JP7535686B2 - Motor - Google Patents
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Description
本発明は、モータに関する。本発明は、特にモータのステータコイルの構成に関する。 The present invention relates to a motor. In particular, the present invention relates to the configuration of a stator coil of a motor.
近年、産業、車載用途で、モータの需要は高まっている。その中で、モータの効率向上、低コスト化が要望されている。 In recent years, the demand for motors has been increasing in industrial and automotive applications. As a result, there is a demand for improved motor efficiency and lower costs.
モータの効率向上の一つの手法として、ステータのスロット内に配置されるステータコイルの占積率を向上させることが知られている。ステータコイルの占積率を向上させることで、モータの駆動時に、ステータコイルに流れる電流に起因する損失を抑制できる。 One method of improving motor efficiency is known to be to increase the space factor of the stator coils placed inside the stator slots. By increasing the space factor of the stator coils, it is possible to reduce losses caused by the current flowing through the stator coils when the motor is running.
ステータコイルの占積率を向上させる手法として、銅材を用いた鋳造コイルをスロット内に配置する等の構成が示されている(例えば、特許文献1を参照)。 As a method for improving the space factor of the stator coil, a configuration such as placing a cast coil made of copper material inside the slot has been shown (see, for example, Patent Document 1).
モータ効率を低下させる要因の一つに、ステータコイルにおける銅損やステータコアにおける鉄損等の発熱に起因する温度上昇がある。モータの内部に冷媒を循環させて放熱を図り温度上昇を抑制することが知られている(例えば、特許文献2を参照)。 One of the factors that reduces motor efficiency is the temperature rise caused by heat generation such as copper loss in the stator coil and iron loss in the stator core. It is known that a coolant is circulated inside the motor to dissipate heat and suppress the temperature rise (see, for example, Patent Document 2).
ステータコイルの占積率が向上すると、スロット内でのデッドスペースが小さくなる。しかし、デッドスペースは冷媒の流路の一部を構成しており、スロット内でのデッドスペースが小さくなることは、冷媒の流路が狭くなることと等しく、冷媒の流量を減少させてしまう。その結果、冷媒による冷却効果が有効に作用しないこととなる。ステータコイルまたはステータコアの発熱に起因する温度上昇は過剰なものとなり、モータの効率(efficiency)の低下を招くこととなる。 When the space factor of the stator coil is improved, the dead space in the slot is reduced. However, the dead space constitutes part of the refrigerant flow path, and reducing the dead space in the slot is equivalent to narrowing the refrigerant flow path, which reduces the flow rate of the refrigerant. As a result, the cooling effect of the refrigerant is not as effective. The temperature rise caused by heat generation in the stator coil or stator core becomes excessive, leading to a decrease in motor efficiency.
なお、モータの効率とは、モータへの入力電力に対するモータからの機械出力の比を百分率(percentage、単位記号[%])で表すものである。占積率とは、スロットまたはインシュレータ等の巻線収容部の収容断面積に対して、導線等の導体部分が占める割合である。導線等の断面が円形であれば、隣り合う円形の間には、デッドスペースを生じるため、占積率を高めることには限界がある。また、導線の絶縁被膜の厚み等も占積率を低下させる要因となる。ちなみに、導線の絶縁被膜の厚みが一定であると、導線の径寸法が小さい場合ほど、絶縁被膜の厚みまたは絶縁被膜の占める面積の比率は高い。 Motor efficiency is the ratio of the mechanical output from the motor to the power input to the motor, expressed as a percentage (unit symbol [%]). Space factor is the proportion of the conductor portion of the conductor, etc., to the cross-sectional area of the winding accommodating portion of the slot or insulator. If the cross section of the conductor, etc., is circular, dead space will be created between adjacent circles, so there is a limit to how much the space factor can be increased. In addition, the thickness of the insulating coating of the conductor, etc., is also a factor that reduces the space factor. Incidentally, if the thickness of the insulating coating of a conductor is constant, the smaller the diameter of the conductor, the higher the ratio of the thickness of the insulating coating or the area occupied by the insulating coating.
一方、ステータのスロット内に配置されるステータコイルの占積率の向上に伴って、ステータコイルに生じる渦電流による損失が顕著に現れる場合もある。その為に、コイルの渦電流を低減させる手法として、集合導体における断面が複数の領域で構成される導体をステータコイルに用いる等の構成が示されている(例えば、特許文献3を参照)。 On the other hand, as the space factor of the stator coils placed in the stator slots increases, losses due to eddy currents generated in the stator coils may become noticeable. For this reason, a method for reducing eddy currents in the coils has been proposed, such as using a conductor in the stator coil whose cross section is composed of multiple regions in the collective conductor (see, for example, Patent Document 3).
ステータコイルは、外部からの交番電流の供給を受けて励磁される。当然、ステータコイルを含むステータに発生する磁束は、交番磁束である。この交番磁束は、ステータコア及びロータコアを主な磁路とする。しかし、交番磁束の一部は漏洩磁束となって、ステータコア及びロータコア以外の部分を鎖交する。漏洩磁束の多い箇所の一つとしては、ステータコアのティース先端側であることが従来から知られている。導体断面が円形の導線である場合は、漏洩磁束が鎖交する導体面積が限られている。このため、導線に生じる渦電流は顕著では無い。 The stator coil is excited by receiving an alternating current from the outside. Naturally, the magnetic flux generated in the stator, including the stator coil, is alternating magnetic flux. This alternating magnetic flux has the stator core and rotor core as its main magnetic path. However, some of the alternating magnetic flux becomes leakage magnetic flux and links with parts other than the stator core and rotor core. It has long been known that one of the locations with the most leakage magnetic flux is the tip side of the teeth of the stator core. When the conductor cross section is a circular conductor, the conductor area that links with the leakage magnetic flux is limited. For this reason, eddy currents generated in the conductor are not noticeable.
一方、ステータコイルの占積率を高めるために、導体断面における幅寸法を、導体断面における厚み寸法よりも大きい寸法とした細長断面形状を有する導体によって、螺旋面を有する螺旋状の積層コイルを構成する。この場合は、漏洩磁束が鎖交する導体面積は、導体断面が円形の導線の場合よりも、数倍広い。これにより、渦電流の発生は顕著なものとなる。 On the other hand, in order to increase the space factor of the stator coil, a spiral laminated coil with a spiral surface is constructed using a conductor with an elongated cross-sectional shape in which the width dimension at the conductor cross-section is greater than the thickness dimension at the conductor cross-section. In this case, the conductor area where leakage magnetic flux interlinks is several times larger than in the case of a conductor with a circular conductor cross-section. This results in significant generation of eddy currents.
ステータコイルは、外部からの交番電流の供給を受けて励磁される。当然、ステータコイルを含むステータに発生する磁束は、交番磁束である。この交番磁束は、ステータコア及びロータコアを主な磁路とするが、交番磁束の一部は漏洩磁束となって、ステータコア及びロータコア以外の部分を鎖交する。漏洩磁束の多い箇所の一つとしては、ステータコアのティース先端側であることが従来から知られている。導体断面が円形の導線である場合は、漏洩磁束が鎖交する導体面積が限られているため、導線に生じる渦電流は顕著では無い。 The stator coil is excited by receiving an alternating current from the outside. Naturally, the magnetic flux generated in the stator, including the stator coil, is alternating magnetic flux. This alternating magnetic flux has the stator core and rotor core as its main magnetic path, but some of the alternating magnetic flux becomes leakage magnetic flux and links with parts other than the stator core and rotor core. It has long been known that one of the locations with the most leakage magnetic flux is the tip side of the teeth of the stator core. When the conductor cross section is a circular conductor, the conductor area with which the leakage magnetic flux links is limited, so eddy currents generated in the conductor are not noticeable.
一方、ステータコイルの占積率を高めるために、導体断面における幅寸法を、導体断面における厚み寸法よりも大きい寸法とした細長断面形状を有する導体によって、螺旋面を有する螺旋状の積層コイルを構成する。この場合は、漏洩磁束が鎖交する導体面積は、導体断面が円形の導線の場合よりも、数倍広く、渦電流の発生は顕著なものとなる。例えば、ステータコイルのサイズ、材料の抵抗率、またはモータの駆動条件によっては発熱が大きくなり、それらの損失が無視できない。これにより、モータとしての効率が低下する等の課題が考察された。 On the other hand, in order to increase the space factor of the stator coil, a spiral laminated coil with a spiral surface is constructed using a conductor with an elongated cross-sectional shape in which the width dimension at the conductor cross-section is greater than the thickness dimension at the conductor cross-section. In this case, the conductor area where leakage magnetic flux interlinks is several times larger than in the case of a conductor with a circular conductor cross-section, and the generation of eddy currents becomes significant. For example, depending on the size of the stator coil, the resistivity of the material, or the driving conditions of the motor, heat generation can become large and the losses cannot be ignored. This has led to issues such as a decrease in the efficiency of the motor.
一従来例として図4A、図4B及び図4Cを例示する。図4Aは、従来例として例示するステータコイル5の正面図である。図4Bは、従来例として例示するステータコイル5を示す斜視図である。図4Cは、従来例として例示するステータコイル5の側面図である。ステータコイル5では、各ターンのコイル線路部5qにおいて、図4Aにおいて仮想的に表す点線と矢印Aとで示すような渦電流45が発生する。渦電流45によって、ジュール熱が発生し、損失となりモータの効率を低下させる。さらには、渦電流に起因するモータ自体の自己温度上昇は、モータ自体の銅損の増加を招く。 As a conventional example, Figs. 4A, 4B, and 4C are shown. Fig. 4A is a front view of a stator coil 5 as an example of the conventional example. Fig. 4B is a perspective view of a stator coil 5 as an example of the conventional example. Fig. 4C is a side view of a stator coil 5 as an example of the conventional example. In the stator coil 5, eddy currents 45 are generated in the coil wire path portion 5q of each turn, as shown by the dotted line and arrow A shown virtually in Fig. 4A. The eddy currents 45 generate Joule heat, which causes losses and reduces the efficiency of the motor. Furthermore, the self-temperature rise of the motor itself due to the eddy currents leads to an increase in copper loss of the motor itself.
本発明は、ステータコイルの占積率を高めた場合においても、渦電流に起因する発熱に対して、放熱性を高めたステータコイルを提供する。本発明は、従来よりもステータコイル及びモータの特性を高めることを課題とする。 The present invention provides a stator coil that has improved heat dissipation properties against heat generated by eddy currents, even when the space factor of the stator coil is increased. The present invention aims to improve the characteristics of the stator coil and motor compared to conventional techniques.
課題を解決するために、第1の発明は、複数のステータコアシートを積層する積層体を含むステータコアと、ステータコアに具備するティースを磁心の一部とするステータコイルを含むステータと、ステータコアのティースの先端と空隙を介して回転自在に支承されるロータとを含むモータにおいて、ステータコイルは、ステータコイルの導体部と導体部を被覆する絶縁性の被膜を含む導線部を有し且つ導体部の断面形状が実質的に矩形であり、予め定められたターン数のコイルであり且つステータコイルのターン数のうちの最初のターンからターン数のうちの最後のターンまでの間に実質的に連続する螺旋面を含み、断面形状の矩形における四辺のうち相対する対向の二辺を螺旋面に含み、ステータコアの積層する方向であり且つステータコアの端面よりもステータコイルが突出する箇所であるコイルエンド部の一部分に、ステータコアの外径方向に対面する側からロータの位置する方向に対面する側に亘って欠設する欠設構造部を含むモータである。 In order to solve the problem, the first invention is a motor including a stator core including a laminated body in which a plurality of stator core sheets are laminated, a stator including a stator coil in which the teeth of the stator core are part of the magnetic core, and a rotor rotatably supported by the tips of the teeth of the stator core through a gap, in which the stator coil has a conductor portion of the stator coil and a conductor portion including an insulating coating that covers the conductor portion, and the cross-sectional shape of the conductor portion is substantially rectangular, the stator coil is a coil with a predetermined number of turns and includes a substantially continuous spiral surface between the first turn of the stator coil and the last turn of the stator coil, two opposing sides of the four sides of the rectangular cross-sectional shape are included in the spiral surface, and the motor includes a missing structure portion that is missing from the side facing the outer diameter direction of the stator core to the side facing the direction in which the rotor is located in a part of the coil end portion that is the direction in which the stator core is laminated and where the stator coil protrudes beyond the end face of the stator core.
また、第2の発明は、欠設構造部は、コイルエンド部の一部分に、ステータコアの外径方向に対面する側からロータの位置する方向に対面する側に亘って溝状に欠設する溝部である第1の発明のモータである。 The second invention is a motor according to the first invention, in which the recessed structure is a grooved portion recessed in a groove shape in a portion of the coil end portion from the side facing the outer diameter direction of the stator core to the side facing the direction in which the rotor is positioned.
また、第3の発明は、欠設構造部は、コイルエンド部の一部分に、ステータコアの外径方向に対面する側からロータの位置する方向に対面する側に亘って孔状に欠設する孔部である第1の発明のモータである。 The third invention is a motor according to the first invention, in which the recessed structure is a hole that is recessed in a portion of the coil end from the side facing the outer diameter of the stator core to the side facing the direction in which the rotor is positioned.
本発明によれば、ステータコイルの占積率を高めた場合においても、渦電流に起因する発熱に対して、放熱性を高めたステータコイルを見出し、従来よりもステータコイルの特性を高めたモータを提供可能である。 According to the present invention, it is possible to provide a motor with improved stator coil characteristics compared to conventional stator coils by discovering a stator coil with improved heat dissipation properties against heat generated by eddy currents, even when the space factor of the stator coil is increased.
以下、本発明のモータに関して図面を適宜に参照して説明する。なお、以下に記す各実施の形態は、一例示に過ぎず、本発明、その適用物またはその用途を制限することを意図するものではない。 The motor of the present invention will be described below with reference to the drawings as appropriate. Note that each embodiment described below is merely an example and is not intended to limit the present invention, its applications, or its uses.
(実施の形態1)
[モータの構造について]
図1Aは、実施の形態1に係るモータを示す上面図である。図1Bは、実施の形態1に係るモータを示す側面図である。図1Cは、図1Bにおける1C-1C線における断面図である。ただし、いずれにおいても、カバーケース、インシュレータなどの絶縁物等は図示していない。モータ1は、カバーケース(図示せず)の内部に、シャフト2と、ロータ3と、ステータ4と、インシュレータ(図示せず)と、ステータコイルU11、U22、U32、U41、V12.V21、V31、V42、W11、W22、W32、W41と、バスバー51,52,53、54と、を備える。
(Embodiment 1)
[Motor structure]
Fig. 1A is a top view showing the motor according to the first embodiment. Fig. 1B is a side view showing the motor according to the first embodiment. Fig. 1C is a cross-sectional view taken along line 1C-1C in Fig. 1B. However, in either case, insulating materials such as a cover case and an insulator are not shown. The motor 1 includes a shaft 2, a rotor 3, a stator 4, an insulator (not shown), stator coils U11, U22, U32, U41, V12, V21, V31, V42, W11, W22, W32, W41, and bus bars 51, 52, 53, and 54 inside a cover case (not shown).
ここで、シャフト2の長手方向(図1A紙面に対して垂直な方向)をZ軸方向と呼称し、これに直交する方向(図1A紙面に対して平行な方向)をX軸方向、Y軸方向と呼称する。 Here, the longitudinal direction of the shaft 2 (the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1A) is referred to as the Z-axis direction, and the directions perpendicular to this (the direction parallel to the paper surface of FIG. 1A) are referred to as the X-axis direction and the Y-axis direction.
また、「一体」あるいは「一体化」とは、複数の部品が、ボルト締め、または、かしめ等の機械的に接続されているだけでなく、共有結合、イオン結合、金属結合などの材料結合によって、部品が電気的に接続された1つの物体、または部品全体が溶融などによって材料結合され電気的に接続された1つの物体の状態をいう。 In addition, "integral" or "integrated" refers to the state of a single object in which multiple parts are not only mechanically connected by bolting or crimping, but also electrically connected by material bonds such as covalent bonds, ionic bonds, and metallic bonds, or in which all the parts are materially bonded and electrically connected by melting or other methods.
モータ1の内部には、図示しない冷媒が循環し、モータの発熱を冷媒によって冷却する構成を有する。冷媒は、ステータコア、ステータコイル及びロータ周辺の各々に有する隙間を流路として、冷媒を循環させる上流部から下流側へ流れ、再び上流部へ戻り循環する。冷媒の流路の一部には、冷媒を冷却するための放熱部などを具備する。冷媒の循環は、強制的に循環を行う装置を具備しても良い。このような構成を具備させることで、ロータ3及びステータ4の冷却を図る。 A coolant (not shown) circulates inside the motor 1, and the motor's heat is cooled by the coolant. The coolant flows from the upstream part where the coolant circulates to the downstream side, and then returns to the upstream part again, using the gaps in the stator core, stator coil, and rotor periphery as flow paths. Part of the coolant flow path is equipped with a heat dissipation part for cooling the coolant. The coolant may be circulated by a device that performs forced circulation. By providing such a configuration, the rotor 3 and stator 4 are cooled.
ロータ3は、シャフト2の外周に接して設けられている。ロータ3は、ステータ4に対向してN極、S極がシャフト2の外周方向に沿って交互に配置された磁石31を含んでいる。なお、ロータ3に用いられる磁石31としてネオジム磁石を使用しているが、その材料、形状、または材質については、モータの出力等に応じて適宜変更可能である。 The rotor 3 is provided in contact with the outer periphery of the shaft 2. The rotor 3 includes magnets 31, whose north and south poles are arranged alternately along the outer periphery of the shaft 2, facing the stator 4. Note that neodymium magnets are used as the magnets 31 used in the rotor 3, but the material, shape, and composition can be changed as appropriate depending on the motor output, etc.
ステータ4は、実質的に円環状のステータコア41と、その内周に沿って等間隔に設けられた複数のティース42と、ティース42間にそれぞれ設けられたスロット43とを有している。ステータ4は、Z軸方向から見て、ロータ3の外側に、ロータ3と一定の間隔を持って離間して配置されている。 The stator 4 has a substantially annular stator core 41, a number of teeth 42 arranged at equal intervals along its inner circumference, and slots 43 arranged between each of the teeth 42. When viewed from the Z-axis direction, the stator 4 is disposed outside the rotor 3 at a fixed distance from the rotor 3.
ステータコア41は、複数のコアセグメントの集合体として構成される。コアセグメントの構成は、ヨーク44と、複数のティース42とからなる構成である。なお、コアセグメントの構成は、本実施の形態に例示する他に適宜好適な構成を選択し得る。例えば、ヨーク44は、一つの円環状の形状である。しかし、ヨーク44は、複数の扇型形状のコアセグメントを構成し、この扇型形状のコアセグメントを円環状に配置する構成でも良い。ステータコア41及び各コアセグメントは、例えば珪素等を含有した電磁鋼板を、予め定めた形状に打ち抜き加工したコアシート(ステータコアシート41a)を複数積層して一体化して構成した積層体である。 The stator core 41 is configured as an assembly of multiple core segments. The core segment is configured to include a yoke 44 and multiple teeth 42. The core segment may be configured in any suitable manner other than that illustrated in this embodiment. For example, the yoke 44 is in the shape of a single ring. However, the yoke 44 may be configured to include multiple fan-shaped core segments, and these fan-shaped core segments may be arranged in a ring shape. The stator core 41 and each core segment are laminated bodies configured by stacking and integrating multiple core sheets (stator core sheets 41a) made by punching electromagnetic steel sheets containing silicon or the like into a predetermined shape.
なお、本実施の形態において、ロータ3の磁極数は、ステータ4に対向するN極が5個であり、S極が5個の計10極である。スロット43の数は12個である。しかし、ロータ3の磁極数とスロット43の数は、特にこれに限定されるものではない。その他の磁極数とスロット数との組合せについても適用可能である。 In this embodiment, the rotor 3 has a total of 10 magnetic poles, including 5 north poles and 5 south poles that face the stator 4. The number of slots 43 is 12. However, the number of magnetic poles and the number of slots 43 of the rotor 3 are not limited to this. Other combinations of the number of magnetic poles and the number of slots are also applicable.
ステータ4は12個のステータコイルU11、U22、U32、U41、V12.V21、V31、V42、W11、W22、W32、W41を有している。ステータコイルは各ティース42に対して装着されている。ステータコイルは、Z軸方向から見て、各々のスロット43内に配置されている。つまり、ステータコイルU11、U22、U32、U41、V12.V21、V31、V42、W11、W22、W32、W41はティース42に対して集中巻になっている。さらに、ステータコイルU11、U22、U32、U41がバスバー51と、ステータコイルV12~V42はバスバー52と、ステータコイルW11~W41はバスバー53とそれぞれ一体化されて配置されている。ここでバスバーは構成されていてもいなくてもよく、結線基板やリード線などによる接続であっても良い。 The stator 4 has 12 stator coils U11, U22, U32, U41, V12, V21, V31, V42, W11, W22, W32, and W41. The stator coils are attached to each tooth 42. When viewed from the Z-axis direction, the stator coils are arranged in each slot 43. In other words, the stator coils U11, U22, U32, U41, V12, V21, V31, V42, W11, W22, W32, and W41 are concentratedly wound around the teeth 42. Furthermore, the stator coils U11, U22, U32, and U41 are integrated with the bus bar 51, the stator coils V12 to V42 are integrated with the bus bar 52, and the stator coils W11 to W41 are integrated with the bus bar 53. Here, a bus bar may or may not be configured, and the connection may be via a wiring board or lead wires, etc.
ここで、ステータコイルを表わす符号UXY、VXY、WXYのうち、最初の文字はモータ1の各相(本実施の形態の場合は、U相、V相、W相)を表わす。2番目の文字は同相内のステータコイルの配列順を表わす。3番目の文字はステータコイルである螺旋状のコイルの周回方向を表わす。本実施の形態では、1は時計回り方向、2は反時計回り方向である。従って、ステータコイルU11は、U相の配列順が1番目のステータコイルで、周回方向が時計回り方向であることを表わす。ステータコイルV42は、V相の配列順が4番目のステータコイルで、周回方向が反時計回り方向であることを表わす。なお、時計回りとは、モータ1の中心から見て右回りをいい、「反時計回り」とはモータ1の中心から見て左回りをいう。 Here, the first letter of the symbols UXY, VXY, and WXY representing the stator coils represents each phase of the motor 1 (U-phase, V-phase, and W-phase in this embodiment). The second letter represents the arrangement order of the stator coils in the same phase. The third letter represents the winding direction of the spiral coil that is the stator coil. In this embodiment, 1 represents the clockwise direction, and 2 represents the counterclockwise direction. Therefore, the stator coil U11 represents the first stator coil in the arrangement order of the U phase, and the winding direction is clockwise. The stator coil V42 represents the fourth stator coil in the arrangement order of the V phase, and the winding direction is counterclockwise. Note that clockwise means right-handed when viewed from the center of the motor 1, and counterclockwise means left-handed when viewed from the center of the motor 1.
厳密には、ステータコイルU11,U41はU相のステータコイルであり、ステータコイルU22,U32はUバー相(U相ステータコイルと発生する磁界の向きが逆)のステータコイルである。しかし、以降の説明では、特に断らない限り、U相のステータコイルと総称する。ステータコイルV12~V42及びステータコイルW11~W41についても同様に、V相のステータコイル、W相のステータコイルとそれぞれ総称する。 Strictly speaking, stator coils U11 and U41 are U-phase stator coils, and stator coils U22 and U32 are U-bar phase stator coils (which generate a magnetic field in the opposite direction to that of the U-phase stator coil). However, in the following explanation, unless otherwise specified, they will be collectively referred to as U-phase stator coils. Similarly, stator coils V12 to V42 and stator coils W11 to W41 will be collectively referred to as V-phase stator coils and W-phase stator coils, respectively.
[ステータコイルの構造について]
図2は、実施の形態1に係るステータコイルの正面図である。また、図2に示す構成の本実施の形態に係るステータコイル5は、図1Cに示すモータ1のティース42に装着されたステータコイルU11、U22、U32、U41、V12.V21、V31、V42、W11、W22、W32、W41に適用される。ステータコイル5は、予め定められたターン数の環状体5mを含む螺旋状の構造を有する。環状体5mの各ターンの構成は、図2に示すとおり、平面視で実質的に矩形状である。図2においては、環状体5mの平面視における短形状の一部分のうち、長辺側は、ティースにおけるステータコアシート41aの積層面が現れる面の側の各々に位置し、コイル線路部5qと呼称する。環状体5mの平面視における短形状の一部分のうち、短辺側は、一対の長辺側であるコイル線路部5qの同方向の端側の間に位置し、これをコイルエンド部5rと呼称する。コイルエンド部5rは、ステータコア41における複数のステータコアシート41aを積層する方向であり且つステータコア41の端面よりもステータコイル5が突出する箇所でもある。
[Structure of the stator coil]
FIG. 2 is a front view of the stator coil according to the first embodiment. The stator coil 5 according to the present embodiment, configured as shown in FIG. 2, is applied to the stator coils U11, U22, U32, U41, V12, V21, V31, V42, W11, W22, W32, and W41 attached to the teeth 42 of the motor 1 shown in FIG. 1C. The stator coil 5 has a spiral structure including an annular body 5m with a predetermined number of turns. As shown in FIG. 2, the configuration of each turn of the annular body 5m is substantially rectangular in plan view. In FIG. 2, the long sides of the short-shaped portion of the annular body 5m in plan view are located on the side of the surface on which the lamination surface of the stator core sheet 41a appears in the teeth, and are referred to as the coil wire path portion 5q. The short sides of the short-shaped portion of the annular body 5m in plan view are located between the ends of the coil wire path portion 5q, which are the pair of long sides, in the same direction, and are referred to as the coil end portion 5r. The coil end portion 5r is in the direction in which the multiple stator core sheets 41a in the stator core 41 are stacked, and is also a portion where the stator coil 5 protrudes beyond the end face of the stator core 41.
コイル線路部5qの一方側からコイルエンド部5rの一方側へと移行する箇所をコイルコーナー部5sと呼称する。 The transition from one side of the coil wire path portion 5q to one side of the coil end portion 5r is called the coil corner portion 5s.
螺旋状のコイルであるステータコイル5は、導体部5gと、導体部5gの表面に設けられた絶縁性被膜5bと、ステータコイル5の第1ターン5t及び第10ターン5uからそれぞれ引出し部5cと、引出し部5dとを有している。また、ステータコイル5の第2ターンから第10ターン5uである環状体5mは平面視で実質的に矩形状の環状である。環状体5mは、2つの短辺と、2つの長辺と、4つコイルコーナー部5sとを有する。なお、図2においては、第1ターン5tから第9ターンまでの各々の環状体5mは、環状の形状にて1周する構成である。一方、第10ターン5uについては、環状の形状が1周に満たず、環状体5mにおける短辺が一つ分程足らない構成である。この構成を別の表現で示すとすれば、第10ターン5uは、環状の形状が、4分の1周程度ほど満たない、実質的には4分の3周(3/4周)する構成である。第10ターン5uが、4分の1周程度ほど満たないこととなる理由は、引出し部5c及び引出し部5dの配置の構成に起因する。引出し部5c及び引出し部5dの配置の位置次第で、第10ターン5uが、1周を満たす場合もあれば、1周よりも僅かに多く周回する場合も考察し得る。同様に、第1ターン5tが、1周に満たない場合もあれば、1周よりも僅かに多く周回する場合も考察し得る。 The stator coil 5, which is a spiral coil, has a conductor portion 5g , an insulating coating 5b provided on the surface of the conductor portion 5g , and a lead portion 5c and a lead portion 5d from the first turn 5t and the tenth turn 5u of the stator coil 5, respectively. The annular body 5m, which is the second turn to the tenth turn 5u of the stator coil 5, is substantially a rectangular ring in a plan view. The annular body 5m has two short sides, two long sides, and four coil corner portions 5s. In FIG. 2, each of the annular bodies 5m from the first turn 5t to the ninth turn is configured to make one turn in an annular shape. On the other hand, the tenth turn 5u is configured such that the annular shape does not complete one turn, and the short side of the annular body 5m is missing by about one turn. To express this configuration in another way, the tenth turn 5u is configured such that the annular shape does not complete about a quarter turn, and it is substantially three-quarters (3/4) turns. The reason why the tenth turn 5u is less than about a quarter of a turn is due to the arrangement of the lead-out portion 5c and the lead-out portion 5d. Depending on the arrangement positions of the lead-out portion 5c and the lead-out portion 5d, the tenth turn 5u may complete one turn or may complete slightly more than one turn. Similarly, the first turn 5t may complete less than one turn or may complete slightly more than one turn.
導線部5aは断面が矩形の導体と導体を被覆する絶縁性被膜5bを有する。導線部5aは環状体構造を螺旋状に積層する構造体である。螺旋状に積層する構成は、モータにおける径方向の内外方向に積層する構造である。螺旋状に積層する構成は、予め定められたターン数の環状体5mを含むものである。例えば、予め定められたターン数は、第1ターン5tから第nターン(nは2以上の整数)からなる。なお、この第1ターン5tから第nターンを、ターン列と呼称する。 The conductor portion 5a has a conductor with a rectangular cross section and an insulating coating 5b that covers the conductor. The conductor portion 5a is a structure in which ring-shaped structures are stacked in a spiral shape. The spirally stacked configuration is a structure in which layers are stacked in the radial inward and outward directions of the motor. The spirally stacked configuration includes a ring-shaped body 5m with a predetermined number of turns. For example, the predetermined number of turns consists of the first turn 5t to the nth turn (n is an integer of 2 or more). The first turn 5t to the nth turn are referred to as a turn row.
導体部5gは断面が実質的に矩形の導電部材からなる線材である。この線材によって環状体5mを構成し、この環状体5mを10ターンについて螺旋状に積層し且つ単層の構造体を構成することによって、導体部5gは螺旋状のコイルを構成している。導体部5gは、例えば、銅、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム、真鍮、鉄、SUS(Steel Use Stainless)等によって形成されている。これらは単層で記載している。しかし、単層のみならず、多層のコイルにおいても適用可能である。 The conductor portion 5g is a wire made of a conductive material having a substantially rectangular cross section. The wire forms an annular body 5m, which is then spirally stacked for 10 turns to form a single-layer structure, thereby forming a spiral coil of the conductor portion 5g . The conductor portion 5g is formed of, for example, copper, aluminum, zinc, magnesium, brass, iron, SUS (Steel Use Stainless), etc. These are described as single layers. However, the present invention can be applied not only to single-layer coils but also to multi-layer coils.
なお、以降の説明において、引出し部5cの先端から引出し部5dが設けられた位置の下方まで巻回された部分を第1ターン5tとする。以降の1周ずつ巻回された部分を順に第2ターン、第3ターン・・・第10ターン5uと順次数えることとする。各ターンの始点の取り方は任意に定めることができる。ステータコイル5の第1ターン5tが設けられた側を「外」、第10ターン5uが設けられた側を「内」と呼称する。これは、モータ構造の径方向に対し、モータの外側を「外」とし、モータの中心側を「内」としているためである。 In the following explanation, the portion wound from the tip of the pull-out portion 5c to below the position where the pull-out portion 5d is provided will be referred to as the first turn 5t. The subsequent portions wound one turn at a time will be counted in order as the second turn, the third turn, ... the tenth turn 5u. The method of determining the starting point of each turn can be determined arbitrarily. The side of the stator coil 5 where the first turn 5t is provided will be referred to as the "outside", and the side where the tenth turn 5u is provided will be referred to as the "inside". This is because, in the radial direction of the motor structure, the outside of the motor is referred to as the "outside" and the center side of the motor is referred to as the "inside".
絶縁性被膜5bは、ステータコイル5と外部の部材(図示せず)を絶縁するように、導体部5gの表面全体に設けられている。例えば、図1A、図1B及び図1Cに示すモータ1において、絶縁性被膜5b及び図示しない絶縁部材、例えば絶縁紙等によって、ステータコイル5とステータコア41及びティース42との間が絶縁される。ステータコイル5における隣接するターン間は絶縁性被膜5bによって絶縁されている。絶縁性被膜5bは、例えば、ポリイミド、ナイロン、PEEK(Poly Ether Ether Ketone、ポリエーテルエーテルケトン)、アクリル、アミドイミド、エステルイミド、エナメル、耐熱樹脂等によって形成されている。絶縁性被膜5bの厚みは、数十μm程度、例えば、5μmから50μmの間である。 The insulating coating 5b is provided on the entire surface of the conductor portion 5g so as to insulate the stator coil 5 from an external member (not shown). For example, in the motor 1 shown in Figures 1A, 1B, and 1C, the insulating coating 5b and an insulating member (not shown), such as insulating paper, insulate the stator coil 5 from the stator core 41 and the teeth 42. Adjacent turns of the stator coil 5 are insulated by the insulating coating 5b. The insulating coating 5b is formed of, for example, polyimide, nylon, PEEK (Poly Ether Ether Ketone), acrylic, amide-imide, ester-imide, enamel, heat-resistant resin, or the like. The thickness of the insulating coating 5b is about several tens of micrometers, for example, between 5 μm and 50 μm.
引出し部5c・引出し部5dは、いずれも導線部5aの一部である。引出し部5c・引出し部5dは、外部からの電流供給を受けるため、あるいは外部に電流を供給するために、ステータコイル5の側面、言いかえると、導線部5aのターン列と交差する平面から外側に延在している。外部の部材、例えば、図1A、図1B及び図1Cに示すバスバー51、バスバー52、バスバー53、バスバー54のいずれかと接続するために、引出し部5c・引出し部5dにおいて、絶縁性被膜5bが除去されている。なお、絶縁性被膜5bは、引出し部5c・引出し部5dの全領域で除去されている必要はない。例えば、バスバー51、バスバー52、バスバー53、バスバー54との接続に必要な部分のみ絶縁性被膜5bが除去されていれば良い。 The lead-out portions 5c and 5d are both parts of the conductor portion 5a. The lead-out portions 5c and 5d extend outward from the side surface of the stator coil 5, in other words, from a plane intersecting with the turn row of the conductor portion 5a, in order to receive a current supply from the outside or to supply a current to the outside. In order to connect to an external member, for example, any of the bus bars 51, 52, 53, and 54 shown in Figures 1A, 1B, and 1C, the insulating coating 5b is removed from the lead-out portions 5c and 5d. Note that the insulating coating 5b does not need to be removed from the entire area of the lead-out portions 5c and 5d. For example, it is sufficient that the insulating coating 5b is removed only from the portion required for connection to the bus bars 51, 52, 53, and 54.
ここで、本実施の形態に係るステータコイル5の形状の特徴について詳述する。ステータコイル5は、導体部5gと導体部5gを被覆する絶縁性被膜5bとを含む導線部5aを有する。ステータコイル5は、導線部5aの断面形状が実質的に矩形である構成と、予め
定められたターン数のコイルであり且つこのコイルの最初のターンから最後のターンまでの間に実質的に連続する螺旋面5iを含む構成と、上記の断面形状の矩形における四辺のうち相対する対向の二辺を螺旋面5iに含む構成と、を含む。ステータコイル5は、ステータコア41におけるステータコアシート41aを積層する方向であり且つステータコア41の端面よりもステータコイル5が突出する箇所であるコイルエンド部5rの一部分に、ステータコア41の外径方向に対面する側からロータ3の位置する方向に対面する側に亘って欠設する欠設構造部である。この欠設構造部は、例えば、溝状に欠設する溝部5e等の構造である。
Here, the features of the shape of the stator coil 5 according to the present embodiment will be described in detail. The stator coil 5 has a conductor portion 5a including a conductor portion 5g and an insulating coating 5b that covers the conductor portion 5g. The stator coil 5 includes a configuration in which the cross-sectional shape of the conductor portion 5a is substantially rectangular, a configuration in which the coil has a predetermined number of turns and includes a helical surface 5i that is substantially continuous from the first turn to the last turn of the coil, and a configuration in which two opposing sides of the four sides of the rectangular cross-sectional shape are included in the helical surface 5i. The stator coil 5 has a recess structure that is recessed from the side facing the outer diameter direction of the stator core 41 to the side facing the direction in which the rotor 3 is located in a part of the coil end portion 5r that is in the direction in which the stator core sheets 41a of the stator core 41 are stacked and is a portion where the stator coil 5 protrudes from the end face of the stator core 41. The recess structure is, for example, a groove portion 5e that is recessed in a groove shape.
上記の欠設構造部は、後述するように、コイルエンド部5rの一部分に、ステータコア41の外径方向に対面する側からロータ3の位置する方向に対面する側に亘って孔状に欠設する孔部5f(図3を参照)でも良い。 As described below, the above-mentioned recessed structure may be a hole 5f (see FIG. 3) that is recessed in a hole shape in a part of the coil end portion 5r from the side facing the outer diameter direction of the stator core 41 to the side facing the direction in which the rotor 3 is located.
上記の欠設構造部は、ステータコア41の外径方向に対面する側からロータ3の位置する方向に対面する側に亘る方向から対面して見た溝部5eの形状は、図2に示すように、実質的にV字谷状の切り欠いた形状に見える。この溝部5eの形状は、V字谷状に限らず、U字谷状及びその他の形状でも良く、更には、V字谷状、U字谷状及びその他の形状の一部分に、鋭角な形状、円弧形状、鈍角な形状、曲線、または直線等を含んでも良く、その形状を特定するものではない。 When viewed from a direction spanning from the side facing the outer diameter direction of the stator core 41 to the side facing the direction in which the rotor 3 is located, the shape of the groove 5e of the above-mentioned recessed structure appears to be a substantially V-shaped valley cut-out shape, as shown in FIG. 2. The shape of this groove 5e is not limited to a V-shaped valley, but may be a U-shaped valley or other shape, and furthermore, a part of the V-shaped valley, U-shaped valley, or other shape may include an acute angle shape, an arc shape, an obtuse angle shape, a curve, or a straight line, and the shape is not specified.
例えば、溝部5eの構造及び形状寸法は、ステータコイル5の剛性を損なわない程度であることが好ましい。導体部5gの断面形状が実質的に矩形である場合においては、導体部5gの断面形状における幅寸法に対する溝部5eの占める割合は、約1/3程度が好適と考察される。そして、溝部5eの溝底部(谷底部)には、曲面を有する谷状の溝構造、U字谷状の溝構造、または平坦面を有する溝構造を有しても良い。 For example, the structure and shape dimensions of the groove 5e are preferably such that they do not impair the rigidity of the stator coil 5. When the cross-sectional shape of the conductor 5g is substantially rectangular, it is considered that the ratio of the groove 5e to the width dimension of the cross-sectional shape of the conductor 5g is preferably about 1/3. The groove bottom (valley bottom) of the groove 5e may have a valley-shaped groove structure with a curved surface, a U-shaped valley groove structure, or a groove structure with a flat surface.
また、絶縁性被膜5bの着膜を良好なものとするために、溝部5eを配置する箇所を含む導体部5gの断面形状及び溝部5eを配置しない箇所である導体部5gの断面形状は、実質的に矩形である。しかし、この矩形である導線部5gの断面形状における四隅の角部に当る箇所は、鋭角な稜線を構成することは好適ではなく、稜線の先端が曲面(所謂、R面取り)、または、C面取りされた構成であることが好ましい。 In order to improve the adhesion of the insulating coating 5b, the cross-sectional shape of the conductor 5g including the portion where the groove 5e is located and the cross-sectional shape of the conductor 5g not including the groove 5e are substantially rectangular. However, it is not preferable for the portions corresponding to the four corners of the rectangular cross-sectional shape of the conductor 5g to have sharp ridgelines, and it is preferable for the tips of the ridgelines to be curved (so-called R-chamfered) or C-chamfered.
図2においては、溝部5eの配置箇所は、コイルエンド部5rにおけるティースに対面しない側であり且つ環状体5mにおける外周側のみであるが、これに限るものではない。例えば、溝部5eの配置箇所は、コイルエンド部5rにおけるティースに対面する側であり且つ環状体5mにおける内周側でも良い。更には、溝部5eの配置箇所は、環状体5mにおける内周側及び外周側の両方であっても良い。 In FIG. 2, the groove portion 5e is arranged only on the side of the coil end portion 5r that does not face the teeth and on the outer periphery side of the annular body 5m, but this is not limited thereto. For example, the groove portion 5e may be arranged on the side of the coil end portion 5r that faces the teeth and on the inner periphery side of the annular body 5m. Furthermore, the groove portion 5e may be arranged on both the inner periphery side and the outer periphery side of the annular body 5m.
導体部5gの断面形状が実質的に矩形である場合においては、導体部5gの断面形状における幅寸法に対する溝部5eの占める割合は、約1/3程度に限定されるものではない。ステータコイル5の剛性と、ステータコイル5の電気抵抗値の増加によるジュール熱による発熱(自己発熱による温度上昇)とが、互いにトレードオフの関係にあることを配慮し且つモータの仕様に照らして、導体部5gの断面形状における幅寸法に対する溝部5eの占める割合を適宜に選択する。 In the case where the cross-sectional shape of the conductor portion 5g is substantially rectangular, the ratio of the groove portion 5e to the width dimension of the cross-sectional shape of the conductor portion 5g is not limited to about 1/3. Taking into consideration the trade-off between the rigidity of the stator coil 5 and the heat generated by Joule heat due to an increase in the electrical resistance value of the stator coil 5 (temperature increase due to self-heating), the ratio of the groove portion 5e to the width dimension of the cross-sectional shape of the conductor portion 5g is appropriately selected in light of the specifications of the motor.
溝部5eの配置箇所の数についても、特に限定されるものではなく、ステータコイル5の剛性と、ステータコイル5の電気抵抗値の増加によるジュール熱による発熱(自己発熱による温度上昇)とが、互いにトレードオフの関係にあることを配慮し且つモータの仕様に照らして、適宜に選択する。 The number of locations where the grooves 5e are arranged is not particularly limited, and is selected appropriately in consideration of the trade-off between the rigidity of the stator coil 5 and the heat generated by Joule heat (temperature rise due to self-heating) caused by an increase in the electrical resistance of the stator coil 5, and in light of the motor specifications.
なお、本実施の形態では、ステータコイル5のターン数を実質的に10とした。しかし、特にこれに限定するものでは無く、他の値であってもよい。なお、上述のとおり、本実施の形態におけるステータコイル5のターン数は、10を僅かに下回る9.75程度であるが、実質的には10と解釈されることが多い。 In this embodiment, the number of turns in the stator coil 5 is essentially 10. However, this is not particularly limited, and other values may be used. As mentioned above, the number of turns in the stator coil 5 in this embodiment is approximately 9.75, which is slightly less than 10, but is often interpreted as essentially 10.
以上のように、本実施の形態のモータ1は、複数のステータコアシート41aを積層する積層体を含むステータコア41と、ステータコア41に具備するティース42を磁心の一部とするステータコイル5を含むステータ4と、ステータコア41のティース42の先端と空隙を介して回転自在に支承されるロータ3とを含むモータ1において、ステータコイル5は、ステータコイル5の導体部5gと導体部5gを被覆する絶縁性の被膜を含む導線部5aを有し且つ導体部5gの断面形状が実質的に矩形であり、予め定められたターン数のコイルであり且つステータコイル5のターン数のうちの最初のターンからターン数のうちの最後のターンまでの間に実質的に連続する螺旋面を含み、断面形状の矩形における四辺のうち相対する対向の二辺を螺旋面に含み、ステータコア41の積層する方向であり且つステータコア41の端面よりもステータコイル5が突出する箇所であるコイルエンド部5rの一部分に、ステータコア41の外径方向に対面する側からロータ3の位置する方向に対面する側に亘って欠設する欠設構造部を含む。 As described above, the motor 1 of this embodiment includes a stator core 41 including a laminated body in which a plurality of stator core sheets 41a are stacked, a stator 4 including a stator coil 5 in which the teeth 42 of the stator core 41 are part of the magnetic core, and a rotor 3 that is rotatably supported via a gap with the tips of the teeth 42 of the stator core 41. In this motor 1, the stator coil 5 has a conductor portion 5g of the stator coil 5 and a conductor portion 5a including an insulating coating that covers the conductor portion 5g, and the cross-sectional shape of the conductor portion 5g is substantially rectangular and has a predetermined It is a coil with a set number of turns, and includes a substantially continuous spiral surface between the first turn of the stator coil 5 and the last turn of the stator coil 5, and includes two opposing sides of the four sides of the rectangular cross section in the spiral surface, and includes a recessed structure that is recessed from the side facing the outer diameter of the stator core 41 to the side facing the direction in which the rotor 3 is located in a part of the coil end portion 5r that is in the direction in which the stator core 41 is stacked and is the part where the stator coil 5 protrudes beyond the end face of the stator core 41.
これにより、ステータコイル5の占積率を高めた場合においても、渦電流に起因する発熱に対して、放熱性を高めたステータコイル5を見出し、従来よりもステータコイル5の特性を高めたモータを提供可能である。 As a result, even when the space factor of the stator coil 5 is increased, a stator coil 5 with improved heat dissipation properties against heat generated by eddy currents can be found, making it possible to provide a motor with improved stator coil 5 characteristics compared to conventional motors.
また、欠設構造部は、コイルエンド部5rの一部分に、ステータコア41の外径方向に対面する側からロータ3の位置する方向に対面する側に亘って溝状に欠設する溝部5eであってもよい。 The recessed structure may also be a groove 5e that is recessed in a groove shape in a portion of the coil end portion 5r from the side facing the outer diameter direction of the stator core 41 to the side facing the direction in which the rotor 3 is located.
(実施の形態2)
図3は、実施の形態2に係るステータコイル5の正面図である。本実施の形態におけるモータの構成については、実施の形態1と同様の内容であり、重複する内容については、その記述を省略する。
(Embodiment 2)
3 is a front view of a stator coil 5 according to embodiment 2. The configuration of the motor in this embodiment is similar to that in embodiment 1, and a description of the overlapping contents will be omitted.
本実施の形態における欠設構造部は、コイルエンド部5rの一部分に、ステータコア41の外径方向に対面する側からロータ3の位置する方向に対面する側に亘って孔状に欠設する孔部5f(図3を参照)である。 In this embodiment, the recessed structure is a hole 5f (see FIG. 3) that is recessed in a portion of the coil end portion 5r from the side facing the outer diameter of the stator core 41 to the side facing the direction in which the rotor 3 is located.
また、上記の欠設構造部は、ステータコア41の外径方向に対面する側からロータ3の位置する方向に対面する側に亘る方向から対面して見た孔部5fの形状であって、図3に示すように、実質的に円形状に穿たれた丸孔として見える。孔部5fの形状は、円形状の丸孔に限らず、楕円状の楕円孔、四角状の四角孔、三角状の三角孔、多角形状の多角形孔、またはその他の形状でも良い。更には、その孔形状の一部分に、鋭角な形状、円弧形状、鈍角な形状、曲線、または直線等を含んでも良い。孔部5fの形状を特定するものではない。 The above-mentioned recessed structure is the shape of the hole 5f when viewed from a direction extending from the side facing the outer diameter direction of the stator core 41 to the side facing the direction in which the rotor 3 is located, and as shown in FIG. 3, it appears as a round hole drilled in a substantially circular shape. The shape of the hole 5f is not limited to a circular hole, but may be an elliptical hole, a square hole, a triangular hole, a polygonal hole, or any other shape. Furthermore, a part of the hole shape may include an acute angle shape, an arc shape, an obtuse angle shape, a curve, a straight line, or the like. The shape of the hole 5f is not specified.
孔部5fの構造及び形状寸法は、ステータコイル5の剛性を損なわない程度であることが好ましい。導体部5gの断面形状が実質的に矩形である場合においては、導体部5gの
断面形状における幅寸法に対する孔部5fの占める割合は、約1/3程度が好適と考察される。
The structure and shape of the holes 5f are preferably such that they do not impair the rigidity of the stator coil 5. When the cross-sectional shape of the conductor portion 5g is substantially rectangular, it is considered that the proportion of the holes 5f relative to the width dimension of the cross-sectional shape of the conductor portion 5g is preferably about 1/3.
絶縁性被膜5bの着膜を良好なものとするために、孔部5fを配置する箇所を含む導体部5gの断面形状及び孔部5fを配置しない箇所である導体部5gの断面形状は、実質的に矩形である。しかし、この矩形である導線部5gの断面形状における四隅の角部に当る箇所は、鋭角な稜線を構成することは好適ではなく、稜線の先端が曲面(所謂、R面取り)、またはC面取りされた構成であることが好ましい。 In order to improve the adhesion of the insulating coating 5b, the cross-sectional shape of the conductor 5g including the portion where the hole 5f is located and the cross-sectional shape of the conductor 5g not including the hole 5f are substantially rectangular. However, it is not preferable for the portions corresponding to the four corners of the rectangular cross-sectional shape of the conductor 5g to have sharp ridgelines, and it is preferable for the tips of the ridgelines to be curved (so-called R-chamfered) or C-chamfered.
図3においては、孔部5fの配置箇所は、コイルエンド部5rのほぼ中央部に一列状に配置する構成である。しかし、これに限るものではない。例えば、孔部5fの配置は、一列状ではなく、千鳥状に配置しても良い。 In FIG. 3, the holes 5f are arranged in a row at approximately the center of the coil end portion 5r. However, this is not limited to this. For example, the holes 5f may be arranged in a staggered pattern instead of in a row.
導体部5gの断面形状が実質的に矩形である場合においては、導体部5gの断面形状における幅寸法に対する孔部5fの占める割合は、約1/3程度に限定されるものではない。ステータコイル5の剛性と、ステータコイル5の電気抵抗値の増加によるジュール熱による発熱(自己発熱による温度上昇)とが、互いにトレードオフの関係にあることを配慮し且つモータの仕様に照らして、導体部5gの断面形状における幅寸法に対する孔部5fの占める割合を適宜に選択すべきものである。
In the case where the cross-sectional shape of the conductor portion 5g is substantially rectangular, the ratio of the hole portion 5f to the width dimension of the cross-sectional shape of the conductor portion 5g is not limited to about 1/3. Considering that there is a trade-off between the rigidity of the stator coil 5 and heat generation due to Joule heat caused by an increase in the electrical resistance value of the stator coil 5 (temperature increase due to self-heating), the ratio of the hole portion 5f to the width dimension of the cross-sectional shape of the conductor portion 5g should be appropriately selected in light of the specifications of the motor.
また、溝部5eの配置箇所の数についても、特に限定されるものではない。溝部5eの配置箇所の数は、ステータコイル5の剛性と、ステータコイル5の電気抵抗値の増加によるジュール熱による発熱(自己発熱による温度上昇)とが、互いにトレードオフの関係にあることを配慮し且つモータの仕様に照らして、適宜に選択する。 The number of locations where the grooves 5e are arranged is not particularly limited. The number of locations where the grooves 5e are arranged is appropriately selected in consideration of the trade-off between the rigidity of the stator coil 5 and the heat generated by Joule heat due to an increase in the electrical resistance of the stator coil 5 (temperature increase due to self-heating) and in light of the motor specifications.
本実施の形態では、ステータコイル5のターン数を実質的に10とした。しかし、特にこれに限定するものでは無く、他の値であってもよい。なお、上述のとおり、本実施の形態におけるステータコイル5のターン数は、10を僅かに下回る9.75程度であるが、実質的には10と解釈されることが多い。 In this embodiment, the number of turns in the stator coil 5 is essentially 10. However, this is not particularly limited, and other values may be used. As mentioned above, the number of turns in the stator coil 5 in this embodiment is approximately 9.75, which is slightly less than 10, but is often interpreted as essentially 10.
本発明におけるステータコイル5は、鋳造により形成可能である。この方法によれば、断面積の大きい導線を容易に螺旋状のステータコイルを成形可能である。なお、上記の鋳造に限らず、他の方法で形成しても良い。例えば、銅、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム、鉄、SUS、真鍮などの固体物から切削加工等によって形成しても良い。個々に成形された部品同士を溶接や接合による部材一体化により形成しても良い。 The stator coil 5 in the present invention can be formed by casting. This method makes it easy to form a spiral stator coil from a conductor with a large cross-sectional area. It is not limited to the above casting, and other methods may be used. For example, it may be formed by cutting a solid material such as copper, aluminum, zinc, magnesium, iron, SUS, or brass. It may also be formed by welding or joining individually formed parts together to form an integrated member.
以上のように、本実施の形態のモータ1において、欠設構造部は、コイルエンド部5rの一部分に、ステータコア41の外径方向に対面する側からロータ3の位置する方向に対面する側に亘って孔状に欠設する孔部5fである。 As described above, in the motor 1 of this embodiment, the recessed structure is a hole 5f that is recessed in a portion of the coil end portion 5r from the side facing the outer diameter direction of the stator core 41 to the side facing the direction in which the rotor 3 is located.
本発明によれば、ステータコイルの占積率を高めた場合においても、渦電流に起因する発熱に対して、放熱性を高めたステータコイルの構成を見出し、従来よりもステータコイルの特性を高めたモータを提供可能である。したがって、産業的価値の大いなるものである。 According to the present invention, even when the space factor of the stator coil is increased, a stator coil configuration that improves heat dissipation against heat generated by eddy currents can be found, making it possible to provide a motor with improved stator coil characteristics compared to conventional motors. This is therefore of great industrial value.
1 モータ
3 ロータ
4 ステータ
5 ステータコイル
5a 導線部
5b 絶縁性被膜
5c 引出し部
5d 引出し部
5e 溝部
5f 孔部
5g 導体部
5i 螺旋面
5m 環状体
5q コイル線路部
5r コイルエンド部
5s コイルコーナー部
5t 第1ターン
5u 第10ターン
41 ステータコア
41a ステータコアシート
42 ティース
43 スロット
44 ヨーク
45 渦電流
51、52、53、54 バスバー
A 矢印
U11、U22、U32、U41、V12.V21、V31、V42、W11、W22、W32、W41 ステータコイル
REFERENCE SIGNS LIST 1 motor 3 rotor 4 stator 5 stator coil 5a conducting wire portion 5b insulating coating 5c lead-out portion 5d lead-out portion 5e groove portion 5f hole portion 5g conductor portion 5i helical surface 5m ring-shaped body 5q coil wire path portion 5r coil end portion 5s coil corner portion 5t first turn 5u tenth turn 41 stator core 41a stator core sheet 42 teeth 43 slot 44 yoke 45 eddy current 51, 52, 53, 54 busbar A arrow U11, U22, U32, U41, V12, V21, V31, V42, W11, W22, W32, W41 stator coil
Claims (3)
前記ステータコアに具備するティースを磁心の一部とするステータコイルを含むステータと、前記ステータコアの前記ティースの先端と空隙を介して回転自在に支承されるロータとを含むモータにおいて、
前記ステータコイルは、
前記ステータコイルの導体部と前記導体部を被覆する絶縁性の被膜とを含む導線部を有し且つ前記導体部の断面形状が実質的に矩形であり、
予め定められたターン数のコイルであり且つ前記ステータコイルの前記ターン数のうちの最初のターンから前記ターン数のうちの最後のターンまでの間に実質的に連続する螺旋面を含み、
前記断面形状の前記矩形における四辺のうち相対する対向の二辺を前記螺旋面に含み、
前記ステータコアの前記積層する方向であり且つ前記ステータコアの端面よりも前記ステータコイルが突出する箇所であるコイルエンド部の一部分における前記導体部に、前記ステータコアの外径方向に対面する側から前記ロータの位置する方向に対面する側に亘って欠設する欠設構造部を含むモータ。 A stator core including a laminate in which a plurality of stator core sheets are laminated;
A motor including a stator including a stator coil having teeth of the stator core as a part of a magnetic core, and a rotor rotatably supported via a gap between the tips of the teeth of the stator core,
The stator coil is
The stator coil has a conductor portion including a conductor portion and an insulating coating covering the conductor portion, and the conductor portion has a substantially rectangular cross-sectional shape,
a coil having a predetermined number of turns, the coil including a substantially continuous helical surface from a first turn of the number of turns of the stator coil to a last turn of the number of turns;
Two opposing sides of the rectangular cross-sectional shape are included in the helical surface,
A motor including a recessed structure that is recessed in the conductor portion in a part of the coil end portion, which is in the stacking direction of the stator core and where the stator coil protrudes beyond the end face of the stator core, from the side facing the outer diameter direction of the stator core to the side facing the direction in which the rotor is located.
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