JP7702982B2 - ステータ - Google Patents
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Description
ところで、磁性楔の影響により、トルクが低下したり、ステータの鉄損が増大したりする場合があった。このため、磁性楔のロータと対向する側の凸部を形成し、凸部の形状を所定の形状とすることでトルクの低下やステータの鉄損の増大を抑制しつつ、トルクリップルの低減も図る技術が開示されている。
(1)本発明に係るステータ(例えば、実施形態のステータ10)は、周方向に並ぶ複数のティース(例えば、実施形態のティース110、第1ティース鋼板116T、第2ティース鋼板117T)を有するステータコア(例えば、実施形態のステータコア11)と、前記ティースに巻回される励磁用のコイル(例えば、実施形態のコイル12)と、を備え、前記ステータコアは、第1鋼板(例えば、実施形態の第1電磁鋼板116)と第2鋼板(例えば、実施形態の第2電磁鋼板117)とを積層して形成され、前記第1鋼板は、周方向で隣り合う2つの前記ティース同士を連結する磁性楔(例えば、実施形態の磁性楔13)を有し、前記磁性楔は、前記ステータコアに対して回転自在に設けられるロータ(例えば、実施形態のロータ20)と前記コイルとの間に配置され、前記第2鋼板は、周方向で隣り合う2つの前記ティースの間の前記ロータ側が開口されている。
図1は、本発明の実施形態に係るステータ10を備えた電動モータ1の一部を示す断面図である。
図1に示すように、電動モータ1は、円筒状のステータ10と、ステータ10の径方向中心に配置され、ステータ10に対して回転自在に支持されたロータ20と、を備える。電動モータ1は、例えば、同期電動機である。本実施形態では、ロータ20は8極で構成されている。図1に示す断面は、径方向に沿う断面である。図1では、ロータ20の1極分、つまり、1/8周の周角度領域分のみを示している。
以下の説明では、ロータ20の回転軸線Pと平行な方向を単に軸方向と称する。ロータ20の回転方向を周方向と称する。軸方向及び周方向に直交するロータ20の径方向を単に径方向と称する。
図2は、図1のII部拡大図である。図3は、ステータ10を内周面側からみた斜視図である。
図1から図3に示すように、複数のティース110を有するステータコア11と、各ティース110に巻回される励磁用のコイル12と、を備える。
ステータコア11は、円筒状のバックヨーク11Bを有している。バックヨーク11Bの内周面から複数のティース110が径方向内側に突出されている。
複数のティース110は、周方向に等間隔に並んで配置されている。ティース110における径方向に沿う断面形状は、径方向に長い長方形状である。ティース110は、軸方向に沿って一様に形成されている。
ここで、ステータコア11は、2種類の電磁鋼板116,117(第1電磁鋼板116、第2電磁鋼板117)を軸方向に交互に積層して形成されている。2種類の電磁鋼板116,117は、母材となる図示しない電磁鋼板にプレス加工を施して形成される。
図4は、第1電磁鋼板116の一部を軸方向からみた平面図である。
図4に示すように、2種類の電磁鋼板116,117のうちの第1電磁鋼板116は、バックヨーク11Bを構成する第1バックヨーク鋼板116Bと、ティース110を構成する第1ティース鋼板116Tと、第1ティース鋼板116Tに設けられた磁性楔13と、が一体成形されたものである。
図2から図4に詳細示するように、磁性楔13は、第1ティース鋼板116Tにおける径方向内側の端部において、周方向で隣り合う2つの第1ティース鋼板116T同士を連結するように形成されている。磁性楔13は、スロット11Sの径方向内側を塞いでいる。磁性楔13は、第1ティース鋼板116Tに一体成形されている。磁性楔13は、母材となる電磁鋼板から第1電磁鋼板116を打ち抜く際に同時に形成される。
凸部131は、ロータ20と径方向で対向する対向面13Aと、対向面13Aにおける周方向の両側からロータ20から離間する方向に延びる側面13Bと、を有する。
側面13Bは、ティース110における周方向の側面111から離間して配置されている。換言すれば、凸部131は、ティース110の側面111との間に空隙を介して配置されている。さらに、換言すれば、磁性楔13の周方向両側には、対向面13A側から径方向外側に凹む溝135が形成される。
図5は、第2電磁鋼板117の一部を軸方向からみた平面図である。
図5に示すように、第2電磁鋼板117と第1電磁鋼板116との相違点は、第1電磁鋼板116は磁性楔13を備えているのに対し、第2電磁鋼板117は磁性楔13を備えていない点にある。具体的には、第2電磁鋼板117は、バックヨーク11Bを構成する第2バックヨーク鋼板117Bと、ティース110を構成する第2ティース鋼板117Tと、が一体成形されたものである。
磁性楔13の占積率とは、ステータコア11の全体のうち、磁性楔13が配置される箇所での磁性楔13の割合をいう。すなわち、軸方向全体に渡って磁性楔13が配置されている場合、つまり、ステータコア11を、全て磁性楔13を備える第1電磁鋼板116を積層して形成した場合、磁性楔13の占積率は100%となる。これに対し、ステータコア11を、全て磁性楔13を備えない第2電磁鋼板117を積層して形成した場合、磁性楔13の占積率は0%となる。このように、磁性楔13の占積率は、第1電磁鋼板116と第2電磁鋼板117との割合を調整することで可能である。
スロット11Sに挿通されるコイル12は、磁性楔13よりも径方向外側に位置する。すなわち、磁性楔13は、第1ティース鋼板116Tにおける径方向内側の端部で、かつロータ20とコイル12との間に配置される。磁性楔13とコイル12とは、空隙を介して離間されている。これにより、磁性楔13とコイル12との間の絶縁性が高まる。
コイル12とティース110の側面111との間には、絶縁シートが介在されている。これにより、コイル12とティース110との絶縁が確保されている。また、スロット11Sには、ワニス等の絶縁材が充填されている。
次に、電動モータ1の動作及び磁性楔13の作用について説明する。
所定のコイル12に通電を行うと、対応するティース110に鎖交磁束が形成される。この鎖交磁束とロータ20との間で磁気的な吸引力や反発力が生じ、ロータ20が継続的に回転される。
これに対し、スロット11Sの径方向内側を塞ぐように磁性楔13を設けると、ティース110とスロット11Sとの間での急激な鎖交磁束密度の変化を抑制できるので、トルクリップルを抑制できる。
次に、図6から図11に基づいて、磁性楔13における凸部131の幅とコイル12の幅との関係、及び磁性楔13の占積率について詳細に説明する。以下の説明では、凸部131の幅をXとし、コイル12の幅のうち、最内面12A(図2参照)の幅をYとする。
すなわち、図6(a)において、幅X,Yは、X<Yを満たす。この条件を条件(1)とする。
図6(b)において、幅X,Yは、X≒Yを満たす。この条件を条件(2)とする。
図6(c)において、幅X,Yは、X>Yを満たす。この条件を条件(3)とする。図6(c)では、磁性楔13の溝135が形成されていない状態を示している。
図7に示すように、磁性楔13の占積率の変化に伴い、トルクが変化することが確認できる。このうち、条件(1)及び条件(2)では条件(3)と比較してトルクの低下が抑制できることが確認できる。また、磁性楔13の占積率が30%程度の場合にトルクが最大となることが確認できる。
図8に示すように、磁性楔13の占積率の変化に伴い、トルクリップルが変化することが確認できる。このうち、条件(1)及び条件(2)では条件(3)と比較してトルクリップルの低下が大きくなることが確認できる。また、磁性楔13の占積率が40%程度の場合にトルクリップルが最小となることが確認できる。
図9に示すように、磁性楔13の占積率の変化に伴い、ステータ10の鉄損が変化することが確認できる。このうち、条件(1)及び条件(2)では条件(3)と比較して鉄損の低下が大きくなることが確認できる。また、磁性楔13の占積率が50%程度の場合に鉄損が最小となることが確認できる。
図10に示すように、条件(1)では、ロータ20の鉄損が大きくなってしまうことが確認できる。また、磁性楔13に鎖交磁束が流れにくいことに起因して、ティース110と磁性楔13との間での鎖交磁束密度の変化が大きくなってしまうことが確認できる。
これらの結果、条件(2)では、ロータ20の鉄損及びステータ10の鉄損を低減できることが確認できる。また、ティース110と磁性楔13との間での鎖交磁束密度の変化をできるかぎり抑制できることが確認できる。
図11に示すように、磁性楔13に溝135が形成されている場合、ステータ10の内周面113近傍のみ、鉄損密度が高くなっていることが確認できる。これに対し、磁性楔13に溝135が形成されていない場合、ティース110の全体に渡って鉄損密度が高くなっていることが確認できる。この結果、磁性楔13に溝135が形成されている場合、ティース110の鎖交磁束を均一に分散でき、ティース110と磁性楔13との間での鎖交磁束密度の変化を抑制できる。
ステータコア11は、第1電磁鋼板116と第2電磁鋼板117とを交互に積層して形成されている。このため、ステータコア11を形成しやすくでき、ステータ10の加工コストをさらに低減できる。また、ステータコア11の軸方向において、磁性楔13の密度分布が一定になる。よって、確実にトルクの低下やステータ10の鉄損の増大を抑制しつつ、トルクリップルも低減できる。
10…ステータ
11…ステータコア
11S…スロット
13…磁性楔
13A…対向面
13B…側面
20…ロータ
110…ティース
111…側面
116…第1電磁鋼板(第1鋼板)
116T…第1ティース鋼板(ティース)
117…第2電磁鋼板(第2鋼板)
117T…第2ティース鋼板(ティース)
131…凸部
Claims (3)
- 周方向に並ぶ複数のティースを有するステータコアと、
前記ティースに巻回される励磁用のコイルと、
を備え、
前記ステータコアは、第1鋼板と第2鋼板とを積層して形成され、
前記第1鋼板は、周方向で隣り合う2つの前記ティース同士を連結する磁性楔を有し、
前記磁性楔は、前記ステータコアに対して回転自在に設けられるロータと前記コイルとの間に配置され、
前記第2鋼板は、周方向で隣り合う2つの前記ティースの間の前記ロータ側が開口されており、
前記磁性楔は、前記ロータ側に設けられた凸部を有し、
前記凸部は、
前記ロータと径方向で対向する対向面と、
前記対向面の周方向両側から前記ロータから離間する方向に延びる側面と、
を有し、
前記側面は前記ティースから離間しており、
前記対向面における周方向の幅をXとし、前記コイルの周方向の幅をYとしたとき、前記幅X及びYは、
X<Y
を満たす、
ことを特徴とするステータ。 - 前記第1鋼板に前記磁性楔が一体成形されている、
ことを特徴とする請求項1に記載のステータ。 - 前記第1鋼板と前記第2鋼板とが交互に積層されている、ことを特徴とする請求項1に記載のステータ。
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