JP2015119534A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】後嵌め工法によりステータコアのティースに巻線を組み付けるモータにおいて、小型化と巻線の巻数の増加の両立を図る。
【解決手段】モータ１は、円周方向に配列される複数のティース２２を有しティース２２どうしの間にスロット２４が設けられるステータコア２１と、ティース２２に取付けられるコイル３１とを有し、ステータコア２１の軸線方向視において、コイル３１は、ティース２２の側面と、ステータコア２１のバックヨーク２３の内周面２３１と、ティース２２の側面に所定の距離をおいて平行な第１辺Ｌ₁と、第１辺Ｌ₁とスロット２４の中心線Ｃ_s上で交差する第２の辺Ｌ₂と、ティース２２の側面２２１に直角でティース２２の内周面２２２の円周方向端を通過する第３の辺Ｌ₃と、に囲まれる略五角形の巻線挿入領域Ｓに収まるように導線３１１が巻き回されている。
【選択図】図４

Description

本発明はモータに関する。特には、コイルが取り付けられたステータコアを有し、コイルがステータコアに後嵌め工法により取り付けられるモータに関する。

コイルが取り付けられたステータコアを有するモータとして、ＳＲモータ（switched reluctance motor）などのリラクタンスモータが知られている。リラクタンスモータは永久磁石を用いないため、永久磁石の原料である希土類金属などの調達や価格変動の影響を受けない。このため、リラクタンスモータが注目されてきている。そして、リラクタンスモータの小型化やコストダウンの要望が大きくなってきている。リラクタンスモータの小型化のため、分割ステータコアを用いる構成が知られている。また、コストダウンのため、あらかじめステータコアのティースに応じた形状の巻線を形成し、形成した巻線をティースに取付けるという後嵌め工法が知られている。たとえば、特許文献１参照には、分割ステータコアを用い、コイルをティースに後嵌めする構成が開示されている。

ところで、リラクタンスモータの性能は、巻線の占積率に依存する。このため、リラクタンスモータの高性能化のため、限られたスペースに多くの導線を巻くことによって占積率を高めたいという要望もある。

しかしながら、分割ステータコアを用いる構成では、部品点数が増加してコストが上昇するのみならず、分割ステータコアの組立において高い工作精度が要求される。一方、コストダウンのために後嵌め工法を用いる構成では、巻線をティースに組み付ける際に巻線どうしの干渉を防止しなければならず、その結果、巻線の大きさが制限されて占積率が低下する。このため、リラクタンスモータの要求仕様を充足するためには、ステータコアを大型化する必要があり、小型化に対応することが困難である。特許文献２には、ティースにおける磁気飽和を防止しつつ巻線の占積率を高めるための構成が開示されているが、導線を巻き回す領域を最大限確保するための構成は開示されていない。

特開２００８−３０６８８６号公報 特開２０１３−４６４２０号公報

上記実情に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、後嵌め工法によりステータコアのティースに巻線を組み付けるモータにおいて、小型化と巻線の巻数の増加の両立を図ることである。

前記課題を解決するため、本発明は、円周方向に配列される複数のティースを有し前記ティースどうしの間にスロットが設けられるステータコアと、前記ティースに取付けられるコイルとを有するモータであって、前記ステータコアの軸線方向視において、前記コイルは、前記ティースの側面と、前記ステータコアのバックヨークの内周面と、前記ティースの側面に所定の距離をおいて平行な第１の直線と、前記第１の直線と前記スロットの中心線上で交差し、前記ティースに隣接する他のティースの前記第１の直線の延長線に一致する第２の直線と、前記ティースの側面に直角で前記ティースの内周面の円周方向端を通過する第３の直線と、に囲まれる略五角形の領域に収まるように導線が巻き回されていることを特徴とする。

前記ステータコアの軸線方向視において、前記コイルに含まれる最上段で前記ステータコアの内周側端に位置する導線の外周面は、前記第２の直線に接している構成であってもよい。

前記ステータコアの軸線方向視において、前記コイルに含まれる最上段で前記ステータコアの内周側端に位置する導線の外周面は、前記第３の直線に接している構成であってもよい。

前記ティースと前記コイルとの間に介在するインシュレータをさらに有し、前記インシュレータには、前記導線の前記第２の直線に接している部分に係止する鍔部が設けられる構成であってもよい。

前記ステータコアの軸線方向視において、前記コイルに含まれる最上段で前記第１の直線と前記第２の直線との交点よりも外周側に位置する導線の外周面は、前記第１の直線に接している構成であってもよい。

本発明によれば、後嵌め工法により組み付け可能な最大の領域に対して、導線を巻くことができる。このため、導線の巻数を増加させることができる。また、導線が最大限巻き付けられているかの確認が可能になる。

図１（ａ）は、本発明の実施形態に係るモータの構成例を示す断面模式図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＩＢ部拡大図である。 図２は、隣接するコイルやインシュレータと干渉せずに導線を巻き回すことができる領域を模式的に示す図である。 図３（ａ）は、第３辺の長さと、第１辺と第４辺との距離との算出方法を説明する模式図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＩＩＩＢ部の拡大図である。 図４は、コイルの巻線構成およびインシュレータの構成を模式的に示す断面図である。 図５は、コイルの巻線構成およびインシュレータの構成を模式的に示す断面図である。 図６は、コイルの巻線構成およびインシュレータの構成を模式的に示す断面図である。 図７は、コイルの巻線構成およびインシュレータの構成を模式的に示す断面図である。 図８（ａ）は、本発明の実施形態に係るインシュレータの構成を模式的に示す断面図であり、図８（ｂ）は、比較例に係るインシュレータの構成を模式的に示す断面図である。 図９（ａ）（ｂ）は、コイルの製造方法を模式的に示す図である。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
まず、本発明の実施形態に係るモータの全体的な構成について、図１（ａ）（ｂ）を参照して説明する。本実施形態に係るモータとして、ＳＲモータ（switched reluctance motor）を例に示す。図１（ａ）は、モータの構成を模式的に示す図であり、回転軸の軸線方向に直角な面で切断した断面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＩＢ部拡大図であり、ティースおよびコイルの構成を模式的に示す図である。
図１（ａ）（ｂ）に示すように、モータ１は、中空状のステータ２と、ステータ２の内部に回転可能に配置されるロータ１０１（回転子）と、ロータ１０１と一体に回転する回転軸１０２と、ステータ２およびロータ１０１を収容するハウジング１０３とを含んで構成される。なお、ロータ１０１と、回転軸１０２と、ハウジング１０３とは、従来公知の構成が適用できる。したがって、これらの説明は省略する。

ステータ２は、ステータコア２１とコイル３１とを含んで構成される。
ステータコア２１は、円周方向に等間隔に配列される複数のティース２２と、これらの複数のティース２２の外周側に設けられる円筒状のバックヨーク２３とを有する。円周方向に隣接するティース２２どうしの間には、スロット２４が形成される。なお、ステータコア２１は、ティース２２とバックヨーク２３とが一体に形成された電磁鋼板が積層されて構成される。
図１（ａ）（ｂ）に示すように、ティース２２は、ステータ２の内周側に向かうにしたがって幅（円周方向寸法）が小さくなる先細り形状に形成される。ただし、ティース２２は、このような形状に限定されるものではなく、たとえば、幅が均一な形状であってもよい。また、ティース２２の数も限定されるものではない。
ティース２２にはコイル３１が取り付けられている。コイル３１は、所望の断面形状および寸法を有する導線３１１が巻き回されて構成される。本実施形態では、図１（ａ）（ｂ）に示すように、コイル３１がインシュレータ３２を介してティース２２に取付けられる構成を示す。インシュレータ３２は、導線３１１が巻き回される本体部３２１と、ステータの内周側端に設けられる鍔部３２２および外周側端に設けられる鍔部３２３とを含んで構成される（図１（ｂ）参照）。なお、コイル３１がインシュレータ３２を介さずにティース２２に取り付けられる構成であってもよい。また、コイル３１とティース２２との間に、絶縁紙が介在する構成であってもよい。

次に、コイル３１およびインシュレータ３２の設計方法について説明する。本実施形態においては、ステータ２は後嵌め工法によって製造される。すなわち、インシュレータ３２を用いる場合には、あらかじめインシュレータ３２の外周に導線３１１を巻き回してコイル３１を形成し、コイル３１とインシュレータ３２の組立体（以下、『ボビン３』と記す）をステータコア２１に取付ける。一方、インシュレータ３２を用いない場合には、導線３１１から所定の形状のコイル３１を形成し、形成したコイル３１をティース２２に取付ける。
後嵌め工法においては、コイル３１またはボビン３をティース２２に取付ける際に、隣接するティース２２に取付けられているコイル３１やインシュレータ３２と干渉しないようにする必要がある。このため、後嵌め工法を用いる場合には、コイル３１とインシュレータ３２の寸法および形状が、組み立て工程上の制限を受けることになる。一方、モータ１の設計においては、要求仕様を充足するように、導線３１１の線径とコイル３１の巻数を確保しなければならない。さらに、モータ１の高性能化を図るためには、コイル３１の巻数を増加させて占積率を高くする必要がある。

本実施形態に係るコイル３１およびインシュレータ３２の設計方法の概略は、次のとおりである。なお、コイル３１およびインシュレータ３２の設計に先立ち、ティース２２とスロット２４の数と寸法と形状とが決められているものとする。
まず、（ａ）隣接するコイル３１やインシュレータ３２と干渉せずに導線３１１を巻き回すことができる最大の領域を算出する。次いで、（ｂ）算出した領域に、占積率を高くできる所定の態様で導線３１１を巻き回すことができるか否かを判定する。（ｃ）判定の結果、導線３１１を前記所定の態様で巻き回せない場合には、コイル３１の導線３１１の線径などを変更する。なお、インシュレータ３２を用いる場合には、インシュレータ３２の各部の形状や寸法を変更してもよい。
そして、所定の態様でコイル３１を巻き回すことができる判定されるまで、これらの工程を繰り返す。前記所定の態様でコイル３１を巻き回すことができると判定された場合には、コイル３１およびインシュレータ３２の設計を終了する。

（ａ）導線３１１を巻き回すことができる最大の領域の算出
図２は、隣接するコイル３１やインシュレータ３２と干渉せずに導線３１１を巻き回すことができる領域Ｓを模式的に示す図であり、この領域Ｓを軸線方向に直角な面で切断した断面図である。便宜上、この領域Ｓを『巻線挿入領域』と称する。図２においては、巻線挿入領域Ｓに、破線でハッチングを施してある。図２に示すように、ステータコア２１の軸線方向視において、巻線挿入領域Ｓの断面の外縁は、略五角形に形成される。略五角形の巻線挿入領域Ｓの外縁の５辺のうち、スロット２４の中心線Ｃ_s側における外周側の辺を『第１辺』Ｌ₁と称し、スロット２４の中心線Ｃ_sにおける内周側の辺を『第２辺』Ｌ₂と称する。残りの３辺のうち、内周側の辺を『第３辺』Ｌ₃と称し、ティース２２側の辺（すなわち、ティース２２の側面２２１）を『第４辺』Ｌ₄と称し、バックヨーク２３側の辺（すなわち、バックヨーク２３の内周面２３１）を『第５辺』Ｌ₅と称する。
なお、本発明の実施形態の説明においては、特に断らない限り、『内周側』と『外周側』とは、それぞれ、ステータの半径方向中心側（回転軸１０２側）と半径方向外側をいうものとする。

図２に示すように、第１辺Ｌ₁はティース２２の側面２２１（円周方向の面）に所定の距離をおいて平行である。第２辺Ｌ₂は、スロット２４の中心線Ｃ_s上の交点Ｘにおいて第１辺Ｌ₁と交差しており、第１辺Ｌ₁に対して所定の角度をもって傾斜している。具体的には、第２辺Ｌ₂は、隣接する巻線挿入領域Ｓの第１辺Ｌ₁の延長線と一致している。換言すると、第２辺Ｌ₂は、スロット２４の中心線Ｃ_sに関して第１辺Ｌ₁と線対称な直線の延長線と一致している。このため、巻線挿入領域Ｓは、交点Ｘよりも外周側においては、幅（円周方向寸法）が一定であり、交点Ｘよりも内周側においては、内周側に向かうにしたって幅が徐々に小さくなる先細り形状に形成される。第３辺Ｌ₃は、ティース２２の側面２２１と直角である。第３辺Ｌ₃の一端は、ティース２２の内周面２２２の円周方向端に位置する。第４辺Ｌ₄は、ティース２２の側面２２１に接している。このため、第１辺Ｌ₁と第４辺Ｌ₄は、所定の距離をおいて平行である。第５辺Ｌ₅は、バックヨーク２３の内周面２３１に接している。
なお、第１辺Ｌ₁〜第４辺Ｌ₄は直線である。一方、第５辺Ｌ₅は、バックヨーク２３の内周面２３１に倣った形状であればよく、直線でなくてもよい。たとえば、第５辺Ｌ₅は、円弧などの曲線であってもよい。さらに、第５辺Ｌ₅は、第４辺Ｌ₄に直角でなくてもよい。このように、ステータ２の軸線方向視において、巻線挿入領域Ｓは直線の辺からのみ形成される五角形でなくてもよく、一部の辺に曲線を含む略五角形であってもよい。

本発明の実施形態に係るコイル３１は、このような巻線挿入領域Ｓに収まる断面形状を有するように設計される。インシュレータ３２を用いる場合には、インシュレータ３２を含むボビン３が、巻線挿入領域Ｓに収まる断面形状を有するように設計される。なお、コイル３１やボビン３に、導線３１１を保護するための部材や絶縁のための部材が取り付けられる場合には、これらの部材を含めて、巻線挿入領域Ｓに収まる断面形状を有するように設計される。
このような構成であると、隣接するコイル３１やボビン３のインシュレータ３２と干渉することなく、コイル３１またはボビン３をティース２２に取付けることができる。そして、この巻線挿入領域Ｓの面積が最大である場合に、バックヨーク２３側の空間を有効利用でき、コイル３１の巻数を最多にできる。このため、モータ１の小型化とコストダウンの両立を図ることができる。
そこで、巻線挿入領域Ｓの面積が最大になるような第３辺Ｌ₃の長さＡ₁と、第１辺Ｌ₁と第４辺Ｌ₄との距離Ｂ₁とを算出する。ここで、第３辺Ｌ₃の長さＡ₁と、第１辺Ｌ₁と第４辺Ｌ₄との距離Ｂ₁との算出方法について、図３（ａ）（ｂ）を参照して説明する。図３（ａ）（ｂ）は、第３辺Ｌ₃の長さＡ₁と、第１辺Ｌ₁と第４辺Ｌ₄との距離Ｂ₁との算出方法を説明する模式図であり、巻線挿入領域Ｓとティース２２との幾何学的関係を示す図である。なお、図３（ｂ）は図３（ａ）のＩＩＩＢ部の拡大図である。

図３（ａ）（ｂ）に示すように、
Ｒ ：ティース２２の内径
θ：隣り合うティース２２の側面２２１どうしのなす角
θ’：ティース幅の角度
θ”：テーパ角
Ｐ：スロットの数
とする。ティース２２の内径は、ステータ２の中心Ｏからティース２２の内周面２２２までの距離を指す。ティース２２の内周面２２２は、半径Ｒの円弧に形成される。隣り合うティース２２の側面２２１どうしのなす角θは、 θ＝（３６０／Ｐ−２×θ”）／２ により算出される。ティース幅の角度θ’は、ステータ２の中心Ｏとティース２２の２つの円周方向端を通過する２本の直線がなす角である。テーパ角θ”は、ティース２２の中心線Ｃ_tとティース２２の側面２２１とのなす角である。
第１辺Ｌ₁と第２辺Ｌ₂とがスロット２４の中心線Ｃ_s上で交差する構成であれば、図３に示す幾何学的関係から、長さＡ₁のとり得る最大値Ａ_1maxは数式（１）で表され、距離Ｂ₁のとり得る最大値Ｂ_1maxは数式（２）で表される。

Ａ_1max＝Ｒ×ｓｉｎ（１８０／Ｐ−θ’／２）／ｃｏｓ（１８０／Ｐ−θ”）
数式（１）

Ｂ_1max＝Ｒ×ｓｉｎ（１８０／Ｐ−θ’／２）／ｃｏｓ（１８０／Ｐ−θ”）＋（Ｒ×ｓｉｎ（１８０／Ｐ−θ’／２）／ｃｏｓ（１８０／Ｐ−θ”）−Ａ₁）×ｃｏｓ²（１８０／Ｐ−θ”）
数式（２）

そして、０≦Ａ₁≦Ａ_1max、０≦Ｂ₁≦Ｂ_1maxの範囲で巻線挿入領域Ｓの面積が最大となるような長さＡ₁と距離Ｂ₁を算出する。なお、数式（２）に示すように、距離Ｂ₁がとり得る最大値Ｂ_1maxは、第３辺Ｌ₃の長さＡ₁を変数として含む。そこで、長さＡ₁を数式（１）に規定する範囲内の数値に逐次選定し、選定した長さＡ₁に応じて距離Ｂ₁を算出する。そして、選定した長さＡ₁と算出した距離Ｂ₁とを用いて、巻線挿入領域Ｓの面積を算出する。これにより、面積が最大になる場合の巻線挿入領域Ｓの形状および寸法を確定する。

ところで、巻線挿入領域Ｓは、ティース２２の内周面２２２よりも内周側に入り込むと、コイル３１やインシュレータ３２がロータ１０１に干渉するおそれがある。そこで、巻線挿入領域Ｓは、ティース２２の内周面２２２よりも内周側に入り込んでいない必要がある。第３辺Ｌ₃がティース２２の側面２２１に直角である構成においては、テーパ角θ”がティース幅の角度θ’の１／２である場合に、第３辺Ｌ₃がティース２２の内周面２２２の円周方向端における接線に一致する。このため、テーパ角θ”がティース幅の角度θ’の１／２以下であれば、巻線挿入領域Ｓがティース２２の内周面２２２から内周側に入り込まない。したがって、ティース２２のテーパ角θ”は、 ０≦θ”≦θ’／２ の範囲に規定される。

（ｂ）巻線挿入領域Ｓに、占積率を高くできる所定の態様で導線３１１を巻き回すことができるか否かの判定
『占積率を高くできる所定の態様』とは、具体的には次のとおりである。図４〜図７は、コイル３１の巻線構成およびインシュレータ３２の構成を模式的に示す断面図である。図４と図５に示すように、インシュレータ３２を用いる構成においては、コイル３１の最上段の導線３１１のうち、内周側端に位置する部分（以下、この部分を、『導線３１１ａ』と記す）の外周面は、第２辺Ｌ₂に接する。インシュレータ３２を用いない構成においては、前述の導線３１１ａの外周面は、第２辺Ｌ₂および第３辺Ｌ₃に接する。さらに、図６と図７に示すように、交点Ｘより外周側においては、コイル３１を形成する導線３１１の最上段の部分（以下、この部分を『導線３１１ｂ』と記す）の外周面は、第１辺Ｌ₁に接する。なお、図６と図７では、インシュレータ３２を用いる構成を示すが、インシュレータ３２を用いない構成も同様である。
このように、インシュレータ３２を用いる構成においては、最上段の内周側端の導線３１１ａの外周面が第２辺Ｌ₂に接し、最上段の交点Ｘよりも外周側に位置する導線３１１ｂの外周面が第１辺Ｌ₁に接するように巻き回される。また、インシュレータ３２を用いない構成においては、最上段の内周側端の導線３１１ａの外周面が第２辺Ｌ₂および第３辺Ｌ₃に接し、最上段の交点Ｘよりも外周側に位置する導線３１１ｂの外周面が第１辺Ｌ₁に接するように巻き回される。これらのような構成であると、インシュレータ３２を用いる場合と用いない場合のそれぞれにおいて、導線３１１の巻数を最多にできる。したがって、このような態様で導線３１１が巻き回されてコイルが形成されると、占積率を高くできる。

導線３１１をこのような態様に巻き回すことができるか否かを判定するため、まず、図４〜図７に示すように、内周側端における導線３１１の積層高さＡ₂と、交点Ｘより外周側における導線３１１の積層高さＢ₂とを算出する。これらの積層高さＡ₂，Ｂ₂は、インシュレータ３２を用いる場合には、導線３１１の断面形状および寸法と、インシュレータ３２の本体部３２１および鍔部３２２の寸法により決まる。インシュレータ３２を用いない場合には、導線３１１の断面形状および寸法により決まる。

図４（ａ）に示すように、導線３１１の断面形状が円形である場合には、内周側端における積層高さＡ₂は、次の数式（３）により算出される。

Ａ₂＝ｔ₂＋０．５×ｄ₂＋（ｎ−１）×０．５×３^0.5×ｄ₂
＋０．５×ｄ₂／ｃｏｓθ−（ｔ₁＋０．５×ｄ₂）×ｔａｎθ
数式（３）

ここで、
θ：ティース２２の側面２２１と第２辺Ｌ₂とのなす角
ｄ₂：導線３１１の断面の直径
ｔ₁：インシュレータ３２の鍔部３２２の厚さ
ｔ₂：インシュレータ３２の本体部３２１の厚さ
ｎ：内周側端における導線３１１の段数
である。なお、ティース２２の側面２２１と第２辺Ｌ₂とのなす角は、円周方向に隣り合うティース２２の側面２２１どうしのなす角θと等しく、 θ＝（３６０／Ｐ−２×θ”）／２ で算出される。

図４（ｂ）に示すように、導線３１１の断面形状が四辺形である場合には、内周側端における積層高さＡ₂は、次の数式（４）により算出される。

Ａ₂＝ｔ₂＋ｎ×ｈ−ｔ₁×ｔａｎθ 数式（４）

ここで、
ｈ：導線３１１の断面の高さ
である。θ、ｔ₁、ｔ₂、ｎは、数式（３）と同じである。

図５（ａ）に示すように、導線３１１の断面形状が正六角形である場合には、内周側端における積層高さＡ₂は、次の数式（５）または数式（６）により算出される。

θ＜３０°の場合
Ａ₂＝ｔ₂＋０．７５×ｈ×ｎ＋０．２５×ｈ−（ｔ₁＋０．５×ｂ）×ｔａｎθ
数式（５）
θ≧３０°の場合
Ａ₂＝ｔ₂＋０．７５×ｈ×ｎ−ｔ₁×ｔａｎθ 数式（６）

ここで、
ｈ：導線３１１の断面の高さ
ｂ：導線３１１の断面の幅
である。θ、ｔ₁、ｔ₂、ｎは、数式（３）と同じである。

図５（ｂ）に示すように、導線３１１の断面形状が楕円である場合には、内周側端における積層高さＡ₂は、次の数式（７）により算出される。

Ａ₂＝ｔ₂＋０．５×ｇ＋（ｎ−１）×０．５×３^0.5×ｆ
＋（（０．５×ｆ×ｔａｎθ）²＋（０．５×ｇ）²）^0.5
−（ｔ₁＋０．５×ｆ）×ｔａｎθ
数式（７）

ここで、
ｆ ：導線３１１の断面の幅（長軸長さ）
ｇ ：導線３１１の断面の高さ（短軸長さ）
である。θ、ｔ₁、ｔ₂、ｎは、数式（３）と同じである。

図６（ａ）に示すように、導線３１１の断面形状が円形である場合には、交点Ｘより外周側における積層高さＢ₂は、次の数式（８）で算出される。

Ｂ₂＝ｔ₃＋ｄ₂＋０．５×３^0.5×（ｍ−１）×ｄ₂ 数式（８）

ここで、
ｄ₂：導線３１１の断面の直径
ｔ₃：インシュレータ３２の本体部３２１の厚さ
ｍ：交点Ｘより外周側における導線３１１の段数
である。

図６（ｂ）に示すように、導線３１１の断面形状が四辺形である場合には、交点Ｘより外周側における積層高さＢ₂は、次の数式（９）で算出される。

Ｂ₂＝ｔ₃＋ｈ×ｍ 数式（９）

ここで、
ｈ：導線３１１の断面の高さ
である。ｔ₃、ｍは、数式（８）と同じである。

図７（ａ）に示すように、導線３１１の断面形状が六角形である場合には、交点Ｘより外周側における積層高さＢ₂は、次の数式（１０）で算出される。

Ｂ₂＝ｔ₃＋０．７５×ｈ×ｍ＋０．２５×ｈ 数式（１０）

ここで、
ｈ：導線３１１の断面の高さ
である。ｔ₃、ｍは、数式（８）と同じである。

図７（ｂ）に示すように、導線３１１の断面形状が楕円形である場合には、交点Ｘより外周側における積層高さＢ₂は、次の数式（１１）で算出される。

Ｂ₂＝ｔ₃＋ｇ＋０．５×３^0.5×（ｍ−１）×ｆ 数式（１１）

ここで、
ｆ ：導線３１１の断面の幅（長軸長さ）
ｇ ：導線３１１の断面の高さ（短軸長さ）
である。ｔ₃、ｍは、数式（８）と同じである。

なお、インシュレータ３２を用いない構成の場合には、前記各数式（３）〜（１１）においてｔ₁、ｔ₂、ｔ₃に数値０を代入すればよい。また、絶縁紙を用いる構成においては、ｔ₁、ｔ₂、ｔ₃に絶縁紙の厚さを代入すればよい。

次いで、巻線挿入領域Ｓの高さＡ₁と距離Ｂ₁と、算出した積層高さＡ₂，Ｂ₂とが、次の数式（１２）（１３）を充足するか否かを判定する。

Ａ₁＝Ａ₂ 数式（１２）
Ｂ₁＝Ｂ₂ 数式（１３）

数式（１２）（１３）の両方を充足する場合には、前述の所定の態様になるように導線３１１を巻き回すことができる。そして、これらの関係を充足する場合には、充足しない場合に比較して、占積率を高くできる。

数式（１２）（１３）の少なくとも一方を充足しない場合には、次の（ａ）〜（ｃ）の何れか、または全部を実行する。
（ａ）巻線挿入領域Ｓの第３辺Ｌ₃の長さＡ₁を前述の範囲内で変更するとともに、変更した第３辺Ｌ₃の長さＡ₁を用いて第１辺Ｌ₁と第４辺Ｌ₄との距離Ｂ₁を再計算する。
（ｂ）導線３１１の断面形状および寸法、段数を変更し、変更した断面形状および寸法、段数を用いて、積層高さＡ₂，Ｂ₂を再計算する。
（ｃ）インシュレータ３２の本体部３２１の厚さｔ₂，ｔ₃と鍔部３２２の厚さｔ₁のいずれかまたは全部を変更し、積層高さＡ₂，Ｂ₂を再計算する。
そして、変更した数値や再計算した数値を用いて、再び、数式（１２）（１３）の両方を充足するか否かを判定する。このような変更や再計算を、数式（１２）（１３）の両方を充足するまで行う。

数式（１２）（１３）の両方を充足した場合には、導線３１１の断面形状および寸法と、内周側端における導線３１１の段数と、交点Ｘより外周側における導線３１１の段数が決まる。そこで次に、内周側端と交点Ｘとの間の範囲について、導線３１１が巻線挿入領域Ｓに収まるような巻き回し構成を決定する。すなわち、コイル３１の第ｎ段から第ｍ段の間における導線３１１の巻数と位置を、導線３１１が第２辺Ｌ₂からはみ出さないように決定する。これにより、コイル３１の設計が終了する。

さらに、インシュレータ３２を用いる構成の場合には、インシュレータ３２の鍔部３２２が、半径方向の中心側端の導線３１１を支持できるように設計する。図８（ａ）は、インシュレータ３２の鍔部３２２の構成を模式的に示す断面図である。図８（ｂ）は、比較例の構成を示す。
図８（ｂ）の比較例に示すように、鍔部３２２の先端面（円周方向の端面）が第４辺Ｌ₄に平行であると、導線３１１のうち、最上段の内周端側に位置する導線３１１ａが鍔部３２２に支持されないことがある。そうすると、ここから導線３１１が巻き崩れるおそれがある。そこで、図８（ａ）に示すように、鍔部３２２の先端面を、第２辺Ｌ₂と一致させる。すなわち、鍔部３２２を、外周側に向かうにしたがって幅（円周方向寸法）が大きくなるように形成する。このような構成であると、インシュレータ３２の鍔部３２２は、最上段の内周側端に位置する導線３１１ａに係止する。このため、最上段の内周側端に位置する導線３１１ａを支持できる。

次に、上述のように設計されたコイル３１の製造方法について説明する。図９（ａ）（ｂ）は、コイル３１の製造方法を模式的に示す図である。図９（ａ）（ｂ）中の矢印は、導線３１１を巻いていく順序を模式的に示す。
図９（ａ）に示すように、内周側端における導線３１１の段数ｎが奇数である場合には、外周側端を起点として導線３１１の巻き回しを開始する。一方、図９（ｂ）に示すように、内周側端における導線３１１の段数ｎが偶数である場合には、内周側端を起点として導線３１１の巻き回しを開始する。このような構成であれば、インシュレータ３２を用いる場合には、最上段の内周側端に位置する導線３１１ａの外周面が、第２辺Ｌ₂に接する。インシュレータ３２を用いない場合には、最上段の内周側端に位置する導線３１１ａの外周面が、第２辺Ｌ₂および第３辺Ｌ₃に接する。なお、図９（ａ）（ｂ）においては、導線３１１の断面形状が円形である構成を示したが、導線３１１の断面形状が六角形または楕円形であっても同様である。
また、導線３１１を巻き回す際に、導線３１１の巻き崩れが生じないように、最下段の導線３１１は、樹脂などによって互いに接合される構成であってもよい。さらに、インシュレータ３２の本体部３２１の外周面に、導線３１１の巻き崩れを防止する（または位置決めする）ための凹凸が、導線３１１の幅と同じピッチで形成される構成であってもよい。

本発明の実施形態によれば、バックヨーク２３側のスペースを有効利用でき、巻数の増加による占積率の向上を図ることができる。このため、モータ１の小型化を図ることができる。また、ステータ２を後嵌め工法により製造できるから、コストダウンを図ることができる。したがって、モータ１の小型化とコストダウンの両立を図ることができる。
特に、本発明の実施形態によれば、分割コアを用いることなく、巻数の増加を図ることができる。すなわち、リラクタンスモータに分割コアを適用すると、ステータコアの分割箇所における損失が大きくなる。これに対して、本発明の実施形態によれば、分割コアを用いなくてもよい構成であるから、損失を防止しつつ、巻数の増加を図ることができる。

また、本発明の実施形態によれば、後嵌め工法により製造するステータ２において、導線３１１を巻き回すことができる最大の領域と、その最大の領域に巻き回すことができる導線の巻数の最大値を決定できる。したがって、占積率を高くしてモータの性能の向上を図ることができる。
さらに、たとえば導線３１１の断面形状および寸法をあらかじめ決定した場合に、どれだけの巻数を確保できるかを確認することができる。したがって、設計したモータ１が所望の要求仕様を充足するか否かを確認することができる。また、巻数が要求仕様を充足する場合において、導線３１１の断面積をどれだけ大きくできるかを算出することもできる。

以上、本発明の実施形態および実施例を、図面を参照して詳細に説明したが、前記実施形態および実施例は、本発明の実施にあたっての具体例を示したに過ぎない。本発明の技術的範囲は、前記実施形態および実施例に限定されるものではない。本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれる。

たとえば、前記実施形態においては、モータの例としてＳＲモータを示したが、本発明はＳＲモータに限定されるものではない。ＳＲモータ以外のリラクタンスモータにも適用できる。さらに、本発明はリラクタンスモータに限定されるものではなく、コイルが取り付けられたステータを有するインナロータ型のモータであれば適用できる。

本発明は、モータに有効な技術である。そして、本発明によれば、モータの小型化と導線の巻数の増加との両立を図ることができる。

１：モータ、１０１：ロータ、１０２：回転軸、１０３：ハウジング、２：ステータ、２１：ステータコア、２２：ティース、２２１：ティースの側面、２２２：ティースの内周面、２３：バックヨーク、２３３：バックヨークの内周面、３：ボビン、３１：コイル、３１１：導線、３２：インシュレータ、３２１：インシュレータの本体部、３２２：インシュレータの内周側の鍔部、３２３：インシュレータの外周側の鍔部、Ｓ：巻線挿入領域、Ｌ₁：巻線挿入領域の第１辺、Ｌ₂：巻線挿入領域の第２辺、Ｌ₃：巻線挿入領域の第３辺、Ｌ₄：巻線挿入領域の第４辺、Ｌ₅：巻線挿入領域の第５辺

Claims (5)

1. 円周方向に配列される複数のティースを有し前記ティースどうしの間にスロットが設けられるステータコアと、前記ティースに取付けられるコイルとを有するモータであって、
   前記ステータコアの軸線方向視において、前記コイルは、
   前記ティースの側面と、
   前記ステータコアのバックヨークの内周面と、
   前記ティースの側面に所定の距離をおいて平行な第１の直線と、
   前記第１の直線と前記スロットの中心線上で交差し、前記ティースに隣接する他のティースの前記第１の直線の延長線に一致する第２の直線と、
   前記ティースの側面に直角で前記ティースの内周面の円周方向端を通過する第３の直線と、
   に囲まれる略五角形の領域に収まるように導線が巻き回されていることを特徴とするモータ。
2. 前記ステータコアの軸線方向視において、前記コイルに含まれる最上段で前記ステータコアの内周側端に位置する導線の外周面は、前記第２の直線に接していることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
3. 前記ステータコアの軸線方向視において、前記コイルに含まれる最上段で前記ステータコアの内周側端に位置する導線の外周面は、前記第３の直線に接していることを特徴とする請求項２に記載のモータ。
4. 前記ティースと前記コイルとの間に介在するインシュレータをさらに有し、
   前記インシュレータには、前記導線の前記第２の直線に接している部分に係止する鍔部が設けられることを特徴とする請求項２に記載のモータ。
5. 前記ステータコアの軸線方向視において、前記コイルに含まれる最上段で前記第１の直線と前記第２の直線との交点よりも外周側に位置する導線の外周面は、前記第１の直線に接していることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のモータ。

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