JP5587233B2 - ステータコアおよびそれを用いるモータ - Google Patents

Description

本発明は、モータにおけるステータコアの構造およびそのステータコアを用いるモータに関し、特に前記モータとして、ロータとステータとがラジアル方向に間隔を開けて配置されて成るラジアルギャップ型のモータに関する。

前記モータのコア材としては、旧来からから永く、磁性鋼板を積層させた積層コアが用いられてきた。前記磁性鋼板は、透磁率が高く、モータの効率を向上することができるものの、渦電流の対策のために、積層してコアが形成されている。すなわち、たとえば図９に例示するような、回転軸１００と垂直な２次元で形状を設計したコア１０１が使用されている。具体的には、前記磁性鋼板が、前記回転軸１００の直角断面の２次元形状で設計された型で打ち抜かれ、その打ち抜かれた薄板１０２が前記回転軸１００方向に積層され、カシメや溶接によって固定されて、前記コア１０１が作成される。したがって、積層の後でカシメや端部の溶接によって固定する必要があるので、製造工数が多く、コストも嵩むという問題があった。

ところで、モータが駆動力を生ずる仕組みは、ステータの磁極である突極（ティース）に施された巻線で生じる磁場によって被巻線部に磁束が発生し、その磁束がロータに対向するギャップ付近のティース先端部まで誘導され、ロータに設けられた磁石が発する磁束と相互作用することで回転力を得るというものである。

そのため、上述のように２次元形状で設計された積層コアでは、前記のコスト面の問題に加えて、巻線の発生する磁場の内、板面内方向に印加される磁場が磁束を発生（誘導）して動力源となるものの、積層方向の磁場は磁束の発生に寄与せず、その分出力が小さくなってしまうという問題もある。すなわち、積層コアは前記板面内方向の磁気特性に優れているものの、板厚方向は各々の鋼板間に隙間が存在することや鋼板表面に絶縁皮膜が存在するために、磁気的に連続しておらず、軟磁性材料としての特性を備えていないという特徴がある。

一方、積層コア以外のコア材として、軟磁性粉末を圧縮成型した圧粉コアや、フェライトコアなどの磁気的に等方性を有する材料から成るものがある。前記圧粉コアは、鉄合金や純鉄のような軟磁性を有する母粉末に、渦電流損失を抑制するための絶縁皮膜が形成され、これを圧粉成型して得られるものである。前記の積層コアが前述のように板面内方向のみの磁気特性に優れているのに対し、圧粉コアは、磁気特性が全方位に等方的であるので、３次元的な磁気回路構造を実現できるという特徴がある。また、磁気特性が等方的であるので、巻線が発生する様々な方位の磁場を活用できるという特徴もある。

そこで、圧粉コアを使用したモータのステータコア形状に関する従来技術として、たとえば特許文献１が挙げられる。この従来技術では、圧粉コアの３次元設計が可能という特徴を活かして、ギャップ周辺のステータコアを回転軸方向へ伸張させて、積層コアでは活用できなかった磁束を利用するためのコア形状が提案されている。また、特許文献２では、巻線をより多く巻くために、コアを湾曲させた形状が提案されている。

特開２００４−１５３９７７号公報 特開２００７−８２２８２号公報

特許文献１の従来技術では、磁気的な等方性を有する圧粉コアの特長を利用して、積層コアで不可能であった３次元的な磁気成分を活用するためのコア形状が示されている。しかしながら、圧粉コアでは、鉄粉一粒一粒が絶縁皮膜で覆われているので、その絶縁皮膜の存在のために、積層コアに比べて、やはり効率が低いという問題がある。

この点、前記特許文献２のように、突極を磁気飽和が生じない厚みの範囲で薄くして、巻線をより多く巻くのは有効であるが、設計上、可能であれば、当業者が採用し得る端的な手法である。また、むやみに巻線長を長くすると、銅損が増加するので、効率の点では逆にマイナスに作用することがある。そこで本発明では、磁束を増加する更なる改善手法を提案する。

本発明の目的は、安価なコア材を使用しても、モータの出力を向上することができるステータコアおよびそれを用いるモータを提供することである。

本発明のステータコアは、回転軸と一体で回転するロータと、前記ロータに対してラジアル方向に間隔を開けて配置されて前記ロータを回転させるステータとを備えて成るラジアルギャップ型のモータに用いられるステータコアにおいて、該ステータコアは、磁気的に等方性を有する材料から成り、かつその突極において、巻線が巻回される被巻線部が、前記ロータと対向する先端部分より、前記回転軸の方向の厚さが厚く形成されていることを特徴とする。

また、本発明のモータは、前記のステータコアと、前記巻線とを備えて構成されるステータと、前記突極に対向するロータとを備えて構成されることを特徴とする。

上記の構成によれば、回転軸と一体で回転するロータと、前記ロータに対してラジアル方向に間隔を開けて配置されて前記ロータを回転させるステータとを備えて成るラジアルギャップ型のモータに用いられるステータコアにおいて、前記ステータのコアが、磁気的に等方性を有する材料から成る場合に、そのコア構造を工夫する。具体的には、前記ステータコアの突極には、巻線が巻回されるが、その突極において巻線が巻回される被巻線部が、前記ロータ側と対向する先端部分より、前記回転軸の方向の厚さが厚く形成される。

したがって、従来の磁性鋼板を積層して成る積層コアでは、同じ厚み（高さ）でしか形成されない突極を、本発明のステータコアでは、前記の被巻線部の厚み（高さ）を、先端部分より厚く形成しておくことで、前記被巻線部において、同じ巻線長の巻線の磁場で該被巻線部内に発生される磁束の密度を低下させ、磁場変化による磁束密度の変化を大きくする（有効に活用する）。これによって、電磁鋼板などに比べて磁気特性の低級な磁性材料から成り、磁気飽和し易い該ステータコアにおいて、同じ磁場変化で単位体積当りに発生する磁束の変化量を増大し、コアの体積の増加によって、総発生磁束量を増加することができる。すなわち、該ステータコアは、巻線の発生した磁場を、より多く、かつ効率的に捉えることができ、実質的に巻線の巻数を増加させた場合と同様の効果を得ることができる。

また、軟磁性体は、磁束密度が高くなるほど透磁率が低くなる傾向があるので、本発明のステータコアでは、上述のように磁束密度を下げることで、透磁率の低さに由来した磁束の低下を緩和することができ、磁束を先端部分へ誘導した後も高い磁束を維持することができる。さらにまた、本発明のステータコアでは、該ステータコアの磁気特性が等方的であるために、巻線が発生する様々な方位の磁場を活用できるというコア材の特徴を利用して、前記積層コアでは活用できなかった方向の磁束成分を活用することができるとともに、増加したそれらの磁束を、漏れなく突極の前記先端部分３１３に誘導することができる。これらのことによって、そのように磁気的に等方性を有するコア材の本質的な短所を抑えてモータの出力を向上することができ、積層コアより安価なコア材を使用しても、積層コアを使用した同じ大きさのモータに対する出力低下を小さくすることができる。

また、本発明のステータコアでは、前記被巻線部の厚さと、前記先端部分の厚さとの比率が、１．０５〜１．５であることを特徴とする。

上記の構成によれば、前記の厚さの比率が、１．０５未満では本発明の効果を得難く、１．５より大きければステータの回転軸方向の厚さが大きくなり、小型化の観点から望ましくない。このため、本発明のステータコアは、前記の厚さの比率を前記の範囲とすることで、被巻線部の厚み（高さ）を厚く形成しても、その増厚分を軸受けの厚み（高さ）で吸収することができ、実質的なモータの厚み（高さ）を増加することなく、出力を向上することができる。

さらにまた、本発明のステータコアでは、前記被巻線部の厚さと、前記先端部分の厚さとの比率が、１．１〜１．２であることを特徴とする。

上記の構成によれば、出力向上と小型化との良好なバランスを得ることができる。

また、本発明のステータコアは、軟磁性粉末が圧粉成型された圧粉コアから成ることを特徴とする。

上記の構成によれば、上述のような磁気的に等方性を有するステータコアを実現する場合に、軟磁性粉末を成型した圧粉コア以外に、フェライトコアなども同様に、原料粉末を型に入れて成型することで、所望の形状に作成することができる。しかしながら、前記圧粉コアを用いることで、材料費が安い上に、所望の磁気特性を比率較的容易に得ることができる。

さらにまた、本発明のステータコアでは、前記軟磁性粉末が、絶縁皮膜付の鉄基磁性粉末、アモルファス粉末、あるいはフェライト粉末であることを特徴とする。

上記の構成によれば、磁性鋼板などに比べて低いものの、比較的高い透磁率を得ることができる。

また、本発明のステータコアでは、前記軟磁性粉末と非磁性体粉末との混合物が圧粉成型されて成ることを特徴とする。

上記の構成によれば、上述のような圧粉コアの材料として、軟磁性粉末単独でもよいが、軟磁性粉末と非磁性体粉末との混合物を用いることで、それらの混合率比率は比率較的容易に調整することができ、前記混合比率を適宜に調整することによって、コア材の磁気特性を所望の磁気特性に容易に実現することができるとともに、所望の形状に容易に成型することができる。

さらにまた、本発明のモータは、前記ロータが内周側に配置され、前記ステータが外周側に配置されるインナーロータ型のモータであり、前記ステータコアにおける突極の先端部分と、それに対向するロータ側の先端部分とが、前記回転軸の方向に略等しい厚さを有することを特徴とする。

上記の構成によれば、インナーロータ型のモータであれば、内周側のロータにおけるコアは、その回転軸を枢支する軸受けの厚み（高さ）分だけ、筐体の厚み（高さ）より薄くなる。一方、外周側のステータコアの突極の先端部分も、その内周側のロータのコアの厚み（高さ）に合わせて形成される。

したがって、本発明のモータは、上述のようにステータコアの突極における被巻線部の厚み（高さ）を厚く形成しても、その増厚分を前記軸受けの厚み（高さ）で吸収することができる。これによって、本発明のモータは、実質的なモータの厚み（高さ）を増加することなく、出力を向上することができる。

本発明のステータコアおよびそれを用いるラジアルギャップ型のモータは、以上のように、従来の磁性鋼板を積層して成る積層コアでは、同じ厚み（高さ）でしか形成されない突極を、ステータコアが磁気的に等方性を有する材料から成る場合に、その突極において巻線が巻回される被巻線部が、ロータと対向する先端部分より、回転軸方向の厚さが厚く形成される。

それゆえ、本発明のステータコアおよびモータは、前記被巻線部において巻線の磁場で発生される磁束を増加することができるとともに、増加したその磁束を突極の前記先端部分に誘導することができる。これによって、本発明のステータコアおよびモータは、積層コアより安価なコア材を使用しても、モータの出力を向上することができる。

本発明の実施の一形態に係るモータの部分断面図である。 図１で示すモータにおけるステータコアの斜視図である。 図２で示すステータコアにおける１つの突極の拡大した平面図および断面図である。 従来技術のステータコアにおける１つの突極の拡大した平面図および断面図である。 比較例のステータコアの斜視図である。 図５で示すステータコアにおける１つの突極の拡大した平面図および断面図である。 分割コア型ＰＭモータのステータ形状を示す平面図である。 ステッピングモータのステータコア形状を示す平面図である。 従来の磁性鋼板を積層して成るステータコアの斜視図である。 前記磁性鋼板の積層コアと圧粉コアとの磁束の強さおよび流れの特徴を模式的に示した図である。 電磁鋼板と圧粉コアとに対して、与える磁場を変化させた場合に、それらのコア内で発生する磁束密度の変化を示すグラフである。 圧粉コアの磁場変化に対する発生磁束密度の変化を示すグラフである。

本発明に係るラジアルギャップ型モータは、インナーロータ型およびアウターロータ型の双方に適用可能であるが、以下では、小型化の観点でより望ましいインナーロータ型を代表例として、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の実施の一形態に係るモータ１の部分断面図である。本実施の形態のモータ１は、回転軸２１と一体で回転するロータ２と、前記ロータ２を回転させるステータ３とがラジアル方向に間隔を開けて配置されて成るラジアルギャップ型のＰＭ（永久磁石）モータである。

そして、このモータ１は、インナーロータ型のモータであり、前記ロータ２は、炭素鋼などの軟磁性体材料から成るコア２２と、そのコア２２内を挿通し、固着される前記回転軸２１と、前記コア２２の外周面に等間隔に配設される複数の永久磁石２３とを備えて構成される。前記コア２２と回転軸２１とは、一体で形成されてもよい。

図２は、ステータ３のコア３１の斜視図である。図１および図２を参照して、ステータ３は、前記コア３１と、そのコア３１の内周面に等間隔に配設される複数の突極３１１の被巻線部３１１１にそれぞれ巻回される巻線３２と、内部回路３３と、これらのコア３１、巻線３２および内部回路３３ならびに前記ロータ２を収容する筐体３４，３５とを備えて構成される。前記内部回路３３は、前記コア３１から立設された支持部材３３１によって支持され、外部からの駆動信号を前記各巻線３２に与える一方、ホール素子やエンコーダなどで検出された回転角度位置の信号を外部へ出力する。

図２の例では、前記筐体３４，３５は、円筒３４３，３５３の一端が端板３４４，３５４で閉塞された形状を呈しているけれども、その形状は任意である。たとえば、筐体３４，３５の一方にのみ円筒３４３，３５３が形成され、他方は端板３４４，３５４だけとされてもよい。前記筐体３４，３５における前記端板３４４，３５４の中央部には、挿通孔３４１，３５１が形成され、その挿通孔３４１，３５１付近に嵌め込まれた軸受け３４２，３５２によって、前記回転軸２１が枢支される。

前記ステータ３のコア３１は、円筒状の基体３１２と、前記基体３１２から前記ラジアル方向に延びる複数の前記突極３１１と、前記各突極３１１の先端において、周方向に延びて形成され、ロータ２と対向する先端部分３１３とを備えて構成される。図３（ａ）には１つの突極３１１の拡大した平面図を示し、この図３（ａ）における切断面線Ａ−Ａ’から見た断面図を図３（ｂ）で示す。前記コア３１は、磁気的に等方性を有する材料から成り、かつその突極３１１において、図３（ｂ）で示すように、巻線３２が巻回される被巻線部３１１１が、前記ロータ２と対向する先端部分３１３より、前記回転軸２１の方向の厚さが厚く形成されている。すなわち、本実施の形態のモータ１は、ラジアルギャップ型のモータにおいて、ステータ３のコア３１が、磁気的に等方性を有する材料から成る場合に、そのコア構造を工夫したものである。

前記磁気的に等方性を有するコア３１の材料は、たとえば、軟磁性粉末を圧粉成型した圧粉コアや、フェライトコアを用いることができる。前記軟磁性粉末は、強磁性の金属粉末であり、より具体的には、たとえば、純鉄粉、鉄基合金粉末（Ｆｅ−Ａｌ合金、Ｆｅ−Ｓｉ合金、センダスト、パーマロイ等）およびアモルファス粉末、さらには、表面にリン酸系化成皮膜などの電気絶縁皮膜が形成された鉄粉等が挙げられる。これらの軟磁性粉末は、たとえば、アトマイズ法等によって微粒子化する方法や、酸化鉄等を微粉砕した後にこれを還元する方法等によって製造することができる。

このようなコア３１を覆う図示しない非磁性体カバーの上から、全ての突極３１１の被巻線部３１１１に、前記巻線３２が巻回されている。前記巻線３２には、良導電体に絶縁皮膜が形成されたものを用いることが望ましく、たとえば導電体には銅やアルミを用いることができる。また、巻線工程の容易さから、断面形状が円形の巻線を用いることが望ましいが、巻線の占積率を高めるために帯状線材を用いることもできる。

ここで、前述の図９で示す従来の磁性鋼板１０２を積層して成るステータの積層コア１０１を参照して、このコア１０１でも、本実施の形態のコア３１と同様に、円筒状の基体１０１２と、前記基体１０１２からラジアル方向に延びる複数の突極１０１１と、前記各突極１０１１の先端に形成され、ロータと対向する先端部分１０１３とを備えて構成される。図４（ａ）には１つの突極１０１１の拡大した平面図を示し、この図４（ａ）における切断面線Ａ−Ａ’から見た断面図を図４（ｂ）で示す。前述のように、磁性鋼板１０２を回転軸１００方向から見た形状に打ち抜き、積層して成るこの積層コア１０１では、図４（ｂ）で示すように、前記基体１０１２、突極１０１１および先端部分１０１３の各部は、同じ厚み（高さ）でしか形成されない。たとえ、被巻線部１０１１１に、局所的に別途磁性鋼板を貼り付けたとしても、その鋼板は先端部分１０１３まで通じておらず、得られた磁束を先端部分１０１３へ導くことはできない。或いは、被巻線部１０１１１を先端部分１０１３よりも厚く形成した磁性鋼板を用いても、その肉厚の被巻線部１０１１１での渦電流を抑えるためには、先端部分１０１３の肉厚が薄くなり、積層枚数が多くなって、非効率で、また積層自体も困難で、現実的でない。

これに対して、前記図３（ｂ）で示す本実施の形態のコア３１では、突極３１１において、被巻線部３１１１の厚み（高さ）Ｈを、先端部分３１３の厚み（高さ）ｈより厚く形成しておくことで、該被巻線部３１１１の巻軸方向（ラジアル方向）とは直交する断面での断面積を従来よりも相対的に増大させている。すなわち、本実施の形態のコア３１は、被巻線部３１１１における巻軸方向（ラジアル方向）とは直交する断面での断面積を拡大する方法として、該被巻線部３１１１を、回転軸２１方向と周方向との２方向へ伸張させることが想定され、周方向に伸張させてもよいが、その場合は、巻線３２を巻回する空間を減少することになるので、回転軸２１方向へ伸張させたものである。

こうして、本実施の形態では、巻線３２で発生される磁場が同じであっても、コア３１内での磁場の強さを小さくし、該コア３１を、図１２で示すように、飽和域近く（β１）で使用するのではなく、充分な非飽和域（線形に近い領域）（β２）で使用する。これによって、得られる磁束密度自体は低下するが、同じ磁場の変化（β１，β２）であっても、得られる磁束密度の変化を大きくし（ΔＢ１→ΔＢ２）、磁場を有効に活用することができる。そして、本実施の形態では、その磁束密度の低下分を、断面積の増加分で補償し、トータルとして、同じ磁場で得られる磁束の量を増加させている。

以上のように、本実施の形態のモータ１では、ステータ３のコア３１において、磁気的に等方性を有する材料から成る場合に、突極３１１の被巻線部３１１１の厚み（高さ）Ｈを先端部分３１３の厚み（高さ）ｈより厚く形成し、該被巻線部３１１１内に発生される磁束の密度を低下させることで、磁場変化による磁束密度の変化を大きくする（有効に活用する）る。これによって、低級な磁性材料から成り、磁気飽和し易い該コア３１において、同じ磁場変化で単位体積当りに発生する磁束の変化量を増大し、コア３１の体積の増加によって、総発生磁束量を増加することができる。すなわち、該コア３１は、巻線３２の発生した磁束を、より多く、かつ効率的に捉えることができ、実質的に巻線３２の巻数を増加させた場合と同様の効果を得ることができる。

また、軟磁性体は、磁束密度が高くなるほど透磁率が低くなる傾向があるので、本実施の形態では、上述のように磁束密度を下げることで、透磁率の低さに由来した磁束の低下を緩和することができ、磁束を先端部分３１３へ誘導した後も高い磁束を維持することができる。さらにまた、本実施の形態では、コア３１の磁気特性が等方的であるために、巻線３２が発生する様々な方位の磁場を活用できるというコア材の特徴を利用して、積層コアでは活用できなかった方向の磁束成分を活用することができるとともに、増加したそれらの磁束を、漏れなく突極３１１の前記先端部分３１３に誘導している。これらのことによって、そのように磁気的に等方性を有するコア材の本質的な短所を抑えてモータ１の出力を向上することができ、積層コアより安価なコア材を使用しても、積層コアを使用した同じ大きさのモータに対する出力低下を小さくすることができる。

以上の本実施の形態の効果を、図１０および図１１を用いて説明する。図１０は、コアの被巻線部１１１，１２１に同じ強度の磁場を与えた場合における磁束の流れを模式的に示す図であり、図１０（ａ）は積層コア１１２を、図１０（ｂ）は圧粉コア１２２を示す。先ず、圧粉コア１２２では、図１１に示すように、最大磁束密度が低いために、被巻線部１２１の磁場で発生する磁束自体が、積層コア１１２に比べて低くなる（矢印が細い）。図１１は、磁化のヒステリシスループを抜き出したもので、電磁鋼板（α１）と圧粉コア（α２）とに対して、与える磁場を変化させた場合に、それらのコア内で発生する磁束密度の変化を示すグラフである。この図１１で示すように、たとえば同じ磁場Ｈ１を与えても、圧粉コア（α２）の方が、電磁鋼板（α１）よりも、ΔＢだけ磁束密度が小さいという問題がある。

次に、圧粉コア１２２は、透磁率が低いことで、発生した磁束が突極１２３の先端部分１２４に誘導されるまでの間に低下してしまうという問題もある。このため、圧粉コア１２２では、前記特許文献１のように磁気成分を有効に活用しても、同じ大きさの積層コア１１２のモータより、出力が小さくなってしまう。

その点、本実施の形態のコア３１では、突極３１１の被巻線部３１１１の厚み（高さ）Ｈを先端部分３１３の厚み（高さ）ｈより厚く形成することで、出力を向上し、積層コア１１２より安価なコア材を使用しても、積層コア１１２を使用した同じ大きさのモータに対する出力低下を小さくすることができる。

特に、本実施の形態のモータ１は、ロータ２が内周側に配置され、ステータ３が外周側に配置されるインナーロータ型のモータであるので、図１で示すように、内周側のロータ２におけるコア２２は、その回転軸２１を枢支する軸受け３４２，３５２の厚み（高さ）Ｗ分だけ、筐体３４，３５の厚み（高さ）Ｌより薄くなるのに対して、外周側のステータ３のコア３１の先端部分３１３は、内周側のロータ２の永久磁石２３の厚み（高さ）に合わせて形成される。したがって、上述のようにステータ３のコア３１における被巻線部３１１１の厚み（高さ）Ｈを厚く形成しても、増厚分（Ｈ−ｈ）を前記軸受け３４２，３５２の厚み（高さ）Ｗで吸収することができる。これによって、実質的なモータの厚み（高さ）Ｌを増加することなく、出力を向上することができる。

なお、前記被巻線部３１１１の巻軸方向（ラジアル方向）とは直交する断面の形状については、上述のように断面積を増加できる形状であれば単一の形状に限定されるものではないが、断面積を最大化する観点では、断面が四角で、また磁気飽和の観点から、該被巻線部３１１１の巻軸方向（ラジアル方向）の全域で同一の断面形状とすることが望ましく、さらに過度な磁束の集中や偏りを避けるために、角の部分を面取りやフィレット形状などの滑らかな形状とすることが望ましい。また、被巻線部３１１１から先端部分３１３にかけての形状についても、同様に角となる形状を避けることが望ましい。これらの被巻線部３１１１および先端部分３１３以外（基体３１２など）については、従来のモータと同様に、回転軸２１方向の断面が平坦で、該回転軸２１方向から見た形状が２次元形状とすることができるが、前記被巻線部３１１１の厚み（高さ）Ｈを、先端部分３１３の厚み（高さ）ｈより大きく形成できていれば、必要に応じて形状を変更してもよい。たとえば、磁気飽和が生じない範囲で、該被巻線部３１１１の肉厚（周方向）を薄くできるのであれば、断面形状が前記四角ではなく、前述の特許文献２のように、湾曲形状として、巻線３２自体の巻数を増加させてもよい。

表１には、本件発明者による前記被巻線部３１１１の厚み（高さ）Ｈと、先端部分３１３の厚み（高さ）ｈとの関係を変化させた場合のモータトルクの増加率を静磁界解析した結果を示す。解析では、総ての条件に共通に、コア３１の材料としては、純鉄粉に絶縁皮膜を形成した圧粉コアの磁気特性および電気特性を用いており、ロータ２の材料としては、炭素鋼Ｓ４５Ｃの特性値を用い、ロータ２の永久磁石２３はネオジウム磁石としている。

そして、同一種類のモータでは、先端部分３１３や基体３１２の形状は同一で、被巻線部３１１１の厚み（高さ）Ｈのみを変化させ、厚さの比率Ｈ／ｈを変化させている。しかしながら、その比率Ｈ／ｈの変化に伴う被巻線部３１１１の外周増減分に応じて、巻線３２の巻数を増減させており、たとえばＨ／ｈが１を超える場合は巻数を減らすことになる。これは、前述のように、巻線長を長くすると、銅損が増加するので、厳密にコア形状による磁束（トルク）の増加分を測定するためである。巻線長が同じであれば、同じ強さの磁場を発生させることができる。勿論、被巻線部３１１１の外周増加に伴い、従来と同じ巻線長では巻径が減少し、その分余分に巻数を増加させられるようになった場合に、その巻線長の増加分が、銅損による効率低下分を相殺して余りある場合は、前述の特許文献２の手法などを用いて、巻線長自体を増加してもよいことは言うまでもない。

サンプルＮｏ．１〜３のモータの２次元コア形状は、図３で示す通りであり、サンプルＮｏ．１は、Ｈ／ｈ＝１．００、すなわち前記被巻線部３１１１の厚み（高さ）Ｈを増厚していない従来の圧粉コアを示し、サンプルＮｏ．２は、Ｈ／ｈ＝１．１０、すなわち前記被巻線部３１１１の厚み（高さ）Ｈを先端部分３１３の厚み（高さ）ｈより１０％増厚している本実施の形態の圧粉コア３１を示し、サンプルＮｏ．３は、Ｈ／ｈ＝１．５０、すなわち前記被巻線部３１１１の厚み（高さ）Ｈを５０％増厚している本実施の形態の圧粉コア３１を示す。なお、解析結果のトルク向上率は、Ｈ／ｈ＝１．００、すなわち従来の圧粉コアのトルクで規格化し、かつ１０倍して示す。

一方、サンプルＮｏ．４は、Ｈ／ｈ＝０．９０、すなわち図５および図６で示すような本実施の形態とは逆に、前記被巻線部３１１１の厚み（高さ）Ｈを減少させた圧粉コア３１’による比率較例を示す。また、サンプルＮｏ．５，６は、図７で示すような分割コア３１ａの場合を示し、サンプルＮｏ．５は、Ｈ／ｈ＝１．００、すなわち前記被巻線部３１１１の厚み（高さ）Ｈを増厚していない従来例を示し、サンプルＮｏ．６は、Ｈ／ｈ＝１．２０、すなわち前記被巻線部３１１１の厚み（高さ）Ｈを２０％増厚している本実施の形態を示す。

さらにまた、サンプルＮｏ．７，８，９は、前記先端部分３１３に多数の歯３１３１が形成されたステッピングモータのコア３１ｂの場合を示し、サンプルＮｏ．７はＨ／ｈ＝１．００、すなわち前記被巻線部３１１１の厚み（高さ）Ｈを増厚していない従来例を示し、サンプルＮｏ．８は、Ｈ／ｈ＝１．２０、すなわち前記被巻線部３１１１の厚み（高さ）Ｈを２０％増厚している本実施の形態を示し、サンプルＮｏ．９はＨ／ｈ＝１．０２、すなわち前記被巻線部３１１１の厚み（高さ）Ｈを２％増厚している比率較例を示す。

表１の解析結果から、厚さの比率Ｈ／ｈが１．０を超えた本実施の形態のサンプルＮｏ．２，３，６，８では、従来形状のサンプルＮｏ．１，５，７に比べてトルクが増加していることが理解され、本実施の形態とは逆に、Ｈ／ｈを０．９としたサンプルＮｏ．４では、トルクが減少しており、また、Ｈ／ｈを１．０２とした比較例のサンプルＮｏ．９では、トルクの増加が軽微（０．２％）であることが理解される。

こうして、被巻線部３１１１の厚み（高さ）Ｈの先端部分３１３の厚み（高さ）ｈに対する比率を増加させることで、トルクを向上させられることが理解される。そして、前記比率が、１．０５未満では本実施の形態の効果を得難く、１．５より大きければステータ３の回転軸２１方向の厚さが大きくなり、小型化の観点から望ましくない。このため、前記比率を１．０５〜１．５の範囲とすることで、被巻線部３１１１の厚み（高さ）Ｈを厚く形成しても、その増厚分を軸受け３４２，３５２の厚み（高さ）Ｗで吸収することができ、実質的なモータ１の厚み（高さ）Ｌを増加することなく、出力を向上することができ、好適である。

さらに前記比率を、１．１〜１．２の範囲とすることで、出力向上と小型化との良好なバランスを得ることができる。たとえば、前記比率を１．１としたサンプルＮｏ．２ではトルクが１．７％向上しており、１．２としたサンプルＮｏ．６ではトルクが２．３％向上しており、同様に１．２としたサンプルＮｏ．８ではトルクが１．５％向上している。

ここで、本実施の形態において、ロータ２と近接する突極３１１の先端部分３１３と被巻線部３１１１との厚さを比率で規定した理由は、本実施の形態が断面積を拡大させた被巻線部３１１１の磁束を先端部分３１３へと集束させることを特徴としているので、どちらか一方の面積だけに依存するものではなく、双方の比率に依存するためである。しかしながら、前述の被巻線部３１１１と同様に、先端部分３１３の面積も突極３１１間の漏れ磁束を抑制する観点から周方向の長さが限定されているので、実質的に回転軸２１方向へ伸張するしかなく、回転軸２１方向の長さで規定することになる。

本実施の形態のモータ１では、ステータ３のコア３１は、上述のような磁気的に等方性を有する材料で形成されればよく、上述のような軟磁性粉末を成型した圧粉コア以外に、フェライトコアなども用いることができる。このフェライトコアでは、圧粉コアと同様に、原料粉末を型に入れて成型することで、所望の形状に作成することができる。しかしながら、圧粉コアを用いる場合には、材料費が安い上に、所望の磁気特性を比率較的容易に得ることができる。そして、前記軟磁性粉末には、絶縁皮膜付の鉄基磁性粉末、アモルファス粉末、あるいはフェライト粉末を用いることで、高い透磁率を得ることができる。

一方、前記ステータ３のコア３１の材料としては、上述の軟磁性粉末単独でもよいが、軟磁性粉末と非磁性体粉末との混合物を用いてもよい。その場合は、それらの材料の混合率比率は比率較的容易に調整することができ、前記混合比率を適宜に調整することによって、コア材の磁気特性を所望の磁気特性に容易に実現することができるとともに、所望の形状に容易に成型することができる。

また、前記ステータ３のコア３１は、一度の圧粉成型によって一体成型されるコアのみならず、図７で示すような分割されたコア３１ａを個別に作成し、それらを組み合わせてステータコア全体を構成する分割コアとしてもよい。このようにすることで、圧粉成形時のプレスを簡易なものにでき、また巻線処理を容易にすることができる。

本発明は、上述のＰＭモータ以外に、圧粉コアやフェライトコアをステータに用いたラジアルギャップ型のモータ、あるいは発電機であれば、ブラシレスモータ、ステッピングモータ、ＳＲモータ、オルタネータなどに用いることができる。これらのモータは、いずれもステータの突極に、巻線を巻回する被巻線部とロータと対向する先端部分とを有しており、本発明に基づく知見を用いることができる。

１ モータ
２ ロータ
２１ 回転軸
２２ コア
２３ 永久磁石
３ ステータ
３１ コア
３１１ 突極
３１１１ 被巻線部
３１２ 基体
３１３ 先端部分
３２ 巻線
３３ 内部回路
３４，３５ 筐体
３４２，３５２ 軸受け

Claims (8)

1. 回転軸と一体で回転するロータと、前記ロータに対してラジアル方向に間隔を開けて配置されて前記ロータを回転させるステータとを備えて成るラジアルギャップ型のモータに用いられるステータコアにおいて、
   該ステータコアは、磁気的に等方性を有する材料から成り、かつその突極において、巻線が巻回される被巻線部が、前記ロータと対向する先端部分より、前記回転軸の方向の厚さが厚く形成されていることを特徴とするステータコア。
2. 前記被巻線部の厚さと、前記先端部分の厚さとの比率が、１．０５〜１．５であることを特徴とする請求項１記載のステータコア。
3. 前記被巻線部の厚さと、前記先端部分の厚さとの比率が、１．１〜１．２であることを特徴とする請求項２記載のステータコア。
4. 軟磁性粉末が圧粉成型された圧粉コアから成ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のステータコア。
5. 前記軟磁性粉末が、絶縁皮膜付の鉄基磁性粉末、アモルファス粉末、あるいはフェライト粉末であることを特徴とする請求項４記載のステータコア。
6. 前記軟磁性粉末と非磁性体粉末との混合物が圧粉成型されて成ることを特徴とする請求項４または５記載のステータコア。
7. 前記請求項１〜６のいずれか１項に記載のステータコアと、前記巻線とを備えて構成されるステータと、
   前記突極に対向するロータとを備えて構成されることを特徴とする前記ラジアルギャップ型のモータ。
8. 前記ロータが内周側に配置され、前記ステータが外周側に配置されるインナーロータ型のモータであり、前記ステータコアにおける突極の先端部分と、それに対向するロータ側の先端部分とが、前記回転軸の方向に略等しい厚さを有することを特徴とする請求項７記載のモータ。