JP5819216B2

JP5819216B2 - 回転電機

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Publication number: JP5819216B2
Application number: JP2012033203A
Authority: JP
Inventors: 平山　隆; 隆平山; 和嶋　潔; 潔和嶋; 寿郎長谷部; 真琴松下
Original assignee: Toshiba Corp; Nippon Steel Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Nippon Steel Corp
Priority date: 2012-02-17
Filing date: 2012-02-17
Publication date: 2015-11-18
Anticipated expiration: 2032-02-17
Also published as: JP2013172487A

Description

本発明は、回転電機に関し、特に、ステータを固定するために用いて好適なものである。

電動機（モータ）等の回転電機は、相対的に外側に配置されるステータ（固定子）と、外周面がステータの内周面と間隔を有して対向するように相対的に内側に配置されるロータ（回転子）と、ロータを回転させる回転軸と、を備えている。
このような回転電機では、ステータを固定する必要がある。ステータを固定する技術として、特許文献１に記載の技術がある。
特許文献１に記載の技術では、冷媒が充填されるケースの内部において、ステータの軸方向の一端面に押さえリングを配置すると共に、ステータの軸方向の他端面に台座を配置する。押さえリングと台座には、ボルトを通す孔が形成されている。ボルトをこれらの孔に通すことによって、ステータが台座に固定されるようにする。

特開２００７−２８２４５８号公報

ところで、回転電機の設置スペースに制約があること等の理由から、ケースに収容された回転電機を用いることが困難な場合がある。また、ケースに収容しなければ、回転電機を空冷によって容易に冷却することができる。例えば、鉄道車両の駆動用の電動機は、車両の上部や下部に設置される。このため、鉄道車両の駆動用の電動機として、ケースに収容されない構成の電動機が採用されることがある。

このようにケースに収容されない回転電機のステータを固定する方法として次のような方法がある。すなわち、ステータコアの軸方向の両端に、面方向の形状・大きさがステータコアと略同一である端板をそれぞれ配置し、溶接等によりステータコアに端板を取り付ける。これらの端板を、回転電機の設置場所に固定することにより、ステータが回転電機の設置場所に固定される。

このような端板を用いる目的は、回転電機の使用中にステータコアが変形や破壊することを防ぐことである。すなわち、ステータコアのみでは剛性が低いため、ステータコアの軸方向の両端に端板をそれぞれ配置することにより、回転電機の使用中にステータコアが変形や破壊することを防ぐようにする。このような目的を達成するために、端板には、JIS G 3141に規定されているような普通鋼が用いられている。

しかしながら、本発明者らは、端板として普通鋼を用いると、端板の鉄損が大きくなるという知見を得た。具体的に本発明者らが解析した条件では、端板の鉄損が、ステータコアの鉄損の約４０［％］にもなるという知見を得た（後述する図４を参照）。このように従来の端板の鉄損が大きいため、回転電機の鉄損も大きくなるという問題点があった。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、ステータコアの軸方向の両端に配置してステータコアの変形や破壊を防ぐための端板の鉄損を可及的に小さくすることを目的とする。

本発明の回転電機は、周方向に延在するヨークと、前記ヨークの内周側から軸心方向に延在する複数のティースとを有し、外周面が露出しているステータコアを備えるステータと、外周面が前記ステータの内周面と間隔を有して相互に対向する位置に配置されるロータと、前記ロータを回転させるための回転軸と、前記ステータコアの変形及び破壊を防止するために、前記ステータコアの軸方向の一端面に取り付けられた第１の端板と、前記ステータコアの変形及び破壊を防止するために、前記ステータコアの軸方向の他端面に取り付けられた第２の端板と、を有し、前記第１の端板と、前記第２の端板の一方又は両方は、５０［μΩ・ｃｍ］以上の固有抵抗値を有する非絶縁体の材料により形成され、前記第１の端板と、前記第２の端板のうち、５０［μΩ・ｃｍ］以上の固有抵抗値を有する非絶縁体の材料により形成されている端板は、複数配置され、前記複数配置される端板は、相互に絶縁された状態で、厚み方向に積み重ねられており、前記複数配置される端板の全てが非磁性の材料により形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、５０［μΩ・ｃｍ］以上の固有抵抗値を有する非磁性の材料により端板を形成するので、端板に発生する渦電流損を低減することができる。よって、端板の鉄損を可及的に小さくすることができる。

モータの構成の第１の例を示す俯瞰図である。モータの構成の一例を示す断面図である。ステータコアの構成の一例を示す断面図である。端板の鉄損とステータコアの鉄損の一例を示す図である。各種の端板の損失の一例を示す図である。モータの構成の第２の例を示す俯瞰図である。モータの構成の第３の例を示す俯瞰図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。尚、各図では、説明の都合上、説明に必要でない部分の図示を省略すると共に、図示した部分の構成を簡略化している。また、以下の実施形態では、回転電機の一例として、三相誘導電動機を例に挙げて説明する（以下の説明では「三相誘導電動機」を必要に応じて「モータ」と略称する）。ただし、回転電機は、ロータとステータと回転軸とを有するものであればよい。例えば、回転電機は、電動機に限定されず、発電機であってもよい。また、回転電機は、誘導機に限定されず、同期機であってもよい。

（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。
＜モータの構造＞
図１は、モータの構成の一例を示す俯瞰図である。図２は、モータの構成の一例を示す断面図である。具体的に図２は、モータの軸に垂直な方向にモータを切ったときのモータの断面図（図１に示すＩ−Ｉ断面図）である。図３は、ステータコアの構成の一例を示す断面図である。具体的に図３は、モータの軸に沿ってステータコアを切ったときのステータコアの断面図である。より具体的に図３（ａ）は、ステータコアのティースを有する部分の断面図（図２の仮想線２０１に沿ってモータの軸に平行な方向に切ったときのステータコアの断面図）であり、図３（ｂ）は、ステータコアのティースを有しない部分の断面図（図２の仮想線２０２に沿ってモータの軸に平行な方向に切ったときのステータコアの断面図）である。尚、図２のＬ１と図３のＬ１とが相互に対応し、図２のＬ２と図３のＬ２とが相互に対応する。

図１において、モータ１００は、ステータ（固定子）１１０と、ロータ（回転子）１２０と、回転軸１３０と、端板１４０ａ〜１４０ｄと、を有している。
ステータ１１０は、相対的にモータ１００の外側に配置される。ロータ１２０は、その外周面がステータ１１０の内周面と間隔を有して対向するように、相対的にモータ１００の内側に配置される。回転軸１３０は、その外周面がロータ１２０の内周面と対向し、且つ、ロータ１２０に直接又は間接的に接続された状態でモータ１００の中心部に配置される。ステータ１１０とロータ１２０の軸心は回転軸１３０の軸心と略一致している。尚、以下の説明では、「モータ１００の外側」、「モータ１００の内側」、「モータ１００の軸方向」を、必要に応じて、それぞれ「外側」、「内側」、「軸方向」と略称する。

図１及び図２に示すように、ロータ１２０は、ロータコア１２１と、かご形胴体１２２とを有している。図１及び図２では、図示を省略しているが、かご形胴体１２２の軸方向の両端には、エンドリングが形成されている。このように、ここでは、ロータ１２０が、かご形ロータである場合を例に挙げて示している。しかしながら、ロータは、かご形ロータに限定されるものではない。例えば、ロータは、巻線形ロータであってもよい。また、かご形胴体や巻線（コイル）の代わりに永久磁石を用いてもよい。本実施形態のロータコア１２１の全体の厚み（軸方向の長さ）は１５０［ｍｍ］であり、ロータコア１２１の外径は３００［ｍｍ］である。

図１及び図２に示すように、ステータ１１０は、ステータコア１１１を有する。
ステータコア１１１は、周方向に延在するヨークと、ヨークの内周側から軸心方向に延在する複数のティースとを有し、その外周面（ヨークの外周面）が露出している。複数のティースは、周方向において略等間隔で設けられている。
図１及び図２に示す例では、３６個のティースが設けられている。しかしながら、ティースの数は３６個に限定されるものではない。また、ティースには、図示しない巻線が分布巻で巻き回される。ただし、この巻線の巻線方式は、集中巻であってもよい。また、この巻線の巻数として１２［Turn］を想定するが、この巻線の巻数は１２［Turn］に限定されるものではない。さらに、モータ１００の極数として４極を想定するが、モータ１００の極数は４極に限定されるものではない。

ステータコア１１１は、図２に示す形に打ち抜かれた複数の電磁鋼板を、図３に示すように、それらの厚み方向に積み重ねることにより形成される。これら複数の電磁鋼板の板面には絶縁処理が施されている。本実施形態では、電磁鋼板の一例として、JIS C 2552で規定される５０Ａ８００を使用している。ただし、電磁鋼板であれば、どのようなものを使用してステータコア１１１を形成してもよい。また、本実施形態では、ステータコア１１１の全体の厚み（モータ１００の軸方向の長さ）は１５０［ｍｍ］であり、ステータコア１１１の内径は３０４［ｍｍ］であり、ステータコア１１１の外径は４８０［ｍｍ］である。

端板１４０ａ〜１４０ｄは、ステンレス鋼により形成される。本実施形態では、ステンレス鋼のうち、非磁性体であるオーステナイト系のステンレス鋼を用いて端板１４０ａ〜１４０ｄを形成している。具体的に本実施形態では、JIS G 4305で規定されるＳＵＳ３０４を用いて端板１４０ａ〜１４０ｄを形成している。また、本実施形態では、端板１４０ａ〜１４０ｄの厚みを、それぞれ１．６［ｍｍ］としている。尚、図１では、表記の都合上、端板１４０ａ〜１４０ｄの全体の厚みに対するステータコア１１１の全体の厚み方向の長さ（軸方向の長さ）を小さく表している。

図１及び図３に示すように、端板１４０ａ〜１４０ｄの板面には、ステータコア１１１の板面と略同一の形状・大きさを有する領域がある。
ただし、端板１４０ａ〜１４０ｄの内周側の先端部が、ステータコア１１１のティースよりも突出（内側に位置）することを確実に防止するために、端板１４０ａ〜１４０ｄの「ティースに対応する部分の先端部（内側の端部）」が、ティースの先端部（内側の端部）よりも（僅かに）後退する位置（外側の位置）にあってもよい。また、端板１４０ａ〜１４０ｄの「ティースに対応する部分の周方向の端部」が、ステータコア１１１のスロットの領域に位置することを確実に防止するために、端板１４０ａ〜１４０ｄの「ティースに対応する部分の周方向の端部」が、ティースの周方向の端部よりも（僅かに）後退する位置にあってもよい。さらに、端板１４０ａ〜１４０ｄの「ヨークに対応する部分の内周側の端部（内側の端部）」が、ステータコア１１１のスロットの領域に位置することを確実に防止するために、端板１４０ａ〜１４０ｄの「ヨークに対応する部分の内周側の端部（内側の端部）」が、ヨークの内周側の端部（内側の端部）よりも（僅かに）後退する位置（外側の位置）にあってもよい。
端板１４０ａ〜１４０ｄは、厚みが１．６［ｍｍ］のステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を前述した形に打ち抜くことにより形成される。

また、前述したように、端板１４０ａ〜１４０ｄは、モータ１００を使用している最中に、ステータコア１１１が変形や破壊することを防止するためのものである。よって、端板１４０ａ〜１４０ｄに使用する材料の引張強度は、大きいほど好ましいが、このような目的を達成できる範囲であれば、モータ１００の使用環境、大きさ、及び運転条件等によって適宜決定することができる。

端板１４０ａ、１４０ｂは、端板１４０ｂをステータコア１１１側にした状態で、それらの板面が、ステータコア１１１の板面と合うように、ステータコア１１１の軸方向の一端面（図３では上面）に重ねられる。一方、端板１４０ｃ、１４０ｄは、端板１４０ｃをステータコア１１１側にした状態で、それらの板面が、ステータコア１１１の板面と合うように、ステータコア１１１の軸方向の他端面（図３では下面）に重ねられる。ここで、端板１４０ａ、１４０ｂは相互に絶縁された状態で重ねられ、端板１４０ｃ、１４０ｄも相互に絶縁された状態で重ねられる。本実施形態では、板面方向の形状・大きさが、端板１４０ａ〜１４０ｄの板面方向の形状・大きさと略同一である絶縁材１４１ａ、１４１ｂ（絶縁板や絶縁紙等）を、端板１４０ａ、１４０ｂの間と、端板１４０ｃ、１４０ｄの間に、それぞれ配置するようにしている。ただし、相互に隣接する端板１４０ａ・１４０ｂ、１４０ｃ・１４０ｄを絶縁する方法は、このような方法に限定されない。例えば、端板１４０ａ〜１４０ｄの板面に絶縁処理を施すようにしてもよい。

以上のようにして端板１４０ａ〜１４０ｄを配置することにより、端板１４０ａ〜１４０ｄの板面の、ステータコア１１１のヨークに対応する領域が、ステータコア１１１のヨークと対向すると共に、端板１４０ａの板面の、ステータコア１１１のティースに対応する領域が、ステータコア１１１のティースと対向する。このように本実施形態では、端板１４０ａ、１４０ｂが第１の端板に対応し、端板１４０ｃ、１４０ｄが第２の端板に対応する。

本実施形態では、以上のようにして端板１４０ａ〜１４０ｄを配置した状態で、ステータコア１１１の外周部分と端板１４０ａ〜１４０ｄの外周部分にスポット溶接を施すことにより、端板１４０ａ〜１４０ｄがステータコア１１１に取り付けられる（固定される）。また、図１及び図３では図示を省略しているが、端板１４０ａ〜１４０ｄには、モータ１００の設置場所に固定するための（同一の）領域が、別に形成されている。これらの領域（の同一位置）には、ボルトを通す（同一形状・大きさの）孔が形成されている。モータ１００の設置場所に形成された孔と、端板１４０ａ〜１４０ｄに形成された孔に、ボルトを、モータ１００と絶縁された状態で通すことにより、モータ１００を、その設置場所に固定することができる。

尚、本実施形態では、スポット溶接により、端板１４０ａ〜１４０ｄがステータコア１１１に取り付けられるようにしたが、端板１４０ａ〜１４０ｄをステータコア１１１に取り付ける方法は、このような方法に限定されるものではない。例えば、ステータコア１１１と端板１４０ａ〜１４０ｄの外周側のそれぞれに、ヨーク及びティースに対応する部分とは異なる（同一形状・大きさの）領域を設け、これらの領域のそれぞれ（の同一位置）にボルトを通す（同一形状・大きさの）孔を形成し、それらの孔にボルトを絶縁された状態で通すことにより、端板１４０ａ〜１４０ｄをステータコア１１１に取り付けることができる。

＜鉄損の評価＞
本発明者らは、モータの損失を低減するために、モータの損失を把握することを試みた。その中で、（従来の端板の材料である）ＳＰＣＣを用いて形成した端板の鉄損が予想以上に大きいことを見出した。
図４は、端板の鉄損とステータコアの鉄損の一例を表形式で示す図である。
図１〜図３に示すステータコア１１１の磁束密度の分布をＦＥＭ（有限要素法）で解析した。このときのモータの無負荷運転条件は以下の通りである。
ロータ回転数：３０００［ｒｐｍ］
電流実効値：５０［Ａ^rms］
このようにして求めたステータコア１１１の磁束密度の分布と、ステータコア１１１の材質である５０Ａ８００の磁束密度−鉄損特性とから、ステータコア１１１全体の鉄損を求めた。その値が、図４に示すように２１３０［Ｗ］であった。

また、このようにして求めたステータコア１１１の磁束密度の分布から、磁束密度Ｂ_maxの平均を求めたところ、平均の磁束密度Ｂ_maxは、１．６５［Ｔ］であった。この平均の磁束密度Ｂ_maxの大きさは、Ｂ−Ｈ曲線において、磁界Ｈの変化に対する磁束密度Ｂの変化が小さい領域に当てはまる。磁束密度Ｂ_maxは有限要素法における各要素の電気角１周期の磁束密度解析結果の最大値である。したがって、前述したようにして求めたステータコアの磁束密度の分布は、ＳＰＣＣの磁束密度の分布と同じであると仮定しても大きな誤差は生じない。そこで、大きさ・形状が端板１４０ａ〜１４０ｄと同一であり、且つ、材質がＳＰＣＣである端板１枚の鉄損を、前述したようにして求めたステータコアの磁束密度の分布と、ＳＰＣＣの磁束密度−鉄損特性とから求めた。その値が、図４に示すように２０６．５［Ｗ］であった。そして、この値から４枚の端板（端板全体）の鉄損を求めた。その値が、図４に示すように、８２６［Ｗ］であった。このように、端板としてＳＰＣＣを用いると、端板の鉄損は、ステータコア１１１の鉄損の３９［％］になることが分かった。すなわち、モータ全体の鉄損に占める端板の鉄損の割合が大きいことが分かった。

尚、ここでは、ＳＰＣＣの磁束密度−鉄損特性を、以下のようにして実測した。
厚みが１．６［ｍｍ］のＳＰＣＣの板を、外径が１２０［ｍｍ］、内径が１００［ｍｍ］のリング状に形成したものを３枚作製し供試材とした。この供試材に、一次巻線として１８０［Turn］の導体線を、二次巻線として２０［Turn］の導体線をそれぞれ巻き回した。そして、以下の励磁条件で一次巻線に電流を流し、二次巻線の誘起電圧から磁束密度を測定することで、各磁束密度における鉄損の値を測定した。
周波数：１００［Ｈｚ］
磁束密度：０．３［Ｔ］から１．８［Ｔ］、０．１［Ｔ］刻み
このようにして測定した３枚の供試材での各磁束密度における鉄損の値を平均して、ＳＰＣＣの磁束密度−鉄損特性を求めた。以上の測定の結果、磁束密度が１［Ｔ］、１．５［Ｔ］のときの鉄損の値は、それぞれ５０［Ｗ／ｋｇ］、１５０［Ｗ／ｋｇ］となった。
尚、５０Ａ８００の磁束密度−鉄損特性についても、ＳＰＣＣの磁束密度−鉄損特性と同様にして測定することができる。これらの結果から、本願発明者らは、ＳＰＣＣの鉄損は、５０Ａ８００の鉄損よりも数倍（概ね４〜５倍程度）大きくなるという知見を得た。

図４に示す結果を踏まえ、本発明者らは、端板の鉄損を低減することを検討した。
鉄損には、渦電流損が含まれる。この渦電流損を低減するために、固有抵抗値が大きい材料を、端板１４０を構成する材料として用いることが考えられる。そこで、本実施形態では、固有抵抗値が大きい材料のうち、比較的安価であり、且つ、加工（成形）が容易であるステンレス鋼を、端板１４０を構成する材料として採用した。
また、鉄損は、ステータ１１０の巻線に交流電流が流れることにより、磁束が端板１４０の内部に発生することに起因して生じる。したがって、端板１４０を構成する材料として非磁性体を用いれば、端板１４０の鉄損を著しく低減することができる。そこで、本実施形態では、ステンレス鋼のうち、非磁性体であるオーステナイト系のステンレス鋼を、端板１４０を構成する材料として採用した。

ただし、ステンレス鋼と同等の固有抵抗値であれば、必ずしもステンレス鋼を、端板１４０を構成する材料として用いなくてもよい。前述したように、ステンレス鋼と同等の固有抵抗値を有する材料であれば、渦電流損を低減することができるからである。ここで、ステンレス鋼は、５０［μΩ・ｃｍ］以上の固有抵抗値を有する。よって、５０［μΩ・ｃｍ］以上の固有抵抗値を有していれば、必ずしもステンレス鋼を、端板１４０を構成する材料として用いなくてもよい。

また、非磁性体であるオーステナイト系のステンレス鋼を、端板１４０を構成する材料として用いれば、端板１４０の鉄損を著しく低減できるので好ましい。しかしながら、オーステナイト系以外のマルテンサイト系、フェライト系、又は二相系のステンレス鋼を、端板１４０を構成する材料として用いても、端板１４０を構成する材料としてＳＰＣＣを用いた場合よりも、端板１４０の渦電流損を低減することができる。前述したように、渦電流損を低減することができるからである。よって、これらを、端板１４０を構成する材料として用いてもよい。

以上のように本実施形態では、ステータコア１１１の軸方向の一端面と他端面に、ステータコア１１１の板面と略同一の形状及び大きさの領域を有する端板１４０ａ〜１４０ｄを取り付ける。端板１４０ａ〜１４０ｄには、固有抵抗値が５０［μΩ・ｃｍ］以上であるステンレス鋼、好ましくは非磁性体であるオーステナイト系のステンレス鋼を用いる。したがって、ＳＰＣＣを用いる場合よりも、端板１４０ａ〜１４０ｄの鉄損を低減させることができる。よって、モータ全体の鉄損を低減させることができる。
尚、本実施形態では、２枚の端板１４０ａ、１４０ｂを、ステータコア１１１の軸方向の一端面に取り付けると共に、他の２枚の端板１４０ｃ、１４０ｄを、ステータコア１１１の軸方向の他端面に取り付けるようにした。しかしながら、必ずしもこのようにする必要はなく、ステータコア１１１の軸方向の一端面と他端面にそれぞれ１枚ずつ端板を取り付けるようにしてもよい。
また、本実施形態のように、端板１４０ａ、１４０ｂと、端板１４０ｃ、１４０ｄとの双方を、固有抵抗値が５０［μΩ・ｃｍ］以上であるステンレス鋼、好ましくは非磁性体であるオーステナイト系のステンレス鋼で形成すれば、前述した効果が大きくなるのでこの好ましい。しかしながら、端板１４０ａ、１４０ｂと、端板１４０ｃ、１４０ｄとの何れか一方を、本実施形態で説明した端板１４０とし、他方を、従来と同様の普通鋼で形成した端板としても鉄損の低減効果が得られるので、このようにしてもよい。
また、各端板１４０ａ〜１４０ｄの素材や厚みは、同じでなくてもよい。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。前述した第１の実施形態では、ステータコア１１１の軸方向の一端面と他端面に取り付ける端板１４０の数をそれぞれ２枚とした。渦電流損Ｗｅは、材料の板厚ｔの二乗に比例する（Ｗｅ∝ｔ²）。よって、第１の実施形態で示した端板１４０よりも、端板１４０の１枚当たりの板厚を薄くすれば、端板の鉄損をより一層低減することができる。また、ステータコア１１１の軸方向の一端面と他端面に取り付けたときの端板の全体の厚みを、第１の実施形態で示した端板１４０と同じ厚みにすれば、第１の実施形態の端板１４０を用いたときと比べて剛性が大きく低下することを抑制することができる。

そこで、本実施形態では、厚みが０．４［ｍｍ］のＳＵＳ３０４を用いて、板面方向の形状・大きさが第１の実施形態と同一の形状・大きさとなるように構成された端板を１６枚用いる。そして、１６枚の端板のうち８枚をステータコア１１１の軸方向の一端面に、他の８枚をステータコア１１１の軸方向の他端面に取り付ける。このようにした場合も、第１の実施形態と同様に、相互に隣接する端板は相互に絶縁された状態で重ねられる。また、モータを使用している最中にステータコア１１１の変形や破壊しないように、端板に使用する材料を選択する。その他の構成については、第１の実施形態と同じであるので、その詳細な説明を省略する。

尚、本実施形態では、厚みが０．４［ｍｍ］のＳＵＳ３０４を用いて形成された端板を１６枚用いるようにした。しかしながら、端板に用いる材料は、第１の実施形態で説明したように、ＳＵＳ３０４に限定されるものではない。また、端板の厚み・枚数は、前述した値に限定されるものではない。
また、第１及び第２の実施形態では、ステータコア１１１の軸方向の一端面と他端面に同数の端板を取り付けるようにした。しかしながら、ステータコア１１１の軸方向の一端面と他端面に取り付ける端板の数は、必ずしも同数である必要はない。

＜実施例＞
図５は、各種の端板の損失の一例を表形式で示す図である。
図５において、「ＳＰＣＣ」の欄に示す値は、１．６［ｍｍ］の４枚のＳＰＣＣのうち、２枚をステータコア１１１の軸方向の一端面に、他の２枚をステータコア１１１の軸方向の他端面に取り付けたものについての値である。また、「ＳＵＳ３０４（１）」の欄に示す値は、１．６［ｍｍ］の４枚のＳＵＳ３０４のうち、２枚をステータコア１１１の軸方向の一端面に、他の２枚をステータコア１１１の軸方向の他端面に取り付けたものについての値である。また、「ＳＵＳ３０４（２）」の欄に示す値は、０．４［ｍｍ］の１６枚のＳＵＳ３０４のうち、８枚をステータコア１１１の軸方向の一端面に、他の８枚をステータコア１１１の軸方向の他端面に取り付けたものについての値である。尚、これらの端板の板面方向の形状及び大きさは、第１の実施形態で示したものと同じである。

図５において、「鉄損値（ＳＰＣＣ端板鉄損基準）」とは、図４に示した「ＳＰＣＣ」の「全鉄損」の値を「１」としたときの端板全体の鉄損値（相対値）である。
「鉄損値（ステータコア鉄損基準）」とは、図４に示した「ステータコア」の「絶鉄損」の値を「１」としたときの端板全体の鉄損値（相対値）である。
「磁束密度」は、１．５［Ｔ］における「比透磁率」の値に比例するものとする。この「磁束密度」は、「ＳＰＣＣ」の値を「１」としたときの値（相対値）である。

「渦電流損板厚換算比（１枚当たり）」とは、板厚の違いを渦電流損に換算した値であり、「ＳＰＣＣ」の値を「１」としたときの値（相対値）である。「渦電流損板厚換算比（１枚当たり）」は、端板１枚の板厚の二乗に比例するものとする。
「枚数を考慮した渦電流損比」とは、端板を構成する素材の枚数及び板厚の違いを渦電流損に換算した値であり、「ＳＰＣＣ」の値を「１」としたときの値（相対値）である。「枚数を考慮した渦電流損比」は、素材の枚数に比例するものとする。尚、「ＳＵＳ３０４（２）」における「枚数を考慮した渦電流損比」は、「渦電流損板厚換算比（１枚当たり）」の値である「０．０６２５」に「４（＝１６／４）」を掛けることにより得られる。

「材質・板厚変更時渦電流損比」は、端板を構成する素材の材質、板厚、及び枚数の違いを渦電流損に換算した値であり、「ＳＰＣＣ」の値を「１」としたときの値（相対値）である。「材質・板厚変更時渦電流損比」は、「固有抵抗値」に反比例し、「枚数を考慮した渦電流損比」に比例するものとする。また、端板の鉄損は、「磁束密度」の二乗に比例し、「材質・板厚変更時渦電流損比」に比例するものとする。

図５に示す「ＳＵＳ３０４（１）」の欄の値は、第１の実施形態の端板１４０ａ〜１４０ｄの値である。また、「ＳＰＣＣ」の欄の値は、第１の実施形態において端板１４０ａ〜１４０ｄと対比した端板の値である。これらの欄の値から、第１の実施形態で説明したように、端板を構成する材料として、ＳＰＣＣを用いるよりもＳＵＳ３０４を用いた方が端板の鉄損を著しく低減させられることが分かる。
尚、固有抵抗値が５０［μΩ・ｃｍ］であり、厚みが１．６［ｍｍ］である材料で、第１の実施形態で示した端板１４０ａ〜１４０ｄと同じ大きさ・形状の板面を有する端板を４枚作製し、これらの４枚の端板を第１の実施形態と同様にして配置した場合、「材質・板厚変更時渦電流損比」は０．３７となる。

また、図５に示す「ＳＵＳ３０４（２）」の欄の値は、第２の実施形態の端板の値である。「ＳＵＳ３０４（２）」の欄の値と「ＳＵＳ３０４（１）」の欄の値から、第２の実施形態で説明したように、端板の全体の厚みが同じであれば、各端板の厚みを薄くした方が、端板全体の鉄損を低減させられることが分かる。
尚、固有抵抗値が５０［μΩ・ｃｍ］であり、厚みが０．４［ｍｍ］である材料で、第１の実施形態で示した端板１４０ａ〜１４０ｄと同じ大きさ・形状の板面を有する端板を１６枚作製し、これらの１６枚の端板を第２の実施形態と同様にして配置した場合、「材質・板厚変更時渦電流損比」は０．１０となる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図６は、本実施形態のモータの構成の一例を示す俯瞰図である。本実施形態と第１、第２の実施形態とは、端板を構成する材料と枚数とが異なる。
第１、第２の実施形態では、端板を構成する材料として導電体（非絶縁体）であるステンレス鋼を用いた。これに対し、本実施形態では、端板を構成する材料として、非磁性体であり且つ絶縁体である材料を用いるようにする。このように、端板を構成する材料として絶縁体を用いた場合には、渦電流損は発生しない。よって、図６に示すように、ステータコア１１１の軸方向の一端面と他端面に取り付ける端板６４０ａ、６４０ｂの枚数はそれぞれ１枚でよい。

本実施形態では、端板６４０ａ、６４０ｂを構成する材料として、ＡＢＳ樹脂、アクリル、ポリカーボネート、ＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）、セラミックス、又はガラスを用いることができる。ＦＲＰのうち、ＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）を用いることが好ましい。前述した他の絶縁体（材料）よりも引張強度の値が大きいからである。

端板６４０ａ、６４０ｂの板面には、ステータコア１１１の板面と略同一の形状・大きさを有する領域がある。ただし、第１の実施形態で説明したように、端板６４０ａ、６４０ｂの「ティースに対応する部分の先端部（内側の端部）」が、ティースの先端部（内側の端部）よりも、後退する位置（外側の位置）にあってもよい。また、端板６４０ａ、６４０ｂの「ティースに対応する部分の周方向の端部」が、ティースの周方向の端部よりも、後退する位置にあってもよい。さらに、端板６４０ａ、６４０ｂの「ヨークに対応する部分の内周側の端部（内側の端部）」が、ヨークの内周側の端部（内側の端部）よりも（僅かに）後退する位置（外側の位置）にあってもよい。
前述した絶縁体（材料）の引張強度の値は、ステンレス鋼の引張強度の値よりも小さい。このことを踏まえ、当該材料で端板を構成する場合には、モータ６００を使用している最中にステータコア１１１が変形や破壊しないように、端板の厚みを適宜決定するようにする。
端板を成形する方法は、金型等を用いた公知の成形技術により実現することができる。

端板６４０ａは、その板面が、ステータコア１１１の板面と合うように、ステータコア１１１の軸方向の一端面（図６では上面）に配置される。一方、端板６４０ｂは、その板面が、ステータコア１１１の板面と合うように、ステータコア１１１の軸方向の他端面（図６では下面）に配置される。このように本実施形態では、端板６４０ａが第１の端板に対応し、端板６４０ｂが第２の端板に対応する。
その他については、第１の実施形態と同じであるので、その詳細な説明を省略する。

以上のように本実施形態では、絶縁体を用いて端板６４０ａ、６４０ｂを構成するようにした。したがって、非絶縁体を用いて端板を構成する場合よりも渦電流損を低減することができる。
尚、第１、第２の実施形態と同様に、端板６４０ａと、端板６４０ｂとの何れか一方を、本実施形態で説明した端板６４０とし、他方を従来と同様の普通鋼で形成した端板としてもよい。
また、端板６４０ａと、端板６４０ｂとの何れか一方を、本実施形態で説明した端板６４０とし、他方を、第１、第２の実施形態で説明した端板１４０としてもよい。また、各端板６４０ａ、６４０ｂの素材や厚みは、同じでなくてもよい。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態を説明する。図７は、本実施形態のモータの構成の一例を示す俯瞰図である。本実施形態と第１〜第３の実施形態とは、端板の板面方向の形状が異なる。
前述した第１〜第３の実施形態では、端板の板面に、ステータコア１１１の板面と略同一の形状・大きさを有する領域が含まれるようにした。これに対し本実施形態では、図７に示すように、端板７４０ａ〜７４０ｄの板面は、それぞれ、ステータコア１１１のヨーク及びティースのうち、ステータコア１１１のヨークに対応する領域のみを有する。このように、本実施形態の端板７４０ａ〜７４０ｄの板面には、ステータコア１１１の板面のうちヨークに対応する領域と略同一の形状・大きさを有する領域は存在するが、ティースに対応する領域は存在しない。ただし、第１の実施形態で説明したように、端板７４０ａ〜７４０ｂの「ヨークに対応する部分の内周側の端部（内側の端部）」が、ヨークの内周側の端部（内側の端部）よりも（僅かに）後退する位置（外側の位置）にあってもよい。

本実施形態の端板７４０ａ〜７４０ｄは、ＳＵＳ３０４により形成される。また、本実施形態では、端板７４０ａ〜７４０ｄの厚みは、それぞれ１．６［ｍｍ］である。端板１４０ａ〜１４０ｄに使用する材料の引張強度は、大きいほど好ましいが、モータ７００を使用している最中に、ステータコア１１１が変形や破壊することを防止できれば、モータ７００の使用環境、大きさ、及び運転条件等によって適宜決定することができる。

端板７４０ａ、７４０ｂは、端板７４０ｂをステータコア１１１側にした状態で、それらの板面が、ステータコア１１１の板面のヨークの領域と合うように、ステータコア１１１の軸方向の一端面（図７では上面）に重ねられる。一方、端板７４０ｃ、７４０ｄは、端板７４０ｃをステータコア１１１側にした状態で、それらの板面が、ステータコア１１１の板面のヨークの領域と合うように、ステータコア１１１の軸方向の他端面（図７では下面）に重ねられる。ここで、端板７４０ａ、７４０ｂは相互に絶縁された状態で重ねられ、端板７４０ｃ、７４０ｄも相互に絶縁された状態で重ねられる。本実施形態では、板面方向の形状が、端板７４０ａ〜７４０ｄの板面方向の形状と同一である絶縁材７４１ａ、７４１ｂ（絶縁板や絶縁紙等）を端板７４０ａ、７４０ｂの間と、端板７４０ｃ、７４０ｄの間に配置するようにしている。ただし、相互に隣接する端板７４０ａ・７４０ｂ、７４０ｃ・７４０ｄを絶縁する方法は、このような方法に限定されない。例えば、端板７４０ａ〜７４０ｄの板面に絶縁処理を施すようにしてもよい。このように本実施形態では、端板７４０ａ、７４０ｂが第１の端板に対応し、端板７４０ｃ、７４０ｄが第２の端板に対応する。
以上のように端板７４０ａ〜７４０ｄを配置することにより、端板７４０ａ〜７４０ｄの板面の、ステータコア１１１のヨークに対応する領域が、ステータコア１１１のヨークと対向する。
その他については、第１の実施形態と同じであるので、その詳細な説明を省略する。

以上のように本実施形態では、端板７４０ａ〜７４０ｄの板面が、それぞれ、ステータコア１１１のヨーク及びティースのうち、ステータコア１１１のヨークに対応する領域のみを有するようにした。このようにすれば、端板７４０ａ〜７４０ｄは、ステータ１１０の巻線の内側に位置しないので、ステータ１１０の巻線に交流電流を流しても、端板７４０ａ〜７４０ｄの内部に磁束が発生することを抑制することができる。よって、端板７４０ａ〜７４０ｄの鉄損をより一層低減させることができる。

尚、本実施形態では、第１の実施形態の端板１４０ａ〜１４０ｄと同じ材料・厚みを有する端板７４０ａ〜７４０ｄを例に挙げて説明した。しかしながら、ステータコア１１１のヨーク及びティースのうち、ステータコア１１１のヨークに対応する領域のみを有する端板であれば、端板は、第２、第３の実施形態で説明した端板と同じ材料・厚みを有していてもよい。
また、端板７４０ａ、７４０ｂと、端板７４０ｃ、７４０ｄの双方について、ステータコア１１１のヨーク及びティースのうち、ステータコア１１１のヨークに対応する領域のみを有する端板とすれば、前述した効果が大きくなるので好ましい。しかしながら、例えば、端板７４０ａ、７４０ｂと、端板７４０ｃ、７４０ｄとの何れか一方を、ステータコア１１１のヨークに対応する領域のみを有する端板とし、他方を、ステータコア１１１のステータとヨークに対応する領域を有する端板としても鉄損の低減効果が得られるので、このようにしてもよい。
また、端板７４０ａ、７４０ｂと、端板７４０ｃ、７４０ｄの何れか一方を、第１、第２の実施形態で説明した端板１４０と同じ材料で形成し、他方を、第３の実施形態で説明した端板６４０と同じ材料で形成した端板としてもよい。
さらに、端板７４０ａ、７４０ｂと、端板７４０ｃ、７４０ｄの何れか一方を、第１〜第３の実施形態で説明した端板１４０、６４０の何れかと同じ材料で形成した端板とし、他方を、従来と同様の普通鋼で形成した端板としてもよい。また、各端板７４０ａ〜７４０ｄの素材や厚みは、同じでなくてもよい。

尚、以上説明した本発明の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１００、６００、７００モータ
１１０ステータ
１１１ステータコア
１２０ロータ
１３０回転軸
１４０、６４０、７４０端板

Claims

周方向に延在するヨークと、前記ヨークの内周側から軸心方向に延在する複数のティースとを有し、外周面が露出しているステータコアを備えるステータと、
外周面が前記ステータの内周面と間隔を有して相互に対向する位置に配置されるロータと、
前記ロータを回転させるための回転軸と、
前記ステータコアの変形及び破壊を防止するために、前記ステータコアの軸方向の一端面に取り付けられた第１の端板と、
前記ステータコアの変形及び破壊を防止するために、前記ステータコアの軸方向の他端面に取り付けられた第２の端板と、を有し、
前記第１の端板と、前記第２の端板の一方又は両方は、５０［μΩ・ｃｍ］以上の固有抵抗値を有する非絶縁体の材料により形成され、
前記第１の端板と、前記第２の端板のうち、５０［μΩ・ｃｍ］以上の固有抵抗値を有する非絶縁体の材料により形成されている端板は、複数配置され、
前記複数配置される端板は、相互に絶縁された状態で、厚み方向に積み重ねられており、
前記複数配置される端板の全てが非磁性の材料により形成されていることを特徴とする回転電機。
前記第１の端板の板面と、前記第２の端板の板面の一方又は両方は、前記ステータコアのヨークに対応する領域と、前記ステータコアのティースに対応する領域とを有し、
前記第１の端板と、前記第２の端板のうち、前記ステータコアのヨークに対応する領域と、前記ステータコアのティースに対応する領域とを有する端板の板面の、前記ステータコアのヨークに対応する領域が、前記ステータコアのヨークと対向すると共に、前記第１の端板と、前記第２の端板のうち、前記ステータコアのヨークに対応する領域と、前記ステータコアのティースに対応する領域とを有する端板の板面の、前記ステータコアのティースに対応する領域が、前記ステータコアのティースと対向していることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
前記第１の端板の板面と、前記第２の端板の板面の一方又は両方は、前記ステータコアのヨーク及びティースのうち、前記ステータコアのヨークに対応する領域のみを有し、
前記第１の端板と、前記第２の端板のうち、前記ステータコアのヨークに対応する領域のみを有する端板の板面の、前記ステータコアのヨークに対応する領域が、前記ステータコアのヨークの全面と対向していることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。