JP6613721B2 - Toroidal coil motor - Google Patents

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Description

本発明は、トロイダル巻きされたコイルを有する電動機に関し、特にコイルの構造に関する。   The present invention relates to an electric motor having a toroidally wound coil, and more particularly to the structure of the coil.

コアの環状部に巻き付けられたコイル、いわゆるトロイダルコイルを有する電動機が知られている。下記特許文献1には、トロイダルコイルを備えた円環状のステータ(18)と、ステータ(18)の外周面および内周面にそれぞれ対向する外側回転子(16d)および内側回転子(16e)を含むロータ(16)を有する電動機が記載されている。このように、トロイダルコイル電動機は、ロータとステータの対向面を複数設けることができる。なお、上記において( )内の符号は、下記特許文献1で用いられている符号であり、本願の実施形態の説明で用いられる符号とは関連しない。   There is known an electric motor having a coil wound around an annular portion of a core, that is, a so-called toroidal coil. In the following Patent Document 1, an annular stator (18) having a toroidal coil, and an outer rotor (16d) and an inner rotor (16e) that face the outer peripheral surface and inner peripheral surface of the stator (18), respectively. An electric motor having a rotor (16) containing is described. Thus, the toroidal coil motor can be provided with a plurality of opposing surfaces of the rotor and the stator. In addition, the code | symbol in () in the above is a code | symbol used by the following patent document 1, and is not related with the code | symbol used by description of embodiment of this application.

特開2013−46479号公報JP 2013-46479 A

トロイダル巻きされたコイルにおいて、コイルが備えられた要素(例えばステータ)の相手となる要素(例えばロータ)と対向していない面に位置する部分は、トルクの発生に寄与していない。この部分のコイル導線を短縮できれば、銅損を低減することができる。   In the toroidal coil, a portion located on a surface not facing an element (for example, a rotor) which is a counterpart of an element (for example, a stator) provided with the coil does not contribute to the generation of torque. If the coil conductor of this part can be shortened, copper loss can be reduced.

本発明は、トロイダルコイル電動機において、コイル導線を短縮することを目的とする。   An object of the present invention is to shorten a coil conductor in a toroidal coil motor.

本発明に係るトロイダルコイル電動機は、移動磁界を発生させる第1要素と、移動磁界によって第1要素と相対運動する第2要素とを含む。第1要素は、第1要素コアと、第1要素コアにトロイダル巻きされているコイルとを有し、コイルに通電することで移動磁界が形成される。コイル導線のコイルを形成する部分の両端である第1巻き端と第2の巻き端が、第1要素コアの第2要素に対向していない面に配置されているコイルの部分である非対向部分に位置する。さらに、第1巻き端と第2巻き端はコイル導線が延びる方向において互いに離れて位置し、第1巻き端と第2巻き端の位置の間のコイル導線数が他の部分より少なくなっている。各コイルの第1巻き端はコイルの非対向部分において第1の側に位置し、第2巻き端は、第1巻き端と反対の第2の側に位置する。直列接続されているコイルの各コイルは、一方の隣接するコイルと、第1巻き端と第2巻き端のうち一方の巻き端同士が接続され、他方の巻き端は、別の隣接するコイルの他方の巻き端または動力線または中性点と接続されている。 The toroidal coil motor according to the present invention includes a first element that generates a moving magnetic field and a second element that moves relative to the first element by the moving magnetic field. The first element has a first element core and a coil that is toroidally wound around the first element core, and a moving magnetic field is formed by energizing the coil. The first winding end and the second winding end, which are both ends of the portion of the coil conductor that forms the coil, are non-opposing portions of the coil that are disposed on the surface of the first element core that does not face the second element. Located in the part. Furthermore, the first winding end and the second winding end are located away from each other in the direction in which the coil conducting wire extends, and the number of coil conducting wires between the positions of the first winding end and the second winding end is smaller than in other portions. . The first winding end of each coil is located on the first side in the non-opposing portion of the coil, and the second winding end is located on the second side opposite to the first winding end. Each coil of the coils connected in series is connected to one adjacent coil and one winding end of the first winding end and the second winding end, and the other winding end is connected to another adjacent coil. It is connected to the other winding end or power line or neutral point.

コイル導線の第1巻き端と第2巻き端が非対向部分において離れて位置することで、コイル導線のコイルを形成している部分の長さを短縮することができる。また、直列接続されているコイルについて、一方の隣接するコイルと第1巻き端同士を接続し、他方の隣接するコイルと第2巻き端同士を接続することにより、コイル導線のコイル同士を接続している部分の長さを短縮することができる。 Since the first winding end and the second winding end of the coil conducting wire are located apart from each other in the non-opposing portion, the length of the portion of the coil conducting wire forming the coil can be shortened. In addition, for coils connected in series, one adjacent coil and the first winding end are connected to each other, and the other adjacent coil and the second winding end are connected to each other to connect the coils of the coil conductors. It is possible to shorten the length of the portion.

さらに、直列接続されているコイルにおいて、隣接するコイルは、コイル導線の巻き方向を互いに反対向きとすることができる。 Furthermore, in the coils connected in series, the adjacent coils can have the coil conductors wound in opposite directions.

直列接続されているコイルにおいて、隣接するコイルの巻き方向を互いに反対向きにすることによっても、コイル同士を接続している部分の長さを短縮することができる。 In the coils connected in series, the length of the portion where the coils are connected can also be shortened by making the winding directions of adjacent coils opposite to each other.

コイル導線の長さを短縮することで、銅損が低減される。   By reducing the length of the coil conductor, copper loss is reduced.

本実施形態の電動機の概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the electric motor of this embodiment. ステータコアの概略構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows schematic structure of a stator core. ステータコアの要部構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the principal part structure of a stator core. ステータコアの要部構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the principal part structure of a stator core. コイルの接続態様を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the connection aspect of a coil. コイルの他の接続態様を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the other connection aspect of a coil. コイルの巻き方向に関する説明図である。It is explanatory drawing regarding the winding direction of a coil. 他の実施形態の電動機の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the electric motor of other embodiment.

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。以下では、同軸配置され相対回転する2つの要素を有する回転型の電動機について説明する。ただし、本発明は、直線、または自由曲線に沿って延びる第1要素と、第1要素に沿って移動する第2の要素を有するリニア電動機など他の形態の電動機に適用することができる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Hereinafter, a rotary electric motor having two elements that are coaxially arranged and relatively rotate will be described. However, the present invention can be applied to other types of electric motors such as a linear electric motor having a first element extending along a straight line or a free curve and a second element moving along the first element.

図1は、トロイダルコイル電動機(以下、電動機10と記す。)の回転軸線を含む断面を示す図である。電動機10は、ケース12に固定された環状のステータ14と、出力軸16に固定されたロータ18を有する。ステータ14は、トロイダル巻きされたコイル20を含み、コイル20に通電することで回転磁界が形成される。ロータ18は、円筒部22と2枚の円板部24を含み、それぞれに永久磁石26,28が配置されている。ステータ14により形成される回転磁界と永久磁石26,28が相互作用してロータ18が出力軸16を中心として回転する。したがって、ステータ14は相対移動する電動機の2つの要素のうちの移動磁界を形成する要素であり、ロータ18は移動磁界により移動するもう一方の要素である。   FIG. 1 is a view showing a cross section including a rotation axis of a toroidal coil motor (hereinafter, referred to as an electric motor 10). The electric motor 10 includes an annular stator 14 fixed to the case 12 and a rotor 18 fixed to the output shaft 16. The stator 14 includes a toroidally wound coil 20, and a rotating magnetic field is formed by energizing the coil 20. The rotor 18 includes a cylindrical portion 22 and two disk portions 24, and permanent magnets 26 and 28 are respectively disposed. The rotating magnetic field formed by the stator 14 and the permanent magnets 26 and 28 interact to rotate the rotor 18 about the output shaft 16. Therefore, the stator 14 is an element that forms a moving magnetic field of the two elements of the electric motor that moves relatively, and the rotor 18 is the other element that moves by the moving magnetic field.

以下では、出力軸16の中心線を回転軸線、回転軸線が延びる方向を回転軸線方向、回転軸線に直交する方向を径方向、回転軸線の周りを周回する方向を周方向と記す。また、上下左右等の方向および向きを表す語句は、図中の方向および向きを表し、使用状態における方向および向きと関連しない。   Hereinafter, the center line of the output shaft 16 is referred to as a rotation axis, the direction in which the rotation axis extends is referred to as a rotation axis direction, the direction orthogonal to the rotation axis is referred to as a radial direction, and the direction around the rotation axis is referred to as a circumferential direction. In addition, words representing directions and directions such as up, down, left, and right represent directions and directions in the drawing, and are not related to directions and directions in the usage state.

ロータ18の円筒部22は、ステータ14の径方向内側に位置し、その円筒外周面がステータ14に対向する。円筒部22の外周部には、永久磁石26が埋め込まれている。永久磁石26は、永久磁石26が形成する磁極の極性が交互となるように周方向に配列されている。2枚の円板部24は、回転軸線方向において、ステータ14を挟むように配置され、ステータ14と対向する面上に永久磁石28が固定されている。永久磁石28は、永久磁石28が形成する磁極の極性が交互となるように周方向に配列されている。   The cylindrical portion 22 of the rotor 18 is located on the radially inner side of the stator 14, and the outer peripheral surface of the cylinder faces the stator 14. A permanent magnet 26 is embedded in the outer peripheral portion of the cylindrical portion 22. The permanent magnets 26 are arranged in the circumferential direction so that the polarities of the magnetic poles formed by the permanent magnets 26 are alternate. The two disk portions 24 are arranged so as to sandwich the stator 14 in the rotation axis direction, and a permanent magnet 28 is fixed on a surface facing the stator 14. The permanent magnets 28 are arranged in the circumferential direction so that the polarities of the magnetic poles formed by the permanent magnets 28 are alternate.

ステータ14は、概略円環状のステータコア30を有する。ステータコア30は円環形状のヨーク32と、ヨーク32からロータの永久磁石26,28が配置された位置に向けてそれぞれ延びるティース34,36を有する。ヨーク32から径方向内側に延びるティースをラジアルティース34と記す。ラジアルティース34の先端は、ロータの円筒部22の外周面に対向する。また、ヨーク32から2つの円板部24に向けてそれぞれ回転軸線方向に延びるティースをアキシャルティース36と記す。   The stator 14 has a substantially annular stator core 30. The stator core 30 has an annular yoke 32 and teeth 34 and 36 extending from the yoke 32 toward positions where the permanent magnets 26 and 28 of the rotor are disposed. The teeth that extend radially inward from the yoke 32 are referred to as radial teeth 34. The distal end of the radial teeth 34 faces the outer peripheral surface of the cylindrical portion 22 of the rotor. The teeth extending in the direction of the rotation axis from the yoke 32 toward the two disk portions 24 are referred to as axial teeth 36.

図2は、ステータコア30の概略構成を示す図である。図3は、ステータ14を周方向に沿って見た状態を示す模式図である。図4は、ステータ14を径方向外側から見た状態を示す模式図である。   FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration of the stator core 30. FIG. 3 is a schematic view showing a state in which the stator 14 is viewed along the circumferential direction. FIG. 4 is a schematic diagram showing a state in which the stator 14 is viewed from the outside in the radial direction.

ステータコア30の外周面(図3において右側の面、図4に現れている面)は、ロータ18に対向しておらず、以降、この面を非対向面38と記す。コイル20は、ヨーク32の周囲にコイル導線を巻き付けて形成されている。コイル20は、図4に示されるように、U−相のコイル20U−、V+相のコイル20V+、W−相のコイル20W−、U+相のコイル20U+、・・・の順に配列されている。U相、V相、W相のコイルは、各相ごとに渡り線40で接続されている。図4では、コイル20U−とコイル20U+を結ぶ渡り線40のみ示し、他の相の渡り線は省略している。1本のコイル導線により複数のコイル20を形成する場合、コイル20の間のコイル導線が渡り線40となる。また、1本のコイル導線で1個のコイル20を形成し、コイル導線のコイル20から延びる部分同士を接続するようにしてもよい。この場合、コイル導線のコイル20から延びている部分が渡り線40となる。さらに、1本のコイル導線で1個のコイル20を形成し、別の導線または導体で、コイル20同士を接続するようにしてもよい。この場合、別の導線または導体が渡り線40となる。   The outer peripheral surface of the stator core 30 (the right side surface in FIG. 3, the surface appearing in FIG. 4) does not face the rotor 18, and this surface is hereinafter referred to as a non-facing surface 38. The coil 20 is formed by winding a coil conductor around the yoke 32. As shown in FIG. 4, the coils 20 are arranged in the order of a U− phase coil 20U−, a V + phase coil 20V +, a W− phase coil 20W−, a U + phase coil 20U +,. The U-phase, V-phase, and W-phase coils are connected by a crossover 40 for each phase. In FIG. 4, only the connecting wire 40 connecting the coil 20U− and the coil 20U + is shown, and the connecting wires of other phases are omitted. When the plurality of coils 20 are formed by a single coil conductor, the coil conductor between the coils 20 becomes the crossover 40. Alternatively, one coil 20 may be formed by one coil conductor, and portions extending from the coil 20 of the coil conductor may be connected to each other. In this case, a portion extending from the coil 20 of the coil lead wire becomes the crossover wire 40. Further, one coil 20 may be formed by one coil conductor, and the coils 20 may be connected by another conductor or conductor. In this case, another conductor or conductor becomes the connecting wire 40.

コイル20のうち、非対向面38に対応して配置されている部分である非対向部分42は、トルクの発生に直接寄与していない。したがって、非対向部分42のコイルの巻き数、つまりコイル導線の本数を、他の部分より少なくしても電動機10が発生するトルクは減少しない。そこで、コイル導線を、コイル20を巻き始めた位置まで巻かないようにする。巻き始め位置に達しない分だけ、コイル20を形成するコイル導線が短くなる。   Of the coil 20, the non-facing portion 42, which is a portion disposed corresponding to the non-facing surface 38, does not directly contribute to the generation of torque. Therefore, the torque generated by the electric motor 10 does not decrease even if the number of turns of the coil of the non-opposing portion 42, that is, the number of coil conductors, is smaller than the other portions. Therefore, the coil conductor is not wound to the position where the coil 20 is started to be wound. The coil conducting wire forming the coil 20 is shortened by the amount not reaching the winding start position.

図3において、コイル導線のコイル20を形成する部分の両端が符号44,46で示されている。上側に位置する巻き端を第1巻き端44、下側に位置する巻き端を第2巻き端46と記す。第1巻き端44と第2巻き端46は、コイル20の非対向部分42において、互いに離れて位置し、これらの間の部分のコイル導線の数は、他の部分の数より1本少なくなる。この実施形態では、第1巻き端44は、コイルの非対向部分42の上端に位置し、第2巻き端46は、非対向部分42の下端に位置する。図4に示すように、各コイル20において、上述のように、第1巻き端44および第2巻き端46が離れて位置し、特にコイルの非対向部分42の上下の端に離れて位置する。   In FIG. 3, both ends of a portion of the coil conductor forming the coil 20 are indicated by reference numerals 44 and 46. The upper winding end is referred to as a first winding end 44, and the lower winding end is referred to as a second winding end 46. The first winding end 44 and the second winding end 46 are located away from each other in the non-opposing portion 42 of the coil 20, and the number of coil conductors in the portion between them is one less than the number of the other portions. . In this embodiment, the first winding end 44 is located at the upper end of the non-opposing portion 42 of the coil, and the second winding end 46 is located at the lower end of the non-opposing portion 42. As shown in FIG. 4, in each coil 20, as described above, the first winding end 44 and the second winding end 46 are located apart from each other, particularly at the upper and lower ends of the non-opposing portion 42 of the coil. .

図5は、同相のコイル20の接続態様を示す図であり、ステータ14を外周側から周方向内側に見た状態を示している。U相の直列接続される4個のコイル20-1,20-2,20-3,20-4は、隣接するコイルが同じ側にある巻き端同士が接続されている。各コイル20の区別をする必要がある場合には、符号に添え字-1,-2,-3,-4を付す。他の要素についても区別が必要な場合に添え字を付す。コイル20-1とコイル20-2は、下側の巻き端である第2巻き端46-1と第2巻き端46-2が渡り線40-1により接続されている。コイル20-2は、これに隣接するもう一つのコイル20-3と、これらの上側の巻き端である第1巻き端44-2と第1巻き端44-3をつなぐ渡り線40-2により接続されている。さらに、コイル20-3は、これに隣接するもう一つのコイル20-4と、これらの下側の巻き端である第2巻き端46-3と第2巻き端46-4をつなぐ渡り線40-3により接続されている。直列接続されているコイル群の両端の巻き端である第1巻き端44-1,44-4には、コイルに電力を供給する動力線、または中性点と接続する接続線48-1,48-4が接続されている。   FIG. 5 is a view showing a connection mode of the coils 20 having the same phase, and shows a state in which the stator 14 is viewed from the outer peripheral side to the inner side in the circumferential direction. The four coils 20-1, 20-2, 20-3, 20-4 connected in series in the U-phase are connected at the winding ends where adjacent coils are on the same side. When it is necessary to distinguish each coil 20, subscripts -1, -2, -3, and -4 are added to the reference numerals. Subscripts are added to other elements when it is necessary to distinguish them. The second winding end 46-1 and the second winding end 46-2, which are the lower winding ends, of the coil 20-1 and the coil 20-2 are connected by a jumper 40-1. The coil 20-2 is connected to another coil 20-3 adjacent to the coil 20-2 by a connecting wire 40-2 connecting the first winding end 44-2 and the first winding end 44-3 which are upper winding ends of the coil 20-2. It is connected. Further, the coil 20-3 is connected to another coil 20-4 adjacent to the coil 20-3, and a connecting wire 40 connecting the second winding end 46-3 and the second winding end 46-4 which are lower winding ends of the coil 20-3. -3 connected. The first winding ends 44-1 and 44-4, which are winding ends at both ends of the coil group connected in series, are connected to power lines for supplying power to the coils or connection lines 48-1 to be connected to the neutral point. 48-4 is connected.

コイルの非対向部分42の上端に位置する第1巻き端44同士、下端に位置する第2巻き端46同士を接続することにより、第1巻き端44と第2巻き端46を接続する場合に比べて渡り線40の長さを短くすることができる。これにより、コイルの非対向部分42のコイル導線の数を減じた効果が有効に利用できる。   When connecting the first winding end 44 and the second winding end 46 by connecting the first winding ends 44 positioned at the upper end of the non-opposing portion 42 of the coil and the second winding ends 46 positioned at the lower end. In comparison, the length of the crossover 40 can be shortened. Thereby, the effect which reduced the number of coil conducting wires of the non-opposing part 42 of a coil can be utilized effectively.

図5では、4個のコイル20を直列接続した場合を示したが、コイル20の数は、4個以外であってもよい。また、図5では、U相が示されているが、V相、W相でも同様である。   Although FIG. 5 shows a case where four coils 20 are connected in series, the number of the coils 20 may be other than four. In FIG. 5, the U phase is shown, but the same applies to the V phase and the W phase.

図6は、同相のコイル20の他の接続態様を示す図であり、ステータ14を外周側から周方向内側に見た状態を示している。図6の接続態様は、2組の直列接続されたコイル20をさらに並列接続したものである。コイル20-1とコイル20-2、コイル20-3とコイル20-4がそれぞれ直列接続されコイル群を形成し、コイル群同士が並列接続されている。コイル20-1とコイル20-2は、それぞれの下端側の巻き端である第2巻き端46-1,46-2を渡り線40-1によりつないで接続されている。この直列接続されたコイル群の両端の巻き端である第1巻き端44-1,44-2には、動力線または中性線と接続する接続線48-1,48-2が接続されている。コイル20-3とコイル20-4は、それぞれの下端側の巻き端である第2巻き端46-3,46-4を渡り線40-3によりつないで接続されている。この直列接続されたコイル群の両端の巻き端である第1巻き端44-3,44-4には、動力線または中性線と接続する接続線48-3,48-4が接続されている。   FIG. 6 is a diagram showing another connection mode of the in-phase coil 20 and shows a state in which the stator 14 is viewed from the outer peripheral side to the inner side in the circumferential direction. In the connection mode of FIG. 6, two sets of coils 20 connected in series are further connected in parallel. The coil 20-1 and the coil 20-2, the coil 20-3 and the coil 20-4 are connected in series to form a coil group, and the coil groups are connected in parallel. The coil 20-1 and the coil 20-2 are connected by connecting the second winding ends 46-1 and 46-2, which are the winding ends on the lower end sides thereof, by the connecting wire 40-1. The first winding ends 44-1 and 44-2 that are the winding ends at both ends of this series-connected coil group are connected to connection lines 48-1 and 48-2 that are connected to the power line or the neutral line. Yes. The coil 20-3 and the coil 20-4 are connected by connecting the second winding ends 46-3 and 46-4, which are the winding ends on the lower end sides thereof, by the connecting wire 40-3. The first winding ends 44-3 and 44-4, which are winding ends at both ends of the series-connected coil group, are connected to connection lines 48-3 and 48-4 that are connected to a power line or a neutral line. Yes.

図6では、4個のコイル20を接続した場合を示したが、コイル20の数は、4個以外であってもよい。また、図6では、U相が示されているが、V相、W相でも同様である。   Although FIG. 6 shows the case where four coils 20 are connected, the number of the coils 20 may be other than four. In FIG. 6, the U phase is shown, but the same applies to the V phase and the W phase.

図7は、コイル20の巻き方向に関する説明図である。U−相のコイル20U−と、U+相のコイル20U+で発生する磁束は、図において白抜き矢印で示すように互いに反対向きである。このように磁束を発生させるために、コイル20U−とコイル20U+を流れる電流の向きは、逆向きとする必要がある。図7において、左方より各コイルを見たときにコイル20U−では電流は反時計回りに流れており、コイル20U+では時計回りに流れている。図7の(a)においては、コイル20U−およびコイル20U+は、双方とも左手巻きに巻かれている。つまり、左手の親指を立てた状態で親指の指す方向にコイル導線を巻き進めるとき、親指以外の4指の指の付け根から指先に向けてコイル導線が巻かれるようにしてコイルが形成されている。この場合、渡り線40のa,bの部分が重なり、その分コイル導線が長くなる。図7の(b)では、コイル20U−は左手巻きであるのに対し、コイル20U+は右手巻きとなっている。本実施形態のコイル20は、直列接続されるコイル20において、隣接するコイル20の一方が左手巻き、他方が右手巻きとなっている。これにより、コイル導線の長さを短くしている。   FIG. 7 is an explanatory diagram relating to the winding direction of the coil 20. Magnetic fluxes generated by the U− phase coil 20U− and the U + phase coil 20U + are opposite to each other as indicated by white arrows in the drawing. In order to generate the magnetic flux in this way, the direction of the current flowing through the coil 20U− and the coil 20U + needs to be reversed. In FIG. 7, when each coil is viewed from the left, the current flows counterclockwise in the coil 20U− and clockwise in the coil 20U +. In FIG. 7A, the coil 20U− and the coil 20U + are both wound in a left-handed manner. That is, the coil is formed so that when the coil conductor is wound in the direction indicated by the thumb with the thumb of the left hand standing, the coil conductor is wound from the base of four fingers other than the thumb toward the fingertip. . In this case, the portions a and b of the crossover wire 40 are overlapped, and the coil conductor is lengthened accordingly. In FIG. 7B, the coil 20U- is left-handed while the coil 20U + is right-handed. In the coil 20 of this embodiment, in the coil 20 connected in series, one of the adjacent coils 20 is left-handed and the other is right-handed. Thereby, the length of a coil conducting wire is shortened.

図8は、本発明に係る他の実施形態のトロイダルコイル電動機50(以下、電動機50と記す。)の要部構成を示す断面図である。電動機50は、ケース52に固定された環状のステータ54と、出力軸56に固定されたロータ58を有する。ステータ54は、トロイダル巻きされたコイル60を含み、コイル60に通電することで回転磁界が形成される。ロータ58は、内筒部62と外筒部64を含み、それぞれに永久磁石66,68が配置されている。ステータ54により形成される回転磁界と永久磁石66,68が相互作用してロータ58が出力軸56を中心として回転する。   FIG. 8 is a cross-sectional view showing a main configuration of a toroidal coil motor 50 (hereinafter referred to as “motor 50”) according to another embodiment of the present invention. The electric motor 50 includes an annular stator 54 fixed to the case 52 and a rotor 58 fixed to the output shaft 56. The stator 54 includes a toroidally wound coil 60, and a rotating magnetic field is formed by energizing the coil 60. The rotor 58 includes an inner cylinder portion 62 and an outer cylinder portion 64, and permanent magnets 66 and 68 are disposed on each of them. The rotating magnetic field formed by the stator 54 and the permanent magnets 66 and 68 interact to rotate the rotor 58 around the output shaft 56.

以下では、出力軸56の中心線を回転軸線、回転軸線が延びる方向を回転軸線方向、回転軸線に直交する方向を径方向、回転軸線の周りを周回する方向を周方向と記す。また、上下左右等の方向および向きを表す語句は、図中の方向および向きを表し、使用状態における方向および向きと関連しない。   Hereinafter, the center line of the output shaft 56 is referred to as a rotation axis, the direction in which the rotation axis extends is referred to as a rotation axis direction, the direction orthogonal to the rotation axis is referred to as a radial direction, and the direction around the rotation axis is referred to as a circumferential direction. In addition, words representing directions and directions such as up, down, left, and right represent directions and directions in the drawing, and are not related to directions and directions in the usage state.

ロータ58の内筒部62は、ステータ54の径方向内側に位置し、その円筒外周面がステータ54に対向する。内筒部62の外周部には、永久磁石66が埋め込まれている。永久磁石66は、永久磁石66が形成する磁極の極性が交互となるように周方向に配列されている。ロータ58の外筒部64は、円板部材65によって出力軸56に固定されている。また、外筒部64は、ステータ54の径方向外側に位置し、その円筒内周面がステータ54に対向し、内周面上に永久磁石68が固定されている。永久磁石68は、永久磁石68が形成する磁極の極性が交互となるように周方向に配列されている。   The inner cylindrical portion 62 of the rotor 58 is located on the radially inner side of the stator 54, and the outer peripheral surface of the cylinder faces the stator 54. A permanent magnet 66 is embedded in the outer peripheral portion of the inner cylinder portion 62. The permanent magnets 66 are arranged in the circumferential direction so that the polarities of the magnetic poles formed by the permanent magnets 66 are alternate. The outer cylinder portion 64 of the rotor 58 is fixed to the output shaft 56 by a disc member 65. The outer cylindrical portion 64 is located on the radially outer side of the stator 54, the cylindrical inner peripheral surface thereof faces the stator 54, and the permanent magnet 68 is fixed on the inner peripheral surface. The permanent magnets 68 are arranged in the circumferential direction so that the polarities of the magnetic poles formed by the permanent magnets 68 are alternate.

ステータ54は、概略円環状のステータコア70を有する。ステータコア70は円環形状のヨーク72と、ヨーク72からロータの永久磁石66,68が配置された位置に向けてそれぞれ延びるティース74,76を有する。ヨーク72から径方向内側に延びるティースをインナティース74と記す。インナティース74の先端は、ロータの内筒部62の外周面に対向する。また、ヨーク72から径方向外側に延びるティースをアウタティース76と記す。アウタティース76の先端は、ロータの外筒部64の内周面に対向する。   The stator 54 has a substantially annular stator core 70. The stator core 70 has an annular yoke 72 and teeth 74 and 76 extending from the yoke 72 toward positions where the rotor permanent magnets 66 and 68 are disposed. The teeth that extend radially inward from the yoke 72 are referred to as inner teeth 74. The tip of the inner teeth 74 faces the outer peripheral surface of the inner cylindrical portion 62 of the rotor. Further, the teeth extending radially outward from the yoke 72 are referred to as outer teeth 76. The tip of the outer teeth 76 faces the inner peripheral surface of the outer cylindrical portion 64 of the rotor.

ステータコア70の上面および下面は、ロータ58に対向しておらず、これらの面をそれぞれ上側非対向面78、下側非対向面79と記す。   The upper and lower surfaces of the stator core 70 do not face the rotor 58, and these surfaces are referred to as an upper non-facing surface 78 and a lower non-facing surface 79, respectively.

コイル60のうち、上側および下側非対向面78,79に対向している部分である上側および下側非対向部分82,83は、トルクの発生に直接寄与していない。したがって、上側および下側非対向部分82,83のコイルの巻き数、つまりコイル導線の本数を、他の部分より少なくしても電動機50が発生するトルクは減少しない。そこで、コイル導線を、コイル60を巻き始めた位置まで巻かないようにする。   Of the coil 60, the upper and lower non-facing portions 82 and 83 that are opposed to the upper and lower non-facing surfaces 78 and 79 do not directly contribute to the generation of torque. Therefore, even if the number of turns of the upper and lower non-opposing portions 82 and 83, that is, the number of coil conductors, is smaller than that of the other portions, the torque generated by the electric motor 50 does not decrease. Therefore, the coil conductor is not wound up to the position where the coil 60 is started.

コイル導線のコイル60を形成する部分の両端が符号84,86で示されている。径方向の外側に位置する巻き端を第1巻き端84、内側に位置する巻き端を第2巻き端86と記す。第1巻き端84と第2巻き端86は、コイル60の上側非対向部分82において、互いに離れて位置し、これらの間の部分のコイル導線の数は、他の部分の数より1本少なくなる。円板部材65の反対側に位置する上側非対向部分82に第1および第2巻き端84,86を配置することで、これらに接続する渡り線や、動力線および中性点と接続する接続線の配置が容易となる。この実施形態では、第1巻き端84は、コイルの非対向部分82の外端に位置し、第2巻き端86は、非対向部分82の内端に位置する。各コイル60において、第1巻き端84および第2巻き端86が離れて位置し、特にコイルの上側非対向部分82の内外の端に離れて位置する。   The both ends of the part which forms the coil 60 of a coil conducting wire are shown with the codes | symbols 84 and 86. FIG. The winding end located outside in the radial direction is referred to as a first winding end 84, and the winding end located inside is referred to as a second winding end 86. The first winding end 84 and the second winding end 86 are located apart from each other in the upper non-opposing portion 82 of the coil 60, and the number of coil conductors in the portion between them is one less than the number of the other portions. Become. By disposing the first and second winding ends 84 and 86 on the upper non-opposing portion 82 located on the opposite side of the disk member 65, the connecting wire connected to these and the connection connected to the power line and the neutral point Arrangement of lines becomes easy. In this embodiment, the first winding end 84 is located at the outer end of the non-opposing portion 82 of the coil, and the second winding end 86 is located at the inner end of the non-opposing portion 82. In each coil 60, the first winding end 84 and the second winding end 86 are located apart from each other, particularly at the inner and outer ends of the upper non-opposing portion 82 of the coil.

各コイル60の接続は、電動機10と同様、直列接続されるコイル60において隣接するコイル60の第1巻き端84同士、または第2巻き端同士86が接続される。さらに、直列接続されるコイル60において、隣接するコイル60を、一方が右手巻きに他方が左手巻きにすることができる。   As in the case of the electric motor 10, the coils 60 are connected in series between the first winding ends 84 or the second winding ends 86 of the adjacent coils 60. Furthermore, in the coils 60 connected in series, the adjacent coils 60 can be wound by one hand on the right hand side and the other hand on the left hand side.

非対向面が2面である場合、隣接する2面を非対向面とすることができ、非対向面はL字形に配置される。巻き端は、L字形の両端に配置することができる。また、外側の要素が回転するアウタロータ型の電動機の場合、例えば、ステータコアの外周面および回転軸線方向における両側の端面がロータと対向するようにし、内周面を非対向面とすることができる。   When there are two non-facing surfaces, two adjacent surfaces can be non-facing surfaces, and the non-facing surfaces are arranged in an L shape. The winding ends can be arranged at both ends of the L-shape. In the case of an outer rotor type motor in which an outer element rotates, for example, the outer peripheral surface of the stator core and the end surfaces on both sides in the rotation axis direction can be opposed to the rotor, and the inner peripheral surface can be a non-opposing surface.

10 電動機、12 ケース、14 ステータ、16 出力軸、18 ロータ、20 コイル、22 円筒部、24 円板部、26,28 永久磁石、30 ステータコア、32 ヨーク、34 ラジアルティース、36 アキシャルティース、38 非対向面、40 渡り線、42 非対向部分、44 第1巻き端、46 第2巻き端、48 接続線、50 電動機、52 ケース、54 ステータ、56 出力軸、58 ロータ、60 コイル、62 内筒部、64 外筒部、65 円板部材、66,68 永久磁石、70 ステータコア、72 ヨーク、74 インナティース、76 アウタティース、78 上側非対向面、79 下側非対向面、82 上側非対向部分、83 下側非対向部分、84 第1巻き端、86 第2巻き端。   10 Motor, 12 Case, 14 Stator, 16 Output shaft, 18 Rotor, 20 Coil, 22 Cylindrical part, 24 Disk part, 26, 28 Permanent magnet, 30 Stator core, 32 Yoke, 34 Radial teeth, 36 Axial teeth, 38 Non Opposing surface, 40 crossover wire, 42 non-facing portion, 44 first winding end, 46 second winding end, 48 connection line, 50 motor, 52 case, 54 stator, 56 output shaft, 58 rotor, 60 coil, 62 inner cylinder Part, 64 outer cylinder part, 65 disc member, 66, 68 permanent magnet, 70 stator core, 72 yoke, 74 inner teeth, 76 outer teeth, 78 upper non-facing surface, 79 lower non-facing surface, 82 upper non-facing portion , 83 Lower non-facing portion, 84 First winding end, 86 Second winding end.

Claims (1)

第1要素コアと第1要素コアにトロイダル巻きされているコイルとを有し、移動磁界を発生させる第1要素と、
移動磁界によって第1要素と相対運動する第2要素と、
を含むトロイダルコイル電動機であって、
各コイルは、コイル導線を複数回連続して巻回して形成されており、
第1要素コアの第2要素に対向していない面に配置されているコイルの部分である非対向部分において、コイル導線のコイルを形成する部分の両端である第1巻き端と第2の巻き端が、コイルを形成するコイル導線が延びる方向において互いに離れて位置し、第1巻き端の位置と第2巻き端の位置の間のコイル導線数が他の部分より少なくなっており、
各コイルの第1巻き端はコイルの非対向部分において第1の側に位置し、第2巻き端は、第1の側と反対の第2の側に位置し、
直列接続されているコイルの各コイルは、一方の隣接するコイルと、第1巻き端と第2巻き端のうち一方の巻き端同士が接続され、他方の巻き端は、別の隣接するコイルの他方の巻き端または動力線または中性点と接続され、
直列接続されているコイルにおいて、隣接するコイルは、互いに反対向きの巻き方向である、
トロイダルコイル電動機。
A first element having a first element core and a coil that is toroidally wound on the first element core and generating a moving magnetic field;
A second element that moves relative to the first element by a moving magnetic field;
A toroidal coil motor including
Each coil is formed by continuously winding a coil conductor several times.
The first winding end and the second winding that are both ends of the portion of the coil conductor forming the coil in the non-facing portion that is the portion of the coil that is disposed on the surface of the first element core that does not face the second element The ends are positioned away from each other in the direction in which the coil conductors forming the coil extend, and the number of coil conductors between the position of the first winding end and the position of the second winding end is smaller than the other parts,
The first winding end of each coil is located on the first side in the non-opposing portion of the coil, the second winding end is located on the second side opposite to the first side,
Each coil of the coils connected in series is connected to one adjacent coil and one winding end of the first winding end and the second winding end, and the other winding end is connected to another adjacent coil. Connected to the other winding end or power line or neutral point,
In the coils connected in series, adjacent coils are in opposite winding directions.
Toroidal coil motor.
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