JP7814112B2 - モータ - Google Patents

Description

本発明は、モータに関する。

モータ等の回転電機において、複数の磁極部にまたがってコイルを配置する分布巻き技術が知られている。分布巻き技術においては、例えば、セグメントコイルを用いることが知られている。

特開２０１５－６０８２号公報 特開２０１５－２２３０２８号公報 特開２０１６－７３１２０号公報

セグメントコイルは、角線の成型加工や溶接に多くの工数を要し、モータの構成が複雑化する。また、コイルエンドが軸方向に突出することで、モータの小型化の妨げとなる。

一つの側面では、モータの構成を簡素化することを目的とする。

一つの態様において、モータは、ステータを備える。前記ステータは、周方向に並んだ複数の磁極部を有するヨークと、周方向に並んだ複数の空芯コイルと、複数の接合部と、を備える。前記複数の磁極部は、周方向において、前記複数の空芯コイルのいずれかの内側に配置される。前記複数の空芯コイルのうち、隣接する２つの空芯コイルは、周方向に並んだ２つの接続端部を備える。前記２つの接続端部は、前記接合部を形成している。前記隣接する２つの空芯コイルの巻き回し方向は、互いに逆方向である。

一つの態様によれば、モータの構成を簡素化できる。

図１は、実施形態におけるモータの一例を示す上面図である。 図２は、実施形態におけるステータの一例を示す斜視図である。 図３は、実施形態における第１コイルの一例を示す斜視図である。 図４は、実施形態における第１コイルの接合の一例を示す斜視図である。 図５は、実施形態におけるステータの一例を示す断面斜視図である。 図６は、実施形態における第１コイルの取り付けの一例を示す断面斜視図である。 図７は、実施形態における第２コイルの取り付けの一例を示す断面斜視図である。 図８は、実施形態における第３コイルの取り付けの一例を示す断面斜視図である。

以下に、本願の開示するモータの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、図面における各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。各図面において、説明を分かりやすくするために、後に説明するシャフト８０が延在する方向を軸方向とし、ロータ７０が回転する方向を周方向とする座標系を図示する場合がある。

図１は、実施形態におけるモータの一例を示す上面図である。図１に示すモータ１は、例えば、ステータ２と、ロータ７０と、シャフト８０とを含む。なお、各実施形態で説明するモータ１は、例えば、インナーロータ型のブラシレスモータである。モータ１には、例えば、複数のマグネット７１を構成部品として持つロータ７０が配置されており、さらにこのロータ７０には回転軸（シャフト）８０が固定されている。また、モータ１は、例えば、図示しないフレームに収容される。

図２は、実施形態におけるステータの一例を示す斜視図である。図１及び図２に示すように、実施形態におけるステータ２は、ヨーク１０と、複数の第１コイル４０Ａ乃至４０Ｈと、複数の第２コイル５０Ａ乃至５０Ｈと、複数の第３コイル６０Ａ乃至６０Ｈと、を備える。なお、以下において、複数の第１コイル４０Ａ乃至４０Ｈを区別せずに表現する場合に、単に第１コイル４０と表記する場合がある。複数の第２コイル５０Ａ乃至５０Ｈ、及び複数の第３コイル６０Ａ乃至６０Ｈについても同様である。また、以下において、第１コイル４０、第２コイル５０及び第３コイル６０を区別せずに表現する場合に、単に空芯コイルＸ０と表記する場合がある。

実施形態におけるモータ１は、例えば８極２４スロットのモータである。すなわち、実施形態におけるモータ１は、図１に示すように、８つのマグネット７１と、２４個の空芯コイルＸ０とを備える。

ステータ２は、例えばステンレス鋼や磁性鋼板などの磁性体により形成され、回転軸方向に開口した円筒状のヨーク１０と、磁極部２０と、を備える。実施形態におけるヨーク１０の表面には、例えば電着塗装が施されてインシュレータが形成されている。また、ヨーク１０は、軸方向に延在する２４個の磁極部２０ａ乃至２０ｘを備える。なお、以下において、複数の磁極部２０ａ乃至２０ｘを区別せずに表現する場合に、単に磁極部２０と表記する場合がある。

磁極部２０は、ヨーク１０と一体に形成され、ヨーク１０の内周面側から、径方向における内側に向かって突出する突出部である。実施形態において、磁極部２０は、図２に示すように、先端側（径方向における内側）に、周方向に突出する端部を備えない形状を有する。

実施形態において、２４個の磁極部２０は、周方向において等間隔に並んで配置される。例えば、図１及び図２に示すように、周方向において隣接する磁極部２０ａと磁極部２０ｘとがなす角度Ｒｘａは約１５度である。同様に、周方向において隣接する磁極部２０ｗと磁極部２０ｘとがなす角度Ｒｗｘも、約１５度である。

磁極部２０には、複数の第１コイル４０と、複数の第２コイル５０と、複数の第３コイル６０とが配置される。第１コイル４０、第２コイル５０及び第３コイル６０は、例えば、事前に巻き回された空芯コイルである。なお、第１コイル４０は、第１群の空芯コイルの一例であり、第２コイル５０は、第２群の空芯コイルの一例であり、第３コイル６０は、第３群の空芯コイルの一例である。

空芯コイルＸ０は、例えば、銅などの導体で形成された導線（例えば、平角線又は丸線）を折り曲げることで形成される。実施形態において。空芯コイルＸ０を形成する導線の導体は、例えば、ポリイミド等の耐熱性樹脂により形成された被覆層で覆われている。また、空芯コイルＸ０を形成する導線は、被覆層を、融着層で覆った自己融着線であってもよい。融着層は、熱や溶剤で溶けて皮膜を形成可能な樹脂で形成されている。

空芯コイルＸ０は、周方向において湾曲する形状を備える。例えば、第１コイル４０は、周方向において、ヨーク１０の内周面に沿うように、湾曲した形状に形成される。また、径方向において、第１コイル４０よりも内側（ロータ７０側）に配置される第２コイル５０は、第１コイル４０よりも周方向における曲率が大きくなるとともに、周方向における幅が小さくなるように形成される。同様に、第３コイル６０は、第２コイル５０よりも周方向における曲率がさらに大きくなるとともに、周方向における幅がさらに小さくなるように形成される。なお、実施形態において、第１コイル４０、第２コイル５０及び第３コイル６０の軸方向における長さは略同一である。

実施形態において、例えば、空芯コイルＸ０の巻き始めと巻き終わりとの両方が、ヨーク１０の外側に突出して、引出線となる。すなわち、空芯コイルＸＯの導線は、いわゆるアルファ（α）の形状となるように巻き回されている。図３は、実施形態における第１コイルの一例を示す斜視図である。なお、図３においては、磁極部２０の図示を省略する。

図３に示すように、第１コイル４０Ａの巻き始め４１Ａ及び巻き終わり４２Ａと、第１コイル４０Ｂの巻き始め４１Ｂ及び巻き終わり４２Ｂとは、いずれも軸方向負方向側（ヨーク１０の他方の端部側）に向けて突出する。なお、巻き始め４１Ａ及び４１Ｂ、並びに巻き終わり４２Ａ及び４２Ｂは、接続端部の一例である。

実施形態において、相互に隣接する２つの空芯コイルＸ０の導線は、互いに反対の方向に巻き回される。例えば、図３に示すように、第１コイル４０Ｂの導線が、巻き始め４１Ｂから巻き終わり４２Ｂに向かって、反時計回り（ＣＣＷ）に巻き回される場合、第１コイル４０Ｂと周方向において隣接する第１コイル４０Ａの導線は、巻き始め４１Ａから巻き終わり４２Ａに向かって、時計回り（ＣＷ）に巻き回される。

実施形態において、８つの第１コイル４０のうち、第１コイル４０Ａ、４０Ｃ、４０Ｅ及び４０Ｇは、時計回りに巻き回され、その他の第１コイル４０Ｂ、４０Ｄ、４０Ｆ及び４０Ｈは、反時計回りに巻き回される。これにより、周方向において、Ｎ極のコイルと、Ｓ極のコイルとが、相互に隣接する。

また、図３に示すように、反時計回りに巻き回される第１コイル４０Ａと、時計回りに巻き回される第１コイル４０Ｂとでは、周方向において同じ方向から巻き始められ、同じ方向に巻き終わる。すなわち、周方向において相互に隣接する２つの第１コイル４０は、例えば第１コイル４０Ｂの巻き始め４１Ｂと第１コイル４０Ａの巻き終わり４２Ａとが近接し、第１コイル４０Ａの巻き終わり４１Ａと第１コイル４０Ｂの巻き始め４２Ｂは離間している。

なお、各空芯コイルＸ０は、上面視（軸方向側）から視認した場合において略円弧形状に形成される。この場合において、図３に示すように、第１コイル４０Ａの巻き始め４１Ａ及び巻き終わり４２Ａ、並びに第１コイル４０Ｂの巻き始め４１Ｂ及び巻き終わり４２Ｂは、軸方向負方向側には突出している。なお、必要に応じて各空芯コイルＸ０は、周方向又は軸方向において突出していても構わない。

また、実施形態において、空芯コイルＸ０が磁極部２０に配置された後に、相互に隣接する空芯コイルＸ０の巻き始めと巻き終わりとは、電気的に接続される。図４は、実施形態における第１コイルの接合の一例を示す斜視図である。なお、図４においても、磁極部２０の図示を省略する。

実施形態において、周方向において隣接する空芯コイルＸ０は、それぞれ接合部４９、５９又は６９により接合される。例えば、図４に示すように、第１コイル４０Ａと、第１コイル４０Ａに隣接する第１コイル４０Ｂとは、接合部４９ＡＢにより、電気的に接続される。接合部４９ＡＢは、例えば、第１コイル４０Ａの巻き終わり４２Ａと、第１コイル４０Ｂの巻き始め４１Ｂとが溶接され、又は超音波接合されることにより形成される。なお、図１、図２及び図５において、一部の接合部の図示を省略している場合がある。

また、実施形態において、図４に示すように、周方向において相互に隣接する第１コイル４０Ａと４０Ｂとは、接合部４９ＡＢ以外の部分においては、離間している。例えば、軸方向正方向側の円弧部分（湾曲した部分）において、第１コイル４０Ａと第１コイル４０Ｂとの間には、空隙Ｇ１が形成される。なお、周方向において相互に隣接する２つの空芯コイルＸ０において、接続端部以外の部分は、図示しない樹脂などの絶縁部材により相互に絶縁されていてもよい。空隙Ｇ１に、絶縁部材があっても構わない。

なお、実施形態において、上記の図３及び図４に示す第１コイル４０の構成は、一部の例外を除き、第２コイル５０及び第３コイル６０にも該当する。例えば、周方向において隣接する第２コイル５０Ａ及び第２コイル５０Ｂ、並びに第３コイル６０Ｄ及び第３コイル６０Ｅも、それぞれ図１に示す接合部５９ＡＢ及び６９ＤＥにより、電気的に接続される。

ただし、実施形態において、周方向において、第１コイル４０と、同一方向に巻き回された第３コイル６０との間に位置する第２コイル５０は、逆方向に巻き回される。例えば、第１コイル４０と同様に、第３コイル６０Ａ、６０Ｃ、６０Ｅ及び６０Ｇは、時計回りに巻き回され、その他の第３コイル６０Ｂ、６０Ｄ、６０Ｆ及び６０Ｈは、反時計回りに巻き回される。一方で、導線が時計回り（ＣＷ）に巻き回された、第１コイル４０Ａと第３コイル６０Ａとの間に位置する第２コイル５０Ａには、導線は反時計回り（ＣＣＷ）に巻き回される。すなわち、第２コイル５０Ｂ、５０Ｄ、５０Ｆ及び５０Ｈは、時計回りに巻き回され、その他の第２コイル５０Ａ、５０Ｃ、５０Ｅ及び５０Ｇは、反時計回りに巻き回される。

また、実施形態において、第１コイル４０と、第２コイル５０と、第３コイル６０とは、それぞれ、周方向において、相互に異なる位置に配置される。例えば、図１に示すように、周方向において、第１コイル４０Ｅと第２コイル５０Ｅとがなす角度Ｒ１２は、約１５度である。同様に、第２コイル５０Ｅと第３コイル６０Ｅとがなす角度Ｒ２３、及び第１コイル４０Ｅと第３コイル６０Ｄとがなす角度Ｒ３１も、約１５度である。

この場合において、実施形態において、第１コイル４０の一部分は、径方向において、２つの第２コイル５０及び２つの第３コイル６０の一部分と、相互に対向する。例えば、図５に示すように、第１コイル４０Ｆの一部分は、径方向において、第２コイル５０Ｅ及び５０Ｆの一部分に対向するとともに、第３コイル６０Ｅ及び６０Ｆの一部分と対向する。同様に、第２コイル５０Ｅの一部分は、第１コイル４０Ｅ及び４０Ｆの一部分に対向するとともに、第３コイル６０Ｄ及び６０Ｅの一部分と対向し、第３コイル６０Ｅの一部分は、第１コイル４０Ｅ及び４０Ｆの一部分と対向するとともに、第２コイル５０Ｅ及び５０Ｆの一部分と対向する。

図５は、実施形態におけるステータの一例を示す断面斜視図である。図５では、図２のＡ－Ａ線で切断した断面を示す。図５に示すように、第２コイル５０Ｈと第２コイル５０Ａとは、周方向において、他の空芯コイルＸ０や磁極部２０を介することなく隣接する。同様に、第３コイル６０Ｈと第３コイル６０Ａとも、周方向において、他の空芯コイルＸ０や磁極部２０を介することなく隣接する。なお、図５においては、第１コイル４０Ａ、並びに第３コイル６０Ｈの円弧部（湾曲部）及び第３コイル６０Ａの円弧部（湾曲部）は視認されない。

また、図５に示すように、磁極部２０ａは、周方向において、第２コイル５０Ｈの内側に配置されるとともに、第３コイル６０Ｈの内側に配置される。同様に、磁極部２０ａは、図２に示すように、径方向において、第１コイル４０Ａの内側に配置される。他の磁極部２０ｂ乃至２０ｘも、同様に、周方向において、いずれかの第１コイル４０、第２コイル５０及び第３コイル６０のうち少なくともいずれかの内側に配置される。

また、図５に示すように、周方向に略円形状に並んだ８つの第１コイル４０Ａ乃至４０Ｈは、第１の列Ｃ１を構成する。同様に、周方向に略円形状に並んだ８つの第２コイル５０Ａ乃至５０Ｈは、第２の列Ｃ２を構成し、周方向に略円形状に並んだ８つの第３コイル６０Ａ乃至６０Ｈは、第３の列Ｃ３を構成する。

第１の列Ｃ１、第２の列Ｃ２及び第３の列Ｃ３は、シャフト８０を中心とする略同心円を形成する。すなわち、各第１コイル４０Ａ乃至４０Ｈは、シャフト８０との径方向における距離が略同一となるように配置される。また、第２コイル５０Ａ乃至５０Ｈは、第１の列Ｃ１よりも径方向において内側に配置され、第３コイル６０Ａ乃至６０Ｈは、第１の列Ｃ１及び第２の列Ｃ２よりも、径方向において内側に配置される。

また、実施形態において、第１コイル４０、第２コイル５０及び第３コイル６０は、それぞれモータ１のＵ相、Ｖ相及びＷ相に対応する。なお、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の並びは一例であり、実施形態に示す例と順不同であってもよい。

実施形態において、空芯コイルＸ０は、第１コイル４０、第２コイル５０、第３コイル６０の順に、磁極部２０に配置される。図６は、実施形態における第１コイルの取り付けの一例を示す断面斜視図である。図７は、実施形態における第２コイルの取り付けの一例を示す断面斜視図である。図８は、実施形態における第３コイルの取り付けの一例を示す断面斜視図である。図６乃至図８では、図２のＢ－Ｂ線で切断した断面を示す。なお、実施形態において、空芯コイルＸ０は、例えば、磁極部２０に環状の絶縁部材（不図示）をかぶせてから配置される。

図６に示すように、第１コイル４０Ｆは、２４個の磁極部２０のうち、磁極部２０ｐ、及び２０ｒに接するように配置される。この際、磁極部２０ｐと磁極部２０ｒとに周方向において隣接する磁極部２０ｑも、第１コイル４０Ｆの内側に配置される。すなわち、第１コイル４０Ｆの内側には、３つの磁極部２０ｐ、２０ｑ及び２０ｒが配置される。その他の第１コイル４０Ａ乃至４０Ｅ並びに４０Ｇ及び４０Ｈも同様に配置される。

また、図７に示すように、第２コイル５０は、径方向において、磁極部２０に配置された第１コイル４０の内側に配置される。その際、第２コイル５０Ｆは、図７に示すように、径方向において隣接する第１コイル４０Ｆ及び４０Ｇとは、周方向において異なる位置に配置される。

例えば、周方向において、第２コイル５０Ｆの内側に配置される３つの磁極部２０ｑ、２０ｒ及び２０ｓのうち、第１コイル４０Ｆの内側には、磁極部２０ｑ及び２０ｒのみが配置される。磁極部２０ｓは、第１コイル４０Ｆの内側ではなく、第１コイル４０Ｇの内側に配置される。すなわち、第２コイル５０は、周方向において、２つの第１コイル４０にまたがる位置に配置される。

同様に、図８に示すように、第３コイル６０は、径方向において、磁極部２０に配置された第２コイル５０の内側に配置される。その際、第３コイル６０Ｅは、図８に示すように、径方向において隣接する第２コイル５０Ｅ及び５０Ｆとは、周方向において異なる位置に配置される。また、第３コイル６０Ｅは、いずれの第１コイル４０とも、周方向において異なる位置に配置される。

例えば、周方向において、第３コイル６０Ｅの内側に配置される３つの磁極部２０ｏ、２０ｐ及び２０ｑのうち、第２コイル５０Ｅの内側には、磁極部２０ｏ及び２０ｐのみが配置され、磁極部２０ｒは第２コイル５０Ｆの内側に配置される。また、３つの磁極部のうち、磁極部２０ｏは第１コイル４０Ｅに配置されるのに対し、磁極部２０ｐ及び２０ｑは第１コイル４０Ｆに配置される。すなわち、第３コイル６０は、周方向において、２つの第１コイル４０にまたがる位置であり、かつ２つの第２コイル５０にまたがる位置に配置される。

なお、各磁極部２０は、周方向において、少なくともいずれか１つの空芯コイルＸ０の内側に配置される。また、実施形態において、各空芯コイルＸ０は、周方向において、複数の磁極部２０にまたがって配置される。例えば、磁極部２０ｂは、周方向において、第１コイル４０Ａの内側に配置されるとともに、第２コイル５０Ａの内側に配置され、また第３コイル６０Ｈの内側に配置される。

以上説明したように、第１の列Ｃ１には８つの第１コイル４０が配置されるとともに、第２の列Ｃ２に８つの第２コイル５０が配置され、第３の列Ｃ３に８つの第３コイル６０が配置される。なお、全ての空芯コイルＸ０が配置されたステータ２には、軸方向の両側から、図示しない抜け止めがさらに装着されてもよい。

以上説明したように、実施形態におけるモータ１は、周方向に並んだ複数の磁極部２０を有するヨーク１０と、周方向に並んだ複数の空芯コイル４０，５０，６０とを備える。複数の磁極部２０は、複数の空芯コイル４０，５０，６０のいずれかの内側に配置される。複数の空芯コイル４０，５０，６０のうち、隣接する２つの空芯コイルから引き出された接続端部同士が電気接続されている。かかる構成によれば、モータの構成を簡易にでき、また製造上における工数を削減できる。

また、かかる構成によれば、ヨーク１０から軸方向において突出するコイルエンドの高さを小さくすることができる。また、かかる構成においては、隣接する２つの空芯コイルＸ０を接続できるので、部品点数を削減できるとともに、モータ全体の抵抗値を下げることができ、消費電力を低下できる。

以上、各実施形態における構成について説明したが、実施形態はこれに限られない。例えば、各実施形態におけるモータは８極２４スロットのものに限られず、コイルの数及びマグネットの数を変更してもよい。また、空芯コイルＸ０が、３つの磁極部２０にまたがって配置される例について説明したが、実施の形態はこれに限られない。例えば、空芯コイルＸ０が２つの磁極部２０にまたがって配置されても、４つ以上の磁極部２０にまたがって配置されてもよい。また、空芯コイルＸ０の列の数も任意であり、第３の列Ｃ３を形成しない構成や、第４の列をさらに形成するような構成であってもよい。

さらに、周方向において隣接する空芯コイルＸ０が、他の磁極部２０を介することなく直接隣接する構成について説明したが、これに限られず、周方向において、空芯コイルＸ０が、所定の間隔を空けて隣接するような構成であってもよい。

また、各実施形態におけるモータは、例えばインナーロータ型のブラシレスモータであるが、これに限られず、アウターロータ型のモータにおいて、実施形態における空芯コイルＸ０を採用してもよい。また、空芯コイルＸ０を備えるステータ２は、例えば発電機等、モータ以外の回転電機に採用されてもよい。

また、磁極部２０は、空芯コイルＸ０の配置に支障がない場合、例えば、先端側（径方向における内側）に、周方向に突出する２つの端部を備えるような形状であってもよい。

また、空芯コイルＸ０を自己融着線を用いて形成する構成について説明したが、これに限らず、例えばボビンを用いて巻き回されたコイルに、ワニスなどの樹脂材料で覆う構成であってもよい。

以上、本発明を実施形態及び各変形例に基づき説明したが、本発明は実施形態及び各変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の変更が可能であることも言うまでもない。そのような要旨を逸脱しない範囲での種々の変更を行ったものも本発明の技術的範囲に含まれるものであり、そのことは、当業者にとって特許請求の範囲の記載から明らかである。

１ モータ、２ ステータ、１０ ヨーク、２０ 磁極部、４０ 第１コイル、５０ 第２コイル、６０ 第３コイル、４９，５９，６９ 接合部

Claims (6)

1. ステータを備え、
   前記ステータは、
   周方向に並んだ複数の磁極部を有するヨークと、
   周方向に並んだ複数の空芯コイルと、
   複数の接合部と、
   を備え、
   前記複数の磁極部は、周方向において、前記複数の空芯コイルのいずれかの内側に配置されており、
   前記複数の空芯コイルのうち、隣接する２つの空芯コイルは、周方向に並んだ２つの接続端部を備え、
   前記２つの接続端部は、前記接合部を形成しており、
   前記隣接する２つの空芯コイルの巻き回し方向は、互いに逆方向である、
   モータ。
2. 前記複数の空芯コイルのうち、
   径方向において、第１の列を形成する第１群の空芯コイルはＵ相を形成し、
   径方向において、第２の列を形成する第２群の空芯コイルはＶ相を形成し、
   径方向において、第３の列を形成する第３群の空芯コイルはＷ相を形成している、
   請求項１に記載のモータ。
3. 周方向において、前記第１群の空芯コイル、前記第２群の空芯コイル、前記第３群の空芯コイルは、互いに異なる位置に並んでいる、請求項２に記載のモータ。
4. 前記第１群の空芯コイルは、周方向において、前記第２群の空芯コイル及び前記第３群の空芯コイルとは隣接しない、請求項２又は３に記載のモータ。
5. 前記空芯コイルは、前記複数の磁極部のうち、２以上の磁極部にまたがって配置されている、請求項１乃至４のいずれか１つに記載のモータ。
6. 前記隣接する２つの空芯コイルのうち、一方の空芯コイルの接続端部は、当該一方の空芯コイルの巻き始めであり、
   前記隣接する２つの空芯コイルのうち、他方の空芯コイルの接続端部は、当該他方の空芯コイルの巻き終わりである、
   請求項１乃至５のいずれか１つに記載のモータ。