JP2008061407A - 電動モータ - Google Patents

Abstract

【課題】出力トルクを高めることができてしかも安価な電動モータを提供する。
【解決手段】本電動モータ１は、ロータ６を取り囲むステータ７を有する。ステータ７は、磁性粉１１ｍを含む環状のステータコア１１を有する。ステータコア１１は、環状のヨーク１４と、このヨーク１４の内周に突出形成された複数のティース１５とを有する。ティース１５は、スロット１１ｃを挟んで相互に離隔している。ステータコア１１の軸方向Ｓの端部１１ａ，１１ｂに、コイル収容溝１９が形成されている。各溝１９の外壁は、ヨーク片１７の軸方向端部１７ｅにより構成されている。各溝１９の内壁は、ティース１５の軸方向突出部１５ｃにより構成されている。外壁の高さＨ１が、内壁の高さＨ２よりも短い。内壁の軸方向端部の厚みｔ１は、内壁の根本部の厚みｔ２よりも小さい。０＜（Ｈ２／ｔ２）≦０．５が満たされている。
【選択図】図４

Description

本発明は、電動モータに関する。

電動モータのステータは、コイルと、このコイルが巻かれたステータコアとを有している。ステータコアは、例えば、環状のヨークと、このヨークの内周から径方向に突出する複数のティースとを有している。ティースに、上述のコイルが巻かれている（例えば、特許文献１，２，３参照。）。
特許文献１では、ステータの軸方向に関してのステータコアの端部に、コイルを巻くための溝が形成されている。この溝は、各ティースに形成されていて、軸方向の外方に開放されていて、径方向の内方に配置された内壁と、径方向の外方に配置された外壁とを有している。軸方向に関して、外壁と内壁とは、互いに等しい高さで形成されている。

特許文献２では、上述の溝の外壁が、内壁よりも高く形成されている。
特許文献３では、上述の溝の外壁に相当する部分が形成されていない。
特開２００４−４０９４８号公報 特開２００６−６７７８９号公報 特開２００２−３６９４１８号公報

ところで、溝の内壁では、その先端部に近づくほどに、磁束密度が低い傾向にあるので、内壁の先端部は、トルクの向上にあまり寄与しない。その一方で、ステータの径方向に関する内壁の厚みは、軸方向に関しての内壁の先端部と、根本部とで、同寸法であったので、ステータコアの大型化や製造コストの増大の要因になっている。
そこで、本発明の目的は、出力トルクを高めることができてしかも安価な電動モータを提供することである。

本発明の電動モータは、周方向に離隔する複数の磁極を有するロータと、このロータを取り囲むステータとを備え、このステータは、磁性粉を含む環状のステータコアを含み、このステータコアは、環状のヨークと、このヨークの内周に突出形成され、ヨークの周方向にスロットを挟んで相互に離隔する複数のティースとを有し、各ティースは、ヨークの内周から径方向に延びるティース本体と、ティース本体からステータコアの対応する軸方向外方に突出する軸方向突出部とを有し、ステータコアの軸方向の端部に各ティースに対応してステータコアの軸方向外方に開放するコイル巻回用の溝が形成され、各溝の外壁は、ヨークの対応する軸方向端部により構成され、各溝の内壁は、ティースの軸方向突出部により構成され、ステータコアの径方向に関して、上記内壁の軸方向端部の厚みｔ１は、上記内壁の根本部の厚みｔ２よりも小さいことを特徴とする。本発明によれば、内壁において軸方向外方の部分であるほどに、磁束密度が低くなるので、根本部よりも端部の厚みを薄くして、磁束の通りやすさを維持しつつ、材料コストを低減でき、安価にできる。

また、本発明において、上記ステータコアの軸方向に関して、上記溝の外壁の高さＨ１が、上記溝の内壁の高さＨ２よりも短い場合がある。この場合、溝の外壁は、磁束を適度に通し易くできて、しかも、内壁よりも低いことにより、製造コストを安価にできる。
また、上記ステータコアの軸方向に関する上記溝の内壁の高さＨ２を、上記ステータコアの径方向に関する上記内壁の根本部の厚みｔ２で除した値（Ｈ２／ｔ２）は、０＜（Ｈ２／ｔ２）≦０．５の範囲にある場合がある。この場合、内壁での磁束の通りやすさを確保しつつ、材料コストを低減できる効果を、顕著に得ることができる。

また、本発明において、上記ステータコアの軸方向に関して、ヨークの長さは、ティースの最大長さよりも短い場合がある。この場合、ヨークでの磁束の通りやすさを確保しつつ、材料コストを低減できる効果を、確実に得ることができる。
また、本発明において、上記スロットの数が、上記磁極の数よりも多いときには、下記式１、すなわち、（Ｌ１×Ｗ１）＞（Ｌ２×Ｗ２×０．６）……式１、が満たされる場合がある。ただし、Ｌ１は、ステータコアの軸方向に関するヨークの長さである。Ｗ１は、ステータコアの径方向に関するヨークの最小幅である。Ｌ２は、ステータコアの軸方向に関するティースの最大長さである。Ｗ２は、ステータコアの周方向に関するティースの最小幅である。この場合、磁束の通りやすさを確保しつつ、材料コストを低減できる効果を、確実に得ることができる。

また、本発明において、上記スロットの数が、上記磁極の数よりも少ないときには、下記式２、すなわち、（Ｌ１×Ｗ１）＞（Ｌ２×Ｗ２×０．４）……式２、が満たされる場合がある。ただし、Ｌ１は、ステータコアの軸方向に関するヨークの長さである。Ｗ１は、ステータコアの径方向に関するヨークの最小幅である。Ｌ２は、ステータコアの軸方向に関するティースの最大長さである。Ｗ２は、ステータコアの周方向に関するティースの最小幅である。この場合、磁束の通りやすさを確保しつつ、材料コストを低減できる効果を、確実に得ることができる。

以下では、本発明の実施形態の電動モータを、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態の電動モータの概略構成を示す断面図である。
本電動モータ１は、フレームとしてのモータハウジング２と、このモータハウジング２に保持された軸受３，４と、これら軸受３，４により回動自在に支持されている出力軸５と、この出力軸５に一体回転するように設けられた筒状のロータ６と、ロータ６の外周面と径方向Ｒに対向してモータハウジング２内に固定される筒状のステータ７とを有している。また、電動モータ１は、ブラシレスモータである。

また、電動モータ１は、当該電動モータ１の内部における電気的な接続のためのバスバーと呼ばれる結線用基板８と、ロータ６の回転角度位置を検出する回転位置検出センサ（図示せず）とを有している。この回転位置検出センサとしては、例えば、レゾルバまたはロータリーエンコーダを利用することができる。
モータハウジング２は、筒形状をなすハウジング本体９と、一対の端部材１０Ａ，１０Ｂとを有している。出力軸５の軸方向Ｓについてのハウジング本体９の両端部は、ともに開放されている。ハウジング本体９の両端部に、対応する端部材１０Ａ，１０Ｂが取り付けられている。

なお、ハウジング本体９と、いずれか一方の端部材１０Ａ，１０Ｂとが、単一の部材により一体に形成され、単一の部品を構成していてもよい。以下では、ハウジング本体９と、一対の端部材１０Ａ，１０Ｂとの３つが、互いに別体の場合に則して説明する。
端部材１０Ａ，１０Ｂは、板状をなしている。端部材１０Ａの中央部に貫通孔が形成されている。この貫通孔の周縁部に軸受３が支持されている。また、端部材１０Ｂの中央部の凹部の周縁部に軸受４が支持されている。また、各端部材１０Ａ，１０Ｂの外周縁部には、ハウジング本体９と連結するための連結部が設けられている。

ハウジング本体９は、内周面と外周面とを有している。また、出力軸５の軸方向Ｓについてのハウジング本体９の両端部は、対応する端部材１０Ａ，１０Ｂの連結部に連結するための連結部を有している。ハウジング本体９の連結部と、対応する端部材１０Ａ，１０Ｂの連結部とは、図示しないボルトにより互いに固定される。
モータハウジング２の内部に、ロータ６、ステータ７および結線用基板８が収容されている。ステータ７の外周面が、モータハウジング２のハウジング本体９の内周面に固定されている。ステータ７がロータ６を取り囲んでいる。モータハウジング２と出力軸５とロータ６とステータ７とが、ブラシレスモータを構成している。

また、モータハウジング２のハウジング本体９の内周面と、ロータ６の外周面と、ステータ７の内周面および外周面とは、出力軸５の中心軸線と互いに同心に配置されている。出力軸５と、ロータ６とは、出力軸５の中心軸線を回転中心軸線としてその回りに一体に回動する。
なお、図１および後述する各図には、出力軸５の軸方向Ｓ、径方向Ｒ、および周方向Ｔを必要に応じて図示している。これらの各方向は、モータハウジング２、ロータ６、ステータ７、後述するステータコア１１、およびヨーク１４の対応する各方向に一致している。

図２は、図１に示すステータ７の要部の断面図であり、図１のＳ２−Ｓ２断面を示す。図１および図２を参照して、ロータ６は、出力軸５および軸受３，４を介して、モータハウジング２に回動自在に支持されている。ロータ６は、ロータ本体６ａと、ロータマグネット６ｂと、スペーサ６ｃと、筒状の保護部材６ｄとを有している。
ロータマグネット６ｂは、周方向Ｔに離隔する複数の磁極６ｅ（ひとつのみ図示）を有する。ロータマグネット６ｂは、環状の永久磁石からなる。ロータマグネット６ｂの外周面にＮ極とＳ極との磁極６ｅが交互に周方向Ｔに並んで複数箇所に均等に形成されている。ロータマグネット６ｂは、ロータ本体６ａとスペーサ６ｃとを介して、出力軸５に固定されている。

ロータ本体６ａは、軸方向Ｓについてロータマグネット６ｂと同じ長さに形成された薄肉の環状部材であり、ロータマグネット６ｂを支持している。
ステータ７は、内周面と外周面とを有している。ステータ７の内周面は、ロータ６の外周面と径方向Ｒに所定間隔を開けて対向している。ステータ７は、環状をなす単一のステータコア１１と、複数のインシュレータ１２と、複数のコイル１３とを有している。ステータコア１１は、環状をなす単一のヨーク１４と、複数のティース１５とを有している。インシュレータ１２およびコイル１３は、各ティース１５ごとに設けられている。インシュレータ１２はコイル１３を保護するための絶縁体である。各コイル１３は絶縁被覆された電線をそれぞれ有している。

ステータコア１１は、軸方向Ｓについての一端１１ａおよび他端１１ｂを有している。ステータコア１１の外周面が、ステータ７の外周面を形成している。また、各ティース１５が、ヨーク１４の内周面から径方向Ｒの内方へ突出している。各ティース１５の突出した先端部が、ロータ６に近接して対向し、ステータ７の内周面を形成している。また、複数のティース１５は、互いに同じ形状に形成されていて、周方向Ｔについて所定間隔のスロット１１ｃを挟んで相互に離隔して均等に配置されている。

本実施形態では、ステータコア１１は、周方向Ｔに分割された分割体としての複数の分割コア１６を有している。また、ヨーク１４は、複数の分割コア１６に対応して周方向Ｔに分割された複数のヨーク片１７を有している。
複数の分割コア１６は、ステータコア１１を縦割り分割されてなる。複数の分割コア１６が環状に組み合わされることにより、環状のステータコア１１が構成されている。例えば、複数の分割コア１６が周方向Ｔに並べられた状態で、ハウジング本体９の内周面に嵌め入れられて、この内周面に、例えば圧入されることにより、または接着剤を介することにより固定されている。これにより、複数の分割コア１６が互いに環状に連結される。

図３は、図１に示すステータ７の分割コアの斜視図である。図２および図３を参照して、各分割コア１６は、単一のヨーク片１７と、単一のティース１５とを有している。これらティース１５およびヨーク片１７は、一体に形成されて単一の部品を構成している。各分割コア１６の全体が、磁性粉１１ｍ（模式的に図示）を含み、磁性粉１１ｍを用いて形成された焼結体からなる。

ヨーク片１７は、内周部１７ａと、外周部１７ｂと、対向面としての周方向Ｔについての一対の側面１７ｃと、軸方向についての一対の端面１７ｄとを有している。ヨーク片１７の内周部１７ａに、対応するティース１５が連結されている。
各ティース１５は、主体部としてのティース本体１５ａと、突出部としての周方向突出部１５ｂおよび軸方向突出部１５ｃとを有している。

ティース本体１５ａは、ステータコア１１の軸方向Ｓに沿って見たときに、ヨーク片１７の内周部１７ａからステータ７の径方向Ｒに延びている。ティース本体１５ａは、ヨーク片１７に比べて、ステータ７の周方向Ｔおよび軸方向Ｓについて、相対的に細く形成されていて、軸方向Ｓに平行に延びている。
周方向突出部１５ｂおよび軸方向突出部１５ｃは、ティース本体１５ａの延設端としての径方向Ｒの内方側の端部１５ｄに設けられている。周方向突出部１５ｂと軸方向突出部１５ｃとは、互いに接続され、ティース本体１５ａを鍔状をなして取り囲んでいる。

周方向突出部１５ｂは、周方向Ｔの両側へティース本体１５ａの端部１５ｄから突出している。周方向突出部１５ｂは、ステータ７の周方向Ｔについてティース本体１５ａから遠ざかるにしたがって、肉厚（径方向寸法）が薄くなるように形成されている。
図４は、分割コア１６の断面図であり、ステータコア１１の周方向に垂直な断面を示す。図３と図４を参照して、軸方向突出部１５ｃは、ステータ７の軸方向Ｓの両側へティース本体１５ａの端部１５ｄから突出している。軸方向突出部１５ｃは、ステータ７の軸方向Ｓについてティース本体１５ａから遠ざかるにしたがって、肉厚（径方向寸法）が薄くなるように形成されている。

図１および図２を参照して、ステータコア１１の各分割コア１６のティース１５に、インシュレータ１２を介してコイル１３が巻回されている。また、各ティース１５には、巻回されたコイル１３を収容するためのコイル収容溝１８，１９が形成されている。すなわち、ステータ７の周方向Ｔに関して、各ティース１５は、当該ティース１５を挟んだ両側に、コイル巻回用の一対のコイル収容溝１８を有している（図３参照）。また、ステータ７の軸方向Ｓに関して、各ティース１５の両端部は、当該ティース１５を挟んだ両側に、コイル巻回用の一対のコイル収容溝１９を有している。これらのコイル収容溝１８，１９は、ティース１５を取り囲んで環状をなし、互いに連通している。

一対のコイル収容溝１８は、ステータ７の周方向Ｔについて、互いに逆向きに開放されている。各コイル収容溝１８が、スロット１１ｃの一部をなしている。コイル収容溝１８は、内面としての以下の各部、すなわち、内壁面１８ａと、外壁面１８ｂと、溝底面１８ｃとを有している。内壁面１８ａは、相対的に径方向Ｒの内方側に配置されていて、対応するティース１５の周方向突出部１５ｂに形成されている。外壁面１８ｂは、相対的に径方向Ｒの外方に配置されていて、ヨーク片１７の対応する周方向端部に形成されている。内壁面１８ａおよび外壁面１８ｂは、ステータ７の径方向Ｒに互いに対向している。溝底面１８ｃは、ティース本体１５ａに形成されている。また、ティース本体１５ａからのティース１５の周方向突出部１５ｂの突出量は、軸方向Ｓに関しての任意の位置で同じ値とされている。

一対のコイル収容溝１９は、ステータ７の軸方向Ｓの外方に向けて、互いに逆向きに開放されている。コイル収容溝１９は、相対的に径方向Ｒの内方に配置された内壁と、相対的に径方向Ｒの外方に配置された外壁と、内壁および外壁を接続する溝底とを有している。内壁および外壁は、径方向Ｒに互いに対向している。また、コイル収容溝１９は、内面としての以下の各部、すなわち、内壁面１９ａと、外壁面１９ｂと、溝底面１９ｃとを有している。

図３と図４を参照して、コイル収容溝１９の内壁は、対応する軸方向Ｓの外方に突出するティース１５の軸方向突出部１５ｃにより構成されている。コイル収容溝１９の外壁は、ヨーク片１７の対応する軸方向端部１７ｅにより構成されている。コイル収容溝１９の溝底は、ティース本体１５ａの軸方向端部により構成されている。
内壁面１９ａは、ティース１５の軸方向突出部１５ｃにおいてコイル収容溝１９の内側に臨む表面であり、ステータコア１１の軸方向Ｓに対して傾斜して延びていて軸方向外方に向いている。外壁面１９ｂは、ヨーク片１７の軸方向端部１７ｅにおいてコイル収容溝１９の内側に臨む表面であり、ステータコア１１の軸方向Ｓに平行に延びている。溝底面１９ｃは、軸方向Ｓについてのティース本体１５ａの端部の表面からなる。

軸方向Ｓに関しての分割コア１６の両端部は、軸方向Ｓについての向きが逆であることを除いて、互いに同様に形成されている。また、これと同様に、一対のコイル収容溝１９も互いに同様に形成されている。
本実施形態では、ステータコア１１は、以下の構成Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを有している。なお、本実施形態では、分割コア１６の角陵部および隅部に、面取り、すなわち、Ｃ面取りまたは湾曲状のアール面取りが形成されていない場合に則して説明するが、面取りが形成される場合に適用してもよい。

構成Ａ。図４を参照して、本実施形態では、ステータコア１１の軸方向Ｓに関して、コイル収容溝１９の外壁の高さＨ１が、コイル収容溝１９の内壁の高さＨ２よりも短い所定値に設定されている（０＜Ｈ１＜Ｈ２）。
ここで、外壁の高さＨ１は、ステータコア１１の周方向Ｔに直角に交差する断面であってティース１５の重心位置を通る断面において、ステータコア１１の軸方向Ｓに関する距離であって、溝底面１９ｃにおいて最も軸方向内方にある点Ｐ１と、外壁において最も軸方向外方にある点Ｐ２との間の距離である。

また、内壁の高さＨ２は、ステータコア１１の周方向Ｔに直角に交差する断面であってティース１５の重心位置を通る断面において、ステータコア１１の軸方向Ｓに関する距離であって、溝底面１９ｃにおいて最も軸方向内方にある上記点Ｐ１と、内壁において最も軸方向外方にある点Ｐ３との間の距離である。
構成Ｂ。本実施形態では、ステータコア１１の軸方向Ｓに関して、ヨーク１４の長さＬ１は、ティース１５の最大長さＬ２よりも短くされている（Ｌ１＜Ｌ２）。

ここで、ヨーク１４の長さＬ１としては、ステータコア１１の一端１１ａにありヨーク１４において最も軸方向外方にある点Ｐ２と、ステータコア１１の他端１１ｂにありヨーク１４において最も軸方向外方にある点Ｐ２との間の、軸方向Ｓに関しての距離であり、軸方向Ｓに関してのヨーク１４の最大長さである。
ティース１５の最大長さＬ２としては、ステータコア１１の一端１１ａのティース１５の軸方向突出部１５ｃにおいて最も軸方向外方にある点Ｐ３と、ステータコア１１の他端１１ｂのティース１５の軸方向突出部１５ｃにおいて最も軸方向外方にある点Ｐ３との間の、軸方向Ｓに関しての距離である。

構成Ｃ。本実施形態では、ステータコア１１の径方向Ｒに関する内壁としての軸方向突出部１５ｃの軸方向端部１５ｃ１の厚みｔ１は、軸方向突出部１５ｃの根本部１５ｃ２の厚みｔ２よりも小さくされている（ｔ１＜ｔ２）。
なお、上述の厚みｔ１，ｔ２は、ステータコア１１の周方向Ｔに直角に交差する断面であってティース１５の重心位置を通る断面における、対応する軸方向位置での内壁面１９ａと、軸方向突出部１５ｃの表面であって径方向Ｒに沿ってロータ６に対向する対向面１５ｃ３との間の径方向Ｒに関しての距離である。

また、分割コア１６の角陵部および隅部に面取りが形成される場合には、上述の厚みｔ１，ｔ２を決めるときの内壁面１９ａおよび対向面１５ｃ３としては、当該面の縁部に形成された面取り部を含んでもよいし、この面取り部を除いてもよい。
構成Ｄ。本実施形態では、内壁は、以下のように設定されている。先ず、ステータコア１１の軸方向Ｓに関するコイル収容溝１９の内壁の高さＨ２を、ステータコア１１の径方向Ｒに関する内壁の根本部１５ｃ２の上記厚みｔ２で除した値（Ｈ２／ｔ２）（以下、値ＨＴともいう。）を考える。この値ＨＴは、０＜ＨＴ≦０．５により定められる範囲内に設定されている。これにより、コギングトルクを低減できて好ましい。

図５は、電磁解析結果における、上述の値ＨＴと、コギングトルクとの関係を示すグラフである。横軸に値ＨＴを示し、縦軸にコギングトルクの大きさ（Ｎ・ｍ）を示す。図５は、予め定める解析モデルにおいて、上述の値ＨＴを異ならせてコギングトルクを求め、各値ＨＴとこれに対応するコギングトルクの大きさをプロットしたものである。
図５を参照して、値ＨＴが１．５を超えて大きくなると、値ＨＴに対するコギングトルクの増加率（グラフの傾き）が、大きくなっている。値ＨＴが１．５以下の場合には、値ＨＴが１の場合に比べて、コギングトルクが同レベルである。従って、値ＨＴは、１．５以下の値とするのが好ましい。

図６は、電磁解析結果における、上述の値ＨＴ＝（Ｈ２／ｔ２）と、後述する磁束密度比ＪＴとの関係を示すグラフである。横軸に、値ＨＴを示し、縦軸に磁束密度比ＪＴを示す。ここで、磁束密度比ＪＴは、ティース１５の径方向内側の端部における軸方向中央部の磁束密度Ｊ１に対する、ティース１５の径方向内側の端部における軸方向突出部１５ｃの根本部１５ｃ２の磁束密度Ｊ２の比ＪＴ、すなわち、ＪＴ＝Ｊ２／Ｊ１である。

図６は、予め定める解析モデルにおいて、上述の値ＨＴを異ならせて磁束密度比ＪＴを求め、各値ＨＴとこれに対応する磁束密度比ＪＴの大きさをプロットしたものである。
図６を参照して、値ＨＴが０．５を超えて大きくなると、値ＨＴに対する磁束密度比ＪＴの増加率（グラフの傾き）が、大きくなっている。値ＨＴが０．５以下の場合には、値ＨＴが１の場合に比べて、磁束密度比ＪＴが１．１以下であり、同レベルである。従って、値ＨＴは、０よりも大きく且つ０．５以下の値とするのが好ましい。

構成Ｅ。図２と図４を参照して、本実施形態では、スロット１１ｃが１２個であり、磁極６ｅが８個であり、スロット１１ｃの数が磁極６ｅの数よりも多くされている。この場合、ステータコア１１の軸方向Ｓに関するヨーク１４の長さＬ１、ステータコア１１の径方向Ｒに関するヨーク１４の最小幅Ｗ１、ステータコア１１の軸方向Ｓに関するティース１５の最大長さＬ２、およびステータコア１１の周方向Ｔに関するティース１５の最小幅Ｗ２が、下記式１を満たすように設定されている。これにより、出力トルクの低下を抑制しつつ、ヨーク１４の小型化を図ることができる。
（Ｌ１×Ｗ１）＞（Ｌ２×Ｗ２×０．６）……式１。

この式１の関係は、ロータ６の磁極６ｅの数およびステータ７のスロット１１ｃの数が、本実施形態で説明した数の以外の、他の数の組み合わせの場合にも適用できる。式１の関係は、スロット１１ｃの数が、磁極６ｅの数よりも多い場合に好ましく適用される。
また、スロット１１ｃの数が、磁極６ｅの数よりも少ない場合には、以下の式２が好ましく適用される。
（Ｌ１×Ｗ１）＞（Ｌ２×Ｗ２×０．４）……式２。

図７および図８は、電磁解析結果における、ステータコア１１の形状を変化させたときの出力トルクの変化を示すグラフである。図７および図８において、横軸に、ステータコア１１の形状を示す値として、後述する形状に関する比ＬＷ（％）を示す。縦軸に、出力トルクを示す値として、後述するトルク比率ＰＬＷ（％）を示す。
ここで、形状に関する比ＬＷ（％）は、以下のようにして求められる。すなわち、ヨーク１４の大きさを示す値としての上述の値Ｌ１，Ｗ１の積（Ｌ１×Ｗ１）と、ティース１５の大きさを示す値としての上述の値Ｌ２，Ｗ２の積（Ｌ２×Ｗ２）とを考える。上述の積（Ｌ１×Ｗ１）の、積（Ｌ２×Ｗ２）に対する比ＬＷ（％）を求め、これを、形状に関する比ＬＷ（％）とする。
ＬＷ（％）＝（Ｌ１×Ｗ１）／（Ｌ２×Ｗ２）……式３
また、トルク比率ＰＬＷ（％）は、以下のようにして求められる。すなわち、形状に関する比ＬＷが所定値のときに得られる出力トルクをＰＸとし、形状に関する比ＬＷが１００％のときに得られる出力トルクをＰ１００としたときに、出力トルクＰＸの、出力トルクＰ１００に対する比ＰＬＷ（％）＝ＰＸ／Ｐ１００を求め、これをトルク比率ＰＬＷ（％）とする。

また、図７には、ステータ７のスロット１１ｃが１２個の場合において、ロータ６の磁極６ｅが８個の場合のグラフ（ダイヤ形を結ぶ実線Ｘ１で図示。）と、磁極６ｅが１０個の場合のグラフ（正方形を結ぶ一点鎖線Ｘ２で図示。）と、磁極６ｅが１４個の場合のグラフ（三角形を結ぶ二点鎖線Ｘ３で図示。）とが図示されている。
また、図８には、ステータ７のスロット１１ｃが９個の場合において、ロータ６の磁極６ｅが６個の場合のグラフ（ダイヤ形を結ぶ実線Ｘ４で図示。）と、磁極６ｅが８個の場合のグラフ（正方形を結ぶ一点鎖線Ｘ５で図示。）と、磁極６ｅが１０個の場合のグラフ（三角形を結ぶ二点鎖線Ｘ６で図示。）とが図示されている。

図７および図８を参照して、スロット１１ｃの数が磁極６ｅの数よりも多い場合（Ｘ１，Ｘ２，Ｘ４，Ｘ５）には、形状に関する比ＬＷが５０％を下回ると、グラフの傾きが大きくなっていて、出力トルクの低下が顕著になっている。また、トルク比率ＰＬＷの低下量（出力トルクの低下率に相当する。）を１％未満に小さく抑制するには、形状に関する比ＬＷが６０％以上を確保すればよいことがわかる。

また、スロット１１ｃの数が磁極６ｅの数よりも少ない場合（Ｘ３，Ｘ６）には、スロット１１ｃの数が磁極６ｅの数よりも多い場合（Ｘ１，Ｘ２，Ｘ４，Ｘ５）と比較して、形状に関する比ＬＷの変化に対して出力トルクの減少傾向が抑制されている。また、形状に関する比ＬＷが４０％を下回って小さくなると、グラフの傾きが大きくなり、出力トルクの低下が顕著になっている。また、出力トルクの低下率を１％未満に小さく抑制するには、形状に関する比ＬＷが４０％以上を確保すればよいことがわかる。

また、式１，２からヨーク１４の幅の最小値Ｗ１を求めることも可能である。この最小値Ｗ１を採用する場合には、ヨーク１４の材料コストを低減するのに寄与する。
従って、スロット１１ｃの数が磁極６ｅの数よりも多い場合には、式１を満たすことで、出力トルクの低下を抑制しつつ、式１に基づいて、形状に関する比ＬＷを小さく、換言すれば、ヨーク１４を小型化することができる。

また、スロット１１ｃの数が磁極６ｅの数よりも少ない場合には、式２を満たすことで、出力トルクの低下を抑制しつつ、式２に基づいて、形状に関する比ＬＷを小さく、換言すれば、ヨーク１４を小型化することができる。
本実施形態では、ステータコア１１の径方向Ｒに関して、内壁としての軸方向突出部１５ｃの軸方向端部１５ｃ１の厚みｔ１は、上記軸方向突出部１５ｃの根本部１５ｃ２の厚みｔ２よりも小さくされている。これにより、内壁において軸方向外方の部分であるほどに、磁束密度が低くなることから、根本部１５ｃ２の厚みｔ２よりも軸方向端部１５ｃ１の厚みｔ１を薄くすることで、磁束の通りやすさを維持しつつ、材料コストを低減でき、安価にできる。

また、本実施形態では、ステータコア１１の軸方向Ｓに関して、コイル収容溝１９の外壁の高さＨ１が、コイル収容溝１９の内壁の高さＨ２よりも短くされている。この場合、コイル収容溝１９の外壁は、磁束を適度に通し易くできて、しかも、内壁よりも低いことにより、製造コストを安価にできる。
また、本実施形態において、ステータコア１１の軸方向Ｓに関するコイル収容溝１９の内壁としての軸方向突出部１５ｃの高さＨ２を、ステータコア１１の径方向Ｒに関する軸方向突出部１５ｃの根本部１５ｃ２の厚みｔ２で除した値（Ｈ２／ｔ２）は、０＜（Ｈ２／ｔ２）≦０．５の範囲にあるようにされている。この場合、軸方向突出部１５ｃでの磁束の通りやすさを確保しつつ、軸方向突出部１５ｃの材料コストを低減できる効果を、顕著に得ることができる。

また、本実施形態において、ステータコア１１の軸方向Ｓに関して、ヨーク１４の長さＬ１は、ティース１５の最大長さＬ２よりも短くされている。この場合、ヨーク１４での磁束の通りやすさを確保しつつ、ヨーク１４の材料コストを低減できる効果を、確実に得ることができる。
また、スロット１１ｃの数が、ロータ６の磁極６ｅの数よりも多いときには、上述の式１が満たされるようにしている。この場合、磁束の通りやすさを確保しつつ、材料コストを低減できる効果を、確実に得ることができる。

また、スロット１１ｃの数が、磁極６ｅの数よりも少なくなる場合には、式１に代えて、上述の式２が満たされるようにしてもよい。この場合、磁束の通りやすさを確保しつつ、材料コストを低減できる効果を、確実に得ることができる。
構成Ａ〜Ｅのうちの少なくとも一つ、より好ましくは全ては、以下の構成(1) 〜(3) の少なくとも一つが、より好ましくは全てが該当する場合に、好適である。
構成(1) ：ロータマグネット６ｂの永久磁石は、ネオジウム磁石からなる。なお、ネオジウム磁石は、ネオジウム、鉄、ホウ素を主成分とする希土類磁石である。
構成(2) ：ステータ７の内周面とロータ６の保護部材６ｄの外周面との間における径方向Ｒに関しての間隔は、０．５ｍｍ以下とされている。
構成(3) ：磁性粉１１ｍの成形品（例えば、本実施形態では焼結体に相当。）の密度が、７．５ｇ／ｃｍ³ 以上である。

(1) 〜(3) の場合には、ステータコア１１において磁束密度が高くなる傾向にある。従って、上記構成Ａ〜Ｅのうちの少なくとも一つが、より好ましくは全てが適用されることにより、ステータコア１１において磁束をより通しやすくできるので、出力トルクを高めつつ安価な電動モータを実現できる。
また、本実施形態について、以下のような変形例を考えることができる。以下の説明では、上述の実施形態と異なる点を中心に説明し、同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。

図９は、本発明の第２の実施形態の分割コアの斜視図である。図９を参照して、分割コア１６のティース１５は、径方向内方にある先端部にのみスキューを付与されている。すなわち、ティース１５は、先端部として、径方向内方にあるティース本体１５ａの端部１５ｄと、周方向突出部１５ｂと、軸方向突出部１５ｃとを有している。これらがステータコア１１の軸方向Ｓに平行に延びている。ティース本体１５ａからの周方向突出部１５ｂの突出量は、軸方向Ｓの位置に応じて異なっている。例えば、周方向Ｔの一方の側へ突出する周方向突出部１５ｂの突出量は、軸方向Ｓに関しての一方の端部に向かうに従って大きくされていて、周方向Ｔの他方の側へ突出する周方向突出部１５ｂの突出量は、軸方向Ｓに関しての他方の端部に向かうに従って大きくされている。周方向に関しての周方向突出部１５ｂの先端にある縁部１５ｂ１は、軸方向Ｓに対して斜めに傾斜して直線状に延びている。周方向Ｔについてのティース１５の周方向突出部１５ｂの一対の先端の縁部１５ｂ１同士の間隔は、軸方向Ｓの任意の位置において一定とされている。

この場合、ティース本体１５ａは、軸方向Ｓに対して平行であるので、ティース本体１５ａが軸方向Ｓに対して斜めに傾斜する場合に比べて、巻線は容易である。また、スキューを、ロータ６のロータマグネット６ｂの磁石の配置の工夫により実現する場合に比べて、スキューを容易に実現でき、しかもコギングトルクを効果的に低減できる。また、ティース１５を形成するときに、スキューを高精度なプレス成形により付与できるので、ステータ７の個体ごとのスキューのばらつきを小さく抑制できる。

なお、図９に示す分割コア１６を、コイル収容溝１９が形成されずに磁性粉１１ｍを含むステータコア１１に適用することもでき、さらに、ブラシレスモータだけでなく、ブラシ付きの電動モータにも適用することもできる。
また、上述の各実施形態において、式１または式２が満たされていない場合や、ヨーク１４の長さがティース１５の最大長さと等しいかこれよりも長い場合や、（Ｈ２／ｔ２）＞０．５の場合や、ｔ１≧ｔ２の場合のうちの少なくとも一つに該当する場合も考えられる。

また、上述の各実施形態においては、軸方向Ｓの両端部１１ａ，１１ｂのコイル収容溝１９において、内壁が外壁よりも高く形成されていたが、これには限定されず、軸方向Ｓのいずれか一方の端部１１ａ，１１ｂのコイル収容溝１９の内壁が外壁よりも高い場合も考えられる。この場合にも、出力トルクを安価に高める効果を部分的に得ることが可能となる。

また、上述の各実施形態において、分割コア１６は、磁性粉１１ｍを成形して構成された材料としての、磁性粉１１ｍを含む焼結体からなっていた。この焼結体は、磁性粉１１ｍを含み、成形型を用いて成形されてなる成形品からなる。このような磁性粉１１ｍにより形成されたステータコア１１としては、上述の焼結体の他、磁性粉１１ｍが高圧力で圧縮成形されてなる成形品としての圧粉磁心でもよいし、樹脂成形品でもよい。この樹脂成形品は、磁性粉１１ｍとしての鉄粉と、絶縁部材としての合成樹脂とを含む複合材料により形成されている。

また、上述の各実施形態では、各分割コア１６が互いに別体とされていたが、これには限定されない。例えば、上述の複数の分割コア１６が一体に形成されて単一部品をなし、これによりステータコア１１が構成されていてもよい。
また、上述の各実施形態では、各分割コア１６の全体が、ひいてはステータコア１１の全体が、磁性粉１１ｍにより形成されていたが、これには限定されず、各分割コア１６の一部のみが磁性粉１１ｍにより形成されていてもよいし、ステータコア１１の一部のみが磁性粉１１ｍにより形成されていてもよい。例えば、図示しないが、各分割コア１６またはステータコア１１が、磁性粉１１ｍにより形成された部分と、積層鋼板により形成された部分とを含んでいてもよい。その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

本発明の第１の実施形態の電動モータの概略構成を示す断面図である。 図１に示すステータの要部の断面図であり、図１のＳ２−Ｓ２断面を示す。 図１に示す分割コアの斜視図である。 図１の分割コアの断面図であり、ステータコアの周方向に垂直な断面を示す。 電磁解析結果における、コイル収容溝の内壁の高さＨ２を、径方向に関する内壁の根本部の厚みｔ２で除した値ＨＴ＝（Ｈ２／ｔ２）と、コギングトルクとの関係を示すグラフである。横軸に、値ＨＴを示し、縦軸にコギングトルクの大きさ（Ｎ・ｍ）を示す。 電磁解析結果における、コイル収容溝の内壁の高さＨ２を、径方向に関する内壁の根本部の厚みｔ２で除した値ＨＴ＝（Ｈ２／ｔ２）と、磁束密度比との関係を示すグラフである。横軸に、値ＨＴを示し、縦軸に磁束密度比を示す。 電磁解析結果における、ステータコアの形状に関する比ＬＷと、出力トルクに関するトルク比率ＰＬＷとの関係を示すグラフである。横軸に、形状に関する比ＬＷ（％）を示す。縦軸に、トルク比率ＰＬＷ（％）を示し、ステータのスロットが１２個の場合において、ロータの磁極が８，１０，１４個の場合のそれぞれのグラフ（Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３）が図示されている。 電磁解析結果における、ステータコアの形状に関する比ＬＷと、出力トルクに関するトルク比率ＰＬＷとの関係を示すグラフである。横軸に、形状に関する比ＬＷ（％）を示す。縦軸に、トルク比率ＰＬＷ（％）を示し、ステータのスロットが９個の場合において、ロータの磁極が６，８，１０個の場合のそれぞれのグラフ（Ｘ４，Ｘ５，Ｘ６）が図示されている。 本発明の第２の実施形態の分割コアの斜視図である。

符号の説明

１…電動モータ、６…ロータ、６ｅ…磁極、７…ステータ、１１…ステータコア、１１ａ，１１ｂ…端部、１１ｃ…スロット、１１ｍ…磁性粉、１４…ヨーク、１５…ティース、１５ａ…ティース本体、１５ｃ…軸方向突出部（内壁）、１５ｃ１…軸方向端部（内壁の軸方向端部）、１５ｃ２…根本部、１７ａ…内周部（ヨークの内周）、１７ｅ…軸方向端部（外壁）、１９…コイル収容溝（コイル巻回用の溝）、Ｈ１…溝の外壁の高さ、Ｈ２…溝の内壁の高さ、Ｌ１…ヨークの長さ、Ｌ２…軸方向に関するティースの最大長さ、Ｒ…径方向、Ｔ…周方向、ｔ１…内壁の軸方向端部の厚み、ｔ２…根本部の厚み、Ｗ１…径方向に関するヨークの最小幅、Ｗ２…周方向に関するティースの最小幅

Claims (6)

1. 周方向に離隔する複数の磁極を有するロータと、
   このロータを取り囲むステータとを備え、
   このステータは、磁性粉を含む環状のステータコアを含み、
   このステータコアは、環状のヨークと、このヨークの内周に突出形成され、ヨークの周方向にスロットを挟んで相互に離隔する複数のティースとを有し、
   各ティースは、ヨークの内周から径方向に延びるティース本体と、ティース本体からステータコアの対応する軸方向外方に突出する軸方向突出部とを有し、
   ステータコアの軸方向の端部に各ティースに対応してステータコアの軸方向外方に開放するコイル巻回用の溝が形成され、
   各溝の外壁は、ヨークの対応する軸方向端部により構成され、
   各溝の内壁は、ティースの軸方向突出部により構成され、
   ステータコアの径方向に関して、上記内壁の軸方向端部の厚みｔ１は、上記内壁の根本部の厚みｔ２よりも小さいことを特徴とする電動モータ。
2. 請求項１において、上記ステータコアの軸方向に関して、上記溝の外壁の高さＨ１が、上記溝の内壁の高さＨ２よりも短いことを特徴とする電動モータ。
3. 請求項２において、
   上記ステータコアの軸方向に関する上記溝の内壁の高さＨ２を、上記ステータコアの径方向に関する上記内壁の根本部の厚みｔ２で除した値（Ｈ２／ｔ２）は、
   ０＜（Ｈ２／ｔ２）≦０．５
   の範囲にあることを特徴とする電動モータ。
4. 請求項１から３のいずれか１項において、上記ステータコアの軸方向に関して、ヨークの長さは、ティースの最大長さよりも短いことを特徴とする電動モータ。
5. 請求項４において、上記スロットの数が、上記磁極の数よりも多いときには、下記式１が満たされることを特徴とする電動モータ。
   （Ｌ１×Ｗ１）＞（Ｌ２×Ｗ２×０．６）……式１。
   ただし、Ｌ１は、ステータコアの軸方向に関するヨークの長さである。Ｗ１は、ステータコアの径方向に関するヨークの最小幅である。Ｌ２は、ステータコアの軸方向に関するティースの最大長さである。Ｗ２は、ステータコアの周方向に関するティースの最小幅である。
6. 請求項４において、上記スロットの数が、上記磁極の数よりも少ないときには、下記式２が満たされることを特徴とする電動モータ。
   （Ｌ１×Ｗ１）＞（Ｌ２×Ｗ２×０．４）……式２。
   ただし、Ｌ１は、ステータコアの軸方向に関するヨークの長さである。Ｗ１は、ステータコアの径方向に関するヨークの最小幅である。Ｌ２は、ステータコアの軸方向に関するティースの最大長さである。Ｗ２は、ステータコアの周方向に関するティースの最小幅である。

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