JP2009171802A - ステータコア - Google Patents

Abstract

【課題】情報機器、産業機器、家電・電装機器等に用いられるモータにおいて、一層小型化が要求される中で、コギングトルクの低減を目的とする。
【解決手段】ステータ鋼板のＴ字型のティース外周の軸方向にはそれぞれ凹部７ａ、凹部８ａが設けられており、振幅がほぼ等しくかつコギングトルク周期が１８０度ずれて異なった補助溝深さを与えたステータ鋼板を積層することにより第１の積層部７０に断面矩形状の第１の補助溝７０ａが形成され、第２の積層部８０に断面矩形状の第２の補助溝８０ａが形成される。重ね合わせることで、コギングトルクを打ち消し、低減できる。また、補助溝は幅Ｗによって大きくトルク定数を低下させるために、上記の合成によって低下を抑えることが可能である。特に、コギングトルクは積厚に比例するため、位相と振幅に留意し、振幅と枚数を比例させて積層することで、設計の自由度が増大する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の薄板状の電磁鋼板を積層したステータの各スロット部に、ステータヨークを取り囲む方向に巻線されたコイルを構成し、各コイルが３相スターもしくはデルタ状に結線されていることを特徴とするステータコアに関する。

従来、ステータコアに補助溝の無い場合は、永久磁石の極数と固定子界磁鉄心の突極部の最小公倍数の次数が回転子一回転当たりのコギングトルクとなる。補助溝がある場合には、見かけの突極部が増えたかたちとなり、回転子一回転当たりのコギングトルクの次数が増え、コギングトルク基本波成分に高次成分を含ませたことにより、見かけ上のコギングトルクの低減を達成している。

コギングトルクを低減するために、ティース部のロータ表面に対向した部分に補助溝を設けたものが知られている。（例えば特許文献１、特許文献２参照）
また、補助溝を一方側に偏った位置に形成し、かつ隣接するティース同志の補助溝の偏った方向が交互に異なるようにしたもの、あるいは、補助溝をティース部中心から左右に設けたものや中心部に設けられたもの等が提案されている。（例えば特許文献３参照）
図１１は上記特許文献１に記載された、従来の固定子界磁鉄心の補助溝を示す。永久磁石回転子の磁極数を２Ｐとし（Ｐは１以上の整数）、固定子界磁鉄心の突極数を３Ｐとし、固定子界磁鉄心の一つの突極部に２個の補助溝２４を有し、突極磁極間の角度を４θとした場合、補助溝の中心が巻線用溝の中心から、角度θ、２θの間隔で配置される構造で構成されている。
特開平１０−４２５３１号公報（請求項第1項、図５） 特開２０００−１５６９５８号公報 特開２００１−３０９５８４号公報

しかしながら、上記従来の技術において補助溝は、ティース部中心から左右に設けられたものや中心部に設ける等で、コギングトルクを減少させているが、補助溝無しよりもトルクが減少してしまうケースがあるという課題があった。また、従来の固定子界磁鉄心では、補助溝を等間隔に設けて、コギングトルク基本波成分に高次成分を含ませることにより、見かけ上コギングトルクの低減を達成するが、基本波成分を大きく取り除く最適な補助溝配置あるいはコギングトルク低減の手段としては十分でない。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、理想的にコギングトルク低減を行うモータのステータコアを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、ステータを構成するステータコアを積層時に、振幅がほぼ等しくかつコギングトルク周期が１８０度ずれて異なった補助溝深さを与えたステータコアを重ね合わせたものである。

また、位相をそれぞれ１２０度ずらした３種の補助溝コアを合成させたものである。

また、補助溝幅、深さ、積厚に加え、ステータコアのティース先端の面取りを組み合わせたものである。

本願の請求項１によれば、コギングトルクの周期の位相が１８０度ずれるように補助溝深さを与えた２種類あるいは複数の補助溝を積層時に重ね合わせることで、コギングトルクの低減が可能となる。従来はコギングの脈動数、あるいは振幅を抑えるために補助溝幅を広く取ることでトルク定数の低下を余儀なくされていたが、位相をずらして複数のコギングトルクを打ち消すように補助溝深さを与えることで、従来よりもトルク定数の低下を抑えてコギングトルクを理想的には零にすることが可能である。

本願の請求項２によれば、コギングトルクの周期の位相が１２０度ずれるように補助溝深さを与えた２種類あるいは複数の補助溝を積層時に重ね合わせることで、コギングトルクの低減が可能となる。従来はコギングの脈動数、あるいは振幅を抑えるために補助溝幅を広く取ることでトルク定数の低下を余儀なくされていたが、位相をずらして複数のコギングトルクを打ち消すように補助溝深さを与えることで、従来よりもトルク定数の低下を抑えてコギングトルクを理想的には零にすることが可能である。

本願の請求項３によれば、上記の効果に加えて、可能な限りトルク定数を低下させない補助溝幅に設定し、位相が反転するように深さのみを与え、コギングトルクは積厚に比例するために、コギングトルクの振幅を比例により積厚で与えてやることで、複数のコギングトルクを打ち消して、理想的に低減可能である。

本願の請求項４によれば、上記の効果に加えて、ステータコアのティース先端の面取りを組み合わせることで、よりコギングトルクを低減させる自由度のある設計が可能である。

以下本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明のステータコア１の斜視図である。図１のステータコア1は図７に示す第１のステータ鋼板７と図８に示す第２のステータ鋼板８をそれぞれ３枚ずつ積層したものであり、リング状のコアバックから外周側に向かって複数のＴ字型のティースが突出し、固定子鉄心を構成している。第１のステータ鋼板７には、図７に示すように、ステータ鋼板７のＴ字型のティース先端の外周中央部に幅ｗ、深さｄの凹部７ａが形成されている。また、第２のステータ鋼板８には、図８に示すように、ステータ鋼板８のＴ字型のティース先端の外周中央部に幅ｗ、深さｄの凹部８ａが２箇所形成されている。

第１のステータ鋼板７を積層して形成される第１の積層部７０には、第１のステータ鋼板７の凹部７ａにより断面矩形状の第１の補助溝７０ａが形成され、第２のステータ鋼板８を積層して形成される第２の積層部８０には、第２のステータ鋼板８の凹部８ａにより断面矩形状の第２の補助溝８０ａが各ティースの先端に２箇所形成される。

コギングトルクの振幅はそれぞれのステータコアの補助溝の回転方向の幅ｗあるいは、数によって変わり、また、コギングトルクの周期は補助溝のラジアル方向の深さｄに依存している。これまでコギングトルクの脈動数の増加や、低振幅を意識して、補助溝の幅あるいは数を増やしてきたが、そうすることでトルク定数を大きく低下させてきた。よって、補助溝の幅をトルク定数の低下を抑えた一定値に決め、コギングトルクの位相が１８０度反転するように補助溝深さｄを変え、複数重ね合わせることでコギングトルクを低減させることが可能である。

図２に、図１に示す実施の形態１によるステータコア１を用いて構成したモータのコキングトルクを示す。

ｙ軸はコキングトルク（ｍＮｍ）、ｘ軸はモータの回転角度（機械角）である。そして、
Ｔ１はステータコア１の第１の積層部７０において発生するコキングトルクを、Ｔ２は第２の積層部８０において発生するコキングトルクを示す。Ｔ１とＴ２は位相が１８０度反転している。第１の積層部７０と第２の積層部８０のそれぞれに発生するコキングトルクの和がステータコア１全体として発生するコキングトルクとなり、図２にＴ３で示されるように大幅に低減される。

なお、以上の説明では、位相が反転した補助溝を１対１の重ね合わせによって、コギングトルクの低減を図っているが、図３のステータコア２のように第１のステータ鋼板７を２枚、第２のステータ鋼板８を３枚、図９に示す第３のステータ鋼板９を２枚を重ね合わせて積層した場合、第１のステータ鋼板７を積層して形成される第１の積層部７１には、第１のステータ鋼板７の凹部７ａにより断面矩形状の第１の補助溝７１ａが形成され、第２のステータ鋼板８を積層して形成される第２の積層部８１には、第２のステータ鋼板８の凹部８ａにより断面矩形状の第２の補助溝８１ａが各ティースの先端に２箇所形成される。そして、第３のステータ鋼板９を積層して形成される第３の積層部９０には、第３のステータ鋼板９の凹部９ａにより断面矩形状の第３の補助溝９０ａが各ティースの先端に２箇所形成される。

図４に、図３に示す実施の形態によるステータコア２を用いて構成したモータのコキングトルクを示す。

ｙ軸はコキングトルク（ｍＮｍ）、ｘ軸はモータの回転角度（機械角）である。そして、
Ｔ４はステータコア２の第１の積層部７１において発生するコキングトルクを、Ｔ５は第２の積層部８１において発生するコキングトルクを、Ｔ６は第３の積層部９０において発生するコキングトルクを示す。Ｔ４とＴ５、およびＴ５とＴ６は１２０度の位相差が有る。第１の積層部７１と第２の積層部８１および第３の積層部９０のそれぞれに発生するコキングトルクの和がステータコア２全体として発生するコキングトルクとなり、図４にＴ７で示されるように大幅に低減される。図４のようにコギングトルクの位相がそれぞれ１２０度ずれるように与えた補助溝の深さを２つあるいは３つ重ね合わせることによるコギング低減をはかることも同様に実施可能である。

（実施の形態２）
図５において、本発明のステータコア３はコギング低減のための設計の自由度を大きくし、よりトルク定数の低減を抑えるための構成であり、図７に示す第１のステータ鋼板７を６枚と図８に示す第２のステータ鋼板８を３枚積層したものである。第１のステータ鋼板７を積層して形成される第１の積層部７２には、第１のステータ鋼板７の凹部７ａにより断面矩形状の第１の補助溝７２ａが形成され、第２のステータ鋼板８を積層して形成される第２の積層部８２には、第２のステータ鋼板８の凹部８ａにより断面矩形状の第２の補助溝８２ａが各ティースの先端に２箇所形成される。

補助溝の深さによって、コギングトルクの位相を反転させ、トルク定数を低下させてまで補助溝の幅を調整し、コギングトルクの振幅を一定にする必要はない。コギングトルクは積厚に比例関係にあることから、ほとんどトルク定数を低下させない必要最小限の補助溝幅を設定し、補助溝深さによって位相を反転させた後、たとえばコギングトルクの振幅が１：３の関係にある場合、それぞれ積厚を３：１の関係に構成することでトルク定数の
低下を抑え、主にコギングトルクの低減効果を狙ったモータが可能である。

（実施の形態３）
図６に示すステータコア４は図１０に示す第４のステータ鋼板１０を６枚、図８に示す第２のステータ鋼板８を３枚積層したものである。第４のステータ鋼板１０には、図１０に示すように、ステータ鋼板１０のＴ字型のティース先端の外周中央部に幅Ｗ、深さｄの凹部１０ａが形成され、さらに、ティース先端の両側には面取りＢが形成されている。第４のステータ鋼板１０を積層して形成される第１の積層部１００には、第４のステータ鋼板１０の凹部１０ａにより断面矩形状の第１の補助溝１００ａが形成され、第２のステータ鋼板８を積層して形成される第２の積層部８３には、第２のステータ鋼板８の凹部８ａにより断面矩形状の第２の補助溝８３ａが各ティースの先端に２箇所形成される。

本実施の形態のステータコア４は、さらに、第４のステータ鋼板１０のティース先端の面取りＢにより、第１の積層部１００の各ステータコアのティース先端両側に面取り部Ｂ０が形成されている。本構成は単に、コギングトルクの脈動数増加あるいは振幅の低減を意図したものではない。上記の実施形態によって、コギングトルクを打ち消しきれず、理想的に零にするためにステータコアのティース先端に面取りを行ったものである。本実施の形態においては、積厚を２：１で構成し、一方のみを面取りを施して構成された例を示す。

かかる構成によれば、コギングトルクの低減のための設計の自由度を大きくし、コギングトルクを理想的に零にすることが可能である。

本発明のステータコアは、モータの高効率、低騒音・低振動化を得意とする用途などに有用である。

本発明の実施の形態１によるステータコアの斜視図 本発明の実施の形態１によるコギングトルク波形図 本発明の実施の形態１による別のステータコアの斜視図 本発明の実施の形態１による別のコギングトルク波形図 本発明の実施の形態２によるステータコアの斜視図 本発明の実施の形態３によるステータコアの斜視図 本発明の実施の形態１〜実施の形態２による第１のステータ鋼板平面図 本発明の実施の形態１〜実施の形態３による第２のステータ鋼板平面図 本発明の実施の形態１による第３のステータ鋼板平面図 本発明の実施の形態３による第４のステータ鋼板平面図 従来の技術のステータ鋼板の要部拡大図

符号の説明

１、２、３、４ ステータコア
７、８、９、１０ ステータ鋼板
７ａ、８ａ、９ａ、１０ａ 凹部
７０、７１、７２、８０、８１、８２、８３、９０、１００ 積層部
７０ａ、８０ａ、８１ａ、８２ａ、９０ａ、１００ａ 補助溝
ｗ 凹部幅
ｄ 凹部深さ
Ｂ ステータ鋼板の面取り
Ｂ０ ステータコアの面取り

Claims (4)

1. 一つ以上の補助溝を持ち、コギングトルクの周期が１８０度異なった深さを個別に与え、それぞれ積層し複数合成することで、コギングトルクの低減とトルク定数の低下を抑えることを両立させたステータコア。
2. 一つ以上の補助溝を持ち、コギングトルクの周期が１２０度異なった深さを個別に与え、それぞれ積層し複数合成することで、コギングトルクの低減とトルク定数の低下を抑えることを両立させたステータコア。
3. コギングトルクの振幅によって、積層枚数を異ならせた請求項１記載あるいは請求項２に記載のステータコア。
4. ステータコアのティース先端に面取りを行った請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のステータコア。

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