JP2014147178A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】磁気の取り込み量を確保しつつ、コギングトルク増加を抑えることが可能なモータを提供する。
【解決手段】磁性板は、前記メインコア部における軸方向端部に積層される積層部と、この積層部の前記ロータ側の端部から軸方向外側に延出されるとともに前記ロータと径方向に対向するロータ対向部とを有する。モータは、前記ロータ対向部の軸方向長さをｈ、ロータ対向部の径方向長さ（板厚）をｔ、前記ロータ対向部に対する界磁磁石の軸方向延出長さをｓとした場合に、ｈ＝ｔ×Ｋ−０．５ｓ（但し、係数Ｋは０＜Ｋ＜６．３の範囲）を満たすように構成される。
【選択図】図１２

Description

本発明は、モータに関するものである。

従来、例えば特許文献１に示すように、コアの軸方向端面において、コアに積層される積層部と、この積層部から軸方向外側に延びて磁石と径方向において対向する対向部を有する磁性板（特許文献１では補助ロータコア）を備えたモータが知られている。このように磁石と径方向において対向する対向部を設けることで、磁気取り込み量を増やすことが可能となる。

特開平５−２８４６７９号公報

ところで、上記のようなモータにおいて、磁気の取り込み量を増大させるためには、前記対向部よりも磁石の軸方向長さを長くすることが好ましい。しかしながら、磁性板（対向部）に磁気が集中し過ぎるとコギングトルクの増加となりやすい。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、磁気の取り込み量を確保しつつ、コギングトルク増加を抑えることが可能なモータを提供することにある。

上記課題を解決するモータは、回転軸の軸方向に積層された複数のコアシートよりなるステータコア及び該ステータコアに設けられた電機子巻線を有するステータと、前記ステータコアと径方向に対向する界磁磁石を有するロータと、を備えたモータであって、前記ステータコアは、前記電機子巻線が巻回されるティース構成部を有する前記コアシートが軸方向に積層されてなるメインコア部と、該メインコア部の軸方向端部に設けられる磁性板とを備え、前記磁性板は、前記メインコア部における軸方向端部に積層される積層部と、該積層部の前記ロータ側の端部から軸方向外側に延出されるとともに前記ロータと径方向に対向するロータ対向部とを有し、前記ロータ対向部の軸方向長さをｈ、ロータ対向部の径方向長さ（板厚）をｔ、前記ロータ対向部に対する界磁磁石の軸方向延出長さをｓとした場合に、ｈ＝ｔ×Ｋ−０．５ｓ（但し、係数Ｋは０＜Ｋ＜６．３の範囲）を満たすように構成される。

この構成によれば、ｈ＝ｔ×Ｋ−０．５ｓ（但し、係数Ｋは０＜Ｋ＜６．３の範囲）を満たすようにモータを構成することで、図１２において直線Ｘ１以下の範囲のコギングトルクが得られるため、コギングトルクの増加を抑える範囲でロータ対向部を設けて磁気の取り込み量を確保することが可能となる。

上記モータにおいて、前記磁性板は、前記係数Ｋの範囲が５．４＜Ｋ＜６．３を満たすように構成されることが好ましい。
この構成によれば、係数Ｋの範囲を５．４＜Ｋ＜６．３を満たすように、モータを構成することで、図１２において直線Ｘ２〜Ｘ１の範囲のコギングトルクが得られるため、コギングトルクの増加を抑えつつロータ対向部の軸方向長さや界磁磁石の軸方向延出長さを
長く確保して磁気の取り込み量を確保することが可能となる。

上記モータにおいて、前記ティース構成部は、径方向において前記ロータ側に延出するものであり、前記ロータ側ほど周方向幅が狭くなるように形成されることが好ましい。
この構成によれば、ロータ側に延出するティース構成部がロータ側ほど周方向幅が狭くなるように構成されるため、例えばインナロータ型のモータでは径方向内側において電機子巻線のスペースを確保することができる。また、この場合、前記ティース構成部は磁性板と当接しているため、ティース構成部のロータ側の幅狭の部位に集中する磁気を緩和させて磁気飽和を抑えることができる。

上記モータにおいて、前記ロータの界磁磁石は、フェライト磁石よりなることが好ましい。
この構成によれば、ロータの界磁磁石は、比較的安価なフェライト磁石よりなるため、モータの低コスト化に寄与できる。

上記モータにおいて、前記磁性板は、前記メインコア部の軸方向両側に設けられることが好ましい。
この構成によれば、ロータ対向部を有する磁性板が軸方向両側に形成されるため、メインコアの軸方向長さを抑えつつ磁気の取り込み量をより拡大させることができる。また、ロータ対向部の反ロータ側に電機子巻線を配することができるため、軸方向長さを抑えることができる。

上記モータにおいて、前記電機子巻線は、前記ステータコアに軸方向に沿って形成された複数のスロットに挿入されるとともに該スロットから軸方向に突出する突出部が互いに電気的に接続された複数のセグメント導体よりなり、前記セグメント導体の前記突出部が、前記磁性板の前記ロータ対向部と径方向に対向するように構成されていることが好ましい。

この構成によれば、セグメント導体の軸方向の突出部が磁性板のロータ対向部と径方向に対向するため、ステータコアにおけるロータとの対向面を磁性板のロータ対向部によって確保して高出力を図りつつも、ステータの軸方向への大型化を抑えることができる。

上記モータにおいて、前記ステータコアの軸方向両側にそれぞれ設けられて該ステータコアを軸方向に挟持する第１フレーム及び第２フレームを備え、前記第１フレームと前記第２フレームとの間から前記ステータコアの外周面が外部に露出されるように構成されることが好ましい。

この構成によれば、各フレームでステータコアを軸方向に挟持する際に、ステータコアの外周面が露出されるため、ステータコア（ステータ）の熱を外部に放出しやすくできる。また、電機子巻線がセグメント導体にて構成されたステータの場合、電機子巻線の占積率を高く構成できる一方で発熱しやすくもなるが、ステータコアの外周面が各フレーム間から外部に露出されるため、ステータで生じた熱を外部に逃がしやすく好適である。

上記モータにおいて、前記第１及び第２フレームは、前記磁性板の前記積層部を介して前記メインコア部を軸方向に挟むように構成されることが好ましい。
この構成によれば、磁性板の積層部を各フレームに対して軸方向に干渉しないように小型にする必要がないため、出力の低下を抑えることができる。

上記モータにおいて、前記磁性板の板厚は、前記コアシートの板厚よりも厚く設定されていることが好ましい。
この構成によれば、磁性板の板厚をコアシートの板厚よりも厚くして磁性板を介して磁気を取り込みやすくすることができるため、より一層の高出力化に寄与できる。

本発明のモータによれば、磁気の取り込み量を確保しつつ、コギングトルク増加を抑えることが可能である。

実施形態のモータの模式断面図である。 同形態のステータの平面図である。 （ａ）は同形態の磁性板について説明するための断面図であり、（ｂ）は同形態の磁性板のロータ対向部について説明するための正面図である。 同形態のステータコアの分解斜視図である。 同形態のステータコアを模式断面図である。 同形態のステータを部分的に拡大して示す平面図である。 同形態のセグメント導体の屈曲部位を示す模式断面図である。 同形態のモータの一部を拡大して示す模式断面図である。 同形態の磁性板を１枚用いた構造のステータコアの断面図である。 同形態の磁性板のロータ対向部とコギングトルクとの関係を示すグラフである。 同形態の磁性板のロータ対向部に対する界磁磁石の軸方向延出長さが０．５ｍｍの場合におけるロータ対向部とコギングトルクとの関係を示すグラフである。 ロータ対向部と、界磁磁石と、コギングトルクとの関係を示す面グラフである。 同形態の磁性板のロータ対向部とコギングトルクとの関係を３次元で示したグラフである。 磁性板を２枚積層した構造のステータコアの断面図である。 磁性板を３枚積層した構造のステータコアの断面図である。 別例のモータを部分的に拡大して示す模式断面図である。 別例のモータを部分的に拡大して示す模式断面図である。

以下、モータの一実施形態について説明する。
図１に示すように、本実施形態のモータ１０は、リヤフレーム１１とフロントフレーム１２によってモータ１０の軸方向に挟持された環状のステータ１３の内側にロータ１４が配置されて構成されている。なお、モータ１０の軸方向出力側（後述するジョイント６３側）を保持するフレームをフロントフレーム１２とし、軸方向反出力側を保持するフレームをリヤフレーム１１としている。各フレーム１１，１２は、互いに離間しないようにステータ１３の外周側の位置でスルーボルト１５にて締結固定されている。

［フレーム］
リヤフレーム１１及びフロントフレーム１２は、アルミニウムや鋼鉄等の金属材料にて形成されている。リヤフレーム１１は、略円盤状の本体部１１ａと、本体部１１ａの外周縁からモータ１０の軸方向に延出された円筒状のステータ保持部１１ｂとを備えている。一方のフロントフレーム１２も略同様の構成であり、略円盤状の本体部１２ａと、本体部１２ａの外周縁からモータ１０の軸方向に延出された円環状のステータ保持部１２ｂとを備えている。各フレーム１１，１２の本体部１１ａ，１２ａの径方向中央には、同軸上に配置された軸受１６，１７が保持され、その軸受１６，１７には、ロータ１４の回転軸１８が軸支されている。

各フレーム１１，１２の本体部１１ａ，１２ａには、その外周縁の複数箇所（例えば２箇所）から径方向外側に延びる締結固定部１１ｃ，１２ｃが形成されている。なお、図１では、周方向に複数設けられた締結固定部１１ｃ，１２ｃをそれぞれ１つのみ図示している。リヤフレーム１１側の締結固定部１１ｃとフロントフレーム１２側の締結固定部１２ｃは互いに同数設けられるとともに、回転軸１８の軸方向に互いに対向している。そして、それぞれ対をなす締結固定部１１ｃ，１２ｃがスルーボルト１５によって締結固定されることで、各フレーム１１，１２がステータ１３を挟持する状態で互いに固定されるようになっている。

［ステータ］
ステータ１３は、各フレーム１１，１２のステータ保持部１１ｂ，１２ｂに挟持された円環状のステータコア２１と、そのステータコア２１に装着された電機子巻線２２とを備える。

図２及び図６に示すように、ステータコア２１は、その外周を構成する円筒部２３と、その円筒部２３から径方向内側に延出された複数（本実施形態では６０個）のティース２４とからなる。各ティース２４には、径方向内側に向かうにつれて周方向幅が狭くなるテーパ状をなす径方向延出部２４ａが形成され、その各径方向延出部２４ａの先端部（径方向内側端部）には、該径方向延出部２４ａよりも周方向幅が広い幅広部２４ｂが形成されている。径方向延出部２４ａの周方向両端面は、回転軸１８の軸線と平行な平面状をなすとともに、周方向に隣り合う周方向端面同士が平行をなしている。

各ティース２４の間の空間は、電機子巻線２２を構成するセグメント導体２５を収容する部位であるスロットＳとして構成される。つまり、スロットＳは、ティース２４の周方向側面とティース２４間における円筒部２３の内周面とから構成されている。本実施形態では、ティース２４は、周方向に隣り合う径方向延出部２４ａの周方向端面同士が平行となるように形成されるため、各スロットＳが軸方向視で略矩形状をなすように構成されている。また、各スロットＳは、ステータコア２１を軸方向に沿って貫通するとともに、径方向内側に開口する形状をなしている。なお、ステータコア２１に形成されたスロットＳの個数は、ティース２４と同数（本実施形態では６０個）である。

［ステータコア］
上記のような形状を有するステータコア２１は、複数の鋼板を積層して一体化することによって成形されている。

詳述すると、図４に示すように、ステータコア２１は、鋼板をプレス加工により打ち抜いて形成した複数枚のコアシート３０を軸方向に積層してかしめて一体化することにより形成されたメインコア部３１と、メインコア部３１の軸方向両端部にそれぞれ固定された磁性板４０（補助コア部）とから構成されている。なお、本実施形態では、磁性板４０は、同形状のものがメインコア部３１の軸方向両側に１枚ずつ設けられている。

メインコア部３１の各コアシート３０は同一形状をなし、板面が軸方向と直交するように配置されている。この各コアシート３０は、円環状をなす環状部３２と、その環状部３２から径方向内側に延びる複数のティース構成部３３を有している。また、各コアシート３０は、ティース構成部３３が軸方向沿って重なるように積層されている。

図２、図４及び図６に示すように、磁性板４０は、プレス加工により成形されるものであり、メインコア部３１の軸方向両端のコアシート３０に積層された板状の積層部４１を有している。積層部４１は、メインコア部３１のコアシート３０に対して平行且つ同軸となるように積層されている。また、磁性板４０は、その板厚Ｔ１がメインコア部３１のコ
アシート３０の板厚Ｔ２よりも厚く設定されている（図１参照）。

積層部４１には、コアシート３０の環状部３２と軸方向に重なる円環状をなす環状部４２と、その環状部４２から径方向内側に延びる複数のティース構成部４３とが形成されている。積層部４１のティース構成部４３は、軸方向視においてコアシート３０のティース構成部３３と同形状をなしている。磁性板４０は、積層部４１の環状部４２及びティース構成部４３が、コアシート３０の環状部３２及びティース構成部３３とそれぞれ軸方向に重なるように設けられている。このコアシート３０と磁性板４０の各環状部３２，４２がステータコア２１の円筒部２３を構成し、各ティース構成部３３，４３がステータコア２１のティース２４を構成している。また、積層部４１の環状部４２の外径は、コアシート３０の環状部３２の外径よりも小さく形成されている（図２参照）。これにより、軸方向視においてコアシート３０の環状部３２の外周縁全体が露出するように構成されている。

磁性板４０のティース構成部４３の径方向内側端部（ロータ１４側端部）には、軸方向外側（反メインコア部側）に延出されたロータ対向部としてのロータ対向部４４が形成されている。ロータ対向部４４は、ティース構成部４３の径方向内側端部を軸方向外側に直角に屈曲することで形成されている。つまり、磁性板４０は、軸方向外側に屈曲形成されたロータ対向部４４で板面が径方向を向くように形成されている。なお、ロータ対向部４４の内径面は、メインコア部３１（コアシート３０）の内径と同径となるように曲面形成されている。また、積層部４１の軸方向厚みとロータ対向部４４の径方向厚みは、磁性板４０の板厚Ｔ１によって決まり、それらは互いに等しい厚みとなっている。また、ロータ対向部４４とティース構成部４３との間の折曲部位（ティース構成部４３とロータ対向部４４のなす角部）の肉厚は、ロータ対向部４４の板厚（つまり、磁性板４０の板厚Ｔ１）よりも厚くなるように形成されている。

図３（ａ）（ｂ）に示すようにロータ対向部４４は、周方向両側に周方向側部としての側縁部４４ａ，４４ｂを有する。この側縁部４４ａ，４４ｂは、回転軸１８の軸線Ｌ１方向（軸方向）に対して傾斜する形状とされる。側縁部４４ａ，４４ｂは、前記軸方向外側（反積層部４１側）ほど前記ロータ対向部４４の周方向中央側に近づくように傾斜されている。また、周方向一方側の側縁部４４ａと周方向他方側の側縁部４４ｂとは、前記ロータ対向部４４の周方向中心を通る仮想線Ｌ２（軸線Ｌ１に沿った直線）を中心として対称形状をなすように形成される。このため、ロータ対向部４４は、その軸方向基端側（軸方向内側）の周方向幅がティース２４の幅広部２４ｂを構成するティース構成部３３，４３の先端部の周方向幅と等しく形成され、軸方向先端側（軸方向外側）ほど周方向幅が狭く、径方向視で台形形状をなすように形成される。なお、本実施形態の各ロータ対向部４４は全て同形状をなすように形成される。

図５に示すように、コアシート３０と磁性板の積層部４１の各環状部３２，４２には、板厚方向に突出する凸部４５（ダボ）がプレス加工にて形成されている。各環状部３２，４２において、凸部４５は周方向に複数（本実施形態では４つ）形成されている。また、各環状部３２，４２は、各凸部４５の裏側において凸部４５の成形時に形成された凹部４６を有している。そして、各凸部４５は、軸方向に隣り合うコアシート３０の凹部４６に圧入固定（かしめ固定）されている。これにより、各コアシート３０が一体化されてメインコア部３１を構成するとともに、そのメインコア部３１の軸方向両側に磁性板４０が固定される。

図６に示すように、ステータコア２１の各スロットＳ内には、絶縁性の樹脂材料から形成されたシート状の絶縁部材４７が装着されている。各絶縁部材４７は、スロットＳの径方向外側端部で折り返された状態で設けられ、スロットＳの内周面に沿うように形成されている。また、各絶縁部材４７はスロットＳに軸方向に挿入されるものであり、絶縁部材
４７の軸方向長さは、スロットＳの軸方向長さよりも長く設定されている。つまり、絶縁部材４７の軸方向両端部は、スロットＳの軸方向両端部から外部に突出している（図７参照）。

［電機子巻線］
図６及び図８に示すように、上記したステータコア２１に装着された電機子巻線２２は、複数のセグメント導体２５（セグメントコンダクタ）にて構成されている。各セグメント導体２５は、所定のもの同士で接続されて、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）Ｙ結線の電機子巻線２２を構成している。また、各セグメント導体２５は、同一断面形状（断面矩形状）の線材から形成されるものである。

各セグメント導体２５は、スロットＳ内に挿通される部位である一対の直線部５１と、スロットＳから軸方向一方側（リヤフレーム１１側）に突出する第１突出部５２と、スロットＳから軸方向他方側（フロントフレーム１２側）に突出する第２突出部５３とを有し、第１突出部５２側で折り返される略Ｕ字状をなしている。また、第１及び第２突出部５２，５３は、磁性板４０のロータ対向部４４と径方向に対向している。

一対の直線部５１は、径方向位置が互いにずれるように形成されるとともに、周方向位置の異なるスロットＳにそれぞれ挿入される。また、直線部５１はスロットＳ内において絶縁部材４７の内側に配置されている（図６参照）。この絶縁部材４７によってセグメント導体２５とステータコア２１とが電気的に絶縁されている。

セグメント導体２５は、各スロットＳ内において直線部５１が径方向に４つ並ぶように配置されている。そして、セグメント導体２５には、２つの直線部５１が径方向内側から１つ目と４つ目に配置されるもの（図８において外側に図示されたセグメント導体２５ｘ）と、２つの直線部５１が径方向内側から２つ目と３つ目に配置されるもの（図８において内側に図示されたセグメント導体２５ｙ）の２種類が用いられている。なお、主にこの２種類のセグメント導体２５ｘ，２５ｙから電機子巻線２２が構成されるが、例えば電機子巻線２２の端部（電源接続端子や中性点接続端子等）を構成するセグメント導体には、別種類のもの（例えば、直線部が１つだけのセグメント導体）が用いられる。

各直線部５１は、スロットＳを軸方向に貫通してフロントフレーム１２側に突出した第２突出部５３が、周方向に屈曲されて他のセグメント導体２５の直線部５１や、特殊な種類のセグメント導体と溶接等により電気的に接続され、これにより、各セグメント導体２５によって電機子巻線２２が構成される。

また、セグメント導体２５の第１及び第２突出部５２，５３は、スロットＳの軸方向両端で直線部５１に対して周方向に屈曲されている。ここで、第１突出部５２が周方向に屈曲されたスロットＳの軸方向端部付近の拡大図を図７に示す。同図に示すように、スロットＳの軸方向一端を構成する磁性板４０（積層部４１）のティース構成部４３の角部には、円弧状に面取りされた面取り部４３ａが形成されている。また、第２突出部５３側の磁性板４０にも同様に、スロットＳの軸方向他端を構成するティース構成部４３の角部に面取り部４３ａが形成されている。面取り部４３ａは、第１及び第２突出部５２，５３の周方向への屈曲形状に沿う円弧状をなし、その屈曲部位に対して広い面積で接触するようになっている。これにより、第１及び第２突出部５２，５３の周方向の屈曲部位に対して、ティース構成部４３の角部から局所的に力が加わることが抑制され、その屈曲部位の損傷が抑制されるようになっている。また同様に、第１及び第２突出部５２，５３の屈曲部位と面取り部４３ａとに挟まれた絶縁部材４７の損傷も抑制されている。また、本実施形態では、磁性板４０の板厚Ｔ１（ティース構成部４３の板厚）がコアシート３０の板厚Ｔ２よりも厚いため、面取り部４３ａの曲率半径Ｒｍをコアシート３０の板厚Ｔ２よりも大き
く設定可能となっている。これにより、曲率半径Ｒｍが大きい面取り部４３ａによってセグメント導体２５の屈曲部位の損傷がより好適に抑制されるようになっている。

また、図８に示すように、セグメント導体２５の折り返し部２５ａが形成された第１突出部５２は、径方向外側に傾く（膨らむ）ように形成されている。これにより、折り返し部２５ａがスロットＳの径方向中央よりも径方向外側に偏倚するとともに、第１突出部５２の径方向内側端部５２ａがスロットＳの径方向内側端部Ｓａよりも径方向外側に位置するように構成される。これにより、第１突出部５２と磁性板４０のロータ対向部４４との径方向間の間隙が広く構成されるため、第１突出部５２とロータ対向部４４との干渉がより好適に抑制されている。その結果、セグメント導体２５とロータ対向部４４との絶縁性がより好適に確保されるだけでなく、第１突出部５２との干渉によってロータ対向部４４が変形することによるコギングトルクの増大や出力の低下が抑制されている。

一方、セグメント導体２５の第２突出部５３には、折り返し部が形成されず、その第２突出部５３同士が溶接接合される構成のため、第２突出部５３とロータ対向部４４との間隙を容易に確保できるようになっている。また、第２突出部５３の溶接部位は、フロントフレーム１２側のロータ対向部４４の軸方向先端部よりも軸方向外側（反メインコア部側）に形成されている。これにより、第２突出部５３の溶接作業においてロータ対向部４４が邪魔になりにくく、作業性が向上されるとともに、第２突出部５３とロータ対向部４４との絶縁性をより確実に確保することが可能となっている。なお、第２突出部５３の溶接部位を、フロントフレーム１２側のロータ対向部４４の軸方向先端部よりも軸方向内側（メインコア部３１側）に設定してもよく、この場合には、第２突出部５３がロータ対向部４４よりも軸方向外側に突出しないように構成できるため、ステータ１３の軸方向の小型化に寄与できる。

［ステータコアの保持構成］
図１に示すように、上記構成のステータ１３を保持する各フレーム１１，１２のステータ保持部１１ｂ，１２ｂは、各フレーム１１，１２の本体部１１ａ，１２ａから軸方向に延出する円筒状をなしている。ステータ保持部１１ｂ，１２ｂの外径は、ステータ保持部１１ｂ，１２ｂのメインコア部３１の外径よりも大きく形成されている。また、ステータ保持部１１ｂ，１２ｂの内径は、メインコア部３１の外径よりも小さく、且つ、磁性板４０（積層部４１）の外径よりも大きく形成されている。

図８に示すように、ステータ保持部１１ｂ，１２ｂの先端部（軸方向内側端部）には、外嵌部１１ｄ，１２ｄがそれぞれ形成されている。各外嵌部１１ｄ，１２ｄは、ステータ保持部１１ｂ，１２ｂの内径を大きくすることにより径方向の厚さが薄く形成された部分であり、円環状をなしている。外嵌部１１ｄ，１２ｄの内径は、メインコア部３１の外径と略等しく形成されており、外嵌部１１ｄ，１２ｄの径方向内側には、軸方向と直交する平面状をなす当接面１１ｅ，１２ｅがそれぞれ形成されている。

ステータコア２１において、磁性板４０の積層部４１の外周側でメインコア部３１の外周縁が軸方向両側に露出された部位（露出面３１ａ）が各フレーム１１，１２のステータ保持部１１ｂ，１２ｂに挟持されている。詳しくは、ステータ保持部１１ｂ，１２ｂは、外嵌部１１ｄ，１２ｄがメインコア部３１の軸方向両端の外周縁にそれぞれ外嵌されるとともに、当接面１１ｅ，１２ｅがメインコア部３１の軸方向両側の露出面３１ａにそれぞれ軸方向に当接している。この状態で、各フレーム１１，１２が前記スルーボルト１５によって互いに連結固定されることで、メインコア部３１がステータ保持部１１ｂ，１２ｂによって軸方向に挟持される。また、ステータ保持部１１ｂ，１２ｂの先端部の間からは、ステータコア２１のメインコア部３１の外周面が外部に露出されている。

［ロータ］
図１、図２及び図８に示すように、ロータ１４は、軸受１６，１７に軸支された回転軸１８と、回転軸１８に一体回転可能に固定された円筒状のロータコア６１と、ロータコア６１の外周面に固設された複数（本実施形態では１０個）の界磁磁石６２とから構成されている。

図８に示すようにロータコア６１は、第１及び第２コアシート６１ａ，６１ｂを軸方向に複数積層して構成される。第１コアシート６１ａは、図２に示すように円環状の円環状部６１ｃを備える。第２コアシート６１ｂは、前記第１コアシート６１ａと略同形状の円環状部６１ｃの径方向外側面において、径方向外側に突出する突起部６１ｄを周方向に複数有する。

図８に示すように本実施形態のロータコア６１は、その軸方向略中央に前記突起部６１ｄを有する第２コアシート６１ｂを複数積層し、その軸方向両側のそれぞれに第１コアシート６１ａを複数積層して構成される。すなわち、ロータコア６１は、軸方向中央側に前記突起部６１ｄが位置する構成とされる。

図２に示すように各界磁磁石６２は、フェライト磁石よりなり、磁極（Ｎ極とＳ極）が周方向で交互に異なるように配置されている。各界磁磁石６２は、周方向において間隙を有して前記ロータコアの外周面に固着された所謂セグメント磁石である。

ロータコア６１及びロータ１４の界磁磁石６２の軸方向長さをステータコア２１の内周端部の軸方向長さ（即ち、一方の磁性板４０のロータ対向部４４の先端から他方の磁性板４０のロータ対向部４４の先端までの長さ）に対して長くなるように設定されている。即ち、界磁磁石６２は、ステータコア２１のメインコア部３１の内周面と各磁性板４０のロータ対向部４４に対して径方向に対向している。そして、各界磁磁石６２は、ロータコア６１の軸方向略中央側に設けられた突起部６１ｄと周方向において当接あるいは僅かの隙間を隔てて配置され、周方向への位置ずれ（空転）が抑えられている。

図１に示すように、回転軸１８の先端部（図１において左側の端部）は、フロントフレーム１２を貫通してモータ１０の外部に突出している。そして、この回転軸１８の先端部には、該回転軸１８と一体回転するジョイント６３が設けられている。このジョイント６３は図示しない外部装置に連結され、その外部装置に回転軸１８の回転を伝達する。

［ロータとステータとの関係］
次に、上記のように構成されたロータ１４とステータ１３との関係について説明する。
図１０には、ロータ対向部４４の軸方向長さとコギングトルクとの関係を示し、横軸をロータ対向部４４の軸方向長さｈとし、縦軸をコギングトルクとして図示している。また、図１０では、ロータ対向部４４に対する界磁磁石６２の軸方向延出長さｓの違いを線の種類を変更して図示している。具体的には、ロータ対向部４４に対する界磁磁石６２の軸方向延出長さｓが０．０、０．２５、０．５、０．７５、１．０、１．２５、１．５、１．７５、２．０の計９種類あり、これらを順に一点鎖線、長破線、実線、二点鎖線、太い一点鎖線、太い破線、太い実線、破線、太い二点鎖線で示している。また、図１１には、図１０において実線で示したロータ対向部４４に対する界磁磁石６２の軸方向延出長さｓ＝０．５の場合を抜き出して図示している。なお、いずれにおいてもロータ対向部４４の径方向長さ（板厚）ｔは、１．２ｍｍであり、図９に示すように、前記板厚Ｔ１と同一厚みである。また、ロータ対向部４４の軸方向長さｈを長くすると、相対的に界磁磁石６２自体の軸方向長さも長くしている。

図１０及び図１１からわかるように、ロータ対向部４４の軸方向長さｈが比較的低い第
１の範囲（図１１においてＲ１で示す）ではコギングトルクの変化は少ない。そして、ロータ対向部４４の軸方向長さｈが比較的低い範囲である前記第１の範囲Ｒ１を超えてから所定の第２の範囲（図１１においてＲ２で示す）ではロータ対向部４４の根元部分である軸方向基端側において磁束の増大が誘発されてコギングトルクが徐々に増加する。また、ロータ対向部４４の軸方向長さｈが前記第２の範囲Ｒ２を超えてから所定の第３の範囲（図１１においてＲ３で示す）では、ロータ対向部４４（磁性板４０）でのコギングトルクの位相がメインコア部３１に対して反転して、相殺関係となって一時的にコギングトルクの増加が抑えられる。そして、ロータ対向部４４の軸方向長さｈが前記第３の範囲Ｒ３を超えた比較的長い第４の範囲（図１１においてＲ４で）ではコギングトルクが急激に悪化することがわかる。

図１２及び図１３には、ロータ対向部の軸方向長さｈと、ロータ対向部に対する界磁磁石の軸方向延出長さｓと、コギングトルクとの関係を示している。図１２では、縦軸をロータ対向部４４の軸方向長さｈとし、横軸をロータ対向部４４に対する界磁磁石６２の軸方向延出長さｓとし、領域Ａｒ１〜Ａｒ２９でコギングトルクの大きさを示している。また、図１３では、図１２を３次元で表している。図１２及び図１３では、コギングトルクが低い方から順に、領域Ａｒ１、Ａｒ２、・・・、Ａｒ２８、Ａｒ２９として示しており、同範囲のコギングトルクにおいては領域内を同一のパターンで図示している。

図１２及び図１３からわかるように、ロータ対向部４４の軸方向長さｈが長くなるほど、概ねコギングトルクが高くなる傾向にあり、ロータ対向部４４に対する界磁磁石６２の軸方向延出長さｓが長くなるほど、概ねコギングトルクが高くなる傾向にある。これらの関係は、次の式１で表すことができる。なお、式１においてロータ対向部４４の軸方向長さをｈ、ロータ対向部４４の径方向長さ（板厚）をｔ、前記ロータ対向部４４に対する界磁磁石６２の軸方向延出長さをｓとして示している。

ｈ＝ｔ×Ｋ−０．５ｓ・・・（式１）
ここで、本実施形態の場合、前記係数Ｋを０＜Ｋ＜６．３の範囲とすることで、図１２において直線Ｘ１よりも低い範囲のコギングトルクを得ることができる。すなわち、係数Ｋを０＜Ｋ＜６．３の範囲として上記式１を満たすように磁性板４０及び界磁磁石６２を構成することで、磁気の取り込み量を考慮しつつ、急激なコギングトルクの変化が少ない範囲（図１１において第１の範囲Ｒ１、第２の範囲Ｒ２及び第３の範囲Ｒ３）とすることができるようになる。

さらに、前記係数Ｋの下限を５．４より大として、係数Ｋの範囲を５．４＜Ｋ＜６．３とすることで、図１２において直線Ｘ２と直線Ｘ１の範囲（前記第３の範囲Ｒ３に相当する範囲）に設定できる。すなわち、係数Ｋを５．４＜Ｋ＜６．３の範囲として上記式１を満たすように磁性板４０及び界磁磁石６２を構成することで、急激なコギングトルクの変化が少ない範囲（前記第３の範囲Ｒ３）において、磁気の取り込み量を好適に増やすことができるようになる。

このため、本実施形態のモータ１０では、前記係数Ｋを０＜Ｋ＜６．３の範囲で前記式１を満たす構成としている。更に好ましくは前記係数Ｋを５．４＜Ｋ＜６．３の範囲で前記式１を満たす構成としている。

次に、本実施形態の作用について説明する。
上記のように構成されたモータ１０は、ステータ１３の電機子巻線２２への通電により発生した磁界とロータ１４の界磁磁石６２の磁界とが、メインコア部３１の内周面と各磁性板４０のロータ対向部４４を介して作用し合い、ロータ１４が回転するようになっている。なお、本実施形態では、磁性板４０の板厚Ｔ１がコアシート３０の板厚Ｔ２よりも厚
く設定されているため、磁性板４０での磁気飽和が生じにくく、磁性板４０を介して磁気を取り込みやすくなっている。

ここで、本実施形態のモータ１０では、前記係数Ｋを０＜Ｋ＜６．３の範囲で前記式１を満たす構成とされるため、急激なコギングトルクの増加が抑えられる範囲において磁性板４０のロータ対向部４４を設けて磁気の取り込み量が確保されている。さらに、前記係数Ｋを５．４＜Ｋ＜６．３の範囲で前記式１を満たす構成とすることで、急激なコギングトルクの変化が少ない範囲（前記第３の範囲Ｒ３）において、磁気の取り込み量を好適に増やすことが可能となっている。

また、ロータ対向部４４は、径方向視で台形形状をなすため、周方向に磁気的にスキューされた形状とされる。これにより、コギングトルクが低減されるようになっている。
また、各磁性板４０のロータ対向部４４は、ステータコア２１のティース２４のロータ１４側端部（径方向内側端部）から軸方向に延びるように形成されている。これにより、ステータコア２１のロータ１４との対向面（ステータコア２１の内周面）の軸方向長さを確保して高出力化を図りつつも、メインコア部３１の積厚が抑えられるようになっている。そして、メインコア部３１の積厚が抑えられることで、メインコア部３１の積厚の変動（公差）が少なく抑えられるため、そのメインコア部３１を挟む各フレーム１１，１２の軸方向の間隔の変動が抑えられ、ひいては、モータ１０全体の軸方向寸法の変動が抑えられるようになっている。

また、磁性板４０は、その板厚Ｔ１が厚いほどその変動（公差）が大きくなるが、本実施形態のように、各フレーム１１，１２がメインコア部３１のみを挟持して磁性板４０とは軸方向に当接しないように構成することで、モータ１０全体の軸方向寸法の変動がより抑えられるようになっている。

また、ロータ１４のロータコア６１は、その外周面に固設される界磁磁石６２がロータコア６１の突起部６１ｄと周方向において当接あるいは僅かの隙間を隔てて配置されるように構成される。このため、界磁磁石６２の周方向の位置ずれが抑えられる。前記突起部６１ｄは、前記磁性板４０と径方向において対向しないように、ロータコア６１の軸方向中央部に設けられるため、減磁されやすい部位が軸方向に分散されるため、相対的に耐減磁性を高めることが可能となる。

また、電機子巻線２２にセグメント導体２５を用いた構成では、セグメント導体２５を収容するスロットＳの数（ティース２４の数）が多く、ティース２４の周方向幅が狭くなる傾向がある。このため、ティース２４におけるロータ１４との対向面（径方向内側端面）の面積を広くして出力を向上させるためには、本実施形態のように、ロータ対向部４４によってティース２４の径方向内側端面を軸方向に延ばす構成が適している。また、本実施形態のティース２４は、内周側ほど周方向幅が狭くなる径方向延出部２４ａと幅広部２４ｂの境界部分で磁気集中しやすい構成であるが、その境界部位に磁性板４０の積層部４１が重なっているため、磁気集中が緩和されるようになっている。

次に、本実施形態の効果を記載する。
（１）ロータ対向部４４の軸方向長さをｈ、ロータ対向部４４の径方向長さ（板厚）をｔ、前記ロータ対向部４４に対する界磁磁石６２の軸方向延出長さをｓとし、ｈ＝ｔ×Ｋ−０．５ｓ（但し、係数Ｋは０＜Ｋ＜６．３の範囲）を満たすように、モータ１０を構成することで、図１２において直線Ｘ１以下の範囲のコギングトルクが得られる。このため、コギングトルクの増加を抑える範囲でロータ対向部４４を設けて磁気の取り込み量を確保することが可能となる。また、係数Ｋの範囲を５．４＜Ｋ＜６．３を満たすように、モータ１０を構成することで、図１２において直線Ｘ２〜Ｘ１の範囲のコギングトルクが得
られるため、コギングトルクの増加を抑えつつロータ対向部４４の軸方向長さや界磁磁石６２の軸方向延出長さを長く確保して磁気の取り込み量を確保することが可能となる。

（２）径方向においてロータ側に延出するメインコア部３１のティース構成部３３がロータ側ほど周方向幅が狭くなるように構成されるため、本実施形態のようにインナロータ型のモータでは径方向内側において電機子巻線２２のスペースを確保することができる。また、この場合、前記ティース構成部３３は磁性板４０と当接しているため、ティース構成部３３のロータ側の幅狭の部位に集中する磁気を緩和させて磁気飽和を抑えることができる。

（４）ロータ１４の界磁磁石６２は、比較的安価なフェライト磁石よりなるため、モータの低コスト化に寄与できる。
（５）ロータ対向部４４を有する磁性板４０が軸方向両側に形成されるため、メインコア部３１の軸方向長さを抑えつつ磁気の取り込み量をより拡大させることができる。また、ロータ対向部４４の反ロータ側に電機子巻線２２を配することができるため、軸方向長さを抑えることができる。

（６）電機子巻線２２は、ステータコア２１に軸方向に沿って形成された複数のスロットＳに挿入されるとともに該スロットＳから軸方向に突出する第１及び第２突出部５２，５３を有する複数のセグメント導体２５よりなる。そして、セグメント導体２５の第１及び第２突出部５２，５３は、磁性板４０のロータ対向部４４と径方向に対向するように構成される。これにより、ステータコア２１におけるロータ１４との対向面を磁性板４０のロータ対向部４４によって確保して高出力を図りつつも、ステータ１３の軸方向への大型化を抑えることができる。

（７）各フレーム１１，１２のステータ保持部１１ｂ，１２ｂは、メインコア部３１の外周縁（露出面３１ａ）を軸方向に直接的に挟むように構成され、磁性板４０に対しては軸方向に当接しないように構成される。このため、メインコア部３１を挟む各フレーム１１，１２の軸方向の間隔の変動（公差）を抑えることができ、その結果、モータ１０全体の軸方向寸法の変動を抑えることが可能となる。また、電機子巻線がセグメント導体にて構成されたステータの場合、電機子巻線の占積率を高く構成できる一方で発熱しやすくもなるが、ステータコアの外周面が各フレーム間から外部に露出されるため、ステータで生じた熱を外部に逃がしやすく好適である。

（８）磁性板４０の板厚Ｔ１は、コアシート３０の板厚Ｔ２よりも厚く設定されるため、磁性板４０を介して磁気を取り込みやすくすることができ、その結果、より一層の高出力化に寄与できる。また、本実施形態のように、磁性板４０の板厚Ｔ１をコアシート３０の板厚Ｔ２よりも厚くして出力向上を図る場合には、磁性板４０の板厚変動が大きくなる。このため、各フレーム１１，１２が磁性板４０とは軸方向に当接しないように構成することで、モータ１０全体の軸方向寸法の変動を抑える効果がより顕著となる。

尚、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、メインコア部３１の軸方向両端部に磁性板４０をそれぞれ１枚用いた構成としたが、これに限らない。例えば図１４に示すようにメインコア部３１の軸方向端部にそれぞれ磁性板を２枚積層して用いたり、図１５に示すようにメインコア部３１の軸方向端部に磁性板を３枚積層して用いたりしてもよい。図１４に示すように、第１及び第２磁性板７１，７２のロータ対向部７１ａ，７２ａの径方向長さｔ２とし、一方の磁性板７１のロータ対向部７１ａの径方向長さｔ２と他方の磁性板のロータ対向部７２ａの径方向長さｔ２とを足し合わせて、上記実施形態のロータ対向部４４の径方向長さｔに相当する。また、図１５に示すように、第１〜第３磁性板７５，７６，７７のロータ対向部
７５ａ，７６ａ，７７ａの径方向長さｔ３とし、第１〜第３磁性板７５，７６，７７のロータ対向部７５ａ，７６ａ，７７ａの径方向長さｔ３を足し合わせて、上記実施形態のロータ対向部４４の径方向長さｔに相当する。

・上記実施形態では、各フレーム１１，１２のステータ保持部１１ｂ，１２ｂは、メインコア部３１の外周縁（露出面３１ａ）を軸方向に直接的に挟み、磁性板４０に対しては軸方向に当接しないように構成されたが、これに特に限定されるものではない。例えば図１６に示すように、磁性板４０の環状部４２（積層部４１）を介してメインコア部３１を軸方向に挟むように構成してもよい。この図１６に示すような構成によれば、磁性板４０の積層部４１をステータ保持部１１ｂ，１２ｂに対して軸方向に干渉しないように径方向に小さくする必要がないため、出力の低下を抑えることができる。また、磁性板４０の板厚Ｔ１をコアシート３０の板厚Ｔ２よりも厚くして出力向上を図る場合には、磁性板４０よりも板厚が薄いコアシート３０の枚数を調整することで、モータ１０全体の軸方向寸法の変動を抑えることが可能である。

・上記実施形態では、各セグメント導体２５は、スロットＳに挿通された一対の直線部５１を繋ぐ第１突出部５２側で折り返されるように形成し、第２突出部５３側で溶接等により接合するように構成されたが、これに特に限定されるものではない。例えば図１７に示すように、一対の直線部５１をそれぞれ別体とし、第１突出部５２においても溶接等により接合するように構成してもよい。また、セグメント導体２５同士の接続は、溶接以外に例えば、バスバー等の別部材を用いた接続構造としてもよい。

・上記実施形態では、磁性板４０の積層部４１の外径をコアシート３０の外径よりも小さくすることで、メインコア部３１の軸方向端面の外周縁全体に亘って露出面３１ａを形成し、その露出面３１ａを各フレーム１１，１２のステータ保持部１１ｂ，１２ｂで挟むように構成したが、これに特に限定されるものではない。例えば、メインコア部３１（コアシート３０）の外周面から径方向外側に突出する突出部を形成し、その突出部をステータ保持部１１ｂ，１２ｂで挟むように構成してもよい。

・上記実施形態では、磁性板４０の積層部４１は、環状部４２とティース構成部４３とを有するが、これ以外に例えば、積層部４１をティース構成部４３のみで構成してもよい。

・上記実施形態では、磁性板４０はメインコア部３１（コアシート３０）にかしめ固定されたが、これ以外に例えば、接着や溶接によって固定してもよい。
・上記実施形態では、磁性板４０の板厚Ｔ１をコアシート３０の板厚Ｔ２よりも厚く設定したが、これに特に限定されるものではなく、磁性板４０の板厚Ｔ１をコアシート３０の板厚Ｔ２に対して等しく、又は薄く設定してもよい。

・上記実施形態では、セグメント導体２５にて構成される電機子巻線２２を用いたが、これ以外に例えば、銅線等をティースに巻回してなる電機子巻線を用いてもよい。
・上記実施形態では、ロータ１４の界磁磁石６２にフェライト磁石を用いたが、これ以外に例えば、ネオジム磁石等、その他の磁石を用いてもよい。

・上記実施形態では、ロータコア６１を複数の第１及び第２コアシート６１ａ，６１ｂよりなる積層構造としたが、これ以外に例えば、ロータコア６１を鋳造等により成形される一体成形品としてもよい。但し、このような構成であっても位置決め部としての突起部６１ｄを形成する。

・上記実施形態では、ロータ１４をステータ１３の内周側に配置したインナロータ型の
モータ１０に具体化したが、これに特に限定されるものではなく、ロータをステータの外周側に配置したアウタロータ型のモータに具体化してもよい。

１０…モータ、１１…リヤフレーム（第１フレーム）、１２…フロントフレーム（第２フレーム）、１３…ステータ、１４…ロータ、１８…回転軸、２１…ステータコア、２２…電機子巻線、２５，２５ｘ，２５ｙ…セグメント導体、３０…コアシート、３１…メインコア部、３３…ティース構成部、４０…磁性板、４１…積層部、４３…ティース構成部、４４…ロータ対向部、６１…ロータコア、６１ａ…コアシート、６２…界磁磁石、７１、７２，７５，７６，７７…磁性板、７１ａ，７２ａ，７５ａ，７６ａ，７７ａ…ロータ対向部、Ｓ…スロット、Ｔ１，Ｔ２…板厚、ｈ…軸方向長さ、ｓ…軸方向延出長さ、ｔ，ｔ２，ｔ３…径方向長さ。

Claims (9)

1. 回転軸の軸方向に積層された複数のコアシートよりなるステータコア及び該ステータコアに設けられた電機子巻線を有するステータと、
   前記ステータコアと径方向に対向する界磁磁石を有するロータと、
   を備えたモータであって、
   前記ステータコアは、前記電機子巻線が巻回されるティース構成部を有する前記コアシートが軸方向に積層されてなるメインコア部と、該メインコア部の軸方向端部に設けられる磁性板とを備え、
   前記磁性板は、前記メインコア部における軸方向端部に積層される積層部と、該積層部の前記ロータ側の端部から軸方向外側に延出されるとともに前記ロータと径方向に対向するロータ対向部とを有し、前記ロータ対向部の軸方向長さをｈ、ロータ対向部の径方向長さ（板厚）をｔ、前記ロータ対向部に対する界磁磁石の軸方向延出長さをｓとした場合に、ｈ＝ｔ×Ｋ−０．５ｓ（但し、係数Ｋは０＜Ｋ＜６．３の範囲）を満たすように構成されることを特徴とするモータ。
2. 請求項１に記載のモータにおいて、
   前記磁性板は、前記係数Ｋの範囲が５．４＜Ｋ＜６．３を満たすように構成されることを特徴とするモータ。
3. 請求項１又は２に記載のモータにおいて、
   前記ティース構成部は、径方向において前記ロータ側に延出するものであり、前記ロータ側ほど周方向幅が狭くなるように形成されることを特徴とするモータ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のモータにおいて、
   前記ロータの界磁磁石は、フェライト磁石よりなることを特徴とするモータ。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のモータにおいて、
   前記磁性板は、前記メインコア部の軸方向両側に設けられることを特徴とするモータ。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のモータにおいて、
   前記電機子巻線は、前記ステータコアに軸方向に沿って形成された複数のスロットに挿入されるとともに該スロットから軸方向に突出する突出部が互いに電気的に接続された複数のセグメント導体よりなり、
   前記セグメント導体の前記突出部が、前記磁性板の前記ロータ対向部と径方向に対向するように構成されていることを特徴とするモータ。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のモータにおいて、
   前記ステータコアの軸方向両側にそれぞれ設けられて該ステータコアを軸方向に挟持する第１フレーム及び第２フレームを備え、
   前記第１フレームと前記第２フレームとの間から前記ステータコアの外周面が外部に露出されるように構成されたことを特徴とするモータ。
8. 請求項７に記載のモータにおいて、
   前記第１及び第２フレームは、前記磁性板の前記積層部を介して前記メインコア部を軸方向に挟むように構成されることを特徴とするモータ。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載のモータにおいて、
   前記磁性板の板厚は、前記コアシートの板厚よりも厚く設定されていることを特徴とするモータ。