JP4459885B2 - ステータおよびモータ - Google Patents

Description

本発明は、ステータおよびモータに関する。

従来、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相の各相毎のステータコアに３相の各相毎の巻線が集中巻きにより巻装されたステータを備え、このステータによりロータを３相駆動する３相モータが知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相の各相毎の巻線が周方向で隣り合うティース間を縫うようにして周回させられることで波状に巻装されたステータを備え、このステータによりロータを３相駆動する３相モータが知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開平１１−２２７０７５号公報 特開２００２−１６５３９６号公報

ところで、上記従来技術に係る３相モータにおいては、３相の各相毎の巻線が必要であることから、ステータの構成に要する部品の部品点数の増大を抑制することが困難であり、各相毎の巻線を巻装する作業に煩雑な手間を要するという問題が生じる。
しかも、波巻きにより巻線が巻装されるステータにおいては、隣り合うティース間での巻線占積率を向上させることが困難であり、さらに、コイルエンドの高さを低減してモータの軸線方向の寸法を低減し、車両等への搭載性を向上させることが困難であるという問題が生じる。
このため、ステータの構成を簡略化することで部品点数を削減し、ステータの製造工程を簡略化すると共に、ステータでの巻線占積率を向上させつつコイルエンドの高さを低減してモータの軸線方向の寸法を低減し、車両等へのモータの搭載性を向上させることが望まれている。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、構成を簡略化することで部品点数を削減し、製造工程を簡略化すると共に、巻線占積率を向上させつつコイルエンドの高さを低減して軸線方向の寸法を低減し、車両等への搭載性を向上させることが可能なステータおよびモータを提供することを目的とする。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の本発明のステータは、２相の環状巻線（例えば、実施の形態でのＵ相環状巻線１４，Ｗ相環状巻線１５）を備える３相のステータであって、前記環状巻線は蛇行部（例えば、実施の形態でのＵ相蛇行部３１，Ｗ相蛇行部３２）を備え、前記２相の環状巻線は、互いの対向方向に突出する互いの前記蛇行部が周方向に沿って交互に配列され、互いに交差しないように配置されてなり、前記２相の環状巻線は、コイルピッチが電気角で１２０°であり、互いに電気角で１２０°の位相差を有することを特徴としている。

上記構成のステータによれば、２相の環状巻線の互いの対向方向に突出する互いの蛇行部が周方向に沿って交互に配列されることで、互いの環状巻線同士が位置的に干渉して交差等が生じてしまうことを防止し、コイルエンドの高さおよびステータの軸線方向の寸法が増大してしまうことを防止することができる。
さらに、上記構成のステータによれば、２相の環状巻線を所謂電気角で１２０°の短節巻きとすることによって、３相の回転磁界の分布が電気角で１２０°毎の位相差となり、通電制御が容易になると共に、環状巻線の１周期（電気角で３６０°）あたりで必要となるティースの個数が各相毎に単一となって、ステータに具備されるティースの総数が増大してしまうことを抑制することができる。

さらに、請求項２に記載の本発明のステータは、３相のステータ部材（例えば、実施の形態でのＵ相ステータリング１１，Ｖ相ステータリング１２，Ｗ相ステータリング１３）を備え、該ステータ部材と前記環状巻線とは、軸線方向に積み重ねるようにして交互に配置可能であることを特徴としている。

上記構成のステータによれば、３相のステータ部材と２相の環状巻線とを、軸線に平行な方向に沿って順次積み重ねるようにして交互に配置させるだけの単純な作業によってステータを容易に製造することができる。

さらに、請求項３に記載の本発明のステータでは、前記ステータ部材は、複数のステータ片に分割可能であることを特徴としている。

上記構成のステータによれば、２相の環状巻線や３相のステータ部材を、必要に応じて多様な形状に形成することができる。

さらに、請求項４に記載の本発明のステータは、前記環状巻線とステータ本体との間に冷却媒体を流通させる冷却管（例えば、実施の形態での冷却管３４，３５）を備えることを特徴としている。

上記構成のステータによれば、ステータの外部、例えばステータを収容するハウジング等に冷却管を配置する場合に比べて、通電時の発熱源である環状巻線およびステータ本体を直接的に効率良く冷却することができる。

さらに、請求項５に記載の本発明のステータでは、前記冷却管は前記環状巻線の形状に沿った環状形状を有することを特徴としている。

上記構成のステータによれば、環状巻線の形状に沿った形状を有する冷却管を環状巻線に近接させて配置することができ、通電時の発熱源である環状巻線の長さ方向に沿って不均一な温度分布が生じることを抑制しつつ、効率の良い冷却を行うことができる。

さらに、請求項６に記載の本発明のステータは、少なくとも２つの前記冷却管を備え、前記ステータ本体は３相のステータ部材（例えば、実施の形態での各ステータリング１１，１２，１３）を備え、前記２相の環状巻線は１相の前記ステータ部材（例えば、実施の形態でのＶ相ステータリング１２）を両側から挟み込むようにして配置され、各前記２つの前記冷却管は、各前記２相の環状巻線と、前記１相のステータ部材との間に配置されることを特徴としている。

上記構成のステータによれば、２相の各環状巻線に対して、環状巻線の長さ方向に沿って不均一な温度分布が生じることを抑制しつつ、効率の良い冷却を行うことができる。

さらに、請求項７に記載の本発明のステータでは、前記蛇行部は鈍角に屈曲する屈曲部を備え、前記環状巻線は複数の前記蛇行部を備えることを特徴としている。

上記構成のステータによれば、例えば略直角に屈曲する屈曲部を備え、クランク状に蛇行する環状巻線に比べて、略鈍角に屈曲する屈曲部を備える環状巻線では、環状巻線のインダクタンスをほぼ変化させずに巻線長を短縮し、銅損を低減することができる。

さらに、請求項８に記載の本発明のステータでは、前記２相の環状巻線は、互いに周方向で隣接する部分の厚さ（例えば、実施の形態での厚さＷ２）が他の部分の厚さ（例えば、実施の形態での厚さＷ１）よりも薄くなるように設定されていることを特徴としている。

上記構成のステータによれば、例えば周方向で隣り合うティース間のスロットに装着される環状巻線の相数（つまり１相または２相）に拘わらずにティース同士間の間隔を均等に維持した状態で所望の巻線占積率を確保することができる。これにより、例えばロータに対向するティース間の間隔が不均等となることで出力可能な最大トルクが低下したり、コギングトルクやトルクリップルが増大してしまうことを防止しつつ、巻線占積率が低下してしまうことを防止することができる。

さらに、請求項９に記載の本発明のステータでは、前記蛇行部に装着されるティースのコーナー部に対し、前記環状巻線の軸線に平行な軸線方向で隣り合う一方の前記コーナー部（例えば、実施の形態での面取り部３６）は面取り形状とされ、他方の前記コーナー部は周方向に突出する拡張部（例えば、実施の形態での拡張部３７）を備え、該拡張部は、前記一方の前記コーナー部から離間することに伴い、周方向の突出量が増大傾向に変化するように設定されていることを特徴としている。

上記構成のステータによれば、周方向に沿って配置された複数のティース間を縫うようにして配置される環状巻線は、ティースのコーナー部に形成された面取り形状に沿って滑らかに湾曲することから、環状巻線の表面に設けられた絶縁被膜が損傷することを抑制することができる。しかも、面取り形状を有するコーナー部に対して軸線方向で隣り合うコーナー部に設けた拡張部を、例えば湾曲した環状巻線の外周側の形状に沿う形状を有するようにして、一方のコーナー部から離間することに伴い、周方向の突出量が増大傾向に変化するように形成することにより、ティース表面の磁路面積を拡大することができる。

さらに、請求項１０に記載の本発明のステータは、前記他方の前記コーナー部と、前記拡張部との間に溝部（例えば、実施の形態での溝部３８）を備えることを特徴としている。

上記構成のステータによれば、拡張部を介して磁束短絡が生じてしまうことを防止することができる。

さらに、請求項１１に記載の本発明のモータは、請求項７に記載のステータと、永久磁石（例えば、実施の形態での永久磁石４２）を具備するロータ（例えば、実施の形態でのロータ４１）とを備えるモータ（例えば、実施の形態でのクローポール型モータ４０）であって、前記永久磁石は、前記環状巻線の軸線に平行な軸線方向に対して傾斜していることを特徴としている。

上記構成のステータによれば、２つの環状巻線の各蛇行部に装着されるティースに対し、周方向で隣り合うティース間に形成されるスロットは、軸線方向に対して傾斜すると共に、傾斜方向が異なるスロットが混在することになる。
このため、ロータの永久磁石を軸線方向に対して傾斜させることにより、例えばスロットと永久磁石とが略同等の方向となる状態数が増大した場合には、出力可能な最大トルクを増大させることができ、例えばスロットと永久磁石とが異なる方向に傾斜する状態数が増大した場合には、コギングトルクやトルクリップルの発生を抑制することができる。

本発明のステータによれば、互いの蛇行部同士が交差等により配置上で干渉してしまうことを防止し、コイルエンドの高さおよびステータの軸線方向の寸法が増大してしまうことを防止することができる。さらに、通電制御が容易になると共に、ステータに具備されるティースの総数が増大してしまうことを抑制することができる。
さらに、請求項２に記載の本発明のステータによれば、３相のステータリングと２相の環状巻線とを、軸線に平行な方向に沿って順次積み重ねるようにして交互に配置させるだけの単純な作業によってステータを容易に製造することができる。

さらに、請求項３に記載の本発明のステータによれば、２相の環状巻線や３相のステータ部材を、必要に応じて多様な形状に形成することができる。

さらに、請求項４に記載の本発明のステータによれば、通電時の発熱源である環状巻線およびステータ本体を直接的に効率良く冷却することができる。
さらに、請求項５に記載の本発明のステータによれば、通電時の発熱源である環状巻線の長さ方向に沿って不均一な温度分布が生じることを抑制しつつ、効率の良い冷却を行うことができる。
さらに、請求項６に記載の本発明のステータによれば、２相の各環状巻線に対して、環状巻線の長さ方向に沿って不均一な温度分布が生じることを抑制しつつ、効率の良い冷却を行うことができる。

さらに、請求項７に記載の本発明のステータによれば、例えば略直角に屈曲する屈曲部を備え、クランク状に蛇行する環状巻線に比べて、環状巻線のインダクタンスをほぼ変化させずに巻線長を短縮し、銅損を低減することができる。
さらに、請求項８に記載の本発明のステータによれば、例えば周方向で隣り合うティース間のスロットに装着される環状巻線の相数（つまり１相または２相）に拘わらずにティース同士間の間隔を均等に維持した状態で所望の巻線占積率を確保することができる。これにより、例えばロータに対向するティース間の間隔が不均等となることで出力可能な最大トルクが低下したり、コギングトルクやトルクリップルが増大してしまうことを防止しつつ、巻線占積率が低下してしまうことを防止することができる。

さらに、請求項９に記載の本発明のステータによれば、環状巻線は、ティースのコーナー部に形成された面取り形状に沿って滑らかに湾曲することから、環状巻線の表面に設けられた絶縁被膜が損傷することを抑制することができる。しかも、面取り形状を有するコーナー部に対して軸線方向で隣り合うコーナー部に設けた拡張部を、一方のコーナー部から離間することに伴い、周方向の突出量が増大傾向に変化するように形成することにより、ティース表面の磁路面積を拡大することができる。
さらに、請求項１０に記載の本発明のステータによれば、拡張部を介して磁束短絡が生じてしまうことを防止することができる。
また、請求項１１に記載の本発明のモータによれば、例えばスロットと永久磁石とが略同等の方向となる状態数が増大した場合には、出力可能な最大トルクを増大させることができ、例えばスロットと永久磁石とが異なる方向に傾斜する状態数が増大した場合には、コギングトルクやトルクリップルの発生を抑制することができる。

以下、本発明のステータの第１実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態に係るステータ１０は、例えば内燃機関と共に車両の駆動源としてハイブリッド車両に搭載されるクローポール型モータを構成し、例えば内燃機関とクローポール型モータとトランスミッションとを直列に直結した構造のパラレルハイブリッド車両では、少なくとも内燃機関またはクローポール型モータの何れか一方の駆動力は、トランスミッションを介して車両の駆動輪に伝達されるようになっている。
また、車両の減速時に駆動輪側からクローポール型モータに駆動力が伝達されると、クローポール型モータは発電機として機能していわゆる回生制動力を発生し、車体の運動エネルギーを電気エネルギー（回生エネルギー）として回収する。さらに、内燃機関の出力がクローポール型モータに伝達された場合にもクローポール型モータは発電機として機能して発電エネルギーを発生する。

ロータ（図示略）を回転させる回転磁界を発生するステータ１０は、例えば図１に示すように、Ｕ相およびＶ相およびＷ相からなる３相の各相毎のＵ相ステータリング１１と、Ｖ相ステータリング１２と、Ｗ相ステータリング１３と、Ｕ相およびＷ相からなる２相のＵ相環状巻線１４およびＷ相環状巻線１５とを備えて構成されている。

Ｕ相ステータリング１１は、例えば図１および図２に示すように、略円環状のＵ相ヨーク２１と、このＵ相ヨーク２１の内周部の周方向Ｃに所定間隔を置いた位置から径方向Ｒ内方および軸線方向Ｐの他方に向かい突出し、径方向Ｒに対する断面形状が略長方形状に形成されたＵ相ティース２２とを備えて構成され、Ｕ相ヨーク２１およびＵ相ティース２２からなるＵ相ステータリング１１の周方向Ｃに対する断面形状が略Ｌ字状となるように構成されている。

Ｖ相ステータリング１２は、例えば図１および図２に示すように、略円環状のＶ相ヨーク２３と、このＶ相ヨーク２３の内周部の周方向Ｃに所定間隔を置いた位置から径方向Ｒ内方および軸線方向Ｐの一方および他方に向かい突出し、径方向Ｒに対する断面形状が略長方形状に形成されたＶ相ティース２４とを備えて構成され、Ｖ相ヨーク２３およびＶ相ティース２４からなるＶ相ステータリング１２の周方向Ｃに対する断面形状が略Ｔ字状となるように構成されている。

Ｗ相ステータリング１３は、例えば図１および図２に示すように、略円環状のＷ相ヨーク２５と、このＷ相ヨーク２５の内周部の周方向Ｃに所定間隔を置いた位置から径方向Ｒ内方および軸線方向Ｐの一方に向かい突出し、径方向Ｒに対する断面形状が略長方形状に形成されたＷ相ティース２６とを備えて構成され、Ｗ相ヨーク２５およびＷ相ティース２６からなるＷ相ステータリング１３の周方向Ｃに対する断面形状が略Ｌ字状となるように構成されている。

そして、各ステータリング１１，１２，１３は、例えば図１に示すように、各ヨーク２１，２３，２５が軸線方向Ｐに沿って積み重ねられるようにして接続されている。そして、複数の各ティース２２，…，２２および２４，…，２４および２６，…，２６が所定順序（例えば、順次、Ｕ相ティース２２，Ｖ相ティース２４，Ｗ相ティース２６，Ｖ相ティース２４等）で周方向Ｃに沿って配列され、周方向Ｃで隣り合う各ティース２２，２４間にはＵ相環状巻線１４が配置されるスロットが形成され、周方向Ｃで隣り合う各ティース２４，２６間にはＷ相環状巻線１５が配置されるスロットが形成されている。

各環状巻線１４，１５は、例えば所定の厚さを有する平角線からなり、軸線周りの周面内でクランク状に蛇行しつつ周回するようにして、複数の各Ｕ相蛇行部３１，…，３１およびＷ相蛇行部３２，…，３２を備えて構成されている。
各蛇行部３１，３２の周方向Ｃの幅つまりコイルピッチは、例えば図３に示すように、電気角で１２０°以下の所定値に設定され、各蛇行部３１，３２は互いに異なる方向（つまり互いの対向方向であって軸線方向Ｐの一方および他方）に向かい突出するように設けられ、Ｕ相環状巻線１４とＷ相環状巻線１５とは、電気角で２４０°の位相差を有するようにして周方向Ｃに沿って相対的にずれた位置に配置されている。これにより、２相の各環状巻線１４，１５は、互いの対向方向に突出する互いの各蛇行部３１，３２が周方向Ｃに沿って交互に配列され、互いに交差しないように配置されている。

そして、Ｕ相蛇行部３１には１つのＵ相ティース２２が配置され、Ｗ相蛇行部３２には１つのＷ相ティース２６が配置され、周方向Ｃで隣り合うＵ相蛇行部３１とＷ相蛇行部３２との間には１つのＶ相ティース２４が配置されている。
これにより、周方向Ｃで隣り合う各ティース２２，２４または２４，２６間を縫うようにして配置される２相の各環状巻線１４，１５は所謂電気角で１２０°以下の短節巻きをなすように形成されている。

そして、互いに電気角で２４０°の位相差（コイル位相差）を有する２相の各環状巻線１４，１５は、例えば図４（ａ）に示すように、Ｖ字状に結線され、互いに１２０°の位相差の正弦波で通電されることにより、例えば漏れ磁束が無視できる場合には、図４（ｃ）に示すように、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相巻線がＹ字状に結線され、互いに１２０°の位相差の正弦波で通電される３相のステータと同等の回転磁界を発生するように構成されている。

なお、例えば図４（ｂ）に示すように、各蛇行部３１，３２が同等の方向（つまり軸線方向Ｐの一方または他方）に向かい突出する状態で互いに電気角で６０°の位相差を有する２相の各環状巻線１４，１５をＶ字状に結線する状態は、図４（ａ）に示すように、各蛇行部３１，３２が互いに異なる方向（つまり軸線方向Ｐの一方および他方）に向かい突出する状態で互いに電気角で２４０°の位相差を有する２相の各環状巻線１４，１５をＶ字状に結線する状態と同様に、互いに１２０°の位相差の正弦波で通電された際に、例えば漏れ磁束が無視できる場合には、図４（ｃ）に示すように、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相巻線がＹ字状に結線され、互いに１２０°の位相差の正弦波で通電される３相のステータと同等の回転磁界を発生可能である。

つまり、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のモータの電圧方程式は、例えば相抵抗を無視すると、各相電圧指令値Ｖ_ｕ，Ｖ_ｖ，Ｖ_ｗと、各相電流Ｉ_ｕ，Ｉ_ｖ，Ｉ_ｗと、各相の自己インダクタンスＬと、相互インダクタンスＭと、ロータの回転角速度ωと、誘起電圧定数Ｋｅとにより、下記数式（１）に示すように記述される。
なお、下記数式（１）において、Ｌ＝−２Ｍであり、漏れ磁束を無視した。

上記数式（１）において、各相電流Ｉ_ｕ，Ｉ_ｖ，Ｉ_ｗは何れか２つの相電流により記述できるため、例えばＶ相電流Ｉ_ｖをＵ相電流Ｉ_ｕおよびＷ相電流Ｉ_ｗにより記述して消去すると、各相電圧指令値Ｖ_ｕ，Ｖ_ｖ，Ｖ_ｗによる線間電圧（例えば、Ｕ相−Ｖ相間の線間電圧Ｖ_ｕｖ（＝Ｖ_ｕ−Ｖ_ｖ）とＷ相−Ｖ相間の線間電圧Ｖ_ｗｖ（＝Ｖ_ｗ−Ｖ_ｖ））は下記数式（２）に示すように記述される。

ところで、上記数式（１）に示す３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のモータの電圧方程式において、例えばＶ相の成分を除去したモデルは、下記数式（３）に示すように記述される。

先ず、上記数式（３）に示すモデルは、Ｗ相の巻線の向きを反転させる（つまり、ロータの回転方向を反転させる）と、下記数式（４）に示すように記述される。

次に、上記数式（４）に示すモデルは、各巻線のターン数ｎを（√３）倍に変更すると、下記数式（５）に示すように記述される。

次に、上記数式（５）に示すモデルは、誘起電圧の位相の角度原点を９０度（＝π／２）だけ移動させ、Ｕ相の成分とＷ相の成分とを入れ替えると、下記数式（６）に示すように記述され、上記数式（２）と同等になる。

本実施の形態に係るステータ１０は上記構成を備えており、次に、このステータ１０の製造方法について添付図面を参照しながら説明する。

先ず、例えば図２および図３に示すように、２相のＵ相環状巻線１４およびＷ相環状巻線１５を、コイルピッチが電気角で１２０°以下の所定値となるようにしてクランク状に成形して複数の各Ｕ相蛇行部３１，…，３１およびＷ相蛇行部３２，…，３２を形成する。そして、各蛇行部３１，３２が２相のＵ相環状巻線１４およびＷ相環状巻線１５の互いの対向方向（つまり軸線方向Ｐの一方および他方）に向かい突出するようにして、各環状巻線１４，１５を軸線に対して同軸に配置する。

そして、先ず、軸線方向Ｐの一方に向かい突出する複数のＷ相ティース２６，…，２６を備えるＷ相ステータリング１３を軸線に対して同軸となる所定位置に配置する。
次に、Ｗ相環状巻線１５をＷ相ステータリング１３に対して軸線方向Ｐの一方から他方に向かい相対移動させ、Ｗ相環状巻線１５の複数の各Ｗ相蛇行部３２，…，３２内にＷ相ステータリング１３の複数の各Ｗ相ティース２６，…，２６を相対的に挿入する。
次に、Ｖ相ステータリング１２を軸線に対して同軸に配置した状態でＷ相環状巻線１５に対して軸線方向Ｐの一方から他方に向かい相対移動させ、Ｗ相環状巻線１５の周方向Ｃで隣り合うＷ相蛇行部３２，３２間にＶ相ステータリング１２の所定数（例えば２つ）のＶ相ティース２４，２４を相対的に挿入し、Ｗ相ステータリング１３のＷ相ヨーク２５とＶ相ステータリング１２のＶ相ヨーク２３とを軸線方向Ｐに沿って積み重ねるようにして接続する。

次に、Ｕ相環状巻線１４およびＷ相環状巻線１５が互いに電気角で２４０°の位相差を有するようにして、Ｕ相環状巻線１４をＷ相環状巻線１５に対して周方向Ｃに沿って相対的にずれた位置に配置した状態で、Ｕ相環状巻線１４をＷ相環状巻線１５に対して軸線方向Ｐの一方から他方に向かい相対移動させ、互いの対向方向に突出する互いの各蛇行部３１，３２が周方向Ｃに沿って交互に配列され、かつ、２相の各環状巻線１４，１５が互いに交差しないように配置されるようにして、周方向Ｃで隣り合うＶ相ティース２４，２４間にＵ相蛇行部３１を挿入する。
次に、Ｕ相ステータリング１１を軸線に対して同軸に配置した状態でＵ相環状巻線１４に対して軸線方向Ｐの一方から他方に向かい相対移動させ、Ｕ相環状巻線１４の複数の各Ｕ相蛇行部３１，…，３１内にＵ相ステータリング１１の複数の各Ｕ相ティース２２，…，２２を相対的に挿入する、Ｖ相ステータリング１２のＶ相ヨーク２３とＵ相ステータリング１１のＵ相ヨーク２１とを軸線方向Ｐに沿って積み重ねるようにして接続する。

上述したように、本実施の形態のステータ１０によれば、互いに電気角で２４０°あるいは電気角で６０°の位相差（コイル位相差）を有し、Ｖ字状に結線された２相の各環状巻線１４，１５により、例えばＵ相，Ｖ相，Ｗ相の３相巻線がＹ字状に結線された３相のステータと同等の回転磁界を発生することができ、必要となる巻線の相数を低減することで、ステータ１０を構成するために要する部品数を低減し、ステータ１０の構成を簡略化することができると共に、各巻線の渡り部の位置が干渉して互いに巻線が交差することでコイルエンドの高さやモータの軸線方向の寸法が過剰に増大してしまうことを防止することができる。
しかも、２相の各環状巻線１４，１５の互いの対向方向に突出する互いの各蛇行部３１，３２が周方向Ｃに沿って交互に配列されることで、例えば図５に示すように互いの各環状巻線１４，１５同士が位置的に干渉して交差等が生じてしまうことを防止し、コイルエンドの高さおよびステータ１０の軸線方向Ｐの寸法が増大してしまうことを防止することができる。
さらに、３相の各ステータリング１１，１２、１３と２相の各環状巻線１４，１５とを、軸線方向ＰＰに沿って順次積み重ねるようにして交互に配置させるだけの単純な作業によってステータ１０を容易に製造することができる。

なお、上述した第１実施形態においては、各環状巻線１４，１５の各蛇行部３１，３２の周方向Ｃの幅つまりコイルピッチを電気角で１２０°以下の所定値に設定するとしたが、例えば図６に示す第１変形例のように、特に、コイルピッチを電気角で１２０°に設定することにより、Ｕ相環状巻線１４の周方向Ｃで隣り合うＵ相蛇行部３１，３１間およびＷ相環状巻線１５の周方向Ｃで隣り合うＷ相蛇行部３２，３２間に相対的に挿入されるＶ相ステータリング１２のＶ相ティース２４の個数を単一にすることができる。

これにより、周方向Ｃに沿って順次、Ｗ相ティース２６と、Ｖ相ティース２４と、Ｕ相ティース２２とが配列され、各ティース２６，２４，２２の周方向Ｃの磁極幅が電気角で１２０°となり、通電制御の処理内容が複雑化することを抑制することができる。
この場合、例えばＵ相蛇行部３１に対して、周方向Ｃの一方側で隣り合うＷ相蛇行部３２は電気角で２４０°の位相差を有し、周方向Ｃの他方側で隣り合うＷ相蛇行部３２は電気角で１２０°の位相差を有することになる。

なお、上述した実施の形態において、例えば図７および図８に示すように、ステータホルダ（図示略）を介してハウジング１０ａに固定されるステータ１０は、各環状巻線１４，１５と、軸線方向Ｐに沿って各ステータリング１１，１２，１３が積み重ねられてなるステータ本体との間に冷却媒体を流通させる冷却管３４，３５を備え、各冷却管３４，３５は各環状巻線１４，１５の形状に沿った環状形状を有するように形成されている。
例えば、２相の各環状巻線１４，１５はＶ相ステータリング１２を回転軸線Ｏ方向の両側から挟み込むようにして配置され、各２つの冷却管３４，３５は、各２相の環状巻線１４，１５と、Ｖ相ステータリング１２との間に配置されている。

なお、各冷却管３４，３５は、例えば相対的に大きな熱伝導性を有するアルミニウム等の金属あるいは樹脂により形成され、例えば断面形状が長方形とされた角管が、蛇行する各環状巻線１４，１５に沿う形状となるように曲げ加工されて形成されてもよいし、あるいは、例えば断面形状が円形とされた複数の丸管毎に、蛇行する各環状巻線１４，１５に沿う形状となるように曲げ加工され、曲げ加工された複数の丸管が径方向Ｒに沿って互いに隣接するように配置されて構成されてもよい。

これにより、ステータ１０の外部、例えばステータ１０を収容するハウジング１０ａ等に冷却管を配置する場合に比べて、通電時の発熱源である各環状巻線１４，１５およびステータ本体を直接的に効率良く冷却することができる。しかも、各環状巻線１４，１５の形状に沿った形状を有する各冷却管３４，３５を各環状巻線１４，１５に近接させて配置することができ、通電時の発熱源である各環状巻線１４，１５の長さ方向に沿って不均一な温度分布が生じることを抑制しつつ、効率の良い冷却を行うことができる。

なお、上述した第１実施形態においては、各環状巻線１４，１５は所定の厚さを有するとしたが、これに限定されず、例えば上述した第１変形例のようにコイルピッチを電気角で１２０°に設定した場合等において、周方向で隣り合う各ティース２２，２４，２６間のスロットに装着される各環状巻線１４，１５の相数が１相または２相の不均等となる場合に、１相のＵ相環状巻線１４またはＷ相環状巻線１５が装着されるスロットでの各環状巻線１４，１５の厚さに比べて、２相のＵ相環状巻線１４およびＷ相環状巻線１５が装着されるスロットでの各環状巻線１４，１５の厚さが薄くなるように設定してもよい。
この第２変形例に係るステータ１０は、例えば図９（ａ）に示すように、２相のＵ相環状巻線１４およびＷ相環状巻線１５が装着されるスロット、つまりＵ相ティース２２とＷ相ティース２６とにより形成されたスロットにおいて、互いに周方向で隣接する各環状巻線１４，１５の厚さＷ２，Ｗ２が、他の位置での各環状巻線１４，１５の厚さＷ１，Ｗ１よりも薄く（例えば、Ｗ２＜Ｗ１≒２×Ｗ２）なるように設定されている。

この第２変形例においては、例えば図９（ｂ）に示すように各環状巻線１４，１５が所定の厚さＷ１，Ｗ１を有するだけでは、各スロットに対して所望の巻線占積率を確保する際に、周方向Ｃで隣り合う各ティース２２，２４，２６間のスロットに装着される各環状巻線１４，１５の相数に応じて周方向Ｃでの各ティース２２，２４，２６の各重心位置間の間隔つまりティースピッチ（例えば、図９（ｂ）に示す各ティースピッチＣ１，Ｃ２）が不均等（Ｃ２＞Ｃ１）に設定されてしまうことに対して、周方向Ｃで隣り合う各ティース２２，２４，２６間の各スロットに装着される各環状巻線１４，１５の相数が１相または２相の不均等となる場合であっても、装着される各環状巻線１４，１５の相数に応じて各ティース２２，２４，２６の各重心位置間の間隔Ｃ０を不均等に設定する必要無しに、各スロットに装着される各環状巻線１４，１５に対して所望の巻線占積率を確保することができ、例えば周方向Ｃでの各ティース２２，２４，２６の相対位置が不均等となることで出力可能な最大トルクが低下したり、コギングトルクやトルクリップルが増大してしまうことを防止することができる。

なお、上述した第１実施形態においては、各ティース２２，２４，２６の径方向Ｒに対する断面形状を略長方形状とし、各環状巻線１４，１５はクランク状に蛇行するとしたが、これに限定されず、例えば図１０（ａ）に示すように、軸線周りの周面内で各ティース２２，２４，２６のコーナー部に対し、軸線方向Ｐで隣り合う一方のコーナー部には面取り形状の面取り部３６を形成し、他方のコーナー部には周方向に突出すると共に、一方のコーナー部から離間することに伴い、周方向の突出量が増大傾向に変化する拡張部３７を備えてもよい。

この第３変形例においては、周方向に沿って配置された各ティース２２，２４，２６間を縫うようにして配置される各環状巻線１４、１５は、各ティース２２，２４，２６のコーナー部に形成された面取り部３６に沿って滑らかに湾曲することから、例えば図１０（ｂ）に示すように、径方向Ｒに対する断面形状が略長方形状となる各ティース２２，２４，２６のコーナー部において各環状巻線１４、１５が屈曲する場合に比べて、各環状巻線１４、１５の表面に設けられた絶縁被膜が損傷してしまうことを抑制することができる。
さらに、面取り部３６を有するコーナー部に対して軸線方向で隣り合うコーナー部に設けた拡張部３７は、例えば湾曲した各環状巻線１４、１５の外周側の形状に沿う形状を有するようにして、一方のコーナー部から離間することに伴い、周方向の突出量が増大傾向に変化するように形成されている。これにより、ティース表面の磁路面積を拡大することができる。

なお、この第３変形例においては、例えば図１１に示すように、各ティース２２，２４，２６のコーナー部と拡張部３７との間に、溝部３８を設けることにより、拡張部３７を介して磁束短絡が生じてしまうことを防止することができる。

以下に、上述した第１実施形態の第４変形例に係るステータ１０について説明する。
この第４変形例に係るステータ１０では、例えば図１２および図１３（ａ）に示すように、２相のＵ相環状巻線１４およびＷ相環状巻線１５は、コイルピッチが電気角で１２０°となるようにして、複数の各Ｕ相蛇行部３１，…，３１およびＷ相蛇行部３２，…，３２を備え、各蛇行部３１，３２は、例えば所定鈍角に屈曲する４つの屈曲部３５，…，３５を備え、軸線周りの周面内で互いに対称な２つの斜辺（例えば、軸線方向Ｐに対して所定角度θだけ傾斜する斜辺）を有するように形成されている。
これに伴い、Ｕ相蛇行部３１に挿入されるＵ相ティース２２およびＷ相蛇行部３２に挿入されるＷ相ティース２６は、径方向Ｒに対する断面形状が略台形状に形成され、Ｕ相環状巻線１４の周方向Ｃで隣り合うＵ相蛇行部３１，３１間およびＷ相環状巻線１５の周方向Ｃで隣り合うＷ相蛇行部３２，３２間に挿入されるＶ相ティース２４は、径方向Ｒに対する断面形状が略平行四辺形状に形成されている。
なお、２相のＵ相環状巻線１４およびＷ相環状巻線１５が装着されるスロット、つまりＵ相ティース２２とＷ相ティース２６とにより形成されたスロットにおいて、互いに周方向で隣接する各環状巻線１４，１５の厚さＷ２，Ｗ２が、他の位置での各環状巻線１４，１５の厚さＷ１，Ｗ１よりも薄く（例えば、Ｗ２＜Ｗ１≒２×Ｗ２）なるように設定されている。

この第４変形例では、蛇行する各環状巻線１４，１５により、例えば図１３（ｂ）に示すようにクランク状に蛇行する各環状巻線１４，１５に比べて、各環状巻線１４，１５のインダクタンスをほぼ変化させずに巻線長を短縮し、銅損を低減することができる。
すなわち、図１３（ａ），（ｂ）に示すように、周方向Ｃに沿った各環状巻線１４，１５の長さ（ａ＋ｂ），（Ａ＋Ｂ）と、各ティース２２，２４，２６間での各環状巻線１４，１５の長さｄ，Ｄとにより、蛇行する各環状巻線１４，１５に対して、１極分の長さは（Ａ＋Ｂ＋２×Ｄ）であり、クランク状に蛇行する各環状巻線１４，１５に対して、１極分の長さは（ａ＋ｂ＋２×ｄ）である。
ここで、ｄ＝Ｄ×ｃｏｓθ、かつ、ａ＋ｂ＝Ａ＋Ｂ＋２×Ｄ×ｓｉｎθ、かつ、
（０°＜θ＜９０°）であるから、
（ａ＋ｂ＋２×ｄ）＝Ａ＋Ｂ＋２×Ｄ×（ｓｉｎθ＋ｃｏｓθ）＞（Ａ＋Ｂ＋２×Ｄ）となる。

この第４変形例に係るステータ１０を具備するクローポール型モータ４０のロータ４１は、例えば図１４に示すように、界磁として永久磁石４２を利用する永久磁石式ロータであって、ロータ本体４３の外周面上に複数の永久磁石４２，…，４２が周方向に所定の間隔をおいて配置されている。
各永久磁石４２は、例えば径方向に磁化されており、周方向で隣り合う永久磁石４２，４２の磁化方向が互いに反対方向となるように、すなわち外周側がＮ極とされた永久磁石４２には、外周側がＳ極とされた他の永久磁石４２が隣接するように配置されている。
なお、各永久磁石４２の外周面上には、ステータ１０の各ティース２２，２４，２６の先端部に対向する対向面をなす表面ヨーク４４が設けられている。

そして、ロータ本体４３の外周面上において各永久磁石４２は、例えば図１２に示すように、ロータ４１の回転軸線Ｏ方向に対して所定角度だけ傾斜しており、ステータ１０において２相のＵ相環状巻線１４およびＷ相環状巻線１５が装着されるスロット、つまりＵ相ティース２２とＷ相ティース２６とにより形成されたスロットに対して略平行となるように設定されている。
このクローポール型モータ４０によれば、ステータ１０全体としてスロットと永久磁石４２とが異なる方向に傾斜する状態数が増大することで、コギングトルクやトルクリップルの発生を抑制することができる。

なお、上述した第４変形例においては、各永久磁石４２と、２相のＵ相環状巻線１４およびＷ相環状巻線１５が装着されるスロットとは、略平行となるように設定されているとしたが、これに限定されず、ロータ本体４３の外周面上において各永久磁石４２は、例えば図１５および図１６に示すように、ステータ１０において、１相のＵ相環状巻線１４またはＷ相環状巻線１５が装着されるスロットつまりＵ相ティース２２とＶ相ティース２４とにより形成されたスロット、あるいは、Ｖ相ティース２４とＷ相ティース２６とにより形成されたスロットに対して略平行となるように設定されてもよい。
この第５変形例に係るクローポール型モータ４０によれば、ステータ１０全体としてスロットと永久磁石４２とが略同等の方向となる状態数が増大し、出力可能な最大トルクを増大させることができる。

以下、本発明のステータの参考技術について添付図面を参照しながら説明する。
この参考技術に係るステータ５０において、上述した第１実施形態に係るステータ１０と異なる点は、Ｕ相環状巻線５４およびＷ相環状巻線５５が各Ｕ相蛇行部３１およびＷ相蛇行部３２を備えていない点である。
なお、以下において上述した第１実施形態と同一部分については説明を簡略または省略する。
参考技術に係るステータ１０は、例えば図１７および図１８に示すように、Ｕ相およびＶ相およびＷ相からなる３相の各相毎のＵ相ステータリング５１と、Ｖ相ステータリング５２と、Ｗ相ステータリング５３と、Ｕ相およびＷ相からなる２相のＵ相環状巻線５４およびＷ相環状巻線５５とを備えて構成されている。

Ｕ相ステータリング５１は、略円環状のＵ相バックヨーク６１と、このＵ相バックヨーク６１の内周部の周方向に所定間隔をおいた位置から径方向内方に向かい突出すると共に、基端側から先端側に向かうことに伴い軸線方向の一方に屈曲するようにして伸びる鉤爪状のＵ相爪状誘導極６２とを備えて構成されている。
そして、Ｕ相爪状誘導極６２は、例えば、周方向に対する断面形状が略Ｌ字状かつ径方向に対する断面形状が、少なくとも電気角で１８０°以下の所定の周方向幅（例えば電気角で１２０°に相当する幅）Ｃｕを有する略長方形状に形成されている。

Ｖ相ステータリング５２は、略円環状のＶ相バックヨーク６３と、このＶ相バックヨーク６３の内周部の周方向に所定間隔をおいた位置から径方向内方に向かい突出すると共に、基端側から先端側に向かうことに伴い軸線方向の一方および他方に伸びる両鉤爪状のＶ相爪状誘導極６４とを備えて構成されている。
そして、Ｖ相爪状誘導極６４は、例えば、周方向に対する断面形状が略Ｔ字状かつ径方向に対する断面形状が、少なくとも電気角で１８０°以下の所定の周方向幅（例えば電気角で１２０°に相当する幅）Ｃｖを有する略長方形状に形成されている。

Ｗ相ステータリング５３は、例えばＵ相ステータリング５１と同等の形状を有し、略円環状のＷ相バックヨーク６５と、このＷ相バックヨーク６５の内周部の周方向に所定間隔をおいた位置から径方向内方に向かい突出すると共に、基端側から先端側に向かうことに伴い軸線方向の他方に屈曲するようにして伸びる鉤爪状のＷ相爪状誘導極２６とを備えて構成されている。
そして、Ｗ相爪状誘導極６６は、例えば、周方向に対する断面形状が略Ｌ字状かつ径方向に対する断面形状が、少なくとも電気角で１８０°以下の所定の周方向幅（例えば電気角で１２０°に相当する幅）Ｃｗを有する略長方形状に形成されている。

各ステータリング５１，５２，５３は、軸線Ｐと同軸に配置され、軸線方向に沿って順次積み重ねられると共に、各爪状誘導極６２，６４，６６が周方向に沿って順次配列されるようにして接続され、Ｕ相バックヨーク６１の軸方向端面とＶ相バックヨーク６３の他方の軸方向端面とが当接した際に、軸線方向に所定間隔を置いて配置される各爪状誘導極６２，６４の基端部同士により軸線方向の両側から挟み込まれるようにして、Ｕ相環状巻線５４が固定されている。また、Ｖ相バックヨーク６３の一方の軸方向端面とＷ相バックヨーク６５の軸方向端面とが当接した際に、軸線方向に所定間隔を置いて配置される各爪状誘導極６４，６６の基端部同士により軸線方向の両側から挟み込まれるようにして、Ｗ相環状巻線５５が固定されている。
この場合、各ステータリング５１，５２，５３は、互いに電気角で１８０°以下の所定の位相差（例えば、図１７および図１８に示すステータ５０では、電気角で１２０°の位相差）を有することになる。

そして、互いに電気角で１２０°の位相差（コイル位相差）を有する２相の各環状巻線５４，５５は、上述した図４（ａ）に示す第１実施形態の各環状巻線１４，１５と同様にして、Ｖ字状に結線され、互いに１２０°の位相差の正弦波で通電されることにより、例えば漏れ磁束が無視できる場合には、図４（ｃ）に示すように、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相巻線がＹ字状に結線され、互いに１２０°の位相差の正弦波で通電される３相のステータと同等の回転磁界を発生するように構成されている。

なお、上述した参考技術においては、各爪状誘導極６２，６４，６６の周方向幅Ｃｕ，Ｃｖ，Ｃｗを互いに同等の電気角で１２０°に相当する幅に設定するとしたが、これに限定されず、例えば図１９に示すように、各周方向幅Ｃｕ，Ｃｖ，Ｃｗを少なくとも電気角で１８０°以下の所定の周方向幅（例えば、Ｃｕ＝Ｃｗ＝９０°［電気角］、Ｃｖ＝１８０°［電気角］）、かつ、各周方向幅Ｃｕ，Ｃｖ，Ｃｗの和が電気角で３６０°となるように設定してもよい。

なお、上述した第１および第２実施形態においては、各ステータ１０，５０を各ステータリング１１，１２，１３または５１，５２，５３を備えて構成するとしたが、これに限定されず、各ステータリング１１，１２，１３，５１，５２，５３を複数のステータ片に分割可能に形成してもよい。
また、各ステータ１０，５０を各相毎に複数のステータ片を備えて構成し、所定の相対配置状態の２相の環状巻線１４，１５または５４，５５に対して、複数のステータ片を所定位置に装着し、固定することによって、各相毎に環状のステータ部材を形成してもよい。

本発明の第１実施形態に係るステータの要部斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るステータの要部分解斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るステータの要部分解図である。 図４（ａ）は図１に示すステータの各環状巻線の結線状態を示す図であり、図４（ｂ）は本発明の第１実施形態に係るステータの各環状巻線の結線状態を示す図であり、図４（ｃ）は３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のステータの各巻線の結線状態を示す図である。 各環状巻線同士が位置的に干渉して交差した状態の一例を示す図である。 本発明の第１実施形態の第１変形例に係るステータの要部分解図である。 冷却媒体を流通させる冷却管を備えるステータの斜視図である。 冷却媒体を流通させる冷却管を備えるステータの分解斜視図である。 図９（ａ）は本発明の第１実施形態の第２変形例に係るステータの各環状巻線の巻装状態を示す図であり、図９（ｂ）は所定の厚さの各環状巻線の巻装状態の一例を示す図である。 図１０（ａ）は本発明の第１実施形態の第３変形例に係るステータの各環状巻線の巻装状態を示す図であり、図１０（ｂ）は径方向Ｒに対する断面形状が略長方形状となる各ティースに対する各環状巻線の巻装状態の一例を示す図である。 本発明の第１実施形態の第３変形例に係るステータの要部斜視図である。 本発明の第１実施形態の第４変形例に係るクローポール型モータの分解斜視図である。 図１３（ａ）は本発明の第１実施形態の第４変形例に係るステータの各環状巻線の巻装状態を示す図であり、図１３（ｂ）は径方向Ｒに対する断面形状が略長方形状となる各ティースに対する各環状巻線の巻装状態の一例を示す図である。 本発明の第１実施形態の第４変形例に係るクローポール型モータの各ティースおよび永久磁石の配置状態を示す図である。 本発明の第１実施形態の第５変形例に係るクローポール型モータの分解斜視図である。 本発明の第１実施形態の第５変形例に係るクローポール型モータの各ティースおよび永久磁石の配置状態を示す図である。 本発明の参考技術に係るステータの構成を示す分解斜視図である。 本発明の参考技術に係るステータの要部斜視図である。 本発明の参考技術の変形例に係るステータの要部斜視図である。

符号の説明

１０ ステータ
１１ Ｕ相ステータリング（ステータ部材）
１２ Ｖ相ステータリング（ステータ部材）
１３ Ｗ相ステータリング（ステータ部材）
１４ Ｕ相環状巻線（環状巻線）
１５ Ｗ相環状巻線（環状巻線）
３１ Ｕ相蛇行部（蛇行部）
３２ Ｗ相蛇行部（蛇行部）
３４，３５ 冷却管
３６ 面取り部
３７ 拡張部
３８ 溝部
４０ クローポール型モータ
４１ ロータ
４２ 永久磁石
５１ Ｕ相ステータリング（ステータ部材）
５２ Ｖ相ステータリング（ステータ部材）
５３ Ｗ相ステータリング（ステータ部材）
５４ Ｕ相環状巻線（環状巻線）
５５ Ｗ相環状巻線（環状巻線）

Claims (11)

1. ２相の環状巻線を備える３相のステータであって、
   前記環状巻線は蛇行部を備え、
   前記２相の環状巻線は、互いの対向方向に突出する互いの前記蛇行部が周方向に沿って交互に配列され、互いに交差しないように配置されてなり、
   前記２相の環状巻線は、コイルピッチが電気角で１２０°であり、互いに電気角で１２０°の位相差を有することを特徴とするステータ。
2. ３相のステータ部材を備え、該ステータ部材と前記環状巻線とは、軸線方向に積み重ねるようにして交互に配置可能であることを特徴とする請求項１に記載のステータ。
3. 前記ステータ部材は、複数のステータ片に分割可能であることを特徴とする請求項２に記載のステータ。
4. 前記環状巻線とステータ本体との間に冷却媒体を流通させる冷却管を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のステータ。
5. 前記冷却管は前記環状巻線の形状に沿った環状形状を有することを特徴とする請求項４に記載のステータ。
6. 少なくとも２つの前記冷却管を備え、
   前記ステータ本体は３相のステータ部材を備え、
   前記２相の環状巻線は１相の前記ステータ部材を両側から挟み込むようにして配置され、
   各前記２つの前記冷却管は、各前記２相の環状巻線と、前記１相のステータ部材との間に配置されることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のステータ。
7. 前記蛇行部は鈍角に屈曲する屈曲部を備え、前記環状巻線は複数の前記蛇行部を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のステータ。
8. 前記２相の環状巻線は、互いに周方向で隣接する部分の厚さが他の部分の厚さよりも薄くなるように設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のステータ。
9. 前記蛇行部に装着されるティースのコーナー部に対し、前記環状巻線の軸線に平行な軸線方向で隣り合う一方の前記コーナー部は面取り形状とされ、他方の前記コーナー部は周方向に突出する拡張部を備え、
   該拡張部は、前記一方の前記コーナー部から離間することに伴い、周方向の突出量が増大傾向に変化するように設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のステータ。
10. 前記他方の前記コーナー部と、前記拡張部との間に溝部を備えることを特徴とする請求項９に記載のステータ。
11. 請求項７に記載のステータと、永久磁石を具備するロータとを備えるモータであって、
    前記永久磁石は、前記環状巻線の軸線に平行な軸線方向に対して傾斜していることを特徴とするモータ。

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