JPH0731086A - 三相同期モータのステータ構造およびステータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ステータを積層して固定子を形成する際、固
定用のボルトなどにより積層したステータを締め付ける
が、このボルト用の孔などの磁路を構成しない領域を特
定の位置に設け、固定子の外径が大きくならないように
する。 【構成】 ボルト孔３６を、ティース２２の背後の位置
であって、ステータ２０の外周部付近に設ける。詳しく
は、ステータ２０のスロット２４の両隅部から、ヨーク
の幅Ｗで円弧を描き、両円弧に外接するようボルト孔３
６を設ける。この結果、ヨークとして必要な幅Ｗを確保
することができ、モータの性能を落とすことなく、固定
子３０、延いては三相同期モータ４０の外径を小さくす
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、三相同期モータのステ
ータ構造およびステータに関し、詳しくは固定子コイル
が巻回されるティースを備えたステータをその積層方向
に固定する三相同期モータのステータ構造および積層可
能なステータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の三相同期モータの固定子
は、無方向性電磁鋼板からなるステータを回転子の軸方
向に積層して構成されている。積層される鋼板は、表面
に絶縁層と接着層が形成されており、組立後に接着層を
加熱溶融することで積層可能であるが、十分な組立強度
を確保するために、積層方向に貫通孔を設け、ボルト・
ナットやカシメにより締め付けるのが一般的である。ま
た、ステータ外周に溶接用の切欠部を設け、積層後にス
テータ外周部をＴＩＧ溶接する手法も知られている。

【０００３】こうした貫通孔や切欠部は、ステータを貫
く磁束にとっては、通常磁路となり得ないから、従来こ
れらの貫通孔や切欠部は、磁路として必要な断面積を確
保した上で、図８に示すように、ヨークとなる部分の外
部に設けられていた。図８は、４極の三相同期モータの
ステータの平面図である。このステータを用いてるモー
タは、１極当たり３個のスロットＳＬを備える。従っ
て、ティースＴＥは全部で１２個存在する。尚、図にお
いて、ハッチを施した領域は、ティースＴＥに巻回され
た図示しない固定子コイルにより発生する磁束にとって
必要となる磁路の範囲を示している。１極当たりスロッ
ト３の場合には、磁束量に対して必要となるティースＴ
Ｅの幅とヨークＹＫの幅とは同一となり、ティースＴＥ
間のヨークＹＫの幅としては、ティースＴＥと同一の幅
Ｗがあれば足りる。従来のステータでは、図８に示した
ように、必要な磁路を得るためのヨーク幅Ｗを確保した
上で、その外周に締め付け用のボルト孔ＢＨを、数カ所
設けていた。

【０００４】図９は、ティースＴＥの間にボルト孔ＢＨ
を形成した例を示す説明図である。この場合でも、ティ
ースＴＥの幅Ｗと等しい磁路の幅をヨーク部において確
保するために、ボルト孔ＢＨの位置を、スロットＳＬの
外側端部から、少なくともティースＴＥと同一の幅Ｗだ
け隔たった位置の外側に置いている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
たステータ構造では、ステータの外径を小さくすること
ができないという問題があった。即ち、ステータは、中
心からスロットＳＬ外周までの距離Ｒｓに必要ヨーク幅
Ｗを加え、更にボルト孔ＢＨを形成するに足りる幅ｅを
加えた半径Ｄ０が必要となり、これ以上小さくすること
はできないと考えられていた。仮に、ヨークにおける磁
気回路内にボルトあるいは固定ピン用の孔を設けると、
この孔が磁路を妨げることになり、結果的に磁路の幅は
狭くなってしまう。モータとして所定のトルクを得るた
めにはこれに応じた磁束量が必要とされるから、磁路が
狭くなった部分では磁束密度が高くなり、磁束が通り難
くなって、結果的に必要なトルクを得ることができなく
なってしまう。また、鉄損が増大するから、モータの効
率も低下してしまう。

【０００６】他方、固定用のボルトの径を小さくした
り、ボルト孔用を形成するための幅ｅを小さくしたりす
れば、固定強度が不十分となってしまう。本発明の三相
同期モータのステータ構造は、こうした問題を解決し、
モータの出力トルクや効率を低下することなく、外形形
状を小型化可能とすることを目的としてなされた。ま
た、本発明のステータは、かかるステータ構造を実現す
るものである。両者は、次の構成を採った。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の三相同期モータ
のステータ構造は、固定子コイルが巻回されるティース
を備えたステータを、ステータの積層方向に固定した三
相同期モータのステータ構造であって、磁路として使用
できないステータの固定用領域を、ティース背後のヨー
ク外周付近の位置であり、かつヨークを貫く磁束量に応
じて必要とされる幅の磁路が該固定用領域とティースと
の間で確保される位置に配置したことを要旨とする。

【０００８】また、本発明の三相同期モータ用のステー
タは、ティースの付け根の左右の隅部から、ヨーク幅を
半径とする円弧をヨーク外周側に各々描き、この両円弧
の外側であってティース背後の位置に、ステータ固定用
の孔もしくは切欠部を設けたことを要旨とする。

【０００９】

【作用】以上のように構成された本発明の三相同期モー
タのステータ構造では、ステータを固定する固定用領域
（例えばボルト孔や切欠部など）をティースの背後のヨ
ーク外周付近であって、ヨークを貫く磁束量に応じて必
要とされる幅の磁路が、固定用領域とティースとの間で
確保される位置に配置している。通常、固定用領域の幅
は、ティースの幅より小さいから、固定用領域は、必ず
従来知られている位置よりヨークの内側の位置に配置す
ることができる。もとより、固定用領域の形状によって
は、その幅がティースの幅より大きくとも、ヨークの内
側の位置に配置することが可能である。

【００１０】また、本発明の三相同期モータ用のステー
タは、これを積層してステータ構造とすれば、外形を大
型化することなく、固定用の孔もしくは切欠部の存在す
る位置でも、ヨークを貫く磁束量に応じて必要とされる
幅の磁路を確保することができる。

【００１１】

【実施例】以上説明した本発明の構成・作用を一層明ら
かにするために、以下本発明の好適な実施例について説
明する。図１は、本発明の一実施例としてのステータ２
０の形状を示す平面図、図２は、このステータ２０を積
層して固定子３０を仮組立した状態を示す端面図、図３
は、この固定子３０を組み込んだ三相同期モータ４０の
構造を示す断面図である。

【００１２】まず、図３を用いて、三相同期モータ４０
の全体構造について説明する。この三相同期モータ４０
は、固定子３０と回転子５０とこれらを収納するケース
６０とからなる。回転子５０は、外周に永久磁石５２が
貼付されており、その軸中心に設けられた回転軸５５
を、ケース６０に設けられた軸受６１，６２により回転
自在に軸支している。

【００１３】固定子３０は、無方向性電磁鋼板を打ち抜
いて成形したステータ２０を複数枚積層したものであ
る。この電磁鋼板には、その表面に絶縁層と接着層が形
成されており、積層後所定温度に加熱して接着層を溶融
させ、仮止めしている。ステータ２０は、図１に示すよ
うに、計１２個のティース２２を備え、そのティース２
２間に形成されたスロット２４には、固定子３０に回転
磁界を発生させるコイル３２が巻回されている（図３参
照）。ステータ２０の外周には、固定用のボルト３４を
通すボルト孔３６が４箇所設けられている。ステータ２
０を積層する際、図２に示すように、このボルト孔に仮
止め用のボルト３５を通して位置決めし、このボルト３
５を締め付けておく。この結果、ステータ２０は互いに
押圧された状態となり、接着層を加熱・溶融すること
で、積層されたステータ２０は一応固定される。この状
態で、コイル３２をティース２２に巻回して固定子３０
を完成した後、仮止め用のボルト３５を取り外し、これ
をケース６０に組み付け、ボルト３４により固定する。

【００１４】次に、図４を参照しつつ、固定用のボルト
孔３６を設ける位置について詳しく説明する。ボルト孔
３６は、ティース２２が存在する位置のステータ２０外
周側に設けられるが、その位置は、次のように決定され
る。まず、三相同期モータ４０として要求される出力ト
ルクから、必要とされる磁束量ψを計算する。次に、こ
の磁束量ψを生成し得るコイル３２や永久磁石５２の仕
様を決定し、ステータ２０の幅Ｗｔやヨークの幅Ｗｙを
決定する。コイル３２，永久磁石５２等の仕様は、三相
同期モータ４０の基本的な設計事項なので、ここではそ
の説明を省略する。ティース幅Ｗｔ，ヨーク幅Ｗｙの決
定の考え方については、本発明と密接な関係があるの
で、１極３スロットの場合を例に挙げて、以下説明す
る。

【００１５】図５は、１極３スロットの三相同期モータ
４０の磁束の様子を示す説明図である。いま、一つのテ
ィース２２に着目し、このティース２２に対して永久磁
石５２の一方の極が正対し、コイル３２に通電された状
態で、ティース２２に生じる磁束の最大値をψ０とする
と、ティース２２を貫く全磁束ψｔは、ψ（θ）を−π
／６からπ／６まで、積分した値となる。尚、ψ（θ）
は、 ψ（θ）＝ψ０・ｃｏｓθ …（１） である。積分を実行し、磁束ψｔを求めると、 ψｔ＝ψ０ を得る。

【００１６】一方、ステータ２０のヨークの部分を貫く
最大の磁束ψｙは、図示するように、ψ（θ）を０から
π／２まで積分したものに等しい。即ち、 ψｙ＝ψ０ であり、１極当たりのスロット数によらず一定となる。
所望の磁束量ψに対して必要となる幅Ｗは、磁束が貫く
ステータの材料の最大許容磁束密度をＢｍａｘ、その厚
みをＬとすると、 ｗ＝ψ／（Ｂｍａｘ・Ｌ） …（２） であるから、実施例におけるティース２２とヨークの必
要幅Ｗｔ，Ｗｙは、 Ｗｔ＝Ｗｙ＝ψ０／（Ｂｍａｘ・Ｌ） …（３） となる。即ち、１極３スロットの三相同期モータ４０の
場合、ティース２２の幅Ｗｔとヨークの幅Ｗｙとは等し
い。

【００１７】尚、一般式として、１極Ｎスロット（Ｎ
は、１以上の整数）の三相同期式モータにおいてティー
スを通過する磁束量は、ψ（θ）を−π／（２・Ｎ）か
らπ／（２・Ｎ）まで積分したものとなり、ティース幅
Ｗｔとヨーク幅Ｗｙとの比は、 Ｗｔ／Ｗｙ＝２・ｓｉｎ（π／２Ｎ） …（４） となる。

【００１８】以上の検討から１極３スロット（Ｎ＝３）
の三相同期モータ４０では、ティース２２とヨークの幅
は等しいことが分かる。そこで、この場合のティース２
２およびヨークの幅をＷとする。ティース２２は、ボル
ト孔３６の位置にかかわらず、その幅Ｗを確保している
ので、ヨークとして幅Ｗを確保しつつステータ２０の外
形を最も小さくできるボルト孔３６の位置を検討する。
図４に示すように、ティース２２の左右の付け根Ａ，Ｂ
を中心として、半径Ｗの円弧を描く。この両円弧に外接
するようボルト孔３６を配置する。ボルト孔３６の半径
をｄとすると、ステータ２０の中心から距離Ｒｓ隔たっ
たスロット２４の外周線（ヨーク幅を決定する内周線）
からボルト孔３６の中心までの距離Ｓは、次式により求
められる。

【００１９】

【数１】

【００２０】この結果、ボルト孔３６をヨークの外にお
く場合と較べて、ボルト孔３６の中心位置は、少なくと
も △Ｓ＝Ｗ＋ｄ−Ｓ だけ、ステータ２０の内側に移動する。

【００２１】設計の一例として、Ｒｓ＝１７５、Ｗ＝６
０、ｄ＝５（単位はいずれもｍｍ）とすると、 Ｚ＝２．６、Ｓ＝５５．０、△Ｓ＝１０ となる。即ち、ボルト孔３６の中心位置は、三相同期モ
ータ４０の中心に向かって約１０ミリ内側に入った位置
とすることができる。図１にハッチを施して示したよう
に、ティース２２の背面では、ヨークの部分の磁束量に
対して必要な幅Ｗを内側に寄せて確保できるからであ
る。従って、ヨーク部の磁束に影響を与えることなくボ
ルト孔３６を配置することができ、ステータ２０の半径
Ｄ１は、従来のステータより約１０ミリ小さくなった。

【００２２】この結果、単純にヨークの外側にボルト孔
ＢＨを設けた従来例（図８参照）と較べて、本実施例で
は、固定子３０、延いては三相同期モータ４０の外形を
直径で２０ミリ小さくすることができた。三相同期モー
タ４０の外径を小さくすることが可能となると、電気自
動車など、三相同期モータ４０を組み込んだ機器の形状
を小さくできるばかりか、三相同期モータ４０自体の重
量も低減できるので、電気自動車であれば、走行距離が
延びるなど、この三相同期モータ４０を組み込んだ機器
の性能を向上させることが可能となる。

【００２３】また、ボルト３４により締め付け位置を、
より内側とすることができるので、ステータ２０を抑え
込む同一の圧力を得るのに、少ないボルト本数で足り、
あるいは同一のボルト本数であれば、締め付けトルクを
小さくすることができるなど、固定子３０の構成・組立
を簡略にすることができる。

【００２４】上述したボルト孔３６の位置の設計（図
４）においては、スロット２４のコーナーの円みを無視
したが、実際のステータ２０では、スロット２４のコー
ナーは所定のＲが付けてあるのが普通である（図１）。
コーナーのＲが、無視できないほど大きい場合には、図
６に示すように、スロット２４の外周線のあらゆる点か
ら実質的に必要とされるヨーク幅半径Ｗ０の円を描き、
その円弧の包絡線を描き、この包絡線に外接するようボ
ルト孔３６の位置を定めればよい。これにより、両コー
ナーから常に必要なヨーク幅Ｗ０を確保することができ
る。また、ボルト３４による締め付けに代えてカシメに
より固定する場合でも、同様にカシメ用の孔の位置を定
めることができる。更に、ステータ２０の外周にＴＩＧ
溶接用の切欠部７０などを設ける場合、この切欠も、図
７に示すように、同じように配置することができる。

【００２５】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明はこうした実施例に何等限定されるものではな
く、例えばボルト孔３６が円形以外の形状をしている構
成、固定用に用いられる切欠部が左右非対象の形状をし
ている構成、スロット２４のコーナーのＲが左右で異な
る形状をしている構成、１極当たりのスロット数が３以
外の構成、ステータ２０を固定するボルトの他に固定子
３０をケース６０に固定するボルトが別に設けられた構
成、表面に接着層が形成されていないステータ２０を用
いてステータ２０を積層した構成など、本発明の要旨を
逸脱しない範囲内において、種々なる態様で実施し得る
ことは勿論である。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明の三相同期モ
ータのステータ構造では、同期モータの性能を落とすこ
となく、固定子の外径を小さくすることができるという
極めて優れた効果を奏する。この結果、三相同期モータ
の外径形状、重量の低減を図ることができ、モータの小
型化・軽量化を達成することが可能となる。また、本発
明の三相同期モータ用のステータは、外径の小さなステ
ータを実現する上で、ステータ固定用の孔もしくは切欠
部の配置を容易を設計することができるという効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である三相同期モータのステ
ータの形状を示す平面図である。

【図２】固定子３０を仮止めした状態での縦断面を示す
端面図である。

【図３】実施例の固定子３０を組み込んだ三相同期モー
タ４０の構造を示す断面図である。

【図４】ボルト孔３６の位置の設計の様子を示す説明図
である。

【図５】磁束量ψを計算するための固定子と回転子との
関係を模式的に示す説明図である。

【図６】スロットの隅部に無視し得ないＲが付けられて
いる場合のボルト孔の位置の設計の様子を示す説明図で
ある。

【図７】固定用の切欠を設ける場合の設計例を示す説明
図である。

【図８】従来のステータの形状を示す平面図である。

【図９】同じく従来のボルト孔ＢＨの配置を示す説明図
である。

【符号の説明】

２０…ステータ ２２…ティース ２４…スロット ３０…固定子 ３２…コイル ３４…ボルト ３５…仮止め用ボルト ３６…ボルト孔 ４０…三相同期モータ ５０…回転子 ５２…永久磁石 ５５…回転軸 ６０…ケース ７０…切欠部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定子コイルが巻回されるティースを備
   えたステータを複数枚、厚さ方向に積層・固定して用い
   る三相同期モータのステータ構造であって、 磁路として使用できない前記ステータの固定用領域を、
   前記ティース背後のヨーク外周付近の位置であり、かつ
   前記ヨークを貫く磁束量に応じて必要とされる幅の磁路
   が該固定用領域と前記ティースとの間で確保される位置
   に配置した三相同期モータのステータ構造。
2. 【請求項２】 三相同期モータ用のステータであって、 ティースの付け根の左右の隅部から、実質的なヨーク幅
   を半径とする円弧をヨーク外周側に各々描き、該両円弧
   の外側であって前記ティース背後の位置に、ステータ固
   定用の孔もしくは切欠部を設けたステータ。