JP2022123735A - ステータ及びモータ - Google Patents

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和宏 田村
Kazuhiro Tamura
工 鈴木
Takumi Suzuki
哲矢 丸山
Tetsuya Maruyama
崇 平林
Takashi Hirabayashi
敦史 奥瀬
Atsushi Okuse
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Abstract

【課題】コイルと伝熱部材との間の絶縁性の確保しつつ、コイルの放熱性を向上させることを可能としたステータ及びモータを提供する。【解決手段】ステータ12は、ティース17を有するステータコア14と、ティース17の周囲に巻装される環状のコイル15と、ステータコア14における軸方向の側面14aに取り付けられ、前記側面とコイル15との間に設けられている第1伝熱部材21と、第1伝熱部材21とコイル15との間に設けられている第1絶縁部材22と、を備える。そして、第1絶縁部材22は、コイル15及び第1伝熱部材21の各々に接している。【選択図】図3

Description

本発明は、ステータ及びモータに関するものである。
例えば特許文献1に記載されたモータのステータは、ティースを有するステータコアと、ティースの周囲に巻装される環状のコイルとを備える。コイルに駆動用の電流が供給されると、コイルには熱が生じる。
特許第5977311号公報
上記のモータにおいて、ステータコアにおける軸方向の側面とコイルとの間に伝熱部材を設けることで、コイルの熱を外部に放出しやすくする構成が考えられる。本発明者らは、上記の伝熱部材を備えるモータにおいて、コイルの放熱性の向上及びコイルと伝熱部材との間の絶縁性の確保を両立させる構造を検討していた。本発明の目的は、コイルと伝熱部材との間の絶縁性の確保しつつ、コイルの放熱性を向上させることを可能としたステータ及びモータを提供することにある。
上記課題を解決するステータは、ティース(17)を有するステータコア(14)と、前記ティースの周囲に巻装される環状のコイル(15)と、前記ステータコアにおける軸方向の側面(14a)に取り付けられ、前記側面と前記コイルとの間に設けられている伝熱部材(21)と、前記伝熱部材と前記コイルとの間に設けられている絶縁部材(22)と、を備え、前記絶縁部材は、前記コイル及び前記伝熱部材の各々に接している。
上記課題を解決するモータは、ステータ(12)と、前記ステータに対向するロータ(13)と、を備えるモータ(10)であって、前記ステータは、ティース(17)を有するステータコア(14)と、前記ティースの周囲に巻装される環状のコイル(15)と、前記ステータコアにおける軸方向の側面(14a)に取り付けられ、前記側面と前記コイルとの間に設けられている伝熱部材(21)と、前記伝熱部材と前記コイルとの間に設けられている絶縁部材(22)と、を備え、前記絶縁部材は、前記コイル及び前記伝熱部材の各々に接している。
上記ステータ及びモータによれば、絶縁部材によってコイルと伝熱部材との間の絶縁性を確保することが可能となる。そして、絶縁部材は、コイル及び伝熱部材の各々に接するため、コイルの熱が絶縁部材を介して伝熱部材に伝わりやすくなる。従って、コイルの放熱性を向上させることが可能となる。
実施形態のモータにおける軸方向から見た模式図。 図1における2-2線端面図。 図2における一部を拡大して示す拡大端面図。 実施形態のモータにおいてティースの軸方向端部を径方向内側から見た拡大正面図。 図3における5-5線端面図。 実施形態におけるコイルの構成を説明するための模式図。 変更例のモータを示す端面図。 同変更例のモータにおいてティースの軸方向端部を径方向内側から見た拡大正面図。
以下、モータの一実施形態について図面を参照しつつ説明する。各図面では、説明の便宜上、構成の一部を誇張または簡略化して示す場合がある。また、各部分の寸法比率については各図面で異なる場合がある。
図1に示すように、モータ10は、ハウジング11と、ステータ12と、ロータ13とを備えている。ステータ12は、ハウジング11の内側に固定されている。ハウジング11は、例えば金属製である。ステータ12は、環状をなしている。ロータ13は、例えば、ステータ12の内側に配置されている。すなわち、モータ10は、インナロータ型のモータである。ロータ13は、ハウジング11に回転可能に支持されている。
ステータ12は、ステータコア14と、コイル15とを備えている。ステータコア14は、磁性金属材料にて構成されている。例えば、ステータコア14は、複数枚の電磁鋼板を積層して構成されている。ステータコア14は、基部16と、複数のティース17とを有している。基部16は、環状をなしている。基部16の外周面は、例えば、ハウジング11の内周面に接している。各ティース17は、基部16から径方向に沿って延びている。各ティース17は、例えば、基部16の内周面からステータコア14の中心軸線Lに向かって延びている。各ティース17は、ロータ13に対向する対向面17aを有している。本実施形態では、ティース17の径方向内側面が対向面17aを構成している。なお、ティース17の数は、モータ10の構成に応じて適宜変更可能である。
コイル15は、径方向から見て各ティース17の周囲に巻装されている。すなわち、コイル15は、ティース17の軸方向の側方に位置する一対の第1部位15aを有している。また、図5に示すように、コイル15は、第1部位15a同士を繋ぐ一対の第2部位15bを有している。第1部位15aは、ステータコア14における軸方向の側面14aに沿って設けられている。第2部位15bは、ステータ12の軸方向に沿って延在している。
なお、コイル15の成形方法としては、例えば、ティース17を模した治具にコイル15を巻き付けて成形した後、治具から外したコイル15をティース17に挿入する方法が挙げられる。また、それ以外には、例えば、ティース17にコイル15を巻き付ける方法が挙げられる。各コイル15に対して電源供給がなされると、ロータ13を回転駆動するための回転磁界がステータ12にて生じる。
図2に示すように、ステータ12は、ステータコア14の軸方向の端部において、コイル15の熱を放出するための放熱構造20を有している。なお、図1では、放熱構造20の図示を省略している。放熱構造20は、例えば、ステータコア14の軸方向の両端部にそれぞれ設けられている。各放熱構造20は、例えば、互いに同様の構成である。以下では、一方の放熱構造20を例にとって放熱構造20の構成を説明する。
図3に示すように、放熱構造20は、例えば、第1伝熱部材21と、第1絶縁部材22と、第2伝熱部材23と、第2絶縁部材24とを備えている。
第1伝熱部材21は、ステータコア14の構成材料よりも熱伝導率が高い材料にて構成されている。本実施形態では、第1伝熱部材21は、ステータコア14を構成する電磁鋼板よりも熱伝導率が高い材料にて構成されている。第1伝熱部材21は、例えばアルミニウム系金属にて構成されている。
第1伝熱部材21は、ステータコア14における軸方向の側面14aに取り付けられている。第1伝熱部材21と側面14aとの間には、例えば、含浸材25が介在されている。含浸材25は、例えば、エポキシ系の樹脂にて構成されている。含浸材25は、第1伝熱部材21を側面14aに接着する役割をなしている。つまり、第1伝熱部材21は、含浸材25によって側面14aに固定されている。
第1伝熱部材21は、本体部30と、第1延出部31と、第2延出部32とを有している。本体部30は、第1伝熱部材21において側面14aとコイル15の第1部位15aとの間に位置する部位である。第1延出部31は、本体部30からステータ12の径方向に沿って延出している。本実施形態の第1延出部31は、例えば、径方向の両端部からそれぞれ延出している。すなわち、各第1延出部31は、ステータ12の軸方向から見てコイル15の第1部位15aに重ならない位置にある。本体部30及び各第1延出部31は、含浸材25によって側面14aに固定されている。
第2延出部32は、径方向内側の第1延出部31から延出している。第2延出部32は、例えば、ステータ12の軸方向に沿って、側面14aから離れる方向に延出している。第2延出部32は、コイル15の第1部位15aの径方向内側に位置している。また、第2延出部32は、径方向から見て、例えば第1部位15aの軸方向全体を覆っている。すなわち、軸方向において、第2延出部32の先端部の位置は、第1部位15aの上面の位置と一致、または、第1部位15aの上面の位置よりも側面14aから離れた位置にある。また、第2延出部32の先端部は、軸方向において第2伝熱部材23から離れている。
図4に示すように、ステータ12の周方向において、第2延出部32は本体部30よりも長い。第2延出部32は、本体部30よりも周方向の両側に延出している。また、ステータ12の周方向において、第2延出部32の長さL1は、コイル15の幅L2と同一の長さに設定されている。
図3に示すように、第1絶縁部材22は、第1伝熱部材21に接するように設けられている。なお、第1絶縁部材22は、例えば樹脂フィルムにて構成されている。第1絶縁部材22は、第1絶縁部41と、第2絶縁部42とを有している。第1絶縁部41は、コイル15の第1部位15aと第1伝熱部材21の本体部30との間に位置している。第2絶縁部42は、コイル15の第1部位15aと第1伝熱部材21の第2延出部32との間に位置している。
図5に示すように、第1絶縁部材22は、例えば、一対の第3絶縁部43を有している。一対の第3絶縁部43は、本体部30の周方向両側に位置している。第3絶縁部43は、コイル15の第2部位15bと第1伝熱部材21の本体部30との間に介在されている。
第2伝熱部材23は、例えば、ステータコア14の構成材料よりも熱伝導率が高い材料にて構成されている。本実施形態では、第2伝熱部材23は、ステータコア14を構成する電磁鋼板よりも熱伝導率が高い材料にて構成されている。第2伝熱部材23は、例えばアルミニウム系金属にて構成されている。
図3に示すように、第2伝熱部材23は、被覆部51と、固定部52と、連結部53とを有している。
被覆部51は、コイル15の第1部位15aにおけるステータコア14とは反対側の面を覆っている。被覆部51と第1部位15aとの間には、第2絶縁部材24が設けられている。第2絶縁部材24は、例えば樹脂フィルムにて構成されている。第2絶縁部材24は、第1部位15aと被覆部51との間を電気的に絶縁している。
連結部53は、被覆部51と固定部52とを連結している。連結部53は、コイル15の第1部位15aに対して径方向外側に位置している。すなわち、連結部53は、第1部位15aに径方向に対向している。なお、本明細書における「対向」とは、面同士または部材同士が互いに正面の位置にあることを指し、互いが完全に正面の位置にある場合だけでなく、互いが部分的に正面の位置にある場合を含む。また、本明細書における「対向」とは、2つの部分の間に、2つの部分とは別の部材が介在している場合と、2つの部分の間に何も介在していない場合の両方を含む。
固定部52は、ステータコア14の側面14aに固定されている。固定部52は、例えば基部16に固定されている。また、固定部52は、例えば、ピン54の圧入によって基部16に固定されている。また、例えば、固定部52と側面14aとの間には、介在部材55が介在されている。介在部材55は、例えば冷間圧延鋼板にて構成されている。固定部52及び介在部材55の各々は、例えば、ハウジング11の内周面に接している。第1伝熱部材21は、例えば、第2伝熱部材23に接している。第1伝熱部材21において、例えば、径方向外側の第1延出部31が第2伝熱部材23の連結部53に接している。
図3に示すように、コイル15は、コイル本体61と、含浸材62とを含む。図6に示すように、コイル本体61は、ティース17の周囲に巻装される導線63にて構成されている。含浸材62は、例えば、エポキシ系の樹脂にて構成されている。含浸材62は、コイル本体61と第1絶縁部41との間に介在されている。コイル本体61の導線63と第1絶縁部41との間の隙間は、含浸材62によって埋められている。すなわち、第1絶縁部41は、含浸材62を含むコイル15と、第1伝熱部材21の本体部30の各々に接している。
図3に示すように、含浸材62は、コイル本体61と第2絶縁部42との間にも介在されている。すなわち、第2絶縁部42は、含浸材62を含むコイル15と第1伝熱部材21の第2延出部32の各々に接している。なお、第1絶縁部材22は、第1絶縁部41から第2絶縁部42に移行する角部において、コイル本体61の角部に沿った形状をなしている。本実施形態では、第1絶縁部材22の当該角部は、曲面状をなしている。これにより、当該角部に含浸材62が密着しやすい。また、第1伝熱部材21は、第1延出部31から第2延出部32に移行する角部において、コイル本体61の角部に沿った形状をなしている。本実施形態では、第1伝熱部材21の当該角部は、曲面状をなしている。これにより、当該角部に前記第1絶縁部材22の角部が接触しやすい。
図5に示すように、含浸材62は、第2部位15bにおけるコイル本体61と第3絶縁部43との間にも介在されている。すなわち、第3絶縁部43は、含浸材62を含むコイル15と第1伝熱部材21の本体部30の各々に接している。なお、ステータ12の周方向において、本体部30の長さは、ティース17の長さから第3絶縁部43の厚さ及び含浸材62の厚さを差し引いた長さに設定されている。
本実施形態の作用について説明する。
ロータ13の回転駆動用の電流がコイル15に供給されると、コイル15には熱が生じる。このとき、コイル15の熱は、第1伝熱部材21及びステータコア14を介してハウジング11に伝わる。また、コイル15の熱は、第2伝熱部材23を介してハウジング11に伝わる。そして、ハウジング11に伝わった熱は、ハウジング11からモータ10の外部に放出される。
本実施形態の効果について説明する。
(1)第1伝熱部材21は、ステータコア14の側面14aとコイル15との間に設けられている。第1絶縁部材22は、第1伝熱部材21とコイル15との間に設けられている。そして、第1絶縁部材22は、コイル15及び第1伝熱部材21の各々に接している。この構成によれば、第1絶縁部材22によってコイル15と第1伝熱部材21との間の絶縁性を確保することが可能となる。そして、第1絶縁部材22は、コイル15及び第1伝熱部材21の各々に接するため、コイル15の熱が第1絶縁部材22を介して第1伝熱部材21に伝わりやすくなる。従って、コイル15の放熱性を向上させることが可能となる。
(2)コイル15は、ティース17の周囲に巻装される導線63からなるコイル本体61と、導線63と第1絶縁部材22との間の隙間を埋める含浸材62と、を含んでいる。そして、第1絶縁部材22は、含浸材62に接している。この構成によれば、コイル本体61と第1絶縁部材22との間の隙間が含浸材62によって埋められている。このため、コイル本体61で生じた熱を第1伝熱部材21に第1絶縁部材22を介してより好適に伝えやすくすることが可能となる。その結果、コイル15の放熱性をより向上させることが可能となる。
(3)第1伝熱部材21は、ステータコア14の構成材料よりも熱伝導率が高い材料にて構成されている。この構成によれば、コイル15の熱を第1伝熱部材21に、より伝わりやすい構成となる。その結果、コイル15の放熱性をより向上させることが可能となる。
(4)第1伝熱部材21は、アルミニウム系金属にて構成されている。この構成によれば、コイル15の熱を第1伝熱部材21に、より伝わりやすい構成となる。その結果、コイル15の放熱性をより向上させることが可能となる。
(5)第1伝熱部材21は、ステータコア14の側面14aに固定されている。この構成によれば、第1伝熱部材21をステータコア14に支持させることができる。
(6)第1伝熱部材21は、側面14aとコイル15との間に位置する本体部30と、本体部30からステータ12の径方向に沿って延出する第1延出部31と、を有している。そして、第1延出部31は、ステータ12の軸方向から見てコイル15に重ならない位置にある。この構成によれば、第1伝熱部材21が第1延出部31を有することで、コイル15の放熱性をより向上させることが可能となる。
(7)第1伝熱部材21は、第1延出部31から延出する第2延出部32を有している。そして、第2延出部32は、コイル15に対する径方向の側方に位置している。この構成によれば、第1伝熱部材21が第2延出部32を有することで、コイル15の放熱性をより向上させることが可能となる。
(8)第1絶縁部材22は、ステータ12の軸方向においてコイル15と本体部30との間に位置する第1絶縁部41と、コイル15と第2延出部32との間に位置する第2絶縁部42と、を有している。第1絶縁部41は、コイル15及び本体部30の各々に接している。そして、第2絶縁部42は、コイル15及び第2延出部32の各々に接している。この構成によれば、第1絶縁部材22の第2絶縁部42によって、第1伝熱部材21の第2延出部32とコイル15との間の絶縁性を確保することが可能となる。そして、第2絶縁部42は、コイル15及び第2延出部32の各々に接するため、コイル15の熱を第2絶縁部42を介して第2延出部32に伝わりやすくすることが可能となる。その結果、コイル15の放熱性をより向上させることが可能となる。
(9)径方向から見て、第2延出部32は、コイル15の軸方向全体を覆っている。この構成によれば、コイル15の熱を第2延出部32に、より伝わりやすくすることが可能となる。その結果、コイル15の放熱性をより向上させることが可能となる。
(10)ステータ12の周方向における第2延出部32の長さL1は、周方向におけるコイル15の幅L2と同一の長さに設定されている。この構成によれば、コイル15の熱を第2延出部32に、より伝わりやすくすることが可能となる。その結果、コイル15の放熱性をより向上させることが可能となる。
(11)第1絶縁部材22は、ステータ12の周方向においてコイル15と本体部30との間に位置する第3絶縁部43を有している。そして、第3絶縁部43は、コイル15及び本体部30の各々に接している。この構成によれば、第3絶縁部43によって、本体部30とコイル15の第2部位15bとの間の絶縁性を確保することが可能となる。そして、第3絶縁部43は、コイル15及び本体部30の各々に接するため、コイル15の熱を第3絶縁部43を介して本体部30に伝わりやすくすることが可能となる。その結果、コイル15の放熱性をより向上させることが可能となる。
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態の第1伝熱部材21において、径方向外側の第1延出部31からステータコア14とは反対側に延びる第2延出部を設けてもよい。
・上記実施形態では、径方向から見て、第2延出部32は、コイル15の第1部位15aの軸方向全体を覆っているが、これに限らず、第2延出部32が第1部位15aの軸方向の一部を覆うように構成してもよい。
・上記実施形態の第1伝熱部材21は、ステータコア14の側面14aに対し含浸材25によって接着されているが、これに特に限定されるものではない。例えば、第1伝熱部材21にピン部を設け、当該ピン部をステータコア14の側面14aに設けた凹部に圧入することで、第1伝熱部材21を側面14aに固定してもよい。また、例えば、ねじによって第1伝熱部材21を側面14aに固定してもよい。
・第2伝熱部材23の固定態様は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、ねじによって第2伝熱部材23の固定部52を側面14aに固定してもよい。また、例えば、固定部52を接着によって側面14aに固定してもよい。
・ステータコア14の構成材料、及び第1伝熱部材21の構成材料は上記実施形態に限定されるものではなく、モータ10の構成に応じて適宜変更可能である。また、第2伝熱部材23の構成材料は上記実施形態に限定されるものではなく、モータ10の構成に応じて適宜変更可能である。また、第1絶縁部材22及び第2絶縁部材24の構成材料は上記実施形態に限定されるものではなく、モータ10の構成に応じて適宜変更可能である。また、含浸材25,62の構成材料は上記実施形態に限定されるものではなく、モータ10の構成に応じて適宜変更可能である。
・上記実施形態の第1伝熱部材21において、第2延出部32を省略してもよい。また、一対の第1延出部31の少なくとも一方を省略してもよい。第1伝熱部材21から各第1延出部31を省略した場合、ステータ12の径方向において、第1伝熱部材21の長さは、コイル15の長さと同等、もしくはコイル15の長さよりも短くなる。また、上記実施形態の放熱構造20において、第2伝熱部材23及び第2絶縁部材24を省略してもよい。例えば、図7及び図8に示す放熱構造20では、第1伝熱部材21において、第2延出部32が省略されている。それに伴い、第1絶縁部材22において、第2絶縁部42が省略されている。また、同放熱構造20では、第2伝熱部材23及び第2絶縁部材24が省略されている。図7及び図8に示すような構成によっても、上記実施形態の効果(1)などの効果が得られる。
・上記実施形態において、第1絶縁部41、第2絶縁部42及び第3絶縁部43が、コイル15の第1部位15aにおける導線63及び含浸材62の各々に接する構成であってもよい。また、第1絶縁部41、第2絶縁部42及び第3絶縁部43が、コイル15の第1部位15aに対しては含浸材62のみに接する構成であってもよい。また、上記実施形態において、第2絶縁部材24が、コイル15の第1部位15aにおける導線63及び含浸材62の各々に接する構成であってもよい。また、第2絶縁部材24が、コイル15の第1部位15aに対しては含浸材62のみに接する構成であってもよい。また、上記実施形態のコイル15において、含浸材62を省略してもよい。
・上記実施形態の放熱構造20は、ステータコア14の軸方向の両端部にそれぞれ設けられているが、これに限らず、放熱構造20をステータコア14の軸方向の一方側のみに設けてもよい。
・上記実施形態のモータ10は、インナロータ型であるが、アウタロータ型のモータにも適用可能である。
・今回開示された実施形態及び変更例はすべての点で例示であって、本発明はこれらの例示に限定されるものではない。すなわち、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
10 モータ、12 ステータ、13 ロータ、14 ステータコア、14a 側面、15 コイル、17 ティース、21 第1伝熱部材(伝熱部材)、22 第1絶縁部材(絶縁部材)、30 本体部、31 第1延出部、32 第2延出部、41 第1絶縁部、42 第2絶縁部、43 第3絶縁部、61 コイル本体、62 含浸材、63 導線、L1 長さ、L2 幅。

Claims (12)

  1. ティース(17)を有するステータコア(14)と、
    前記ティースの周囲に巻装される環状のコイル(15)と、
    前記ステータコアにおける軸方向の側面(14a)に取り付けられ、前記側面と前記コイルとの間に設けられている伝熱部材(21)と、
    前記伝熱部材と前記コイルとの間に設けられている絶縁部材(22)と、
    を備え、
    前記絶縁部材は、前記コイル及び前記伝熱部材の各々に接している、
    ステータ。
  2. 前記コイルは、前記ティースの周囲に巻装される導線(63)からなるコイル本体(61)と、前記導線と前記絶縁部材との間の隙間を埋める含浸材(62)と、を含み、
    前記絶縁部材は、前記含浸材に接している、
    請求項1に記載のステータ。
  3. 前記伝熱部材は、前記ステータコアの構成材料よりも熱伝導率が高い材料にて構成されている、
    請求項1または請求項2に記載のステータ。
  4. 前記伝熱部材は、アルミニウム系金属にて構成されている、
    請求項3に記載のステータ。
  5. 前記伝熱部材は、前記ステータコアの前記側面に固定されている、
    請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のステータ。
  6. 前記伝熱部材は、前記側面と前記コイルとの間に位置する本体部(30)と、前記本体部から前記ステータの径方向に沿って延出する第1延出部(31)と、を有し、
    前記第1延出部は、前記ステータの軸方向から見て前記コイルに重ならない位置にある、
    請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のステータ。
  7. 前記伝熱部材は、前記第1延出部から延出する第2延出部(32)を有し、
    前記第2延出部は、前記コイルに対する前記径方向の側方に位置している、
    請求項6に記載のステータ。
  8. 前記絶縁部材は、前記ステータの軸方向において前記コイルと前記本体部との間に位置する第1絶縁部(41)と、前記コイルと前記第2延出部との間に位置する第2絶縁部(42)と、を有し、
    前記第1絶縁部は、前記コイル及び前記本体部の各々に接しており、
    前記第2絶縁部は、前記コイル及び前記第2延出部の各々に接している、
    請求項7に記載のステータ。
  9. 前記径方向から見て、前記第2延出部は、前記コイルの軸方向全体を覆っている、
    請求項8に記載のステータ。
  10. 前記ステータの周方向における前記第2延出部の長さ(L1)は、前記周方向における前記コイルの幅(L2)と同一の長さに設定されている、
    請求項7から請求項9のいずれか1項に記載のステータ。
  11. 前記絶縁部材は、前記ステータの周方向において前記コイルと前記伝熱部材との間に位置する第3絶縁部(43)を有し、
    前記第3絶縁部は、前記コイル及び前記伝熱部材の各々に接している、
    請求項1から請求項10のいずれか1項のステータ。
  12. ステータ(12)と、前記ステータに対向するロータ(13)と、を備えるモータ(10)であって、
    前記ステータは、
    ティース(17)を有するステータコア(14)と、
    前記ティースの周囲に巻装される環状のコイル(15)と、
    前記ステータコアにおける軸方向の側面(14a)に取り付けられ、前記側面と前記コイルとの間に設けられている伝熱部材(21)と、
    前記伝熱部材と前記コイルとの間に設けられている絶縁部材(22)と、
    を備え、
    前記絶縁部材は、前記コイル及び前記伝熱部材の各々に接している、
    モータ。
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