JP2023163598A - ステータ、及びモータ - Google Patents

Abstract

【課題】占積率を大きくしながらアンバランスを抑制可能としたステータを提供すること。【解決手段】ステータ２０は、周方向に複数配置されて径方向に延びるティース２１ｂと、ティースに集中巻にて巻回された巻線２３と、を備える。巻線は、第１系統の三相交流電流が供給される複数の第１系統巻線４１と、第２系統の三相交流電流が供給される複数の第２系統巻線４２とを有する。第１系統巻線の一方の端末線である第１中性線４１ａと、第２系統巻線の一方の端末線である第２中性線４２ａとは、径方向の異なる位置から引き出されている。【選択図】図２

Description

本発明は、ステータ、及びモータに関するものである。

従来、モータのステータとしては、周方向に複数配置されるとともに径方向内側に延びるティースと、ティースに集中巻にて巻回された巻線とを備えたものがある。そして、このようなステータとしては、巻線が、第１系統の三相交流電流が供給される複数の第１系統巻線と第２系統の三相交流電流が供給される複数の第２系統巻線とを有することで、冗長性を有するものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３－２４０２５９号公報

しかしながら、上記のようなステータでは、全ての巻線の配列が同じであった。よって、例えば第１系統巻線の端末線である第１中性線同士を接続させるとともに、第２系統巻線の端末線である第２中性線同士を接続させる構成では、第１中性線と第２中性線とが径方向の同じ位置から引き出される。よって、第１中性線と第２中性線とが密集してしまうことにより、接続の作業性が悪いという問題があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、接続の作業性を向上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（２０）は、周方向に複数配置されて径方向に延びるティース（２１ｂ）と、前記ティースに集中巻にて巻回された巻線（２３）と、を備え、前記巻線は、第１系統の電流が供給される複数の第１系統巻線（４１）と、第２系統の電流が供給される複数の第２系統巻線（４２）とを有し、前記第１系統巻線の一方の端末線である第１中性線（４１ａ）と、前記第２系統巻線の一方の端末線である第２中性線（４２ａ）とは、径方向の異なる位置から引き出されている。

同構成によれば、第１系統巻線の一方の端末線である第１中性線と、第２系統巻線の一方の端末線である第２中性線とは、径方向の異なる位置から引き出されているため、径方向の同じ位置から引き出されている場合に比べて、それぞれの接続が容易となる。すなわち、第１中性線と第２中性線との引き出し位置が径方向に分散されているため、密集を回避でき、それぞれの接続が容易となる。

上記課題を解決するモータ（１０）は、前記ステータと、前記ティースの先端と対向するように配置されて回転可能に支持されたロータ（３０）と、を備える。
同構成によれば、モータにおいて、上記効果を得ることができる。

一実施形態におけるモータの概略構成図。 一実施形態におけるステータの一部拡大平面図。 一実施形態におけるステータの一部断面図。

以下、ステータを備えたモータの一実施形態について図面を参照して説明する。なお、図面では、説明の便宜上、構成の一部を誇張又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も、実際と異なる場合がある。

（モータ１０の構成）
図１に示すように、モータ１０は、ステータ２０と、ロータ３０とを備える。また、モータ１０は、それぞれ独立して１２０度位相の異なる三相交流電流を生成可能な図示しない第１インバータ回路と第２インバータ回路とを備える。例えば、第１インバータ回路は、Ｘ相、Ｙ相、Ｚ相の第１系統の三相交流電流を生成可能である。第２インバータ回路は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の第２系統の三相交流電流を生成可能である。

（ステータ２０の構成）
図２に示すように、ステータ２０は、ステータコア２１と、インシュレータ２２と、巻線２３とを備える。なお、図１及び図２では、インシュレータ２２及び巻線２３の断面を模式的に図示している。ステータコア２１は、周方向に分割された複数の分割コア２４よりなる。本実施形態では、ステータコア２１は、１２個の分割コア２４よりなる。ステータコア２１は、円環状の環状部２１ａと、環状部２１ａから径方向内側に延びるティース２１ｂとを有する。ティース２１ｂは、分割コア２４毎に設けられている。インシュレータ２２は、ティース２１ｂを覆うように装着される。巻線２３は、インシュレータ２２を介してティース２１ｂに集中巻にて巻回される。

（巻線２３の詳細な構成）
巻線２３は、Ｘ相、Ｙ相、Ｚ相の第１系統の三相交流電流が供給される複数の第１系統巻線４１と、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の第２系統の三相交流電流が供給される複数の第２系統巻線４２とを有する。第１系統巻線４１と第２系統巻線４２とは周方向に交互に配置されている。すなわち、巻線２３は、Ｘ＋、Ｘ－、Ｙ＋、Ｙ－、Ｚ＋、Ｚ－の６つの第１系統巻線４１を有する。また、巻線２３は、Ｕ＋、Ｕ－、Ｖ＋、Ｖ－、Ｗ＋、Ｗ－の６つの第２系統巻線４２を有する。なお、＋と－とは正巻きと逆巻きとを表している。

そして、例えば、図１に示すように、巻線２３は、Ｚ＋、Ｗ－、Ｙ－、Ｖ＋、Ｘ＋、Ｕ－、Ｚ－、Ｗ＋、Ｙ＋、Ｖ－、Ｘ－、Ｕ＋の順に第１系統巻線４１と第２系統巻線４２とが周方向に交互に配置されている。

図２に示すように、第１系統巻線４１は、第１の配列でティース２１ｂに巻回され、第２系統巻線４２は、周方向に隣り合うティース２１ｂ同士の間において第１系統巻線４１を避けつつ第１の配列とは異なる第２の配列でティース２１ｂに巻回されている。また、第１系統巻線４１の一方の端末線である第１中性線４１ａと、第２系統巻線４２の一方の端末線である第２中性線４２ａとは、径方向の異なる位置から引き出されている。本実施形態では、第１中性線４１ａは、径方向内側から引き出され、第２中性線４２ａは、径方向外側から引き出されている。また、第１系統巻線４１の他方の端末線である第１電源線４１ｂと、第２系統巻線４２の他方の端末線である第２電源線４２ｂとは、径方向の同じ位置から引き出されている。本実施形態では、第１電源線４１ｂと第２電源線４２ｂとは、共に径方向外側から引き出されている。第１電源線４１ｂは、図示しない第１インバータ回路に接続され、第２電源線４２ｂは、図示しない第２インバータ回路に接続される。

第１系統巻線４１及び第２系統巻線４２は、径方向に沿って順次巻回されるとともに径方向の内外で折り返されて順次巻回されることで周方向に複数列、巻回されるものである。

詳述すると、第１系統巻線４１は、径方向外側であって第１電源線４１ｂとなる部位から巻回されている。そして、第１系統巻線４１は、径方向内側に沿って順次巻回され、径方向内側で折り返されて径方向外側に沿って順次巻回され、更に径方向外側で折り返されて径方向内側に沿って順次巻回されている。これにより、第１系統巻線４１は、周方向に３列巻回されている。なお、第１系統巻線４１は、列毎に同じ回数であって、本実施形態では列毎に８回巻回されている。また、第１系統巻線４１は、周方向に隣り合うティース２１ｂ同士の間の中心線を径方向内側で越えるように巻回されている。また、第１系統巻線４１は、巻き終わりが径方向内側となるため、第１中性線４１ａは、径方向内側から引き出される。

また、第２系統巻線４２は、径方向外側であって第２電源線４２ｂとなる部位から巻回されている。第２系統巻線４２は、径方向内側に沿って順次巻回され、径方向内側で折り返されて径方向外側に沿って順次巻回され、更に径方向外側で折り返されて径方向内側に沿って順次巻回され、更に径方向中間部で折り返されて径方向外側に沿って順次巻回されている。これにより、第２系統巻線４２は、周方向に４列巻回されている。なお、第２系統巻線４２は、最初と２番目の列が８回巻回され、３番目の列が６回巻回され、４番目の列が２回巻回されている。また、第１系統巻線４１と第２系統巻線４２とは、全ての巻き数が同じ数であって、本実施形態では共に２４回巻回されている。また、第２系統巻線４２は、巻き終わりが径方向外側となるため、第２中性線４２ａは、径方向外側から引き出される。

また、ステータ２０は、第１中性点ターミナル５０と、第２中性点ターミナル６０とを備える。
（第１中性点ターミナル５０及び第２中性点ターミナル６０の構成）
第１中性点ターミナル５０及び第２中性点ターミナル６０は、導電性金属材料によって円形に構成されている。本実施形態の第１中性点ターミナル５０及び第２中性点ターミナル６０は、真円形状に形成されている。

図１及び図２に示すように、第１中性点ターミナル５０と第２中性点ターミナル６０とは、径が異なる。詳しくは、第１中性点ターミナル５０は、径の小さい円形に形成され、第２中性点ターミナル６０は第１中性点ターミナル５０よりも径の大きい円形に形成されている。

また、図３に示すように、第１中性点ターミナル５０と第２中性点ターミナル６０とは、軸方向の同じ位置に配置されている。なお、本実施形態の第１中性点ターミナル５０及び第２中性点ターミナル６０は、円盤形状から軸方向に立ち上がった接続部５０ａ，６０ａを有している。

そして、第１中性点ターミナル５０の接続部５０ａには、全ての第１中性線４１ａが接続されている。また、第２中性点ターミナル６０の接続部６０ａには、全ての第２中性線４２ａが接続されている。なお、図３では、第１中性点ターミナル５０に第１中性線４１ａが接続されている様子と、第２中性点ターミナル６０に第２中性線４２ａが接続されている様子とを、模式的に図示している。第１中性点ターミナル５０は、第１中性線４１ａの引き出された位置に応じた径に形成されており、第１中性線４１ａは、軸方向に延びてほぼ折り曲げられることなく第１中性点ターミナル５０に接続されている。また、第２中性点ターミナル６０は、第２中性線４２ａの引き出された位置に応じた径に形成されており、第２中性線４２ａは、軸方向に延びてほぼ折り曲げられることなく第１中性点ターミナル５０に接続されている。

また、図３に示すように、ステータ２０は、モールド樹脂７０を有する。モールド樹脂７０は、巻線２３や第１中性点ターミナル５０や第２中性点ターミナル６０等をモールドしている。なお、図３は模式図であって、例えば、周方向に引き回された場合の第１電源線４１ｂや第２電源線４２ｂ等の図示は省略している。

（ロータ３０の構成）
図１に示すように、ロータ３０は、ティース２１ｂの先端と対向するように、ステータ２０の径方向内側に配置されるとともに、回転可能に支持されている。ロータ３０は、図示しない永久磁石を周方向に複数有したものである。

次に、上記のように構成されたモータ１０の作用について説明する。
モータ１０は、第１インバータ回路と第２インバータ回路とを備える。また、ステータ２０の巻線２３は、第１インバータ回路からの第１系統の三相交流電流が供給される複数の第１系統巻線４１と第２インバータ回路からの第２系統の三相交流電流が供給される複数の第２系統巻線４２とを有する。よって、モータ１０は、第１系統巻線４１及び第２系統巻線４２の少なくとも一方によって駆動可能となり、冗長性を有する。

次に、上記実施形態の効果を以下に記載する。
（１）第１系統巻線４１の一方の端末線である第１中性線４１ａと、第２系統巻線４２の一方の端末線である第２中性線４２ａとは、径方向の異なる位置から引き出されている。よって、径方向の同じ位置から引き出されている場合に比べて、それぞれの接続が容易となる。すなわち、第１中性線４１ａと第２中性線４２ａとの引き出し位置が径方向に分散されているため、密集を回避でき、それぞれの接続が容易となる。

（２）円形の第１中性点ターミナル５０と、円形で第１中性点ターミナル５０と径が異なる第２中性点ターミナル６０とを備えるため、簡単な構成で第１中性線４１ａと第２中性線４２ａとをそれぞれ接続することができる。

（３）第１中性点ターミナル５０と第２中性点ターミナル６０とは、軸方向の同じ位置に配置されているため、例えば、軸方向の異なる位置に配置されている場合に比べて、モータ１０の軸方向の小型化を図ることが可能となる。

（４）第１系統巻線４１の列の数は、奇数である「３」であって、第２系統巻線４２の列の数は、偶数である「４」であるため、特別な巻き方等を要さずに、自然と第１中性線４１ａと第２中性線４２ａとを径方向の異なる位置から引き出すことができる。

（５）第１系統巻線４１は、列毎に同じ回数巻回されているため、最も単純な巻き方となる。
（６）第２系統巻線４２は、隣り合うティース２１ｂ同士の間において第１系統巻線４１を避けつつ第１の配列とは異なる第２の配列でティース２１ｂに巻回されているため、ティース２１ｂ同士の間における占積率を大きくすることができる。すなわち、第１系統巻線４１が配置されたティース２１ｂ同士の間の残りの領域を補填するような第２の配列で第２系統巻線４２を巻回することで、全て同じ配列で巻回した場合に比べて、ティース２１ｂ同士の間における占積率を大きくすることができる。具体的には、本実施形態では、第１系統巻線４１は、周方向に隣り合うティース２１ｂ同士の間の中心線を径方向内側で越えるように巻回されている。よって、第２系統巻線４２を第１系統巻線４１と同様の第１の配列で巻回して配置しようとしても径方向内側で第２系統巻線４２が第１系統巻線４１に重なってしまうため不可能となるが、これを回避して、占積率を大きくすることができる。そして、第１系統巻線４１は第１系統の三相交流電流が供給されるものであり、第２系統巻線４２は第２系統の三相交流電流が供給されるものであって、各系統内では配列が同じとなるため、各系統内で配列が異なることによるアンバランスが生じない。よって、例えば、アンバランスによるノイズが抑えられる。また、例えば、アンバランスを緩和するための複雑な制御が不要になる。

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。
・上記実施形態では、円形の第１中性点ターミナル５０と、円形で第１中性点ターミナル５０と径が異なる第２中性点ターミナル６０とを備えるとしたが、これに限定されない。例えば、他の形状の第１中性点ターミナル５０や第２中性点ターミナル６０としてもよい。

・上記実施形態では、第１中性点ターミナル５０と第２中性点ターミナル６０とは、軸方向の同じ位置に配置されているとしたが、これに限定されず、軸方向の異なる位置に配置されていてもよい。

・上記実施形態では、第１系統巻線４１の列の数は、奇数である「３」であって、第２系統巻線４２の列の数は、偶数である「４」であるとしたが、これに限定されず、他の数としてもよい。例えば、第１系統巻線４１及び第２系統巻線４２の列の数は、いずれか一方が奇数で、いずれか他方が偶数であれば、他の数に変更してもよい。また、第１系統巻線４１及び第２系統巻線４２の列の数は、共に奇数であってもよいし、共に偶数であってもよいし、同じ数であってもよい。

・上記実施形態では、第１系統巻線４１は、列毎に同じ回数であって、列毎に８回巻回されているとしたが、これに限定されず、例えば、列によって異なる回数巻回されていてもよいし、列毎に８回以外の回数で巻回されていてもよい。

・上記実施形態では、ステータ２０は、モールド樹脂７０を有するとしたが、これに限定されず、モールド樹脂７０を有していない構成としてもよい。
・上記実施形態では、ステータ２０は、１２個のティース２１ｂを有する構成としたが、これに限定されず、例えば、２４個等、他の数のティース２１ｂを有する構成としてもよい。

本発明の特徴を以下の通り示す。
［１］周方向に複数配置されて径方向に延びるティース（２１ｂ）と、前記ティースに集中巻にて巻回された巻線（２３）と、を備え、前記巻線は、第１系統の電流が供給される複数の第１系統巻線（４１）と、第２系統の電流が供給される複数の第２系統巻線（４２）とを有し、前記第１系統巻線の一方の端末線である第１中性線（４１ａ）と、前記第２系統巻線の一方の端末線である第２中性線（４２ａ）とは、径方向の異なる位置から引き出されているステータ（２０）。

［２］前記第１中性線が接続される円形の第１中性点ターミナル（５０）と、前記第２中性線が接続される円形で前記第１中性点ターミナルと径が異なる第２中性点ターミナル（６０）と、を備えた［１］に記載のステータ。

［３］前記第１中性点ターミナルと前記第２中性点ターミナルとは、軸方向の同じ位置に配置されている［２］に記載のステータ。
［４］前記第１系統巻線及び前記第２系統巻線は、径方向に沿って順次巻回されるとともに径方向の内外で折り返されて順次巻回されることで周方向に複数列、巻回されるものであり、前記第１系統巻線及び前記第２系統巻線の列の数は、いずれか一方が奇数で、いずれか他方が偶数である［１］から［３］のいずれか１つに記載のステータ。

［５］前記第１系統巻線及び前記第２系統巻線のいずれか一方は、列毎に同じ回数巻回されている［４］に記載のステータ。
［６］［１］から［５］のいずれか１つに記載のステータと、前記ティースの先端と対向するように配置されて回転可能に支持されたロータ（３０）と、を備えたモータ（１０）。

１０…モータ、２０…ステータ、２１ｂ…ティース、２３…巻線、３０…ロータ、４１…第１系統巻線、４１ａ…第１中性線、４２…第２系統巻線、４２ａ…第２中性線、５０…第１中性点ターミナル、６０…第２中性点ターミナル。

Claims (6)

1. 周方向に複数配置されて径方向に延びるティース（２１ｂ）と、
   前記ティースに集中巻にて巻回された巻線（２３）と、を備え、
   前記巻線は、第１系統の電流が供給される複数の第１系統巻線（４１）と、第２系統の電流が供給される複数の第２系統巻線（４２）とを有し、
   前記第１系統巻線の一方の端末線である第１中性線（４１ａ）と、前記第２系統巻線の一方の端末線である第２中性線（４２ａ）とは、径方向の異なる位置から引き出されているステータ（２０）。
2. 前記第１中性線が接続される円形の第１中性点ターミナル（５０）と、
   前記第２中性線が接続される円形で前記第１中性点ターミナルと径が異なる第２中性点ターミナル（６０）と、を備えた請求項１に記載のステータ。
3. 前記第１中性点ターミナルと前記第２中性点ターミナルとは、軸方向の同じ位置に配置されている請求項２に記載のステータ。
4. 前記第１系統巻線及び前記第２系統巻線は、径方向に沿って順次巻回されるとともに径方向の内外で折り返されて順次巻回されることで周方向に複数列、巻回されるものであり、
   前記第１系統巻線及び前記第２系統巻線の列の数は、いずれか一方が奇数で、いずれか他方が偶数である請求項１に記載のステータ。
5. 前記第１系統巻線及び前記第２系統巻線のいずれか一方は、列毎に同じ回数巻回されている請求項４に記載のステータ。
6. 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と、
   前記ティースの先端と対向するように配置されて回転可能に支持されたロータ（３０）と、を備えたモータ（１０）。

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