JP2018029460A - 種類の異なる同期電動機と同一の部品を備える同期電動機および同期電動機の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】出力特性が異なる他の同期電動機と部品を共用することができる同期電動機を提供する。
【解決手段】同期電動機は、３相交流電流にて駆動する。ロータ鉄心３１は、電磁鋼板にて形成された板状部材が積層された積層体を含む。板状部材は、平面形状がほぼ円形に形成されており、外周に突起部３２を有する。変数ｘを自然数および変数ｙを正の奇数とした時に、ステータ２のスロット数は３ｘｙである。ロータ３の極数は（３ｙ＋１）ｘまたは（３ｙ−１）ｘである。１枚の板状部材の突起部３２の個数は、（３ｙ＋１）ｘと（３ｙ−１）ｘとの公約数である。積層体は、突起部３２が互いにずれるように板状部材が積層された構造を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、同期電動機および同期電動機の製造方法に関する。

同期電動機の出力特性は、同期電動機の極数に依存することが知られている。電動機の極数は、周方向に配置された磁石の数に相当する。一般的に、電動機は、極数を多くすることにより、出力されるトルクを大きくすることができる。一方で、電動機は、極数を少なくすることにより、高速にて回転することができる。従って、使用者は、電動機を使用する目的に合わせて、極数の多い電動機または極数の少ない電動機を選定する。

特開２０１０−２８９５７号公報には、低速で高いトルクを発生する運転状態と、高速での運転状態とを切り替え可能な誘導電動機が開示されている。この公報には、ステータに配置される３つのステータ巻線に流す電流の駆動周波数を変えることにより、極数を切換えることが開示されている。

特開２０１０−２８９５７号公報

電動機の製造者は、使用者の要望に合わせて出力特性の異なる電動機を製造する必要がある。極数が異なる複数の種類の電動機を製造するためには、ステータおよびロータの構造を変更する必要がある。例えば、ロータに配置する磁石の個数を変更するために、構造が互いに異なる複数の種類のロータ鉄心を製造する必要がある。このために、複数の種類の電動機を製造する場合には、部品の個数が多くなるという問題があった。また、複数の種類の部品を管理する手間が大きくなるという問題があった。

本発明は、出力特性が異なる他の同期電動機と部品を共用することができる同期電動機および同期電動機の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の同期電動機は、３相交流電流にて駆動する同期電動機である。同期電動機は、ロータ鉄心およびロータ鉄心に固定された磁石を含むロータと、ステータ鉄心を含むステータとを備える。ロータ鉄心は、電磁鋼板にて形成された板状部材が積層された積層体を含む。板状部材は、平面形状がほぼ円形に形成されており、外周に突起部を有する。変数ｘを自然数および変数ｙを正の奇数とした時に、ステータのスロット数は３ｘｙである。ロータの極数は（３ｙ＋１）ｘまたは（３ｙ−１）ｘである。１枚の板状部材の突起部の個数は、（３ｙ＋１）ｘと（３ｙ−１）ｘとの公約数である。積層体は、突起部が互いにずれるように板状部材が積層された構造を有する。磁石は、突起部同士の間に固定されている。

上記発明においては、１枚の板状部材の突起部の個数は、（３ｙ＋１）ｘと（３ｙ−１）ｘの最大公約数であることが好ましい。

上記発明においては、変数ｙの値が３以下であることが好ましい。

本発明の他の同期電動機は、３相交流電流にて駆動する同期電動機である。同期電動機は、ロータ鉄心およびロータ鉄心に固定された磁石を含むロータと、ステータ鉄心を含むステータとを備える。ロータ鉄心は、電磁鋼板にて形成された板状部材が積層された積層体を含む。板状部材は、平面形状がほぼ円形に形成されており、外周に突起部を有する。変数ｘを自然数および変数ｚを正の３の倍数とした時に、ステータのスロット数は２ｘｚである。ロータの極数は２（ｚ＋１）ｘ または２（ｚ−１）ｘである。１枚の板状部材の突起部の個数は、２（ｚ＋１）ｘと２（ｚ−１）ｘとの公約数である。積層体は、突起部が互いにずれるように板状部材が積層された構造を有する。磁石は、突起部同士の間に固定されている。

上記発明においては、１枚の板状部材の突起部の個数は、２（ｚ＋１）ｘと２（ｚ−１）ｘの最大公約数であることが好ましい。

上記発明においては、変数ｚの値が９以下であることが好ましい。

本発明の同期電動機の製造方法は、３相交流電流にて駆動する複数の種類の同期電動機を製造する製造方法である。製造方法は、ステータを形成する工程と、ロータを形成する工程と、ステータの内部にロータを配置して同期電動機を組み立てる組立て工程とを含む。ロータを形成する工程は、平面形状がほぼ円形であり、外周に突起部を有する板状部材を準備する準備工程を含む。ロータを形成する工程は、突起部が互いにずれるように複数の板状部材を積層して積層体を形成する積層工程を含む。ロータを形成する工程は、積層体の突起部同士の間に磁石を固定する工程を含む。変数ｘを自然数および変数ｙを正の奇数とした時に、複数の種類の同期電動機は、ステータのスロット数が３ｘｙであり、ロータの極数が（３ｙ＋１）ｘの第１の同期電動機と、ステータのスロット数が３ｘｙであり、ロータの極数が（３ｙ−１）ｘの第２の同期電動機とを含む。ステータを形成する工程は、スロット数が３ｘｙのステータ鉄心を形成する工程を含む。準備工程は、突起部の個数が（３ｙ＋１）ｘと（３ｙ−１）ｘとの公約数である板状部材を準備する工程を含む。積層工程は、（３ｙ＋１）ｘ個の磁石を配置する領域が形成されるように突起部をずらして第１の積層体を形成する工程と、（３ｙ−１）ｘ個の磁石を配置する領域が形成されるように突起部をずらして第２の積層体を形成する工程とを含む。組立て工程は、第１の積層体を含むロータとステータとにより第１の同期電動機を組み立てる工程と、第２の積層体を含むロータとステータとにより第２の同期電動機を組み立てる工程とを含む。

本発明の他の同期電動機の製造方法は、３相交流電流にて駆動する複数の種類の同期電動機を製造する製造方法である。製造方法は、ステータを形成する工程と、ロータを形成する工程と、ステータの内部にロータを配置して同期電動機を組み立てる組立て工程とを含む。ロータを形成する工程は、平面形状がほぼ円形であり、外周に突起部を有する板状部材を準備する準備工程を含む。ロータを形成する工程は、突起部が互いにずれるように複数の板状部材を積層して積層体を形成する積層工程を含む。ロータを形成する工程は、積層体の突起部同士の間に磁石を固定する工程を含む。変数ｘを自然数および変数ｚを正の３の倍数とした時に、複数の種類の同期電動機は、ステータのスロット数が２ｘｚであり、ロータの極数が２（ｚ＋１）ｘの第１の同期電動機と、ステータのスロット数が２ｘｚであり、ロータの極数が２（ｚ−１）ｘの第２の同期電動機とを含む。ステータを形成する工程は、スロット数が２ｘｚのステータ鉄心を形成する工程を含む。準備工程は、突起部の個数が２（ｚ＋１）ｘと２（ｚ−１）ｘとの公約数である板状部材を準備する工程を含む。積層工程は、２（ｚ＋１）ｘ個の磁石を配置する領域が形成されるように突起部をずらして第１の積層体を形成する工程と、２（ｚ−１）ｘ個の磁石を配置する領域が形成されるように突起部をずらして第２の積層体を形成する工程とを含む。組立て工程は、第１の積層体を含むロータとステータとにより第１の同期電動機を組み立てる工程と、第２の積層体を含むロータとステータとにより第２の同期電動機を組み立てる工程とを含む。

本発明によれば、出力特性が異なる他の同期電動機と部品を共用することができる同期電動機および同期電動機の製造方法を提供することができる。

実施の形態における同期電動機のロータおよびステータの概略部分断面図である。 比較例の同期電動機のロータおよびステータの概略部分断面図である。 実施の形態における他の同期電動機のロータおよびステータの概略部分断面図である。 実施の形態におけるロータ鉄心を構成する板状部材の平面図である。 板状部材を積層した積層体の斜視図である。 第１の積層体により形成された第１のロータ鉄心の正面図である。 第２の積層体により形成された第２のロータ鉄心の正面図である。 ステータ鉄心を構成する板状部材を積層した積層体の斜視図である。

図１から図８を参照して、実施の形態における同期電動機および同期電動機の製造方法について説明する。本実施の形態における同期電動機は、３相交流電流により駆動する。

図１に、本実施の形態における同期電動機のロータおよびステータの概略部分断面図を示す。同期電動機１は、ステータ２とステータ２の内部で回転するロータ３とを備える。ロータ３は、回転軸の周りに回転する。ロータ３は、磁性材料により形成されたロータ鉄心３１と、ロータ鉄心３１に固定された複数の磁石３５，３６とを含む。本実施の形態のロータ３の断面形状は、円形である。ロータ３の断面形状は、この形態に限られず、ほぼ円形であれば構わない。例えば、ロータ３の断面形状は、多角形であっても構わない。本実施の形態のロータ鉄心３１は、円筒状に形成されている。本実施の形態のロータ鉄心３１は、後述するように板状部材の積層体により構成されている。

磁石３５，３６は、ロータ鉄心３１の周方向の表面に並べて配置されている。磁石３５と磁石３６とは、互いに離れて配置されている。それぞれの磁石３５，３６は、ロータ鉄心３１の回転軸に沿って延びるように形成されている。本実施の形態における磁石３５，３６は、永久磁石である。磁石３５の外側の表面はＮ極であり、磁石３６の外側の表面はＳ極である。磁石３５，３６は、ロータ鉄心３１の周方向に沿って、外側の表面がＮ極およびＳ極が繰り返されるように配置されている。

ロータ鉄心３１の周方向の表面には、突起部３２が形成されている。突起部３２は、正面からロータ鉄心３１を見た時に、互いに間隔を開けて配置されている。磁石３５，３６は、突起部３２同士の間に配置されている。磁石３５，３６は、突起部３２の間に嵌合している。すなわち、それぞれの磁石３５，３６は、突起部３２に挟まれることにより位置が定められている。

ステータ２は、筐体により支持されている。ステータ２は、不動の部材である。ステータ２は、磁性材料にて形成されたステータ鉄心２１を含む。ステータ鉄心２１は、筒状に形成された筒状部２６と、筒状部２６から内部に向かって突出するように形成された複数のティース２２を含む。本実施の形態における筒状部２６は、円筒状に形成されている。

ティース２２は、ロータ３の回転軸に沿って延びるように形成されている。ティース２２の周りには巻線が巻かれてコイル２３が形成されている。ティース２２同士の間の空間は、スロットと称される。ティース２２は、ロータ３に対向するように配置されている。磁石３５，３６とティース２２との間には、隙間が形成されている。

図１に示される同期電動機１は、ロータ３に８個の磁石３５，３６が配置されている。すなわち、同期電動機１は、８極の同期電動機である。また、ステータ２には、１２個のティース２２が形成されている。同期電動機１は、スロット数が１２の同期電動機である。すなわち、図１に示される同期電動機１は、８極１２スロットの同期電動機である。

同期電動機の極数とスロット数は、電流を印加することによりロータが回転する任意の数を採用することができる。同期電動機の極数とスロット数との関係の例を、次の表１に示す。

表１においては、極数とスロット数との比率が示されている。例えば、図１に示される同期電動機１は、８極および１２スロットを有する同期電動機１である。極数とスロット数との比率は、２：３になる。すなわち、図１の同期電動機は、表１の種類Ａ１の同期電動機に相当する。

表１では、スロット数が同一で、極数が互いに異なる同期電動機の組合せＡ〜Ｅを示している。それぞれの組合せＡ〜Ｅにおいて、後に記載された同期電動機の極数は、前に記載された同期電動機の極数よりも多くなっている。極数が多くなると、モータの回転速度あたりの電流周波数が高くなり、高速にて駆動すると鉄損が大きくなる。一方で、極数が多くなると、電動機が出力するトルクは大きくなる。

電動機にて駆動する物を高速で回転させると共に発熱を抑える場合には、極数の少ない前に記載された同期電動機を選定することが好ましい。一方で、回転数は低速であっても、大きなトルクが必要な場合には、極数が大きい後に記載された同期電動機を選定することが好ましい。例えば、組合せＡでは、種類Ａ１および種類Ａ２の同期電動機は、スロット数が同一で極数が互いに異なる。種類Ａ２の同期電動機は、種類Ａ１の同期電動機よりも極数が多いために、出力されるトルクは大きくなるが、回転数は小さくなるという特性を有する。このように、スロット数が同じであっても極数が異なる複数の種類の同期電動機が存在する。

スロット数が同一である複数の種類の同期電動機では、ステータ鉄心２１のティース２２の個数は互いに同一である。このために、ステータ鉄心２１の筒状部２６の形状およびティース２２の形状が同じ場合には、ステータ鉄心２１は同一の形状になる。ところが、同期電動機の極数に依存して、それぞれのコイル２３に通電する交流電流の相を適切に選定する必要がある。

本実施の形態のコイル２３には、３相交流電流が入力される。３相交流は、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相を有する。図１の同期電動機１では、正面から見た時に、時計周りの方向にＵ相、Ｖ相およびＷ相の順に配置されている。

図２に、本実施の形態における比較例の同期電動機の概略部分断面図を示す。比較例の同期電動機４では、極数は１０であり、スロット数は１２である。比較例の同期電動機４のスロット数は、図１における同期電動機１のスロット数と同一である。比較例の同期電動機４の極数は、図１における同期電動機１の極数と異なる。比較例の同期電動機４のコイル２３には、時計回りの方向に、Ｕ相、Ｕ相、Ｖ相、Ｖ相、Ｗ相、およびＷ相の順になるように、交流電流が供給される。比較例の同期電動機４を図１に示す同期電動機と比較すると、スロットの数が同一であるが、それぞれのコイルにおける交流電流の相が異なることが分かる。２種類の同期電動機１，４のステータを製造する場合には、コイルに供給する交流電流の相が互いに異なるように、２種類の電気回路を製造する必要がある。

一方で、ステータのスロット数が同一であり、極数が異なる複数の種類の同期電動機において、Ｖ相とＷ相とを入れ替えるだけで同期電動機が駆動する場合がある。

図３に、本実施の形態における他の同期電動機の概略部分断面図を示す。図３に示す同期電動機５は、１６極および１２スロットを有する同期電動機である。同期電動機５のスロット数は、図１に示す同期電動機１のスロット数と同一である。同期電動機５のロータ３の極数は、図１の同期電動機１の極数と異なっている。同期電動機５のコイル２３には、時計回りの方向にＵ相、Ｗ相、およびＶ相の順になるように、交流電流が供給されている。この交流電流の相の配置は、図１の高流電流の相の配置においてＶ相とＷ相とを入れ替えた配置になっている。

例えば、図１に示す同期電動機１と図３に示す他の同期電動機５を製造する場合には、３相交流を供給する電源において、Ｖ相の端子とＷ相の端子とを入れ替えて電源に接続することにより２種類のステータを製造することができる。

このような極数の組み合わせは、スロット数を変数ｂ、１つの同期電動機の極数を変数ａとした場合に、他の同期電動機の極数が（２ｂ−ａ）の場合に相当する。表１には、この条件を満たす同期電動機の組み合わせが示されている。例えば、種類Ａ１の同期電動機のステータと種類Ａ２の同期電動機のステータとは、巻線の相の配置が類似している。種類Ａ１の同期電動機のステータにおいて、Ｖ相とＷ相とを入れ替えることにより、種類Ａ２の同期電動機のステータになる。同様に、種類Ｂ１の同期電動機のステータにおいて、Ｖ相とＷ相とを入れ替えることにより、種類Ｂ２の同期電動機のステータになる。

このように、表１では、一方の同期電動機のステータにおいて、Ｖ相とＷ相を入れ替えることにより、他方の同期電動機のステータを製造できる極数とスロット数との組み合わせが示されている。

本実施の形態の同期電動機の製造方法では、このような同期電動機の組み合わせにて、２種類の同期電動機を製造する。２種類の同期電動機のロータの外径は、ほぼ同じである。また、２種類の同期電動機のステータの外径およびティースの寸法は、ほぼ同じである。本実施の形態については、スロット数が互いに同一であり、極数が互いに異なる複数の種類の同期電動機を製造する。

表１に示されるように、スロット数が同一であり、Ｖ相とＷ相とを入れ替えることにより２種類のステータを製造できる同期電動機は、多く存在すると考えられる。ここで、発明者は、次の２つの関係のいずれかにより、このような特性を有する２種類の同期電動機の極数およびスロット数を設定できることを見出した。

第１の関係では、変数ｘを自然数、変数ｙを正の奇数とした時に、２種類の同期電動機のスロット数は、３ｘｙである。一方の同期電動機の極数は（３ｙ＋１）ｘであり、他方の同期電動機の極数は（３ｙ−１）ｘである。例えば、変数ｘを１、変数ｙを１とした場合に、スロット数は３になり、極数は４または２になる。表１においては、種類Ａ１と種類Ａ２の同期電動機の組み合わせＡが相当する。

第２の関係としては、変数ｘを自然数、変数ｚを正の３の倍数とした時に、２種類の同期電動機のスロット数は、２ｘｚである。そして、一方の同期電動機の極数は、２（ｚ＋１）ｘであり、他方の同期電動機の極数は、２（ｚ−１）ｘである。例えば、変数ｘを１、変数ｚを３とした場合に、スロット数は６になり、極数は４または８になる。すなわち、表１における種類Ｂ１と種類Ｂ２の同期電動機の組み合わせＢが相当する。

このように、変数ｘ，ｙ，ｚを設定することにより、スロット数が同一であり、Ｖ相とＷ相を入れ替えるだけでステータを製造できる同期電動機の組み合わせを容易に設定することができる。そして、これらの同期電動機の組み合わせでは、２種類のステータを容易に製造できる。

本実施の形態では、２種類の同期電動機は、第１の同期電動機と第２の同期電動機とを含む。２種類の同期電動機のスロット数および極数は、上記の第１の関係または第２の関係を満たす。例えば、図１の同期電動機１が第１の同期電動機に相当し、図３の同期電動機５が第２の同期電動機に相当する。

ところで、本実施の形態のロータのロータ鉄心は、板状部材の積層体により構成されている。第１の同期電動機１の第１のロータ鉄心３１は、板状部材が積層された第１の積層体により構成されている。第２の同期電動機５の第２のロータ鉄心３１は、第１の積層体の板状部材と同一の板状部材が積層された第２の積層体により構成されている。

図４に、本実施の形態のロータ鉄心を構成する板状部材の平面図を示す。本実施の形態の板状部材３３は電磁鋼板から形成されている。板状部材３３は、平面形状の外周がほぼ円形に形成されている。また、板状部材３３は、外周から外側に突出する突起部３２を有する。この共通の板状部材３３を積層することにより、第１のロータ鉄心および第２のロータ鉄心を製造する。

図５に、複数の板状部材を積層した積層体の斜視図を示す。積層体３７は、突起部３２の位置が互いにずれて板状部材３３が積層されている。突起部３２が予め定められた中心角度にてずれるように、板状部材３３が積層されている。突起部３２のずれの大きさは、同期電動機の極数に基づいて設定されている。

図１および図３を参照して、第１の同期電動機１のロータ鉄心３１を構成する第１の積層体では、突起部３２同士の間に第１の同期電動機の極数の磁石３５，３６が配置される。第２の同期電動機５のロータ鉄心３１を構成する第２の積層体では、突起部３２同士の間に第２の同期電動機の極数の磁石３５，３６が配置される。本実施の形態では、突起部３２をずらす角度を変更することにより、２種類の積層体を形成している。

２種類の同期電動機１，５では、１種類の板状部材３３を用いて、ロータ鉄心３１を製造することができる。このために、２種類のロータ鉄心を容易に製造することができる。また、前述したように、第２の同期電動機５の第２のステータ鉄心２１は、第１の同期電動機１の第１のステータ鉄心２１と同一である。ステータ鉄心のティースに巻回されるコイルの供給される電流のＶ相とＷ相とが入れ替えられている。

本実施の形態の複数の種類の同期電動機は、ステータ鉄心が互いに共通である。ステータでは、ステータ鉄心に配置されるコイルに供給される電流の相が互いに異なる。複数の種類の同期電動機のロータ鉄心は、共通の板状部材により形成されている。それぞれのロータ鉄心は、板状部材の積層体から構成されている。それぞれの積層体では、極数に応じた中心角度にて突起部をずらして板状部材が積層されている。

このように、本実施の形態の同期電動機では、同一の部品にてロータ鉄心を製造することができる。また、同一の部品によりステータを製造することができる。換言すると、一つの同期電動機の部品を、出力特性が異なる他の同期電動機と共用することができる。このために、少ない部品点数にて２種類の同期電動機を製造することができる。また、複数の種類の部品を管理する手間を抑制することができる。

次に、このような２種類の同期動電動機の製造方法について詳しく説明する。同期電動機の製造方法は、ステータを形成する工程と、ロータを形成する工程とを含む。そして、同期電動機の製造方法は、ステータの内部にロータを配置して同期電動機を組み立てる組立て工程を含む。

本実施の形態において、ロータを形成する工程は、電磁鋼板にて形成された板状部材を積層することによりロータ鉄心を製造する工程を含む。また、ステータを形成する工程は、電磁鋼板にて形成された板状部材を積層することによりステータ鉄心を製造する工程を含む。

ロータを形成する工程では、始めに板状部材を準備する準備工程を実施する。図４を参照して、電磁鋼板から複数の板状部材３３を形成する。板状部材３３は、例えば、プレス機を用いて、電磁鋼板から打ち抜くことができる。すなわち、板状部材３３の形状に対応する金型を電磁鋼板に押し付けることにより、板状部材３３を形成することができる。

次に、図５に示す様に、複数の板状部材３３を積層して積層体を形成する積層工程を実施する。板状部材３３は、互いに隣り合う板状部材３３の突起部３２同士がずれるように積層する。板状部材３３は、予め定められた中心角度ごとにずらして積層する。ロータ鉄心を正面から見た時（回転軸の向きに見た時）に、予め定められた極数と同じ個数の突起部３２が配置される（図１および図３参照）。また、ロータ鉄心を正面から見た時に、突起部３２が等間隔に配置されるように板状部材３３を積層する。予め定められた枚数の板状部材３３を積層した積層体３７がロータ鉄心に相当する。

準備工程において、１枚の板状部材３３に形成する突起部３２の個数は、２種類の同期電動機の極数の公約数にすることができる。例えば、第１の関係では、（３ｙ＋１）ｘと（３ｙ−１）ｘとの公約数に設定することができる。また、第２の関係では、２（ｚ＋１）ｘと２（ｚ−１）ｘとの公約数に設定することができる。なお、公約数は２以上である。突起部３２の個数は、最小の公約数から最大公約数までの任意の公約数を採用することができる。

ここでの例では、同期電動機の組み合わせのうち、第２の関係において変数ｘが２であり、変数ｚが６である場合を例示する。すなわち、２８極および２４スロットを有する第１の同期電動機と、２０極および２４スロットを有する第２の同期電動機とを製造する場合について説明する。

板状部材３３の突起部３２の個数としては、２種類の同期電動機の極数の公約数である４を選定する。図４を参照して、板状部材３３の表面には、４個の突起部３２が形成されている。突起部３２は、板状部材３３を平面視したときに周方向に互いに同じ間隔を開けて配置されている。ここでは、突起部３２は、中心角度θ１が９０°（３６０°／４）ごとに形成されている。

図５を参照して、突起部３２の位置が互いにずれるように、複数の板状部材３３を積層する積層工程を実施する。積層工程では、ロータ鉄心を正面から見た時に、周方向の突起部３２同士の間隔が一定になるように配置される。

図６に、板状部材を積層して形成された第１の同期電動機の第１の積層体の正面図を示す。第１の同期電動機は、２８極であるために、積層体３７を正面から見たときに、積層体３７の周りには２８個の突起部３２が配置される。第１の同期電動機の第１の積層体３７では、中心角度θ２が約１２．８°（３６０°／２８）ごとに突起部３２をずらして、板状部材３３が積層されている。予め定められた枚数の板状部材３３を積層することにより、第１のロータ鉄心を形成することができる。

図７に、板状部材を積層して形成された第２の同期電動機の第２の積層体の正面図を示す。第２の同期電動機は、２０極であるために、積層体３７を正面から見たときに、積層体３７の周りには２０個の突起部３２が配置される。第２の同期電動機の第２の積層体３７では、中心角度θ２が約１８°（３６０°／２０）ごとに突起部３２をずらして、板状部材３３が積層されている。このように、極数に対応して突起部をずらす角度を設定することにより、共通の板状部材３３で、複数の種類のロータ鉄心を形成することができる。予め定められた枚数の板状部材３３を積層することにより、第２のロータ鉄心を形成することができる。

次に、それぞれの積層体の突起部３２同士の間に磁石３５，３６を固定する工程を実施する。磁石は、積層体の周方向に沿って表面がＮ極とＳ極とを交互に繰り返す様に配置する。この工程により第１のロータおよび第２のロータを形成することができる。このように２種類の同期電動機のロータを製造することができる。

図８に、本実施の形態におけるステータの製造方法を説明する積層体の斜視図を示す。ステータ鉄心についても、電磁鋼板から形成された板状部材２４を積層することにより、製造することができる。本実施の形態のステータ鉄心は、複数の板状部材２４を積層した積層体２７により構成される。

プレス機は、電磁鋼板を打ち抜くことにより、１枚の板状部材２４を形成する。この時に、板状部材２４には、内側に突出する凸部２５が形成される。凸部２５が積層することにより、ステータ鉄心のティースが形成される。凸部２５の位置を合わせるように、複数の板状部材２４を積層して積層体２７を形成する。予め定められた枚数の板状部材２４が積層した積層体２７がステータ鉄心に相当する。次に、ステータ鉄心のティースに導線を巻回してコイルを形成する。

次に、ステータの内部にロータを配置して同期電動機を組み立てる組立て工程を実施する。組立て工程は、第１のロータとステータとにより第１の同期電動機を組み立てる工程を含む。また、組立て工程は、第２のロータとステータとにより第２の同期電動機を組み立てる工程を含む。そして、それぞれのコイルに電気回路を介して電源を接続する。このように、極数が互いに異なる２種類の同期電動機を製造することができる。

ところで、本実施の形態における同期電動機の製造方法では、ロータ鉄心を構成する板状部材およびステータ鉄心を構成する板状部材は、１枚の電磁鋼板から形成することができる。例えば、１つの金型を用いて、１枚の電磁鋼板からロータ鉄心の板状部材およびステータ鉄心の板状部材を同時に打ち抜いても構わない。この製造方法を採用することにより、ステータ鉄心の板状部材およびロータ鉄心の板状部材を、一度に形成することができる。この製造方法により、ステータ鉄心およびロータ鉄心の製造効率が向上する。

なお、板状部材を形成する工程においては、１枚の電磁鋼板からステータ鉄心の板状部材を形成し、別の電磁鋼板からロータ鉄心の板状部材を形成しても構わない。

このように、本実施の形態における同期電動機の製造方法では、同一のステータ鉄心を用いて２種類の同期電動機のステータを製造することができる。また、ティースに巻回したコイルの電流の相のうちＶ相とＷ相とを入れ替える作業にて、２種類のステータを製造することができる。ロータについては、同一の板状部材を用いて突起部の位置が互いに異なる積層体を形成することにより、２種類のロータ鉄心を製造することができる。

本実施の形態の同期電動機の製造方法では、ステータの部品とロータの部品とを共有することができる。複数の種類の同期電動機を製造するために用いる部品の種類を少なくすることができる。このために、同期電動機の生産性を向上させることができる。

また、一部の部品が同一であるために、プレス機にて用いる金型の個数を少なくすることができる。特に、従来の技術においては、極数が互いに異なるロータを製造する場合には、それぞれの極数に応じた金型を準備する必要があった。しかしながら、本実施の形態の同期電動機の製造方法では、ロータ鉄心の板状部材は１種類で良いために１つの金型にて、２種類のロータ鉄心を製造することができる。

ロータ鉄心を製造する工程において、板状部材に形成する突起部の個数を少なくすることにより、上記の同期電動機の組み合わせとは異なる他の同期電動機にも、同一の板状部材を用いることができる。一方で、板状部材の突起部の個数を多くするほど、ロータ鉄心の表面に配置する磁石を支持する部分が多くなる。このために、１枚の板状部材の突起部の個数が多いほど、磁石のずれを抑制することができる。ロータ鉄心の板状部材を２種類の同期電動機で共用できる範囲の中で、最も多い突起部の個数は、２種類のロータの極数の公約数のうち最大公約数である。

上記の第１の関係においては、突起部の最大の個数は、（３ｙ＋１）ｘと（３ｙ−１）ｘの最大公約数である。上記の第２の関係においては、突起部の最大の個数は、２（ｚ＋１）ｘと２（ｚ−１）ｘの最大公約数である。この様に、最大公約数の個数の突起部を板状部材に形成することにより、多くの突起部で磁石を支持することができる。この結果、ロータに固定した磁石のずれを抑制することができる。

ステータ鉄心の板状部材およびロータ鉄心の板状部材を、プレス機を用いて製造する時に、電磁鋼板を打ち抜く方法としてノッチングプレス加工が知られている。ノッチングプレス加工を実施するためには、たとえば、数値制御式のノッチングプレス機を用いることができる。

ノッチングプレス加工では、加工する部材の一部の領域において打ち抜き加工を行った後に、予め定められた角度にて部材を回転させる。そして、次の領域において打ち抜き加工を実施する。一部の領域の打ち抜き加工と、部材の回転とを繰り返すことにより、部材の全体の領域において打ち抜きを実施することができる。ノッチングプレス加工では、１枚の板状部材を製造するために、複数回の打ち抜き加工を実施する。

例えば、図６から図８に示す例では、ステータ鉄心の板状部材２４またはロータ鉄心の板状部材３３の１回の回転角度（回転軸の周りの角度）を３０°を設定する。そして、ノッチングプレス機により、打ち抜き加工を１２回繰り返すことにより、周方向に沿って打ち抜き加工を実施することができる。このような、ノッチングプレス加工を実施することにより、ノッチングプレス機の金型を小型にすることができる。

ノッチングプレス機を用いた板状部材の製造工程においては、１つの部品を複数の領域に分割する分割数を、２種類の同期電動機の極数の公約数に設定することができる。極数の公約数にて領域を分割することにより、同一の金型を用いて２種類の板状部材を形成することができる。

また、１つの部材における領域の分割数を多くすることにより、一度に加工する領域を小さくすることができる。このために、金型を小さくすることができる。例えば、板状部材の突起部の個数を２種類の同期電動機の最大公約数に設定する。そして、２種類の同期電動機の極数の最大公約数にて加工する領域を分割することにより、金型を小型にすることができる。例えば、２種類のロータの極数の最大公約数が４の場合には、突起部の個数を４個に設定することができる。そして、中心角度が９０°（３６０°／４）に対応する領域を加工する金型にて、打ち抜き加工を実施することができる。

ところで、本実施の形態では、出力特性が互いに異なる２種類の同期電動機を製造する。同期電動機の組み合わせとしては、２つの電動機の出力特性が大きく異なることが好ましい。例えば、第１の関係において、変数ｙが５で変数ｘが１の時の２種類の同期電動機のスロット数は、１５である。そして、２種類の同期電動機の極数は、１６および１４になる。２種類の同期電動機の極数は、１２．５％（（１６−１４）／１６）しか変わらないために、出力されるモータの特性には大きい差がないことが分かる。

出力特性に大きな差が生じるためには、極数が大きく異なる２種類の同期電動機を製造することが好ましい。同期電動機の回転数が一定の場合に、駆動周波数は極数に比例する。また、鉄損は、駆動周波数の２乗に概ね比例する。第１の関係について、変数ｙの値を変更した時の極数の比率と、駆動周波数比の２乗の値を次の表２に示す。極数の比率は、駆動周波数比に対応する。極数の比率は、変数ｘの値に関わらず一定になる。このために、表２では、変数ｘは、任意の自然数である。

表２を参照すると、変数ｙが小さいほど、駆動周波数比の２乗の値が小さくなることが分かる。すなわち、変数ｙが小さいほど、２種類の同期電動機における鉄損の減少量が大きくなることが分かる。極数が少ない同期電動機の組み合わせを選定することにより、出力特性が大きく異なる２種類の同期電動機を製造できることが分かる。

ここで、変数ｙの値は、例えば、極数の比率が０．８以下となるように、３以下であることが好ましい。このように小さな変数ｙを選定することにより、トルクおよび回転速度が大きく異なる２種類の同期電動機を製造することができる。

また同様に、第２の関係において、変数ｚと、極数の比率および駆動周波数比の２乗の値との関係は、次の表３になる。表３においても変数ｘは任意の自然数である。

第３の関係においても、変数ｚが小さいほど、駆動周波数比の２乗の値が小さくなることが分かる。すなわち、変数ｚは小さな値を選定することが好ましい。例えば、極数の比率が０．８以下になるように、変数ｚが９以下であることが好ましい。このように小さな変数ｚを選定することにより、トルクおよび回転速度等の特性が大きく異なる２種類の同期電動機を製造することができる。

上記の実施の形態は、適宜組み合わせることができる。上述のそれぞれの図において、同一または相等する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に示される実施の形態の変更が含まれている。

１，５ 同期電動機
２ ステータ
３ ロータ
２１ ステータ鉄心
２４ 板状部材
２７ 積層体
３１ ロータ鉄心
３２ 突起部
３３ 板状部材
３５，３６ 磁石
３７ 積層体

Claims (8)

1. ３相交流電流にて駆動する同期電動機であって、
   ロータ鉄心およびロータ鉄心に固定された磁石を含むロータと、
   ステータ鉄心を含むステータとを備え、
   ロータ鉄心は、電磁鋼板にて形成された板状部材が積層された積層体を含み、
   板状部材は、平面形状がほぼ円形に形成されており、外周に突起部を有し、
   変数ｘを自然数および変数ｙを正の奇数とした時に、ステータのスロット数は３ｘｙであり、ロータの極数は（３ｙ＋１）ｘまたは（３ｙ−１）ｘであり、１枚の板状部材の突起部の個数は、（３ｙ＋１）ｘと（３ｙ−１）ｘとの公約数であり、
   積層体は、突起部が互いにずれるように板状部材が積層された構造を有し、
   磁石は、突起部同士の間に固定されていることを特徴とする、同期電動機。
2. １枚の板状部材の突起部の個数は、（３ｙ＋１）ｘと（３ｙ−１）ｘの最大公約数である、請求項１に記載の同期電動機。
3. 変数ｙの値が３以下である、請求項１または２に記載の同期電動機。
4. ３相交流電流にて駆動する同期電動機であって、
   ロータ鉄心およびロータ鉄心に固定された磁石を含むロータと、
   ステータ鉄心を含むステータとを備え、
   ロータ鉄心は、電磁鋼板にて形成された板状部材が積層された積層体を含み、
   板状部材は、平面形状がほぼ円形に形成されており、外周に突起部を有し、
   変数ｘを自然数および変数ｚを正の３の倍数とした時に、ステータのスロット数は２ｘｚであり、ロータの極数は２（ｚ＋１）ｘ または２（ｚ−１）ｘであり、１枚の板状部材の突起部の個数は、２（ｚ＋１）ｘと２（ｚ−１）ｘとの公約数であり、
   積層体は、突起部が互いにずれるように板状部材が積層された構造を有し、
   磁石は、突起部同士の間に固定されていることを特徴とする、同期電動機。
5. １枚の板状部材の突起部の個数は、２（ｚ＋１）ｘと２（ｚ−１）ｘの最大公約数である、請求項４に記載の同期電動機。
6. 変数ｚの値が９以下である、請求項４または５に記載の同期電動機。
7. ３相交流電流にて駆動する複数の種類の同期電動機を製造する製造方法であって、
   ステータを形成する工程と、
   ロータを形成する工程と、
   ステータの内部にロータを配置して同期電動機を組み立てる組立て工程とを含み、
   ロータを形成する工程は、平面形状がほぼ円形であり、外周に突起部を有する板状部材を準備する準備工程と、
   突起部が互いにずれるように複数の板状部材を積層して積層体を形成する積層工程と、
   積層体の突起部同士の間に磁石を固定する工程とを含み、
   変数ｘを自然数および変数ｙを正の奇数とした時に、複数の種類の同期電動機は、ステータのスロット数が３ｘｙであり、ロータの極数が（３ｙ＋１）ｘの第１の同期電動機と、ステータのスロット数が３ｘｙであり、ロータの極数が（３ｙ−１）ｘの第２の同期電動機とを含み、
   ステータを形成する工程は、スロット数が３ｘｙのステータ鉄心を形成する工程を含み、
   準備工程は、突起部の個数が（３ｙ＋１）ｘと（３ｙ−１）ｘとの公約数である板状部材を準備する工程を含み、
   積層工程は、（３ｙ＋１）ｘ個の磁石を配置する領域が形成されるように突起部をずらして第１の積層体を形成する工程と、（３ｙ−１）ｘ個の磁石を配置する領域が形成されるように突起部をずらして第２の積層体を形成する工程とを含み、
   組立て工程は、第１の積層体を含むロータとステータとにより第１の同期電動機を組み立てる工程と、第２の積層体を含むロータとステータとにより第２の同期電動機を組み立てる工程とを含む、同期電動機の製造方法。
8. ３相交流電流にて駆動する複数の種類の同期電動機を製造する製造方法であって、
   ステータを形成する工程と、
   ロータを形成する工程と、
   ステータの内部にロータを配置して同期電動機を組み立てる組立て工程とを含み、
   ロータを形成する工程は、平面形状がほぼ円形であり、外周に突起部を有する板状部材を準備する準備工程と、
   突起部が互いにずれるように複数の板状部材を積層して積層体を形成する積層工程と、
   積層体の突起部同士の間に磁石を固定する工程とを含み、
   変数ｘを自然数および変数ｚを正の３の倍数とした時に、複数の種類の同期電動機は、ステータのスロット数が２ｘｚであり、ロータの極数が２（ｚ＋１）ｘの第１の同期電動機と、ステータのスロット数が２ｘｚであり、ロータの極数が２（ｚ−１）ｘの第２の同期電動機とを含み、
   ステータを形成する工程は、スロット数が２ｘｚのステータ鉄心を形成する工程を含み、
   準備工程は、突起部の個数が２（ｚ＋１）ｘと２（ｚ−１）ｘとの公約数である板状部材を準備する工程を含み、
   積層工程は、２（ｚ＋１）ｘ個の磁石を配置する領域が形成されるように突起部をずらして第１の積層体を形成する工程と、２（ｚ−１）ｘ個の磁石を配置する領域が形成されるように突起部をずらして第２の積層体を形成する工程とを含み、
   組立て工程は、第１の積層体を含むロータとステータとにより第１の同期電動機を組み立てる工程と、第２の積層体を含むロータとステータとにより第２の同期電動機を組み立てる工程とを含む、同期電動機の製造方法。

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