JP2009273216A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】小型化、高効率化、低コスト化、及び高品質化を実現可能なモータを提供することを目的とする。
【解決手段】ステータコアに巻線を施してなるステータＳ１と、ステータＳ１の内径側に同軸に対向配置されるロータＲ１とを備え、ステータコアは周方向にそれぞれ電気角で（３６０°−１歯ピッチ）以上の大きさを有する軟磁性体からなる複数の分割コア８４３，８４２，８４０，８４８に分割され、各分割コア８４３等は、それぞれ巻線が巻回されることにより分割コアユニットＳ１Ａ〜Ｓ１Ｄを形成し、ステータＳ１は、複数の分割コアユニットＳ１Ａ〜Ｓ１Ｄを周方向に相互に結合して構成されたことを特徴としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車やトラック等に搭載されるモータに関する。

従来、多相モータに関し、ステータコア及び巻線の構成やコイルエンド部分の巻線について種々の提案がなされている（例えば、特許文献１，２等参照。）。また、多相モータのステータコアを分割する旨の技術が提案されている（例えば、特許文献３等参照。）。

以下、従来例のモータの構造について、図３７〜図４０を参照しつつ説明する。図３７は、従来例のモータＭ１０１を示す縦断面図である。モータＭ１０１は、ロータ軸１と、Ｎ極磁極７及びＳ極磁極８を有するロータ２と、ステータコア４と、ステータ巻線のコイルエンド部５と、モータケース６と、ロータ軸１を支持する軸受け３とを備えている。

図３８は、図３７におけるモータＭ１０１の断面ＡＡ−ＡＡを示す横断面図である。モータＭ１０１は、３相交流２極１２スロットの構成を有する表面磁石形のモータであって、はＮ極の永久磁石７とＳ極の永久磁石８とを備えている。

図３９は、図３７のモータＭ１０１を水平展開して示す巻線図であり、水平軸は円周方向を示している。モータＭ１０１は、２極のモータであるため、機械角と電気角とが一致している。ステータコア４は、３０度ごとに等間隔で配置される１２個の歯１１〜２２を有している。Ｕ相巻線２３，２８，２９，３４は、渡り線３９を経由して接続され、その終端は中性点Ｎへ接続され、Ｕ相電流ｉｕが通電される。Ｖ相巻線２６，２７，３２，３３は、渡り線４０を経由して接続され、その終端は中性点Ｎへ接続され、Ｖ相電流ｉｖが通電される。Ｗ相巻線３０，３１，２４，２５は、渡り線４１を経由して接続され、その終端は中性点Ｎへ接続され、Ｗ相電流ｉｗが通電される。これらの巻線は、全節巻きであり且つ２スロットに分割された分布巻きである。

図４０は、モータＭ１０１の星形結線された巻線をシンボル的に表現したものである。そして、Ｕ相端子と中性点Ｎとの間にＵ相巻線４２が配置されて電流ｉｕが通電される。また、Ｖ相端子と中性点Ｎとの間にＶ相巻線４３が配置されて電流ｉｖが通電される。また、Ｗ相端子と中性点Ｎとの間にＷ相巻線４４が配置されて電流ｉｗが通電される。

このモータＭ１０１の特長は、全節巻きなので巻線係数が大きいこと、３相交流巻線が電気角３６０°に１２分割されていて３相電流による起磁力分布の離散性が３０°と小さく高調波の少ない滑らかな運転が可能であること、ステータコア４のバックヨーク部が一体構成であるため剛性が大きいこと等である。ロータ２は、表面磁石形のロータを例として示しているが、埋込磁石形のロータ、リラクタンス形のロータ、誘導電動機など他の種類のロータについても共通である。

一方、このモータＭ１０１の問題点は、巻線の種類が多いこと、巻線が相互に複雑に交差すること、巻線のスロットへの挿入がステータ内周側から行わなければならないのでその巻回が難しいことなどがある。

尚、巻線の挿入方法例として、インサータと称される巻線挿入機でロータ軸方向の片側から巻線束を挿入し、ロータ軸方向の反対側へ引き上げる方法がある。この方法における問題点は、巻き線束の長さに余裕を持って長くする必要がありコイルエンドが長くなること、コイルエンドの成形及び固定の処理が必要であること、巻線の整列の程度に限界があり巻線占積率が低いこと、その結果モータが大きくなること、生産速度が遅いこと、生産設備が大がかりになることなどがある。また、少量生産の場合は、巻き線束を人間が手で挿入する方法も依然として多く行われており、その場合には生産設備の負担は小さいが、生産性が低く、その他の問題点は前記インサータ方式と同様である。

次に、別の従来例のステータＳ１０１について図４１を参照しつつ説明する。図４１は、３相６極３６スロットのステータＳ１の外観写真であり、ステータコア４６からコイルエンド４５がロータ軸方向へ突き出した構造となっている。コイルエンド部は成形され、糸で縛って固定されている。図４２は、ステータＳ１０１の断面の部分図であり、スロット４８へ巻線４９が配置される様子を図示している。巻線４９を完全に整列させることは困難であり、図示するように巻線占積率が低下する問題がある。

次に、別の従来例のモータＭ１０２について図４３を参照しつつ説明する。図４３は、３相交流４極１２スロットのモータＭ１０２の横断面図である。図３８に示すモータＭ１０１に比較して極数が２倍となっている。モータＭ１０２は、表面磁石形のモータであって、ロータにはＮ極の永久磁石７とＳ極の永久磁石８とが設けられている。図４４は、図４３に示すモータＭ１０２を水平展開して示す巻線図であり、水平軸は円周方向を示し、その角度を電気角で示している。モータＭ１０１は４極であるので、一周は７２０°である。ステータの１２個の歯１１〜２２は、電気角で６０度ごとに等間隔で配置されている。Ｕ相巻線５１，５４，５７，６０は、渡り線６３を経由して接続され、その終端は中性点Ｎへ接続され、Ｕ相電流ｉｕが通電される。Ｖ相巻線５３，５６，５９，６２は、渡り線６４を経由して接続され、その終端は中性点Ｎへ接続され、Ｖ相電流ｉｖが通電される。Ｗ相巻線５５，５８，６１，６４は、渡り線６５を経由して接続され、その終端は中性点Ｎへ接続され、Ｗ相電流ｉｗが通電される。これらの巻線は、巻線ピッチが電気角で１８０°となる全節巻きであり、且つ各相の巻線が一つのスロットに挿入された集中巻きである。

図４３、図４４に示すモータＭ１０２は、図３７〜図４０に示した２極のモータＭ１０１に比較してやや簡素化していて、巻線ピッチが短くなるのでコイルエンド長を短縮することが可能であるが、各相の巻線が図４４に示すように交差していて、前記と同様に、巻線巻回の困難さ、巻線の占積率、コイルエンドの大きさなどの問題がある。

次に、さらに別の従来例のモータＭ１０３について図４５を参照しつつ説明する。図４５は、３相交流４極６スロットのモータＭ１０３の横断面図である。ステータ磁極は、電気角３６０°の間に３個配置され、３相各相の巻線がそれぞれのステータ磁極に単独で巻回され、３相各相巻線の交差がないので単純な構成の巻線になっている。

モータＭ１０３は、Ｎ極の永久磁石７とＳ極の永久磁石８とが設けられたロータＲ１０３を有する表面磁石形モータである。図４６は、図４５のモータＭ１０３を水平展開した巻線図であり、水平軸は円周方向を示し、その角度は電気角で示している。モータＭ１０３は、４極であるので、一周は７２０°である。ステータＳ１０３の６個の歯８１〜８６は、電気角で１２０度ごとに等間隔で配置されている。Ｕ相巻線８７，９０は、渡り線９３を経由して接続され、その終端は中性点Ｎへ接続されていて、Ｕ相電流ｉｕが通電される。Ｖ相巻線８８，９１は、渡り線９４を経由して接続され、その終端は中性点Ｎへ接続されており、Ｖ相電流ｉｖが通電される。Ｗ相巻線８９，９２は、渡り線９５を経由して接続され、その終端は中性点Ｎへ接続されており、Ｗ相電流ｉｗが通電される。これらの巻線は、モデル的には、コイルピッチは電気角１２０°の短節巻で、巻線の分布構成としては集中巻きと考えることができる。

モータＭ１０３の特長は、一つのステータ磁極に一相の巻線を巻回するので巻線の占積率を高くできること、無駄な巻線が少なくコイルエンドを短くできること、巻線を直巻きなど比較的容易に巻回でき生産性がよいことなどがあり、結果として、小型で低コストである。これらの特長から、家電用のモータ等に広く使用されている。

一方、モータＭ１０３の問題点は、ステータ起磁力の離散性が１２０°と大きく起磁力の高調波成分が大きくなり易いこと、モータ誘起電圧の高調波成分が大きくなり易いこと、その結果、トルクリップルが大きくなりやすいこと、インバータの電源電圧に対してモータ誘起電圧の高調波成分が大きくなるので界磁弱めなどによる定出力制御の性能が劣化すること、振動と騒音が出やすいことなどがある。

次に、さらに別の従来例のモータＭ１０４について、図４７〜４８を参照しつつ説明する。図４７は、図４５の３相交流、短節、集中巻きのモータのバックヨーク部のコアを分割した構造のモータである。周方向に隣接する６個の分割コア間には接合部７９が形成されている。図４８は、接合部７９の具体例であり、分割コア９１１と９１２とがくさび形状９１３により接合され、さらに、溶接部分９１４により接合されている。

モータＭ１０４の特長は、図４５に示すモータＭ１０３に比較し、各分割コアを分離した状態で各巻線を巻回することができるので巻線の巻回速度を向上し巻線の生産性を改善できること、巻線占積率を向上できることである。

一方、モータＭ１０４の問題点は、分割コアの接合部のギャップに起因する磁気抵抗の増大が有りモータ効率が低減すること、各分割コアの組みたて精度および前記磁気抵抗のバラツキによりトルクリップルが発生すること、分割コアの組みたてと接合の工数的な負担および設備的な負担があること、前記接合部の強度が図４５のモータＭ１０３に比較して劣化しステータ剛性が低下すること、ステータ剛性の低下に起因して振動騒音が増大することなどがある。
特開２００３−３３３７８５号公報（図１、図９、図１０） 特開２００５−１１０４３１号公報（図１〜図８） 特開平９−１９１６１６号公報（図１）

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、小型化、高効率化、低コスト化、及び高品質化を実現可能なモータを提供することを目的とする。より具体的には、ステータのコアを生産性を阻害しない範囲でかつ巻線巻回上都合の良い単位で分割すること、分割コアに巻線を容易に巻回すること、巻線の占積率を向上すること、コイルエンド部を小さくすること、分割したステータコアの電磁気的な特性劣化を低減すること、分割コアを接合したステータコアの剛性劣化を小さくすること、多くの用途ではモータサイズがその瞬時最大トルクで決められるのでモータの瞬時最大トルクを大きくすること、ステータコアの歩留まりを改善すること等を目的としている。

以下、上記課題を解決するのに適した各手段につき、必要に応じて作用効果等を付記しつつ説明する。

１．複数の歯を有するステータコアに巻線を施してなるステータと、前記ステータと同軸に対向配置されるロータとを備えたモータにおいて、
前記ステータコアは、周方向にそれぞれ電気角で（３６０°−１歯ピッチ）以上の大きさを有する軟磁性体からなる複数の分割コアに分割され、
前記各分割コアは、それぞれ巻線が巻回されることにより分割コアユニットを形成し、
前記ステータは、複数の前記分割コアユニットを周方向に相互に結合して構成されたことを特徴とするモータ。

手段１によれば、複数の歯を有するステータコアは、周方向にそれぞれ電気角で（３６０°−１歯ピッチ）以上の大きさを有する軟磁性体からなる複数の分割コアに分割されているので、分割コアにおいてコイルピッチが電気角１８０°でも巻線の巻回が可能である。従って、全節巻きの各相巻線を分割コア単位で行うことができ、巻線の巻回が容易となり、巻線占積率が向上すると共に、コイルエンド部の縮小が可能となる。また、分割コアに巻線を施した分割コアユニットの数は、例えば、一つの歯ごとにコアを分割した従来のモータより３相の場合で１／６に低減され、分割コアユニットの組み立てや結合が容易となる。

２．前記各分割コアの周方向端部は、隣接する他の分割コアの周方向端部と互いに嵌合可能な凹凸形状に形成され、
前記複数の分割コアユニットは、各々の分割コアの周方向端部に形成された前記凹凸形状を互いに嵌合することにより結合されたことを特徴とする手段１に記載のモータ。

手段２によれば、各分割コアの周方向端部は、隣接する他の分割コアの周方向端部と互いに嵌合可能な凹凸形状に形成されているので、隣接する分割コアユニットを、各々の分割コアの周方向端部に形成された凹凸形状を互いに嵌合することにより結合したときに、各々の境界部における相互の磁気抵抗が小さくなり、モータとしての電磁気的な特性が向上される。

３．前記各分割コアは、電磁鋼板を成形したコアシートを複数積層して形成されるものであって、前記各コアシートの周方向端部を積層方向に不揃いに配置して積層することにより前記凹凸形状が形成され、
前記各分割コアは、前記凹凸形状の嵌合部を接合することにより互いに結合されたことを特徴とする手段２に記載のモータ。

手段３によれば、各分割コアは、電磁鋼板を成形したコアシートを複数積層して形成されるものであって、各コアシートの周方向端部を積層方向に不揃いに配置して積層することにより凹凸形状が形成され、各分割コアは、凹凸形状の嵌合部を接合することにより互いに結合されている。従って、各分割コアの相互の接合をその外周部における溶接などで行うことにより、強固な結合を実現できる。特にレーザ溶接は周囲温度の上昇が小さい内に短時間で結合でき、歪みも小さいので好適である。また、電磁鋼板が１枚ごとにあるいは数枚ごとに円周方向に相互に嵌合して組み合わせた構造とすることにより、溶接の円周方向幅を大きく取ることによって高剛性のステータを容易に実現することができる。また、電気角で３６０°の分割コアユニットの場合、その内周側接合部の近傍を溶接する構成とすることも可能である。この時、隣り合う溶接部間を通過する磁束は、電気角３６０°なので、理論的に常に零となり、磁束の変化率即ち誘起電圧が小さくなるという効果を奏する。

４．前記各分割コアの前記凹凸形状による嵌合部には、前記各周方向端部同士の突き合わせ位置が周方向に３種類以上存在することを特徴とする手段２又は３に記載のモータ。

手段４によれば、互いに隣接する各分割コアの凹凸形状による嵌合部には、各周方向端部同士の突き合わせ位置が周方向に３種類以上存在するので、分割コアユニットにおける周方向の磁束の通過をより容易にすることができる。

５．前記各分割コアにおける前記凹凸形状は、ロータ軸方向、周方向、及び径方向のうち、２種類以上の方向に凹凸状をなしていることを特徴とする手段２乃至４のいずれか一つに記載のモータ。

手段５によれば、各分割コアにおける凹凸形状は、ロータ軸方向、周方向、及び径方向のうち、２種類以上の方向に凹凸状をなしているので、分割コアユニットにおける周方向の磁束の通過をより容易にすることができる。

６．前記各分割コアは、その外周部がロータ軸方向に凹凸形状をなしていると共に、周方向端部が周方向と径方向と軸方向とを合成した斜め方向の形状を有することを特徴とする手段２乃至４のいずれか一つに記載のモータ。

手段６によれば、各分割コアは、外周部がロータ軸方向に凹凸形状をなしていると共に、周方向端部が周方向と径方向と軸方向とを合成した斜め方向の形状（例えば、三角形状の凹凸状）を有することにより、分割コアユニットにおける周方向の磁束の通過をより容易にすることができる。

７．前記各分割コアは、その周方向端部が径方向に傾斜するテーパ状に形成されたことを特徴とする手段２乃至６のいずれか一つに記載のモータ。

手段７によれば、各分割コアは、周方向端部が径方向に傾斜するテーパ状に形成されているので、各分割コアユニットを径方向から相互に容易に組み立てることができると共に、絶縁被膜の破損を防止することができる。

８．前記各分割コアは、その外周部がロータ軸方向に凹凸形状をなしていると共に、隣接する前記各分割コアの周方向端部同士を相互に嵌合させる時に最初に重なり合う端部が肉薄に形成されたことを特徴とする手段２乃至７のいずれか一つに記載のモータ。

手段８によれば、各分割コアは、外周部がロータ軸方向に凹凸形状をなしていると共に、隣接する各分割コアの周方向端部同士を相互に嵌合させる時に最初に重なり合う端部が肉薄に形成されているので、周方向端部の嵌合を容易に且つ円滑に行うことができる。

９．前記分割コアは、その周方向端部に電気絶縁処理が施されていることを特徴とする手段２乃至８のいずれか一つに記載のモータ。

分割コアは、例えば、金型によるプレス打ち抜き等で製作されるのでその端部に電気絶縁膜が設けられていないが、手段９によれば、プレス打ち抜き等の後に周方向端部に電気絶縁処理が施されているので、不要な導通を低減して渦電流損失の発生を低減することができ、同時に、嵌合部におけるすべり性を改善することができる。

１０．前記各分割コアユニットに巻回される巻線は、周方向幅が電気角で３６０°の整数倍であることを特徴とする手段１乃至９のいずれか一つに記載のモータ。

手段１０によれば、各分割コアユニットに巻回される巻線は、周方向幅が電気角で３６０°の整数倍であるので、全節巻きの各相巻線を分割コアユニット単位で完結させることができ、巻線の巻回が容易となる。

１１．前記各分割コアユニットに巻回される巻線は、前記分割コアへ直接巻回する構成であることを特徴とする手段１乃至１０のいずれか一つに記載のモータ。

手段１１によれば、分割コアユニットに巻回される巻線は、分割コアへ直接巻回する構成である。すなわち、電気角３６０°の周方向幅を持つ分割コアは、円環状のステータコアに比較すると、スロット部への接近性が格段に良いため、各分割コアユニットに巻回される巻線は、巻線機で容易に巻線をスロットへ直接巻回することができる。また、分割コアの場合、巻線機で巻線を案内するノズルの位置制御機構の設計自由度高い。例えば、全節巻きの３相交流巻線の場合、各相の巻線同士が交差する部分があり、それぞれの巻線を案内するためのボビンあるいはガイドバーなどを設けることにより、各相の巻線が分離できるような工夫が可能である。

１２．前記各分割コアユニットに巻回される巻線は、前記分割コアユニットの外部で巻回されたコイルを前記分割コアへ挿入する構成であることを特徴とする手段１乃至１１のいずれか一つに記載のモータ。

手段１２によれば、各分割コアユニットに巻回される巻線は、分割コアユニットの外部で巻回されたコイルを分割コアへ挿入する構成である。すなわち、電気角３６０°の円周方向幅を持つ分割コアは、円環状のステータコアに比較すると、スロット部への接近性が格段に良く、成形したコイルをスロットへ挿入してステータ巻線を施すことが可能である。尚、成形コイルは、予め他の装置で効率的に作製することができる。

１３．前記各分割コアユニットの１スロット分の巻線は、前記分割コアにおけるバックヨーク部の外径側を通って巻回される鼓状巻の構成を有することを特徴とする手段１乃至１２のいずれか一つに記載のモータ。

手段１３によれば、各分割コアユニットの１スロット分の巻線は、分割コアにおけるバックヨーク部の外径側を通って巻回される鼓状巻の構成を有している。すなわち、ステータのコアを分割コアとし、各分割コアを非磁性体で結合することによりそれらの相互の磁気的結合を無くした場合、周方向端部の一つのスロットに巻回されるべき巻線をステータコアのバックヨーク側へ移動させることが電磁気的に可能である。その結果、巻線を鼓状巻の構成として巻線を簡素化、短縮することが可能となる。また、巻線の配置位置の依存性が低くなるので、モータの形状を変形することも可能になる。

１４．前記ステータのバックヨーク部における円周方向磁路断面積の平均値をＳ_ａｖｅとしたとき、前記分割コアの円周方向端から電気角で１８０°の位相のバックヨーク部の磁気的に有効な円周方向磁路断面積Ｓ_ｃｍは、前記平均値Ｓ_ａｖｅより１０％以上大きいことを特徴とする手段１乃至１３のいずれか一つに記載のモータ。

手段１４によれば、ステータのバックヨーク部における円周方向磁路断面積の平均値をＳ_ａｖｅとしたとき、分割コアの円周方向端から電気角で１８０°の位相のバックヨーク部の磁気的に有効な円周方向磁路断面積Ｓ_ｃｍは、平均値Ｓ_ａｖｅより１０％以上大きい。この時、分割コアの中心部のバックヨーク部を通る磁束の最大値φｂｍは、各分割コアの円周方向端が相互に磁気的に均等に接続されている時の磁束の最大値φａｍに比較し２倍の値となり、バックヨーク部の磁路断面積も２倍必要となる。したがって、磁束の通過する方向を不均等に構成する場合は磁路断面積を広くする必要がある。その結果、モータの横断面形状の縦と横の寸法を低減することが可能となる。

なお、分割コアのバックヨーク部を相互に通過する磁束の量は、１か０ではなく、例えば、３０％だけ通過する構成、あるいは、５０％だけ通過する構成なども実現することができる。ただし、この場合には、各スロットの巻線位置は移動することはできない。

１５．複数の歯を有するステータコアに巻線を施してなるステータと、前記ステータの外径側と内径側とに同軸に配置されたロータとを備えた複合モータであって、
前記ステータコアは、周方向に電気角で１８０°以上の大きさを有する複数の分割コアに分割され、
前記各分割コアは、周方向端部が隣接する他の分割コアの周方向端部と互いに嵌合可能な凹凸形状に形成され、且つそれぞれ巻線が巻回されることにより分割コアユニットを形成し、
前記複数の分割コアユニットは、各々の分割コアの周方向端部に形成された前記凹凸形状を互いに嵌合することにより結合されたことを特徴とするモータ。

手段１５によれば、複数の歯を有するステータコアに巻線を施してなるステータと、ステータの外径側と内径側とに同軸に配置されたロータとを備えた複合モータであって、ステータコアは、周方向に電気角で１８０°以上の大きさを有する複数の分割コアに分割されているので、全節巻きの各相巻線を分割コア単位で行うことができ、巻線の巻回が容易となり、巻線占積率が向上すると共に、コイルエンド部の縮小が可能となる。また、各分割コアの周方向端部は、隣接する他の分割コアの周方向端部と互いに嵌合可能な凹凸形状に形成されているので、隣接する分割コアユニットを、各々の分割コアの周方向端部に形成された凹凸形状を互いに嵌合することにより結合したときに、各々の境界部における相互の磁気抵抗が小さくなり、モータとしての電磁気的な特性が向上される。

１６．前記各分割コアの前記凹凸形状による嵌合部の周方向幅は、そのバックヨーク部の厚みの１／３以上であることを特徴とする手段１乃至１５のいずれか一つに記載のモータ。

手段１６によれば、各分割コアの凹凸形状による嵌合部の周方向幅は、そのバックヨーク部の厚みの１／３以上であるので、モータの振動や騒音の大きさに影響を及ぼすステータの剛性を大きく保つことができる。

１７．前記各分割コアは、相互にレーザ溶接によって結合されたことを特徴とする手段１乃至１６のいずれか一つに記載のモータ。

手段１７によれば、各分割コアが相互にレーザ溶接によって結合されているので、分割コアの強固な機械的接続を実現することができる。

１８．前記各分割コアの端面に巻線を案内する巻線案内部が設けられていることを特徴とする手段１乃至１７のいずれか一つに記載のモータ。

手段１８によれば、各分割コアの端面に巻線を案内する巻線案内部が設けられているので、巻線案内部を介して巻線を容易に案内して分割コアに巻回することができる。

１９．３相モータであることを特徴とする手段１乃至１８のいずれか一つに記載のモータ。

手段１９によれば、複数の分割コアユニットを結合することによって３相交流モータを実現される。尚、集中巻きのモータだけでなく、分布巻きのモータについても実現可能である。

２０．５相又は７相モータであることを特徴とする手段１乃至１８のいずれか一つに記載のモータ。

手段２０によれば、複数の分割コアユニットを結合することによって、５相交流モータを実現される。特に、電気角で３６０°の円周方向幅の中に５つのスロットを配置したモータは、５相のモータを簡素化した構成であり且つ高調波成分が少なくトルクリップルの小さなモータを実現することができる。同様に、複数の分割コアユニットを結合することによって、５相交流モータを実現することができる。

２１．前記各分割コアは、スロットの断面形状において開口部側の円周方向幅がバックヨーク側の円周方向幅より大きいことを特徴とする手段１乃至２０のいずれか一つに記載のモータ。

手段２１によれば、各分割コアは、スロットの断面形状において開口部側の円周方向幅がバックヨーク側の円周方向幅より大きいので、スロット内の電流の大きさがスロット開口部側で大きくなり、スロットの電流近傍を周回するスロット開口部近傍の漏れ磁束を低減することにより、力率を向上させて最大ピークトルクを増加させることができる。

２２．前記各分割コアは、スロットの開口部側に配置される巻線の断面積がバックヨーク側に配置される巻線の断面積より小さいことを特徴とする手段１乃至２１のいずれか一つに記載のモータ。

手段２２によれば、各分割コアは、スロットの開口部側に配置される巻線の断面積がバックヨーク側に配置される巻線の断面積より小さいので、スロットの電流近傍を周回するスロット開口部近傍の漏れ磁束を低減することにより、力率を向上させて最大ピークトルクを増加させることができる。

２３．前記各分割コアは、前記歯のスロット開口部側の軟磁性材の飽和磁束密度が相対的に高く、前記歯のスロット奥側の軟磁性材の飽和磁束密度が相対的に低いことを特徴とする手段１乃至２２のいずれか一つに記載のモータ。

手段２３によれば、各分割コアは、歯のスロット開口部側の軟磁性材の飽和磁束密度が相対的に高く、歯のスロット奥側の軟磁性材の飽和磁束密度が相対的に低いので、歯の磁気飽和を低減し、最大ピークトルクを増加させることができる。さらには、スロット形状やスロット内の電流密度の工夫によっても最大ピークトルクを増加させることができる。

以下、本発明のモータを具体化した各実施形態について図面を参照しつつ具体的に説明する。

［第一の実施形態］
まず、本発明の第一の実施形態であるモータＭ１の構成について図１を参照しつつ説明する。図１は、３相交流８極のモータＭ１の横断面と各相の巻線配置とを示す図である。

モータＭ１は、３相交流８極２４スロット構成のモータであって、略円筒状に形成されたステータＳ１と、ステータＳ１の内周側に配置されたロータＲ１とを備えている。

ステータＳ１は、４箇所の分割点８３ＣＹ、８２６Ｙ、８２ＣＹ、８３６Ｙで周方向に分割された４個の分割コアユニットＳ１Ａ，Ｓ１Ｂ，Ｓ１Ｃ，Ｓ１Ｄを結合して一体化された構成を有している。ここで、図１に示す各分割コアユニットＳ１Ａ〜Ｓ１Ｄの円周方向両端は、それぞれ歯の中央部となっているが、特にその位置に限定されるものではなく、歯の端の方、あるいはスロット部で分割しても良い。分割コアユニットＳ１Ａ〜Ｓ１Ｄの分割及び結合部分の具体的な形状、構成については後述する。

ロータＲ１は、Ｎ極磁極８１Ｊと、Ｓ極磁極８０Ｆとを有している。ロータ８０Ｄは、表面磁石形ロータ、埋込磁石形ロータ、リラクタンス形ロータ、誘導電動機のロータ等、各種のロータを適用可能である。

図１に示すように、ステータＳ１における周方向の１／４が、それぞれ１個の分割コアユニットＳ１Ａ〜Ｓ１Ｄとなっており、各々が円周方向に電気角で３６０°の幅を有している。ここで、図３９、図４４に示した従来の巻線配置では、ステータの全周に途切れることなく、巻線が交差しながら配置されているのに対し、図１に示す本実施形態の３相巻線は各分割コアユニットＳ１Ａ〜Ｓ１Ｄ内で巻線巻回がそれぞれ完結する構成としている。

Ｕ相の巻線は、巻線８０１から巻線８０４へ電気角で１８０°のピッチで巻回され、Ｖ相の巻線は、巻線８０３から巻線８０６へ電気角で１８０°のピッチで巻回され、それらは相互に１２０°の位相差となっている。Ｗ相の巻線は、図３９、図４４と同じ方向に巻回する場合には巻線８０５から巻線８０８へ巻回すべきであるが、その場合には分割コアユニットを分割できなくなるので、巻線８０５から巻線８０１へ、逆方向へ巻回している。

他の巻線についても同様で、Ｕ相の巻線は、巻線８０７から巻線８０Ａ、巻線８１１から巻線８１４、巻線８１７から巻線８１Ａへ巻回している。Ｖ相の巻線は巻線８０９から巻線８０Ｃ、巻線８１３から巻線８１６、巻線８１９から巻線８１Ｃへ巻回している。Ｗ相の巻線は巻線８０Ｂから巻線８０８、巻線８１５から巻線８１２、巻線８１Ｂから巻線８１８へ巻回している。

モータＭ１は、図１に示す構成を備えることにより、後に詳述するように、分割コアユニットの接合部における電磁気的にインピーダンスの小さな結合の実現、分割コアユニット間の機械的に強固で容易な結合、分割コアユニット間の容易な組みたて、巻線の容易な巻回、巻線占積率の向上、巻線のコイルエンド部の短縮、ステータコアの歩留まり改善などが可能となる。

次に、分割コア間の磁気的な接続について、図２〜図１６を参照しつつ説明する。図２は、ステータコア８４を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。ステータコア８４の内周側形状（歯８２１、８３Ｃ等）は省略して２点鎖線で示している。ステータコア８４は、分割コア８４２，８４０，８４８，８４３の４個に分割されている。各分割コア８４２，８４０，８４８，８４３は、電磁鋼板８４１を積層して作られ、図２（ｂ）に示す側面形状を有している。太線の円Ｃ１で示されるように、各電磁鋼板８４１は、各分割コア８４２等の円周方向端が凹凸になるように、電磁鋼板１枚ずつあるいは数枚ずつが円周方向端の位置が異なるように配置され、隣接する分割コア８４０等と互い違いに嵌合する構成となっている。嵌合部８４５，８４６，８４７も同様の構成である。

図３は、電磁鋼板の嵌合部を拡大して示す図である。図３において左右方向が円周方向を表し、上下方向がロータ軸方向を表している。電磁鋼板８５０等の周方向端部が円周方向に互いに突き合わされ、突き合わせ部には電磁鋼板の形状誤差及び組み立て誤差などに起因する隙間Ｌｇｔが存在する。軸方向には、電磁鋼板表面の電気絶縁膜および電磁鋼板の平面誤差に起因する磁気的な隙間Ｌｇｓが存在する。図３では、積層電磁鋼板における磁束の流れを矢印の線で示している。

分割コアを結合する場合、通常の電磁鋼板の加工では、電磁鋼板８５０，８５１間のように、隙間Ｌｇｔが無視できない程度になり、結合部の磁気抵抗が大きくなりモータトルクが低減する、あるいは、磁気抵抗がばらついてアンバランスになりトルクリップルが大きくなるなどの問題がある。図３のように電磁鋼板を互い違いに組み合わされる構造とすれば、矢印の線で示すように磁束が側面の電磁鋼板から回り込むなど、面積と隙間の関係で磁気インピーダンスのより小さいところを通ることが可能となる。円Ｃ２で示される部分では、対向した電磁鋼板間の通過磁束は減少し、円Ｃ３で示される部分は、電磁鋼板の円周方向隙間が無いので、より多くの磁束が通過している。

次に、分割コアユニットＳ１Ａ等を相互に機械的結合を図る方法について、図４を参照しつつ説明する。図４は、隣接する２個の分割コアユニットが組み合わされて電磁鋼板が相互に嵌合する部分の図である。図４に示すように、左側の分割コアユニットの電磁鋼板８５０と、右側の分割コアユニットの電磁鋼板８５１とが、相互に嵌合している。領域ＣＰＡは左右の分割コアユニットが嵌合している領域、領域ＣＰＢは左側の分割コアユニットの電磁鋼板だけで構成される領域、領域ＣＰＣは右側の分割コアユニットの電磁鋼板だけで構成される領域である。

そして、これらの積層電磁鋼板を、図４に示すように、溶接８６４，８６１，８６２，８６３，８６５等によりステータＳ１の外周部側を固定することができる。

尚、ステータＳ１の外周を全周に渡って固定してもよい。また、固定方法は、接着剤、ボルトによる圧着固定など種々の方法がある。特に、ステータの外周部をレーザ溶接で固定する方法は、短時間での溶接が容易なので積層コアが熱変形する前に固定を行えて精度がよいこと、固定後の電磁鋼板にかかる応力が小さく鉄損の増加が小さいこと、溶接部の凹凸が小さく仕上がり形状精度が高いこと、モータの組み立てラインへの組み込みが容易であることなどの利点がある。

次に、積層電磁鋼板の固定強度について説明する。図５（ａ）は、電磁鋼板を単純に突き合わせた比較例を示す図、（ｂ）は交差状に組み合わせた実施例を示す図である。図５（ａ），（ｂ）は、紙面における水平方向がステータＳ１の円周方向を、紙面の上方向がステータＳ１の外周方向を、紙面の下方向がステータＳ１の内径方向をそれぞれ表している。図５（ａ）の比較例に示すように、電磁鋼板８７０と８７１との接合部８７２を溶接すれば、十分な強度が得られることが容易に推察される。しかし、積層した電磁鋼板同士を突き合わせる場合にはステータの外周側しか溶接することができず、十分な強度は得られない。これに対し、図２〜４に示した積層電磁鋼板は、図５（ｂ）に示すように積層方向に隣接する電磁鋼板８７３と８７４とは互い違いになっていて、ステータＳ１の外周側である部分８７５を溶接することが可能である。そして、そのモーメント荷重に対する剛性は、図５（ａ）の比較例で部分８７２を溶接した場合に近い剛性を得ることができる。その剛性の大きさは、嵌合部の円周方向の長さであるｔｗｄに関わり、ｔｗｄが大きい方がより大きな剛性が得られる。

ステータコアの剛性は、モータの振動、騒音の点で重要な項目である。ステータコアが分割されていないモータと同等の剛性が必要な場合は、スロットの奥からステータコアの外周までのバックヨークの厚みｔｂｙと同程度の嵌合部の円周方向長さｔｗｄが必要であり、前記嵌合部周辺のステータコア外周をほぼ全面にわたって溶接固定する必要がある。モータとして機能する程度のステータ剛性である場合は、概略的に、嵌合部の円周方向長さｔｗｄはステータコアのバックヨーク厚みｔｂｙの１／３以上であれば良い。

以上詳述したことから明らかなように、本実施形態によれば、ステータＳ１と、ステータＳ１の内径側に同軸に対向配置されるロータＲ１とを備え、ステータコアは周方向にそれぞれ電気角で（３６０°−１歯ピッチ）以上の大きさを有する軟磁性体からなる複数の分割コア８４３，８４２，８４０，８４８に分割され、各分割コア８４３等は、それぞれ巻線が巻回されることにより分割コアユニットＳ１Ａ〜Ｓ１Ｄを形成し、ステータＳ１は、複数の分割コアユニットＳ１Ａ〜Ｓ１Ｄを周方向に相互に結合して構成されたことを特徴としている。

そして、ステータコアが周方向にそれぞれ電気角で（３６０°−１歯ピッチ）以上の大きさを有する軟磁性体からなる複数の分割コア８４３等に分割されているので、コイルピッチが電気角１８０°でも巻線の巻回が可能である。従って、全節巻きの各相巻線を分割コア８４３等の単位で完結して行うことができ、巻線の巻回が容易となり、巻線占積率が向上すると共に、コイルエンド部の縮小が可能となる。また、分割コア８４３等に巻線を施した分割コアユニットＳ１Ａ等の数は、例えば、一つの歯ごとにコアを分割した従来のモータより３相の場合で１／６に低減され、分割コアユニットＳ１Ａ等の組み立てや結合が容易となる。

また、各分割コア８４３等の周方向端部は、隣接する他の分割コア８４３等の周方向端部と互いに嵌合可能な凹凸形状に形成されているので、隣接する分割コアユニットＳ１Ａ等を、各々の分割コア８４３等の周方向端部に形成された凹凸形状を互いに嵌合することにより結合したときに、各々の境界部における相互の磁気抵抗が小さくなり、モータとしての電磁気的な特性が向上される。

また、各分割コア８４３等は、電磁鋼板を成形したコアシートを複数積層して形成されるものであって、各コアシートの周方向端部を積層方向に不揃いに配置して積層することにより凹凸形状が形成され、各分割コア８４３等は、凹凸形状の嵌合部を接合することにより互いに結合されている。従って、各分割コア８４３等の相互の接合をその外周部における溶接などで行うことにより、強固な結合を実現できる。特にレーザ溶接は周囲温度の上昇が小さい内に短時間で結合でき、歪みも小さいので好適である。また、電磁鋼板が１枚ごとにあるいは数枚ごとに円周方向に相互に嵌合して組み合わせた構造とすることにより、溶接の円周方向幅を大きく取ることによって高剛性のステータを容易に実現することができる。また、電気角で３６０°の分割コアユニットの場合、その内周側接合部の近傍を溶接する構成とすることも可能である。この時、隣り合う溶接部間を通過する磁束は、電気角３６０°なので、理論的に常に零となり、磁束の変化率即ち誘起電圧が小さくなるという効果を奏する。

［分割コアユニット嵌合部に関する変形例］
次に、分割コアユニット間の磁束の通過を、さらに改善するようにした種々の変形例について、図６〜図１０を参照しつつ説明する。

まず、分割コアユニットの嵌合部に関する変形例について、図６を参照しつつ説明する。図６に示す変形例では、図３に示す実施形態と比較し、左側の分割コアユニットの電磁鋼板８８０と右側の分割コアユニットの電磁鋼板８８１、８８２、８８５とが突き合わされる円周方向の位置が２箇所から３箇所に増加している。円Ｃ４、Ｃ５の部分は円周方向の隙間が発生する可能性があり、この部分の通過磁束が相対的に少ない場合、円Ｃ６、Ｃ７の部分を磁束が通過することになるが、同一の円周方向位置で円周方向隙間ができる可能性は１／３であり、図３に示す実施形態では１／２であるのに比較して磁束が通過し易いと考えられる。このように円周方向の突き合わせ位置の数は多いほど磁束通過の点では有利である。

すなわち、本変形によれば、互いに隣接する各分割コア８８０等の凹凸形状による嵌合部には、各周方向端部同士の突き合わせ位置が周方向に３種類以上存在するので、分割コアユニットＳ１Ａ等における周方向の磁束の通過をより容易にすることができる。

次に、分割コアユニットの嵌合部に関する別の変形例について、図７を参照しつつ説明する。図７に示す第２変形例では、左側の分割コアユニットの電磁鋼板８９０、８９２と右側の分割コアユニットの電磁鋼板８９１、８９３とがそれぞれ円周方向と径方向とに突き合わされている。尚、図７では、２枚の電磁鋼板のみを図示している。図７に示す変形例では、円周方向と径方向とが合成された斜めの方向の突き合わせ部が含まれているので、図３、図６で示した態様と比較して、磁束が通過するときの偏りが緩和される形状となっている。部分８９４は、レーザ溶接などで固定される部分である。図７に示すように、各分割コアを円周方向に突き合わせる嵌合部８９６，８９７の形状は、磁束の通過が容易なこと、組立が容易なこと、ステータ剛性を確保しやすいことなどの必要条件に応じて種々の形状を採用することが可能である。

すなわち、本変形例によれば、各分割コア８４３等における凹凸形状が、ロータ軸方向、周方向、及び径方向のうち、２種類以上の方向に凹凸状をなしているので、分割コアユニットＳ１Ａ等における周方向の磁束の通過をより容易にすることができる。

次に、分割コアユニットの嵌合部に関するさらに別の変形例について、図８を参照しつつ説明する。図８に示す変形例では、分割コアユニットの突き合わせ部が径方向及び円周方向に斜め形状になっている。本変形例では、磁束の通過を容易にでき、組立が容易な形状とし易く、またステータ剛性もレーザ溶接などで確保できる。図８の水平方向はステータの円周方向を直線展開したものであって、３６０°で一周の機械角で示している。図１に示すように８極のステータ構成であり、４個の分割コアユニット９５１，９５２、９５３，９５４を円周方向に配置している。２枚の電磁鋼板で代表的に図示していて、ロータ軸方向に交互に積層された構造である。電磁鋼板の板厚にもよるが、複数枚ごとに交互に積層しても良い。これらの分割コアユニットは、突き合わせ部の機械的干渉関係より組みたて順を決めておく必要がある。図８に示す形状の場合、例えば、分割コアユニット９５３を所定位置に設置し、次に分割コアユニット９５４を矢印の径方向から挿入して組み付け、次にと９５１を矢印の径方向から挿入して組み付け、最後に分割コアユニット９５２を矢印の径方向から挿入して組み付けることができる。

すなわち、本変形例によれば、各分割コアは、外周部がロータ軸方向に凹凸形状をなしていると共に、周方向端部が周方向と径方向と軸方向とを合成した斜め方向の形状（例えば、三角形状の凹凸状）を有することにより、分割コアユニット９５１等における周方向の磁束の通過をより容易にすることができる。

次に、図８の変形例の一部を変更した変形例について、図９を参照しつつ説明する。図９に示す変形例の形状、構成では、分割コアユニット９６１と９６３とを所定位置に設置し、次に分割コアユニット９６２，９６４を矢印の径方向から挿入して組み付けることができる。

［電磁鋼板の積層構成に関する変形例］
次に、電磁鋼板の積層構成に関する変形例について、図１０を参照しつつ説明する。図１０は、図９の円Ｃ８で示す部分を外周側から見た側面図である。

第５変形例では、第４変形例と同様に、２枚の電磁鋼板を互い違いに配置するのに加え、さらに、ロータ軸方向への積層が円周方向へもスキューされた構成となっている。磁束の通過がより容易である。ただし、ステータの歯との位置関係については注意する必要がある。従って、具体的な例としては、電動機の特性上、ステータにスキューを持たせる場合にこの構成は好都合である。

［電磁鋼板の案内形状及び電気的絶縁膜に関する変形例］
次に、２個の分割コアユニットの凹凸形状を嵌合する際の電磁鋼板相互の案内形状および嵌合部の電気的絶縁膜に関する変形例について、図１１〜図１６を参照しつつ説明する。

図１１は、分割コアユニットの嵌合部の部分拡大図であって、図９の円Ｃ８を拡大して示している。図１１に示すように、電磁鋼板１１０と電磁鋼板１１２とが円周方向に突き合わされ、電磁鋼板１１１と電磁鋼板１１３とが円周方向に突き合わされ、それぞれの突き合わせ面は傾斜形状であり、ロータ軸方向にこれらの電磁鋼板が交互に積層されている。

本変形例によれば、各分割コアは、周方向端部が径方向に傾斜するテーパ状に形成されているので、各分割コアユニットＳ１Ａ等を径方向から相互に容易に組み立てることができると共に、絶縁被膜の破損を防止することができる。

図１２は、図９の分割コアユニットを組み合わせる時に、最初に近接する部位を示す図である。図１１に示す状態に組み合わせるためには、図１２に示すように、左側の分割コアユニットの電磁鋼板１１０，１１１に対し右側の分割コアユニットの電磁鋼板１１２，１１３を矢印の方向へ組み合わせて嵌合する。この時、左右の分割コアユニットの電磁鋼板は多数枚積層されているので、左側の分割コアユニットの電磁鋼板１１０の右上角部１１５と右側の分割コアユニットの電磁鋼板１１０の左下角部１１４とが最初に組み合わされることになる。

ここで、電磁鋼板のプレス切断部の形状について、図１３を参照しつつ説明する。図１３（ａ）は、電磁鋼板のプレス切断部の理想形状を、（ｂ）は実際の切断変形をそれぞれ示す部分図である。

電磁鋼板１１０の角部１１５の側面形状は、理想的には図１３（ａ）に示すように直角形状である。珪素鋼などの軟磁性体１３１の表面には、電気絶縁膜１３２が施されているが、は、金型を利用して電磁鋼板をプレス打ち抜きした切断部近傍１３３には電気絶縁膜１３２が施されていない。

一方、現実にプレス打ち抜きを矢印方向に行う場合は、図１３（ｂ）に示すように、切断部近傍１３６の形状は軟磁性体１３４，電気絶縁膜１３５の形状が直角ではなく、変形により突起部１３７が形成されている。従って、分割コアユニットを組み合わせるためには、分割コアユニットを組み合わせる時に不都合となる突起部１３７などがないこと、図１２に示す角部１１４，１１５のように最初に組み合わされる部分の案内ができること、電磁鋼板の電気絶縁膜を機能的に損傷しないことなどが求められる。

そこで、図１３（ｂ）に示す突起部１３７をプレス打ち抜き工程あるいは後工程で成形することにより除去してもよい。図１４（ａ）は、角部近傍１４３において突起部１３７が除去された電磁鋼板のプレス切断部を示す部分図である。また、図１４（ｂ）に示す変形例のように、さらに、電磁鋼板の角部あるいは辺部の板厚をプレスなどにより薄く変形させて先端部１４６を形成するようにしてもよい。本変形例によれば、電磁鋼板の端部を薄く成形することにより、図１２に示すような組み合わせ部の案内を容易化することができる。

すなわち、本変形例によれば、各分割コアは、外周部がロータ軸方向に凹凸形状をなしていると共に、隣接する各分割コアの周方向端部同士を相互に嵌合させる時に最初に重なり合う端部が肉薄に形成されているので、周方向端部の嵌合を容易に且つ円滑に行うことができる。

また、図１５（ａ）に示す変形例のように、図１４（ａ）に示す電磁鋼板のプレス切断部近傍に対して後工程で電気絶縁膜１５３を施す構成としてもよい。

また、図１５（ｂ）に示す変形例のように、図１４（ｂ）に示す電磁鋼板のプレス切断部近傍に対して後工程で電気絶縁膜１５６を施す構成としてもよい。尚、後工程における電気絶縁膜１５３，１５６は、分割コアユニットの組み合わせ工程をよりスムーズに行うため、滑り性の良い物質が好ましい。

すなわち、本変形例によれば、プレス打ち抜き等の後に周方向端部に電気絶縁処理が施されているので、不要な導通を低減して渦電流損失の発生を低減することができ、同時に、嵌合部におけるすべり性を改善することができる。

［分割コアユニットの嵌合（電磁鋼板の挿入）］
次に、２個の分割コアユニットを組み合わせる際の電磁鋼板の挿入方法について、図１６を参照しつつ説明する。図１６は、２個の分割コアユニットを組み合わせる際の電磁鋼板角部１１４，１１５（図１２）を示す側面図である。図１６では、左側の分割コアユニットの積層電磁鋼板の突き出した電磁鋼板１６０と、右側の分割コアユニットの積層電磁鋼板の突き出した電磁鋼板１６１とが相互に組み合わされる形状が図示されている。左右の電磁鋼板は、矢印の方向に組み合わされて、図１１に示す状態が形成される。

また、分割コアの形状は、図１に示すステータコアの約１／４の四分円あるいは図１７の様な形状あるいは極数が８極以上に大きい場合は円弧の角度がさらに小さい扇形形状となる。これらの円弧状の電磁鋼板は、金型を利用してプレス打ち抜きで製作されるが、材料の歩留まりの点で積層する電磁鋼板のシートを効率良くプレス打ち抜きすることが求められる。この点で、円形状のステータシートより扇形形状の分割シート方が効率良く配置して並べることができ、分割コアユニットは材料歩留まりの点でも優れた方式であると言える。

［分割コアへの巻線の巻回］
次に、分割コアに巻線を巻回する方法について図１７〜図２２を参照しつつ説明する。図１７は、本実施形態の分割コア１７０を示す斜視図である。

上述したように、図３８に示す従来のステータ形状の場合、巻線をステータの内径側へ巻回するため、巻線機の構成に大きな形状制約が存在する。これに比較し、本実施形態の分割コアの一つである図１７に示す分割コア１７０の場合、各スロット８０７，８０７，８０９，８０Ａ、８０Ｂ，８０Ｃおよび各歯８２６，８２７，８２８，８２９への接近性が格段に良好である。

次に、巻線の巻回手順の概略について図１８〜図２０を参照しつつ説明する。まず、図１８に示すように分割コア１７０にＵ相巻線１８１を巻回する。続いて、図１９に示すように、分割コア１７０にＶ相巻線１９１を巻回する。最後に、図２０に示すように、分割コア１７０にＷ相巻線２０１を巻回する。

続いて、具体的な巻線の巻回方法について図２１を参照しつつ説明する。巻線の巻回には、公知の巻線機を使用する。そして、図２１に示すように、分割コア１７０と巻線機のノズル２１３との相対位置を制御して、Ｕ相巻線１８１を所望のスロットへ直接巻回する。位置制御機構として公知の種々の巻線機に用いられる機構を使用して、図２１において図示するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸とそれらの旋回軸であるＡ軸、Ｂ軸、Ｃ軸とを制御する。尚、必ずしも６軸の制御が必要ではなく、使用する機構に応じて簡略化することが可能である。例えば、自由度の高いロボットに巻線２１２のノズル２１３を把持させて、ノズル２１３の先端位置と角度とを制御することにより、巻線を自在に巻回することができる。２１５は巻線コイル、２１４は供給される巻線である。なお、図２１では、分割コアの円周方向端２１６，２１７を単純な端面形状で簡略的に図示しているが、実際の端面形状は、例えば、図８，図９で示される通りである。

また、巻線の巻回は、各相の巻線が交差するなど相互に干渉するので、高密度にかつ短く巻回するためには、種々の巻線案内機構、巻線用ボビンなどの工夫が効果的である。簡単な例としては、巻線案内２１１、２１８を取り付けることによりＵ相巻線１８１を、他のスロット入り口をふさぐことなく巻回することができる。次に、Ｖ相巻線１９１を巻回するときは、巻線案内２１８、２１９を取り付けることによりＷ相のスロット入り口をふさぐことなく巻回することができる。最後にＷ相巻線２０１を巻回するときは、巻線案内２１Ａ、２１Ｂを取り付けることによりＷ相巻線が各歯より内径側へずれないように巻回することができる。

特にこれらの案内機能を実現するために、分割コアユニットのロータ軸方向端面に取り付ける樹脂製の巻線案内機構を設けることが効果的である。樹脂製の巻線案内機構はある程度複雑な形状を安価に製作できるので、上記巻線案内２１１、２１８，２１９２１Ａ，２１Ｂの機能を含む案内機構を、１個の樹脂製の巻線案内機構にまとめて実現することもできる。Ｕ、Ｖ、Ｗを順次巻回する場合、相互の干渉関係から案内の形状が決まり、例えば、Ｕ相巻線とＶ相巻線の巻回では巻線相互の干渉を避けＷ相のスロット端面がふさがれないような工夫をし、Ｗ相巻線の巻回時にはＷ相巻線が歯の内径側へずれない構成とする。このような巻線案内機構を使用し、巻線を巻線機でスロットへ直接巻回することにより、巻線長を短く、高密度に巻回することができ、コイルエンドのロータ軸方向長さを低減することができる。

上述した樹脂製の巻線案内機構は、具体的には、例えば、図２１に示す電磁鋼板と同一形状であり且つ厚みが数ｍｍの板状樹脂からなり、その板状樹脂に巻線案内２１１，２１８，２１９，２１Ａ，２１Ｂの形状が付加された形状を有している。すなわち、図２１の積層電磁鋼板の形状を薄型化し、巻線案内２１１，２１８，２１９，２１Ａ，２１Ｂを含め樹脂化したものである。なお、樹脂製の巻線案内機構に強度を確保するため、一部に金属等を使用することもできる。また、巻線案内機構は、樹脂製に限定するものではなく、無機質あるいは金属で製作することも可能である。金属製の場合、軽量化のため各部を細くし、表面に電気絶縁膜を施す。

上述した樹脂製の巻線案内機構の場合、巻線端の固定、巻線端の接続、巻線の端子台などの付加機能を設けることもでき、複数の分割コアユニットを相互に固定する機能も持たせることができる。あるいは、電磁鋼板側に前記の樹脂製の巻線案内機構を固定するための穴、溝などを設け、電磁鋼板と巻線案内機構とを相対的に固定できる構造を備えることが好ましい。

また、分割コアユニットは特定のモータあるいは巻線に限定して製作する場合、図２１に示すようなスロットの形状を巻線巻回が容易な形状、巻線が短くなるような形状、巻線の高占積化が容易な形状などへ変形することも可能である。具体的には、歯の先端部位置のロータに面した形状は変えず、スロットの内径側が相対的に太めの形状のスロット、スロットの外径側が相対的に太めの形状のスロット、円周方向に位置が移動されたスロット形状などを作ることができる。

すなわち、本変形例によれば、分割コアユニットに巻回される巻線は、分割コア１７０等へ直接巻回する構成である。すなわち、電気角３６０°の周方向幅を持つ分割コア１７０等は、円環状のステータコアに比較すると、スロット部への接近性が格段に良いため、各分割コアユニットに巻回される巻線は、巻線機で容易に巻線をスロットへ直接巻回することができる。また、分割コアの場合、巻線機で巻線を案内するノズルの位置制御機構の設計自由度高い。例えば、全節巻きの３相交流巻線の場合、各相の巻線同士が交差する部分があり、それぞれの巻線を案内するためのボビンあるいはガイドバーなどを設けることにより、各相の巻線が分離できるような工夫が可能である。

また、各分割コア１７０等の端面に巻線を案内する巻線案内２１Ａ等が設けられているので、巻線案内２１Ａ等を介して巻線を容易に案内して分割コア１７０等に巻回することができる。

［巻線の巻回に関する変形例］
尚、図２１に示す巻線方法に代えて、予めリング状に巻回してなる成形コイルを用いる方法を採用してもよい。例えば、図２２に示す変形例のように、成形コイル２２０を矢印の方向へ挿入して分割コアへ取り付けることもできる。このコイル２２０は、分割コアの外部で予め巻回してコイル形状を各相のコイルを順に挿入可能なリング形状に成形したものである。一つのスロットに挿入されるコイルは、複数のコイルが連結されていても良い。コイルの柔軟性は、数本のコイルでは柔らか過ぎて形状を保ちにくく、巻き線数の多いコイルは硬過ぎてスロットへの挿入が困難となる。コイルの柔軟性は、スロットへの挿入時に適度な堅さと柔軟性が有る場合にその挿入が容易なので、適度な量のコイルが連鎖状になっていて、順次、連鎖状のコイルをスロットへ挿入できる構成とすることが好ましい。

すなわち、本変形例によれば、各分割コアユニットに巻回される巻線は、分割コアユニットの外部で巻回されたコイルを分割コアへ挿入する構成である。すなわち、電気角３６０°の円周方向幅を持つ分割コアは、円環状のステータコアに比較すると、スロット部への接近性が格段に良く、成形したコイルをスロットへ挿入してステータ巻線を施すことが可能である。尚、成形コイルは、予め他の装置で効率的に作製することができる。

［分割コアユニット及び巻線の変形例］
次に、分割コアユニット及び巻線に関する種々の変形例について、図２３〜図２５を参照しつつ説明する。

図２３に示す変形例における４個の分割コアユニットは、図１の構成と同様に、円周方向の４方向に配置されるものであるが、分割コアユニットの円周方向両端の分割点がステータ歯の中央部ではなく、スロットの中央部で分割されている。さらに、図１の構成において巻線８０１，８０７，８１１、８１７が配置されるスロットの外径側のバックヨーク部が取り除かれた構成となっている。

従って、ロータ側では各ロータ磁極の磁束が隣接する両隣のロータ磁極を通ってループを成しているが、ステータ側では分割コアユニットの中だけで磁束がループをなし、隣接する分割コアユニットへは磁束が通ることがない構成となっている。このような構成の場合、Ｕ相巻線は巻線８０１から巻線８０４へ巻回しても良いが、巻線８０１の位置を巻線２３５の位置へ移動しても電磁気的にはほぼ等価であるため、Ｕ相巻線を図２３に示すように鼓状巻とすることが可能である。これにより、巻線の構成を簡略化することができる。他の分割コアユニットのＵ相巻線についても同様であり、巻線２３６から巻線８０Ａへ、巻線２３７から巻線８１４へ、巻線２３８から巻線８１Ａへ巻回することができる。なお、このような変形が可能であるのは、分割コアユニットの円周方向幅が電気角で３６０°の幅を持っているからである。

すなわち、本変形例によれば、各分割コアユニットの１スロット分の巻線は、分割コアにおけるバックヨーク部の外径側を通って巻回される鼓状巻の構成を有している。すなわち、ステータのコアを分割コアとし、各分割コアを非磁性体で結合することによりそれらの相互の磁気的結合を無くした場合、周方向端部の一つのスロットに巻回されるべき巻線をステータコアのバックヨーク側へ移動させることが電磁気的に可能である。その結果、巻線を鼓状巻の構成として巻線を簡素化、短縮することが可能となる。また、巻線の配置位置の依存性が低くなるので、モータの形状を変形することも可能になる。

次に、ステータ外形形状の縦横寸法をより小さくした別の変形例について、図２４、図２５を参照しつつ説明する。

図２４は、４個の分割コアユニットを磁気的に分離した構造を有する変形例のステータ断面形状を実線で示し、磁気的に分離する前の形状を破線で示している。図１に示すステータの形状では、ステータバックヨークの厚みＴＴＳはロータ磁極１個の磁束の１／２が通過できる必要がある。他方、分割コアユニットを磁気的に分離した場合、分割コアユニットのバックヨークの円周方向中央部では、ロータ磁極１個分の磁束が通過できる必要がある。従って、その中央部分のバックヨーク厚みＴＴＢをＴＴＳの２倍に厚くする必要がある。しかし、分割コアユニットの円周方向両端のバックヨークの厚みＴＴＴは１歯分の磁束が通過できれば良く、小さくできる。また、スロット８０１，８０７，８１１，８１７のスペース活用、図２４の４角の活用も可能である。その結果、８極のモータの場合、直径ＤＳＴのステータ断面を４辺の長さがＤＢＣの４角形へ変形、小型化することが可能である。

なお、このステータ外形形状の４角形化、小型化に関して、分割コアユニットの隣接部分８０７は必ずしも磁気的に相互に分離されている必要が無く、前記の巻線２３５、２３６、２３７、２３８がそれぞれ元の位置の巻線８０１、８０７，８１１，８１７であれば、各分割コアユニットのバックヨークが相互に磁気的に接続されていても良い。

図２４において実線で示す変形例におけるバックヨーク形状の問題の一つは、その中央部の径方向厚みＴＴＢが大きくなることである。その解決策としてステータコアの円周方向形状を変形する方法が考えられる。

図２５（ａ）は、図２４の変形例におけるステータコアに対して変形を施した別の変形例におけるステータコアの円周方向形状を示している。電磁鋼板においてバックヨーク部２５２のロータ軸方向厚みＴＴＤを歯２５１の軸方向厚みＴＴＣより大きくし、径方向厚みＴＴＢを低減している。この時、バックヨーク部を円周方向に通過できる磁束の量は、バックヨーク部の円周方向磁路断面積Ｓ_ｃｍが同じとなる変形としている。このように、分割コアユニット中央部のバックヨーク部の円周方向磁路断面積Ｓ_ｃｍをバックヨーク部の円周方向磁路断面積平均値Ｓ_ａｖｅより大きくすることにより、径方向厚みＴＴＢを低減することが可能である。また、バックヨーク部２５２の磁路を実現する具体的な構成は、電磁鋼板の折り曲げ、３次元方向の磁束の通過が可能な圧粉磁心の活用など種々方法がある。

また、モータの小型化に関し、巻線のコイルエンド部のロータ軸方向長さの短縮することが求められている。分割コアへ巻線の直巻きすることによるコイルエンド長の短縮、分割コアへ成形されたコイルを挿入することによるコイルエンド長の短縮について先に述べたが、さらに、ステータの歯の形状を工夫することによりコイルエンド長を短縮することができる。図２５（ｂ）は、歯２５３を内径側から見た具体的な形状例を示している。巻線２５５はスロット内部に、巻線２５６はスロットからコイルエンドにかかる角部に、巻線２５７はコイルエンド部にそれぞれ位置している。図示するように、スロット内に位置する巻線２５５がコイルエンドにさしかかる近傍の歯２５３の角部２５４を矩形ではなく、円弧状あるいは多角形形状などに形成することによって、巻線を曲がり容易とすると共に、コイルエンド長が短縮される。また、本変形例によれば、巻線を直巻きする時の製作性、巻線の折り曲げストレスの緩和の点でも好ましい。

すなわち、本変形例によれば、ステータのバックヨーク部における円周方向磁路断面積の平均値をＳ_ａｖｅとしたとき、分割コアの円周方向端から電気角で１８０°の位相のバックヨーク部の磁気的に有効な円周方向磁路断面積Ｓ_ｃｍは、平均値Ｓ_ａｖｅより１０％以上大きい。この時、分割コアの中心部のバックヨーク部を通る磁束の最大値φｂｍは、各分割コアの円周方向端が相互に磁気的に均等に接続されている時の磁束の最大値φａｍに比較し２倍の値となり、バックヨーク部の磁路断面積も２倍必要となる。したがって、磁束の通過する方向を不均等に構成する場合は磁路断面積を広くする必要がある。その結果、モータの横断面形状の縦と横の寸法を低減することが可能となる。

なお、分割コアのバックヨーク部を相互に通過する磁束の量は、１か０ではなく、例えば、３０％だけ通過する構成、あるいは、５０％だけ通過する構成なども実現することができる。ただし、この場合には、各スロットの巻線位置は移動することはできない。

［第二の実施形態］
次に、本発明の第二の実施形態について図２６を参照しつつ説明する。図２６は、第二の実施形態におけるモータＭ２の横断面図を示している。本実施形態は、モータＭ２の外径側にロータＲ１１を配置し、内径側に他のロータＲ１２を配置し、ロータＲ１１とロータＲ１２との間に両ロータに作用するステータＳ１１が配置された、いわゆる親子モータである。モータＭ２は、３相交流８極であって、図２６ではその１／４を示しており、電気角で３６０°である。

ロータＲ１１は、Ｎ極磁極２６Ｍ、Ｓ極磁極２６Ｅにより構成されている。ロータＲ１２は、Ｎ極磁極２５Ｄ、Ｓ極磁極２５Ｈにより構成されている。ロータＲ１１は、歯２６７，２６８，２６９，２６Ａ，２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ、及び巻線２６１，２６２，２６３，２６４，２６５，２６６によって駆動される。また、ロータＲ１２は、歯２５９，２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄ、２５Ｅ、２５Ｆ、及び巻線２５Ｊ，２５Ｋ，２５Ｌ，２５Ｍ，２５Ｎ，２５Ｒによって駆動される。

ステータＳ１１の分割コア２５８は、外径側と内径側とが一体化されていて、各巻線は外径側スロットと内径側スロットを短距離で効果的に巻回することができる。具体的には、巻線２６１と巻線２５Ｊとを巻線２５Ａのように巻回し、巻線２６２と巻線２５Ｋとを巻線２６Ｇのように巻回し、巻線２６３と巻線２５Ｌとを巻線２６Ｈのように巻回し、巻線２６４と巻線２５Ｍとを巻線２６Ｊのように巻回し、巻線２６５と巻線２５Ｎとを巻線２６Ｋのように巻回し、巻線２６６と巻線２５Ｒとを巻線２６Ｌのように巻回する。

ここで、ステータのコアが円環状であれば、上述したような巻線の巻回は巻線機の幾何学的形状の都合上巻線巻回が難しく、生産効率が低下する問題がある。一般的には、ステータコアが円環状であり、ステータの内径側の巻線とステータの外径側の巻線とは別々に巻回される。また、ステータのコアが一つの歯ごとに分割された構成のコアであれば、種々の巻線巻回の方法が考えられるが、多数に分割されたコアを組み立て、結合する工程が必要となりその製作負担が大きいという問題がある。

これらに対し、図２６に示すような本実施形態における分割コアの構成によれば、その周囲が自由な空間であり、いわゆるフライヤー構成の巻線機で効率良く巻線巻回が可能である。そして、巻線巻回時間の短縮、巻線占積率の向上、コイルエンド長短縮が可能である。また、分割コアユニットの結合が必要であるが、分割コアユニットの円周方向幅が電気角で３６０°であれば、前記結合の数は極数の１／２となり、図２６のステータ構成の場合４か所の結合であり、比較的小さな数となるので製作負担が小さい。

モータの特性上は、分割コアユニットが電気角で３６０°の単位で分割しているので、分割コアユニット間の磁気的な結合、磁気抵抗が多少ばらついてもコギングトルクなどの微小な特性への影響もほとんど発生しない。

また、図２６の分割コアユニットの円周方向端２５９，２５Ｆの形状は歯の中央で分割した単純な構成例を示しているが、図６、図８等に示した組み合わせ構成とすることができる。

以上詳述したことから明らかなように、本実施形態によれば、モータＭ２は、複数の歯を外径側と内径側とに有するステータコアに巻線を施してなるステータＳ１１と、ステータＳ１１の外径側と内径側とに同軸に配置されたロータＲ１１，１２を配置してなる複合モータであって、ステータコアは、周方向に電気角で１８０°以上の大きさを有する複数の分割コア２５８等に分割されているので、全節巻きの各相巻線を分割コア単位で行うことができ、巻線の巻回が容易となり、巻線占積率が向上すると共に、コイルエンド部の縮小が可能となる。また、各分割コア２５８等の周方向端部は、隣接する他の分割コアの周方向端部と互いに嵌合可能な凹凸形状に形成されているので、隣接する分割コアユニットを、各々の分割コアの周方向端部に形成された凹凸形状を互いに嵌合することにより結合したときに、各々の境界部における相互の磁気抵抗が小さくなり、モータとしての電磁気的な特性が向上される。

［第三の実施形態］
次に、第三の実施形態のモータＭ３の構成について、図２７及び図２８を参照しつつ説明する。図２７は、第三の実施形態における３相交流４極のモータＭ３の横断面と各相の巻線配置とを示す図である。図２８は、モータＭ３の巻線図である。

モータＭ３は、図２７に示すように、３相交流４極１２スロットのモータであって、歯１１〜２２を有するステータＳ３と、ステータＳ３と同軸で内周側に対向配置されたロータＲ３とを備えている。Ｕ相巻線は、巻線５１と巻線５４および巻線５７と巻線６０である。Ｖ相巻線は、巻線５３と巻線５６および巻線５９と巻線６２である。Ｗ相巻線は、巻線５５と巻線５２および巻線６１と巻線５８であり、巻回方向がＵ相巻線、Ｖ相巻線に比較し逆方向となっている。符号１６Ｙ、２２Ｙで示す点は、２個の分割コアユニットの分割点である。

図２８において、Ｕ相端子をＵ、Ｖ相端子をＶ、Ｗ相端子をＷ、Ｕ相電流をｉｕ、Ｖ相電流をｉｖ、Ｗ相電流をｉｗでそれぞれ表している。２個のＵ相コイルは、つなぎ巻線６３によって接続されている。２個のＶ相コイルは、つなぎ巻線６４によって接続されている。２個のＷ相コイルは、つなぎ巻線６５によって接続されている。各相巻線の終端は中性点Ｎへ接続され、図４０に示したような星形結線としている。尚、図２８では分割コアユニットの分割点１６、２２が模式的に示されているが、実際には図６、図８等に示した組み合わせ構成とすることができる。

なお、分割コアユニットで構成されるモータは、３相交流モータは、集中巻きのモータだけでなく、分布巻きのモータについても実現できる。ただし、分布巻きにすると巻線の数が増え、巻線が複雑化する。

ステータコアの分割の方法は、分割コアにおいてコイルピッチが電気角１８０°でも巻線巻回が可能なように、電気角３６０°の整数倍の円周方向幅の単位で行う。その結果、全節巻きの各相巻線を分割コア単位で行うことができ、巻線の巻回が容易となり、巻線占積率の向上し、コイルエンド部の縮小が可能となる。また、分割コアに巻線を施した分割コアユニットの数は、一つの歯ごとに分割された従来の分割コアの数より３相モータの場合で１／６と少なく、分割コアユニットの組みたて、接合が容易となる。

［第四の実施形態］
次に、第四の実施形態のモータＭ４の構成について、図２９〜図３２を参照しつつ説明する。図２９は、第四の実施形態における５相交流４極のモータＭ４の横断面と各相の巻線配置とを示す図である。

モータＭ４は、５相交流４極２０スロットのモータである。尚、図２９では、右半分の巻線の図示を省略している。２極あたりのスロット数は１０である。各相の巻線をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ相の相順に、Ａ相巻線２９１は巻線２９６から巻線２９Ｂへ巻回し、Ｂ相巻線２９２は巻線２９６から巻線２９Ｂへ巻回し、Ｃ相巻線２９３は巻線２９７から巻線２９Ｄへ巻回し、Ｄ相巻線２９４は巻線２９８から巻線２９Ｅへ巻回し、Ｅ相巻線２９５は巻線２９９から巻線２９Ｆへ巻回している。残りの半分の巻線も、前記巻線と同様に、電気角で３６０°円周方向にシフトした位置へ巻回する。ステータコア２９０は、左右の分割ユニットは、分割点２９Ｋと２９Ｊで分割されている。２９Ｊはロータである。

［第五の実施形態］
次に、５相又は７相のモータの構成について説明する。まず、一体型のステータコアを有する比較例のモータＭ５‘の構成について図３０を参照しつつ説明する。モータＭ５’は、電気角３６０°の範囲にスロットが５個の５相交流８極２０スロットのモータである。Ａ相巻線３０１は、巻線３０６から巻線３０８へ巻回し、Ｂ相巻線３０２は巻線３０７から巻線３０９へ巻回し、Ｃ相巻線３０３は巻線３０８から巻線３０Ａへ巻回し、Ｄ相巻線３０４は巻線３０９から巻線３０Ｃへ巻回し、Ｅ相巻線３０５は巻線３０Ａから巻線３０Ｄへ巻回している。残りのロータの６極に対応する巻線も同様に巻回している。

続いて、複数の分割コアユニットを結合してなる第五の実施形態における５相交流８極のモータＭの構成について図３１（ａ）を参照しつつ説明する。図３１（ａ）に示す分割コアユニットは、図３０の５相モータの巻線を一部変更して電気角３６０°の範囲にＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ相の各巻線を巻回して構成したものである。Ａ相巻線３１１は巻線３１６から巻線３１８へ巻回し、Ｂ相巻線３１２は巻線３１７から巻線３１９へ巻回し、Ｃ相巻線３１３は巻線３１８から巻線３１Ａへ巻回し、Ｄ相巻線３１４は巻線３１９から巻線３１６へ巻回し、Ｅ相巻線３１５は巻線３１Ａから巻線３１７へ巻回している。

図３２は、図３１（ａ）に示すモータＭ５の変形例であるモータＭ５１を示している。モータＭ５１は、分割個ユニットの分割点を巻線３１Ａのバックヨーク側に変更し、かつ、分割コアユニット３１０の円周方向両隣の分割コアユニットとの磁気的な結合を無くする場合の構成である。巻線３１Ａをバックヨーク側へ移動することによって図３２に示す構成とし、巻線を簡素化することができる。Ａ相巻線３２１は巻線３２６から巻線３２８へ巻回し、Ｂ相巻線３２Fは巻線３２７から巻線３２９へ巻回し、Ｃ相巻線３２３は巻線３２８からバックヨーク側の巻線３２Ｄへ巻回し、Ｄ相巻線３２４は巻線３２９から巻線３２６へ巻回し、Ｅ相巻線３２５はバックヨーク側の巻線３２Ｅから巻線３２７へ巻回している。他の分割コアユニットの構成も同様である。

また、図３１（ｂ）は、モータＭ５を７相モータに変更した変形例である７相交流８極２８スロットのモータＭ５２を示している。Ａ相巻線３１Ｌは巻線３１Ｃから巻線３１Ｆへ巻回し、Ｂ相巻線３１Ｑは巻線３１Ｄから巻線３１Ｇへ巻回し、Ｃ相巻線３１Ｎは巻線３１Ｅから巻線３１Ｈへ巻回し、Ｄ相巻線３１Ｐは巻線３１Ｆから巻線３１Ｊへ巻回し、Ｅ相巻線３１Ｋは巻線３１Ｇから巻線３１Ｃへ巻回している。Ｆ相巻線３１Ｍは巻線３１Ｈから巻線３１Ｄへ巻回し、Ｇ相巻線３１Ｒは巻線３１Ｊから巻線３１Ｅへ巻回している。

５相モータ及び７相モータは３相モータに比較しやや複雑になるが、大きな素数の相であり、トルクリップルなどの高調波を低減でき、速度変動の低減、振動、騒音の低減などができる特長がある。

［モータの出力トルクと歯形状およびスロット形状との相関関係］
次に、モータの出力トルクについて、歯形状およびスロット形状との相関関係について説明する。最初に、背景について簡単に説明する。モータに関して、小型化の要求や軽量化の要求が常に存在するという背景がある。また、高価な希土類金属を含む永久磁石の量をできるだけ少なくして、低コスト化することも求められている。従来の誘導電動機、変圧器などの設計においては、磁気飽和しない程度の磁束密度で電気機器を効率良く運転するように設計してきた。しかし、上記のようなモータ要求に応えるためには磁気飽和を前提としてモータを設計する必要がある。特に、サーボモータのように、最大トルクが連続定格トルクより数倍大きい用途では、どのように最大トルクを得るかが技術のポイントとなる。しかも、最大トルクの状態における高い力率も求められる。もし、最大トルクの状態における力率が低いと、モータ駆動装置のパワートランジスタの電流が大きくなり、トータルコストが高くなり、システムサイズとしても大型化することになる。

これらの要求に応えて、小型化、軽量化、低コスト化および高力率化を実現するために、モータが最大トルクを発生できる歯の適正形状、スロットの適正形状、スロット内の電流分布および高磁束密度軟磁性体の活用方法について提案し、説明する。

まず、比較のために、従来のスロット形状について図３３を参照しつつ説明する。図３３は、従来のモータにおけるステータ３９１の一部を示している。ステータの歯３９２の先端の幅はＷＴＢで、歯３９２の外径側の幅はＷＴＡでそれぞれ表わされている。歯３９２と歯３９２との間に挟まれたスロットには、巻線３９３が巻回されている。スロットの開口部近傍の幅はＷＳＢで、スロットの外径側の幅はＷＳＡでそれぞれ表されている。

ここで、モータは最大トルクを発生するために、巻線３９３に紙面の表側から裏側に向う方向へ大きな電流が流され、ロータ側からステータ側へ磁束３９６が通り、同時に巻線３９３の周囲に磁束３９４が発生していると仮定する。そして、領域３９５では、ロータからの磁束３９６とステータ内部の漏れ磁束３９４とが合成され、この部分の歯の軟磁性体は磁気飽和する時、電流の増加によるトルクの増加が抑えられていると仮定する。特にリラクタンス形のロータの場合などにおいては、ロータ側から大きな磁束がステータ側へ通ることになり、歯の軟磁性体部が磁気飽和し、電流増加に対するトルク増加が飽和する代表的な例である。この時には、巻線３９３の電流が発生するアンペアターンＡＴは領域３９５に印加され、ステータとロータとの間の境界部であるエアギャップ部に効果的に巻線３９３の電流が発生するアンペアターンＡＴが使用されず、トルク増加が飽和することになる。

モータの発生するトルクＴ＝ＦＲは、一つの方法として、フレミングの法則Ｆ＝ｉＢＬで説明される。ここで、Ｆは作用する力、Ｒは半径、ｉは電流、Ｌは電流が流れる巻線の内有効な長さである。また、図４５の歯７１の発生するトルクについては、巻線８４に流れる電流に起因して歯７１の円周方向先端部とＮ永久磁石、Ｓ極磁石とに発生する吸引力、反発力として、現象論的に考えることもできる。これらのトルクを発生する電磁気的な現象の条件は、ロータとステータとの間に磁束φが通っていること、そして、ロータとステータの境界部のエアギャップ部であって、その磁束φが大きい場所で磁界の強さＨも大きいことと置き換えて説明することができる。エアギャップ部にかかる円周方向の磁界の強さ成分Ｈｈによってエアギャップ部の円周方向の磁束成分Ｂｈが作られ、力を発生する。図３３において、もし、ステータ内部の歯で巻線３９３のアンペアターンＡＴが発生する起磁力が消費されれば、エアギャップ部で発生するトルクが飽和して小さくなると、定性的に説明できる。

また、アンペアの法則では、磁界の強さＨの周回積分がアンペアターンＡＴとなると示されている。このアンペアターンＡＴをエアギャップ部の力発生部へ印加できる構造とし、磁束密度Ｂと磁界の強さＨとを同時に得られるとき大きな力が得られると説明することもできる。

図３３において、歯の内部で漏れ磁束３９４が発生する理由の一つは、巻線３９３がスロット３９０の外径側に多く配置されていること、スロット３９０の開口部近傍でスロット幅ＷＳＢが小さくなっていることが挙げられる。

これに対し、図３４に示す変形例では、スロット４００の開口部近傍の幅ＷＳＢを大きくし、歯４０２の外径側の磁路幅ＷＴＡを大きくしている。この結果、スロット４００の開口部側の電流値が大きく、スロット４００開口部が歯４０２の幅が大きいので磁気抵抗も大きい構成とし、スロット４００内部の漏れ磁束を小さくしている。さらに、歯４０２の内部の漏れ磁束が多少発生しても歯幅が外径側ほど広くなっているので、磁気飽和しにくい構造としている。この結果、巻線４０３の電流が発生する起磁力が効果的にエアギャプ部に印加され、最大トルクを大きく出力できる構成としている。磁束４０４はエアギャップ部を通る磁束成分となり、そのエアギャップ部で巻線４０３の電流の起磁力が印可され、磁束４０５と共にトルク発生に寄与することが可能な構成となっている。なお、磁束４０４の経路は隣のスロットに流れる電流などにより影響を受けるので、モータの全体構成により変わる。ここでは、スロット内部の漏れ磁束が少なくなることが、最大トルクを発生する上で重要なことである。なお、歯の先端の幅ＷＴＢが小さくなると、磁束φが減少してトルクが低下する。

すなわち、本変形例によれば、各分割コアは、スロットの断面形状において開口部側の円周方向幅がバックヨーク側の円周方向幅より大きいので、スロット内の電流の大きさがスロット開口部側で大きくなり、スロットの電流近傍を周回するスロット開口部近傍の漏れ磁束を低減することにより、力率を向上させて最大ピークトルクを増加させることができる。

次に、別の変形例について、図３５を参照しつつ説明する。本変形例では、スロット４１０の開口部の幅ＷＳＢとスロット４１０の外径側の幅ＷＳＡとが等しい形状とし、歯の先端の幅ＷＴＢより歯の外径側の幅ＷＴＡが大きい形状としている。そして、巻線４１３に比較し、スロット４１０開口側の巻線４１４の断面積を小さくし、両巻線に同一の電流が流された場合、スロット４１０の開口部側の電流密度と電流値が大きくなる構成としている。この結果、巻線４１３，４１４に最大電流が流された場合において、スロット内部での漏れ磁束は小さく、磁束４１５と磁束４１６とがエアギャップ部で巻線４１３の電流の起磁力が印可され、トルク発生に寄与することが可能な構成となっている。

すなわち、本変形例によれば、各分割コアは、スロットの開口部側に配置される巻線の断面積がバックヨーク側に配置される巻線の断面積より小さいので、スロットの電流近傍を周回するスロット開口部近傍の漏れ磁束を低減することにより、力率を向上させて最大ピークトルクを増加させることができる。

なお、巻線４１４は巻線断面積が小さいいため抵抗が大きくなるので、ジュール熱の増大を考え、適度なバランスの巻線を選択する必要がある。また、一つの相電流が並列に配置される複数巻線に通電される場合は、巻線の並列数を変えることにより、実質的に巻線の断面積を変えることができる。則ち、細い巻線を並列に使用するモータの場合、巻線の線径と並列本数を選択してスロット内の電流密度、密度分布を任意に選択し構成することができる。

次に、さらに別の変形例について、図３６を参照しつつ説明する。本変形例では、図３６に示すように、スロット４２０の開口部側の幅ＷＳＢを大きくし、歯の磁束が小さくなることを補うために、鉄ＦｅにコバルトＣｏとバナジウムＶとを含むパーメンジュールなどの飽和磁束密度の高い軟磁性体を歯の先端部４２２に使用している。パーメンジュールなどの飽和磁束密度の高い軟磁性体は高価なので、コストとのバランスを考えると効果的な部分にのみに活用する方法が実用上好ましい。また、スロット４２０の外径側の巻線断面積よりスロット４２０の開口側の巻線断面積を小さくし、スロット内の漏れ磁束を低減している。これらの結果、ロータ側からの磁束４２６および巻線４２３，４２４の電流により誘起される磁束４２５共にトルク発生に寄与できる構成とすることができ、大電流時の大トルクを効果的に発生できる構成としている。

すなわち、本変形例によれば、各分割コアは、歯のスロット開口部側の軟磁性材の飽和磁束密度が相対的に高く、歯のスロット奥側の軟磁性材の飽和磁束密度が相対的に低いので、歯の磁気飽和を低減し、最大ピークトルクを増加させることができる。さらには、スロット形状やスロット内の電流密度の工夫によっても最大ピークトルクを増加させることができる。

以上、本発明の各実施形態のモータ及びその製造方法について説明した。本発明では、モータの小型化、軽量化、高効率化、低コスト化、高品質化を実現するものである。その概略は、巻線の生産性改善、巻線の占積率改善、巻線のコイルエンド短縮を実現し、かつ、ステータコアの剛性を劣化させず、また、ステータの組みたて負担を極小とする方法として、分割コアユニットを複数組み合わせるステータ構成を提案した。ステータコアを構成するシートを電磁鋼板から作成するときの歩留まりについても、電磁鋼板の材料から、極力隙間を小さくして扇状のステータシートを打ち抜くことが可能であり、材料コストの点でも優れている。また、平均出力トルクに対する最大トルクが大きなモータでは、最大トルクを出力するために合理的なスロット形状、歯の形状、巻線の分布のさせ方、高飽和磁束密度材の使い方により、モータを小型化することが可能となる。これらの最大トルク出力に優れる形状、技術について示した。そして、これらの実現によりモータの小型化、軽量化、低コスト化を達成する技術を示した。

しかも、これらの技術は、図４５、図４６に示す短節巻、集中巻きのモータ構成ではなく、定出力特性、低トルクリップル、低騒音などの点で優れた特徴を持つ図４３、図４５などの全節巻き、分布巻きのモータへ適用できる技術であり、高品質なモータを実現できる。従来は、全節巻き、分布巻きのモータは品質に優れているが、大きさとコストで劣る問題があったが、本発明ではそのような問題点が解消されている。

尚、本発明は上述した各実施の形態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を施すことが可能であることは云うまでもない。

例えば、相数、および極数についての制約はない。ロータの種類について表面磁石型のロータで説明したが、種々構造のロータについて適用可能である。また、本発明を、埋込磁石型ロータ、リラクタンス型ロータ、マルチフラックスバリア形リラクタンスロータ、誘導電動機、ステッピングモータ、直流電動機などへ適用することができる。また、各種のトルクリップル低減技術を本発明のモータへ適用することもできる。例えば、ステータ磁極、ロータ磁極の形状を周方向に滑らかにする方法、径方向に滑らかにする方法、円周方向に一部のロータ磁極を移動させて配置し、トルクリップル成分をキャンセルする方法などがある。

モータの形態についても種々形態が可能である。ステータとロータとの間のエアギャップ形状で表現して、エアギャップ形状が円筒形であるインナーロータ型モータ、アウターロータ型モータ、エアギャップ形状が円盤状であるアキシャルギャップ型モータ等に変形できる。また、リニアモータにも変形できる。また、エアギャップ形状が円筒形状をややテーパ状に変形したモータ形状も可能である。また、本発明のモータを含む複数のモータを複合して製作することが可能である。例えば、内径側と外形側に２個のモータを配置する、あるいは、軸方向に複数のモータを直列に配置することが可能である。

また、本発明モータの一部を省略して削除した構造も可能である。軟磁性体としては通常の珪素鋼板を使用する他に、アモルファス電磁鋼板、粉状の粉末軟鉄を圧縮成形した圧紛磁心等の使用が可能である。特に小型のモータにおいては、電磁鋼板を打ち抜き加工、折り曲げ加工、鍛造加工を行なうことにより３次元形状部品を形成し、前述の本発明モータの一部の形状を成すこともできる。

モータに通電する電流については省略したが、各相の電流が正弦波状の電流であるモータ、各相の電流が台形波状の電流であるモータ、各相の電流が矩形波状の電流であるモータなど、各種波形の電流で制御することが可能である。

本発明は、多相モータに関し、小型化、高効率化、低コスト化、及び高品質化が必要とされる場合に利用可能である。

本発明の第一の実施形態である３相交流８極のモータの横断面と各相の巻線配置とを示す図である。 図１のモータのステータコアを示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。 電磁鋼板の嵌合部を拡大して示す図である。 隣接する２個の分割コアユニットが組み合わされて電磁鋼板が相互に嵌合する部分の図である。 （ａ）は電磁鋼板を単純に突き合わせた比較例を示す図、（ｂ）は交差状に組み合わせた実施例を示す図である。 分割コアユニットの嵌合部に関する変形例を示す図である。 分割コアユニットの嵌合部に関する別の変形例を示す図である。 分割コアユニットの嵌合部に関するさらに別の変形例を示す図である。 図８の変形例の一部を変更した変形例を示す図である。 電磁鋼板の積層構成に関する変形例を示す図であって、図９の円Ｃ８で示す部分を外周側から見た側面図である。 分割コアユニットの嵌合部の部分拡大図であって、図９の円Ｃ８を拡大して示している。 図９の分割コアユニットを組み合わせる時に、最初に近接する部位を示す図である。 （ａ）は電磁鋼板のプレス切断部の理想形状を、（ｂ）は実際の切断変形をそれぞれ示す部分図である。 （ａ）は電磁鋼板のプレス切断部を組み合わせ容易に変形した変形例を、（ｂ）は別の変形例をそれぞれ示す部分図である。 （ａ）は図１４（ａ）に示す電磁鋼板のプレス切断部に電気絶縁膜あるいは滑り性を改善する膜を塗布した変形例を、（ｂ）は同じく図１４（ｂ）に対応する図である。 ２個の分割コアユニットを組み合わせる際の電磁鋼板角部を示す側面図である。 第一の実施形態の分割コアを示す斜視図である 図１７に示す分割コアにＵ相巻線の一部を配置した図である。 図１８に示す分割コアにＶ相巻線の一部を配置した図である。 図１９に示す分割コアにＷ相巻線の一部を配置した図である。 分割コアにＵ相巻線を巻線機で直接巻回する構成を示す図である。 分割コアに成形コイルを取り付ける様子を示す図である。 円周方向に隣接する分割コアユニットと相互に磁気的に分離した構造の変形例のステータと鼓状巻の一部の巻線の配置構成とを示す図である。 図２３に示すモータの縦横形状を小さくした別の変形例のモータを示す横断面図である。 図２４の変形例におけるステータコアに対して変形を施した別の変形例を示す図であり、（ａ）はステータコアの円周方向形状を、（ｂ）は歯を内径側から見た具体的な形状例を示している 第二の実施形態における外径側と内径側にロータを設けたモータの横断面と巻線配置とを示す図である。 第三の実施形態における３相交流４極のモータの横断面と巻線配置とを示す図である。 図２７に示すモータの巻線図である。 第四の実施形態における５相交流４極２０スロットのモータの横断面形状と巻線配置とを示す図である。 比較例における５相交流８極２０スロットのモータの横断面形状と巻線配置とを示す図である。 第五の実施形態におけるモータを示す図であり、（ａ）は５相巻線の分割コアユニットを、（ｂ）は７相巻線の分割コアユニットをそれぞれ示している。 図３１（ａ）に示す第五の実施形態の分割コアユニットに変形を施した変形例を示す図であって、隣接する分割コアユニットが磁気的に分離されているモータの横断面と巻線の配置関係とを示す図である。 比較例におけるステータのスロット、歯及び巻線の横断面を示す図である。 スロット開口部側の巻線の量を多くした変形例におけるスロットと歯の形状とを示す図である。 同一スロットに異なる断面積の巻線を配置した別の変形例の構成を示す図である。 スロット開口部側の電流密度を上げ、歯の先端には飽和磁束密度の大きな軟磁性体を配置したさらに別の変形例の構成を示す図である。 従来例のモータの縦断面図である。 従来例の３相交流２極１２スロットのモータの横断面図である。 図３８のモータの巻線図である。 図３８のモータの結線図である。 別の従来例の３相交流６極３６スロットのステータの写真である。 図４１のステータのスロット及び巻線の断面を示す図である。 別の従来例の３相交流４極１２スロットのモータの横断面図である。 図４３のモータの巻線図である。 さらに別の従来利の３相交流４極短節巻・集中巻のモータの横断面図である。 図４５のモータの巻線図である。 図４５の同一形状のモータで各歯が円周方向に分割された別の従来例のモータを示す図である。 図４７のモータのバックヨーク部における結合部の構成例を示す図である。

符号の説明

Ｍ１ モータ（第一の実施形態）
Ｍ２ モータ（第二の実施形態）
Ｍ３ モータ（第三の実施形態）
Ｍ４ モータ（第四の実施形態）
Ｍ５，Ｍ５１，Ｍ５２ モータ（第五の実施形態）
Ｓ１，Ｓ１１ ステータ
Ｒ１，Ｒ１１，Ｒ１２ ロータ
Ｓ１Ａ，Ｓ１Ｂ，Ｓ１Ｃ，Ｓ１Ｄ 分割コアユニット
３９０，４００，４１０，４２０ スロット
８０１，８０２・・・・，８１Ｃ 巻線
８２１，８２２・・・・，８３Ｃ 歯
８４２，８４０，８４８，８４３ 分割コア

Claims (23)

1. 複数の歯を有するステータコアに巻線を施してなるステータと、前記ステータと同軸に対向配置されるロータとを備えたモータにおいて、
   前記ステータコアは、周方向にそれぞれ電気角で（３６０°−１歯ピッチ）以上の大きさを有する軟磁性体からなる複数の分割コアに分割され、
   前記各分割コアは、それぞれ巻線が巻回されることにより分割コアユニットを形成し、
   前記ステータは、複数の前記分割コアユニットを周方向に相互に結合して構成されたことを特徴とするモータ。
2. 前記各分割コアの周方向端部は、隣接する他の分割コアの周方向端部と互いに嵌合可能な凹凸形状に形成され、
   前記複数の分割コアユニットは、各々の分割コアの周方向端部に形成された前記凹凸形状を互いに嵌合することにより結合されたことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
3. 前記各分割コアは、電磁鋼板を成形したコアシートを複数積層して形成されるものであって、前記各コアシートの周方向端部を積層方向に不揃いに配置して積層することにより前記凹凸形状が形成され、
   前記各分割コアは、前記凹凸形状の嵌合部を接合することにより互いに結合されたことを特徴とする請求項２に記載のモータ。
4. 前記各分割コアの前記凹凸形状による嵌合部には、前記各周方向端部同士の突き合わせ位置が周方向に３種類以上存在することを特徴とする請求項２又は３に記載のモータ。
5. 前記各分割コアにおける前記凹凸形状は、ロータ軸方向、周方向、及び径方向のうち、２種類以上の方向に凹凸状をなしていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一つに記載のモータ。
6. 前記各分割コアは、その外周部がロータ軸方向に凹凸形状をなしていると共に、周方向端部が周方向と径方向と軸方向とを合成した斜め方向の形状を有することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一つに記載のモータ。
7. 前記各分割コアは、その周方向端部が径方向に傾斜するテーパ状に形成されたことを特徴とする請求項２乃至６のいずれか一つに記載のモータ。
8. 前記各分割コアは、その外周部がロータ軸方向に凹凸形状をなしていると共に、隣接する前記各分割コアの周方向端部同士を相互に嵌合させる時に最初に重なり合う端部が肉薄に形成されたことを特徴とする請求項２乃至７のいずれか一つに記載のモータ。
9. 前記分割コアは、その周方向端部に電気絶縁処理が施されていることを特徴とする請求項２乃至８のいずれか一つに記載のモータ。
10. 前記各分割コアユニットに巻回される巻線は、周方向幅が電気角で３６０°の整数倍であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一つに記載のモータ。
11. 前記各分割コアユニットに巻回される巻線は、前記分割コアへ直接巻回する構成であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一つに記載のモータ。
12. 前記各分割コアユニットに巻回される巻線は、前記分割コアユニットの外部で巻回されたコイルを前記分割コアへ挿入する構成であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一つに記載のモータ。
13. 前記各分割コアユニットの１スロット分の巻線は、前記分割コアにおけるバックヨーク部の外径側を通って巻回される鼓状巻の構成を有することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一つに記載のモータ。
14. 前記ステータのバックヨーク部における円周方向磁路断面積の平均値をＳ_ａｖｅとしたとき、前記分割コアの円周方向端から電気角で１８０°の位相のバックヨーク部の磁気的に有効な円周方向磁路断面積Ｓ_ｃｍは、前記平均値Ｓ_ａｖｅより１０％以上大きいことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一つに記載のモータ。
15. 複数の歯を有するステータコアに巻線を施してなるステータと、前記ステータの外径側と内径側とに同軸に配置されたロータとを備えた複合モータであって、
    前記ステータコアは、周方向に電気角で１８０°以上の大きさを有する複数の分割コアに分割され、
    前記各分割コアは、周方向端部が隣接する他の分割コアの周方向端部と互いに嵌合可能な凹凸形状に形成され、且つそれぞれ巻線が巻回されることにより分割コアユニットを形成し、
    前記複数の分割コアユニットは、各々の分割コアの周方向端部に形成された前記凹凸形状を互いに嵌合することにより結合されたことを特徴とするモータ。
16. 前記各分割コアの前記凹凸形状による嵌合部の周方向幅は、そのバックヨーク部の厚みの１／３以上であることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか一つに記載のモータ。
17. 前記各分割コアは、相互にレーザ溶接によって結合されたことを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか一つに記載のモータ。
18. 前記各分割コアの端面に巻線を案内する巻線案内部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか一つに記載のモータ。
19. ３相モータであることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか一つに記載のモータ。
20. ５相又は７相モータであることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか一つに記載のモータ。
21. 前記各分割コアは、スロットの断面形状において開口部側の円周方向幅がバックヨーク側の円周方向幅より大きいことを特徴とする請求項１乃至２０のいずれか一つに記載のモータ。
22. 前記各分割コアは、スロットの開口部側に配置される巻線の断面積がバックヨーク側に配置される巻線の断面積より小さいことを特徴とする請求項１乃至２１のいずれか一つに記載のモータ。
23. 前記各分割コアは、前記歯のスロット開口部側の軟磁性材の飽和磁束密度が相対的に高く、前記歯のスロット奥側の軟磁性材の飽和磁束密度が相対的に低いことを特徴とする請求項１乃至２２のいずれか一つに記載のモータ。

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