JP2008278551A - Stator core and motor - Google Patents

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敬右 金田
Masahiro Tanigawa
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a stator core which enhances torque characteristics of a motor by restraining a rotating field generated by teeth of a stator effectively, thereby reducing iron loss, and to provide a motor having the stator core. <P>SOLUTION: The stator core 10 comprises an annular yoke 2 and a plurality of teeth 1, ... protruding radially inward from the yoke 2 and formed to have a predetermined height. In the teeth 1, slits 3, ... are formed to extend radially from the boundary between the yoke 2 and the teeth 1, i.e., the root of the teeth. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、ステータコアとモータに係り、特に、鉄損の原因となるステータコアに生じる回転磁界を効果的に抑制することのできるステータコアと、該ステータコアを具備するモータに関するものである。   The present invention relates to a stator core and a motor, and more particularly, to a stator core that can effectively suppress a rotating magnetic field generated in a stator core that causes iron loss, and a motor including the stator core.

自動車産業においては、ハイブリッド自動車や電気自動車のさらなる走行性能の向上を目指して、駆動用モータの高性能化、軽量化、小型化への開発が日々進められている。また、家電製品メーカーにおいても、各種家電製品に内蔵されるモータのさらなる小型化、高性能化への開発に余念がない。   In the automobile industry, with the aim of further improving the running performance of hybrid vehicles and electric vehicles, developments for drive motors with higher performance, lighter weight, and smaller size are in progress every day. In addition, home appliance manufacturers have no choice but to develop further miniaturization and higher performance of motors incorporated in various home appliances.

モータ性能を向上させるには、モータ内部で発生する各種損失を如何に低減できるかが課題である。例えば、電気入力後においては、モータを構成するコイルにおいて導体抵抗損失に起因する銅損が生じ、ロータやステータには渦電流損失やヒステリシス損失に起因する鉄損(または高周波鉄損)が生じ、これらの損失に応じてモータ効率やトルク性能が低下することとなる。この渦電流損失は磁束密度の変化によって齎される損失であり、ヒステリシス損失は磁束密度波形に起因する損失である。   In order to improve the motor performance, the problem is how to reduce various losses generated in the motor. For example, after electric input, copper loss due to conductor resistance loss occurs in the coil constituting the motor, and iron loss (or high frequency iron loss) due to eddy current loss and hysteresis loss occurs in the rotor and stator, Depending on these losses, motor efficiency and torque performance will be reduced. This eddy current loss is a loss caused by a change in magnetic flux density, and the hysteresis loss is a loss caused by the magnetic flux density waveform.

ところで、上記するヒステリシス損失には、交番磁界や回転磁界が大きく影響しており、交番磁界の磁束密度波形は直線往復的な波形であるのに対して、回転磁界のそれは360度方向に分散した波形である。直線往復方向の磁束密度ベクトル以外の磁束密度ベクトルはモータの回転性能に関与することなく鉄損の原因となることから、回転磁界の発生によってモータの回転性能、トルク性能は低減する。この回転磁界は、例えば図9にステータaとロータbの一部を取り出した平面図で示すように、ティースa1の先端部(図中のA部)およびティースa1におけるヨークa2との境界部(ティースaの根元部で図中のB部)に多く発生することが本発明者等の実験によって実証されている。また、非特許文献1に基づく図10に示すように、飽和磁束未満のモータ回転時(図中の1.5テスラ(T)未満の領域)において回転磁界による鉄損と交番磁界による鉄損を比較した場合、前者が20〜50%も大きくなることも分かっている。そこで、ステータ内においてこの回転磁界の発生を如何に抑制できるかが鉄損の低減に繋がり、ひいてはモータの性能向上に繋がることになる。   By the way, the hysteresis loss described above is greatly influenced by the alternating magnetic field and the rotating magnetic field. The magnetic flux density waveform of the alternating magnetic field is a linear reciprocating waveform, whereas that of the rotating magnetic field is dispersed in the 360 degree direction. It is a waveform. Since magnetic flux density vectors other than the magnetic flux density vector in the linear reciprocating direction cause iron loss without being involved in the rotational performance of the motor, the rotational performance and torque performance of the motor are reduced by the generation of the rotating magnetic field. For example, as shown in a plan view in which a part of the stator a and the rotor b is taken out in FIG. It has been proved by experiments by the present inventors that a large amount occurs at the root portion of the tooth a in the B portion in the figure. Further, as shown in FIG. 10 based on Non-Patent Document 1, the iron loss due to the rotating magnetic field and the iron loss due to the alternating magnetic field at the time of motor rotation less than the saturation magnetic flux (the region less than 1.5 Tesla (T) in the figure) It has also been found that the former increases by 20 to 50% when compared. Therefore, how the generation of the rotating magnetic field can be suppressed in the stator leads to a reduction in iron loss, which in turn leads to an improvement in motor performance.

モータのステータコアに関する従来の技術としては以下に示す特許文献1を挙げることができる。特許文献1に開示のステータコアは、ティースの先端にスリットを設けるものであり、この構成により、ティース先端における回転磁界を抑制することができる。   As a conventional technique related to a stator core of a motor, Patent Document 1 shown below can be cited. The stator core disclosed in Patent Document 1 is provided with a slit at the tip of the tooth, and this configuration can suppress a rotating magnetic field at the tip of the tooth.

日本応用磁気学会誌 第130回研究会資料(2003)、「モータ高性能化のための磁界解析の最近の話題」、図16:回転磁界下における鉄損Journal of the Japan Society of Applied Magnetics, 130th Study Material (2003), “Recent Topics on Magnetic Field Analysis for Motor Performance Improvement”, Figure 16: Iron Loss under Rotating Magnetic Field 特開2003−319575号公報JP 2003-319575 A

特許文献1のステータコアによれば、ティース先端に生じる回転磁界を効果的に抑制することができる。ところで、本発明者等は、ティースに生じる磁界に関し、その部位ごとの磁束の経時的変化を解析によって求めており、その結果を図11〜13に示している。具体的には、図11aに示すティースの長手方向(径方向)の略中央部における磁束変化を図11bに示しており、図12aに示すティースの先端部(ティースのロータ側部分)における磁束変化を図12bに示しており、図13aに示すティースの根元部(ヨークとティースの境界付近)における磁束変化を図13bに示している。   According to the stator core of Patent Document 1, the rotating magnetic field generated at the tip of the teeth can be effectively suppressed. By the way, regarding the magnetic field generated in the teeth, the present inventors have obtained the time-dependent change of the magnetic flux for each part by analysis, and the results are shown in FIGS. Specifically, FIG. 11b shows a change in magnetic flux at a substantially central portion in the longitudinal direction (radial direction) of the tooth shown in FIG. 11a, and a magnetic flux change at the tip of the tooth shown in FIG. 12a (the rotor side portion of the tooth). 12b, and FIG. 13b shows the change in magnetic flux at the root of the tooth (near the boundary between the yoke and the tooth) shown in FIG. 13a.

図11bより、ティースの長手方向の中央部においては、磁束がティースの長手方向に沿う方向(図11aのy方向)でその流れ方向が時間的に変化しながら転換するものであり、これは交番磁界が生じていることを示している。   From FIG. 11b, in the central part in the longitudinal direction of the teeth, the magnetic flux changes in the direction along the longitudinal direction of the teeth (the y direction in FIG. 11a) while the flow direction changes with time. It shows that a magnetic field is generated.

一方、図12bでは任意時刻の磁束密度ベクトルが図12aのy方向から左右に振れてx方向成分を有しており、8の字状の軌跡を有している。これはティースの先端部において交番磁界のみならず回転磁界(直線方向以外の磁束密度ベクトルを有している)が生じていることを示しているものの、軸比(磁束密度x/磁束密度y)が0.1以下であることから回転磁界成分は少ない。   On the other hand, in FIG. 12b, the magnetic flux density vector at an arbitrary time swings left and right from the y direction in FIG. 12a to have an x direction component and has an 8-shaped locus. This indicates that not only an alternating magnetic field but also a rotating magnetic field (having a magnetic flux density vector other than the linear direction) is generated at the tip of the tooth, but the axial ratio (magnetic flux density x / magnetic flux density y). Is less than 0.1, the rotating magnetic field component is small.

それに対し、図13bに示す磁束密度ベクトルでは、その軌跡が円軌跡に近い楕円軌跡を呈している。このことはモータの回転性能(もしくはトルク性能)にとって不要な回転磁界がこの部位に最も多く生じていることを意味している。本発明者等はかかる部位における回転磁界を抑止することが鉄損の低減に繋がり、モータのトルク性能等を効果的に向上できるという結論に至った。   On the other hand, in the magnetic flux density vector shown in FIG. 13b, the locus exhibits an elliptical locus close to a circular locus. This means that the rotating magnetic field unnecessary for the rotational performance (or torque performance) of the motor is generated most in this portion. The present inventors have come to the conclusion that suppressing the rotating magnetic field in such a part leads to a reduction in iron loss and can effectively improve the torque performance of the motor.

本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、ステータのティースに生じる回転磁界を効果的に抑止することにより、もって鉄損を低減させ、モータの回転効率を向上させることのできるステータコアと該ステータコアを備えたモータを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and by effectively suppressing the rotating magnetic field generated in the teeth of the stator, the stator core can reduce the iron loss and improve the rotation efficiency of the motor. And a motor including the stator core.

前記目的を達成すべく、本発明によるステータコアは、円環状のヨークと該ヨークから径方向内側へ突出する複数のティースとを備え、所定高さに成形されたステータコアであって、前記ティースにおいて、前記ヨークと該ティースの境界から前記径方向に延びるスリットが形成されていることを特徴とするものである。   To achieve the above object, a stator core according to the present invention comprises an annular yoke and a plurality of teeth projecting radially inward from the yoke, and is a stator core formed at a predetermined height. A slit extending in the radial direction from the boundary between the yoke and the tooth is formed.

本発明のステータコアは、例えばインナーロータ型モータに適用されるステータコアに係り、特に、ヒステリシス損失を効果的に低減することを目的としたステータコアである。さらに言及すれば、ティースの根元部(ヨークとティースの境界付近)に発生する回転磁界を交番磁界に変化させることによってヒステリシス損失を低減させ、もってモータの回転効率を高め、トルクの低減抑止を図ることを目的としたものである。   The stator core of the present invention relates to a stator core applied to, for example, an inner rotor type motor, and in particular, is a stator core for the purpose of effectively reducing hysteresis loss. More specifically, hysteresis loss is reduced by changing the rotating magnetic field generated at the root of the teeth (near the boundary between the yoke and the teeth) to an alternating magnetic field, thereby improving the rotational efficiency of the motor and suppressing torque reduction. It is for the purpose.

上記の目的を達成するために、ティースの根元部、すなわち、ティースのヨークとの境界付近には、該境界からティースの径方向に延びてステータコアの高さ方向に延設するスリットを形成するものである。なお、このスリットがヨーク側に入ってしまうと、ヨークを周方向に流れる磁束流れが阻害されることからスリットはティース内に形成されるのが望ましい。ここで、形成されるスリットは、ティースの幅方向中央部に1つ形成される形態や、例えば等間隔おきに2つもしくは3つのティースが形成される形態などを適用できる。   In order to achieve the above object, a slit extending from the boundary in the radial direction of the teeth and extending in the height direction of the stator core is formed near the root of the teeth, that is, in the vicinity of the boundary between the teeth and the yoke. It is. If the slit enters the yoke side, the magnetic flux flowing in the circumferential direction of the yoke is obstructed, so that the slit is preferably formed in the teeth. Here, as the slit to be formed, a form in which one slit is formed at the center in the width direction of the teeth, or a form in which two or three teeth are formed at regular intervals, for example, can be applied.

ここで、上記するステータコアは、圧粉磁心から成形されていてもよく、さらには、鋼板が積層されて一体に形成された鋼板積層体であってもよい。   Here, the stator core described above may be formed from a powder magnetic core, and may further be a steel sheet laminate formed by integrally stacking steel sheets.

ステータコアを圧粉磁心から成形する場合において、この圧粉磁心は軟磁性粉末を加圧成形して得られるものであり、この軟磁性粉末は複数の軟磁性粒子の集合体からなる。軟磁性粒子としては、絶縁被膜で覆われた金属磁性粒子が用いられている。金属磁性粒子としては、たとえば、鉄、鉄−シリコン系合金、鉄−窒素系合金、鉄−ニッケル系合金、鉄−炭素系合金、鉄−ホウ素系合金、鉄−コバルト系合金、鉄−リン系合金、鉄−ニッケル−コバルト系合金および鉄−アルミニウム−シリコン系合金などを用いることができる。また、絶縁被膜は、たとえば、金属磁性粒子にリン酸処理が施されることによって形成される。好ましくは、絶縁被膜は、酸化物を含有する。この酸化物を含有する絶縁被膜としては、リンと鉄とを含むリン酸鉄の他、リン酸マンガン、リン酸亜鉛、リン酸カルシウム、酸化シリコン、酸化チタン、酸化アルミニウムまたは酸化ジルコニウムなどの酸化物絶縁体を使用することができる。絶縁被膜は、金属磁性粒子間の絶縁層として機能する。金属磁性粒子を絶縁被膜で覆うことによって、軟磁性粉末の電気抵抗率を大きくすることができる。   When the stator core is molded from a dust core, the dust core is obtained by pressure-molding soft magnetic powder, and the soft magnetic powder is composed of an aggregate of a plurality of soft magnetic particles. As the soft magnetic particles, metal magnetic particles covered with an insulating film are used. Examples of metal magnetic particles include iron, iron-silicon alloys, iron-nitrogen alloys, iron-nickel alloys, iron-carbon alloys, iron-boron alloys, iron-cobalt alloys, iron-phosphorous alloys. An alloy, an iron-nickel-cobalt alloy, an iron-aluminum-silicon alloy, or the like can be used. The insulating coating is formed, for example, by subjecting metal magnetic particles to phosphoric acid treatment. Preferably, the insulating coating contains an oxide. Insulating films containing this oxide include oxide phosphates such as manganese phosphate, zinc phosphate, calcium phosphate, silicon oxide, titanium oxide, aluminum oxide or zirconium oxide in addition to iron phosphate containing phosphorus and iron. Can be used. The insulating coating functions as an insulating layer between the metal magnetic particles. By covering the metal magnetic particles with an insulating coating, the electrical resistivity of the soft magnetic powder can be increased.

一方、ステータコアを鋼板から成形する場合、この鋼板は、電磁鋼板、冷延鋼板、熱延鋼板などを使用することができ、中でも電磁鋼板を使用するのが好ましい。電磁鋼板等が所定の高さに積層され、各鋼板のヨーク同士がかしめ等されることにより、全体が一体に成形される。   On the other hand, when the stator core is formed from a steel plate, an electromagnetic steel plate, a cold-rolled steel plate, a hot-rolled steel plate, or the like can be used as the steel plate, and among them, it is preferable to use an electromagnetic steel plate. The electromagnetic steel plates and the like are laminated at a predetermined height, and the yokes of the respective steel plates are caulked and the like, so that the whole is integrally formed.

本発明のステータコアによれば、ティースの根元部に形成された単数もしくは複数のスリットによって回転磁界の発生が効果的に抑止される。具体的には、ティースの根元部にスリットが設けられていることで回転磁界が生じる平面スペースが制約されるため、交番磁界が卓越してティース内に流れることとなる。その結果、該根元部に生じ易い回転磁界が交番磁界に変化することでヒステリシス損失が低減され、鉄損の低減に繋がるというものである。したがって、回転磁界による鉄損を可及的に低減でき、モータ効率(回転性能)を効果的に高めることが可能となる。   According to the stator core of the present invention, the generation of the rotating magnetic field is effectively suppressed by the single or plural slits formed at the root portion of the tooth. Specifically, since a slit is provided at the root portion of the tooth, a plane space in which a rotating magnetic field is generated is restricted. Therefore, an alternating magnetic field flows predominantly in the tooth. As a result, the rotating magnetic field that is likely to be generated at the root portion is changed to an alternating magnetic field, whereby the hysteresis loss is reduced and the iron loss is reduced. Therefore, the iron loss due to the rotating magnetic field can be reduced as much as possible, and the motor efficiency (rotational performance) can be effectively increased.

また、本発明によるステータコアの好ましい実施の形態は、前記スリットの幅をt,該スリットの数をnとした場合に、t×n≦0.5(mm)なる式を満足することを特徴とするものである。   A preferred embodiment of the stator core according to the present invention is characterized in that when the width of the slit is t and the number of the slits is n, the expression t × n ≦ 0.5 (mm) is satisfied. To do.

スリットの数が多すぎたり、スリット幅が大きくなりすぎると、今度はティースにおける磁束の鎖交断面積が減少してしまい、トルクが低減することになる。本発明者等の解析結果によれば、上式を満足するようなスリットの幅とスリットの数にてスリットを設計することで、トルク性能の低下を可及的に抑制しながら鉄損の低減効果が高められることが特定された。   If the number of slits is too large or the slit width is too large, the interlinkage cross-sectional area of the magnetic flux in the teeth is reduced, and the torque is reduced. According to the analysis results of the present inventors, by designing the slits with the slit width and the number of slits that satisfy the above formula, it is possible to reduce the iron loss while suppressing the decrease in torque performance as much as possible. It was identified that the effect was enhanced.

さらに本発明者等の解析によれば、上式において、スリット数が3であることが望ましいことが特定されている。すなわち、t×n≦0.5(mm)であってスリット数が3の場合(したがって、スリット幅が0.17mm以下の場合)に、トルク性能の低減抑制効果と鉄損の低減効果の最も高いステータコアが得られるというものである。   Further, according to the analysis by the present inventors, it is specified that the number of slits is preferably 3 in the above equation. That is, when t × n ≦ 0.5 (mm) and the number of slits is 3 (therefore, when the slit width is 0.17 mm or less), the torque effect reduction suppression effect and the iron loss reduction effect are the most. A high stator core can be obtained.

また、本発明によるステータコアの好ましい実施の形態は、前記ステータコアにおいて、前記ティースの径方向の長さをL1,前記スリットの径方向の長さをL2とした場合に、L2/L1≦0.2であることを特徴とするものである。   Also, a preferred embodiment of the stator core according to the present invention is such that, in the stator core, L2 / L1 ≦ 0.2 when the radial length of the teeth is L1 and the radial length of the slit is L2. It is characterized by being.

本発明者等の解析によれば、回転磁界が最も生じ易い部位としてティースの根元部でヨークとの境界からティース長さの0.2倍の長さ範囲であることが特定されている。   According to the analysis by the present inventors, it has been specified that the portion where the rotating magnetic field is most likely to occur is in the range of 0.2 times the tooth length from the boundary with the yoke at the root of the tooth.

そこで、スリットの長さをティース長さの0.2倍の長さ範囲に設定するとともに、スリットの幅や数を上式を満足する数値に設定することにより、モータの回転性能等にとって最適なスリット設計を実現することができる。   Therefore, by setting the slit length to a range that is 0.2 times the teeth length, and setting the width and number of slits to values that satisfy the above formula, it is optimal for the rotational performance of the motor, etc. A slit design can be realized.

また、本発明によるモータは上記ステータコアを具備するモータであり、ステータにおける鉄損が低減されることで回転性能(モータ効率)が高められ、トルク性能も高いモータを得ることができる。   In addition, the motor according to the present invention is a motor having the above-described stator core, and by reducing the iron loss in the stator, it is possible to obtain a motor with improved rotational performance (motor efficiency) and high torque performance.

かかる本発明のモータは、たとえば可変リラクタンス型(VR)や永久磁石型(PM)、ハイブリッド型(HB)からなるステッピングモータをはじめとした各種モータ、ハイブリッド自動車用の次世代型SRモータのほか、各種家電製品や模型遊具等に使用されるモータなど、あらゆるモータに適用することができる。   Such motors of the present invention include, for example, various reluctance type (VR), permanent magnet type (PM), various motors including stepping motors including hybrid type (HB), next-generation SR motors for hybrid vehicles, It can be applied to various motors such as motors used in various home appliances and model playground equipment.

以上の説明から理解できるように、本発明のステータコアと該ステータコアを具備するモータによれば、ティースの根元部にスリットを形成するだけの極めて簡易な構造によって、ティースに生じる回転磁界を効果的に抑止することができ、モータの回転性能やトルク性能を高めることができる。   As can be understood from the above description, according to the stator core of the present invention and the motor including the stator core, the rotating magnetic field generated in the teeth is effectively reduced by an extremely simple structure in which a slit is formed at the root of the teeth. Therefore, the rotational performance and torque performance of the motor can be improved.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1,2は、本発明のステータコアの実施の形態の一部を示した斜視図である。図3はスリットの形成部位と長さを説明するための図であり、図4はスリット長さと鉄損比率に関する解析結果を示したグラフである。図5はスリット幅を説明するための図であり、図6は解析条件であるスリット幅とスリット数の関係を説明したグラフである。図7はスリット数および幅と鉄損との関係に関する解析結果を示したグラフであり、図8はスリット数および幅とトルクとの関係に関する解析結果を示したグラフである。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 and 2 are perspective views showing a part of an embodiment of a stator core of the present invention. FIG. 3 is a diagram for explaining the formation site and length of the slit, and FIG. 4 is a graph showing the analysis results regarding the slit length and the iron loss ratio. FIG. 5 is a diagram for explaining the slit width, and FIG. 6 is a graph for explaining the relationship between the slit width and the number of slits as analysis conditions. FIG. 7 is a graph showing an analysis result regarding the relationship between the number of slits and width and iron loss, and FIG. 8 is a graph showing an analysis result regarding the relationship between the number of slits and width and torque.

図1は、本発明のステータコアを示したものである。このステータコア10は、金属磁性粒子を絶縁被膜にて被覆してなる粉体がプレス加工成形されたものである。この金属磁性粒子としては、鉄、鉄−シリコン系合金、鉄−窒素系合金、鉄−ニッケル系合金、鉄−炭素系合金、鉄−ホウ素系合金、鉄−コバルト系合金、鉄−リン系合金、鉄−ニッケル−コバルト系合金および鉄−アルミニウム−シリコン系合金などを使用できる。また、絶縁被膜としては、リンと鉄とを含むリン酸鉄の他、リン酸マンガン、リン酸亜鉛、リン酸カルシウム、酸化シリコン、酸化チタン、酸化アルミニウムまたは酸化ジルコニウムなどの酸化物絶縁体を使用できる。   FIG. 1 shows a stator core of the present invention. The stator core 10 is obtained by press-molding powder obtained by coating metal magnetic particles with an insulating coating. The metal magnetic particles include iron, iron-silicon alloy, iron-nitrogen alloy, iron-nickel alloy, iron-carbon alloy, iron-boron alloy, iron-cobalt alloy, iron-phosphorus alloy. Iron-nickel-cobalt alloys and iron-aluminum-silicon alloys can be used. In addition to iron phosphate containing phosphorus and iron, oxide insulators such as manganese phosphate, zinc phosphate, calcium phosphate, silicon oxide, titanium oxide, aluminum oxide, or zirconium oxide can be used as the insulating coating.

ステータコア10は、その外周のリング状柱状体を形成するヨーク2と該ヨーク2から径方向内側へ突出するティース1,1,…とから構成されている。   The stator core 10 includes a yoke 2 that forms a ring-shaped columnar body on the outer periphery thereof, and teeth 1, 1,... Protruding radially inward from the yoke 2.

各ティース1の根元部、すなわちティース1とヨーク2の境界からティースの長手方向(径方向)に向って所定長さおよび所定幅のスリット3が所定数だけ形成されている。このスリット3はステータコアの長さ(厚み)方向に延設している。   A predetermined number of slits 3 having a predetermined length and a predetermined width are formed from the root portion of each tooth 1, that is, from the boundary between the tooth 1 and the yoke 2 in the longitudinal direction (radial direction) of the tooth. The slit 3 extends in the length (thickness) direction of the stator core.

上記するスリット3,…の成形方法は、ステータコア1をプレス加工する際に使用される成形型に予めスリット成形用の凸条を設けておくことで型内成形する方法であってもよいし、プレス加工後のステータコアのティース根元部にカッター切断によって成形する方法であってもよい。   The method of forming the slits 3,... Described above may be a method of in-mold molding by previously providing a slit forming ridge on a molding die used when the stator core 1 is pressed. The method of shape | molding by the cutter cutting | disconnection to the teeth base part of the stator core after press work may be sufficient.

一方、図2にはステータコアの他の実施の形態を示している。このステータコア10Aは、リング状のヨーク2Aとそれから突出するティース1A,…を具備した平面視形状に打ち抜きされた多数の電磁鋼板が所定の高さに積層され、ヨーク全体がかしめ等されて一体に成形されたものであり、このステータコアにおいても、ティースの根元部に例えば複数のスリット3,…が形成されている。なお、このステータコア10Aを製造する際には、電磁鋼板の打ち抜き時にその内部に歪が生じていることから、最終的に焼鈍することでこの内部歪を除去しておくことが望ましい。   On the other hand, FIG. 2 shows another embodiment of the stator core. The stator core 10A includes a ring-shaped yoke 2A and a plurality of electromagnetic steel plates punched out in a plan view having teeth 1A,... Projecting therefrom, and laminated at a predetermined height. In this stator core, for example, a plurality of slits 3,... Are formed at the root of the teeth. In addition, when manufacturing this stator core 10A, since the distortion has arisen in the inside at the time of the punching of an electromagnetic steel plate, it is desirable to remove this internal distortion by finally annealing.

[スリット長さと鉄損比率に関する解析結果]
図3はステータコア10のティースの拡大平面図を示したものである。図示するように、ティース1の根元部(ヨークとの境界点Oからティース内部)には平面視が矩形でスリット長:lのスリット3が形成される。なお、ティースの全長はLである。
[Analysis results on slit length and iron loss ratio]
FIG. 3 is an enlarged plan view of the teeth of the stator core 10. As shown in the drawing, a slit 3 having a rectangular plan view and a slit length of 1 is formed at the root of the tooth 1 (from the boundary point O with the yoke to the inside of the tooth). The total length of the teeth is L.

発明者等は、ティース幅が8mmで3つの等間隔のスリット(スリット幅が0.17mm)の解析モデルを作成し、図3におけるスリット長:lとティース長:Lの比率を変化させて鉄損比率、すなわち、鉄損の低減率を算定した。その結果を図4に示している。なお、この解析において、スリット長:lとティース長:Lの比率を変化させても、トルクの変動はなかった。   The inventors made an analysis model of three equally spaced slits (slit width 0.17 mm) with a teeth width of 8 mm, and changed the ratio of slit length: 1 and teeth length: L in FIG. The loss ratio, that is, the reduction rate of iron loss was calculated. The result is shown in FIG. In this analysis, there was no torque fluctuation even when the ratio of slit length: 1 and teeth length: L was changed.

図4の解析結果より、スリット長:lがティース長:Lの1割程度の長さとなるまでは鉄損低減効果が大きく、2割程度で鉄損低減効果は頭打ちとなる。なお、スリット長がティース長の1割の場合に鉄損は85%にまで、2割の場合に鉄損は80%にまで低減する。   From the analysis result of FIG. 4, the iron loss reduction effect is large until the slit length: 1 is about 10% of the teeth length: L, and the iron loss reduction effect reaches a peak at about 20%. When the slit length is 10% of the teeth length, the iron loss is reduced to 85%. When the slit length is 20%, the iron loss is reduced to 80%.

したがって、スリットの長さはティース長さの1割〜2割程度に設定するのが好ましいと結論付けることができる。   Therefore, it can be concluded that the slit length is preferably set to about 10 to 20% of the teeth length.

[スリット数および幅と鉄損比率に関する解析結果]
次に、本発明者等はスリット数や幅と鉄損に関する解析をおこなった。図5はティース幅:Wに対するスリット幅:tと未スリット部の幅:wを模式的に示した図であり、解析ではW=8mmに設定されている。また、図6は、所定の総スリット幅(1つのスリット幅:t×スリット数:n)のバリエーションを示したグラフであり、想定される効果的な組み合わせとして、t×nが1mmのケース(グラフX1)、t×nが0.5mmのケース(グラフX2)、t×nが0.3mmのケース(グラフX3)ごとにスリット数とスリット幅の組み合わせを図示している。なお、鉄損比率は、回転磁界を交番磁界に変化させた際の鉄損低減率を0.2とした場合に、鉄損比率=1−0.2×{(W−w)/W}で表すことができる。
[Analysis results on number of slits, width and iron loss ratio]
Next, the present inventors conducted analysis on the number of slits, width, and iron loss. FIG. 5 is a diagram schematically showing the slit width: t with respect to the teeth width: W and the width of the non-slit portion: w. In the analysis, W = 8 mm is set. FIG. 6 is a graph showing variations of a predetermined total slit width (one slit width: t × number of slits: n). As an assumed effective combination, a case where t × n is 1 mm ( The combinations of the number of slits and the slit width are shown for each of the graph X1), the case where t × n is 0.5 mm (graph X2), and the case where t × n is 0.3 mm (graph X3). Note that the iron loss ratio is calculated as follows: iron loss ratio = 1−0.2 × {(W−w) / W} where the iron loss reduction ratio when changing the rotating magnetic field to an alternating magnetic field is 0.2. Can be expressed as

上記する3ケースにおいて、スリット数を変数とした場合の鉄損比率に関する解析結果を図7に示している。   FIG. 7 shows an analysis result regarding the iron loss ratio when the number of slits is a variable in the above three cases.

図より、スリットがなく、鎖交断面積が100%の場合が鉄損が最も大きいことは自明であるが、いすれのケースとも、スリット数が1つとなることで鉄損低減効果は最も高くなり、スリット数が3までで全鉄損低減の9割程度の鉄損低減効果を挙げることができる。   From the figure, it is obvious that the iron loss is the largest when there is no slit and the cross-link cross-sectional area is 100%. However, in either case, the effect of reducing iron loss is the highest when the number of slits is one. Thus, an iron loss reduction effect of about 90% of the total iron loss reduction with the number of slits up to 3 can be obtained.

スリット数を増加させることは製造手間を増加させる、ステータコアの強度を低下させるといった問題に繋がることから、本解析結果より、スリット数は3程度までに設定するのが好ましいと結論付けることができる。   Increasing the number of slits leads to problems such as an increase in manufacturing labor and a decrease in the strength of the stator core. From this analysis result, it can be concluded that the number of slits is preferably set to about 3.

[スリット数および幅とトルク比率に関する解析結果]
次に、上記する3ケースでスリット数に応じたトルクを算定し、その結果を図8に示している。トルク値は、スリットが存在せず、したがって鎖交断面積が100%の場合に最大トルクとなることは自明のことである。
[Analysis results on number of slits, width and torque ratio]
Next, the torque corresponding to the number of slits is calculated in the above three cases, and the result is shown in FIG. It is self-evident that the torque value is maximum when there is no slit and therefore the cross-sectional area is 100%.

解析の結果、グラフX1とグラフX2でトルクの低減抑制効果が高く、双方ともにスリット数が1以上でトルク値は変化しなかった。なお、グラフX1(t×n=0.3のケース)ではトルク値はスリットなしの場合の96%強となり、グラフX2(t×n=0.5のケース)ではトルク値はスリットなしの場合の94%弱となる。   As a result of the analysis, the graph X1 and the graph X2 have a high torque reduction suppression effect, and both have a slit number of 1 or more and the torque value does not change. In graph X1 (case of t × n = 0.3), the torque value is slightly over 96% of the case without slit, and in graph X2 (case of t × n = 0.5), the torque value is without slit. Of 94%.

本解析結果と、上記する鉄損比率に関する解析結果より、スリット幅:t×スリット数:n≦0.5(mm)を満足するスリットの幅および数にてスリットを設計するのが望ましいと結論付けることができ、より望ましくは、スリット数を3に設定する(したがって、スリット幅が0.17mm以下となる)のが望ましいと結論付けることができる。   From this analysis result and the analysis result regarding the iron loss ratio described above, it is concluded that it is desirable to design the slit with the width and number of slits satisfying slit width: t × number of slits: n ≦ 0.5 (mm). It can be concluded that, more desirably, the number of slits is set to 3 (thus, the slit width is 0.17 mm or less).

以上の解析結果より、ティースの根元部にその長さや幅、数が所定の値に設定されたスリットを形成することで回転磁界が抑制され、その結果として鉄損が低減することで飽和磁束未満の磁束領域におけるモータ回転性能(モータ効率)を高めることができる。また、トルクの低減抑止効果も高いことから高トルクのモータを得ることができる。   From the above analysis results, the rotating magnetic field is suppressed by forming slits whose length, width, and number are set to predetermined values at the root of the teeth, and as a result, iron loss is reduced to less than the saturation magnetic flux. The motor rotation performance (motor efficiency) in the magnetic flux region can be improved. Moreover, since the torque reduction inhibiting effect is high, a high torque motor can be obtained.

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。例えば、ティースの根元部のみならず、その先端部にステータコアの厚み方向に延設する凹溝を形成しておくことで根元部に生じる回転磁界と先端部に生じる回転磁界の双方を抑止することが可能となる。この場合には、ティースの根元部および先端部に上記関係式を満足する幅、長さ、数(例えば幅が0.17mm、長さがティースの0.1もしくは0.2倍、数が3つ)のスリットおよび凹溝を設けることができる。   The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and there are design changes and the like without departing from the gist of the present invention. They are also included in the present invention. For example, it is possible to suppress both the rotating magnetic field generated at the root portion and the rotating magnetic field generated at the tip portion by forming a concave groove extending in the thickness direction of the stator core at the tip portion as well as the root portion of the tooth. Is possible. In this case, the width, length, and number satisfying the above relational expression at the root and tip of the teeth (for example, the width is 0.17 mm, the length is 0.1 or 0.2 times the teeth, and the number is 3). ) Slits and grooves.

本発明のステータコアの一実施の形態の一部を示した斜視図である。It is the perspective view which showed a part of one Embodiment of the stator core of this invention. 本発明のステータコアの他の実施の形態の一部を示した斜視図である。It is the perspective view which showed a part of other embodiment of the stator core of this invention. スリットの形成部位と長さを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the formation site | part and length of a slit. スリット長さと鉄損比率に関する解析結果を示したグラフである。It is the graph which showed the analysis result regarding a slit length and an iron loss ratio. スリット幅を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a slit width. 解析条件であるスリット幅とスリット数の関係を説明したグラフである。It is the graph explaining the relationship between the slit width which is analysis conditions, and the number of slits. スリット数および幅と鉄損との関係に関する解析結果を示したグラフである。It is the graph which showed the analysis result regarding the relationship between the number of slits, width, and iron loss. スリット数および幅とトルクとの関係に関する解析結果を示したグラフである。It is the graph which showed the analysis result regarding the relationship between the number of slits, width, and torque. ティースにおいて回転磁界が生じる部位を説明した平面図である。It is a top view explaining the site | part which a rotating magnetic field produces in teeth. 飽和磁束未満のモータ回転時において回転磁界による鉄損と交番磁界による鉄損を比較したグラフである。It is the graph which compared the iron loss by a rotating magnetic field and the iron loss by an alternating magnetic field at the time of motor rotation below saturation magnetic flux. (a)はティース中央部の部位を説明した図であり、(b)は(a)の部位における磁束密度の経時的変化を示した図である。(A) is the figure explaining the site | part of the center part of teeth, (b) is the figure which showed the time-dependent change of the magnetic flux density in the site | part of (a). (a)はティース先端部の部位を説明した図であり、(b)は(a)の部位における磁束密度の経時的変化を示した図である。(A) is the figure explaining the site | part of the teeth front-end | tip part, (b) is the figure which showed the time-dependent change of the magnetic flux density in the site | part of (a). (a)はティース根元部の部位を説明した図であり、(b)は(a)の部位における磁束密度の経時的変化を示した図である。(A) is the figure explaining the site | part of the teeth base part, (b) is the figure which showed the time-dependent change of the magnetic flux density in the site | part of (a).

符号の説明Explanation of symbols

1,1A…ティース、2,2A…ヨーク、3…スリット、10,10A…ステータコア   1, 1A ... Teeth, 2, 2A ... Yoke, 3 ... Slit, 10, 10A ... Stator core

Claims (7)

円環状のヨークと該ヨークから径方向内側へ突出する複数のティースとを備え、所定高さに成形されたステータコアであって、
前記ティースにおいて、前記ヨークと該ティースの境界から前記径方向に延びるスリットが形成されていることを特徴とするステータコア。
A stator core comprising an annular yoke and a plurality of teeth projecting radially inward from the yoke, and molded to a predetermined height,
In the teeth, a slit extending in the radial direction from a boundary between the yoke and the teeth is formed.
前記スリットの幅をt,該スリットの数をnとした場合に、以下の式を満足することを特徴とする請求項1に記載のステータコア。
t×n≦0.5(mm)
2. The stator core according to claim 1, wherein when the width of the slit is t and the number of slits is n, the following expression is satisfied.
t × n ≦ 0.5 (mm)
請求項2に記載のステータコアにおいて、
スリット数が3であることを特徴とするステータコア。
The stator core according to claim 2,
A stator core having three slits.
前記ティースの径方向の長さをL1,前記スリットの径方向の長さをL2とした場合に、以下の式を満足することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のステータコア。
L2/L1≦0.2
The stator core according to any one of claims 1 to 3, wherein the following expression is satisfied, where L1 is a length in the radial direction of the teeth and L2 is a length in the radial direction of the slit.
L2 / L1 ≦ 0.2
前記ステータコアは、圧粉磁心から成形されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のステータコア。   The stator core according to claim 1, wherein the stator core is formed from a dust core. 前記ステータコアは、積層鋼板から形成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のステータコア。   The stator core according to claim 1, wherein the stator core is formed of a laminated steel plate. 請求項1〜6のいずれかに記載のステータコアと、ロータと、を少なくとも具備するモータ。   A motor comprising at least the stator core according to claim 1 and a rotor.
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