JPWO2019142693A1 - Insulator and stator and motor equipped with it - Google Patents
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Abstract
インシュレータ5は、コイル7が巻回されるコイル巻回部50と、コイル巻回部50のコアセグメント41側に設けられ、コイル7をコイル巻回部50に案内するコイル導入溝53を有する第1鍔部51と、コイル巻回部50のトゥース(tooth)42先端側に設けられた第2鍔部52とを備えている。コイル巻回部50の表面と第2鍔部52の内面52aとでの間のコーナー部に、コイル巻回部50の表面からの高さがHである突起部54が形成されている。コイル7の線径の半値をrとするとき、高さHは、0.9r(1+tan30°)<H<1.1r(1+tan30°)の範囲にある。The insulator 5 has a coil winding portion 50 around which the coil 7 is wound, and a coil introduction groove 53 provided on the core segment 41 side of the coil winding portion 50 and guiding the coil 7 to the coil winding portion 50. It includes one flange portion 51 and a second flange portion 52 provided on the tip end side of the tooth 42 of the coil winding portion 50. A protrusion 54 having a height H from the surface of the coil winding portion 50 is formed at a corner portion between the surface of the coil winding portion 50 and the inner surface 52a of the second flange portion 52. When the half value of the wire diameter of the coil 7 is r, the height H is in the range of 0.9r (1 + tan30 °) <H <1.1r (1 + tan30 °).
Description
本発明は、コイルが巻回されるインシュレータ及びそれを備えたステータ、モータに関する。 The present invention relates to an insulator around which a coil is wound, a stator provided with the insulator, and a motor.
近年、産業、車載用途でモータの需要は高まっている。その中で、モータの効率向上、低コスト化が要望されている。 In recent years, the demand for motors has been increasing in industrial and in-vehicle applications. Among them, improvement of motor efficiency and cost reduction are required.
モータの効率向上手法の一つとして、ステータのスロット内に配置されるコイルの占積率を向上させることが知られている。コイルの占積率を向上させることで、モータの駆動時に、コイルに流れる電流に起因する損失を抑制できる。 As one of the methods for improving the efficiency of the motor, it is known to improve the space factor of the coil arranged in the slot of the stator. By improving the space factor of the coil, it is possible to suppress the loss caused by the current flowing through the coil when the motor is driven.
コイルの占積率を向上させる構造として、ステータのティース(teeth)にコイルが整列して巻回された状態である、いわゆる整列巻きコイルが一般に知られており、これを実現するために種々の構成が提案されている(例えば、特許文献1〜4参照)。例えば、特許文献1には、コイルが巻回される絶縁コイルボビンの筒体の端部あるいは筒体の両端に設けられた鍔部の内側に段差または傾斜を設けて整列巻きコイルを実現する構成が提案されている。また、特許文献2には、ティース(teeth)に装着され、コイルとティース(teeth)とを絶縁するためのインシュレータの側面に、巻回されたコイルを保持するための保持溝を設けて整列巻きコイルを実現する構成が開示されている。
As a structure for improving the space factor of the coil, a so-called aligned winding coil in which the coil is aligned and wound around the teeth of the stator is generally known, and various types are used to realize this. The configuration has been proposed (see, for example,
特許文献1や2に開示された従来の構成では、径方向に関してコイルの巻回状態を調整することは可能であった。
In the conventional configuration disclosed in
しかし、多層巻きのコイルを整列巻きとするためには、同じ層内でのコイルの巻線の位置、つまり、軸方向でのコイルの高さを合わせる必要があった。特に、コイルの2層目において、この高さが大きく異なるとコイルの巻き乱れが生じて整列巻きを実現できなくなるおそれがあった。 However, in order to make the multi-layered coil aligned, it is necessary to match the position of the coil winding in the same layer, that is, the height of the coil in the axial direction. In particular, in the second layer of the coil, if the height is significantly different, the coil may be disturbed and it may not be possible to realize aligned winding.
本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、その目的は、コイルを多層巻きかつ整列巻きにできるインシュレータを提供することにある。 The present invention has been made in view of this point, and an object of the present invention is to provide an insulator capable of multi-layer winding and aligned winding of a coil.
上記の目的を達成するために、本発明に係るインシュレータは、コイル巻回部の表面と鍔部の内面との間のコーナー部に、突起部を設け、そのコイル巻回部の表面からの高さを規定するようにした。 In order to achieve the above object, the insulator according to the present invention is provided with a protrusion at a corner between the surface of the coil winding portion and the inner surface of the flange portion, and the height of the coil winding portion from the surface is provided. I tried to specify.
具体的には、本発明に係るインシュレータは、コアセグメントから突出するトゥースの軸方向端面と少なくとも周方向両側面の一部とを覆い、巻線からなるコイルが巻回されるコイル巻回部と、該コイル巻回部のトゥース基端側またはトゥース先端側の一方に連続して設けられ、前記コイルを前記コイル巻回部に案内するコイル導入溝を有する第1鍔部と、前記コイル巻回部の前記トゥース基端側または前記トゥース先端側の他方に連続して設けられた第2鍔部とを備えたインシュレータであって、前記コイル巻回部の表面と前記第1鍔部の内面または前記第2鍔部の内面との間のコーナー部に、前記コイル巻回部の表面からの高さがHである突起部が形成されており、前記コイルの線径の半値をrとするとき、前記高さHは、0.9r(1+tan30°)<H<1.1r(1+tan30°) の範囲にあることを特徴とする。 Specifically, the insulator according to the present invention covers a portion of the axial end surface of the tooth protruding from the core segment and at least a part of both side surfaces in the circumferential direction, and has a coil winding portion around which a coil composed of windings is wound. A first flange portion that is continuously provided on either the tooth base end side or the tooth tip side of the coil winding portion and has a coil introduction groove that guides the coil to the coil winding portion, and the coil winding portion. An insulator including a second flange portion continuously provided on the tooth base end side or the tooth tip end side of the portion, and the surface of the coil winding portion and the inner surface of the first flange portion or When a protrusion having a height from the surface of the coil winding portion H is formed at a corner portion between the inner surface of the second flange portion and the half value of the wire diameter of the coil is r. The height H is in the range of 0.9r (1 + tan30 °) <H <1.1r (1 + tan30 °).
この構成によれば、コイルの2層目において、各周の巻線をコイル巻回部の表面から同じ高さに位置させることができる。これにより、コイルの2層目における軸方向での巻き乱れを抑制して、多層巻き、特に3層以上のコイルを整列巻きにすることができる。 According to this configuration, in the second layer of the coil, the windings around each circumference can be positioned at the same height from the surface of the coil winding portion. As a result, it is possible to suppress the winding disorder in the axial direction in the second layer of the coil, and to make the coil of multiple layers, particularly the coil of three or more layers, aligned.
前記高さHは、H=r(1+tan30°)の関係を満たすことが好ましい。 The height H preferably satisfies the relationship of H = r (1 + tan 30 °).
この構成によれば、多層巻きのコイルを確実に整列させることができる。 According to this configuration, the multi-layer winding coil can be reliably aligned.
前記突起部の径方向の幅が前記コイルの線径の半値rと同じであることが好ましい。 It is preferable that the radial width of the protrusion is the same as the half value r of the wire diameter of the coil.
この構成によれば、コイルの2層目における1周目巻線を確実に第1または第2鍔部の内面に当接でき、当該1周目巻線の位置を固定することができる。このことにより、多層巻きのコイルを確実に整列させることができる。 According to this configuration, the first winding winding in the second layer of the coil can be reliably brought into contact with the inner surface of the first or second flange portion, and the position of the first winding winding can be fixed. This makes it possible to reliably align the multi-layer winding coils.
前記突起部の先端面及び側面の少なくとも一方は平面であってもよく、また、湾曲面であってもよい。前記突起部の先端面及び側面の少なくとも一方が前記湾曲面であるとき、前記湾曲面の曲率半径Rは前記コイルの線径の半値rよりも長いことが好ましい。 At least one of the tip surface and the side surface of the protrusion may be a flat surface or a curved surface. When at least one of the tip surface and the side surface of the protrusion is the curved surface, the radius of curvature R of the curved surface is preferably longer than the half value r of the wire diameter of the coil.
この構成によれば、コイルの2層目における1周目巻線の重心を突起部の先端面で確実に支持して、当該1周目巻線を安定して先端面に配置することができる。 According to this configuration, the center of gravity of the first winding winding in the second layer of the coil can be reliably supported by the tip surface of the protrusion, and the first winding winding can be stably arranged on the tip surface. ..
前記突起部の径方向の幅は軸方向で変化しており、前記突起部の先端面において、径方向の幅は前記コイルの線径の半値r以上であってもよい。 The radial width of the protrusion varies in the axial direction, and the radial width of the tip surface of the protrusion may be at least half the wire diameter r of the coil.
この構成によれば、コイルの2層目における1周目巻線の重心を突起部の先端面で確実に支持して、当該1周目巻線を安定して先端面に配置することができる。 According to this configuration, the center of gravity of the first winding winding in the second layer of the coil can be reliably supported by the tip surface of the protrusion, and the first winding winding can be stably arranged on the tip surface. ..
本発明に係るステータは、前記インシュレータを前記コアセグメントの前記トゥースの軸方向端面の各々に具備し、前記インシュレータの前記コイル巻回部に、巻線からなるコイルが巻装されてなるステータセグメントを複数個備え、複数個の前記ステータセグメントを円環形状に接続し、円環の径方向内側に前記トゥースが突出する構成としたことを特徴とする。 The stator according to the present invention includes a stator segment in which an insulator is provided on each of the axial end faces of the tooth of the core segment, and a coil made of a winding is wound around the coil winding portion of the insulator. It is characterized in that a plurality of the stator segments are connected in an annular shape, and the tooth protrudes inward in the radial direction of the annular ring.
この構成によれば、ステータでのコイル占積率を高めることができる。 According to this configuration, the coil space factor in the stator can be increased.
前記コイルは前記コイル巻回部に多層巻きかつ整列巻きされていることが好ましい。 It is preferable that the coil is multi-layered and alignedly wound around the coil winding portion.
周方向に隣り合う前記トゥースの間が前記コイルを収容するスロットとして構成され、前記スロット内に、前記コアセグメント及び前記トゥースと前記コイルとを絶縁する絶縁紙が、前記トゥースの側面を覆うようにかつ、前記インシュレータの前記第1及び第2鍔部と軸方向で一部重なるように配置されていることが好ましい。 The space between the tooth adjacent to each other in the circumferential direction is configured as a slot for accommodating the coil, and the core segment and the insulating paper that insulates the tooth from the coil cover the side surface of the tooth in the slot. Moreover, it is preferable that the insulator is arranged so as to partially overlap with the first and second flange portions in the axial direction.
この構成によればステータの周方向に隣り合うトゥースの間を確実に電気的に絶縁できる。 According to this configuration, it is possible to reliably electrically insulate between the teeth adjacent to each other in the circumferential direction of the stator.
本発明のモータは、上記のステータと、該ステータの径方向内側に、前記ステータと所定の間隔をあけて配設された回転軸を含むロータと、を少なくとも備えることを特徴とする。 The motor of the present invention is characterized by including at least the above-mentioned stator and a rotor including a rotating shaft arranged at a predetermined distance from the stator inside the stator in the radial direction.
この構成によれば、ステータでのコイル占積率を高められ、モータの効率を向上させることができる。 According to this configuration, the coil space factor in the stator can be increased, and the efficiency of the motor can be improved.
以上説明したように、本発明によれば、簡便な構成で整列巻きコイルを実現することができる。 As described above, according to the present invention, the aligned winding coil can be realized with a simple configuration.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The following description of preferred embodiments is merely exemplary and is not intended to limit the invention, its applications or its uses.
(実施形態1)
[モータ及びステータの構成]
図1は、本実施形態に係るモータを示す上面図を示し、図2は、図1に示すモータの等価回路図を示し、図3はステータの概略模式図を示し、ステータ4をシャフト2の軸方向から見た図を示している。なお、説明の便宜上、図1及び3において、一部の構成部品やその機能については図示及びその説明を省略する。例えば、フレームやバスバー等は図示していない。また、図3において、インシュレータ5は図示していない。また、ステータ4を収容する外装体は、図示していない。この外装体の形状は、例えば、金属からなる円筒、略直方体、略長方体、多角形の柱状体などであり、モータ1の仕様に応じて適宜選択される。また、図示した構成部品についても簡略化しており、例えば、図1に示すインシュレータ5は、実際の形状と一部異なっており、図3に示すコイルU1〜W4及びこれらのリード端子71は、実際の形状とは大きく異なっている。また、図2において、符号+はコイルの巻き始めを、符号−はコイルの巻き終わりをそれぞれ示している。(Embodiment 1)
[Composition of motor and stator]
FIG. 1 shows a top view showing a motor according to the present embodiment, FIG. 2 shows an equivalent circuit diagram of the motor shown in FIG. 1, FIG. 3 shows a schematic schematic diagram of a stator, and a
以降の説明において、シャフト2の長手方向を軸方向と呼び、ステータ4の半径方向を径方向と呼び、ステータ4の円周方向を周方向と呼ぶことがある。また、軸方向において、コイルU1〜W4のリード端子71が設けられた側を「上」と、その反対側を「下」と呼び、径方向において、ステータ4の中心側、つまり、シャフト2及びロータが設けられた側を「内」と、その反対側、つまり、ステータコア40側を「外」と呼ぶことがある。
In the following description, the longitudinal direction of the
なお、後述する電磁鋼板の積層する方向と、上記の軸方向とは、同方向であり、同義である。 The direction in which the electromagnetic steel sheets, which will be described later, are laminated and the above-mentioned axial direction are the same direction and have the same meaning.
なお、以降の説明において、ティース(teeth:toothの複数型)又はトゥース(tooth)という用語を使い分けて記す。円環状のステータコアの中心方向に突出する複数の歯部は、ティース(teeth:toothの複数型)と記す。また、ステータコア40の複数の歯部のうち、一つの歯部については、トゥース42と記す。同じく、後述するコアセグメント41における、複数の歯部は、ティースと記す。また、コアセグメント41における、複数の歯部のうち、一つの歯部については、トゥース42と記す。ちなみに、前述の特許文献3、特許文献4などは、ティース及びトゥースという語句の使い分けを記した公知文献である。
In the following description, the terms teeth (plural types of teeth) and teeth (tooth) will be used properly. The plurality of teeth protruding toward the center of the annular stator core are referred to as teeth (plural types of teeth). Further, one of the plurality of teeth of the
モータ1は、図示しない外装体の内部に、モータ1の回転軸であるシャフト2を有するロータ3と、ステータ4と、コイルU1〜W4と、を備えている。
The
ロータ3は、シャフト2と、ステータ4に対向してN極、S極がシャフト2の外周方向に沿って交互に配置された磁石31とを含んでいる。なお、本実施形態で、ロータ3に用いられる磁石31としてネオジム磁石を使用しているが、その材料や形状や材質については、モータの出力等に応じて適宜変更しうる。また、軸方向から見て、ロータ3は、ステータ4の径方向内側に、ステータ4と一定の間隔をあけて配設されている。
The
ステータ4は、複数のステータセグメント40aを円環状に連結して構成する円筒形状体である。このステータセグメント40aは、コアセグメント41のトゥース42に軸方向の上下の両端面各々から、インシュレータ5をそれぞれ装着し、更に各インシュレータ5間には絶縁紙6等の絶縁体を装着し、インシュレータ5のコイル巻回部50及び絶縁紙6等の絶縁体の配置部分(図4A〜図4C参照)には、巻線を巻回して例えばコイルU1を構成する。上述のように構成したステータセグメント40aの外観は、断面形状を略扇形とする柱状体である。
The
ステータ4及びステータセグメント40aは、複数のコアセグメント41と、コアセグメント41のそれぞれの内周から径方向内側に突出するトゥース42とを有している。このコアセグメント41は、ケイ素等を含有した電磁鋼板を、略円環状のステータコア板体(stator core sheet)のうち、その一部分を構成する個片形状とする板体(core segment sheet)として打ち抜き、この板体(core segment sheet)を複数層積層した積層体である。上述のように構成したコアセグメント41の外観は、断面形状を、略円環状のステータコア板体(stator core sheet)の一部分を構成する個片形状とする柱状体である。板体の積層方向は、板体の板面に対して法線方向である。このコアセグメント41は、ヨーク部41cと、このヨーク部41cの略中央部から突出するトゥース42とを有する。
The
そして、コアセグメント41は周方向に位置するヨーク部41cの一方の側面に凹部41aが、他方の側面に凸部41bがそれぞれ形成されており、凹部41a,凸部41bともに、各側面において、軸方向全体にわたって延びて形成されている。一つのコアセグメント41に着目すると、このコアセグメント41の凹部41aに、周方向の一方で隣接するコアセグメント41の凸部41bが嵌合し、このコアセグメント41の凸部41bが、周方向の他方で隣接するコアセグメント41の凹部41aに嵌合してそれぞれ連結している。このように周方向に隣り合うコアセグメント41がそれぞれ嵌合して連結することにより、円環形状のステータコア40が構成される。
The
図1,3に示すように、コアセグメント41を連結して、円環形状のステータコア40を構成することにより、ステータコア40の内周に沿って等間隔にトゥース42が配置される。また、周方向に隣り合うトゥース42の各間隔はスロット43を構成している。
As shown in FIGS. 1 and 3, the tooth 42s are arranged at equal intervals along the inner circumference of the
また、ステータ4は、12個のコイルU1〜W4を有しており、これらのコイルはインシュレータ5及び絶縁紙6(図4A〜図4C参照)を介して各トゥース42に対して装着され、軸方向から見て、各スロット43内に配置されている。なお、図示しないが、コイルU1〜W4は、表面に絶縁皮膜が施された銅等の金属材料からなる断面が円形の巻線で構成され、インシュレータ5に対して整列巻きかつ多層巻きで巻回されている。なお、多層巻きとは、インシュレータ5に対してコイル7が複数層巻回された状態をいう。また、「円形」とは巻線の加工公差やトゥース42に巻回したときの巻線の変形を含んで「円形」という意味であり、以降の説明においても同様である。また、以降の説明において、コイルU1〜W4を特定せずに、一つを取り上げて構造等を説明する場合にはコイル7と呼ぶこととする。
Further, the
図2に示すように、コイルU1〜U4,V1〜V4,W1〜W4はそれぞれ直列に接続されており、U,V,W相の3相がスター結線されている。また、互いに電気角で120°の位相差を有するU,V,W相の3相の電流がそれぞれコイルU1〜U4,V1〜V4,W1〜W4に供給されて励磁され、回転磁界が発生する。この回転磁界により、ロータ3にトルクが発生し、シャフト2が図示しない軸受に支持されて回転する。
As shown in FIG. 2, the coils U1 to U4, V1 to V4, and W1 to W4 are connected in series, and three phases of U, V, and W are star-connected. Further, three-phase currents of U, V, and W phases having a phase difference of 120 ° in electric angle from each other are supplied to and excited by the coils U1 to U4, V1 to V4, and W1 to W4, respectively, to generate a rotating magnetic field. .. Torque is generated in the
なお、本実施形態において、ロータ3の磁極数は、ステータ4に対向するN極が5個、S極が5個の計10極であり、スロット43の数は12個であるが、特にこれに限定されるものではなく、その他の磁極数とスロット数との組合せについても適用できる。
In the present embodiment, the number of magnetic poles of the
[ステータセグメントの要部の構成]
図4A〜4Cは、図1における破線で囲まれた部分の斜視図、径方向及び周方向から見た側面図をそれぞれ示す。なお、説明の便宜上、図4A〜4Cにおいて、コイル7の図示を省略している。また、インシュレータ5とコアセグメント41及びトゥース42とに挟み込まれて取り付けられた絶縁紙6も図示しているが、スロット43内に収容されるように折り曲げられる前の状態を示している。[Structure of main parts of stator segment]
4A to 4C show a perspective view of a portion surrounded by a broken line in FIG. 1 and a side view seen from the radial direction and the circumferential direction, respectively. For convenience of explanation, the
図4A〜4Cに示すように、一つのコアセグメント41から突出するトゥース42に対し、軸方向の上下の両端面各々から同じ形状を有するインシュレータ5がそれぞれ装着されており、また、コアセグメント41及びトゥース42とインシュレータ5との間に絶縁紙6が挟み込まれている。このように、インシュレータ5は、トゥース42の軸方向両端面と、この両端面近傍部分を覆うように設けられている。
As shown in FIGS. 4A to 4C,
インシュレータ5は、絶縁性樹脂材料を成形してなる絶縁部材であり、コイル7(図5A参照)が巻装されるコイル巻回部50と、コイル巻回部50の一端に形成された第1鍔部51と、他端に形成された第2鍔部52とを有している。本実施形態では、第1鍔部51はコアセグメント41側に装着されており、第2鍔部52はステータ4の径方向内側に位置するトゥース42の先端に装着されている。また、第1鍔部51には、コイル導入溝53が形成されており、コイル巻回部50にコイルが巻回される際には、コイル7を構成する巻線は、コイル導入溝53を通り、巻き始め部分が第1鍔部51における第2鍔部52に対向する内面51a(以下、第1鍔部51の内面51aという)に接してコイル巻回部50に案内される。なお、本明細書において、コイル7の巻き始め部分とは、コイル7における、コイル巻回部50に巻回された1層目のコイルの1周目近傍をいう。
The
コイル巻回部50の外周面のうち、トゥース42の軸方向の両端面各々を覆う外周面50a,50bは、それぞれ、第1鍔部51から第2鍔部52に向けてトゥース42の軸方向上側面あるいは軸方向下側面からの高さが高くなるように単調に傾斜させて形成している。このようにすることで、コイル巻回部50に対してコイル7を整列巻きにすることが容易となる。また、コイル巻回部50の外周面のうち、トゥース42の周方向両端面を覆う表面50c,50dは、それぞれ、トゥース42の軸方向上端面に対して直交するように形成されている。なお、以降の説明において、上記の外周面50a〜50dをコイル巻回部50の表面と呼ぶことがある。また、「直交」とはインシュレータ5の加工公差やトゥース42の加工公差、またインシュレータ5をトゥース42に装着する際の組立公差を含んで「直交」という意味であり、「平行」とはインシュレータ5の加工公差やトゥース42にインシュレータ5を装着する際の組立公差を含んで「平行」という意味であり、以降の説明においても同様である。
Of the outer peripheral surfaces of the
第1鍔部51の内面51aは、トゥース42の軸方向上端面または軸方向下端面と直交する面と平行に設けられた面であり、第2鍔部52における第1鍔部51に対向する内面52a(以下、第2鍔部52の内面52aという)も同様に、トゥース42の軸方向上端面または軸方向下端面と直交する面と平行に設けられた面である。
The
インシュレータ5には、コイル巻回部50の表面と第2溝部52の内面52aの間のコーナー部に突起部54が設けられている。突起部54は、インシュレータ5と一体に形成されている。なお、突起部54の構造については後で詳述する。
The
インシュレータ5は、絶縁紙6とともに、コアセグメント41及びトゥース42とコイル7とを電気的に絶縁する機能を有している。また、インシュレータ5は、後述するコイル7の整列巻きを安定して維持する機能を有している。
The
絶縁紙6は、例えば、絶縁性の油が含浸されており、トゥース42の周方向の両側面を覆うように、また、インシュレータ5の第1及び第2鍔部51,52と軸方向でそれぞれ一部重なるように配設されている。また、図示しないが、モータ1を組み立てるにあたって、絶縁紙6は、それぞれ折り曲げられて、スロット43内を覆うように配設されている。このことにより、コアセグメント41及びトゥース42とコイル7とを電気的に絶縁するとともに、周方向に隣り合うコアセグメント41及びトゥース42間を電気的に絶縁できる。
The insulating
[インシュレータの要部の構成]
図5Aは、本実施形態に係るコイルが巻回されたインシュレータの要部の断面模式図を示し、図5Bは、図5Aにおける破線で囲まれた部分の拡大図を示し、図6は、比較のためのコイルが巻回されたインシュレータの要部の拡大断面図を示す。なお、図5A,5Bに示すインシュレータ5は、図4A〜4Cに示すのと同じであるが、説明の便宜上、インシュレータ5の構造は簡略化して図示している。また、図5Aにおいて、コイル導入溝53及びコイル7のうちコイル導入溝53を通って外部に延びる部分は図示を省略している。[Structure of the main part of the insulator]
FIG. 5A shows a schematic cross-sectional view of a main part of the insulator around which the coil according to the present embodiment is wound, FIG. 5B shows an enlarged view of a portion surrounded by a broken line in FIG. 5A, and FIG. 6 is a comparison. The enlarged sectional view of the main part of the insulator in which the coil for winding is shown. The
図5A,5Bに示すように、コイル巻回部50の表面と第2鍔部52の内面52aとの間のコーナー部に突起部54が設けられている。つまり、突起部54は、第2鍔部52の根元に沿ってコイル巻回部50の各外周面50a〜50dにかけて設けられている。また、突起部54は、径方向の幅Wが式(1)の関係を満たすように、さらに、突起部54の軸方向の高さH、つまり、コイル巻回部50の表面からの高さが式(2)の関係を満たすように構成されている。
As shown in FIGS. 5A and 5B, a
W=r (rはコイル7の線径の半値) ・・・(1) W = r (r is half the wire diameter of the coil 7) ... (1)
H=r(1+tan30°) ・・・(2) H = r (1 + tan30 °) ・ ・ ・ (2)
なお、コイル7を構成する巻線は、銅等からなる電線の表面に絶縁皮膜を形成してなるのが一般的である。よって、コイル7の線径という場合には、絶縁皮膜の厚みも含めた線径をいう。従って、コイル7の線径は、電線の線径に絶縁皮膜の厚みの2倍を加えた値となり、半値rはその半分の値である。
The windings constituting the
突起部54の形状が上記式(1)、(2)の関係を満たすようにすることで、コイル7の1層目の最終周の巻線71Lに対して、斜め上からコイル7の2層目の1周目の巻線721が当接する一方、巻線721は、第2鍔部の内面に当接してコイル巻回部50に巻回されるとともに、コイル巻回部50の外周面50aを基準面として、軸方向の断面視において、巻線71Lの中心と巻線721の中心とを結ぶ仮想線が、当該基準面に対して60°をなすように巻線71Lと巻線721とが配置される。また、巻線721と71Lの中心を結ぶ線と、外周面50aから垂直に延びて配置された突起部54の側面54cとが30°をなすように突起部54と巻線71L,721との配置関係が規定される。
By making the shape of the
突起部54と巻線71L,721とが上記の配置関係となることで、巻線721の中心とコイル7の2層目の2周目の巻線722の中心とは、上記の基準面(外周面50a)から同じ高さに位置するようになる。また、巻線721と巻線722とは径方向で当接して配置されている。
Since the
[効果等]
以上説明したように、本実施形態に係るインシュレータ5は、コアセグメント41から突出するトゥース42の軸方向端面と少なくとも周方向両側面の一部とを覆い、巻線で構成されたコイル7が巻回されるコイル巻回部50と、コイル巻回部50におけるトゥース42の基端側に連続して設けられ、コイル7をコイル巻回部50に案内するコイル導入溝53を有する第1鍔部51と、コイル巻回部50におけるトゥース42の先端側に連続して設けられた第2鍔部52とを備えている。[Effects, etc.]
As described above, the
また、インシュレータ5には、コイル巻回部50の表面と第2鍔部52の内面52aとの間のコーナー部に所定の径方向の幅Wと軸方向の高さHを有する突起部54が設けられている。また、コイル7の線径の半値をrとするとき、径方向の幅Wと軸方向の高さHとは上記の式(1)、(2)の関係を満たすように規定されている。一方、図6に示すように、突起部54において、上記の式(2)の関係を満たしていない場合は、コイル7の2層目において、1周目の巻線721と2周目の巻線722とで軸方向に段差を生じてしまう。このような段差があると、例えば、コイル7の3層目を巻回するときに巻き乱れが生じて、コイル7をコイル巻回部50に対して整列して巻き回せないおそれがあった。
Further, the
本実施形態のインシュレータ5は上記の構成を備えることにより、コイル巻回部50にコイル7を巻回するとき、コイル7の2層目において、各周の巻線をコイル巻回部50の表面から同じ高さに位置させることができる。これにより、コイル7の2層目における軸方向での巻き乱れを抑制して、多層巻き、特に3層以上のコイル7を整列巻きにすることができる。また、本実施形態に係るインシュレータ5を、例えば、図1に示すモータ1のステータ4に適用することで、コイル7の整列巻きが図れ、コイル巻回部50におけるコイル7が巻回されないデッドスペースを低減できる。このことにより、スロット43内でのコイル7の占積率を高められ、モータ1の効率を向上させることができる。
By providing the
また、突起部54の径方向の幅Wをコイル7の線径の半値rと同じ値にすることで、コイル7の2層目における1周目巻線721を第2鍔部52の内面52aに当接させてその位置を固定することができる。このことにより、多層巻き、特に3層以上のコイル7を確実に整列巻きにすることができる。
Further, by setting the radial width W of the
なお、図5Bに示す構成と図6に示す構成との比較から明らかなように、コイル7の2層目において、各周の巻線をコイル巻回部50の表面から同じ高さに位置させるためには、式(1)の関係は必ずしも成立していなくてもよい。また、式(2)の関係は、突起部54の加工公差やコイル7の加工公差も含んで成立している。つまり、式(2)において、右辺と左辺とは完全に同じ値でなくてもよい。例えば、式(3)に示すように、高さHは所定の範囲内にあればよい。
As is clear from the comparison between the configuration shown in FIG. 5B and the configuration shown in FIG. 6, in the second layer of the
0.9r(1+tan30°)< H <1.1r(1+tan30°) ・・・(3) 0.9r (1 + tan30 °) <H <1.1r (1 + tan30 °) ・ ・ ・ (3)
式(3)から明らかなように、高さHの範囲は、コイル7の線径7に依存している。しかし、前述したようにコイル7の線径には、絶縁皮膜の厚みも含まれている。コイル7の電線を構成する銅等の金属材料は塑性変形し難いが、絶縁被膜はナイロン、アクリル等で構成されているため、圧力などが加わるとその厚みが変化する。よって、コイル7の巻線作業で加わる力やコイル7を多層巻きに積層した場合の圧力等により、絶縁皮膜の厚みが変化し、これに応じてコイル7の線径が変化する。絶縁被膜の厚さは、コイル7の線径の約10%程度であることから、その変形量を考慮し式(3)に示すコイル7の線径rの許容範囲を設定している。
As is clear from the equation (3), the range of the height H depends on the
また、高さHを式(4)に示す範囲とすることで、より確実に、コイル7の2層目において、各周の巻線を同じ高さに揃えるようにすることができる。
Further, by setting the height H to the range shown in the equation (4), it is possible to more reliably align the windings on each circumference with the same height in the second layer of the
0.95r(1+tan30°)< H <1.05r(1+tan30°) ・・・(4) 0.95r (1 + tan30 °) <H <1.05r (1 + tan30 °) ... (4)
なお、式(3)、(4)の関係は、コイル7の線径や絶縁被膜の厚さ、層数等によって修正されうる。
The relationship between the equations (3) and (4) can be modified by the wire diameter of the
<変形例>
図7Aは、本変形例に係るコイルが巻回されたインシュレータの要部の拡大断面図を示し、図7Bは、コイルが巻回された別のインシュレータの要部の拡大断面図を示す。<Modification example>
FIG. 7A shows an enlarged cross-sectional view of a main part of an insulator in which a coil is wound according to the present modification, and FIG. 7B shows an enlarged cross-sectional view of a main part of another insulator in which a coil is wound.
図7Aに示すように、突起部54の先端面54bは、下方に向かって湾曲する湾曲面であってもよい。この場合にも、突起部54が巻線721を支持する箇所の軸方向の高さを上記の高さHとなるようにすることで、コイル7の2層目において、各周の巻線をコイル巻回部50の表面から同じ高さに位置させて、多層巻き、特に3層以上のコイル7を整列巻きにすることができる。なお、先端面54bの曲率半径R1をコイル7の線径の半値rより大きくすることで、巻線721をその中心よりも径方向外側、つまり、第2鍔部52よりも遠い側で支持して、巻線721の重心を突起部54の先端面54bで確実に支持することができる。このことにより、巻線721を安定して突起部54の先端面54bに配置することができる。
As shown in FIG. 7A, the tip surface 54b of the
また、図7Bに示すように、突起部54の側面54cは、径方向内側に向かって湾曲する湾曲面であってもよい。この場合にも、突起部54が巻線721を支持する箇所の軸方向の高さを上記の高さHとなるようにすることで、コイル7の2層目において、各周の巻線をコイル巻回部50の表面から同じ高さに位置させて、多層巻き、特に3層以上のコイル7を整列巻きにすることができる。なお、側面54cの曲率半径R2をコイル7の線径の半値rより大きくすることで、巻線71Lを側面54cに当接させることができ、巻線71Lを位置決めすることができる。また、突起部54における先端面54bの径方向の幅Aをコイル7の線径の半値r以上とすることで、図7Aに示すのと同様に、巻線721を第2鍔部52よりも遠い側で支持して、巻線721を安定して突起部54の先端面54bに配置することができる。また、この場合に、突起部54の底部における径方向の幅Bを先端面54bの径方向の幅A以下とすることで、突起部54が径方向に必要以上に拡がるのを防止でき、コイル巻回部50におけるコイル7の巻回領域の減少を抑制できる。
Further, as shown in FIG. 7B, the
また、以上の説明から明らかなように、突起部54の形状、特に、径方向の幅Wと軸方向の高さHとは、所定の範囲で変動していてもよい。軸方向の高さHについての変動範囲は、式(3)、(4)に示したとおりである。また、径方向の幅Wについては、最小値は、突起部54の加工公差やコイル7の加工公差を考慮した値とし、最大値は、コイル7の線径未満とすることが好ましく、主に使用されるコイル7の線径が0.3mm〜2.3mmで使用されるモータの場合、上記の幅Wは、0.15mm〜1.15mmの範囲で許容される。
Further, as is clear from the above description, the shape of the
なお、変形例を含む実施形態において、コイル巻回部50の表面と第2鍔部52の内面52aとの間のコーナー部に突起部54を設けたが、コイル巻回部50の表面と第1鍔部51の内面51aとの間のコーナー部に突起部54を設けるようにしてもよい。
In the embodiment including the modification, the
(その他の実施形態)
なお、変形例を含む上記実施形態において、コイル7をトゥース42の基端側であるコアセグメント41側に位置する第1鍔部51から巻き始める例について説明したが、特にこれに限定されず、トゥース42の先端側に位置する第2鍔部52から巻き始めてもよい。この場合は、第2鍔部52にコイル導入溝53が設けられることになる。また、コイル7が断面円形の巻線からなる例について説明したが、特にこれに限定されず、例えば、断面が四角形の巻線からなるコイル7であってもよい。また、コイル7の巻回方法については特に限定されず、一般的なノズル巻線方法やフライヤー巻線方法等を用いることができる。(Other embodiments)
In the above embodiment including the modification, the example in which the
また、インシュレータ5が、いわゆる分割タイプのインシュレータであり、トゥース42の軸方向上下方向からそれぞれ装着される例を示したが、特にこれに限定されず、コイル巻回部50が筒形状であり、トゥース42の全外周面を覆う一体構造であってもよい。例えば、ステータ4が、コアセグメント41に後からトゥース42を装着する構造である場合は、この一体構造のインシュレータ5を用いてもよい。また、一つのトゥースに上下から装着されるインシュレータ5は同じ形状でなくてもよい。なお、一つのトゥースに上下から装着されるインシュレータ5として同じ形状のものを用いることで、インシュレータ5の種類を少なくでき、製造コスト等を低減できる。
Further, the
なお、コイル巻回部50の外周面50a,50bはそれぞれ、トゥース42の軸方向上端面と略平行に設けられていてもよい。また、第1鍔部51の内面51aは、トゥース42の軸方向上端面または軸方向下端面と直交する面を基準面として径方向外側に傾斜するように設けられていてもよい。
The outer
また、コイル7が1層巻きまたは2層巻きの場合に、本実施形態におけるインシュレータ5を適用してもよい。
Further, when the
また、上記実施形態において、インシュレータ5をコアセグメント41のトゥース42に装着し、コイル巻回部50にコイル7を巻き回して、ステータセグメント40aを構成する態様を説明したが、本発明のインシュレータ5を、円環状のステータコアのトゥース42の各々に装着し、コイル巻回部50にコイル7を巻き回す態様を採用しても良い。なお、ここで言う円環状のステータコアとは、電磁鋼板を円環状に打ち抜いた板体を積層して構成するものである。また、この円環状のステータコアは、複数の歯部(所謂、ティース(teeth))を有するものである。
Further, in the above embodiment, the embodiment in which the
また、上記実施形態において、コアセグメント41毎に一つの歯部(所謂、トゥース(tooth))を有する態様を説明したが、コアセグメント41毎に複数の歯部(所謂、ティース(teeth))を有する態様を採用しても良い。
Further, in the above embodiment, the embodiment in which one tooth portion (so-called tooth) is provided for each
上記実施形態におけるモータ1は、インナーロータ型のモータに用いる場合について説明するものであるが、別の種類のモータに対して本実施形態のインシュレータ5を適用できることは言うまでもない。
The
また、図3に示すように、トゥース42の先端(径方向内側の端部)には、凹状の溝を2つ具備する。この凹状の溝は、米国特許第6104117号明細書、特開平10−42531号公報等では、補助溝(supplemental grooves)とも呼称される。この補助溝の効果は、モータ1のロータ3の回転動作におけるコギングトルク及びトルクリップルを抑制し、モータの特性においては、低振動化・低騒音化等に寄与する。
Further, as shown in FIG. 3, the tip of the tooth 42 (the end portion on the inner side in the radial direction) is provided with two concave grooves. This concave groove is also referred to as a supplementary groove in US Pat. No. 6,104,117, JP-A-10-42531, and the like. The effect of this auxiliary groove suppresses cogging torque and torque ripple in the rotational operation of the
また、上記実施形態における巻線は、巻線用電線とも呼称され、市販されるものである。巻線又は巻線用電線の導体部には、不可避不純物を含む銅又はアルミニウムを含む。ここで、不可避不純物とは、製造工程中に、銅、アルミニウムへの混入が避けられない微量の不純物元素のことを意味する。銅の場合には、不可避不純物は、As、Bi、Sb、Pb、Fe、S、酸素などである。アルミニウムの場合には、不可避不純物は、Si、Mn、Ti、V、Zr、Fe、Cuなどである。巻線の導体部は、絶縁性樹脂による絶縁層にて被覆される。絶縁性樹脂は、例えば、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステルイミド、ポリエステルアミドイミド、ポリアミド、ポリヒダントイン、ポリウレタン、ポリアセタール、エポキシ樹脂等がモータ1の仕様に応じて適宜選択される。巻線の断面形状は、本実施形態における円形のほか、略正方形、略長方形など多様である。
Further, the winding in the above embodiment is also referred to as a winding electric wire and is commercially available. The conductor portion of the winding or winding wire contains copper or aluminum containing unavoidable impurities. Here, the unavoidable impurities mean a trace amount of impurity elements that cannot be avoided from being mixed with copper and aluminum during the manufacturing process. In the case of copper, the unavoidable impurities are As, Bi, Sb, Pb, Fe, S, oxygen and the like. In the case of aluminum, the unavoidable impurities are Si, Mn, Ti, V, Zr, Fe, Cu and the like. The conductor portion of the winding is covered with an insulating layer made of an insulating resin. As the insulating resin, for example, polyimide, polyamideimide, polyesterimide, polyesteramideimide, polyamide, polyhydrantin, polyurethane, polyacetal, epoxy resin and the like are appropriately selected according to the specifications of the
また、上記実施形態における磁石31の材料成分には、Sc、Y及びランタノイド系元素のうち少なくとも1種と、Fe又はFe及びCoと、Bとを含むものである。具体的には、磁石31は希土類焼結磁石であり、所謂、ネオジム焼結磁石又はネオジウム焼結磁石などと呼称されるものである。この希土類焼結磁石の表層には、防錆のための防錆膜(防錆層)を具備する。
Further, the material component of the
本発明に係るインシュレータは、簡便な構成で整列巻きかつ多層巻きコイルを実現することができるため、高効率が要求されるモータ等に適用する上で有用である。 The insulator according to the present invention can realize an aligned winding and multi-layer winding coil with a simple configuration, and is therefore useful for application to a motor or the like that requires high efficiency.
1 モータ
2 シャフト
3 ロータ
4 ステータ
5 インシュレータ
6 絶縁紙
7 コイル
31 磁石
40 ステータコア
40a ステータセグメント
41 コアセグメント
41c ヨーク部
42 トゥース(tooth)
43 スロット
50 コイル巻回部
51 第1鍔部
51a 第1鍔部51の内面
52 第2鍔部
53 コイル導入溝
54 突起部
54a,54b 突起部54の先端面
54c 突起部54の側面
71L コイル7の1層目の最終周巻線
721 コイル7の2層目の1周目巻線
722 コイル7の2層目の2周目巻線
H 突起部54の軸方向の高さ
r コイル7の線径の半値
R1 先端面54bの曲率半径
R2 側面54cの曲率半径
W 突起部54の径方向の幅
U1〜W4 コイル1
43
なお、以降の説明において、ティース(teeth:toothの複数型)又はトゥース(tooth)という用語を使い分けて記す。円環状のステータコア40の中心方向に突出する複数の歯部は、ティース42(teeth:toothの複数型)と記す。また、ステータコア40の複数の歯部のうち、一つの歯部については、トゥース42と記す。同じく、後述するコアセグメント41における、複数の歯部は、ティース42と記す。また、コアセグメント41における、複数の歯部のうち、一つの歯部については、トゥース42と記す。ちなみに、前述の特許文献3、特許文献4などは、ティース及びトゥースという語句の使い分けを記した公知文献である。
In the following description, the terms teeth (plural types of teeth) and teeth (tooth) will be used properly. The plurality of teeth protruding toward the center of the
式(3)から明らかなように、高さHの範囲は、コイル7の線径に依存している。しかし、前述したようにコイル7の線径には、絶縁皮膜の厚みも含まれている。コイル7の電線を構成する銅等の金属材料は塑性変形し難いが、絶縁被膜はナイロン、アクリル等で構成されているため、圧力などが加わるとその厚みが変化する。よって、コイル7の巻線作業で加わる力やコイル7を多層巻きに積層した場合の圧力等により、絶縁皮膜の厚みが変化し、これに応じてコイル7の線径が変化する。絶縁被膜の厚さは、コイル7の線径の約10%程度であることから、その変形量を考慮し式(3)に示すコイル7の線径の半値rの許容範囲を設定している。
As is clear from the equation (3), the range of the height H depends on the wire diameter of the
また、上記実施形態において、インシュレータ5をコアセグメント41のトゥース42に装着し、コイル巻回部50にコイル7を巻き回して、ステータセグメント40aを構成する態様を説明したが、本発明のインシュレータ5を、円環状のステータコア40のトゥース42の各々に装着し、コイル巻回部50にコイル7を巻き回す態様を採用しても良い。なお、ここで言う円環状のステータコアとは、電磁鋼板を円環状に打ち抜いた板体を積層して構成するものである。また、この円環状のステータコアは、複数の歯部(所謂、ティース(teeth))を有するものである。
Further, in the above embodiment, the embodiment in which the
Claims (11)
前記コイル巻回部の表面と前記第1鍔部の内面または前記第2鍔部の内面との間のコーナー部に、前記コイル巻回部の表面からの高さがHである突起部が設けられており、
前記コイルの線径の半値をrとするとき、前記高さHは、
0.9r(1+tan30°)<H<1.1r(1+tan30°) の範囲にあることを特徴とするインシュレータ。A coil winding portion that covers an axial end surface of the tooth protruding from the core segment and at least a part of both side surfaces in the circumferential direction and in which a coil composed of windings is wound, and a tooth base end side of the coil winding portion or A first flange portion that is continuously provided on one of the tooth tip sides and has a coil introduction groove that guides the coil to the coil winding portion, and the tooth base end side or the tooth tip side of the coil winding portion. It is an insulator provided with a second flange portion continuously provided on the other side of the coil.
A protrusion having a height from the surface of the coil winding portion is provided at a corner portion between the surface of the coil winding portion and the inner surface of the first flange portion or the inner surface of the second flange portion. Has been
When the half value of the wire diameter of the coil is r, the height H is
An insulator characterized in that it is in the range of 0.9r (1 + tan30 °) <H <1.1r (1 + tan30 °).
前記高さHは、H=r(1+tan30°)の関係を満たすことを特徴とするインシュレータ。In the insulator according to claim 1,
The height H is an insulator characterized by satisfying the relationship of H = r (1 + tan 30 °).
前記突起部の径方向の幅が前記コイルの線径の半値と同じであることを特徴とするインシュレータ。In the insulator according to claim 1,
An insulator characterized in that the radial width of the protrusion is the same as half the wire diameter of the coil.
前記突起部の先端面及び側面の少なくとも一方は平面であることを特徴とするインシュレータ。In the insulator according to claim 1,
An insulator characterized in that at least one of a front end surface and a side surface of the protrusion is a flat surface.
前記突起部の先端面及び側面の少なくとも一方は湾曲面であることを特徴とするインシュレータ。In the insulator according to claim 1,
An insulator characterized in that at least one of a tip surface and a side surface of the protrusion is a curved surface.
前記突起部の先端面及び側面の少なくとも一方は湾曲面である構成を含み、
前記湾曲面の曲率半径は前記コイルの線径の半値よりも長いことを特徴とするインシュレータ。In the insulator according to claim 1,
At least one of the tip surface and the side surface of the protrusion includes a curved surface.
An insulator characterized in that the radius of curvature of the curved surface is longer than half the wire diameter of the coil.
前記突起部の先端面及び側面の少なくとも一方は湾曲面である構成を含み、
前記湾曲面の曲率半径は前記コイルの線径の半値よりも長く、
前記突起部の径方向の幅は軸方向で変化しており、前記突起部の先端面において、径方向の幅は前記コイルの線径の半値以上であることを特徴とするインシュレータ。In the insulator according to claim 1,
At least one of the tip surface and the side surface of the protrusion includes a curved surface.
The radius of curvature of the curved surface is longer than half the wire diameter of the coil.
An insulator characterized in that the radial width of the protrusion varies in the axial direction, and the radial width of the tip surface of the protrusion is at least half the wire diameter of the coil.
複数個の前記ステータセグメントを円環形状に接続し円環の径方向内側に前記トゥースが突出する構成としたことを特徴とするステータ。The insulator according to claim 1 is provided on each of the axial end faces of the tooth of the core segment, and a plurality of stator segments in which the coil is wound are provided on the coil winding portion of the insulator.
A stator characterized in that a plurality of the stator segments are connected in an annular shape so that the tooth projects inward in the radial direction of the annulus.
複数個の前記ステータセグメントを円環形状に接続し円環の径方向内側に前記トゥースが突出する構成を含み、
前記コイルは前記コイル巻回部に多層巻きかつ整列巻きされていることを特徴とするステータ。The insulator according to claim 1 is provided on each of the axial end faces of the tooth of the core segment, and a plurality of stator segments in which the coil is wound are provided on the coil winding portion of the insulator.
A configuration is included in which a plurality of the stator segments are connected in an annular shape and the tooth projects inward in the radial direction of the annulus.
The stator is characterized in that the coil is multi-layered and alignedly wound around the coil winding portion.
複数個の前記ステータセグメントを円環形状に接続し円環の径方向内側に前記トゥースが突出する構成を含み、
周方向に隣り合う前記トゥースの間が前記コイルを収容するスロットとして構成され、
前記スロット内に、前記コアセグメント及び前記トゥースと前記コイルとを絶縁する絶縁紙が、前記トゥースの側面を覆うようにかつ、前記インシュレータの前記第1及び第2鍔部と軸方向で一部重なるように配置されていることを特徴とするステータ。The insulator according to claim 1 is provided on each of the axial end faces of the tooth of the core segment, and a plurality of stator segments in which the coil is wound are provided on the coil winding portion of the insulator.
A configuration is included in which a plurality of the stator segments are connected in an annular shape and the tooth projects inward in the radial direction of the annulus.
The space between the teeth adjacent to each other in the circumferential direction is configured as a slot for accommodating the coil.
In the slot, an insulating paper that insulates the core segment and the tooth from the coil is partially overlapped with the first and second flanges of the insulator so as to cover the side surface of the tooth. A stator characterized by being arranged in such a manner.
該ステータの径方向内側に、前記ステータと所定の間隔をあけて配設された回転軸を含むロータと、を少なくとも備えることを特徴とするモータ。The insulator according to claim 1 is provided on each of the axial end faces of the tooth of the core segment, and a plurality of stator segments in which the coil is wound are provided on the coil winding portion of the insulator. A stator including a configuration in which the tooth is projected inward in the radial direction of the ring by connecting the stator segments in an annular shape.
A motor comprising at least a rotor including a rotating shaft arranged at a predetermined distance from the stator on the inside in the radial direction of the stator.
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