JP2019526215A - ギヤレスモータ用嵌合巻線 - Google Patents

Abstract

本発明に係るギヤレスモータ用嵌合巻線は、ｎ個の内外径のサイズが異なるコイルの嵌合により構成されており、同位相のコイルは並列または直列接続されており、嵌合コイル数ｎは２以上である。従来技術に比べ、本発明は並列接続されたコイルの間の電位差を効果的に減少できるため、巻線の損失を減少し、モータの高速作動性能を向上させるなどの利点を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、モータ巻線に関し、特にギヤレスモータ用嵌合巻線に関する。

ギヤレス永久磁石モータにおいて、モータの主要部品は固定子鉄心、固定子巻線、回転子磁性鋼および回転子を含み、巻線はギヤレス永久磁石モータのコア部品である。

従来のコアレスモータ（例えば、米国特許文献ＵＳ．４５４３５０７）においては、巻線がエアギャップ磁場に直接露出するため、高速回転の磁場において大きな渦電流損を誘発する。そのため、図１に示すように、コアレス巻線を設計する際には、細い銅線によりコイルを巻き付ける必要がある。このニーズに基き、モータの固定子および回転子の空間を充分に利用するため、複数本の線を撚り合わせる（並列巻き）方法によりコイルを巻き付ける必要がある。しかしながら、従来の重ね巻きの巻線において複数本の線により巻き付けると、並列巻きのコイル同士の間には位相差が生じ、２つのコイルを並列接続する場合、該位相差は内部還流を引き起こし、さらに損失が発生する。

米国特許文献ＵＳ２００９０３１５４２７、ＵＳ２００７０１０３０２５および中国特許文献ＣＮ２００６１０１３６５１５．Ｘでは、ある程度同心巻きの巻線のギヤレスモータにおける渦電流を低下させることを開示しているが、同心式構造のみに適応し、重ね巻きの巻線および斜め巻きの巻線には適せず、重ね巻きの巻線および斜め巻きの巻線のギヤレスモータにおける巻線問題を解決できない。

また、米国特許文献ＵＳ２００７０１０３０２５および中国特許文献ＣＮ２００６１０１３６５１５．Ｘでは、巻線の製造過程において複数の巻線を組み立てて丸く巻き付けなければならず、プロセスが非常に難しく、同時に、単一のコイルは菱形構造に巻き付けることしかできず、六角形の巻線構造には適しない。また、中国特許文献ＣＮ２０１３１００２１８６５．１およびＣＮ２０１３１０１８８７３４．２には、ギヤレス巻線の巻線方式および異なる巻線の組合せ方式を開示したが、この２つの特許文献においても、依然としてギヤレスモータの高出力、高回転速度の場合において生ずる技術的問題を解決していない。

図１は従来の重ね巻きの巻線において２本の線により巻き付けたコイルの展開図であり、１−１は並列巻きの第一コイルであり、１−２は並列巻きの第二コイルであり、リード線の太さは２つのコイルを区別するためのものであり、線径を表さない。また、１−３は並列巻き後の第一タップであり、１−４は並列巻き後の第二タップである。従来の重ね巻きの巻線における複数本の線により巻き付ける方法は、１−１が空間的に１−２より１つの位相差をリードするため、磁場がコイルに作用する際、コイル１−１において生成される逆起電力は時間的に１−２と１つの位相差を有する。この位相差が存在するため、巻線が並列接続された後、巻線に内部還流を発生させる。

本発明は、上記従来技術に存在する問題に鑑みてなされたものであり、ギヤレスモータ用嵌合巻線を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係るギヤレスモータ用嵌合巻線は、ｎ個の内外径のサイズが異なるコイルの嵌合により構成されており、同位相のコイルは並列または直列接続されており、嵌合コイルの数ｎは２以上である。

上記嵌合コイルは重ね巻きの巻線、斜め巻きの巻線または同心巻きの巻線である。

上記コイルを巻き付けるリード線は、丸線、平角線または複数本の線を撚り合わせてなる撚り線である。

上記嵌合コイルにおける同一層内の単一のコイルは、必要に応じてスター形接続または角形接続されている。

上記ｎ個の内外径のサイズが異なるコイルは、必要に応じて並列または直列接続されており、異なる層におけるコイル同士が並列接続されている場合、並列接続されている同位相の巻線は、抵抗、インダクタンス、同じ回転速度の逆起電力の振幅値および位相が等しいまたは差値が設定閾値より小さい。

上記同位相のコイルが直列接続されている場合、必要に応じて直列接続されているコイルがスター形接続または角形接続されている。

上記単一のコイルは１本の線により巻き付けた巻線または複数本の線により巻き付けた巻線であり、複数本の線により巻き付けた巻線である場合、異なる嵌合層に位置する同位相のコイルセットは、逆起電力の振幅値および位相が直列接続された後は一致であるとの原理により直列接続されており、直列接続された後のコイルセットはさらに並列接続または直列接続されて単相巻線に形成されている。例えば、単一のコイルはいずれもｍ本の線により巻き付けられ、上記のような内外径の異なるコイルは、同位相の同士が直列接続されており、直列接続された後の同位相のコイルおいては依然としてｍ本の線があり、このｍ本の線は、抵抗、インダクタンス、同じ回転速度の逆起電力の振幅値が依然として等しいまたは近い値であり、その後、同位相に属するｍ本の線は並列接続されている。

上記単一のコイルが複数本の線により巻き付けられた巻線である場合、上記複数本の線により巻き付けた巻線の線径は同じである、または異なっている。

上記単一のコイルは、菱形、六角形、多角形またはその他の形状のコイルに巻き付けられている。

多相を構成する単一のコイルは６０度の相帯または１２０度の相帯であり、上記単一のコイルは３ｋ個の基本コイルにより構成されており、ｋは１、２、３、４のような自然数である。

従来の技術に比べ、本発明は以下の利点を有する。
１、本発明に係るコアレス巻線によれば、並列接続されているコイル同士間の電位差を効果的に減少できるため、巻線の損失を減少し、モータの高速作動性能を向上させる。
２、本発明に係るコアレス巻線によれば、コアレス巻線における溝の占有率を効果的に向上でき、モータの径方向と周方向の空間を充分に利用して、巻線における抵抗を減少させ、モータの作動効率を向上させる。
３、本発明に係るコアレス巻線によれば、モータの電圧クラスを広げることができ、製品ラインを豊富にする。
４、本発明に係る巻線の形状は様々であり、菱形であってもよく、六角形またはその他の形状であってもいい。
５、本発明に係るコアレス巻線の巻き付けプロセスが簡単であり、異なる層における巻線の単独の製造方式は従来のコアレス巻線の製造方式と一致し、製品の生産には強い継続性がある。
６、本発明に係るコアレス巻線の嵌合プロセスは実現しやすく、異なる内外径の同位相のコイルまたはコイルセットを並列接続するだけで実現できる。
７、本発明に係る巻線は適用性が広く、多相モータに応用できる。
８、本発明に係る巻線は巻き付ける形式が豊富であり、嵌合に用いられる各層の巻線は複数のコイル、例えば、３つのコイル、６つのコイルなどであってよい。
９、本発明に係る巻線の巻き付けは、モータがさらに高速に適用されるように、１本の線により巻き付けてもよく、複数本の線を撚り合わせて巻き付けてもよい。
１０、本発明に係る巻線に採用されるリード線は、自着性の円形エナメル線であってもよく、または銅の平角線であってもよく、または複数本の線を撚り合わせてなる撚り線などであってもいい。

従来の重ね巻きの巻線において２本の線により巻き付けたコイルの展開図であって、１−１は並列巻きの第一コイルであり、１−２は並列巻きの第二コイルであり、１−３は並列巻き後の第一タップであり、１−４は並列巻き後の第二タップである。 実施例１に係る２層の重ね巻きの巻線によるコアレス巻線の構造を示す図であって、２ー１は外層コイルであり、２−２は内層コイルであり、２−１−１〜２−１−６は外層の３相巻線のタップであり、２−２−１〜２−２−６は内層の３相巻線のタップである。 実施例１に係る外層コイルの構造を示す図である。 実施例１に係る内層コイルの構造を示す図である。 実施例１に係る同相巻線が並列接続された後、三角形に接続される構造を示す図である。 実施例２に係るコアレス巻線の構造を示す図であって、５ー１は外層コイルであり、５ー２は内層コイルであり、５−１−１〜５−１−１２は外層の巻線のタップであり、５−２−１〜５−２−１２は内層の巻線のタップである。 実施例２に係る外層コイルの構造を示す図である。 実施例２に係る内層コイルの構造を示す図である。 実施例２に係るＡ相巻線の構造を示す図である。 実施例２に係るＢ相巻線の構造を示す図である。 実施例２に係るＣ相巻線の構造を示す図である。 実施例２に係る巻線の各コイルの逆起電力ベクトル図である。 ３本の線を撚り合わせて巻き付けた２層巻線の単相コイルのベクトル図であって、Ａ相外層のＡ１、Ａ２、Ａ３の３つのコイルを直列接続し、Ａ相内層のＡ４、Ａ５、Ａ６の３つのコイルを直列接続し、さらに、内外層の直列接続されたコイルを並列接続している。 ３本の線を撚り合わせて巻き付けた２層巻線の単相コイルのベクトル図であって、Ａ１、Ａ５、Ａ３の３つのコイルを直列接続し、Ａ４、Ａ２、Ａ６の３つのコイルを直列接続し、さらに、直列接続されたコイルを並列接続している。 ３本の線を撚り合わせて巻き付けた２層巻線の単相コイルのベクトル図であって、Ａ１、Ａ５、Ａ４の３つのコイルを直列接続し、Ａ３、Ａ２、Ａ６の３つのコイルを直列接続し、さらに、直列接続されたコイルを並列接続している。 図８の原理により描かれたコイル接続方式を示す図である。

以下、本発明の実施例に係る図面を参照しながら、本発明の実施例における技術的解決手段を明瞭かつ完全に説明する。当然ながら、以下に説明される実施例は本発明の一部の実施例に過ぎず、全部の実施例ではない。本発明の実施例に基づき、いわゆる当業者が創造的な労働を付さずに取得したすべてのその他の実施例は、いずれも本発明の保護範囲に属する。

本発明は、上記背景に基づき、コイルの逆起電力の位相関係を利用して、巻線の内部還流を抑制できるコアレス巻線を導出する。本発明に係る巻線は、複数の内外径のサイズが異なる巻線の嵌合により構成されており、各層のコイルを１本の線により巻き付けた場合、異なる層内の同位相のコイルを並列接続して単相巻線を形成できる。並列接続されたコイルは、抵抗、インダクタンス、逆起電力の位相および振幅値が同じか近い値になっており、最後には、必要に応じて三角形またはＹ形に接続されている。

本発明に係る巻線における各層の巻線は、複数本の線を撚り合わせる並列巻きの方法を採用してもよく、その線径は異なってもよく、同じであってもよい。また、異なる層における同位相のコイルを、本発明に係る接続方法により接続して単相巻線に形成した後、必要に応じて三角形またはＹ形に接続する。

本発明の原理に基づき、銅の平角線を採用してもよく、または複数本の線を撚り合わせた撚り線により各層の嵌合コイルに巻き付けてもよい。

（実施例１）
図２は、２層の重ね巻きの巻線によるコアレス巻線であり、外層コイル２−１と内層コイル２−２はいずれも重ね巻きの巻線の方法を採用し、外層コイルは３相巻線（実際の応用においては多相であってもいい）である。図３Ａは外層の３相巻線を示しており、タップ２−１−１〜２−１−６を含み、２−１−１と２−１−２との間はＡ１コイルであり、２−１−３と２−１−４との間はＢ１コイルであり、２−１−５と２−１−６との間はＣ１コイルである。図３Ｂは内層巻線の３相巻線（実際の応用においては多相であってもいい）を示しており、タップ２−２−１〜２−２−６を含み、２−１−１と２−２−２との間はＡ２コイルであり、２−２−３と２−２−４との間はＢ２コイルであり、２−２−５と２−２−６との間はＣ２コイルである。

コイルＡ１、Ｂ１、Ｃ１、Ａ２、Ｂ２、Ｃ２は、空間的にそれぞれ１２０°（実際の使用において、各層のコイルは６０°ごとに分けることによって６つのコイル方法、またはその他の方法を採用してもよい）を占める。

コイルＡ１とＡ２とは並列接続され、コイルＢ１とＢ２とは並列接続され、コイルＣ１とＣ２とは並列接続されており、図４に示すように、さらに三角形に接続されている。また、実際の応用においては、必要に応じてＹ形に接続することができる。

各コイルは１本の自着性エナメル線を採用して製造し、銅の平角線によって巻き付けるか、または複数本の銅線を撚り合わせる方法を採用してもよい。

嵌合に用いられるコイルの数は少なくとも２つである。

（実施例２）
図５に示すように、実施例２に係る巻線の外形は実施例１に類似するが、実施例２において嵌合に用いられる内層および外層は２本の線により巻き付けてある。また、実際の使用においては、３本の線、４本の線などの方法を採用しても良い。

従来の並列巻きの方法においては、巻線同士は空間的な配置において角度差が存在するため、逆起電力が生じた後、逆起電力は時間的に１つの位相差が存在する。位相差が存在する巻線を並列接続する場合、巻線に余分な損失を引き起こしてしまう。本実施例では２層巻線を採用し、図５に示すように、各層の巻線は３相の２本の線による巻線である。

外層コイル５−１は３相巻線により構成され、それぞれ５−１Ａｏｕｔ、５−１Ｂｏｕｔ、５−１Ｃｏｕｔであり、図６Ａに示すように、３相巻線はそれぞれ１２０°を占める。各相の巻線は２本の線により巻き付けられているが、図７における粗線と細線のように、図における線の太さは線径を表さず、リード線を区別するためのものである。

内層コイル５−２は３相巻線により構成され、それぞれ５−２Ａｏｕｔ、５−２Ｂｏｕｔ、５−２Ｃｏｕｔであり、図６Ｂに示すように、３相巻線はそれぞれ１２０°を占める。各相の巻線は２本の線により巻き付けられているが、図７における粗線と細線のように、図における線の太さは線径を表さず、リード線を区別するためのものである。

５−１−１〜５−１−１２は外層巻線のタップであり、５−１−１と５−１−３との間はコイルＡ１であり、５−１−２と５−１−４との間はコイルＡ２であり、５−１−５と５−１−７との間はコイルＢ１であり、５−１−６と５−１−８との間はコイルＢ２であり、５−１−９と５−１−１１との間はコイルＣ１であり、５−１−１０と５−１−１２との間はコイルＣ２であり、図７Ａ〜図７Ｃに示す通りである。

５−２−１〜５−２−１２は内層巻線のタップであり、５−２−１と５−２−３との間はコイルＡ４であり、５−２−２と５−２−４との間はコイルＡ３であり、５−２−５と５−２−７との間はコイルＢ４であり、５−２−６と５−２−８との間はコイルＢ３であり、５−２−９と５−２−１１との間はコイルＣ４であり、５−２−１０と５−２−１２との間はコイルＣ３であり、図７Ａ〜図７Ｃに示す通りである。

図８Ａは巻線の各コイルの逆起電力のベクトル図であり、コイルＡ１とＡ３、Ａ２とＡ４はそれぞれ直列接続されており、直列接続された後のコイルセットが同位相であるため、さらに並列接続されてＡ相コイルに形成できる。同様に、コイルＢ１とＢ３、Ｂ２とＢ４はそれぞれ直列接続されており、直列接続された後のコイルセットが同位相であるため、さらに並列接続されてＢ相コイルに形成できる。同様に、コイルＣ１とＣ３、Ｃ２とＣ４はそれぞれ直列接続されており、直列接続された後のコイルセットが同位相であるため、さらに並列接続されてＣ相コイルに形成できる。図９は、図８の原理により描かれたコイルの接続方式を示す図である。実際の使用においては、上記原理に基づき、２本の線よりさらに多い線を採用する方法で複数本の線を撚り合わせる並列巻きの方法を実現できる。

図８Ｂ〜図８Ｄは３本の線を撚り合わせて巻き付けた２層巻線の単相コイルのベクトル図であって、Ａ１、Ａ２、Ａ３は外層の３つのコイルである。ここで、Ａ１、Ａ２、Ａ３は前後の順に形成されたＡ相外層コイルである。また、Ａ４、Ａ５、Ａ６は内層の３つのコイルであ。ここで、Ａ４、Ａ５、Ａ６は前後の順に形成されたＡ相内層コイルである。図８Ｂにおいては、Ａ相外層のＡ１、Ａ２、Ａ３の３つのコイルが直列接続されており、Ａ相内層のＡ４、Ａ５、Ａ６の３つのコイルが直列接続されており、さらに内外層の直列接続されたコイルが並列接続されている。図８Ｃにおいては、Ａ１、Ａ５、Ａ３の３つのコイルが直列接続されており、Ａ４、Ａ２、Ａ６の３つのコイルが直列接続されており、さらに直列接続されたコイルが並列接続されている。図８Ｄにおいては、Ａ１、Ａ５、Ａ４の３つのコイルが直列接続されており、Ａ３、Ａ２、Ａ６の３つのコイルが直列接続されており、さらに直列接続されたコイルが並列接続されている。上記４つの方式により単相コイルを接続すれば、コイル同士の位相を同様にすることができ、複数本の線を撚り合わせて並列巻きの巻き付けを実現できる。

以上のとおりですが、これらは本発明の具体的な実施形態に過ぎず、本発明の保護範囲はこれに限定されず、いわゆる当業者であれば、本発明に記載された技術範囲内において、様々な均等な修正または代替を容易に想到でき、これらの修正または代替は本発明の保護範囲内に含まれるべきである。従って、本発明の保護範囲は特許請求の範囲に準ずるべきである。

Claims (10)

1. ギヤレスモータ用嵌合巻線であって、
   ｎ個の内外径のサイズが異なるコイルの嵌合により構成されており、同位相のコイルは並列または直列接続されており、嵌合コイル数ｎは２以上である、
   ことを特徴とするギヤレスモータ用嵌合巻線。
2. 前記嵌合コイルは重ね巻きの巻線、斜め巻きの巻線または同心巻きの巻線である、
   ことを特徴とする請求項１に記載のギヤレスモータ用嵌合巻線。
3. 前記コイルを巻き付けるリード線は、丸線、平角線または複数本の線を撚り合わせてなる撚り線である、
   ことを特徴とする請求項１に記載のギヤレスモータ用嵌合巻線。
4. 前記嵌合コイルにおける同一層内の単一のコイルは、必要に応じてスター形接続または角形接続されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のギヤレスモータ用嵌合巻線。
5. 前記ｎ個の内外径のサイズが異なるコイルは、必要に応じて並列または直列接続されており、異なる層におけるコイル同士が並列接続されている場合、並列接続されている同位相の巻線は、抵抗、インダクタンス、同じ回転速度の逆起電力の振幅値および位相が等しいまたは差値が設定閾値より小さい、
   ことを特徴とする請求項１に記載のギヤレスモータ用嵌合巻線。
6. 前記同位相のコイルが直列接続されている場合、必要に応じて直列接続されているコイルがスター形接続または角形接続されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のギヤレスモータ用嵌合巻線。
7. 前記単一のコイルは１本の線により巻き付けた巻線または複数本の線により巻き付けた巻線であり、複数本の線により巻き付けた巻線である場合、異なる嵌合層に位置する同位相のコイルセットは、逆起電力の振幅値および位相が直列接続された後は一致であるとの原理により直列接続されており、直列接続された後のコイルセットはさらに並列接続または直列接続されて単相巻線に形成されている、
   ことを特徴とする請求項４に記載のギヤレスモータ用嵌合巻線。
8. 前記単一のコイルが複数本の線により巻き付けられた巻線である場合、前記複数本の線により巻き付けた巻線の線径は同じである、または異なっている、
   ことを特徴とする請求項７に記載のギヤレスモータ用嵌合巻線。
9. 前記単一のコイルは、菱形、六角形、多角形またはその他の形状のコイルに巻き付けられている、
   ことを特徴とする請求項７に記載の嵌合コイル。
10. 多相を構成する単一のコイルは６０度の相帯または１２０度の相帯であり、
    前記単一のコイルは３ｋ個の基本コイルにより構成されており、
    ｋは１、２、３、４のような自然数である、
    ことを特徴とする請求項７に記載のギヤレスモータ用嵌合巻線。