８，１９が形成されている。巻回されたコイル１３は、溝１８，１９内に配置されている。すなわち、ステータ７の周方向Ｔに関して、各ティース１５は、ティース本体１５ａを挟んだ両側に、コイル巻回用の一対の溝１８を有している。また、ステータ７の軸方向Ｓに関して、各ティース１５の両端部は、ティース本体１５ａを挟んだ両側に、コイル巻回用の一対の溝１９を有している。これらの溝１８，１９は、ティース１５を取り囲んで環状をなし、互いに連通している。

一対の溝１８は、ステータ７の周方向Ｔについて、互いに逆向きに開放されている。各溝１８が、スロット１１ｃの一部をなしている。溝１８は、ティース１５の周方向突出部１５ｂと、ヨーク片１７の対応する周方向端部と、ティース本体１５ａとにより形成されている。
図１と図３を参照して、一対の溝１９は、ステータ７の軸方向Ｓの外方に向けて、互いに逆向きに開放されるとともに、ステータ７の径方向内方に向けて開放されている。溝１９は、相対的に径方向Ｒの外方に配置された外壁と、相対的に径方向Ｒの内方に配置された底部とを有している。また、溝１９は、内面としての以下の各部、すなわち、外壁面１９ｂと、底面１９ｃとを有している。

溝１９の外壁は、ヨーク片１７の対応する軸方向端部１７ｅにより構成されていて、その表面に外壁面１９ｂを形成している。溝１９の底部は、ティース本体１５ａの軸方向端部１５ｅにより構成されていて、その表面に底面１９ｃを形成している。
軸方向Ｓに関してのステータコア１１の両端部１１ａ，１１ｂ、すなわち、分割コア１６の両端部は、軸方向Ｓについての向きが逆であることを除いて、互いに同様に形成されている。また、周方向Ｔに関して、分割コア１６は、対称形状をなしている。

本実施形態では、ステータコア１１の軸方向Ｓに関するティース１５の各端面１５ｆは、平坦面とされている。この平坦面は、軸方向Ｓに垂直に交差している。この平坦面から軸方向外方へ向けてヨーク片１７の軸方向端部１７ｅが延びている。ステータコア１１の軸方向Ｓに関するヨーク片１７の軸方向端部１７ｅの端面１７ｄは、対応するティース１５の端面１５ｆよりも軸方向外方に所定距離を離隔して配置されている。

これにより、ステータコア１１の軸方向Ｓに関して、ティース本体１５ａの長さＬ１（一対の端面１５ｆ間の最小距離に相当するとともに、一対の溝１９の底面１９ｃ間の最小距離に相当する。）は、ヨーク片１７の長さＬ２（一対の端面１７ｄ間の最小距離に相当する。）よりも短くされている（Ｌ１＜Ｌ２）。
また、軸方向Ｓに関して、ロータ６の磁極６ｅの長さとしてのロータマグネット６ｂの長さＬ３は、溝１９の底面１９ｃ間の距離（上述の長さＬ１に相当する。）と実質的に同じ長さとされている。ここで、長さＬ３が長さＬ１と実質的に同じ長さであるというのは、長さＬ３と長さＬ１とが等しい場合の他、長さＬ３が長さＬ１に比べて微小量大きい場合や小さい場合を含む趣旨である。

また、軸方向Ｓに関して、ロータ６の磁極６ｅとしてのロータマグネット６ｂの軸方向中央位置は、ティース本体１５ａの軸方向中央位置と同じ軸方向位置に配置されている。また、軸方向Ｓに関して、ロータマグネット６ｂの端面は、ティース本体１５ａの一対の端面１５ｆの間に配置されている。
図２と図３を参照して、本実施形態では、スロット１１ｃが１２個であり、磁極６ｅが８個であり、スロット１１ｃの数が磁極６ｅの数よりも多くされている。この場合に、ステータコア１１の径方向Ｒに関するヨーク１４の最小幅Ｗ１と、ステータコア１１の周方向Ｔに関するティース１５の最小幅Ｗ２とは、以下の式１を満たすようにされている。
Ｗ１＞（Ｗ２×０．６）……式１。

例えば、最小幅Ｗ１は、ヨーク１４の内周面と外周面との間の最小距離である。最小幅Ｗ２は、ティース本体１５ａの周方向Ｔに関する最小幅であり、一対の溝１８の底面間の最小距離である。
また、ステータコア１１の径方向Ｒに関するヨーク１４の最小幅Ｗ１は、所定値ＷＡよりも大きくされている（ＷＡ≦Ｗ１）。ここで、所定値ＷＡは、例えば１ｍｍである。

式１の関係は、ロータ６の磁極６ｅの数およびステータ７のスロット１１ｃの数が、本実施形態で説明した数以外の、他の数の組み合わせの場合にも適用できる。例えば、磁極６ｅが１０個で、且つスロット１１ｃが１２個の場合や、磁極６ｅが６個で、且つスロット１１ｃが９個の場合や、磁極６ｅが８個で、且つスロット１１ｃが９個の場合がある。式１の関係は、スロット１１ｃの数が、磁極６ｅの数よりも多い場合に好ましく適用される。

また、スロット１１ｃの数が、磁極６ｅの数よりも少ない場合には、以下の式２が好ましく適用される。例えば、磁極６ｅが１４個で、且つスロット１１ｃが１２個の場合や、磁極６ｅが１０個で、且つスロット１１ｃが９個の場合がある。
Ｗ１＞（Ｗ２×０．４）……式２。
このとき、ステータコア１１の径方向Ｒに関するヨーク１４の最小幅Ｗ１は、所定値ＷＢよりも大きくされている（ＷＢ≦Ｗ１）。ここで、所定値ＷＢは、例えば１ｍｍである。

図５および図６は、電磁解析結果における、ステータコア１１の形状を変化させたときの出力トルクの変化を示すグラフである。図５および図６において、横軸に、ステータコア１１の形状を示す値として、後述する形状に関する比ＬＷ（％）を示す。縦軸に、出力トルクを示す値として、後述するトルク比率ＰＬＷ（％）を示す。
ここで、形状に関する比ＬＷ（％）は、以下のようにして求められる。すなわち、
ＬＷ（％）＝（Ｗ１）／（Ｗ２）……式３
また、トルク比率ＰＬＷ（％）は、以下のようにして求められる。すなわち、形状に関する比ＬＷが所定値ｎのときに得られる出力トルクをＰＸとし、形状に関する比ＬＷが１００％のときに得られる出力トルクをＰ１００としたときに、出力トルクＰＸの、出力トルクＰ１００に対する比ＰＬＷ（％）＝ＰＸ／Ｐ１００を求め、これを、比ＬＷが所定値ｎのときのトルク比率ＰＬＷ（％）とする。

また、図５のグラフは、ステータ７のスロット１１ｃが１２個であり且つロータ６の磁極６ｅが１０個の場合のグラフ（ダイヤ形を結ぶ実線Ｘ１で図示。）である。また、図６のグラフは、ステータ７のスロット１１ｃが１２個であり且つロータ６の磁極６ｅが１４個の場合のグラフ（ダイヤ形を結ぶ実線Ｘ２で図示。）である。
また、図５および図６のグラフは、ステータコア１１の軸方向Ｓに関するティース１５のティース本体１５ａの最大長さＬ１と、ステータコア１１の軸方向Ｓに関するヨーク１４のヨーク片１７の最大長さＬ２とが、Ｌ２＝Ｌ１×１．２の関係にある場合のグラフである。なお、Ｌ２＞Ｌ１の関係を満たす場合には、図５および図６に示すグラフと同様の傾向を示す。

図５を参照して、スロット１１ｃの数が磁極６ｅの数よりも多い場合には、形状に関する比ＬＷが５０％を下回ると、グラフの傾きが大きくなっていて、出力トルクの低下が顕著になっている。また、トルク比率の低下量（出力トルクの低下率に相当する。）を１％未満に小さく抑制するには、形状に関する比ＬＷが５３％以上を確保すればよいことがわかる。さらに、形状に関する比ＬＷが６０％以上を確保するときには、トルク比率の低下量を１％未満に確実に小さく抑制することができる。

図６を参照して、スロット１１ｃの数が磁極６ｅの数よりも少ない場合（Ｘ２）には、スロット１１ｃの数が磁極６ｅの数よりも多い場合（図５のＸ１）と比較して、形状に関する比ＬＷの変化に対して出力トルクの減少傾向が抑制されている。また、形状に関する比ＬＷが３５％を下回って小さくなると、グラフの傾きが大きくなり、出力トルクの低下が顕著になっている。また、出力トルクの低下率を１％未満に小さく抑制するには、形状に関する比ＬＷが３５％以上を確保すればよいことがわかる。さらに、形状に関する比ＬＷが４０％以上を確保するときには、トルク比率の低下量を１％未満に確実に小さく抑制することができる。

また、式１，２からヨーク１４の幅の最小値Ｗ１を求めることも可能である。例えば、式１，２において不等号を等号に置き換えて、最小値Ｗ１を求める。このように求めた最小値Ｗ１、またはこの最小値Ｗ１の１００％〜１１０％の範囲内の値を採用する場合には、ヨーク１４の材料コストを低減するのに寄与する。
図４は、図１の電動モータの要部の拡大図であり、バスバー８およびステータ７の端部が主に図示されている。図４を参照して、本実施形態では、バスバー８が、ステータコア１１に、ねじ止めされることにより、直接固定されている。

バスバー８は、各相のコイル１３、すなわち、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のコイル１３の一方の端部と電力供給用の電線としての給電線（図示せず）とを互いに接続するとともに各相のコイル１３の他方の端部同士を接続する。
バスバー８は、図示しないが、第１、第２、第３および第４の導体と、絶縁性部材とを有している。

各導体は、導電性を有し、コイル１３および給電線に電気的に接続する端子を有している。第１の導体は、Ｕ相のコイル１３の一方の端部に電気的に接続され、且つＵ相の給電線に接続されている。第２の導体は、Ｖ相のコイル１３の一方の端部に電気的に接続され、且つＶ相の給電線に接続されている。第３の導体は、Ｗ相のコイル１３の一方の端部に電気的に接続され、且つＷ相の給電線に接続されている。第４の導体は、各コイル１３の他方の端部に互いに接続されていて、Ｙ結線（スター結線）の中性点を形成している。

絶縁性部材は、合成樹脂部材により形成されていて、各導体同士の間を絶縁し、各導体の端子を外部に導出させた状態で覆っていて、各導体をステータコア１１およびモータハウジング２に対して絶縁している。
バスバー８は、環状をなすバスバー本体８ａと、バスバー本体８ａから軸方向Ｓに突出する複数の突出部８ｂとを有している。バスバー本体８ａと複数の突出部８ｂとは、互いに一体に形成されていて、単一部品を構成している。

複数の突出部８ｂは、バスバー本体８ａの外周縁部に、周方向Ｔに所定間隔ごとに互いに離隔して配置されている。軸方向Ｓについての突出部８ｂの先端が、インシュレータ１２に形成された貫通孔を通して、軸方向Ｓに関するステータコア１１の端面、すなわち、ヨーク片１７の端面１７ｄに当接している。突出部８ｂは、絶縁性部材と一体に、これと同種の合成樹脂部材により形成されている。

また、バスバー８をステータコア１１に固定するためには、複数の固定用ボルト２０が用いられている。これらの固定用ボルト２０に対応して、バスバー８は、複数の挿通孔８ｃを有している。また、ステータコア１１は、複数のねじ孔２１を有している。
バスバー８の挿通孔８ｃは、軸方向Ｓに平行に延びていて、バスバー本体８ａと突出部８ｂとを貫通している。挿通孔８ｃは、固定用ボルト２０の数に応じて、周方向Ｔに互いに離隔した複数カ所に配置されている。

ねじ孔２１は、雌ねじを有し、挿通孔８ｃに対向して、ステータコア１１のヨーク１４の軸方向端部としてのヨーク片１７の軸方向端部１７ｅの端面１７ｄに配置されていて、端面１７ｄから所定深さで軸方向Ｓに平行に延びて形成されている。この所定深さは、軸方向Ｓに関してのティース本体１５ａの端面１５ｆとヨーク片１７の端面１７ｄとの距離Ｌ４よりも短くされている。ねじ孔２１は、径方向Ｒに関してヨーク片１７が最も厚肉に形成された部分またはこの部分の近傍に配置されている。固定用ボルト２０が、挿通孔８ｃを挿通して、ステータコア１１のねじ孔２１にねじ嵌合されている。これにより、バスバー８は、固定用ボルト２０の頭部とステータコア１１との間に締付状態で固定されている。

本実施形態によれば、第１の溝としての溝１９が設けられた場合には、軸方向Ｓに関してのティース１５の各端面１５ｆが平坦であるので、端面１５ｆが起伏する場合に比べて、磁束がティース１５内で軸方向Ｓに曲がらずに済む結果、磁束の飽和の発生を抑制できる。さらに、ヨーク１４の軸方向端部としてのヨーク片１７の軸方向端部１７ｅは、ティース１５よりも軸方向Ｓに延伸しているので、径方向Ｒに関してのヨーク１４の最小幅Ｗ１を、対応する式１，２を満たす範囲内でできるだけ小さくした場合であっても、ヨーク１４の断面積を、磁束の飽和を生じないような大きさで確保することが可能である。従って、ヨーク１４において、磁束の飽和の発生を抑制できる。しかも、径方向Ｒに関してのヨーク１４の幅を小さくできるので、ステータコア１１を径方向Ｒに小型化できる。

なお、この効果を得るには、ロータ６の軸方向Ｓに関しての磁極６ｅの長さにかかわらず、溝１９の内壁が廃止されていて、上記式１または式２が満たされていればよい。
また、コイル１３が接続されたバスバー８が、ステータコア１１に直接固定されている。この場合、ステータコア１１は、通例、高い剛性を有する剛性部材であるので、剛性が低い部材で形成される傾向にあるインシュレータに固定する場合に比べて、バスバー８を高い剛性で固定することができる。その結果、電動モータ１の回転に伴ってバスバー８が振動することを、ひいては、電動モータ１の振動の発生を抑制できる。また、インシュレータを小型化できるので、電動モータ１の小型化にも寄与する。

また、本実施形態では、バスバー８は、ステータコア１１にねじ止めされている。この場合、バスバー８を実用的に固定することができる。
また、本実施形態について、以下のような変形例を考えることができる。以下の説明では、上述の実施形態と異なる点を中心に説明し、同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。

例えば、第１の実施形態において、バスバー８を、モータハウジング２に直接にまたは間接的に固定することや、インシュレータ１２を介してステータコア１１に固定することも考えられる。この場合においても、第１の溝が設けられた場合に、ステータコア１１が式１または式２を満たすことにより、磁束の飽和の発生を抑制しつつ小型化できる効果を得ることができる。

図７は、本発明の第２の実施形態の電動モータ１の要部の概略構成を模式的に示す断面図である。図８は、本発明の第２の実施形態の電動モータ１の要部の断面図である。図７および図８を参照して、本実施形態では、ステータコア１１が、第２の溝としての溝１９Ａを有している。溝１９Ａは内壁および外壁を有している。バスバー８は、ステータコア１１の溝１９Ａの内壁および外壁に直接にねじ止めされることにより固定されている。

各ティース１５は、ティース本体１５ａと、ティース本体１５ａの延設端としての径方向Ｒの内方側の端部１５ｄに設けられた突出部としての周方向突出部１５ｂおよび軸方向突出部１５ｃとを有している。軸方向突出部１５ｃは、ステータ７の軸方向Ｓの両側へティース本体１５ａの端部１５ｄから突出している。本実施形態では、軸方向突出部１５ｃは、バスバー８の固定用に設けられていて、バスバー８がある側としての軸方向Ｓの片側のみに設けられてもよい。

溝１９Ａは、ステータ７の軸方向Ｓの外方のみに向けて開放されている。溝１９Ａは、相対的に径方向Ｒの内方に配置された内壁と、相対的に径方向Ｒの外方に配置された外壁と、内壁および外壁を接続する底部とを有している。内壁および外壁は、径方向Ｒに互いに対向している。溝１９Ａは、内壁がある点で、第１の実施形態の溝１９と異なる。また、溝１９Ａは、内面としての以下の各部、すなわち、内壁面１９ａと、外壁面１９ｂと、底面１９ｃとを有している。

溝１９Ａの内壁は、対応する軸方向Ｓの外方に突出するティース１５の軸方向突出部１５ｃにより構成されていて、その表面に内壁面１９ａを形成している。内壁としての軸方向突出部１５ｃの端面１５ｇに、バスバー８の固定用のねじ孔２１が形成されている。
バスバー８は、バスバー本体８ａと、バスバー本体８ａの外周縁部から軸方向Ｓに突出する突出部８ｂと、バスバー本体８ａの内周縁部から軸方向Ｓに突出する突出部８ｂとを有している。また、内周縁部および外周縁部のいずれから突出する突出部８ｂにも、挿通孔８ｃが貫通している。内周縁部から突出する突出部８ｂの先端は、溝１９Ａの内壁の端面１５ｇに当接している。複数の固定用ボルト２０が、対応する挿通孔８ｃを挿通して、ステータコア１１の端面１５ｇ，１７ｄの対応するねじ孔２１にねじ嵌合されている。

バスバー８は、内周縁部および外周縁部をステータコア１１にともに直接に固定されているので、高い剛性で固定される。
また、本実施形態でも、ステータコア１１の軸方向Ｓに関して、ティース本体１５ａの長さＬ１は、ヨーク片１７の長さＬ２よりも短くされている（Ｌ１＜Ｌ２）。また、上記式１または式２の関係が、第１の実施形態と同様に満足されている。

また、軸方向Ｓに関して、ロータマグネット６ｂは、軸方向突出部１５ｃに、ステータ７の径方向に対向しておらず、径方向に見たときに、ロータマグネット６ｂと軸方向突出部１５ｃとが、互いに重なり合うことを回避されている。
すなわち、軸方向Ｓに関して、溝１９Ａの底面１９ｃ間の距離（上述の長さＬ１に相当する。）は、ロータ６の磁極６ｅの長さとしてのロータマグネット６ｂの長さＬ３と同等以上にされている（Ｌ１≧Ｌ３）。ここで、長さＬ１が長さＬ３と同等以上であるというのは、長さＬ１と長さＬ３とが等しい場合と長さＬ３よりも長い場合の他、長さＬ１が長さＬ３に比べてわずかに異なっていても長さＬ３と実質的に等しい場合を含む趣旨であり、具体的には、長さＬ１が長さＬ３の１００％〜１１０％の範囲内の値と等しい場合を含む趣旨である。

また、軸方向Ｓに関して、ロータ６の磁極６ｅとしてのロータマグネット６ｂの軸方向中央位置は、ティース本体１５ａの軸方向中央位置と同じ軸方向位置に配置されている。また、軸方向Ｓに関して、ロータマグネット６ｂの端面は、ティース本体１５ａの一対の端面１５ｆの間に配置されている。
本実施形態によれば、第２の溝としての溝１９Ａが設けられた場合であって、ロータ６の磁極６ｅがステータ７の溝１９Ａの内壁にステータ７の径方向Ｒに対向しない場合には、磁束がティース１５の内部で軸方向Ｓに曲がらずに済むので、溝１９Ａの隅部の近傍での磁束の飽和の発生を抑制することができる。さらに、ヨーク１４の軸方向端部としてのヨーク片１７の軸方向端部１７ｅは、ティース１５よりも軸方向Ｓに延伸しているので、径方向Ｒに関してのヨーク１４の最小幅Ｗ１を、対応する式１，２を満たす範囲内でできるだけ小さくした場合であっても、ヨーク１４の断面積を、磁束の飽和を生じないような大きさで確保することが可能である。従って、ヨーク１４において、磁束の飽和の発生を抑制できる。しかも、径方向Ｒに関してのヨーク１４の幅を小さくできるので、ステータコア１１を径方向Ｒに小型化できる。

なお、この効果を得るには、溝１９Ａの内壁の高さにかかわらず、磁極６ｅと内壁との径方向Ｒの対向が回避されて、上記式１または式２が満たされていればよい。
例えば、第２の実施形態において、バスバー８を、モータハウジング２に直接にまたは間接的に固定することや、インシュレータ１２を介してステータコア１１に固定することも考えられる。この場合においても、第２の溝としての溝１９Ａが設けられてロータ６とステータ７の溝１９Ａの内壁との径方向の対向が回避された場合に、ステータコア１１が式１または式２を満たすことにより、磁束の飽和の発生を抑制しつつ小型化できる効果を得ることができる。

また、第２の実施形態において、バスバー本体８ａの外周縁部から突出した突出部８ｂを廃止し且つ、内周縁部から突出した突出部８ｂのみを設けることも考えられる。
また、上述の第１および第２の実施形態において、バスバー本体８ａと突出部８ｂとが、互いに別体で形成されて、互いに固定されることにより一体化され、単一部品を構成していてもよい。

図９は、本発明の第３の実施形態の電動モータ１の要部の断面図である。図９を参照して、本実施形態は、第１の実施形態と以下の点で異なっていて、バスバー８は、突出部８ｂを廃止されていて、バスバー本体８ａが溝１９の外壁の端面１７ｄに直接にねじ止めされることにより、固定されている。
また、ヨーク片１７の軸方向端部１７ｅが、軸方向外方へコイル１３およびインシュレータ１２よりも延設されて、バスバー８の固定のための座として機能している。この座としての端面１７ｄに、バスバー本体８ａの当接部が当接して、固定用ボルト２０によりねじ止めされている。

また、第３の実施形態のステータコア１１に一体に形成された座を、第２の実施形態の溝１９Ａを有するステータコア１１に適用してもよい。例えば、溝１９Ａの内壁および外壁の少なくとも一方の端面１５ｇ，１７ｄが座として機能するようにしてもよい。
また、上述の各実施形態において、固定用ボルト２０と挿通孔８ｃとねじ孔２１とは、それぞれ少なくとも１個があればよい。

また、上述の各実施形態において、バスバー８がステータコア１１にねじ止めされる態様としては、種々の態様が考えられる。例えば、固定用ボルト２０が、バスバー８およびステータコア１１を貫通して、貫通した固定用ボルト２０の端部の雄ねじにナット（図示せず）がねじ嵌合し、このナットと固定用ボルト２０の頭部との間に、バスバー８およびステータコア１１が挟持状態で互いに固定されていてもよい。

また、上述の各実施形態では、バスバー８は、ステータコア１１とは別体で形成されていて、ステータコア１１に固定されていたが、これには限定されず、例えばステータコア１１の少なくとも一部と一体化されていてもよい。例えばステータコア１１の少なくとも一部と、バスバー８の一部とが、単一の部材により一体に形成されて単一の部品を構成していてもよい。この場合にも、バスバー８をステータコア１１に固定することによる効果、すなわち、バスバー８の振動の発生を抑制する効果を得ることができる。

図１０は、本発明の第４の実施形態の電動モータ１の要部の断面図である。本実施形態では、第１の実施形態と以下の点で異なっていて、バスバー８に代えて複数のバスバー２２が設けられていて、これらの各バスバー２２が、ステータコア１１の端面１７ｄに形成された溝２３に嵌め入れられた状態で固定されている。
バスバー２２は、複数、例えば２つが互いに協働して、上述のバスバー８と同様の機能を果たすようにされている。各バスバー２２が、対応する第１〜第４の導体のうちの少なくとも一つの導体と、上述の絶縁性部材とを有している。バスバー２２は、筒形状をなしている。複数のバスバー２２は、互いに、内周の径方向寸法が異なっている。複数のバスバー２２が互いに同心に配置されたときに、一方のバスバー２２が他方のバスバー２２を取り囲むようにされている。バスバー２２の筒形状の軸線が、出力軸５の軸方向Ｓに同心に配置されている。バスバー２２の筒形状は、径方向Ｒに関して所定厚さとされ、軸方向Ｓに所定長さとされ、周方向Ｔに無端状にまたは周方向Ｔに有端の円弧状に形成されている。

ステータコア１１のヨーク片１７の端面１７ｄには、複数のバスバー２２を固定するための複数の環状の溝２３を有している。複数の溝２３は、互いに同心に配置されている。各溝２３は、対応するバスバー２２の大きさ、形状に応じて形成されていて、軸方向Ｓに所定深さで、径方向に所定幅で、周方向に無端状にそれぞれ形成されている。溝２３の所定深さは、軸方向Ｓについてのティース１５の端面１５ｆとヨーク片１７の端面１７ｄとの距離Ｌ４と等しいか、この距離よりも短くされている。

また、溝２３は、複数の分割コア１６が互いに環状に連結されることにより、環状に形成されるようになっている。すなわち、溝２３の一部が、各分割コア１６のヨーク片１７にそれぞれ形成されている。
各溝２３は、バスバー２２の一部２２ａを収容している。バスバー２２の内周面および外周面が、対応する溝２３の側壁に接触している。バスバー２２は、溝２３に圧入状態ではめ入れられて固定されている。

なお、各バスバー２２の全体が溝２３にはめ入れられてもよい。要は、バスバー２２の少なくとも一部が、ステータコア１１に形成された溝２３にはめ入れられていればよい。また、バスバー２２および溝２３の数は、２個に限らず、３つ以上でもよいし、単一でもよい。
このように本実施形態では、コイル１３が接続されたバスバー２２が、ステータコア１１に直接固定されている。この場合、ステータコア１１は、剛性の高い剛性部材であるので、インシュレータに固定する場合に比べて、バスバー２２を高い剛性で固定することができる。その結果、電動モータ１の回転に伴ってバスバー２２が振動することを、ひいては、電動モータ１の振動を抑制することができる。また、インシュレータ１２を小型化できるので、電動モータ１の小型化にも寄与する。

また、バスバー２２の少なくとも一部が、ステータコア１１の端面１７ｄに形成された溝２３にはめ入れられている場合には、バスバー２２とステータ７との全体を小型化することができる。また、溝２３に圧入する場合、バスバー２２をより一層高い剛性で固定することができる。
また、第４の実施形態を、第２の実施形態の第２の溝としての溝１９Ａを有するステータコア１１に適用してもよい。例えば、溝１９Ａの内壁および外壁の端面１５ｇ，１７ｄの少なくとも一方に溝２３を形成し、この溝２３にバスバー２２の少なくとも一部をはめ入れて固定してもよい。

また、上述の各実施形態において、磁性粉１１ｍを成形して構成された材料として、磁性粉１１ｍを含む成型品を用いることができる。ここで、成型品は、磁性粉１１ｍを含み、成形型を用いて形成されてなる。成形型を用いて形成されてなる成型品としては、上述の焼結体の他、磁性粉１１ｍが成形型内で高圧力で圧縮成形されてなる成型品としての圧粉磁心でもよいし、樹脂成形品でもよい。この樹脂成形品は、磁性粉１１ｍとしての鉄粉と、絶縁部材としての合成樹脂とを含む複合材料により形成されている。圧粉磁心は、磁性粉１１ｍと、必要に応じてバインダー（図示せず）とを含み、これらが、焼結体に比べて低い温度に加熱されて圧縮されてなる。

また、上述の各実施形態では、対応する各分割コア１６が互いに別体とされていたが、これには限定されない。例えば、複数の分割コア１６が一体に形成されて単一部品をなし、これによりステータコア１１が構成されていてもよい。また、複数の分割コア１６の一部同士、例えばヨーク片１７同士が、互いに一体に形成されて、単一部品としてのヨーク１４をなしていてもよい。

また、上述の各実施形態において、ステータコア１１が、磁性粉１１ｍを成形して構成された材料と、電磁鋼板とを含む場合も考えられる。その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

本発明の第１の実施形態の電動モータの概略構成を示す断面図である。 図１のＳ２−Ｓ２断面に示す断面図である。 図１に示すステータの分割コアの斜視図である。 図１の電動モータの要部の拡大図である。 電磁解析結果における、ステータコアの形状に関する比ＬＷと、出力トルクに関するトルク比率ＰＬＷとの関係を示すグラフである。横軸に、形状に関する比ＬＷ（％）を示す。縦軸に、トルク比率ＰＬＷ（％）を示し、ステータのスロットの数がロータの磁極の数よりも多い場合のグラフＸ１が図示されている。 電磁解析結果における、ステータコアの形状に関する比ＬＷと、出力トルクに関するトルク比率ＰＬＷとの関係を示すグラフである。横軸に、形状に関する比ＬＷ（％）を示す。縦軸に、トルク比率ＰＬＷ（％）を示し、ステータのスロットの数がロータの磁極の数よりも少ない場合のグラフＸ２が図示されている。 本発明の第２の実施形態の電動モータの主要部を模式的に示す断面図である。 図７に示す電動モータの要部の断面図である。 本発明の第３の実施形態の電動モータの要部の断面図である。 本発明の第４の実施形態の電動モータの要部の断面図である。

符号の説明

１…電動モータ、６…ロータ、６ｅ…磁極、７…ステータ、８，２２…バスバー、１１…ステータコア、１１ａ，１１ｂ…端部（ステータコアの軸方向の両端）、１１ｃ…スロット、１１ｍ…磁性粉、１３…コイル、１４…ヨーク、１５…ティース、１５ｆ…（ティースの）端面、１７ａ…内周部（ヨークの内周）、１７ｅ…軸方向端部（ヨークの軸方向端部、外壁）、１９…溝（第１の溝、コイル巻回用の溝）１９Ａ…溝（第２の溝、コイル巻回用の溝）、１９ｃ…（溝の）底面、２２ａ…バスバーの一部、２３…溝、Ｓ…軸方向、Ｔ…周方向、Ｗ１…ヨークの最小幅、Ｗ２…ティースの最小幅

Claims (5)

1. 周方向に離隔する複数の磁極を有するロータと、
   このロータを取り囲むステータとを備え、
   このステータは、磁性粉を成形して構成される環状のステータコアを含み、
   このステータコアは、環状のヨークと、このヨークの内周に突出形成され、ヨークの周方向にスロットを挟んで相互に離隔する複数のティースとを有し、
   ステータコアの軸方向の両端に、各ティースに対応してコイル巻回用の溝が設けられ、溝の外壁は、ヨークの対応する軸方向端部により構成され、
   上記溝は、溝の内壁が廃止されてステータコアの軸方向外方およびステータコアの径方向内方に開放された第１の溝、または溝の内壁が設けられてステータコアの軸方向外方のみに開放された第２の溝の何れか一方を含み、
   第２の溝が設けられる場合、第２の溝の内壁がロータの磁極とロータの径方向に対向しないように、ステータコアの軸方向の両端の第２の溝の底面間の距離は、ロータの軸方向に関するロータの磁極の長さと同等以上とされ、
   上記スロットの数が、上記磁極の数よりも多いときには、下記式１が満たされることを特徴とする電動モータ。
   Ｗ１＞（Ｗ２×０．６）……式１。
   ただし、Ｗ１は、ステータコアの径方向に関するヨークの最小幅である。Ｗ２はステータコアの周方向に関するティースの最小幅である。
2. 周方向に離隔する複数の磁極を有するロータと、
   このロータを取り囲むステータとを備え、
   このステータは、磁性粉を成形して構成される環状のステータコアを含み、
   このステータコアは、環状のヨークと、このヨークの内周に突出形成され、ヨークの周方向にスロットを挟んで相互に離隔する複数のティースとを有し、
   ステータコアの軸方向の両端に、各ティースに対応してコイル巻回用の溝が設けられ、溝の外壁は、ヨークの対応する軸方向端部により構成され、
   上記溝は、溝の内壁が廃止されてステータコアの軸方向外方およびステータコアの径方向内方に開放された第１の溝、または溝の内壁が設けられてステータコアの軸方向外方のみに開放された第２の溝の何れか一方を含み、
   第２の溝が設けられる場合、第２の溝の内壁がロータの磁極とロータの径方向に対向しないように、ステータコアの軸方向の両端の第２の溝の底面間の距離は、ロータの軸方向に関するロータの磁極の長さと同等以上とされ、
   上記スロットの数が、上記磁極の数よりも少ないときには、下記式２が満たされることを特徴とする電動モータ。
   Ｗ１＞（Ｗ２×０．４）……式２。
   ただし、Ｗ１は、ステータコアの径方向に関するヨークの最小幅である。Ｗ２はステータコアの周方向に関するティースの最小幅である。
3. 請求項１または２において、上記コイルが接続されたバスバーが、ステータコアに直接固定されていることを特徴とする電動モータ。
4. 請求項３において、上記バスバーは、ステータコアにねじ止めされていることを特徴とする電動モータ。
5. 請求項３において、上記バスバーの少なくとも一部が、ステータコアに形成された溝にはめ入れられていることを特徴とする電動モータ。

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