JP2014209829A - Stator - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、ステータに関する。 The present disclosure relates to a stator.
従来から、予め円環状(円筒状)に形成したコイル集積体に、複数の分割コアを組み込んで形成した回転電機の固定子が知られている(例えば、特許文献1参照)。この特許文献1の構成では、複数の分割コアは、一つのスロットを区画するとともに、周方向で隣接する分割コアとの間で一つのスロットを区画する形状に形成されている。各スロットは、同一の形状であり、周方向の幅が一定の平行スロットである。即ち、各分割コアは、周方向中央部に1つ平行スロットを形成し、周方向両側にそれぞれ平行スロットの半分部分を形成する。
2. Description of the Related Art Conventionally, a stator of a rotating electrical machine formed by incorporating a plurality of divided cores into a coil integrated body formed in an annular shape (cylindrical shape) in advance is known (see, for example, Patent Document 1). In the configuration of
ところで、一般的に、ステータコアを複数の分割コアで形成した場合、分割数が少ないほど分割面での損失(鉄損)が少なくなる。この点、上記の特許文献1に記載の構成では、平行スロットを用いているので、1スロット毎に分割する必要がなく、分割数を低減することができる点で有利である。しかしながら、平行スロットの場合、ティース形状が先細となる(内径側が細くなる)ので、磁束密度は、ティース根元部で小さくなり、ティース先端で大きくなる。従って、ティース先端で最大磁束密度(磁束の飽和)の制約が発生するので、トルク特性の観点からは不利である。
By the way, generally, when the stator core is formed of a plurality of divided cores, the smaller the number of divisions, the smaller the loss (iron loss) on the divided surface. In this respect, since the parallel slot is used in the configuration described in
そこで、本開示は、鉄損を低減しつつ、良好なトルク特性を実現することが可能なステータの提供を目的とする。 Therefore, an object of the present disclosure is to provide a stator capable of realizing good torque characteristics while reducing iron loss.
本開示の一局面によれば、周方向に隣接して全体として円環形状をなす複数の分割コアであって、周方向の幅が一定の平行スロットまたは周方向の幅が内径側に行くにつれて大きくなる台形スロットと周方向の幅が内径側に行くにつれて小さくなる台形スロットとが周方向で交互に現れるように全体として構成された複数の分割コアと、
前記複数の分割コアの各スロットに設けられるコイルとを含み、
前記平行スロットまたは周方向の幅が内径側に行くにつれて大きくなる台形スロットは、前記複数の分割コアのそれぞれに1つ形成され、前記周方向の幅が内径側に行くにつれて小さくなる台形スロットは、隣接する各分割コア間に形成される、ステータが提供される。
According to one aspect of the present disclosure, there are a plurality of split cores that are adjacent to each other in the circumferential direction and have an annular shape as a whole. The parallel cores have a constant circumferential width or the circumferential width goes toward the inner diameter side A plurality of split cores configured as a whole such that trapezoidal slots that increase and trapezoidal slots that decrease in width in the circumferential direction alternately appear in the circumferential direction;
A coil provided in each slot of the plurality of split cores,
One of the parallel slots or a trapezoidal slot whose circumferential width increases toward the inner diameter side is formed in each of the plurality of split cores, and a trapezoidal slot whose circumferential width decreases toward the inner diameter side, A stator is provided formed between each adjacent split core.
本開示によれば、鉄損を低減しつつ、良好なトルク特性を実現することが可能なステータが得られる。 According to the present disclosure, a stator capable of realizing good torque characteristics while reducing iron loss can be obtained.
以下、添付図面を参照しながら各実施例について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、一実施例によるステータ1の断面図を示す。図2は、図1に示すステータ1のA部のみを取り出して示す図である。以下では、径方向、周方向及び軸方向は、ステータ1の中心軸Iを基準とし、中心軸Iを中心として内径側及び外径側を定義する。例えば、内径側とは、中心軸Iの径方向で中心軸Iに近い側を指す。
FIG. 1 shows a cross-sectional view of a
ステータ1は、インナロータ型の任意のモータで使用されてもよい。例えば、ステータ1は、ハイブリッド車又は電気自動車で使用される走行用モータで使用されてもよい。走行用モータは、例えば永久磁石モータであってもよいし、電磁石と永久磁石とを併用するハイブリッド型のモータであってもよい。
The
ステータ1は、図1に示すように、複数の分割コア10と、コイル30とを含む。尚、図1に示す例では、複数の分割コア10の外周にリング部材40が設けられている。リング部材40は、複数の分割コア10を拘束する機能を備える。リング部材40は、例えば焼き嵌めにより、複数の分割コア10の外周に設けられてよい。
As shown in FIG. 1, the
複数の分割コア10は、図1に示すように、周方向に隣接して円環状をなす。各分割コア10は、例えば積層鋼板により形成されてよい。複数の分割コア10は、それぞれ、同一の構成を有する。尚、分割コア10の個数(分割数)は、任意であるが、磁極の数、相数に応じて決定されてよい。図1に示す例では、ステータ1は、磁極が8極の3相モータ用であり、24(8×3)個の分割コア10を含む。
As shown in FIG. 1, the plurality of
複数の分割コア10は、図1に示すように、平行スロット120と台形スロット140とが周方向で交互に現れるように全体として構成される。平行スロット120及び台形スロット140の合計数(即ち、スロット数)は、例えば、モータの磁極数に対して一相当たり2個の割合で形成されてもよい。図1に示す例では、ステータ1は、磁極が8極の3相モータ用であり、スロット数は48(8×3×2)である。
As shown in FIG. 1, the plurality of divided
平行スロット120は、図2に示すように、周方向の幅W1が一定のスロットである。平行スロット120は、複数の分割コア10のそれぞれに1つ形成される。従って、平行スロット120の数は、分割コア10の数に等しい。
As shown in FIG. 2, the
台形スロット140は、図2に示すように、周方向の幅W2が内径側に行くにつれて小さくなるスロットである。台形スロット140は、隣接する各分割コア10間に形成される。即ち、各分割コア10は、隣接する各分割コア10と協動して、台形スロット140を画成する。
As shown in FIG. 2, the
従って、本実施例では、各分割コア10は、2つのティース部12と、バックヨーク部14とを含む。各分割コア10の2つのティース部12は、線対称形状である。各分割コア10の2つのティース部12は、内径側(先端側)が細くなる形状を有する。ティース部12の先端部の幅W3は、必要なトルク特性が実現される(磁束の飽和が生じない)ように決定される。尚、各分割コア10の2つのティース部12は、線対称形状であるので、全てのティース部12の先端部の幅W3は等しい。
Therefore, in the present embodiment, each divided
バックヨーク部14は、好ましくは、トルク特性の周方向の均一化を図るため(磁束が流れやすい領域と流れ難い領域と形成しないようにするため)、周方向で一定のバックヨーク幅を提供する。即ち、平行スロット120のバックヨーク幅L1は、好ましくは、台形スロット140のバックヨーク幅L2と等しい。この場合、バックヨーク幅L1(=L2)は、必要なトルク特性が実現される(バックヨーク部14に所定の最大磁束が通る)ように決定される。
The
コイル30は、各平行スロット120及び各台形スロット140に設けられる。コイル30の巻線断面は、平角形状であってもよいし、他の形状であってもよい。コイル30は、任意の態様で複数の分割コア10に巻回されてもよい。例えば、コイル30は、特開2012‐235696号公報に開示されるような円環状に一体化された巻線集積体により形成されてもよい。巻線集積体は、各分割コア10のティース部12を受け入れるティース収容部を有する。各ティース収容部は、ティース部12に形状に対応した空間を備える。各分割コア10は、各ティース部12を、対応する巻線集積体のティース収容部に差し込む(巻線集積体の外径側から差し込む)ことで、巻線集積体に組み付けられてよい。尚、巻線集積体の詳細構造は任意であってよい。また、コイル30は、特開2010‐104102号公報に開示されるような成形済みのエッジワイズコイルにより形成されてもよい。尚、巻線集積体の一例は後述する。
The
コイル30は、図2に示すように、平行スロット120内に位置する第1コイル部31と、台形スロット140内に位置する第2コイル部32とを含む。好ましい例では、第1コイル部31の断面積S1と第2コイル部32の断面積S2は等しい。即ち、好ましい例では、平行スロット120内の導体面積S1は、台形スロット140内の導体面積S2と等しい。尚、ここでいう“等しい”とは、誤差(公差)のような実質的でない差は許容される。これにより、平行スロット120内の第1コイル部31と台形スロット140内の第2コイル部32とで電流密度が同じになり、発熱特性を均一化することができる。以下では、平行スロット120内の導体面積S1が台形スロット140内の導体面積S2と等しいものとして説明を続ける。
As shown in FIG. 2, the
図3は、比較例を示す図であり、(A)は、比較例1として、全てのスロットが平行スロットとなるステータの分割コア90を示し、(B)は、比較例2として、全てのスロットが台形スロットとなるステータの分割コア92を示す。
3A and 3B are diagrams showing a comparative example. FIG. 3A shows a
図3(A)に示す比較例1では、分割コア90のティース形状が先細となる(内径側が細くなる)ので、磁束密度は、ティース根元部で小さくなり、ティース先端で大きくなる。従って、図3(A)に示す比較例1では、ティース先端で最大磁束密度(磁束の飽和)の制約が発生する。
In Comparative Example 1 shown in FIG. 3A, the tooth shape of the
この点、本実施例においても、ティース部12は、内径側が細くなる形状を有する。しかしながら、本実施例では、平行スロット120の両側に台形スロット140を形成するので、ティース部の先端部の必要な幅W3を効率的に確保することができる。具体的には、比較例1において、ティース部の先端部の幅W3を確保するためには、平行スロットの幅W5を小さくする必要があるので、同一の導体面積(S5=S1)を実現するためには、平行スロットの径方向の長さL5を大きくする必要がある。これに対して、本実施例によれば、平行スロット120の両側に台形スロット140を形成するので、平行スロットの幅W1を小さくせずに、ティース部の先端部の幅W3を確保することができる。即ち、W1>W5となるので、その分だけ平行スロット120の径方向の長さを低減することができる(即ち、比較例1に比べて、ステータ1の内径R(図1参照)を大きくすることができるか、ステータ1の積層厚さを低減することができる)。
In this respect, also in the present embodiment, the
図3(B)に示す比較例2では、全てのスロットが台形スロットであるので、ティース形状は幅が一定となり(磁束密度が一定となる理想の形状)、トルク発生の観点からは有利である。しかしながら、比較例2においては、組み付け性を確保するために、台形スロットの箇所で分割を行う必要がある。これは、比較例2においては、全てのスロットが台形スロットであるので、2つのティース間の幅W7が、台形スロット内に収まるべきコイル部の幅W8よりも小さいためである。即ち、比較例2において、仮に分割ラインD1での分割がない場合は、分割コア92を巻線集積体に外径側から組み付けることができないためである。この結果、比較例2では、分割コア92の個数が多くなる。即ち、分割数が多くなる(同一のスロット数の場合、分割数が比較例1の2倍になる)。これは、分割面での損失(鉄損)が大きくなることを意味する。
In Comparative Example 2 shown in FIG. 3B, since all the slots are trapezoidal slots, the teeth shape has a constant width (an ideal shape with a constant magnetic flux density), which is advantageous from the viewpoint of torque generation. . However, in Comparative Example 2, it is necessary to perform division at the trapezoidal slot in order to ensure assemblability. This is because in Comparative Example 2, since all the slots are trapezoidal slots, the width W7 between the two teeth is smaller than the width W8 of the coil portion to be accommodated in the trapezoidal slot. That is, in Comparative Example 2, if there is no division along the division line D1, the
これに対して、本実施例によれば、台形スロット140の箇所で分割を行う必要があるが、平行スロット120と台形スロット140とを交互に形成するので、分割数を低減することができる。即ち、本実施例によれば、台形スロット140の数は、比較例2の台形スロットの数の半分であるので、図2に示すように、比較例1と同一の分割数を実現することができる。
On the other hand, according to the present embodiment, it is necessary to divide at the
このようにして、本実施例によれば、分割数を低減しつつ、良好なトルク特性を実現することが可能である。 In this way, according to the present embodiment, it is possible to achieve good torque characteristics while reducing the number of divisions.
尚、図2に示す構成においては、台形スロット140の形状は、比較例2における台形スロットの形状と同様であってよい。このとき、平行スロット120の幅W1は、導体面積がS1=S2となり、且つ、バックヨーク幅がL1=L2となるように、決定されてよい。尚、このとき、ティース部12の中心線は中心軸Iを通らない。
In the configuration shown in FIG. 2, the shape of the
図4は、他の一実施例(実施例2)によるステータ2の一部の断面図である。本実施例2のステータ2は、上述した実施例1とは異なる分割態様で複数の分割コア10Aを含む。具体的には、本実施例2では、各分割コア10A間の分割ラインは、台形スロット140の周方向の端部に設定される。尚、上述した実施例1では、各分割コア10間の分割ラインは、台形スロット140の周方向の中央部に設定される。このように、分割ラインは、台形スロット140の周方向の範囲(下底の部分)内の任意の箇所に設定されてもよい。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a part of the
図5は、他の一実施例(実施例3)によるステータ3の一部の断面図である。本実施例3のステータ3は、上述した実施例1とは異なる分割態様で複数の分割コア10B,分割コア10Cを含む。具体的には、本実施例3では、分割コア10B及び分割コア10Cは、周方向で交互に配置され、互いに異なる構成を有する。但し、分割コア10B、10Cは、バックヨーク部14B、14Cの形状のみが、上述した実施例1の分割コア10と異なるだけである(即ち、分割コア10B、10Cのそれぞれの2つのティース部12は、上述した実施例1の分割コア10の2つのティース部12と同じである)。尚、分割コア10B及び分割コア10C間の分割ラインは、台形スロット140の周方向の範囲内に設定されている。このように、バックヨーク部の形状は、隣接する分割コア毎で異なってもよい。
FIG. 5 is a cross-sectional view of a part of the stator 3 according to another embodiment (embodiment 3). The stator 3 according to the third embodiment includes a plurality of split cores 10B and 10C in a split manner different from that of the first embodiment. Specifically, in the third embodiment, the divided cores 10B and the divided cores 10C are alternately arranged in the circumferential direction and have different configurations. However, the split cores 10B and 10C are different from the
図6は、他の一実施例(実施例4)によるステータ4の断面図である。本実施例4のステータ4は、上述した実施例1に対して、平行スロット120が、台形スロット130(以下、台形スロット140との区別のため、「逆台形スロット130」と称する)に置換された点が主に異なる。逆台形スロット130は、周方向の幅が内径側に行くにつれて大きくなるスロットである。逆台形スロット130は、複数の分割コア10のそれぞれに1つ形成される。従って、逆平行スロット120の数は、分割コア10の数に等しい。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the stator 4 according to another embodiment (embodiment 4). In the stator 4 of the fourth embodiment, the
本実施例4においても、各分割コア10の2つのティース部12は、線対称形状である。各分割コア10の2つのティース部12は、内径側(先端側)が細くなる形状を有する。ティース部12の先端部の幅W3は、必要なトルク特性が実現されるように決定される。尚、各分割コア10の2つのティース部12は、線対称形状であるので、全てのティース部12の先端部の幅W3は等しい。
Also in the fourth embodiment, the two
また、コイル30は、逆平行スロット130内に位置する第1コイル部33と、台形スロット140内に位置する第2コイル部32とを含む。好ましい例では、第1コイル部33の断面積と第2コイル部32の断面積は等しい。即ち、好ましい例では、逆平行スロット130内の導体面積は、台形スロット140内の導体面積と等しい。これにより、逆平行スロット130内の第1コイル部33と台形スロット140内の第2コイル部32とで電流密度が同じになり、発熱特性を均一化することができる。
In addition, the
本実施例4によっても、上述した実施例1と略同様の効果を得ることができる。即ち、分割数を低減しつつ、良好なトルク特性を実現することが可能である。 Also according to the fourth embodiment, substantially the same effect as the first embodiment described above can be obtained. That is, it is possible to realize good torque characteristics while reducing the number of divisions.
尚、本実施例4の構成は、上述した実施例2,3と組み合わせることも可能である。即ち、上述した実施例2,3において、平行スロット120が、同様の逆台形スロット130に置換されてもよい。
The configuration of the fourth embodiment can be combined with the second and third embodiments described above. That is, in the second and third embodiments described above, the
図7は、一実施例による巻線集積体300を示す斜視図である。図7に示す例では、巻線集積体300は、上述した実施例1のステータ1のコイル30を形成する。
FIG. 7 is a perspective view showing a winding
巻線集積体300は、コイルエンド部302と、平行スロット120及び台形スロット140内に設けられるコイル本体304とを含む。尚、コイル本体304は、図1等の断面図に示したコイル30の断面部分を形成する。コイル本体304は、平行スロット120内に位置する第1コイル部31を形成する部位304aと、台形スロット140内に位置する第2コイル部32を形成する部位304bとを含む。周方向で部位304aと部位304bとの間には、ティース収容部310が画成される。尚、上述の如く、各分割コア10は、各ティース部12を、巻線集積体300の対応するティース収容部310に差し込む(外径側から差し込む)ことで、巻線集積体300に組み付けられる。
The winding
以上、各実施例について詳述したが、特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、前述した実施例の構成要素を全部又は複数を組み合わせることも可能である。 Although each embodiment has been described in detail above, it is not limited to a specific embodiment, and various modifications and changes can be made within the scope described in the claims. It is also possible to combine all or a plurality of the components of the above-described embodiments.
1,2,3 ステータ
10,10A,10B,10C 分割コア
12 ティース部
14,14B,14C バックヨーク部
30 コイル
31 第1コイル部
32 第2コイル部
40 リング部材
120 平行スロット
140 台形スロット
1, 2, 3
Claims (7)
前記複数の分割コアの各スロットに設けられるコイルとを含み、
前記平行スロットまたは周方向の幅が内径側に行くにつれて大きくなる台形スロットは、前記複数の分割コアのそれぞれに1つ形成され、前記周方向の幅が内径側に行くにつれて小さくなる台形スロットは、隣接する各分割コア間に形成される、ステータ。 A plurality of split cores that are adjacent to each other in the circumferential direction and have an annular shape as a whole, and a parallel slot having a constant circumferential width or a trapezoidal slot that increases in width toward the inner diameter side and a circumferential width A plurality of split cores configured as a whole such that trapezoidal slots that become smaller as they go to the inner diameter side appear alternately in the circumferential direction;
A coil provided in each slot of the plurality of split cores,
One of the parallel slots or a trapezoidal slot whose circumferential width increases toward the inner diameter side is formed in each of the plurality of split cores, and a trapezoidal slot whose circumferential width decreases toward the inner diameter side, A stator formed between adjacent divided cores.
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