JP2017127184A - motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はモータに関し、特にステータの内側と外側とにロータを備えるモータに関する。 The present invention relates to a motor, and more particularly to a motor provided with a rotor inside and outside a stator.
従来から、ステータの内側と外側とにロータを備えるトロイダル方式のモータが提案されている。 Conventionally, a toroidal motor having a rotor on the inside and outside of a stator has been proposed.
図6は、特許文献1に記載された従来のモータの構成を示す。モータは、ステータ100と内側ロータ20と外側ロータ30から構成される。
FIG. 6 shows a configuration of a conventional motor described in
ステータ100は、ステータヨーク14と、ステータヨーク14に設けられた外側ティース12と内側ティース13とからなり、ステータヨーク14には3相コイル15が施されている。コイル15はスターないしはデルタ結線されている。
The
内側ロータ20は、ステータ100の内側に回転自在に保持され、ロータヨーク21と永久磁石22からなる。また、外側ロータ30は、ステータ100の外側に回転自在に保持され、ロータヨーク31と永久磁石32からなる。内側ロータ20及び外側ロータ30は、コイル15に流れる電流による磁界によって回転する。図4は、ロータヨーク21及びロータヨーク31の表面に永久磁石22及び永久磁石32をそれぞれ設けた、表面磁石型ロータを示している。
The
ステータヨーク14から外周方向に突出した外側ティース12と、外側ティース12と同数でステータヨーク14から内周方向に突出した内側ティース13の間には、コイルを挿入するためにそれぞれ外側スロット16及び内側スロット17が設けられており、外側スロット16と内側スロット17の面積を等しく設定している。
Between the
上記従来技術では、外側スロット16と内側スロット17の面積を等しく設定することで、コイルが整列巻され、占積率を向上させて銅損を低減できるとしている。
In the above prior art, by setting the areas of the
しかしながら、内側ロータ20と外側ロータ30とでは1極対当たりの周長が異なり、外側ロータ30側が長く、内側ロータ20側が短い。このため、内側と外側で同じ起磁力を設定すると、外側では単位周長当たりの起磁力が内側よりも小さくなるので、内側と外側とでコアの飽和状況が異なるものとなり、かかる飽和の相違がモータの更なる小型化の阻害要因となる。
However, the
図7は、図6に示されたモータにおける、外側スロット16及び内側スロット17に設けられたコイル50を模式的に示す。コイル50は、略環状のステータ100のヨークに3相スターもしくはデルタ状に結線されたトロイダル巻線である。内側と外側でコイル本数及びコイル径は同一であり、電流も同じである。外側の周長は内側よりも長いため、単位周長当たりの電流量も外側ほど内側に比べて小さくなる。
FIG. 7 schematically shows the
なお、内側において磁気飽和させないようにコイル本数を少なく設定することも考えられるが、この場合には外側において磁束が不足してしまう。 Although it is conceivable to set the number of coils small so as not to cause magnetic saturation on the inner side, in this case, the magnetic flux is insufficient on the outer side.
本発明の目的は、環状ステータの内径側及び外径側にロータを備えるモータにおいて、内径側と外径側における磁気飽和の相違を抑制することにある。 An object of the present invention is to suppress a difference in magnetic saturation between an inner diameter side and an outer diameter side in a motor including rotors on an inner diameter side and an outer diameter side of an annular stator.
本発明のモータは、内径側に突出した内側ティース及び外径側に突出した外側ティースを備える環状ステータと、環状ステータの内径側に対向する内側ロータと、環状ステータの外径側に対向する外側ロータと、内側ティース間の内側スロット及び外側ティース間の外側スロットに配置されるトロイダル巻の複数相の第1コイルと、外側スロットに配置され、複数相のそれぞれについて、同じ外側スロットに配置される第1コイルと同一タイミングかつ同一方向の電流が通電される複数相の第2コイルとを備える。 The motor according to the present invention includes an annular stator having an inner tooth projecting toward the inner diameter side and an outer tooth projecting toward the outer diameter side, an inner rotor facing the inner diameter side of the annular stator, and an outer surface facing the outer diameter side of the annular stator. A rotor, a toroidal-wound multi-phase first coil disposed in an inner slot between the inner teeth and an outer slot between the outer teeth, and an outer slot, each of the plurality of phases being disposed in the same outer slot A second coil having a plurality of phases through which currents in the same timing and direction as the first coil are supplied.
また、本発明のモータは、内径側に突出した内側ティース及び外径側に突出した外側ティースを備える環状ステータと、環状ステータの内径側に対向する内側ロータと、環状ステータの外径側に対向する外側ロータと、内側ティース間の内側スロット及び外側ティース間の外側スロットに配置されるトロイダル巻の3相の第1コイルと、外側スロットに配置され、3相のそれぞれについて、同じ外側スロットに配置される第1コイルと同一タイミングかつ同一方向の電流が通電される3相の第2コイルとを備える。 The motor according to the present invention includes an annular stator having an inner tooth projecting toward the inner diameter side and an outer tooth projecting toward the outer diameter side, an inner rotor facing the inner diameter side of the annular stator, and an outer diameter side facing the annular stator. The outer rotor, the inner slot between the inner teeth and the outer coil between the outer teeth, the three-phase first coil of toroidal winding, and the outer slot, and the three phases are arranged in the same outer slot. And a three-phase second coil through which current in the same direction and direction is supplied as the first coil.
本発明の好ましい構成では、外側スロットの内径側に第1コイルが配置され、外側スロットの外径側に第2コイルが配置される。 In a preferred configuration of the present invention, the first coil is disposed on the inner diameter side of the outer slot, and the second coil is disposed on the outer diameter side of the outer slot.
本発明の他の好ましい構成では、第2コイルは分布巻あるいは集中巻のコイルである。 In another preferred configuration of the invention, the second coil is a distributed or concentrated winding coil.
本発明のさらに他の好ましい構成では、内側ティースと外側ティースの断面形状は長方形であり、かつ同一の幅を有する。 In still another preferred configuration of the present invention, the cross-sectional shapes of the inner teeth and the outer teeth are rectangular and have the same width.
本発明のさらに他の好ましい構成では、外側スロットが内径側の第1スロット部と外径側の第2スロット部とを有し、第1スロット部と内側スロットとは周方向における長さが同じであり、第2スロット部の周方向における長さは第1スロット部の周方向における長さより大きく、内側スロットと第1スロット部とには第1コイルが配置され、第2スロット部には第2コイルが配置され、かつ第2コイルは分布巻のコイルである。 In still another preferred configuration of the present invention, the outer slot has a first slot portion on the inner diameter side and a second slot portion on the outer diameter side, and the first slot portion and the inner slot have the same length in the circumferential direction. The length of the second slot portion in the circumferential direction is larger than the length of the first slot portion in the circumferential direction, the first coil is disposed in the inner slot and the first slot portion, and the second slot portion is in the second slot portion. Two coils are arranged, and the second coil is a distributed winding coil.
本発明のさらに他の好ましい構成では、第1スロット部と内側スロットとは、軸方向一方側から見た場合に周方向の中央を通る半径方向における周方向の両側面の長さが同じである。 In still another preferred configuration of the present invention, the first slot portion and the inner slot have the same length on both side surfaces in the radial direction passing through the center in the circumferential direction when viewed from one axial side. .
本発明のさらに他の好ましい構成では、第1コイルは、断面形状が矩形である平角線により形成される。 In still another preferred configuration of the present invention, the first coil is formed by a rectangular wire having a rectangular cross-sectional shape.
本発明によれば、環状ステータの内径側及び外径側にロータを備えるモータにおいて、内径側と外径側における磁気飽和の相違を抑制することができ、より詳しくは、内径側と外径側における周長当たりのコイル電流量の相違を抑制することができる。本発明によれば、コア体積当たりのトルク、すなわち(トルク)/(コア体積)を増大させることができる。 According to the present invention, in a motor provided with a rotor on the inner diameter side and the outer diameter side of the annular stator, the difference in magnetic saturation between the inner diameter side and the outer diameter side can be suppressed. The difference in the amount of coil current per circumference can be suppressed. According to the present invention, the torque per core volume, that is, (torque) / (core volume) can be increased.
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<基本原理>
まず、本実施形態の基本原理について説明する。
<Basic principle>
First, the basic principle of this embodiment will be described.
本実施形態のモータの前提となる構成は、内径側に突出した内側ティース及び外径側に突出した外側ティースを備える環状ステータと、当該環状ステータの内径側に内側ロータと、外径側に外側ロータとを備えたモータである。 The precondition of the motor of the present embodiment is an annular stator having an inner tooth projecting to the inner diameter side and an outer tooth projecting to the outer diameter side, an inner rotor on the inner diameter side of the annular stator, and an outer side on the outer diameter side. A motor including a rotor.
かかる構成のモータでは、内側ティースの間の内側スロットと、外側ティースの間の外側スロットにトロイダル巻のコイルが配置されるが、当然ながら内径側の周長の方が外径側の周長よりも短い。このため、当該コイルに通電すると内径側の周長当たりの電流量が外径側の周長当たりの電流量よりも大きくなり、内径側の磁束密度が外径側よりも大きくなる。この点を考慮し、内径側における磁気飽和を抑制すべく、トロイダル巻のコイル本数を低減すると、この場合には内径側では磁気飽和は抑制されるものの、外径側では磁束が不足し、トルク不足を招く。 In the motor having such a configuration, the toroidal coil is disposed in the inner slot between the inner teeth and the outer slot between the outer teeth. Of course, the inner circumference side is longer than the outer circumference side circumference. Also short. For this reason, when the coil is energized, the current amount per circumference on the inner diameter side becomes larger than the current amount per circumference on the outer diameter side, and the magnetic flux density on the inner diameter side becomes larger than that on the outer diameter side. Considering this point, if the number of toroidal winding coils is reduced in order to suppress magnetic saturation on the inner diameter side, in this case, although magnetic saturation is suppressed on the inner diameter side, there is insufficient magnetic flux on the outer diameter side, and torque It leads to shortage.
そこで、本実施形態では、トロイダル巻のコイルが配置される内側スロットと外側スロットのうち特に外側スロットに着目し、外側スロットにさらに補助的なコイルを付加して外径側の磁束不足を補うようにしたものである。トロイダル巻のコイルを第1コイル、付加されるコイルを第2コイルとすると、内側スロットには第1コイルが配置されるものの、外側スロットには第1コイルと第2コイルが配置されることになる。例えば、第1コイル及び第2コイルがそれぞれ3相のコイルである場合において、3相の第2コイルのそれぞれには同じ相で同じ外側スロットに配置される第1コイルと同一タイミングで通電され、かつ、その第1コイルと同じ方向に通電される。これにより、外径側の磁気回路のみに内径側よりも多くの磁束が生じ、内径側の磁気飽和を抑制しつつ、外径側においても十分な磁束を生じさせ、トルク不足が防止される。第1コイルはトロイダル巻であるが、第2コイルは例えば複数の外側スロットに分布して配置される分布巻とすることができる。また、第1コイル及び第2コイルがそれぞれ3相以外の複数相の第1コイル及び複数相の第2コイルである構成としてもよい。この場合において、複数相の第2コイルのそれぞれには同じ相で同じ外側スロットに配置される第1コイルと同一タイミングで通電され、かつ、その第1コイルと同じ方向に通電される構成としてもよい。 Therefore, in the present embodiment, focusing on the outer slot among the inner slot and the outer slot in which the toroidal coil is disposed, an auxiliary coil is added to the outer slot to compensate for the shortage of the magnetic flux on the outer diameter side. It is a thing. When the toroidal coil is the first coil and the added coil is the second coil, the first coil is arranged in the inner slot, but the first coil and the second coil are arranged in the outer slot. Become. For example, when each of the first coil and the second coil is a three-phase coil, each of the three-phase second coils is energized at the same timing as the first coil arranged in the same outer slot in the same phase, And it supplies with electricity in the same direction as the 1st coil. Thereby, more magnetic flux than the inner diameter side is generated only in the magnetic circuit on the outer diameter side, and sufficient magnetic flux is generated on the outer diameter side while suppressing magnetic saturation on the inner diameter side, thereby preventing torque shortage. The first coil is a toroidal winding, but the second coil may be a distributed winding arranged in a plurality of outer slots, for example. Further, the first coil and the second coil may be a first coil of a plurality of phases other than three phases and a second coil of a plurality of phases, respectively. In this case, each of the second coils of the plurality of phases may be energized at the same timing as the first coil arranged in the same outer slot in the same phase and energized in the same direction as the first coil. Good.
ここで、トルクと半径方向電磁力を1つの電磁機械で発生させるベアリングレスモータにおいて、トルクと半径方向電磁力(磁気浮上)をそれぞれ目的としてトロイダル巻のコイルと分布巻のコイルを併用することは知られている。本実施形態では、内側ロータと外側ロータを備えたモータにおいて、内径側と外径側での磁気飽和の相違を抑制し、内径側と外径側での磁束密度の均一化を図るべく複数のコイルを併用している点に留意されたい。なお、内径側と外径側での磁束密度は、第2コイルがない構成に比べて均一に近づけられる構成であれば、厳密に均一化されていない構成であってもよい。 Here, in a bearingless motor that generates torque and radial electromagnetic force with a single electromagnetic machine, it is possible to use a toroidal coil and a distributed coil together for the purpose of torque and radial electromagnetic force (magnetic levitation), respectively. Are known. In the present embodiment, in a motor including an inner rotor and an outer rotor, a plurality of magnetic flux densities on the inner diameter side and the outer diameter side are made uniform by suppressing the difference in magnetic saturation between the inner diameter side and the outer diameter side. Please note that the coil is used together. Note that the magnetic flux density on the inner diameter side and the outer diameter side may be a configuration that is not strictly uniform as long as it is a configuration that can be made uniform compared to a configuration without the second coil.
<構成>
次に、本実施形態の具体的構成について説明する。
<Configuration>
Next, a specific configuration of the present embodiment will be described.
図1は、本実施形態におけるモータのコイル構造を示す。本実施形態のモータの全体構成は、図4に示された従来のモータと略同一構成である。すなわち、モータは、環状ステータ10と、内側ロータ20と、外側ロータ30から構成される。
FIG. 1 shows a coil structure of a motor in this embodiment. The overall configuration of the motor of the present embodiment is substantially the same as that of the conventional motor shown in FIG. That is, the motor includes the
環状ステータ10は、ステータヨーク14と、ステータヨーク14に設けられた外側ティース12と内側ティース13とからなり、ステータヨーク14には3相コイルが施されている。3相コイルは、以下に示すトロイダル巻のコイル50であり、スターないしはデルタ結線されている。
The
内側ロータ20は、ステータ10の内側に回転自在に保持され、ロータヨーク21と永久磁石22からなる。また、外側ロータ30は、ステータ10の外側に回転自在に保持され、ロータヨーク31と永久磁石32からなる。内側ロータ20及び外側ロータ30は、コイル50に流れる電流による磁界によって回転する。ロータヨーク21及び31の表面には、永久磁石22及び32がそれぞれ設けられている。
The
ステータヨーク14から外周方向に突出した外側ティース12と、外側ティース12と同数でステータヨーク14から内周方向に突出した内側ティース13の間には、コイルを挿入するためにそれぞれ外側スロット16及び内側スロット17が設けられている。
Between the
従来のモータでは、外側スロット16及び内側スロット17には、トロイダル巻のコイル(第1コイル)50が配置されているのみである。一方、本実施形態では、内側スロット17には従来と同様にトロイダル巻のコイル50が配置されるものの、外側スロット16にはトロイダル巻のコイル50に加え、その外径側にさらに分布巻のコイル(第2コイル)60が配置される。
In the conventional motor, only the toroidal coil (first coil) 50 is disposed in the
すなわち、外側スロット16は、トロイダル巻のコイル50と分布巻のコイル60の2種類のコイルを備える。外側スロット16の内径側にトロイダル巻のコイル50、外径側に分布巻のコイル60が配置されるといえる。
That is, the
分布巻のコイル60は、一つのスロットに集中して配置されるのではなく、複数のスロットに分布して配置されるコイルであり、それぞれの間はコイルエンドを介して分布巻にて接続される。分布巻のコイル60には、トロイダル巻のコイル50と同じタイミングで、かつ、トロイダル巻のコイル50に流れる電流と同方向の電流が流れるように、半径方向に渡るコイルエンドで接続される。
The distributed-winding
例えば、図1ではコイル50とコイル60とを異なる種類のハッチングで模式的に示している。図1でコイル50とコイル60との電流の向きについて詳述すると、外側スロット16のコイル50の電流が紙面の手前側から紙面の奥側へと向かう方向であり、内側スロット17のコイル50の電流が紙面の奥側から紙面の手前側へと向かう方向であるとする。このとき、当該外側スロット16のコイル60の電流も紙面の手前側から紙面の奥側へと向かう方向に通電する。
For example, in FIG. 1, the
図2は、本実施形態におけるコイル構造の磁束の流れを従来のコイル構造と対比して模式的に示す。図2(a)は図7に示す従来のステータ100におけるコイル構造の磁束の流れであり、図2(b)は本実施形態のステータ10におけるコイル構造の磁束の流れである。
FIG. 2 schematically shows the flow of magnetic flux of the coil structure in this embodiment in comparison with the conventional coil structure. FIG. 2A shows the flow of magnetic flux in the coil structure in the
従来のコイル構造では、外側スロット16及び内側スロット17にトロイダル巻のコイル50が配置されているのみであり、コイル50に通電すると図2(a)の実線で示す磁束のみが生じる。他方、本実施形態のコイル構造では、外側スロット16にトロイダル巻のコイル50に加え、分布巻のコイル60が配置されている。これにより、コイル50及びコイル60に通電することで図2(b)の実線及び破線で示すような磁束が生じ、外周側の磁気回路のみに多くの磁束を発生させることができる。図2(b)において、破線で示す磁束がコイル60の通電により新たに生じた磁束を示す。
In the conventional coil structure, only the
このように、本実施形態では、コイル60により外周側の磁気回路のみに多くの磁束を発生させることが可能である。従って、周長が短い内周側ティースでの磁気飽和を抑制できるとともに、周長が長い外周側ティースでの磁束密度を向上させ、トルクを増大させることができる。
As described above, in this embodiment, it is possible to generate a large amount of magnetic flux only in the magnetic circuit on the outer peripheral side by the
既述したように、従来のコイル構造において、単に内側において磁気飽和させないようにトロイダル巻のコイル50の本数を少なく設定すると、外側において磁束が逆に不足してしまう。これについて、本実施形態では、外側スロット16の外径側に配置した分布巻のコイル60によって外側の磁束不足分を補償する。
As described above, in the conventional coil structure, if the number of the
<周長当たりの電流量>
図3は、本実施形態におけるコイル構造の、(外ロータ側の周長当たりの電流量)/(内ロータ側の周長当たりの電流量)を従来のコイル構造と対比してグラフとして示す。図において、横軸は(ステータ最外径部半径/ステータ最内径部半径)であり、値が増大する程外周側であることを示す。縦軸は(外ロータ側の周長当たりの電流量)/(内ロータ側の周長当たりの電流量)であり、実線150は本実施形態のコイル構造、実線200は従来のコイル構造を示す。
<Amount of current per circumference>
FIG. 3 is a graph showing (current amount per circumferential length on the outer rotor side) / (current amount per circumferential length on the inner rotor side) of the coil structure in the present embodiment in comparison with the conventional coil structure. In the figure, the horizontal axis is (stator outermost diameter radius / stator outermost diameter radius), and indicates that the value increases as the value increases. The vertical axis represents (current amount per circumference on the outer rotor side) / (current amount per circumference on the inner rotor side), the
従来のコイル構造では、実線200で示すように外周側の周長が内周側の周長よりも長いので、内周と外周で同じ電流量を流すと単位周長当たりの電流量が外周にいくに従って単調減少してしまう。一方、本実施形態では、コイル60により外周側の電流量を増大させているので、実線150で示すように、単位周長当たりの電流量を内周と外周でほぼ同一に維持することができる。
In the conventional coil structure, as shown by the
なお、本願の発明者等は、外側スロット16のコイル50と内側スロット17のコイル50の断面積を同一とし、同じ電流量を通電した場合の磁束密度をコンピュータシミュレーションで解析した。この結果、外周の磁束密度が内周の磁束密度よりも有意に低いことを確認するとともに、本実施形態のように外側スロット16の外径側にコイル60を追加配置した場合に、外周の磁束密度が増大し内周の磁束密度とほぼ同レベルまで増大していることを確認している。
The inventors of the present application analyzed the magnetic flux density by computer simulation when the
以上のように、本実施形態によれば、トロイダル巻のコイル50に加えて分布巻のコイル60を外側スロット16に配置する構成としたので、内周と外周の電流配分を変化させて外周側により多くの電流を通電することができる。この結果として内周側での磁束飽和を抑制しつつ外周側での磁束不足を防止することができる。
As described above, according to the present embodiment, since the distributed winding
また、一般に、分布巻のコイルでは複数のコイルが交差するためコイルエンドが軸方向に大きくなる。本実施形態では、トロイダル巻のコイル50と分布巻のコイル60を組み合わせ、分布巻のコイル60をトロイダル巻のコイル50の補助的なコイルとして外側スロット16の外径側のみに分布巻のコイル60を配置している。これにより、分布巻のコイル60の量を低減し、コイルエンドの増大を最小限に抑制し得る。すなわち、本実施形態により、コイルエンドの小型化を図るとともに、内外ロータの電磁力配分の最適化を図り、従来のモータに比べて(トルク)/(コア体積)を増大させることができる。
In general, in a distributed winding coil, since a plurality of coils intersect, the coil end becomes larger in the axial direction. In this embodiment, the toroidal winding
また、本実施形態では、コイル60により外周側の磁束を増加させているが、内周及び外周のギャップ部の周長の比に合わせて電流が流れるようにコイル60の量を調整することで内周と外周の磁束密度を正確に同一としてもよい。また、ロータは表面磁石型(SPM)ではなく埋込磁石型(IPM)でもよい。
Further, in this embodiment, the magnetic flux on the outer peripheral side is increased by the
さらに、本実施形態において、外側ティース12と内側ティース13の断面形状を長方形とし、かつ、同じ幅を有するように設定してもよい。これにより、外側ティースと内側ティースの磁気飽和を一定とすることができる。
Furthermore, in this embodiment, you may set so that the cross-sectional shape of the
次に、実施形態の別例の構成を説明する。図4は、実施形態の別例のモータのステータ10におけるコイル構成図である。図5は、図4の構成において、ステータ10の内側スロット17及び外側スロット16に配置される第1コイルの配置例を示している図4のA部拡大相当図である。
Next, a configuration of another example of the embodiment will be described. FIG. 4 is a coil configuration diagram of the
図4、図5に示す構成では、図1、図2(b)に示した構成に対し、ステータ10において内側スロット17及び外側スロット16の形状が変更されている。具体的には、外側スロット16において、ステータ10の軸方向に対し直交する平面についての断面形状は、外径側の幅が広いT字形である。一方、内側スロット17は、ステータ10の軸方向に対し直交する平面についての断面形状が矩形状である。より具体的には、外側スロット16は、内径側に形成される断面矩形状の第1スロット部18(図5)と、第1スロット部18から連続してその外径側に形成される断面矩形状の第2スロット部19(図5)とを有する。第2スロット部19の周方向における長さL19は、第1スロット部18の周方向における長さL18より大きい。なお、「周方向」は、ステータ10の周方向を意味する。第1スロット部18の周方向における中央位置O1と、第2スロット部19の周方向における中央位置O2とは、ステータ10の周方向について一致している。
In the configuration shown in FIGS. 4 and 5, the shape of the
また、複数の内側スロット17のそれぞれは、対応する外側スロット16と周方向における中央位置が周方向について一致するように、対応する外側スロット16の内径側に離れて配置される。外側スロット16の第1スロット部18と内側スロット17とは、略同じ形状の矩形状である。具体的には、第1スロット部18と内側スロット17とは、周方向における長さL18,L17が同じである。また、第1スロット部18と内側スロット17とは、図5のようにステータ10の軸方向一方側から見た場合に周方向中央O1,O2を通る半径方向における周方向両側面の長さD18、D17が同じである。なお、「半径方向」は、ステータ10の半径方向を意味する。第1スロット部18と内側スロット17との周方向両側面は、ステータ10の軸方向一方側から見た場合にそれぞれ上記の半径方向と平行な平面である。
Further, each of the plurality of
そして、内側スロット17と第1スロット部18とにはトロイダル巻のコイル(第1コイル)50aが配置される。図5に示すように、このコイル50aは、断面形状が長方形等の矩形である平角線により形成される。図4では、このコイル50aにおいて、内側スロット17に配置される部分と外側スロット16の第1スロット部18に配置される部分とが接続されることを、細長い白地の矩形の接続部によって模式的に示している。実際には、図5に示すように、内側スロット17と第1スロット部18とにはトロイダル巻のコイル50aが、周方向及び半径方向に隣接して並ぶように整列巻きで配置される。
A toroidal coil (first coil) 50 a is disposed in the
また、第1スロット部18の外径側に隣接する第2スロット部19には分布巻のコイル(第2コイル)60a(図4)が配置される。図5では、分布巻のコイルの図示を省略している。
A distributed winding coil (second coil) 60 a (FIG. 4) is disposed in the
上記の構成によれば、内側スロット17と外側スロット16の第1スロット部18とにおいて、周方向長さ及び周方向両側面の半径方向長さがそれぞれ同じであるので、内側スロット17及び外側スロット16におけるコイル50aの占積率を向上できる。特に、トロイダル巻のコイル50aに平角線を用いているので、内側スロット17及び外側スロット16におけるコイル50aの占積率をさらに向上できる。これにより、モータの小型化を図りやすい。さらに、分布巻のコイル60aにおいて、外側スロット16の外径側に配置される部分の周方向長さを大きくできることで、この部分の半径方向長さの増大を抑制しつつ、外側ロータ側での起磁力が不足することを抑制または防止できる。
According to the above configuration, the
一方、図1、図2(b)に示した構成の場合でもトロイダル巻のコイル50に平角線を用いることもできるが、この場合には占積率向上の面から改良の余地がある。例えば、図1、図2(b)の構成でトロイダル巻のコイル50に平角線を用いた場合において、内側スロット17及び外側スロット16のそれぞれでこのコイル50が占める部分の形状を、周方向長さが同じ矩形とする。このとき、トロイダル巻のコイル50を短い距離で巻きやすくなる。一方、図1、図2(b)の構成では、内側スロット17に比べて外側スロット16で周方向長さが大きいので、このようなコイル配置とした場合には、外側スロット16の周方向端部に無駄な空間ができる可能性がある。図4、図5の構成によれば、このような点を改良できる。
On the other hand, even in the case of the configuration shown in FIGS. 1 and 2B, a rectangular wire can be used for the
また、図4、図5の構成では、外側スロット16に、コイルエンドの軸方向長さが大きくなりやすい分布巻のコイル60aが配置されるが、外側スロット16にはトロイダル巻のコイル50aも配置される。これにより、外側スロット16に配置される分布巻のコイル60aの構成部分の本数を少なくできるので、コイルエンドの軸方向長さの増大を抑制できる。また、外側スロット16における分布巻のコイルの周方向長さを大きくできるので、外ロータ側の周長当たりの電流量を大きくできる。これにより、ステータの内径側と外径側とでの周長当たりの電流量の差を小さくするか、またはなくすことができる。
4 and 5, a distributed winding
なお、図4、図5に示した構成において、トロイダル巻のコイル50aに断面形状が円形である丸線を用いることもできる。この場合には、コイル50aに平角線を用いる場合に比べて、内側スロット17及び外側スロット16におけるコイル50aの占積率が低くはなるが、内側スロット17と第1スロット部18との周方向長さを異ならせる場合に比べて占積率を高くしやすい。
In the configuration shown in FIGS. 4 and 5, a round wire having a circular cross-sectional shape may be used for the
また、図4、図5の構成の説明では、第1スロット部18及び内側スロット17の周方向両側面の半径方向長さD18,D17が同じである場合を説明したが、この半径方向長さは、第1スロット部18及び内側スロット17で異ならせてもよい。この場合、第1スロット部18及び内側スロット17のうち、半径方向長さが大きい方においてコイル50aが占める占積率が低下する。一方、この場合でも、第1スロット部18及び内側スロット17の周方向の長さが同じであるので、第1スロット部18及び内側スロット17の周方向に、コイル50aの同数のコイル構成部分を並べて配置できる。このため、第1スロット部18及び内側スロット17の周方向長さを異ならせる場合に比べて占積率を高くしやすい。本実施形態において、その他の構成及び作用は、図1及び図2(b)に示した構成の場合と同様である。
In the description of the configuration of FIGS. 4 and 5, the case has been described in which the radial lengths D18 and D17 of both side surfaces in the circumferential direction of the
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明は上記の各実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。 As mentioned above, although each embodiment of this invention was described, this invention is not limited to each said embodiment, A various deformation | transformation is possible.
例えば、上記の各実施形態ではコイルを分布巻としているが、分布巻に代えて集中巻としてもよい。 For example, in each of the above embodiments, the coil is distributed winding, but concentrated winding may be used instead of distributed winding.
10 ステータ、12 外側ティース、13 内側ティース、14 ステータヨーク、15 コイル、16 外側スロット、17 内側スロット、18 第1スロット部、19 第2スロット部、20 内側ロータ、30 外側ロータ、50,50a コイル(トロイダル巻:第1コイル)、60,60a コイル(分布巻:第2コイル)、100 ステータ。 10 Stator, 12 Outer teeth, 13 Inner teeth, 14 Stator yoke, 15 Coil, 16 Outer slot, 17 Inner slot, 18 First slot, 19 Second slot, 20 Inner rotor, 30 Outer rotor, 50, 50a Coil (Toroidal winding: first coil), 60, 60a coil (distributed winding: second coil), 100 stator.
Claims (8)
前記環状ステータの内径側に対向する内側ロータと、
前記環状ステータの外径側に対向する外側ロータと、
前記内側ティース間の内側スロット及び前記外側ティース間の外側スロットに配置されるトロイダル巻の複数相の第1コイルと、
前記外側スロットに配置され、複数相のそれぞれについて、同じ前記外側スロットに配置される前記第1コイルと同一タイミングかつ同一方向の電流が通電される複数相の第2コイルと、
を備えることを特徴とするモータ。 An annular stator having an inner tooth protruding to the inner diameter side and an outer tooth protruding to the outer diameter side;
An inner rotor facing the inner diameter side of the annular stator;
An outer rotor facing the outer diameter side of the annular stator;
A toroidal-wound multi-phase first coil disposed in an inner slot between the inner teeth and an outer slot between the outer teeth;
A second coil of a plurality of phases that is arranged in the outer slot and is supplied with a current in the same timing and in the same direction as the first coil arranged in the same outer slot for each of a plurality of phases;
A motor comprising:
前記環状ステータの内径側に対向する内側ロータと、
前記環状ステータの外径側に対向する外側ロータと、
前記内側ティース間の内側スロット及び前記外側ティース間の外側スロットに配置されるトロイダル巻の3相の第1コイルと、
前記外側スロットに配置され、3相のそれぞれについて、同じ前記外側スロットに配置される前記第1コイルと同一タイミングかつ同一方向の電流が通電される3相の第2コイルと、
を備えることを特徴とするモータ。 An annular stator having an inner tooth protruding to the inner diameter side and an outer tooth protruding to the outer diameter side;
An inner rotor facing the inner diameter side of the annular stator;
An outer rotor facing the outer diameter side of the annular stator;
A toroidal wound three-phase first coil disposed in an inner slot between the inner teeth and an outer slot between the outer teeth;
A three-phase second coil that is arranged in the outer slot and is supplied with current in the same timing and in the same direction as the first coil arranged in the same outer slot for each of the three phases;
A motor comprising:
前記第1スロット部と前記内側スロットとは周方向における長さが同じであり、前記第2スロット部の前記周方向における長さは前記第1スロット部の前記周方向における長さより大きく、
前記内側スロットと前記第1スロット部とには前記第1コイルが配置され、
前記第2スロット部には前記第2コイルが配置され、かつ前記第2コイルは分布巻のコイルであることを特徴とする請求項1に記載のモータ。 The outer slot has a first slot portion on the inner diameter side and a second slot portion on the outer diameter side,
The first slot portion and the inner slot have the same length in the circumferential direction, and the length of the second slot portion in the circumferential direction is larger than the length of the first slot portion in the circumferential direction,
The first coil is disposed in the inner slot and the first slot portion,
The motor according to claim 1, wherein the second coil is disposed in the second slot portion, and the second coil is a distributed winding coil.
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