JP2021090255A - 電動機および電動機の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】漏れ磁束に起因するコイル部のインダクタンスのばらつきが低減される電動機および電動機の製造方法を提供する。【解決手段】シャフト１２と、シャフト１２の外周に設けられ、シャフト１２に向かって延在する複数のスロット１８が形成され、並列に接続された複数の線材２６から構成されるコイル部２０が複数のスロット１８の各々に対して設けられるステータ１６と、を備える電動機１０であって、ステータ１６に形成された複数のスロット１８のうちの少なくとも１つに設けられたコイル部２０は、直列に接続され、且つターン数が異なる複数の巻線群２４を有し、複数の巻線群２４は、シャフト１２に向かう方向に沿ってターン数が多いものから順にスロット１８に設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、電動機および電動機の製造方法に関する。

電動機の一般的な構成として、ステータにスロットが形成され、該スロットにコイル部が設けられた構成が知られている。そのような電動機の一例は、例えば特許文献１に開示されている。開示によると、コイル部（単位コイル）は複数の巻線群（コイル群）を有し、その複数の巻線群が１つのスロットに対して設けられ得る。

特開２０１８−１５７７５３号公報

特許文献１に開示されたものをはじめとし、上記の構成を有する電動機においては、スロットに設けられるコイル部に漏れ磁束が発生する。この漏れ磁束は、コイル部のインダクタンスのばらつきの原因となる。

そこで、本発明は、漏れ磁束に起因するコイル部のインダクタンスのばらつきが低減される電動機および電動機の製造方法を提供することを目的とする。

発明の一つの態様は、シャフトと、前記シャフトの外周に設けられ、前記シャフトに向かって延在する複数のスロットが形成され、並列に接続された複数の線材から構成されるコイル部が複数の前記スロットの各々に対して設けられるステータと、を備える電動機であって、前記ステータに形成された複数の前記スロットのうちの少なくとも１つに設けられた前記コイル部は、直列に接続され、且つターン数が異なる複数の巻線群を有し、複数の前記巻線群は、前記シャフトに向かう方向に沿ってターン数が多いものから順に前記スロットに設けられている。

発明のもう一つの態様は、シャフトと、前記シャフトの外周に設けられ、前記シャフトに向かって延在する複数のスロットが形成されたステータと、を備える電動機の製造方法であって、並列に接続された複数の線材から構成されるコイル部を、直列に接続され、且つターン数が異なる複数の巻線群を有するように形成する第１ステップと、前記ステータに形成された複数の前記スロットのうちの少なくとも１つに、複数の前記巻線群を、前記シャフトに向かう方向に沿ってターン数が多いものから順になるように設ける第２ステップと、を含む。

本発明によれば、漏れ磁束に起因するコイル部のインダクタンスのばらつきが低減される電動機および電動機の製造方法が提供される。

本実施の形態の電動機の断面図である。 本実施の形態のスロットおよびコイル部について説明するための図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面図である。 本実施の形態の電動機の製造方法の一例を示すフローチャートである。 図５Ａは、インダクタンスが安定しない従来のコイル部について説明するための図である。図５Ｂは、本実施の形態のコイル部について説明するための図である。

以下、本発明に係る電動機および電動機の製造方法について、好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

［実施の形態］
本実施の形態の電動機１０は、回転軸として供されるシャフト１２と、シャフト１２に取り付けられるロータ１４と、ステータ１６と、を備える。

これらのうち、シャフト１２およびロータ１４については、本実施の形態では既知の技術に基づいて構成され得る。したがって、以下では、シャフト１２およびロータ１４についての詳細な説明を割愛することとする。

図１は、本実施の形態の電動機１０の断面図である。なお、図１の視線はシャフト１２の軸方向である。

ステータ１６は、シャフト１２およびロータ１４の外周に設けられる概筒状の部材である。図１には、シャフト１２およびロータ１４が配されるおおよその位置を破線で示している。本実施の形態のステータ１６は概円筒形状を有するが、ステータ１６の形状はこれに限定されず、例えば角筒形状を有してもよい。

筒状のステータ１６の内周側には、シャフト１２の軸方向に沿った複数のスロット１８が形成される。複数のスロット１８は、ステータ１６がシャフト１２の外周に設けられた状態においてシャフト１２に向かって延在するように、放射状に設けられる。複数のスロット１８の各々には、シャフト１２を回転させる際に電流が供給されるコイル部２０が設けられる。

図２は、本実施の形態のスロット１８およびコイル部２０について説明するための図である。なお、図２は、本実施の形態のステータ１６の一部を拡大した斜視図である。

コイル部２０は、配線２２を予め決められたターン数だけ概螺旋状に巻いた複数の巻線群２４が互いに直列に接続されたものである。配線２２は、複数の線材２６を束ねて互いに並列に接続することで形成される。配線２２を構成する線材２６には、一般的なエナメル線が用いられ得る。コイル部２０のターン数は、特に限定されないが、本実施の形態では一例として１０ターンであるとする。

１つのコイル部２０が有する複数の巻線群２４は、ターン数が互いに異なる２つ以上の巻線群２４を含み、シャフト１２に向かう方向に沿ってターン数が多いものから順にスロット１８に設けられる。

以下、１つのスロット１８に設けられる３つの巻線群２４のうち、シャフト１２から遠いものから順に第１巻線群２４Ａ、第２巻線群２４Ｂおよび第３巻線群２４Ｃとも称する。

本実施の形態では、第１巻線群２４Ａのターン数は５ターンであり、第２巻線群２４Ｂのターン数は３ターンであり、第３巻線群２４Ｃのターン数は２ターンであるとする。なお、第１巻線群２４Ａ、第２巻線群２４Ｂおよび第３巻線群２４Ｃの各々のターン数は上記に限定されない。例えば、第１巻線群２４Ａのターン数を４ターンとし、第２巻線群２４Ｂのターン数を３ターンとし、第３巻線群２４Ｃのターン数を３ターンとしてもよい。

図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面図である。

本実施の形態の電動機１０は、シャフト１２に向かう方向で隣り合う複数の巻線群２４同士をスロット１８内において隔てる絶縁部材２８をさらに備える。これにより、スロット１８内における複数の巻線群２４同士の、意図しない電気的な干渉が防止され得る。

絶縁部材２８は、絶縁性を有する部材（絶縁性部材）であって、それは例えば薄膜状の絶縁紙、絶縁フィルムあるいは絶縁テープである。絶縁部材２８は、スロット１８内において、シャフト１２の軸方向に延在するように設けられる。また、絶縁部材２８は、複数の巻線群２４同士の間に設けられるほか、図３のように、線材２６とスロット１８の内側表面との直接的な接触を遮るように設けられることが好ましい。

図４は、本実施の形態の電動機１０の製造方法の一例を示すフローチャートである。

以下、上記の構成を備える電動機１０の製造方法（以下、単に製造方法）について説明する。この製造方法は、第１ステップと、第２ステップと、を含む。以下、順を追って説明する。

第１ステップでは、並列に接続された複数の線材２６から構成されるコイル部２０を、直列に接続され、且つターン数が異なる複数の巻線群２４を有するように形成する。

第１ステップは、複数の線材２６が並列に接続された配線２２を形成する配線形成ステップと、該配線２２を螺旋状に巻くことで複数の巻線群２４を形成する巻線群形成ステップと、を有する。

配線形成ステップは、複数の線材２６を束ねることで行われ得る。線材２６としては、既に説明したように、一般的なエナメル線を採用し得る。束ねる線材２６の数は、特に限定されないが、電動機１０に設けられる全てのコイル部２０において統一されていることが好ましい。

巻線群形成ステップは、配線２２を巻回するボビンを用いることにより容易に行い得る。すなわち、巻線群形成ステップでは、配線２２をボビンに５ターンだけ巻回することで、第１巻線群２４Ａを容易に形成し得る。次に、配線２２のうちの第１巻線群２４Ａとして巻回されていない部分を３ターンだけ巻回することで、第２巻線群２４Ｂを容易に形成し得る。同様に、配線２２のうちの残りの部分を２ターンだけ巻回することで、第３巻線群２４Ｃを容易に形成し得る。

第１ステップにより、互いに直列に接続された複数の巻線群２４を有するコイル部２０が形成される。コイル部２０は、最大で、ステータ１６に形成されたスロット１８と同じ数だけ用意され得る。

第２ステップでは、ステータ１６に形成された全てのスロット１８の各々に、複数の巻線群２４を、シャフト１２に向かう方向に沿ってターン数が多いものから順になるように設ける。なお、複数のスロット１８が形成されたステータ１６を得る方法は既知の技術に基づくことができるため、ここではその説明を割愛する。

第２ステップは、複数の巻線群２４のうちの１つをスロット１８に設ける巻線群挿入ステップと、シャフト１２に向かう方向で隣り合う複数の前記巻線群２４同士の間になるように絶縁部材２８を設ける絶縁部材挿入ステップと、を有する。

巻線群挿入ステップでは、スロット１８に設けられていない複数の巻線群２４のうち、最もターン数が多い巻線群２４を選択して、スロット１８に設ける。絶縁部材挿入ステップでは、絶縁部材２８を、巻線群挿入ステップにてスロット１８に挿入された巻線群２４に対して、シャフト１２に向かう方向において隣接するようにスロット１８に設ける。

巻線群挿入ステップと絶縁部材挿入ステップとは、所定の数（本実施の形態では、３）の巻線群２４がスロット１８に設けられるまで、繰返し実行され得る。

また、巻線群挿入ステップと絶縁部材挿入ステップとは、複数のスロット１８の各々について行い得る。これにより、全てのスロット１８について、第１巻線群２４Ａ、絶縁部材２８、第２巻線群２４Ｂ、絶縁部材２８、第３巻線群２４Ｃが、シャフト１２に向かう方向に沿ってこの順序で設けられた構成を得ることができる。すなわち、ステータ１６の全てのスロット１８について、複数の巻線群２４がシャフト１２に向かう方向に沿ってターン数が多いものから順になるように設けられ、且つその各々の間に絶縁部材２８が設けられた構成を得ることができる。

上記の第１ステップおよび第２ステップを含む製造方法によれば、本実施の形態の電動機１０（図１）を容易に製造することができる。

ここで、本実施の形態が開示する観点の一つについて説明する。ステータ１６のスロット１８にコイルが設けられるタイプの電動機１０においては、仮に、コイル部２０を構成する複数の線材２６の各々のインダクタンスＬがばらついていると、コイル部２０に流れる電流が不安定なものとなる。また、その結果として、電動機１０から安定的な出力を得ることが難しくなってしまう。以下、具体例を挙げながら説明する。

図５Ａは、インダクタンスＬが安定しない従来のコイル部２０’について説明するための図である。図５Ａにおいて、上方に示された要素ほど、線材２６の長さ方向で奥側（シャフト１２側）であり、下方に示された要素ほど、手前側（外周側）である。

図５Ａには、本実施の形態が適用されていない従来のコイル部２０’が有する複数の巻線群２４’のうちの一つが、模式的に示されている。図５Ａ中、線材２６ａ’および線材２６ｂ’は、コイル部２０’を構成するｎ本の線材２６のうちの２本である。

線材２６ａ’は、巻線群２４’に属する巻部３０ａ’を有する。同様に、線材２６ｂ’は、巻線群２４’に属する巻部３０ｂ’を有する。線材２６の長さ方向について、線材２６の長さ方向における巻部３０ａ’の位置は、巻部３０ｂ’よりも手前である。このように、線材２６ａ’における巻部３０ａ’の位置と、線材２６ｂ’における巻部３０ｂ’の位置とは、巻部３０ａ’と巻部３０ｂ’とが同じ巻線群２４’に属するものであっても、当該巻線群２４’の巻かれる長さの範囲でばらつき得る。この位置のずれは、巻線群２４‘の巻かれる長さが長いほど、すなわち、巻線群２４’の数を少なくした場合ほど、および１つの巻線群２４’のターン数を多くした場合ほど、生じやすい。

線材２６の長さ方向において巻部３０ａ’の位置と巻部３０ｂ’の位置とがずれていると、漏れ磁束Φｌ（図５Ａ）に起因して、巻部３０ａ’に生じる磁束Φａ’と巻部３０ｂ’に生じる磁束Φｂ’との大きさにずれが生じる。すなわち、図５Ａの例で説明すると、磁束Φｂ’の大きさは、磁束Φａ’よりも漏れ磁束Φｌの分だけ小さくなる（Φｂ’＝Φａ’−Φｌ）。

この結果、磁束Φａ’の大きさに基づいて決まる巻部３０ａ’のインダクタンスＬａ’と、磁束Φｂ’の大きさに基づいて決まる巻部３０ｂ’に生じるインダクタンスＬｂ’とに、ずれが生じる。このずれが、上記したインダクタンスＬ（Ｌａ’、Ｌｂ’）のばらつきである。なお、漏れ磁束Φｌは、シャフト１２に近いほど大きくなる。したがって、上記したインダクタンスＬのばらつきは、巻部３０ａ’と巻部３０ｂ’との線材２６の長さ方向における位置のずれがシャフト１２に近い位置で生じた場合ほど、大きくなる。

図５Ｂは、本実施の形態のコイル部２０について説明するための図である。図５Ｂにおいて、上方に示された要素ほど、線材２６の長さ方向で奥側（シャフト１２側）であり、下方に示された要素ほど、手前側（外周側）である。

図５Ｂには、本実施の形態のコイル部２０が有する複数の巻線群２４のうちの一つが、模式的に示されている。図５Ｂ中、線材２６ａおよび線材２６ｂは、コイル部２０を構成するｎ本の線材２６のうちの２本である。

本実施の形態では、シャフト１２に向かう方向に沿って、ターン数が多い巻線群２４から順にスロット１８に設けられる。このため、漏れ磁束Φｌが比較的に大きい巻線群２４であるほどターン数が抑えられ、結果として線材２６の長さ方向における巻部３０ａと巻部３０ｂとの位置ずれが低減され、あるいは製造段階（巻線群形成ステップ）において当該位置ずれを整えやすくなる。

巻部３０ａと巻部３０ｂとの位置ずれが低減されるので、巻部３０ａに生じる磁束Φａと巻部３０ｂに生じる磁束Φｂとの漏れ磁束Φｌに起因したずれも低減され、巻部３０ａのインダクタンスＬａと巻部３０ｂに生じるインダクタンスＬｂとのずれが低減される。

すなわち、本実施の形態によれば、漏れ磁束Φｌに起因するコイル部２０のインダクタンスＬのばらつきが低減される電動機１０およびその製造方法が提供される。

また、本実施の形態では、シャフト１２に向かう方向に沿って順番に設けられる第１巻線群２４Ａ、第２巻線群２４Ｂおよび第３巻線群２４Ｃのうち、シャフト１２から比較的に遠い第１巻線群２４Ａについては、ターン数を比較的に多くしている。これにより、漏れ磁束Φｌの影響が比較的顕在化しやすいシャフト１２に近い巻線群２４についてはインダクタンスＬのばらつきを低減しつつ、電動機１０の製造について工程数が増えすぎてしまうことを抑制することができる。

［変形例］
以上、本発明の一例として実施の形態が説明されたが、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。

（変形例１）
実施の形態では、ステータ１６に形成された全てのスロット１８の各々について、複数の巻線群２４が、シャフト１２に向かう方向に沿ってターン数が多いものから順にスロット１８に設けられる構成を説明した。

これに限定されず、ステータ１６に形成された複数のスロット１８のうちの少なくとも１つについて、複数の巻線群２４が、シャフト１２に向かう方向に沿ってターン数が多いものから順にスロット１８に設けられてもよい。

これにより、その少なくとも１つのスロット１８について、漏れ磁束Φｌに起因するコイル部２０のインダクタンスＬのばらつきが低減される。

（変形例２）
絶縁部材２８は、電動機１０の構成から省略されてもよい。同様に、絶縁部材挿入ステップは、電動機１０の製造方法から省略されてもよい。

［実施の形態から得られる発明］
上記実施の形態および変形例から把握しうる発明について、以下に記載する。

＜第１の発明＞
シャフト（１２）と、前記シャフト（１２）の外周に設けられ、前記シャフト（１２）に向かって延在する複数のスロット（１８）が形成され、並列に接続された複数の線材（２６）から構成されるコイル部（２０）が複数の前記スロット（１８）の各々に対して設けられるステータ（１６）と、を備える電動機（１０）であって、前記ステータ（１６）に形成された複数の前記スロット（１８）のうちの少なくとも１つに設けられた前記コイル部（２０）は、直列に接続され、且つターン数が異なる複数の巻線群（２４）を有し、複数の前記巻線群（２４）は、前記シャフト（１２）に向かう方向に沿ってターン数が多いものから順に前記スロット（１８）に設けられている。

これにより、漏れ磁束（Φｌ）に起因するコイル部（２０）のインダクタンス（Ｌ）のばらつきが低減される電動機（１０）が提供される。

前記ステータ（１６）に形成された全ての前記スロット（１８）の各々に設けられた前記コイル部（２０）は、直列に接続され、且つターン数が互いに異なる複数の前記巻線群（２４）を有し、複数の前記巻線群（２４）は、前記シャフト（１２）に向かう方向に沿ってターン数が多いものから順に前記スロット（１８）に設けられてもよい。これにより、漏れ磁束（Φｌ）に起因するコイル部（２０）のインダクタンス（Ｌ）のばらつきがより一層低減される電動機（１０）が提供される。

前記シャフト（１２）に向かう方向で隣り合う複数の前記巻線群（２４）同士の間に設けられた絶縁性部材（２８）をさらに備えてもよい。これにより、スロット（１８）内における複数の巻線群（２４）同士の意図しない電気的な干渉が防止され得る。

＜第２の発明＞
シャフト（１２）と、前記シャフト（１２）の外周に設けられ、前記シャフト（１２）に向かって延在する複数のスロット（１８）が形成されたステータ（１６）と、を備える電動機（１０）の製造方法であって、並列に接続された複数の線材（２６）から構成されるコイル部（２０）を、直列に接続され、且つターン数が異なる複数の巻線群（２４）を有するように形成する第１ステップと、前記ステータ（１６）に形成された複数の前記スロット（１８）のうちの少なくとも１つに、複数の前記巻線群（２４）を、前記シャフト（１２）に向かう方向に沿ってターン数が多いものから順になるように設ける第２ステップと、を含む。

これにより、漏れ磁束（Φｌ）に起因するコイル部（２０）のインダクタンス（Ｌ）のばらつきが低減される電動機（１０）の製造方法が提供される。

前記第２ステップでは、前記ステータ（１６）に形成された全ての前記スロット（１８）の各々に、複数の前記巻線群（２４）を、前記シャフト（１２）に向かう方向に沿って前記ターン数が多いものから順になるように設けてもよい。これにより、漏れ磁束（Φｌ）に起因するコイル部（２０）のインダクタンス（Ｌ）のばらつきがより一層低減される電動機（１０）の製造方法が提供される。

前記第２ステップは、前記シャフト（１２）に向かう方向で隣り合う複数の前記巻線群（２４）同士の間に絶縁性部材（２８）を設けるステップを含んでもよい。これにより、複数の巻線群（２４）が、スロット（１８）内において互いに干渉してしまうことが防止され得る。

１０…電動機 １２…シャフト
１６…ステータ １８…スロット
２０…コイル部 ２４(Ａ〜Ｃ)、２４’…巻線群
２６（２６ａ、２６ｂ、２６ａ’、２６ｂ’）…線材
２８…絶縁部材（絶縁性部材）

Claims (6)

1. シャフトと、前記シャフトの外周に設けられ、前記シャフトに向かって延在する複数のスロットが形成され、並列に接続された複数の線材から構成されるコイル部が複数の前記スロットの各々に対して設けられるステータと、を備える電動機であって、
   前記ステータに形成された複数の前記スロットのうちの少なくとも１つに設けられた前記コイル部は、直列に接続され、且つターン数が異なる複数の巻線群を有し、複数の前記巻線群は、前記シャフトに向かう方向に沿ってターン数が多いものから順に前記スロットに設けられている、電動機。
2. 請求項１に記載の電動機であって、
   前記ステータに形成された全ての前記スロットの各々に設けられた前記コイル部は、直列に接続され、且つターン数が互いに異なる複数の前記巻線群を有し、複数の前記巻線群は、前記シャフトに向かう方向に沿ってターン数が多いものから順に前記スロットに設けられている、電動機。
3. 請求項１または２に記載の電動機であって、
   前記シャフトに向かう方向で隣り合う複数の前記巻線群同士の間に設けられた絶縁性部材をさらに備える、電動機。
4. シャフトと、前記シャフトの外周に設けられ、前記シャフトに向かって延在する複数のスロットが形成されたステータと、を備える電動機の製造方法であって、
   並列に接続された複数の線材から構成されるコイル部を、直列に接続され、且つターン数が異なる複数の巻線群を有するように形成する第１ステップと、
   前記ステータに形成された複数の前記スロットのうちの少なくとも１つに、複数の前記巻線群を、前記シャフトに向かう方向に沿ってターン数が多いものから順になるように設ける第２ステップと、
   を含む、電動機の製造方法。
5. 請求項４に記載の電動機の製造方法であって、
   前記第２ステップでは、前記ステータに形成された全ての前記スロットの各々に、複数の前記巻線群を、前記シャフトに向かう方向に沿って前記ターン数が多いものから順になるように設ける、電動機の製造方法。
6. 請求項４または５に記載の電動機の製造方法であって、
   前記第２ステップは、前記シャフトに向かう方向で隣り合う複数の前記巻線群同士の間に絶縁性部材を設けるステップを含む、電動機の製造方法。

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