JP2020048340A - ステータおよびモータ - Google Patents

Abstract

【課題】ロータ偏心によるコイル間電位差を小さくできるステータを提供する。【解決手段】３相の分布巻きのコイルは、７本のティースに跨って複数回巻回される外巻線と、外巻線と接続され、外巻線が巻回される夫々のティースに隣接する、５本のティースに跨って複数回巻回される内巻線と、を備える一組の二重コイルを備える。二重コイルは、９０度等配に配置される４組のＵ相二重コイルと、Ｕ相二重コイルから周方向一方側にティース４本分ずれて巻回され、９０度等配に配置される４組のＶ相二重コイルと、Ｖ相二重コイルから周方向一方側にティース４本分ずれて巻回され、９０度等配に配置される４組のＷ相二重コイルと、を備え、Ｕ相二重コイル、Ｖ相二重コイル、およびＷ相二重コイルは、それぞれ、ロータ偏心によるコイル電位差を小さくできるように接続されている。【選択図】図３

Description

本発明はステータおよび当該ステータを用いたモータに関し、特に電動車両やハイブリッド車両に、駆動用や発電用として搭載されるモータに関する。

従来、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルを分布巻きにてティースに巻回したモータとしては、例えば、特許文献１の電動機が挙げられる。

特開２０１０−２４６３４３

回転電機の回転子と固定子とが偏心して設けられる場合がある。ここで、直列コイルを並列に接続した巻線構造においては、偏心による起電力のアンバランスにより、並列回路内で循環電流が生じ、回転電機の駆動時の振動、ノイズが増大する場合がある。

本発明のステータの一つの態様は、３相の分布巻きのコイルが巻回されるステータであって、環状のコアバック部と、前記コアバック部から径方向内側に向かって複数突出する４８本のティースを有するステータコアと、前記ステータコアに巻回されるコイルと、を有し、前記コイルは、７本のティースに跨って複数回巻回される外巻線と、前記外巻線と接続され、前記外巻線が巻回される夫々のティースに隣接する、５本のティースに跨って複数回巻回される内巻線と、を備える一組の二重コイルを備え、前記二重コイルは、９０度等配に配置される４組のＵ相二重コイルと、前記Ｕ相二重コイルから周方向一方側に前記ティース４本分ずれて巻回され、９０度等配に配置される４組のＶ相二重コイル相二重コイルと、前記Ｖ相二重コイルから周方向一方側に前記ティース４本分ずれて巻回され、９０度等配に配置される４組のＷ相二重コイルと、を備え、Ｕ相二重コイル、Ｖ相二重コイル、およびＷ相二重コイルは、それぞれ、ロータ偏心によるコイル電位差を小さくできるように接続されている。

本発明の一つの態様によれば、ロータ偏心によるコイル間電位差を小さくできる。

図１は、モータの概念図である。 図２は、ステータコアの平面図である。 図３は、ステータの巻線図である。 図４は、ステータの構成を模式的に示す図である。 図５は、他の例のステータの巻線図である。 図６は、他の例のステータの構成を模式的に示す図である。

本明細書では、中心軸Ｊ１方向において、図中の上側を単に「上側」と呼び、図中の下側を単に「下側」と呼ぶ。「上側」および「下側」という表現は、必ずしも重力方向と一致する必要はない。

図１は、一実施形態のモータユニット５０の概念図である。図１を参照して、モータユニット５０は、モータ５１と、減速装置５２と、差動装置５３と、ハウジング５４とを有する。本実施形態のモータユニット５０は、電気自動車やハイブリッド自動車等の駆動装置として用いられる。モータ５１は、モータ軸Ｃを中心に回転するロータ６１と、ロータ６１の径方向外側に配置されるステータ７１とを備える。減速装置５２は、モータ５１のロータ６１に接続される。差動装置５３は、減速装置５２を介しモータ５１に接続される。ハウジング５４は、モータ５１、減速装置５２、差動装置５３を収容する。ハウジング５４の内部には、オイルＯが位置する。オイルＯは、図１中矢印に示す経路でハウジング内を循環し、冷却および潤滑を行う。

モータ５１は、ステータ７１と、ステータ７１の内側に回転自在に配置されるロータ６１とを備えるインナーロータ型のモータである。ロータ６１は、シャフト６２とロータコア６３と図示略のロータマグネットを備える。ロータ６１は、図示略のバッテリからステータ７１に電力が供給されることで、ステータ７１との間に発生する磁気的作用により回転する。ロータ６１のトルクは、減速装置５２を介して差動装置５３に伝達される。

ステータ７１は、ステータコア７２と、コイル７３と、ステータコア７２とコイル７３との間に配置される絶縁部材（不図示）とを有する。ステータ７１は、ハウジング５４に保持される。図２は、ステータコア７２の平面図である。図２を参照して、ステータコア７２は、環状のコアバック部７４と、コアバック部７４から径方向内側に向かって複数突出するティース７５と、を有する。本実施形態において、ティース７５は４８本設けられる。各ティース７５の間には、図中１から４８（ただし、１１から４７は省略）で示す４８個のスロットが設けられる。コアバック部７４の径方向外方には、径方向外側に向かって複数突出する固定部７６が設けられる。固定部７６には貫通孔７７が設けられており、貫通孔７７にビス（不図示）が挿通されることにより、ステータ７１はハウジング５４に固定される。

ステータコア７２は磁性鋼板を複数積層して形成される。複数の磁性鋼板はかしめ部７８をかしめることにより、互いに固定される。また、複数の磁性鋼板は、溶接されることにより互いに固定される。ただし、ステータコア７２は圧粉磁心等他の構成であってもよい。

図３は、ステータの巻線図である。図４は、ステータの構成を模式的に示す図である。図３においては、上から順にＵ相、Ｖ相、Ｗ相を表している。図中に出てくる縦長の四角形は、ティース７５を意味し、四角形同士の隙間はスロットを意味する。スロットに記載されている数字は、図２中に記載した数字と対応しており、周方向におけるスロットの順番を示している。

Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相は、それぞれ、４組の二重コイル８０により構成される。なお、本実施形態において、コイル線は丸線である。以下では、Ｕ相二重コイル８１ａを例に説明する。

Ｕ相二重コイル８１ａの一端（図示左下）は、電源に接続される。Ｕ相二重コイル８１ａはスロット２に挿入され、スロット２とスロット９との間において複数回巻回される。Ｕ相二重コイル８１ａはスロット２とスロット９との間において複数回巻回された後、スロット３とスロット８との間において複数巻回される。その後、Ｕ相二重コイル８１ａはスロット８から引き出される。なお、コイル線は一組の二重コイルごとに巻回される。換言すれば、各二重コイルの一端と他端とは他のＵ相二重コイル８１ｂ、８１ｃ、８１ｄ、および、Ｖ相二重コイル８２ａ、８２ｂ、８２ｃ、８２ｄ、Ｗ相二重コイル８３ａ、８３ｂ、８３ｃ、８３ｄも同様の構成である。

なお、ここで、二重コイルは、ティースに直接巻回するのではなく、あらかじめ巻き芯にコイル線を巻回して二重コイルを形成しておいた上で、スロットに挿入してもよい。

Ｕ相二重コイル８１ａは、スロット２とスロット９との間、スロット３とスロット８との間に形成される。また、Ｕ相二重コイル８１ｂは、スロット１４とスロット２１との間、スロット１５とスロット２０との間に形成される。また、Ｕ相二重コイル８１ｃは、スロット２６とスロット３３との間、スロット２７とスロット３２との間に形成される。また、Ｕ相二重コイル８１ｄは、スロット３８とスロット４５との間、スロット３９とスロット４４との間に形成される。

このように、Ｕ相二重コイル８１は、４スロットおきに間隔を置いて４か所に形成される。Ｕ相二重コイル８１の挿入側（電源に接続される側）から見ると、１２スロットおきに配置されている。ここで、ティース７５の本数は４８であるから、Ｕ相二重コイル８１は、３６０（度）×１２÷４８＝９０（度）となり、９０度等配に配置されている。Ｖ相二重コイル８２およびＷ相二重コイル８３も同様に、９０度等配に配置されている。

Ｖ相二重コイル８２ａは、スロット６に挿入され、スロット６とスロット１３との間において複数回巻回される。Ｕ相二重コイル８２ａはスロット６とスロット１３との間において複数回巻回された後、スロット７とスロット１２との間において複数回巻回される。その後、Ｖ相二重コイル８２ａはスロット１３から引き出される。すなわち、Ｖ相二重コイル８２ａは、Ｕ相二重コイル８１ａに対して４スロット分だけ周方向にずれて配置される。ここで、ティース７５の本数は４８であるから、３６０（度）×４÷４８＝３０（度）となり、Ｖ相二重コイル８２（８２ａ）は、Ｕ相二重コイル８１（８１ａ）に対して３０度ずれて配置される。なお、Ｖ相二重コイル８２は、９０度等配に配置されていることから、Ｖ相二重コイル８２（８２ａ）は、Ｕ相二重コイル８１（８１ｂ）に対して周方向に６０度ずれているとみることもできる。

Ｗ相二重コイル８３ａは、スロット１０に挿入され、スロット１０とスロット１７との間において複数回巻回される。Ｗ相二重コイル８３ａはスロット１０とスロット１７との間において複数回巻回された後、スロット１１とスロット１６との間において複数回巻回される。その後、Ｗ相二重コイル８３ａはスロット１６から引き出される。すなわち、Ｗ相二重コイル８３ａは、Ｖ相二重コイル８２ａに対して４スロット分だけ周方向にずれて配置される。ここで、ティース７５の本数は４８であるから、３６０（度）＊４／４８＝３０（度）となり、Ｗ相二重コイル８３ａは、Ｖ相二重コイル８２ａに対して３０度ずれて配置される。なお、Ｗ相二重コイル８３は、９０度等配に配置されていることから、Ｗ相二重コイル８３（８３ａ）は、Ｖ相二重コイル８２（８２ｂ）に対して周方向に６０度ずれているとみることもできる。

図３を参照して、Ｕ相二重コイル８１ａは引き出し側（スロット８側）において、Ｖ相二重コイル８２ｂ、Ｗ相二重コイル８３ｃと接続される。これにより、中性点が構成される（図中破線）。すなわち、Ｕ相二重コイル８１ａの一端は、Ｕ相二重コイル８１ａの一端から周方向に６０度ずれたＶ相二重コイル８２ｂの一端、および、Ｖ相二重コイル８２ｂの一端から周方向に６０度ずれたＷ相二重コイル８３ｃの一端に接続されて中性点が構成される。同様に、Ｕ相二重コイル８１ｂは、Ｖ相二重コイル８２ｃ、Ｗ相二重コイル８３ｄと接続されて中性点が構成される（図中一点鎖線）。Ｕ相二重コイル８１ｃは、Ｖ相二重コイル８２ｄ、Ｗ相二重コイル８３ａと接続されて中性点が構成される（図中実線）。Ｕ相二重コイル８１ｄは、Ｖ相二重コイル８２ａ、Ｗ相二重コイル８３ｂと接続されて中性点が構成される（図中二点鎖線）。

Ｕ相二重コイル８１ａを例にとる。Ｕ相二重コイル８１ａとＶ相コイル８２ｂとは機械角で３０度ずれており、電気角では１２０度ずれている。また、Ｕ相二重コイル８１ａとＷ相コイル８３ｃとは電気角で２４０度ずれている。このように配置されることにより、Ｕ相二重コイル８１ａ、Ｖ相コイル８２ｂ、およびＷ相コイル８３ｃ間でインダクタンスの平均化が為される。これにより、回転子と固定子とが偏心して設けられた場合でも電磁気的なバランスが保たれる。

図５は、他の例におけるステータの巻線図である。図６は、他の例におけるステータの構成を模式的に示す図である。他の例と図３の形態との違いは、図３の形態では、Ｕ相二重コイル８１、Ｖ相二重コイル８２、Ｗ相二重コイル８３のそれぞれが、互いに接続されることにより４つの中性点が構成されている。これに対し、他の例では、Ｕ相二重コイル８１ａとＵ相二重コイル８１ｃが接続され、Ｖ相二重コイル８２ａとＶ相二重コイル８２ｃが接続され、Ｗ相二重コイル８３ａとＵ相二重コイル８３ｃが接続され、Ｕ相二重コイル８１ｃ、Ｖ相二重コイル８２ｃ、Ｗ相二重コイル８３ｃが接続されて中性点を構成する点が異なる。

他の例のように構成することで、Ｕ相二重コイル８１ａとＵ相二重コイル８１ｃとは、周方向に１８０度、すなわち、中心軸を中心に点対称に配置される。このように配置されたＵ相二重コイル８１ａおよびＵ相二重コイル８１ｃが直列に接続されるため、Ｕ相二重コイル８１ａおよびＵ相二重コイル８１ｃ間でインダクタンスの平均化が為される。これにより、回転子と固定子とが偏心して設けられた場合でも電磁気的なバランスが保たれる。なお、上述の事項はＵ相二重コイル８１ｂおよび８１ｄ間でも同様である。また、Ｖ相二重コイル８２およびＷ相二重コイル８３でも同様に接続され、同様の効果が得られる。

特に、本実施形態においては、前述の通り、一つながりの導線ではなく、別々に巻回されたＵ相二重コイル８１ａとＵ相二重コイル８１ｃとを、巻線巻回後に、接続する。これにより、組み立てやすさと電磁気的なバランスとを両立させることができる。

また、Ｕ相二重コイル８１ａとＵ相二重コイル８１ｃとを直列に接続する。これにより、Ｕ相二重コイル８１ａおよびＵ相二重コイル８１ｃの分担電圧が半分となる。これにより、導線の被覆を厚くすることなく、絶縁を確保できる。

以上、上記実施形態について様々説明してきたが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、上記実施形態では、Ｕ相二重コイルとＶ相二重コイルとが接続されて中性点が構成される場合には、Ｕ相二重コイルに対して周方向に６０度ずれたＶ相二重コイルに接続されるとしたが、これに限られるものではない。電磁気的なバランスが保たれるのであれば、他の位置の二重コイルと接続されてもよい。

また、例えば、他の例において、４組のＵ相二重コイル８１、４組のＶ相二重コイル８２、４組のＷ相コイル８３のすべてが直列に接続されてもよい。このように構成することで、１組の二重コイルに加わる分担電圧が低下する。これにより、導線の被覆を厚くすることなく、絶縁を確保することができる。

また、上記では、ティースの本数を４８本に限定しているが、本発明の技術的思想という観点では、他の本数でも同等の構成および効果を実現する場合がありうる。

５１ モータ
６１ ロータ
７１ ステータ
７２ コアバック部
７３ コイル
７５ ティース
８０ 二重コイル
８１ Ｕ相二重コイル
８２ Ｖ相二重コイル
８３ Ｗ相二重コイル
Ｊ１ 中心軸

Claims (4)

1. ３相の分布巻きのコイルが巻回されるステータであって、
   環状のコアバック部と、前記コアバック部から径方向内側に向かって複数突出する４８本のティースを有するステータコアと、
   前記ステータコアに巻回されるコイルと、を有し、
   前記コイルは、
   ７本のティースに跨って複数回巻回される外巻線と、
   前記外巻線と接続され、前記外巻線が巻回される夫々のティースに隣接する、５本のティースに跨って複数回巻回される内巻線と、を備える一組の二重コイルを備え、
   前記二重コイルは、
   ９０度等配に配置される４組のＵ相二重コイルと、
   前記Ｕ相二重コイルから周方向一方側に前記ティース４本分ずれて巻回され、９０度等配に配置される４組のＶ相二重コイルと、
   前記Ｖ相二重コイルから周方向一方側に前記ティース４本分ずれて巻回され、９０度等配に配置される４組のＷ相二重コイルと、
   を備え、
   前記Ｕ相二重コイル、前記Ｖ相二重コイル、および前記Ｗ相二重コイルは、それぞれ、ロータ偏心によるコイル電位差を小さくできるように接続されている、ステータ。
2. 請求項１記載のステータであって、
   前記Ｕ相二重コイル、前記Ｖ相二重コイル、前記Ｗ相二重コイルは、それぞれ、１８０度に対向する位置の前記二重コイルと直列接続されている、ステータ。
3. 請求項１記載のステータであって、
   前記Ｕ相二重コイルの一端は、前記Ｕ相二重コイルの一端から周方向に６０度ずれた前記Ｖ相二重コイルの一端、および、前記Ｖ相二重コイルの一端から周方向に６０度ずれた前記Ｗ相二重コイルの一端に接続されて中性点が構成される、ステータ。
4. 請求項１から３のいずれかのステータと、ステータと対向するロータと、を有するモータ。