JP2020156179A - 固定子および電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】電動機の特性の悪化を抑制し得る固定子および電動機を提案する。【解決手段】固定子１４は、先頭のコイル２４ＵＬ、２４ＶＬ、２４ＷＬのコイル端と動力線１６とを結線する第１の配線２６と、最後尾のコイル２４ＵＥ、２４ＶＥ、２４ＷＥのコイル端と、動力線１６側の中性点ＮＰとを、先頭のコイル２４ＵＬ、２４ＶＬ、２４ＷＬにおいて最後尾のコイル２４ＵＥ、２４ＶＥ、２４ＷＥよりも巻線数が少ない部分である巻線少数部ＳＰＴを通って結線する第２の配線２８と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、固定子および電動機に関する。

電動機として、三相式の電動機が知られている。三相式の電動機は、ステータコアに設けられたＵ相、Ｖ相およびＷ相のコイルと、当該コイルに電流を供給するための動力線とを有する。

下記の特許文献１には、ティース部に巻かれた三相のコイルの各々の中性点側引き出し線および給電側引き出し線がステータコアの一方の軸方向側に伸び、当該軸方向側の中性点結線部および三相給電部に接続された回転電機が開示されている。

特開２０１６−０３９６４２号公報

しかし、上記の回転電機は、各相のコイル同士をステータコアの一方の軸方向側で接続しなければならないため、当該軸方向側における配線関係の占有量が大きくなる傾向がある。

そこで、ステータコアの一方の軸方向側に給電側引き出し線および三相給電部を配置し、ステータコアの他方の軸方向側に中性点側引き出し線および中性点結線部を配置することが考えられる。このようにすれば、一方の軸方向側における配線関係の占有量が小さくなる。

しかし、三相給電部に接続される三相コイルの各々の給電側引き出し線は、ステータコアの一方の軸方向側に配置され、当該三相コイルの各々の中性点側引き出し線は、ステータコアの他方の軸方向側に配置されることになる。このため、三相給電部に接続される三相コイルの各々の給電側引き出し線では、三相給電部に接続されていない三相コイルに比べて、巻線数が部分的に減ることになる。したがって、トルクリップルや磁気吸引力のアンバランスが生じ易くなり、電動機の特性が悪化する傾向にある。

そこで、本発明は、電動機の特性の悪化を抑制し得る固定子および電動機を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、環状のコア本体の内周面から前記コア本体の中心軸に向かって突出する複数のティース部に設けられ、複数の相の各々に対応する複数のコイルを有し、前記ティース部を基準として、複数の相の各々に対応する前記複数のコイルに相電流を流す動力線側とは逆側において、複数の相の各々に対応する前記複数のコイルのコイル端が互いに接続されることで、前記相ごとに前記複数のコイルが直列に接続された固定子であって、直列に接続された各々の前記相に対応する前記複数のコイルのうち、先頭のコイルのコイル端は前記動力線側に位置し、最後尾のコイルのコイル端は前記逆側に位置しており、前記先頭のコイルのコイル端と前記動力線とを結線する第１の配線と、前記最後尾のコイルのコイル端と、前記動力線側の中性点とを、前記先頭のコイルにおいて前記最後尾のコイルよりも巻線数が少ない部分を通って結線する第２の配線と、を備える。

本発明の第２の態様は、電動機であって、上記の固定子と、前記動力線と、回転子と、を備える。

本発明によれば、先頭のコイルにおいて最後尾のコイルよりも巻線数が少ない部分を第２の配線が通ることで、トルクリップルや磁気吸引力のアンバランスが生じ難くなり、電動機の特性の悪化を抑制することができる。

電動機の断面の一部を示す模式図である。 複数のコイルの接続状態を示す模式図である。 先頭のコイルと、最後尾のコイルとの巻線数の違いを概念的に示す図である。 ステータコアの一部を示す模式図である。

本発明について、好適な実施の形態を掲げ、添付の図面を参照しながら以下、詳細に説明する。

〔実施の形態〕
図１は、電動機１０の断面の一部を示す模式図である。電動機１０は、例えばインナーロータ型の電動機であり、ロータコア１２Ａおよび磁石１２Ｂを有する回転子１２と、その回転子１２の外側に設けられる固定子１４と、固定子１４に電流を供給するための動力線１６と、不図示の中心点とを備える。

固定子１４は、ハウジング２０、ステータコア２２およびコイル２４を有する。ハウジング２０は、ステータコア２２およびコイル２４などを収容するための樹脂製の部材であり、略円筒状に形成される。

ステータコア２２は、電動機１０の回転軸ＡＸの周りに配置される鉄系金属製の部材であり、ハウジング２０に固定される。ステータコア２２は、コア本体２２Ａおよび複数のティース部２２Ｂを有する。

コア本体２２Ａは、環状に形成されており、環状に形成されたコア本体２２Ａの軸（中心軸）は、電動機１０の回転軸ＡＸと一致する。なお、コア本体２２Ａは、複数の分割コア体を周方向に接合することで環状に形成されてもよい。複数のティース部２２Ｂは、コア本体２２Ａの周方向に間隔をあけて設けられる。複数のティース部２２Ｂの各々は、コア本体２２Ａの内周面からコア本体２２Ａの軸（中心軸）側に向かって突出する。

コイル２４は、複数の相に対応して複数有する。コイル２４の相数は、一般的には、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の三相であるが、当該コイル２４の相数は、三相以外であってもよい。複数の相の各々に対応する複数のコイル２４は、複数のティース部２２Ｂに設けられる。具体的には、複数のティース部２２Ｂの各々に対して１つのコイル２４が集中巻で巻かれる。なお、本実施の形態では、コイル２４の相数は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の三相とする。

複数のティース部２２Ｂの各々に巻かれるコイル２４のうち、ステータコア２２における軸方向の端部から突出する一対のコイルエンド２４Ｅの一方側に、動力線１６が設けられる。動力線１６は、各々の相に対応する複数のコイル２４に相電流を流すものであり、本実施の形態では、Ｕ相電流を流すＵ相動力線１６Ｕ、Ｖ相電流を流すＶ相動力線１６ＶおよびＷ相電流を流すＷ相動力線１６Ｗを有する。

図２は、複数のコイル２４の接続状態を示す模式図である。図２の「△」は、コイル２４の巻き方向を示している。なお、図２の「▲」については後述する。

複数のコイル２４は、相ごとに直列に接続される。すなわち、Ｕ相に対応する複数のコイル２４Ｕのコイル端が互いに接続されることでＵ相に対応する複数のコイル２４Ｕが直列に接続される。一方、Ｖ相に対応する複数のコイル２４Ｖのコイル端が互いに接続されることでＶ相に対応する複数のコイル２４Ｖが直列に接続される。他方、Ｗ相に対応する複数のコイル２４Ｗのコイル端が互いに接続されることでＷ相に対応する複数のコイル２４Ｗが直列に接続される。

Ｕ相に対応するコイル２４Ｕ同士の接続部ＣＮＵ、Ｖ相に対応するコイル２４Ｖ同士の接続部ＣＮＶ、および、Ｗ相に対応するコイル２４Ｗ同士の接続部ＣＮＷの各々は、ティース部２２Ｂ（図１）を基準として動力線１６側とは逆側に位置する。これにより、各々の接続部ＣＮＵ、ＣＮＶ、ＣＮＷが動力線１６側に位置する場合に比べると、動力線１６側における配線関係の占有量を小さくすることができる。

ここで、直列に接続された複数の相の各々に対応する複数のコイル２４Ｕ、２４Ｖ、２４Ｗのうち、一端側のコイル２４Ｕ、２４Ｖ、２４Ｗは、先頭のコイル２４Ｕ_Ｌ、２４Ｖ_Ｌ、２４Ｗ_Ｌとする。また、直列に接続された複数の相の各々に対応する複数のコイル２４Ｕ、２４Ｖ、２４Ｗのうち、他端側のコイル２４Ｕ、２４Ｖ、２４Ｗは、最後尾のコイル２４Ｕ_Ｅ、２４Ｖ_Ｅ、２４Ｗ_Ｅとする。

先頭のコイル２４Ｕ_Ｌ、２４Ｖ_Ｌ、２４Ｗ_Ｌの各々の先頭コイル端は、ティース部２２Ｂ（図１）を基準として動力線１６側に位置する。なお、先頭コイル端は、先頭のコイル２４Ｕ_Ｌ、２４Ｖ_Ｌ、２４Ｗ_Ｌの各々における一対のコイル端のうち、２番目のコイル２４Ｕ、２４Ｖ、２４Ｗのコイル端と接続されていない側のコイル端である。

各々の先頭コイル端と動力線１６とは、相ごとに結線される。すなわち、本実施の形態の固定子１４は、動力線１６側に位置する先頭コイル端と動力線１６とを結線する第１の配線２６を有する。

本実施の形態では、第１の配線２６は、Ｕ相の先頭コイル端とＵ相動力線１６Ｕとを結線するＵ相配線２６Ｕと、Ｖ相の先頭コイル端とＶ相動力線１６Ｖとを結線するＶ相配線２６Ｖと、Ｗ相の先頭コイル端とＷ相動力線１６Ｗとを結線するＷ相配線２６Ｗとを有する。

一方、最後尾のコイル２４Ｕ_Ｅ、２４Ｖ_Ｅ、２４Ｗ_Ｅの各々の最後尾コイル端は、ティース部２２Ｂ（図１）を基準として動力線１６側とは逆側に位置する。最後尾のコイル２４Ｕ_Ｅ、２４Ｖ_Ｅ、２４Ｗ_Ｅの各々における一対のコイル端のうち、最後尾の１つ前のコイル２４Ｕ、２４Ｖ、２４Ｗのコイル端と接続されていない側のコイル端である。

図３は、先頭のコイル２４Ｕ_Ｌと、最後尾のコイル２４Ｕ_Ｅとの巻線数の違いを概念的に示す図である。なお、便宜上、図３では、Ｕ相における先頭のコイル２４Ｕ_Ｌおよび最後尾のコイル２４Ｕ_Ｅのみが示されている。ただし、Ｖ相における先頭のコイル２４Ｖ_Ｌおよび最後尾のコイル２４Ｖ_Ｅと、Ｗ相における先頭のコイル２４Ｗ_Ｌおよび最後尾のコイル２４Ｗ_Ｅについても、Ｕ相における先頭のコイル２４Ｕ_Ｌおよび最後尾のコイル２４Ｕ_Ｅと同じである。

すなわち、最後尾のコイル２４Ｕ_Ｅ、２４Ｖ_Ｅ、２４Ｗ_Ｅでは、一対のコイル端の双方が動力線１６側とは逆側に延びており、一対のコイル端が延びる方向が相反していない。このため、最後尾のコイル２４Ｕ_Ｅ、２４Ｖ_Ｅ、２４Ｗ_Ｅでは、巻線数が同等になる。

これに対し、先頭のコイル２４Ｕ_Ｌ、２４Ｖ_Ｌ、２４Ｗ_Ｌでは、一対のコイル端の一方（先頭コイル端）が動力線１６側に延び、一対のコイル端の他方が動力線１６側とは逆側に延びており、一対のコイル端が延びる方向が相反する。このため、先頭のコイル２４Ｕ_Ｌ、２４Ｖ_Ｌ、２４Ｗ_Ｌでは、巻線少数部ＳＰＴが生じる。

巻線少数部ＳＰＴは、先頭のコイル２４Ｕ_Ｌ、２４Ｖ_Ｌ、２４Ｗ_Ｌにおいて最後尾のコイル２４Ｕ_Ｅ、２４Ｖ_Ｅ、２４Ｗ_Ｅよりも巻線数が少ない部分であり、図２では「▲」として示されている。この巻線少数部ＳＰＴでは、上記のように、トルクリップルや磁気吸引力のアンバランスが生じ易い。

そこで、本実施の形態では、図２に示すように、中性点ＮＰが動力線１６側に設けられ、その中性点ＮＰと、動力線１６側とは反対側に位置する各々の相の最後尾コイル端とが、巻線少数部ＳＰＴを通って結線される。

すなわち、本実施の形態の固定子１４は、最後尾コイル端と中性点ＮＰとを巻線少数部ＳＰＴを通って結線する第２の配線２８を有する。この第２の配線２８は、少なくとも巻線少数部ＳＰＴを通る箇所が絶縁性のチューブで覆われていてもよい。

本実施の形態では、第２の配線２８は、Ｕ相の最後尾コイル端と中性点ＮＰとを結線するＵ相配線２８Ｕと、Ｖ相の最後尾コイル端と中性点ＮＰとを結線するＶ相配線２８Ｖと、Ｗ相の最後尾コイル端と中性点ＮＰとを結線するＷ相配線２８Ｗとを有する。なお、中性点ＮＰは、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の各々を接続する接続部位である。

このように、本実施の形態の固定子１４は、動力線１６側に位置する中性点ＮＰと、動力線１６側とは逆側に位置する最後尾コイル端とを巻線少数部ＳＰＴを介して結線することで、トルクリップルや磁気吸引力のアンバランスを生じ難くすることができる。したがって、本実施の形態では、電動機１０の特性の悪化を抑制することができる。

図４は、ステータコア２２の一部を示す模式図である。なお、図４では、一対のコイルエンド２４Ｅ（図１）の一方側からステータコア２２を見た場合が示されている。ただし、図４では、コイル２４や動力線１６などが省略され、ステータコア２２の一部のみが示されている。

複数のティース部２２Ｂは、本実施の形態では、第１ティース部２２Ｂ_１および第２ティース部２２Ｂ_２を有する。第１ティース部２２Ｂ_１と第２ティース部２２Ｂ_２とは、コア本体２２Ａの周方向に沿って交互に設けられる。

第１ティース部２２Ｂ_１は、コア本体２２Ａの軸（中心軸）に対して直交する方向の断面の形状が矩形状である。第２ティース部２２Ｂ_２は、コア本体２２Ａの軸（中心軸）に対して直交する方向の断面の形状が台形状であり、当該断面の断面積が第１ティース部２２Ｂ_１よりも大きい。

コア本体２２Ａと１つの第２ティース部２２Ｂ_２との境界部分には、第２の配線２８（図２）を通すための通路３０が形成される。具体的には、複数の相の各々に対応する先頭のコイル２４Ｕ_Ｌ、２４Ｖ_Ｌ、２４Ｗ_Ｌ（図２）が巻かれる第２ティース部２２Ｂ_２の各々と、コア本体２２Ａとの境界部分に通路３０が形成される。つまり、複数の相ごとに通路３０が形成され、当該通路３０には対応するＵ相配線２８Ｕ、Ｖ相配線２８ＶおよびＷ相配線２８Ｗ（図２）のいずれかが通される。なお、図４では、便宜上、１つの通路３０だけが示されている。

このように、第２の配線２８を通すための通路３０がステータコア２２に形成されることで、巻線少数部ＳＰＴに対して第２の配線２８を通し易くなる。また、第１ティース部２２Ｂ_１よりも大きい第２ティース部２２Ｂ_２とコア本体２２Ａとの境界部分に通路３０が形成されることで、第１ティース部２２Ｂ_１とコア本体２２Ａとの境界部分に形成される場合に比べて、ステータコア２２の強度の低下を抑制し、また大電流時の磁気飽和によるトルク低下を抑制できる。

なお、本実施の形態では、通路３０は、コア本体２２Ａと１つの第２ティース部２２Ｂ_２との境界部分の表面に窪みとして形成される。これにより、トルクリップルや磁気吸引力のアンバランスがより一段と生じ難くなるように、巻線少数部ＳＰＴに対して第２の配線２８を接近させることができる。

〔変形例〕
以上、本発明の一例として上記実施の形態が説明されたが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることはもちろんである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

上記の実施の形態では、複数のティース部２２Ｂは、第１ティース部２２Ｂ_１および第２ティース部２２Ｂ_２を有していたが、第１ティース部２２Ｂ_１または第２ティース部２２Ｂ_２だけを有していてもよい。

上記の実施の形態では、通路３０は、コア本体２２Ａと１つのティース部２２Ｂ（第２ティース部２２Ｂ_２）との境界部分に形成されたが、コア本体２２Ａだけに形成されていてもよく、ティース部２２Ｂだけに形成されていてもよい。

上記の実施の形態では、通路３０は、ステータコア２２の表面に形成される窪みであったが、貫通孔であってもよい。

なお、上記の実施の形態および変形例は、矛盾の生じない範囲で任意に組み合わされてもよい。

〔本発明〕
上記の実施の形態および変形例から把握し得る発明について、以下に記載する。

（第１の発明）
第１の発明は、環状のコア本体（２２Ａ）の内周面からコア本体（２２Ａ）の中心軸に向かって突出する複数のティース部（２２Ｂ）に設けられ、複数の相の各々に対応する複数のコイル（２４Ｕ、２４Ｖ、２４Ｗ）を有し、ティース部（２２Ｂ）を基準として、複数の相の各々に対応する複数のコイル（２４Ｕ、２４Ｖ、２４Ｗ）に相電流を流す動力線（１６）側とは逆側において、複数の相の各々に対応する複数のコイル（２４Ｕ、２４Ｖ、２４Ｗ）のコイル端が互いに接続されることで、相ごとに複数のコイル（２４Ｕ、２４Ｖ、２４Ｗ）が直列に接続された固定子（１４）である。
直列に接続された各々の相に対応する複数のコイル（２４Ｕ、２４Ｖ、２４Ｗ）のうち、先頭のコイル（２４Ｕ_Ｌ、２４Ｖ_Ｌ、２４Ｗ_Ｌ）のコイル端は動力線（１６）側に位置し、最後尾のコイル（２４Ｕ_Ｅ、２４Ｖ_Ｅ、２４Ｗ_Ｅ）のコイル端は逆側に位置している。
固定子（１４）は、先頭のコイル（２４Ｕ_Ｌ、２４Ｖ_Ｌ、２４Ｗ_Ｌ）のコイル端と動力線（１６）とを結線する第１の配線（２６）と、最後尾のコイル（２４Ｕ_Ｅ、２４Ｖ_Ｅ、２４Ｗ_Ｅ）のコイル端と、動力線（１６）側の中性点（ＮＰ）とを、先頭のコイル（２４Ｕ_Ｌ、２４Ｖ_Ｌ、２４Ｗ_Ｌ）において最後尾のコイル（２４Ｕ_Ｅ、２４Ｖ_Ｅ、２４Ｗ_Ｅ）よりも巻線数が少ない部分（巻線少数部ＳＰＴ）を通って結線する第２の配線（２８）と、を備える。

このような固定子（１４）では、先頭のコイル（２４Ｕ_Ｌ、２４Ｖ_Ｌ、２４Ｗ_Ｌ）において最後尾のコイル（２４Ｕ_Ｅ、２４Ｖ_Ｅ、２４Ｗ_Ｅ）よりも巻線数が少ない部分（巻線少数部ＳＰＴ）を第２の配線（２８）が通ることで、トルクリップルや磁気吸引力のアンバランスが生じ難くなり、電動機（１０）の特性の悪化を抑制することができる。

コア本体（２２Ａ）と１つのティース部（２２Ｂ）との少なくとも一方に、第２の配線（２８）を通すための通路（３０）が形成されてもよい。これにより、巻線数が少ない部分（巻線少数部ＳＰＴ）に対して第２の配線（２８）を通し易くなる。

通路（３０）は、コア本体（２２Ａ）と１つのティース部（２２Ｂ）との境界部分の表面に形成される窪みであってもよい。これにより、トルクリップルや磁気吸引力のアンバランスがより一段と生じ難くなるように、巻線数が少ない部分（巻線少数部ＳＰＴ）に対して第２の配線（２８）を接近させることができる。

複数のティース部（２２Ｂ）は、第１ティース部（２２Ｂ_１）と、コア本体（２２Ａ）の中心軸に対して直交する方向の断面積が第１ティース部（２２Ｂ_１）よりも大きい第２ティース部（２２Ｂ_２）とを有し、通路（３０）は、少なくとも第２ティース部（２２Ｂ_２）に形成されてもよい。これにより、第１ティース部（２２Ｂ_１）に形成される場合に比べて、ステータコア（２２）の強度の低下を抑制し、また大電流時の磁気飽和によるトルク低下を抑制できる。

（第２の発明）
第２の発明は、上記の固定子（１４）と、動力線（１６）と、回転子（１２）と、を備える電動機（１０）である。この電動機（１０）では、上記の固定子（１４）が備えられることにより、電動機（１０）の特性の悪化を抑制することができる。

１０…電動機 １２…回転子
１４…固定子 １６…動力線
２０…ハウジング ２２…ステータコア
２４…コイル ２６…第１の配線
２８…第２の配線 ３０…通路

Claims (5)

1. 環状のコア本体の内周面から前記コア本体の中心軸に向かって突出する複数のティース部に設けられ、複数の相の各々に対応する複数のコイルを有し、
   前記ティース部を基準として、複数の相の各々に対応する前記複数のコイルに相電流を流す動力線側とは逆側において、複数の相の各々に対応する前記複数のコイルのコイル端が互いに接続されることで、前記相ごとに前記複数のコイルが直列に接続された固定子であって、
   直列に接続された各々の前記相に対応する前記複数のコイルのうち、先頭のコイルのコイル端は前記動力線側に位置し、最後尾のコイルのコイル端は前記逆側に位置しており、
   前記先頭のコイルのコイル端と前記動力線とを結線する第１の配線と、
   前記最後尾のコイルのコイル端と、前記動力線側の中性点とを、前記先頭のコイルにおいて前記最後尾のコイルよりも巻線数が少ない部分を通って結線する第２の配線と、
   を備える、固定子。
2. 請求項１に記載の固定子であって、
   前記コア本体と１つの前記ティース部との少なくとも一方に、前記第２の配線を通すための通路が形成される、固定子。
3. 請求項２に記載の固定子であって、
   前記通路は、前記コア本体と１つの前記ティース部との境界部分の表面に形成される窪みである、固定子。
4. 請求項２または３に記載の固定子であって、
   前記複数のティース部は、第１ティース部と、前記コア本体の中心軸に対して直交する方向の断面積が前記第１ティース部よりも大きい第２ティース部とを有し、
   前記通路は、少なくとも前記第２ティース部に形成される、固定子。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の固定子と、前記動力線と、回転子と、を備える電動機。

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