JP7735694B2 - モータ - Google Patents
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Description
図1~図15を用いて本開示の第1実施形態に係るモータ10について説明する。なお、図中に適宜示す矢印Z方向、矢印R方向及び矢印C方向は、後述するロータ12の回転軸方向一方側、回転径方向外側及び回転周方向一方側をそれぞれ示すものとする。また以下、単に軸方向、径方向、周方向を示す場合は、特に断りのない限り、ロータ12の回転軸方向、回転径方向、回転周方向を示すものとする。
次に、本実施形態の作用並びに効果について説明する。
次に、図16~図29を用いて、第1実施形態のモータ10と同様にトルクリップルを抑制することができる第2実施形態~第8実施形態のモータのステータ14の構成について説明する。なお、第2実施形態~第8実施形態のモータにおいて既に説明した実施形態のモータと対応する部材及び部分には、既に説明した実施形態のモータと対応する部材及び部分と同じ符号を付して、その説明を省略することがある。
図16に示されるように、第2実施形態のモータのステータ14では、複数のコイル16は、スター結線で結線されている。本実施形態のU相42U、V相42V及びW相42Wは、2つの短コイル32及び2つの長コイル34を含んでそれぞれ構成されている。U相42Uでは、中性点44側から短コイル32、長コイル34の順で直列で結線された2つのコイル16と中性点44側から短コイル32、長コイル34の順で直列で結線された2つのコイル16とが、並列で結線されている。また、V相42Vでは、中性点44側から短コイル32、長コイル34の順で直列で結線された2つのコイル16と中性点44側から短コイル32、長コイル34の順で直列で結線された2つのコイル16とが、並列で結線されている。さらに、W相42Wでは、中性点44側から長コイル34、短コイル32の順で直列で結線された2つのコイル16と中性点44側から長コイル34、短コイル32の順で直列で結線された2つのコイル16とが、並列で結線されている。また、本実施形態においても、各々の相のコイル接続体46U、46V、46Wの合成抵抗が互いに同じ合成抵抗となっている。
図18に示されるように、第3実施形態のモータのステータ14では、複数のコイル16は、スター結線で結線されている。本実施形態のU相42U、V相42V及びW相42Wは、3つの短コイル32及び3つの長コイル34を含んでそれぞれ構成されている。U相42Uでは、中性点44側から短コイル32、長コイル34、短コイル32の順で直列で結線された3つのコイル16と中性点44側から長コイル34、短コイル32、長コイル34の順で直列で結線された3つのコイル16とが、並列で結線されている。また、V相42Vでは、中性点44側から短コイル32、長コイル34、短コイル32の順で直列で結線された3つのコイル16と中性点44側から長コイル34、短コイル32、長コイル34の順で直列で結線された3つのコイル16とが、並列で結線されている。さらに、W相42Wでは、中性点44側から長コイル34、短コイル32、長コイル34の順で直列で結線された3つのコイル16と中性点44側から短コイル32、長コイル34、短コイル32の順で直列で結線された3つのコイル16とが、並列で結線されている。また、本実施形態においても、各々の相のコイル接続体46U、46V、46Wの合成抵抗が互いに同じ合成抵抗となっている。
図20に示されるように、第4実施形態のモータのステータ14では、複数のコイル16は、スター結線で結線されている。本実施形態のU相42U、V相42V及びW相42Wは、1つの短コイル32、1つの長コイル34及び2つの中コイル48を含んでそれぞれ構成されている。なお、中コイル48とは、軸方向の寸法が短コイル32の軸方向への寸法よりも大きくかつ長コイル34の軸方向への寸法よりも小さな寸法に設定されたコイル16のことである。U相42Uでは、中性点44側から中コイル48、長コイル34、中コイル48、短コイル32の順でこれら4つのコイル16が直列で結線されている。また、V相42Vでは、中性点44側から中コイル48、短コイル32、中コイル48、長コイル34の順でこれら4つのコイル16が直列で結線されている。さらに、W相42Wでは、中性点44側から長コイル34、中コイル48、短コイル32、中コイル48の順でこれら4つのコイル16が直列で結線されている。また、本実施形態においても、各々の相のコイル接続体46U、46V、46Wの合成抵抗が互いに同じ合成抵抗となっている。
図22及び図23に示されるように、第5実施形態のモータ50は、10極12スロットのティースレス構造のモータである。なお、図中に示す矢印iは、W相42W側からV相42V側へ流れる電流の向きを示している。
図24に示されるように、第6実施形態のモータのステータ14では、複数のコイル16のうち半分のコイルがスター結線で結線されており、残り半分のコイルもスター結線で結線されている。本実施形態のU相42U、V相42V及びW相42Wは、1つの短コイル32及び1つの長コイル34を含んでそれぞれ構成されている。U相42Uでは、中性点44側から長コイル34、短コイル32の順でこれら2つのコイル16が直列で結線されている。また、V相42Vでは、中性点44側から長コイル34、短コイル32の順でこれら2つのコイル16が直列で結線されている。さらに、W相42Wでは、中性点44側から短コイル32、長コイル34の順でこれら2つのコイル16が直列で結線されている。
図26に示されるように、第7実施形態のモータのステータ14では、複数のコイル16のうち半分のコイルがスター結線で結線されており、残り半分のコイルもスター結線で結線されている。本実施形態のU相42U、V相42V及びW相42Wは、2つの短コイル32又は2つの長コイル34を含んでそれぞれ構成されている。U相42Uでは、中性点44側から短コイル32、短コイル32の順でこれら2つのコイル16が直列で結線されている。また、V相42Vでは、中性点44側から短コイル32、短コイル32の順でこれら2つのコイル16が直列で結線されている。さらに、W相42Wでは、中性点44側から長コイル34、長コイル34の順でこれら2つのコイル16が直列で結線されている。
図28に示されるように、第8実施形態のモータ51のステータ14では、複数のコイル16は、デルタ結線で結線されている。本実施形態のU相42U、V相42V及びW相42Wは、2つの短コイル32及び2つの長コイル34を含んでそれぞれ構成されている。ここで、U相のコイル接続体46UとV相のコイル接続体46Vとの接続点をUV接続点52UVと呼ぶ。また、V相のコイル接続体46VとW相のコイル接続体46Wとの接続点をVW接続点52VWと呼ぶ。さらに、W相のコイル接続体46WとU相のコイル接続体46Uとの接続点をWU接続点52WUと呼ぶ。なお、UV接続点52UVとVW接続点52VWとの間、及び、UV接続点52UVとWU接続点52WUとの間に電圧が印加された際の電流の向きを図29において矢印iで示している。
図30及び図31に示されるように、第9実施形態のモータのインシュレータ28は、短コイル32の周方向への位置決めを行う周方向位置決め部としての複数の第1周方向位置決め部28Eと、中コイル48の周方向への位置決めを行う周方向位置決め部としての複数の第2周方向位置決め部28Fと、を備えている。なお、第1周方向位置決め部28E及び第2周方向位置決め部28Fの構成は、前述の周方向位置決め部28D(図13参照)と同様の構成である。複数の第1周方向位置決め部28Eは軸端面被覆部28Bに沿って周方向に等間隔に配置されている。また、複数の第2周方向位置決め部28Fは、複数の第1周方向位置決め部28Eに対して軸方向一方側にオフセットした位置において周方向に等間隔に配置されている。また、軸方向一方側から見て、複数の第2周方向位置決め部28Fは、それぞれ周方向に隣り合う一対の第1周方向位置決め部28Eの間に配置されている。
図32に示されるように、第10実施形態のモータ54では、周方向に隣り合う一対の対向部36の間に配置される巻線間部分としての小突起26Aがステータコア26に設けられていることに特徴がある。ここで、小突起26Aの周方向の幅寸法をWt、小突起26Aの飽和磁束密度をBs、マグネット18の1磁極分の周方向の幅寸法をWm、マグネット18を形成する磁性化合物の残留磁束密度をBrとする。そして、小突起26Aが、Wt×Bs≦Wm×Brの関係となる磁性材料、若しくは非磁性材料を用いて形成されている構成とする。これにより、ステータ14の磁束密度を向上させることができると共に磁気飽和と磁束漏れを抑制することができ、モータ54のトルクを向上させることができる。
図33に示されるように、第11実施形態のモータ56では、ロータ12のマグネット18が、固有保磁力Hcが400[kA/m]以上かつ残留磁束密度Brが1.0[T]以上の磁性化合物を用いて形成されている。このマグネット18を軸方向から見て、マグネット18の磁極中心における磁化容易軸58の向きと径方向(d軸60)とのなす角度が、マグネット18の磁極間における磁化容易軸58の向きと径方向(q軸62)とのなす角度よりも小さな角度に設定されている。これにより、ステータ14とのエアギャップにおける磁束密度を高めることができる。その結果、モータ56の小型化及び高出力化、マグネット18の量の低減を図ることができる。
図34Aに示されるように、第12実施形態のモータ64では、周方向に隣り合う一のマグネット18におけるコイル16側の部分と他のマグネット18におけるコイル16側の部分とが周方向に離間している。また、周方向に隣り合う一のマグネット18におけるコイル16とは反対側の部分と他のマグネット18におけるコイル16とは反対側の部分との間に磁性材料を用いて形成された介在部24Dが介在している。介在部24Dは、一例としてロータコア24と一体に形成されている。
図35に示されるように、第14実施形態のモータ68は、減速機70を有する減速機付きモータである。減速機70の大部分はロータコア24の内側に配置されている。この減速機70は、回転軸22に固定された内歯車72と、内歯車72の径方向外側に配置されていると共にステータ14を支持するハウジング74に固定された外歯車76と、を備えている。また、減速機70は、内歯車72と外歯車76との間に配置されていると共に内歯車72及び外歯車76と噛み合う遊星歯車78と、遊星歯車78を支持するキャリア80と、キャリア80に固定された出力軸82とを備えている。この構成もモータ68では、ロータ12の回転を減速機70で減速して出力軸82へ伝達することができる。
図36及び図37に示されるように、第15実施形態のモータ84及び第16実施形態のモータ86は、互いに同じ構成の短コイル32及び長コイル34を用いて形成されている。この場合、ステータコア26の周長を調節すること等により、同じ構成の短コイル32及び長コイル34を用いて出力及び体格が異なる複数の種類のモータ84、86を製造することができる。
Claims (11)
- マグネット(18)を有し、回転可能に支持された回転体(12)と、
環状に形成され、前記回転体と同軸上に配置されたコア(26)と、
導電性の巻線(30)が環状に巻回されることによってそれぞれ形成されかつ互いに接続された複数のコイル(16)を有すると共に、該複数のコイルのうち少なくとも一のコイルの電気抵抗が他のコイルの電気抵抗と異なる電気抵抗に設定され、該複数のコイルが前記マグネットと対向してかつ前記コアに沿って配列された一の相のコイル接続体(46U)と、
導電性の巻線が環状に巻回されることによってそれぞれ形成されかつ互いに接続された複数のコイルを有すると共に、該複数のコイルのうち少なくとも一のコイルの電気抵抗が他のコイルの電気抵抗と異なる電気抵抗に設定され、該複数のコイルが前記マグネットと対向してかつ前記コアに沿って配列され、前記一の相のコイル接続体の合成抵抗と同じ合成抵抗に設定された他の相のコイル接続体(46V,46W)と、
を備え、
前記コイルは、前記巻線が周方向に並んで配置され前記マグネットの軸方向の中心と径方向に対向して配置される対向部(36)と、該対向部に対して軸方向一方側及び他方側の部分をそれぞれ形成するコイルエンド部(38)と、を有し、
互いに電気抵抗の異なる一の前記コイルの前記コイルエンド部と他の前記コイルの前記コイルエンド部とが重ねて配置されており、
前記コアには、該コアと複数の前記コイルとを隔てるインシュレータ(28)が取り付けられ、
前記インシュレータは、前記コアの径方向内側の面を覆う内面被覆部(28A)と、前記コアの軸方向の両端面を覆う一対の軸端面被覆部(28B)と、一対の前記軸端面被覆部における径方向外側の端部から軸方向へ延びる一対の外周側フランジ部(28C)と、を備え、
各前記外周側フランジ部には、径方向内側へ向けて凸状に形成され、複数の前記コイルのうちの一の前記コイルのコイルエンド部と周方向に接触することにより一の前記コイルの周方向への位置決めを行う周方向位置決め部(28E、28F)と、径方向内側へ向けて凸状に形成され、複数の前記コイルのうち他の前記コイルのコイルエンド部と軸方向に接触することにより前記他のコイルの軸方向への位置決めを行う軸方向位置決め部(28G、28H)と、が設けられている、
モータ(10、50、51、54、56、64、66、68、84、86)。 - 前記巻線をその軸方向に延びる部分で軸方向と直交する面に沿って切断した断面視で、該巻線の断面の縦方向である第1の方向(A1)への寸法が該巻線の断面の横方向である第2の方向(A2)への寸法に対して大きな寸法に設定され、
前記対向部における前記巻線の前記第1の方向が、前記マグネット側に向けられている請求項1に記載のモータ。 - 前記巻線が前記第2の方向へ積層された状態で巻回されることにより前記コイルが形成されていると共に、前記第2の方向へ積層された前記巻線は該第2の方向へ分離不能に結合され、
少なくとも一方の前記コイルエンド部と前記対向部との境目が前記第1の方向へ曲げられていることにより、少なくとも一方の前記コイルエンド部が前記コアの軸方向の端面に沿って配置されている請求項2に記載のモータ。 - 軸方向から見て、前記対向部が、前記コアの径方向内側の面又は前記径方向外側の面に沿って湾曲している請求項1~請求項3のいずれか1項に記載のモータ。
- 前記コイルの一対の端末部が軸方向の一方側に配置され、
軸方向一方側の前記コイルエンド部の前記巻線の積層数が、軸方向他方側の前記コイルエンド部の前記巻線の積層数よりも少なくなっている請求項1~請求項4のいずれか1項に記載のモータ。 - 前記マグネットの軸方向一方側の端部及び軸方向他方側の端部が、軸方向一方側の前記コイルエンド部及び軸方向他方側の前記コイルエンド部とそれぞれ径方向に対向して配置されている請求項1~請求項5のいずれか1項に記載のモータ。
- 前記コアは、一の前記コイルと他の前記コイルとの間に配置される巻線間部分(26A)を備え、
前記巻線間部分の周方向の幅寸法をWt、前記巻線間部分の飽和磁束密度をBs、前記マグネットの1磁極分の周方向の幅寸法をWm、前記マグネットを形成する磁性化合物の残留磁束密度をBrとした場合に、前記巻線間部分が、Wt×Bs≦Wm×Brの関係となる磁性材料、若しくは非磁性材料を用いて形成されている請求項1~請求項6のいずれか1項に記載のモータ。 - 前記マグネットは、固有保磁力Hcが400[kA/m]以上かつ残留磁束密度Brが1.0[T]以上の磁性化合物を用いて形成され、
軸方向視で、前記マグネットの磁極中心における磁化容易軸(58)の向きと径方向とのなす角度が、前記マグネットの磁極間における磁化容易軸の向きと径方向とのなす角度よりも小さな角度に設定された請求項1~請求項7のいずれか1項に記載のモータ。 - 複数の前記マグネットが周方向に並んで配置されており、
周方向に隣り合う一の前記マグネットにおける前記コイル側の部分と他の前記マグネットにおける前記コイル側の部分とが周方向に離間しており、
周方向に隣り合う一の前記マグネットにおける前記コイルとは反対側の部分と他の前記マグネットにおける前記コイルとは反対側の部分とが周方向に当接している、又は、周方向に隣り合う一の前記マグネットにおける前記コイルとは反対側の部分と他の前記マグネットにおける前記コイルとは反対側の部分との間に磁性材料を用いて形成された介在部(24D)が介在している請求項1~請求項8のいずれか1項に記載のモータ。 - 前記回転体の径方向内側には、該回転体の回転を減速する減速機(70)が設けられている請求項1~請求項9のいずれか1項に記載のモータ。
- 前記一の相のコイル接続体は、第1の長さの巻線によって形成された前記コイルと、前記第1の長さよりも長い第2の長さの巻線によって形成された前記コイルと、を含んで構成され、
前記他の相のコイル接続体は、前記第1の長さの巻線によって形成された前記コイルと、前記第2の長さの巻線によって形成された前記コイルと、を含んで構成され、
全ての前記コイルの前記対向部が、径方向の同じ位置に配置され、
前記第1の長さの巻線によって形成された前記コイルの前記コイルエンド部と前記第2の長さの巻線によって形成された前記コイルの前記コイルエンド部とが、軸方向に重ねて配置されており、
前記第2の長さの巻線によって形成された前記コイルの前記コイルエンド部が、前記第1の長さの巻線によって形成された前記コイルの前記コイルエンド部に対して前記コアとは反対側に配置されている請求項1~請求項10のいずれか1項に記載のモータ。
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