JP2020036438A - 多相クローポールモータ - Google Patents

Abstract

【課題】圧粉材料にかかるコストを低減し、かつ、相間短絡磁束を抑制することが可能な構造とした多相クローポールモータを提供する。【解決手段】多相クローポールモータは、固定子内周部３を形成する複数の爪磁極３０と、環状コイル４と、固定子外周部を形成する磁路形成部材と、を備えている。爪部３１および環状部３２の少なくとも一部が磁性粉の表面を電気絶縁して圧縮した磁性成形体で形成され、磁路形成部材が軟磁性積層板で形成されている。爪部３１の先端と軸方向に最も近接する他相の爪磁極３０との間に磁気ギャップが形成されるように当該爪部３１の軸方向長さが設定されている。【選択図】図４７

Description

本発明は、多相クローポールモータに関する。

従来、多相クローポール型のモータとしては、爪磁極の爪部、径方向継鉄部、外周側継鉄を圧粉コアで形成し、環状コイルを軸方向に挟み込んだ構成のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような構成のモータによれば、磁路断面積を折曲鉄板の爪部よりも上げることができる。

一般に、圧粉コアには、３次元の無方向性の磁気特性を有するという利点がある。よって、３次元的な広がりを持つことが望ましい爪部や、爪部近傍の径方向継鉄部に圧粉コアを使用することで、磁気特性上の利点を得ることが可能である。

また、爪部を軸方向に積層した軟磁性の磁性体板による周方向リング状積層コアで形成した多相クローポールモータも開示されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２では、爪どうしは繋がった構成であるものの、極間相当の孔をあけて磁気抵抗を増やし、疑似的な爪部を構成している。

ところが、特許文献１のごとき多相クローポールモータは、高価であり、かつ磁気特性で劣る圧粉材料を空隙以外の磁路材料として用いていることから、鎖交磁束量が少なく、材料コストが高くなっていた。

また、特許文献２のごとき多相クローポールモータにおいては、材料との関係において爪部に問題がある。すなわち、電磁鋼板を積層して爪部を形成した場合は、積層間に電気絶縁層が形成されるため、軸方向に磁束が通りづらくなり、鎖交磁束が低くて低出力のモータとなってしまう。また、SPCCのような電気絶縁を施していない鋼板を積層して爪部を形成した場合は、積層間の電気絶縁はないため渦電流損が増大し高損失のモータとなってしまう。

これらの課題を解決するべく、本願の発明者は新しい構成の多相クローポールモータに着想するに至った。すなわち、例えば径方向継鉄部の一部と外周側継鉄とを、接線方向（周方向）に積層した無方向性電磁鋼板によるコアで形成することで高出力、低損失、低材料コストを実現し、また、爪部を圧粉材料で形成することで磁気抵抗が低く渦電流損が小さいモータを実現しようというものである。

特許第４８７８１８３号公報 特開２０１４−２３３１８９号公報

しかし、上記のごとき多相クローポールモータにおける圧粉材料はコストが高い。

また、軸方向に複数相の磁気回路を配置して駆動させる構造である多相クローポールモータにおいては、各相の境界を貫いて短絡する磁束が生じることがある。このような相間短絡磁束がコイルを鎖交するとトルクむらが発生し、モータの振動や音を大きくさせる場合がある。

そこで、本発明は、圧粉材料にかかるコストを低減し、かつ、相間短絡磁束を抑制することが可能な構造とした多相クローポールモータを提供することを目的とする。

本発明の一態様は、多相クローポールモータであって、
軸方向に延在し回転子と微小間隔をもって対向する磁極面を有する複数の爪部と、爪部から径方向外側へ延在する環状部と、からなる爪磁極であって、対をなす当該爪磁極が、互いに隣接する爪部が周方向に交互に配置された状態で、かつ、互いに隣接する当該爪磁極の環状部が軸方向に対向した状態で回転子の軸方向に積層されて固定子内周部を形成する複数の爪磁極と、
軸方向に隣接して対をなす爪磁極の環状部のそれぞれの間隙に配置される環状コイルと、
固定子内周部の外側に周方向に複数配置されて固定子外周部を形成する磁路形成部材と、
を備え、
爪部および環状部の少なくとも一部が磁性粉の表面を電気絶縁して圧縮した磁性成形体で形成され、磁路形成部材が軟磁性積層板で形成されており、
爪部の先端と軸方向に最も近接する他相の爪磁極との間に磁気ギャップが形成されるように当該爪部の軸方向長さが設定されているというものである。

上記の態様によれば、材料の使用量が比較的多い固定子外周部の部分が比較的安価で磁気特性の高い軟磁性の積層板で形成されていることから、そのぶん、圧粉材料にかかるコストを低減することができ、かつ、鎖交磁束が多く、損失が少なく、安価なモータとすることができる。また、爪部の先端と軸方向に最も近接する他相の爪磁極との間に磁気ギャップが形成されることから、相間の異常漏れ磁束を抑制し、トルクむらを低減することができる。

上記の多相クローポールモータは、１相をなす対の爪磁極の間に挟み込まれる形状に成形された絶縁体からなるコア間介在体と、隣接する相と相との間に介在する相間介在体と、を備えていてもよい。

上記の多相クローポールモータにおける磁路形成部材が、環状部の径方向外側に配置された外周コアからなっていてもよい。

上記の多相クローポールモータにおいて、軟磁性板が、周方向に積層された積層板で形成されていてもよい。

上記の多相クローポールモータにおいて、磁路形成部材が、爪磁極の環状部の間に配置されたコアからなるものであってもよい。

上記の多相クローポールモータにおいて、コアが、巻回された軟磁性板で形成されていてもよい。

上記の多相クローポールモータにおいて、相間の周方向の位相が等しくなっていてもよい。

本発明によれば、圧粉材料にかかるコストを低減し、かつ、相間短絡磁束を抑制することが可能な構造の多相クローポールモータを提供することができる。

計３対の爪磁極を重ね合わせて構成した固定子内周部の斜視図である。 図１に示す固定子内周部に１つの外周コアを突き合わせて密着させた状態を示す斜視図である。 固定子内周部の周囲にすべての外周コアが配置され、かつ、環状コイルの巻線端末が引き出された状態の固定子を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態における一対の爪磁極の一方の構成を示す図である。 本発明の第１実施形態における一対の爪磁極のもう一方の構成を示す図である。 多相クローポールモータの正面図である。 図６のVII-VII線における断面の構造を示す図である。 アルファ巻で形成された環状コイルの正面図である。 アルファ巻で形成された環状コイルの側面図である。 アルファ巻で形成された環状コイルの斜視図である。 アルファ巻で形成された環状コイルの、巻線の両端末の周辺構造を拡大して示す斜視図である。 アルファ巻で形成された３個の環状コイルを順次周方向にずらして配置した状態を、内部が見えるように外周コアを一つ外して示す斜視図である。 一対の爪磁極と環状コイルの分解斜視図である。 介在体を外した状態の固定子内周部および外周コアを示す斜視図である。 介在体を外した状態の固定子内周部および外周コアを示す斜視図である。 外周コアに係合部が形成され、爪磁極の外周に該係合部と係合する被係合部が形成された固定子内周部と、外周コアと、環状コイルの一例を示す斜視図である。 図１６から環状コイルを外した状態の固定子内周部および外周コアを示す斜視図である。 （Ａ）第５の実施形態に係る多相クローポールモータの固定子内周部の一例を示す斜視図、（Ｂ）他の例を示す斜視図である。 環状コイルの巻線の口出し線が引き出される間隙を備えた固定子の一例を示す斜視図である。 多相クローポールモータの１相分の爪磁極の分解斜視図である。 径方向磁路形成部の一部（外周部）を、電磁鋼板を打ち抜いて軸方向に積層した積層コア（外周コア）で環状に形成したもの、周方向に複数分割した電磁鋼板（あるいは積層コアのブロック）を集積して環状をなして形成したものを（Ａ）〜（Ｃ）まで示す斜視図である。 第６の実施形態における固定子の斜視図である。 （Ａ）圧粉材からなる爪部材と樹脂ホルダの分離した状態、（Ｂ）各爪部材を樹脂ホルダの切欠き部８１に嵌合した状態、（Ｃ）爪部を保持した樹脂ホルダを３相重ねた状態 を示す斜視図である。 第７の実施形態における、モールド成形する際に爪部を一体化した樹脂ホルダを示す斜視図である。 爪部を一体化した樹脂ホルダを一対組み合わせた状態を示す斜視図である。 図２５に示した樹脂ホルダを３相ぶん重ね合わせた状態を示す斜視図である。 爪部を一体化した樹脂ホルダを一対組み合わせ、巻コアから環状コイルの巻線端末が引き出された状態を示す斜視図である。 図２７の分解斜視図である。 樹脂ホルダ、爪部、環状部の分解斜視図である。 爪部が一体化された樹脂ホルダの斜視図である。 対となる対向する樹脂ホルダどうしを嵌合させる前の状態を示す斜視図である。 対となる対向する樹脂ホルダどうしを嵌合させた状態を示す斜視図である。 第８の実施形態における、周囲に巻コアが設けられた固定子の外観斜視図である。 図３３に示す固定子の内部を示す斜視図である。 環状部の外周に、周方向に分割した積層コアを等間隔に配置して形成した固定子の斜視図である。 第９の実施形態に係る多相クローポールモータを示す斜視図である。 多相クローポールモータの正面図である。 図３７のXXXVIII- XXXVIII線における断面の構造を示す図である。 多相クローポールモータの分解斜視図である。 一対の爪磁極と環状コイルの一例を示す斜視図である。 図４０に示した一対の爪磁極と環状コイルの分解斜視図である。 相間介在体の一例を示す斜視図である。 図４２に示した相間介在体の正面図である。 一対の爪磁極、環状コイル、コア間介在体の分解斜視図である。 相間介在体を介在させた状態で重ね合わせられた２相分の爪磁極等を示す斜視図である。 図４５に示した２相分の爪磁極等の図中上部に相間介在体を配置した状態を示す斜視図である。 相間介在体を各相間に介在させた状態で重ね合わせられた３相分の爪磁極等を示す斜視図である。

添付図面を参照して、圧粉コアとその他のコアとを併用した多相クローポールモータ１の好適な実施形態について説明する。

本発明に係る多相クローポールモータ１は、磁性粉の圧縮成形体からなる圧粉部材と、金属からなる金属部材とを含む固定子２を有しており、すべてが金属部材で構成された固定子に比べて磁路断面積が向上している。なお且つ、この多相クローポールモータ１は、固定子２を構成する爪磁極３０のうち少なくとも爪部３１が圧粉部材で構成されており、圧粉部材を利用した場合の磁気特性上の利点を確保しながらも、爪磁極３０の爪部３１以外の一部または全部を圧粉部材ではない部材で構成することで材料コストを抑えることを可能としている。以下、爪磁極、磁路形成部材などの構成の態様が異なる多相クローポールモータ１について、各種実施形態に例示しつつ説明する。

［第１実施形態］
本実施形態の多相クローポールモータ１は、固定子（ステータヨーク）２、環状コイル４、シャフト（回転子）１１などを備える。固定子２は、爪磁極３０によって構成される固定子内周部３と、外周コア（外周継鉄という場合もある）５０によって構成される固定子外周部５とからなる。爪磁極３０は磁性粉の表面を電気絶縁して圧縮した成形体で形成され、外周コア５０は軟磁性積層板（無方向の電磁鋼板５１を積層したもの）で形成されている。

本実施形態では、圧粉コアで形成されていた従来のクローポールにおける環状部の外周側の一部を、接線方向（多相クローポールモータ１の周方向）に積層した無方向性電磁鋼板５１による外周コア（積層コア）５０）の一部（突出部５０ａ）で構成する。本実施形態の多相クローポールモータ１は、爪磁極３０は、爪部３１、磁極面３１ａ、環状部３２を有する（図１、図４、図５等参照）。

爪部３１は、軸方向（シャフト１１の回転軸の方向を指す）に延在しており、クローポールを形成する。爪部３１には、該シャフト１１とともに回転するロータコアの外周面と所定の微小間隔をもって対向する磁極面３１ａが形成される。爪部３１は、単一の爪磁極３０において複数（一例として、８個）形成されている（図１、図４等参照）。また、環状部３２は、上記の爪部３１から、爪磁極３０の外形側（外周側）へ延在する環状部分である。

これら複数の爪部３１と環状部３２は、多相クローポールモータ１における磁路断面積を拡大するべく、磁性粉の表面を電気絶縁して圧縮した成形体（圧粉コア）によって形成されている。

本実施形態の多相クローポールモータ１では、複数の外周コア５０によって固定子外周部５が構成されている。これら複数の外周コア５０は、固定子内周部３の外側に、周方向に等間隔に配置される（図３参照）。

それぞれの外周コア５０は、固定子内周部３の外側に配置された際、環状コイル４が収まる溝部（凹部）５０ｂを形成するよう、その一部（突出部５０ａ）が径方向内側に延在した形状である（図２参照）。径方向に延在した部分は、溝部（凹部）５０ｂに収まった状態の環状コイル４と重なり合った状態となる（図３参照）。

また、外周コア５０は、軸方向にも延在し、複数の爪磁極３０に接する形状であることが好適である。本実施形態では、４つの突出部５０ａと３つの溝部５０ｂとからなる櫛歯あるいは鋤のような形状の外周コア５０を採用している（図２参照）。この外周コア５０は、対向する２個１対で１相分の爪磁極３０を、６個３対で３相分重ねたときの軸方向長さに対応している（図２参照）。このように外周コア５０を、複数相（本実施形態の場合、３相）の爪磁極３０に共通の構造とすることで、部品点数減少と構造や組み付けの簡素化を実現することができる。

外周コア（磁路形成部材）５０は、櫛歯あるいは鋤のような形状の薄い電磁鋼板５１を複数枚重ね合わせて積層された積層コアからなる（図２の丸い枠で示す部分参照）。圧粉コアで一体的に成形されていた従来型のステータヨークのうち、環状部を構成していた部分の一部と、外周側継鉄を構成していた部分、別言すれば、爪形状付近を除く部分を、本実施形態では、無方向の電磁鋼板５１を横断面における接線方向に積層したコアで構成し、高出力、低損失、低材料コストの多相クローポールモータ１を実現している。

すなわち、本実施形態では、磁気特性で劣り、低出力、高損失、高材料コストに繋がりやすい圧粉コアのうち、鎖交磁束を効果的に増大させうる部分を無方向性電磁鋼板５１によるコアで形成することで、出力やコストを高次元で両立させた多相クローポールモータ１を実現可能としている。

一方、爪磁極３０の外周は、外周コア５０と接する面が平面で形成された多角形であることが好適である。上記のように電磁鋼板５１の積層コアからなる外周コア５０においては、その内周面を円筒外周面のような曲面にする場合、電磁鋼板５１を１枚ずつ段差（ずれ）が生じる構造にせざるを得ず、爪磁極３０の外周面に隙間なく密着させることが難しくなる。この点、外周コア５０と接する面が平面であれば、外周コア５０の内周面を隙間なく密着させることが可能となる。

このように爪磁極３０の外周を多角形とする場合、多相クローポールモータ１の相数が３であれば、爪磁極３０の外周を爪部３１の３倍の辺数の多角形で形成することが好適である。一例として、本実施形態では、爪部３１の数が８、外周が正２４角形である爪磁極３０として、爪部３１の径方向外側（裏側）の部分が辺を含む平面部３３ｆである爪磁極３０Ａ（図４参照）と、爪部３１の径方向外側の部分が角部（平面部３３ｆと平面部３３ｆの間）３３ｃである爪磁極３０Ｂ（図５参照）の２種類を採用し、これらを爪磁極３０Ａ，３０Ｂを一対として周方向に２２．５°ずらして対向させて組み合わせて１相分とし、計３対を電気角１２０°もしくは機械角１５°ずつ順次ずらして重ね合わせて３相分の爪磁極３０を構成している。こうした場合、３相の爪磁極３０に共通の構造である外周コア５０の突出部５０ａを、いずれの爪磁極３０に対してもその外周の平面部３３ｆに隙間なく突き合わせて密着させることができる（図２、図３参照）。

環状コイル４は、爪磁極３０の外側であってかつ外周コア５０の内側に配置される。本実施形態の多相クローポールモータ１においては、３つの環状コイル４が、各相の爪磁極３０の対に対応して軸方向に等間隔に配置される（図３参照）。各環状コイル４は、軸方向においては突出部５０ａによって挟まれ、径方向においては爪磁極３０と外周コア５０とで包まれたような状態となる。

なお、固定子内周部３の周囲には計２４個の外周コア５０が周方向に配置され、かつ、環状コイル４の巻線４１の端末４２が外周コア５０と外周コア５０の間の隙間５６から引き出された状態となり、固定子２が形成される（図３参照）。巻線４１を引き出す隙間は、軸方向に延在するように空いている。

ここで、上記のごとく構成された固定子２を含む多相クローポールモータ１を図６、図７に示しておく。また、符号を付した構成の名称は以下のとおりである。すなわち、符号１２は軸受、１３はロータコア、１４は永久磁石、１５はセンサー磁石、１６は前面ブラケット、１７は背面ブラケット、１８はセンサー、１９は樹脂モールドである。また、符号６は、対をなす爪磁極３０と爪磁極３０の間に介在する介在体である。

ここまで説明したように、本実施形態では、圧粉コアで形成されていた従来のクローポールにおける環状部の一部（外周側の部分）を、接線方向に積層した無方向性電磁鋼板５１による積層コアの一部で構成し、また、環状コイル４を軸方向と径方向とで包み込む構造としたことから、高出力、低損失、低材料コストの多相クローポールモータ１を実現している。

しかも、積層コアからなる外周コア５０の磁束流入面および流出面となる側面が積層方向に概ね直線状となることから、上記の各実施形態では、爪磁極３０の外周のうち、当該直線状の面に接する部分（圧粉コア面）を区分的な平面とし、爪磁極３０を全体的には概ね多角形としたことで、外周コア５０と爪磁極３０とを隙間なく突き合わせて密着させることを可能としている。

［第２実施形態］
本実施形態では、アルファ巻で形成された環状コイル４を採用している（図８〜図１１参照）。アルファ巻で形成された環状コイル４においては、銅線が、最内周では螺旋巻、その他では巻軸方向に２層でそれぞれ逆巻の渦巻状に巻線されており、巻線４１の両端末４２が最外周に位置する（図１０、図１１等参照）。また、巻線４１には平角線が用いられており、これによって隣接する巻線４１どうしの間に隙間ができ難くし、巻線４１の巻密度を向上させている。

アルファ巻で形成された環状コイル４によれば、巻線４１の両端末４２が当該環状コイル４の外側から引き出されるため、端末を避けるスペースが必要なくなり、磁気回路断面積が増え、巻線処理を簡便にすることができる。

なお、アルファ巻は、例えば、巻線４１の内周における１巻を螺旋状にし、その他を逆巻の渦巻形状に巻線し、空芯巻後、加熱で固着させる手法（自己融着平角線アルファ巻）等によって実施することができる。

アルファ巻で形成された環状コイル４は、例えば本実施形態のごとき３相の多相クローポールモータ１であれば３個が、順次周方向にずらした状態で設けられてもよい。

また、本実施形態における巻線４１は、断面辺長が異なる平角線であって、断面長手方向を軸方向に向けて巻くフラットワイズ巻とされている。一般的に、コイルの口出し線は外周コア（外周継鉄）同士の間隙を通り抜けるようにして外周に引き出す必要があるが、外周コアは磁気抵抗を低減するため、できるだけ磁路断面積を拡大する必要があり、外周コア間の間隙は狭い方が好ましい。このような状況で、本実施形態では、断面長手方向を軸方向に向けたフラットワイズかつα巻きの環状コイル４を使用し、コイルの口出し線（巻線４１）が軸方向に並んだ状態としていることから（図１０、図１１等参照）、接線方向に狭い断面配置（別言すれば、爪磁極３０の外周部３４の切り欠き３４ａの周方向の隙間が狭い状態）で外周コアの間隙を通すことができ、巻線断面積を確保できるため、全体として低銅損のコイルを提供できる。

［第３の実施形態］
本実施形態の多相クローポールモータ１は、磁性粉を圧縮した磁性成形体で形成された爪磁極３０を備える。爪磁極３０は、軸方向に延在し回転子と微小間隔をもって対向する磁極面３１ａを有する複数の爪部３１と、爪部３１から外形側へ延在する環状部３２と、軸方向に延在する外周部３４と、からなる（図１２、図１３参照）。爪磁極３０は、複数が、互いに隣接する当該爪磁極３０の爪部３１が周方向に交互に配置された状態で、かつ、互いに隣接する当該爪磁極３０の環状部３２が軸方向に対向した状態で、軸方向に積層されて固定子２を形成している。

爪磁極３０の外周部３４には、環状コイル４の巻線４１を外周側へ引き出すための切り欠き３４ａが形成されている。切り欠き３４ａは、隣接する対の爪磁極３０の環状部３２を軸方向に対向させた状態で、切り欠き３４ａどうしが向かい合い、巻線４１の大きさに対応した引き出し孔が形成されるように配置されていてもよい（図１２、図１３参照）。

環状コイル４は、上記の実施形態と同様、アルファ巻で形成されており、隣接する爪磁極３０の環状部３２のそれぞれの間隙に配置される。巻線４１には平角線が用いられており、一対の切り欠き３４ａが向かい合って形成される引き出し孔から外周側へ引き出されている（図１２、図１３参照）。

アルファ巻で形成された環状コイル４は、例えば本実施形態のごとき３相の多相クローポールモータ１であれば３個が、順次周方向にずらした状態で設けられる（図１２参照）。

本実施形態の多相クローポールモータ１のように、固定子２のすべてが磁性粉を圧縮した磁性成形体で形成されている場合にも、上記の実施形態と同様にアルファ巻で形成された環状コイル４を採用することで、巻線４１の両端末４２が当該環状コイル４の外側から引き出されるようにして、巻線処理を簡便にすることができる。

［第４の実施形態］
本実施形態の多相クローポールモータ１においては、爪磁極３０の外周と接する、外周コア５０の突出部５０ａの面に係合部５５が形成され、かつ、爪磁極３０の外周の外周コア５０と接する面に、爪部３１の延在方向に向かい、内周方向に食い込む形状で構成され、外周コア５０の係合部５５と係合する被係合部３５が形成されている。このような構造は下記のごとく作用する。

すなわち、上記の第１〜第３の実施形態のごとく向き合って重ね合わせられた一対の爪磁極（圧粉コア）３０には、互いに磁気吸引力が作用するところ、当該磁気吸引力は、径方向、周方向においては全周で相殺されるが、軸方向においては相殺されることなくそのまま作用する。本実施形態の多相クローポールモータ１において、爪磁極３０間には環状コイル４が配置されるが（図１４等参照）、この環状コイル４で吸引力を支持することは絶縁等の観点で好ましくない。この点、上記のごとく爪磁極３０の外周面に被係合部３５を形成し、これらを外周コア５０の係合部５５に係合させ、向き合って重ね合わせられた一対の爪磁極３０どうしが所定距離よりも接近し合わないように間隔を規制することで、その吸引力を環状コイル４に作用させずに外周コア５０で支持することができる。別言すれば、外周コア５０を、爪磁極３０どうしの最小間隔を環状コイル４の厚みよりもわずかに大きい程度に規定するストッパー（つっかえ）として機能させることにより、環状コイル４に作用する力を制限することができる。

なお、被係合部３５や係合部５５は、互いが係合することによって爪磁極３０を所定間隔に保持しうる限り、の具体的な構造が特に限定されることはない。例示すれば、被係合部３５は、爪部３１の延在方向に向かい内周方向に食い込むように傾斜した斜面をもつテーパ形状であってもよいし、あるいは、図１４、図１５に示すような段付形状であってもよい。

また、向き合って重ね合わせられる一対の爪磁極３０どうしの間に例えば筒状の介在体６を介在させ、磁気吸引力を当該介在体６によって受け止める構造の場合にあっては、上記のごとき被係合部３５や係合部５５を併設することによって当該介在体６が受ける磁気吸引力を複数の外周コア５０に負担させて軽減させてもよい（図１６、図１７等参照）。介在体６は、爪磁極３０のそれぞれを所定の相対位置に位置決めする位置決め部材として機能しうる。

［第５の実施形態］
本実施形態の多相クローポールモータ１において、環状部３２の一部または全部と複数の爪部３１とは、多相クローポールモータ１における磁路断面積を拡大するべく、磁性粉の表面を電気絶縁して圧縮した磁性成形体（圧粉コア）によって形成されている。また、多相クローポールモータ１における軸方向への磁路形成部材の少なくとも一部を、回転軸を中心として軟磁性板を巻いて概ね円筒状を形成した巻コア５７にて形成している（図１８（Ｂ）参照）。

巻コア５７は、軟磁性体、例えば、材料歩留まりが高く磁気特性が優れた方向性電磁鋼板を渦巻状に巻装し、あるいは渦巻状に配置することによって形成されて（図２０等参照）、軸方向への磁路形成部の一部を形成する。巻コア５７は、圧延方向が巻の中心軸に向くよう巻装される。巻コア５７には、円周上の一部を切り欠いた状態の間隙５７ａが形成される（図２０参照）。間隙５７ａからは、環状コイル４の巻線４１の巻線端末４２を含む口出し線が引き出される（図１９、図２０参照）。

多相クローポールモータ１において、巻コア５７に対して軸方向に接する平板部分の部材を、積層コア（外周コア５０）とすることができる（図１８（Ａ）参照）。この場合、径方向磁路形成部の一部（外周部）を、電磁鋼板５１を打ち抜いて軸方向に積層した積層コア（外周コア５０）で環状に形成してもよい。また、径方向磁路形成部の一部（外周部）を、周方向に複数分割した電磁鋼板５１（あるいは積層コアのブロック）を集積して環状をなして形成してもよい（図２１参照）。

本実施形態によれば、圧粉部材を含む径方向の磁路形成部材の外周部を、安価で磁気特性の高い電磁鋼板５１で形成しているため、鎖交磁束が多く、損失が少なく、より安価な多相クローポールモータ１を提供できる。また、爪磁極３０の少なくとも爪部３１を含む部分を圧粉コアで形成しているため、鎖交磁束量の増大による出力増大、小型化、低損失化（鉄損）を実現することができる。

［第６の実施形態］
本実施形態では、多相クローポールモータ１の固定子２のうち、ロータコアが設置される空隙面に面した爪形状部分である爪部３１を、磁性粉を圧縮した磁性成形体（圧粉部材）、他の部位を稠密な軟磁性体で形成する（図２３参照）。

爪部３１の他の部位、すなわち爪磁極３０における磁路形成部材のうち爪部３１を除く部位は、材料歩留まりが高く磁気特性が優れた部材たとえば電磁鋼板を使用して形成されている（図２２における環状部３２、巻コア５７の部分参照）。

圧粉部材（圧粉コア）で形成される爪部３１は磁極ごとに分割されて、各爪部３１は樹脂ホルダ８０によって保持される（図２３参照）。

樹脂ホルダ８０は、爪部３１とは別途成形された樹脂ホルダで、多相クローポールモータ１の軸方向両側から嵌合された各爪部３１を保持し、これら爪部３１の周方向の角度、対向距離を所定のものとする。本実施形態の樹脂ホルダ８０は環状に形成されていて、爪部３１を環状かつ角度等配に配置する切欠き部８１を備える。各爪部３１は、切欠き部８１に固定または固着された状態で保持される。

本実施形態の樹脂ホルダ８０は、多相クローポールモータ１の軸方向における一方側（図２３中の例えば上側）に開いた形状の切欠き部８１と、他方側（図２３中の例えば下側）に開いた形状の切欠き部８１とが周方向に交互に配列された構造となっている（図２３参照）。また、本実施形態の樹脂ホルダ８０は、環状の１層、対向した電気１相、あるいは全相の爪部３１と一体成型された樹脂モールドである。

樹脂ホルダ８０には、各相の爪磁極３０の周方向位置を決め、同芯度と相対角度を定める位置決め部８２が設けられている。例えば本実施形態では、隣接する他の相の樹脂ホルダ８０どうしが係合する部位には比較的小さい突部と凹部とで構成される位置決め部８２を設け（図２３（Ａ）、（Ｂ）参照）、それ以外の部位（例えば前面ブラケット１６、背面ブラケット１７、樹脂モールド１９など）に係合する部位には比較的大きい突部で構成される位置決め部８２を設けている（図２３（Ｃ）参照）。

また、多相クローポールモータ１における軸方向への磁路形成部材の一部は、回転軸を中心として軟磁性板を巻いて概ね円筒状を形成した巻コア５７にて形成されている（図２２参照）。上記実施形態と同様、巻コア５７は、軟磁性体、例えば、材料歩留まりが高く磁気特性が優れた方向性電磁鋼板を渦巻状に巻装し、あるいは渦巻状に配置することによって形成されており、軸方向への磁路形成部の一部を形成する。巻コア５７は、圧延方向が巻の中心軸に向くよう巻装される。巻コア５７には、円周上の一部を切り欠いた状態の間隙５７ａが形成されており、この間隙５７ａからは、環状コイル４の巻線４１の巻線端末４２を含む口出し線が引き出される。

本実施形態によれば、径方向の磁路形成部材のうち爪部３１を除く多くの部分を、安価で磁気特性の高い材料で形成しているため、鎖交磁束が多く、損失が少なく、より安価な多相クローポールモータ１を提供できる。また、爪磁極３０の爪部３１の部分を圧粉コアで形成しているため、鎖交磁束量の増大による出力増大、小型化、低損失化（鉄損）を実現することができる。

［第７の実施形態］
上記第６の実施形態では樹脂ホルダ８０を単体で成形し、該樹脂ホルダ８０の切欠き部８１に嵌合させて保持する構成としたが、これに代え、本実施形態では、樹脂ホルダ８０をモールド成形する際に爪部３１を一体化したハイブリッド部品を採用する（図２４参照）。このように一つの相をなす爪部３１と樹脂ホルダ８０とを予めを一体部品としておくことで、多相クローポールモータ１の組み立て作業をより容易なものとすることができる（図２５〜図３１参照）。

樹脂ホルダ８０は、環状に配置される１層の複数の爪部３１と一体成形される。爪磁極３０は、それぞれが樹脂ホルダ８０に固定または固着された状態となる。

樹脂ホルダ８０には、たとえば電磁鋼板で構成された環状部３２と組み合わされ一体化される（図２４、図２９等参照）。環状部３２は、上記の爪部３１から、爪磁極３０の外形側（外周側）へ延在する環状部分である。

樹脂ホルダ８０は、対となる対向する樹脂ホルダ８０と互いに嵌合しあう構成であってもよい。例えば本実施形態の樹脂ホルダ８０は、対となる樹脂ホルダ８０に向けて突出する突部８３を備えている。突部８３は、周方向幅が先細りとなるテーパ形状であって、複数が、周方向に等間隔に並んでいる（図２８等参照）。一対の樹脂ホルダ８０を組み合わせると、各突部８３が、対向する樹脂ホルダ８０の突部８３と突部８３の間に嵌まり込み、対の樹脂ホルダ８０どうしが嵌合した状態となる（図３１等参照）。

また、これら突部８３のそれぞれには、圧粉材料で形成された爪部３１が固定または固着されて保持される（図２９、図３０等参照）。

［第８の実施形態］
本実施形態では、径方向磁路形成部材の径方向途中までは圧粉部材、それ以外は電磁鋼板（からなる積層コアまたは巻コア）を用いて形成した固定子２であり（図３３〜図３５参照）、形状自由度に優れる圧粉部材と、磁気特性に優れる電磁鋼板のハイブリッド構造となっている。別言すれば、径方向磁路形成部材の内側は圧粉部材、外側（環状部３２）は鋼板製とされた構造である。

外周側の軸方向継鉄部は、巻コア５７であってもよい（図３３参照）。あるいは、軸方向継鉄部を、外周側が多角形形状である環状部３２の外周に、周方向に分割した積層コア（外周コア５０）を等間隔に配置して形成することもできる（図３５参照）。一例として、図３５に示す例では積層コア（外周コア５０）を４８分割とした例を示しているが、もちろん、それ以外の構造としてもよい。

上記の実施形態と同様、爪部３１は、はそれぞれ樹脂ホルダ８０に固定または固着されていてもよい。樹脂ホルダ８０は、例えば、爪部３１と別途成型された樹脂部材で、軸方向の両側から爪部３１を嵌合させて周方向の角度、対向距離を位置決めする構造であってもよい。

［第９の実施形態］
本実施形態の多相クローポールモータ１を図３６〜図４１に示す。符号を付した構成の名称は以下のとおりである。符号２０はケーシングである。

本実施形態の多相クローポールモータ１は、固定子（ステータヨーク）２、環状コイル４、シャフト（回転子）１１などを備える。固定子２は、爪磁極３０等によって構成される固定子内周部３と、巻コア（磁路形成部材）５７によって構成される固定子外周部５とからなる。爪磁極３０は磁性粉の表面を電気絶縁して圧縮した成形体で形成されている。

爪部３１は、軸方向（シャフト１１の回転軸の方向を指す）に延在しており、クローポールを形成する。爪部３１には、該シャフト１１とともに回転するロータコアの外周面と所定の微小間隔をもって対向する磁極面３１ａが形成される。爪部３１は、単一の爪磁極３０において複数（一例として、８個）形成されている（図４１等参照）。

環状部３２は、上記の爪部３１から、爪磁極３０の外形側（外周側）へ延在する環状部分である。これら複数の爪部３１と環状部３２は、多相クローポールモータ１における磁路断面積を拡大するべく、磁性粉の表面を電気絶縁して圧縮した成形体（圧粉コア）によって形成されている。

爪磁極３０は、２つで対をなし、その間隙に環状コイル４を介在させて組み付けられる（図４０、図４１等参照）。対をなす爪磁極３０は、組み付けられた際、互いに隣接する爪部３１が周方向に交互に配置された状態となるように形成されている（図４０等参照）。

環状コイル４は、対をなして対向する爪磁極３０の間隙に配置される（図４０、図４１参照）。本実施形態の多相クローポールモータ１においては、３つの環状コイル４が、各相の爪磁極３０の対に対応して軸方向に等間隔に配置される（図３９参照）。各環状コイル４は、軸方向においては環状部３２によって挟まれた状態となる。

巻コア５７は、軟磁性体、例えば、材料歩留まりが高く磁気特性が優れた方向性電磁鋼板を渦巻状に巻装し、あるいは渦巻状に配置することによって形成され、軸方向への磁路形成部の一部を形成する。巻コア５７は、圧延方向が巻の中心軸に向くよう巻装される。巻コア５７には、円周上の一部を切り欠いた状態の間隙５７ａが形成される（図４１等参照）。間隙５７ａからは、環状コイル４の巻線４１の巻線端末４２を含む口出し線が引き出される（図４０等参照）。

樹脂ホルダ８０は、樹脂製であって、多相クローポールモータ１の軸方向両側から嵌合された各爪部３１を保持し、これら爪部３１の周方向の角度、対向距離を所定のものとする。本実施形態の樹脂ホルダ８０は環状に形成されていて、爪部３１を環状かつ角度等配に配置する切欠き部８１を備えている（図４１参照）。各爪部３１は、切欠き部８１に固定または固着された状態で保持される。

樹脂ホルダ８０には、各相の爪磁極３０の周方向位置を決め、同芯度と相対角度を定める位置決め部８４が設けられている。例えば本実施形態では、隣接する他の相の樹脂ホルダ８０どうしが係合する部位には比較的小さい突部と凹部とで構成される位置決め部８４を設けている（図４１等参照）。

また、本実施形態の多相クローポールモータ１は、爪磁極３０の相間角度差が電気角０度または１８０度となるように構成されている。

［第１０の実施形態］
本実施形態の多相クローポールモータ１を図４２〜図４７に示す。本実施形態の多相クローポールモータ１は、固定子（ステータヨーク）２、環状コイル４、シャフト（回転子）１１などに加え、コア間介在体たる樹脂ホルダ８０、相間介在体８８を備えている。

樹脂ホルダ８０は、１相をなす対の爪磁極３０の間に挟み込まれる形状に成形されている。樹脂ホルダ８０の具体的な形状が特に限定されることはないが、本実施形態では、環状であって、対となる爪磁極３０の互いに対向する爪部３１が収まる切欠き部８１が周方向に配置された形状の樹脂ホルダ８０を採用している。切欠き部８１は対となる爪磁極３０の互いに対向する爪部３１の配置に合わせて、軸方向一方側に向くものと軸方向他方側に向くものとが、周方向に沿って交互に並ぶように等間隔で配置されている（図４４等参照）。樹脂ホルダ８０は、対向する爪磁極３０の間に介在し、これら爪磁極３０のそれぞれを所定の相対位置に位置決めするコア間介在体として機能しうる。

樹脂ホルダ８０には、各相の爪磁極３０の周方向位置を決め、同芯度と相対角度を定める位置決め部８２が設けられている。本実施形態では、隣接する他の相の樹脂ホルダ８０どうしが接触しうる環状面に等間隔に凹部を設け、これら凹部を位置決め部８２として機能させる。これら凹部からなる位置決め部８２には、相間介在体８８の凸部８９が係合する。

相間介在体８８は、隣接する相と相との間に介在する部材である。本実施形態では、薄板からなる環状であって表面と裏面に複数の凸部８９が形成された構造の相間介在体８８を採用する（図４２、図４３参照）。凸部８９は、樹脂ホルダ８０の凹部からなる位置決め部８２に対応した位置および大きさに形成されている（図４５、図４６等参照）。本実施形態の相間介在体８８は、隣接する相と相との間に介在することで、これら相の間に相間ギャップｇを形成する（図４７参照）。

また、本実施形態の爪磁極３０においては、爪部３１の先端と軸方向に最も近接する他相の爪磁極３０との間に所定の磁気ギャップが形成されるように、当該爪部３１の軸方向長さが設定されている。樹脂ホルダ８０および相間介在体８８は、このように軸方向長さが設定された爪部３１の大きさと形状に合わせて、相間に所定のギャップｇが形成されるように構成されている。

本実施形態の多相クローポールモータ１によれば、材料の使用量が比較的多い固定子外周部の部分が比較的安価で磁気特性の高い軟磁性の積層板で形成されていることから、そのぶん、圧粉材料にかかるコストを低減することができ、かつ、鎖交磁束が多く、損失が少なく、安価なモータとすることができる。また、爪部３１の先端と軸方向に最も近接する他相の爪磁極３０との間に所定の磁気ギャップが形成されることから、相間の異常漏れ磁束を抑制し、トルクむらを低減することができる。

なお、本実施形態のごとく、爪磁極３０の相間に磁気ギャップを形成するとともにこれら爪磁極３０の周方向角度位置を保持するようにした機能を、電磁鋼板５１を積層して構成された外周コア５０が固定子内周部３の周囲に複数配置された構成の多相クローポールモータ１に適用して具備させてもよい。あるいは、同様の機能を、上記第９の実施形態で説明したような巻回された軟磁性板からなる巻コア５７を備えた多相クローポールモータ１に適用して具備させてもよい（図３６〜図４１参照）。

本発明は、多相クローポールモータ、さらには該モータを駆動源とする電動パワーステアリング等の各種産業機械や各種駆動装置、さらには、これらが搭載された車両などに適用して好適である。

１…多相クローポールモータ、２…固定子、３…固定子内周部、４…環状コイル、５…磁路形成部材、６…介在体（位置決め部材）、１１…シャフト（回転子）、１２…軸受、１３…ロータコア、１４…永久磁石、１５…センサー磁石、１６…前面ブラケット、１７…背面ブラケット、１８…センサー、１９…樹脂モールド、２０…ケーシング、３０…爪磁極、３１…爪部、３１ａ…磁極面、３２…環状部、３４…外周部、３５…被係合部、４１…巻線、４２…巻線端末、５０…外周コア（磁路形成部材）、５１…電磁鋼板、５５…係合部、５６…隙間、５７…巻コア（軟磁性板、磁路形成部材）、５７ａ…間隙、８０…樹脂ホルダ（ホルダ、コア間介在体）、８１…切欠き部、８２…位置決め部、８３…突部、８４…凹部（位置決め部）、８８…相間介在体、８９…凸部

Claims (7)

1. 多相クローポールモータであって、
   軸方向に延在し回転子と微小間隔をもって対向する磁極面を有する複数の爪部と、前記爪部から径方向外側へ延在する環状部と、からなる爪磁極であって、対をなす当該爪磁極が、互いに隣接する前記爪部が周方向に交互に配置された状態で、かつ、互いに隣接する当該爪磁極の前記環状部が軸方向に対向した状態で前記回転子の軸方向に積層されて固定子内周部を形成する複数の爪磁極と、
   軸方向に隣接して対をなす前記爪磁極の前記環状部のそれぞれの間隙に配置される環状コイルと、
   前記固定子内周部の外側に周方向に複数配置されて固定子外周部を形成する磁路形成部材と、
   を備え、
   前記爪部および前記環状部の少なくとも一部が磁性粉の表面を電気絶縁して圧縮した磁性成形体で形成され、前記磁路形成部材が軟磁性積層板で形成されており、
   前記爪部の先端と軸方向に最も近接する他相の爪磁極との間に磁気ギャップが形成されるように当該爪部の軸方向長さが設定されていることを特徴とする多相クローポールモータ。
2. １相をなす対の前記爪磁極の間に挟み込まれる形状に成形された絶縁体からなるコア間介在体と、隣接する相と相との間に介在する相間介在体と、を備える請求項１に記載の多相クローポールモータ。
3. 前記磁路形成部材が、前記環状部の径方向外側に配置された外周コアからなる、請求項２に記載の多相クローポールモータ。
4. 前記軟磁性板が、周方向に積層された積層板で形成されている、請求項３に記載の多相クローポールモータ。
5. 前記磁路形成部材が、前記爪磁極の前記環状部の間に配置されたコアからなる、請求項２に記載の多相クローポールモータ。
6. 前記コアが、巻回された軟磁性板で形成されている、請求項５に記載の多相クローポールモータ。
7. 相間の周方向の位相が等しい、請求項２から６のいずれか一項に記載の多相クローポールモータ。