WO2018154944A1 - モータ - Google Patents

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WO2018154944A1
WO2018154944A1 PCT/JP2017/045648 JP2017045648W WO2018154944A1 WO 2018154944 A1 WO2018154944 A1 WO 2018154944A1 JP 2017045648 W JP2017045648 W JP 2017045648W WO 2018154944 A1 WO2018154944 A1 WO 2018154944A1
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coil
motor
teeth
refrigerant
recess
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PCT/JP2017/045648
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菱田　光起
祐一 吉川
弘和 山内
慶一郎 額田
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil

Definitions

  • the technology disclosed here relates to the structure of a coil in a motor.
  • Patent Document 1 As a technique for improving the space factor of the coil, a configuration in which a cast coil using a copper material is arranged in a slot has been proposed (for example, see Patent Document 1).
  • Heat is one of the factors that reduce motor efficiency, and it is known to circulate refrigerant inside the motor to suppress temperature rise (see, for example, Patent Document 2).
  • the technology disclosed herein has been made in view of the above points, and an object thereof is to further improve the coil cooling effect by the refrigerant and realize a highly efficient motor.
  • a motor includes a stator having a stator core and teeth protruding from the stator core, and a first coil wound around the teeth by n (n is an integer of 1 or more).
  • the coil is made of a conductive member having a polygonal cross section. Further, in the cross section when the coil is cut along the direction in which the teeth protrude from the stator core, the coil is the first opposing surface that is the opposing surface to the teeth, or the opposing surface to the coil wound around the adjacent teeth. And at least one of the second opposing surfaces has a recess. Further, a space through which the coolant for cooling the coil passes is formed by at least one of the first facing surface or the second facing surface and the recess.
  • the cooling effect of the coil can be enhanced by providing the refrigerant passage in the vicinity of the coil with respect to the coil where heat is likely to accumulate. Therefore, a highly efficient motor can be realized.
  • the recess may be provided by making at least one of the corners of the k-th turn (k is an integer, 1 ⁇ k ⁇ n) of the coil as a notch.
  • the refrigerant passage can be provided without greatly reducing the cross-sectional area of the coil.
  • the coil has a shape in which at least one of the central portion of the first opposing surface or the central portion of the second opposing surface in the k-th (k is an integer, 1 ⁇ k ⁇ n) turn of the coil is cut out. By doing so, a recess may be provided.
  • the refrigerant passage can be provided without greatly reducing the cross-sectional area of the coil.
  • the recess may be provided in at least two turns of the coil.
  • a recess may be provided at least in the vicinity of the stator core in the coil.
  • the coil can be efficiently cooled by providing the coolant passage in the turn near the stator core located far from the coolant passage.
  • the second opposing surface in each turn of the coil may have a plurality of recesses.
  • the surface area of the coil can be increased, and the cooling effect of the coil can be further enhanced.
  • the refrigerant may be a liquid.
  • FIG. 1C is a cross-sectional view taken along line 1C-1C in FIG. 1B. It is the elements on larger scale of FIG. 1C. It is a figure which shows another cross section of the teeth and coil of the motor which concern on embodiment. It is a figure which shows another cross section of the teeth and coil of the motor which concern on embodiment. It is a figure which shows the cross section of the teeth which concern on the modification 1, and a coil. It is a figure which shows another cross section of the teeth and coil which concern on the modification 1. FIG. It is a figure which shows another cross section of the teeth which concern on the modification 1, and a coil. It is a figure which shows the cross section of the teeth which concern on the modification 2, and a coil.
  • FIG. 1A is a top view showing the motor 1 according to the embodiment.
  • FIG. 1B is a side view showing the motor 1 according to the embodiment.
  • 1C is a cross-sectional view taken along line 1C-1C in FIG. 1B. However, in either case, the cover case or the like is not shown. In addition, in FIG. 1C, only the cross section of the principal part is shown by hatching.
  • the motor 1 includes a shaft 2, a rotor 3, a stator 4, coils U11 to U41, V12 to V42, W11 to W41, and bus bars 51 to 54 inside a cover case (not shown). Yes.
  • the longitudinal direction of the shaft 2 (direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1A) is referred to as the Z-axis direction.
  • a direction orthogonal to this (direction parallel to the plane of FIG. 1A) is called an X-axis direction and a Y-axis direction.
  • the X-axis direction and the Y-axis direction are orthogonal to each other.
  • “Integral” or “integrated” means that a plurality of parts are not only mechanically connected by bolting or caulking, but also by material bonding such as covalent bonding, ionic bonding, or metal bonding. , One object in which parts are electrically connected, or one object in which the whole part is material-bonded and electrically connected by melting or the like.
  • the shaft 2 has a hollow portion 2a extending in the Z-axis direction.
  • a plurality of through holes 2 b are provided on the side surface of the shaft 2.
  • the hollow portion 2 a is a passage for the refrigerant C for cooling the inside of the motor 1.
  • the refrigerant C flows in the hollow portion 2a along the Z-axis direction.
  • the refrigerant C circulates and flows inside the motor 1 by a pump or the like (not shown) provided outside. Further, a part of the refrigerant C flowing in the hollow portion 2a flows out from the plurality of through holes 2b and flows from the center side of the motor 1 to the outside, that is, from the rotor 3 toward the direction where the stator 4 is located.
  • the stator 4 is cooled.
  • the rotor 3 is provided in contact with the outer periphery of the shaft 2.
  • the rotor 3 includes magnets 31 that are opposed to the stator 4 and in which N poles and S poles are alternately arranged along the outer circumferential direction of the shaft 2.
  • a neodymium magnet is used as the magnet 31 used in the rotor 3, but the material, shape, and material of the magnet 31 can be appropriately changed according to the output of the motor and the like.
  • the stator 4 includes a substantially annular stator core 41, a plurality of teeth 42 provided at equal intervals along the inner periphery of the stator core 41, and slots 43 provided between the teeth 42. .
  • the stator 4 is arranged on the outer side of the rotor 3 so as to be spaced apart from the rotor 3 at a certain distance as viewed from the Z-axis direction.
  • the stator core 41 is formed by, for example, punching after laminating electromagnetic steel sheets containing silicon or the like.
  • the number of magnetic poles of the rotor 3 is 10 in total, that is, 5 N poles and 5 S poles facing the stator 4.
  • the number of slots 43 is twelve.
  • the number of magnetic poles of the rotor 3 and the number of slots 43 are not particularly limited to this, and other combinations of the number of magnetic poles and the number of slots are also applicable.
  • the stator 4 has 12 coils U11 to U41, V12 to V42, and W11 to W41.
  • Each of the coils U11 to U41, V12 to V42, and W11 to W41 is attached to the corresponding tooth 42 and disposed in each slot 43 as viewed from the Z-axis direction. That is, the coils U11 to U41, V12 to V42, and W11 to W41 are concentrated with respect to the teeth 42. Further, the coils U11 to U41 are integrated with the bus bar 51, the coils V12 to V42 are integrated with the bus bar 52, and the coils W11 to W41 are integrated with the bus bar 53, respectively.
  • the first character represents each phase of the motor 1 (in this embodiment, U phase, V phase, W phase).
  • the second letter represents the sequence of coils in the same phase.
  • the third character represents the winding direction of the coil, and in this embodiment, 1 is the clockwise direction and 2 is the counterclockwise direction. Therefore, the coil U11 indicates that the U-phase arrangement order is the first coil and the winding direction is the clockwise direction.
  • Coil V42 is the fourth coil in the V-phase arrangement order, and represents that the winding direction is the counterclockwise direction. Note that clockwise means clockwise when viewed from the center of the motor 1, and “counterclockwise” means counterclockwise when viewed from the center of the motor 1.
  • the coils U11 and U41 are U-phase coils, and the coils U22 and U32 are U-bar coils (the direction of the generated magnetic field is opposite to that of the U-phase coil). However, in the following description, unless otherwise specified, they are collectively referred to as U-phase coils. Similarly, the coils V12 to V42 and the coils W11 to W41 are collectively referred to as a V-phase coil and a W-phase coil, respectively.
  • FIG. 2 is a partially enlarged view of the cross-sectional view of FIG. 1C.
  • FIG. 2 shows a tooth 42 protruding from the stator core 41 and a coil 5 ⁇ / b> A wound around the tooth 42.
  • the stator core 41 is located outside the motor, and the teeth 42 are located on the motor center side.
  • the coil 5A corresponds to any of the coils U11 to U41, V12 to V42, and W11 to W41 shown in FIG. 1C.
  • the coil 5A is made of, for example, copper, aluminum, zinc, magnesium, brass, iron, SUS (Steel Use Stainless), or the like as a main material.
  • FIG. 2 shows a cross section along the R direction.
  • the coil 5 ⁇ / b> A is wound around the teeth 42 for 6 turns.
  • A1 to A6 respectively show the coils 5A in the first to sixth turns in cross section.
  • the symbols A1 to A6 may respectively represent the cross sectional areas of the A1 to A6.
  • each turn having a substantially trapezoidal cross-sectional shape has a chamfered corner portion 60A on the side near the teeth 42 and along the R direction on the center side of the motor 1. It has a notch having a shape as described above.
  • the notch has a shape in which the corner 60A is linearly cut, and the space formed between the teeth 42 and the corner 60A is a substantial triangle. This space functions as a passage for the refrigerant C flowing in the stator 4.
  • a plurality of recesses 63 are provided on the surface 61 of the coil 5 ⁇ / b> A facing the teeth 42, and the side surface of the teeth 42 and the recesses 63 constitute a passage for the refrigerant C.
  • the passage of the refrigerant C can be secured in the vicinity of the coil 5A where heat is likely to accumulate, and the coil 5A can be efficiently cooled.
  • the corner portion 60A has a C-chamfered shape, so that the sectional area of the coil 5A can be maintained without greatly reducing the cross-sectional area of the coil 5A. As a result, the efficiency of the motor 1 can be improved.
  • the area of the concave portion 63 is increased as compared with the case where the corner portion 60A is rounded to round the corner portion 60A. Can be taken. Therefore, the passage of the refrigerant C is secured and the coil 5A can be efficiently cooled.
  • FIG. 3A is a diagram illustrating another cross section of the tooth 42 and the coil 5A of the motor 1 according to the embodiment.
  • FIG. 3A shows the third turn A3 of the coil 5A and the third turn A3 and the teeth 42 of the adjacent coil 5A. Similar to FIG. 2, the cross section of each turn of the coil 5A has a substantially trapezoidal shape.
  • the third turn A3 of the coil 5A has four corners 60A to 60D.
  • FIG. 3B is a diagram illustrating still another cross section of the tooth 42 and the coil 5A of the motor 1 according to the embodiment.
  • FIG. 3B shows the second and third turns A2 and A3 of the coil 5A, the second and third turns A2 and A3 of the adjacent coil 5A, and the teeth 42.
  • All of the four corners 60A to 60D are notches having a C-chamfered shape.
  • All of the four corners 60A to 60D are notches having a C-chamfered shape.
  • only the third turn A3 or the second turn A2 and the third turn A3 are shown in the coil 5A, but the same shape can be applied to other turns.
  • FIG. 2 shows an example in which only the corner 60A among the four corners is a notch.
  • the other corner portion 60B on the opposite surface 61 to the teeth 42 is also a notched portion having a C-chamfered shape, the passage of the refrigerant C is further expanded, and the cooling efficiency of the coil 5A is increased.
  • the cross-sectional shape of the coil 5A is substantially trapezoidal and the space factor of the coil 5A in the slot 43 is increased, the space in the slot 43 is reduced and the refrigerant C becomes difficult to flow.
  • the facing surface 61 and the teeth 42 in the coil 5A are in close contact, the refrigerant C hardly flows.
  • the passage of the refrigerant C is secured, and the coil 5A and the teeth 42 can be cooled.
  • the corners 60C and 60D located on the surface 62 facing the adjacent coil 5A are also notched, so that the passage of the refrigerant C between the adjacent coils 5A and 5A is further expanded.
  • the contact surface with the refrigerant C increases. Accordingly, the cooling efficiency of the coil 5A is increased. Therefore, as shown in FIG. 3B, the four corners 60A to 60D are all notched portions having a C-chamfered shape, thereby further improving the cooling effect of the coil 5A and the teeth 42 by the refrigerant C. Can do.
  • the coil cooling effect varies depending on the position of the corner when the corner is a notch.
  • the cooling of the coil by the refrigerant is promoted.
  • Which corner of the corners 60A to 60D is to be changed depends on the performance required of the motor 1, the usage environment of the motor 1, the upper limit temperature required of the coil 5A, the set space factor of the coil 5A, etc. Yes.
  • the corners of all the turns in the coil 5A may have the shape shown in FIG. 2 or 3B, for example, but only a part of the turns may have the shape shown in FIG. 2 or 3B.
  • the coil is less likely to be cooled than the center side of the motor 1 through which the refrigerant C flows.
  • only the corners of the fifth to sixth turns may be notched portions having a C-chamfered shape. Which corner of the turn is to be changed can be appropriately changed according to the performance required for the motor 1, the usage environment of the motor 1, the upper limit temperature required for the coil 5A, the set space factor of the coil 5A, or the like.
  • the cross-sectional areas of the respective turns be the same. You may make it make the cross-sectional area of each turn the same by changing the shape of a corner
  • the motor 1 of the present embodiment includes the stator 4 having the stator core 41 and the teeth 42 protruding from the stator core 41, and the first wound around the teeth 42 by n (n is an integer of 1 or more).
  • a coil 5A composed of an n-th turn.
  • the coil 5A is made of a conductive member having a polygonal cross section. Further, in a cross section when the coil 5A is cut along the direction R in which the teeth 42 protrude from the stator core 41, the coil 5A is wound around the first facing surface which is the facing surface 61 facing the teeth 42 or the adjacent teeth 42.
  • a recess 63 is provided on at least one of the second facing surfaces, which is the facing surface 62 facing the rotated coil 5A. Further, at least one of the first facing surface corresponding to the facing surface 61 or the second facing surface corresponding to the facing surface 62 and the concave portion 63 constitute a space through which the refrigerant C for cooling the coil 5A passes.
  • the cooling effect of the coil 5A can be enhanced by providing the passage of the refrigerant C in the vicinity of the coil 5A with respect to the coil 5A in which heat is likely to accumulate. Therefore, a highly efficient motor 1 can be realized.
  • the recess 63 may be provided by making at least one corner of the kth (k is an integer, 1 ⁇ k ⁇ n) turn of the coil 5A a notch.
  • the passage of the refrigerant C can be provided without greatly reducing the cross-sectional area of the coil 5A.
  • the recessed part 63 may be provided by making it into the shape where at least one of the center part of the surface was notched.
  • the passage of the refrigerant C can be provided without greatly reducing the cross-sectional area of the coil 5A.
  • At least two turns of the coil 5A may be provided with recesses 63.
  • a recess 63 may be provided at least in the vicinity of the stator core 41 in the coil 5A.
  • the coil 5A can be efficiently cooled by providing the passage of the refrigerant C in the turn near the stator core 41 located far from the passage of the refrigerant C.
  • FIG. 4A is a diagram illustrating a cross section of the tooth 42 and the coil 5A according to the first modification.
  • FIG. 4B is a diagram illustrating another cross section of the tooth 42 and the coil 5A according to the first modification.
  • FIG. 4C is a diagram showing still another cross section of the tooth 42 and the coil 5A according to the first modification.
  • 4A to 4C show corner portions 60A or recessed portions 63 having different shapes.
  • the recess 63 may be provided by making the corner portion 60 ⁇ / b> A into a cutout portion having a substantially rectangular shape. Further, as shown in FIG.
  • the recess portion 63 is formed by making the corner portion 60A into a cutout portion having a shape substantially cut into a quadrant so that the arc faces the inside of the coil 5A. It may be provided. Further, as shown in FIG. 4C, in each turn of the coil 5 ⁇ / b> A, the central portion of the facing surface 61 may be cut into a substantially rectangular shape, and the recess 63 may be provided. Alternatively, it may be cut out into a substantially semicircular shape or a polygonal shape such as a triangle. Furthermore, the center part of the opposing surface 62 may have a substantially rectangular shape, a substantially semicircular shape, or a shape cut out into a polygonal shape, and the recess 63 may be provided.
  • the central portion of the opposing surface 61 and the central portion of the opposing surface 62 may have a substantially rectangular shape, a substantially semicircular shape, or a shape cut out into a polygonal shape, and the recess 63 may be provided. .
  • the cross-sectional area of the coil 5A is slightly reduced as compared with the case shown in FIGS.
  • the passage area of the refrigerant C is increased, and the cooling effect of the coil 5A can be enhanced.
  • the motor 1 determines which portion of the corners 60A to 60D of the coil 5A is a notch or which corner is the notch in each turn of the coil 5A. It can be appropriately changed according to the performance to be obtained, the usage environment of the motor 1, the upper limit temperature required for the coil 5A, the set space factor of the coil 5A, and the like.
  • each turn of the coil 5A the central portion of which turn is provided with the concave portion 63 having a substantially rectangular shape, a substantially semicircular shape, or a polygonal shape, as described above.
  • the upper limit temperature required for the coil 5A, the set space factor of the coil 5A, and the like it can be changed as appropriate.
  • the recess 63 is cut out at the central portion of one of the turns of the coil 5A. May be provided.
  • the recess 63 is provided, or the coil 5A It is only necessary that the recess 63 is provided by forming at least one of the central portion of the opposing surface 61 or the central portion of the opposing surface 62 in the k-turn.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a cross section of the tooth 42 and the coil 5A according to the second modification.
  • FIG. 5 shows the third turn A3 and the teeth 42 of the coil 5A.
  • a plurality of recesses 63 are provided on a surface 62 facing the adjacent coil 5 ⁇ / b> A.
  • the refrigerant C is more likely to flow between the adjacent coils 5 ⁇ / b> A than between the coil 5 ⁇ / b> A and the teeth 42. Therefore, the surface area of the part which contacts the refrigerant
  • coolant C is increased by providing the some recessed part 63 in the opposing surface 62.
  • FIG. Therefore, the cooling effect of the coil 5A is further increased.
  • the corners 60 ⁇ / b> C and 60 ⁇ / b> D located on the facing surface 62 may be cut out to increase the surface area of the facing surface 62.
  • the uneven shape of the facing surface 62 is not limited to the shape shown in FIG. Further, whether all the turns of the coil 5A are provided with a plurality of recesses 63 on the facing surface 62 or whether only a part of the turns is provided with a plurality of recesses 63 on the facing surface 62 is the performance required for the motor 1, the motor 1 Can be appropriately changed according to the use environment of the motor, the upper limit temperature required for the coil 5A, the set space factor of the coil 5A, or the like.
  • the shape of the facing surface 62 shown in FIG. 5 can be applied to any of the configurations shown in FIGS. 2, 3A, 3B, or 4A to 4C.
  • the second facing surface corresponding to the facing surface 62 in each turn of the coil of the second modification may have a plurality of recesses.
  • the surface area of the coil can be increased, and the cooling effect of the coil can be further enhanced.
  • the number of turns of the coil is set to 6.
  • the number of turns is not limited to this, and the number of turns may be appropriately changed according to the size or performance of the motor 1.
  • the cross-sectional shape of the coil 5A is a substantially trapezoidal shape, but may be a quadrangle other than that, for example, a substantially rectangular shape. Further, it is not limited to a quadrangle, and may be another polygon.
  • the corners 60A to 60D of the coil 5A may be chamfered by forming or cutting, or may be cut out.
  • the corners 60A to 60D of the mold or the like are preliminarily chamfered, or are polygonal or substantially quadrant-shaped. You may keep it. The same applies to the case where the central portion of each turn of the coil 5A is cut into a polygon or a substantially semicircular shape.
  • the coils U11 to U41 are integrated with the bus bar 51
  • the coils V12 to V42 are integrated with the bus bar 52
  • the coils W11 to W41 are integrated with the bus bar 53, respectively.
  • it may be attached to the bus bar by fusing or welding processing so as to correspond to each coil shape.
  • the refrigerant C is configured to flow through the hollow portion 2a in the shaft 2, but may be configured to flow in a space between the rotor 3 and the stator 4, for example.
  • a liquid such as oil or water can be used.
  • the cooling effect of the coil 5A is further enhanced.
  • the motor according to the present disclosure further enhances the coil cooling effect by the refrigerant. Therefore, it is useful for realizing a high-efficiency and low-cost motor.

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Abstract

モータは、ステータコアと、ステータコアから突出したティースとを有するステータと、ティースにｎ（ｎは１以上の整数）ターン巻回された第１～第ｎターンからなるコイルとを備えている。コイルは断面が多角形の導電部材からなる。コイルをティースがステータコアから突出する方向に沿って切断したときの断面において、コイルは、ティースとの対向面である第１対向面、あるいは隣接するティースに巻回されたコイルとの対向面である第２対向面の少なくとも一方に凹部を有する。また、第１対向面あるいは第２対向面の少なくとも一方と凹部とで、コイルを冷却する冷媒を通過させる空間が構成される。

Description

モータ
　ここに開示する技術は、モータにおけるコイルの構造に関する。
　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。
　モータの効率向上の一つの手法として、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。
　コイルの占積率を向上させる手法として、銅材を用いた鋳造コイルをスロット内に配置する構成が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
　モータ効率を低下させる要因の一つに熱があり、モータ内部に冷媒を循環させて温度上昇を抑制することが知られている（例えば、特許文献２を参照）。
　コイルの占積率が向上すると、スロット内での空きスペースが小さくなり、スロット内を冷媒が流れにくくなる。その結果、コイルまたはコイルが巻回されるティースに熱がこもりやすくなり、モータ効率が低下するおそれがあった。
独国特許出願公開第１０２０１２２１２６３７号明細書 特開２０１５－１０９７３３号公報
　ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたもので、その目的は、冷媒によるコイルの冷却効果をより高めて、高効率のモータを実現することにある。
　上記の目的を達成するために、ここに開示する技術のモータは、ステータコアと、ステータコアから突出したティースとを有するステータと、ティースにｎ（ｎは１以上の整数）ターン巻回された第１～第ｎターンからなるコイルとを備える。コイルは断面が多角形の導電部材からなる。また、コイルをティースがステータコアから突出する方向に沿って切断したときの断面において、コイルは、ティースとの対向面である第１対向面、あるいは隣接するティースに巻回されたコイルとの対向面である第２対向面の少なくとも一方に凹部を有する。また、第１対向面あるいは第２対向面の少なくとも一方と凹部とで、コイルを冷却する冷媒を通過させる空間が構成される。
　この構成によれば、熱が溜まりやすいコイルに対して、コイルの近傍に冷媒の通路を設けることで、コイルの冷却効果を高めるができる。従って、高効率のモータを実現することができる。
　モータにおいて、コイルの第ｋ（ｋは整数であり、１≦ｋ≦ｎ）ターンの角部の少なくとも一つを切り欠き部とすることで、凹部が設けられてもよい。
　この構成によれば、コイルの断面積を大きく減少させることなく、冷媒の通路を設けることができる。
　また、モータにおいて、コイルの第ｋ（ｋは整数であり、１≦ｋ≦ｎ）ターンにおける第１対向面の中央部分、あるいは第２対向面の中央部分の少なくとも一方を切り欠かれた形状とすることで、凹部が設けられてもよい。
　この構成によれば、コイルの断面積を大きく減少させることなく、冷媒の通路を設けることができる。
　コイルのうち、少なくとも２つのターンに凹部が設けられていてもよい。
　また、モータにおいて、コイルにおける少なくともステータコア近傍のターンに、凹部が設けられてもよい。
　この構成によれば、冷媒の通路から遠い位置にあるステータコア近傍のターンに冷媒の通路を設けることで、効率よくコイルを冷却することができる。
　コイルの各ターンにおける第２対向面が複数の凹部を有していてもよい。
　この構成によれば、コイルの表面積を増やすことができ、コイルの冷却効果をより高めることができる。
　冷媒は液体であってもよい。
　本開示によれば、冷媒によるコイルの冷却効果を高めて、高効率のモータを実現することができる。
実施形態に係るモータを示す上面図である。 実施形態に係るモータを示す側面図である。 図１Ｂにおける１Ｃ－１Ｃ線での断面図である。 図１Ｃの部分拡大図である。 実施形態に係るモータのティースとコイルの別の断面を示す図である。 実施形態に係るモータのティースとコイルのさらに別の断面を示す図である。 変形例１に係るティースとコイルの断面を示す図である。 変形例１に係るティースとコイルの別の断面を示す図である。 変形例１に係るティースとコイルのさらに別の断面を示す図である。 変形例２に係るティースとコイルの断面を示す図である。
　以下、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。
　（実施形態）
　（モータ構造）
　図１Ａは、実施形態に係るモータ１を示す上面図である。図１Ｂは、実施形態に係るモータ１を示す側面図である。図１Ｃは、図１Ｂにおける１Ｃ－１Ｃ線での断面図である。ただし、いずれにおいても、カバーケース等は図示していない。なお、図１Ｃにおいては、要部の断面のみをハッチングで示す。モータ１は、カバーケース（図示せず）の内部に、シャフト２と、ロータ３と、ステータ４と、コイルＵ１１～Ｕ４１、Ｖ１２～Ｖ４２、Ｗ１１～Ｗ４１と、バスバー５１～５４と、を備えている。
　ここで、シャフト２の長手方向（図１Ａ紙面に対して垂直な方向）をＺ軸方向と呼ぶ。これに直交する方向（図１Ａ紙面に対して平行な方向）をＸ軸方向、Ｙ軸方向と呼ぶ。Ｘ軸方向とＹ軸方向は直交する。
　「一体」あるいは「一体化」とは、複数の部品が、ボルト締め、または、かしめ等の機械的に接続されているだけでなく、共有結合、イオン結合、または、金属結合などの材料結合によって、部品が電気的に接続された１つの物体、または、部品全体が溶融などによって材料結合され、電気的に接続された１つの物体の状態をいう。
　シャフト２は、Ｚ軸方向に延びる中空部２ａを内部に有している。シャフト２の側面には複数の貫通孔２ｂが設けられている。中空部２ａは、モータ１の内部を冷却するための冷媒Ｃの通路である。冷媒Ｃは中空部２ａ内をＺ軸方向に沿って流れている。外部に設けられたポンプ等（図示せず）により、冷媒Ｃは循環してモータ１の内部を流れている。また、中空部２ａ内を流れる冷媒Ｃの一部は、複数の貫通孔２ｂから流れ出て、モータ１の中心側から外側、つまりロータ３からステータ４のある方向に向けても流れ、ロータ３及びステータ４を冷却する。
　ロータ３は、シャフト２の外周に接して設けられている。ロータ３は、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を含んでいる。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、磁石３１の材料、形状、及び材質については、モータの出力等に応じて、適宜変更しうる。
　ステータ４は、実質的に円環状のステータコア４１と、ステータコア４１の内周に沿って等間隔に設けられた複数のティース４２と、ティース４２間にそれぞれ設けられたスロット４３とを有している。ステータ４は、Ｚ軸方向から見て、ロータ３の外側に、ロータ３と一定の間隔を持って、離間して配置されている。
　ステータコア４１は、例えば、ケイ素等を含有した電磁鋼板を積層した後に、打ち抜き加工して形成される。
　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極である。スロット４３の数は１２個である。しかし、ロータ３の磁極数とスロット４３の数は、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される。
　ステータ４は１２個のコイルＵ１１～Ｕ４１、Ｖ１２～Ｖ４２、Ｗ１１～Ｗ４１を有している。コイルＵ１１～Ｕ４１、Ｖ１２～Ｖ４２、Ｗ１１～Ｗ４１の各々は、対応するティース４２に対して装着されて、Ｚ軸方向から見て、各スロット４３内に配置されている。つまり、コイルＵ１１～Ｕ４１、Ｖ１２～Ｖ４２、Ｗ１１～Ｗ４１はティース４２に対して集中巻になっている。さらに、コイルＵ１１～Ｕ４１がバスバー５１と、コイルＶ１２～Ｖ４２はバスバー５２と、コイルＷ１１～Ｗ４１はバスバー５３と、それぞれ一体化されて配置されている。
　ここで、コイルを表わす符号ＵＰＱ、ＶＰＱ、ＷＰＱのうち、最初の文字はモータ１の各相（本実施形態の場合では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を表わす。２番目の文字は同相内のコイルの配列順を表わす。３番目の文字はコイルの巻回方向を表わし、本実施形態では、１は時計回り方向、２は反時計回り方向である。従って、コイルＵ１１は、Ｕ相の配列順が１番目のコイルで、巻回方向が時計回り方向であることを表わす。コイルＶ４２は、Ｖ相の配列順が４番目のコイルで、巻回方向が反時計回り方向であることを表わす。なお、時計回りとは、モータ１の中心から見て右回りをいい、「反時計回り」とはモータ１の中心から見て左回りをいう。
　厳密には、コイルＵ１１，Ｕ４１はＵ相のコイルであり、コイルＵ２２，Ｕ３２はＵバー相（Ｕ相のコイルと発生する磁界の向きが逆）のコイルである。しかし、以降の説明では、特に断らない限り、Ｕ相のコイルと総称する。コイルＶ１２～Ｖ４２及びコイルＷ１１～Ｗ４１についても同様に、Ｖ相のコイル、Ｗ相のコイルとそれぞれ総称する。
　（コイル断面の特徴）
　図２は、図１Ｃの断面図の部分拡大図である。図２は、ステータコア４１から突出したティース４２と、ティース４２に巻回されたコイル５Ａとを示している。ステータコア４１はモータ外側に位置し、ティース４２はモータ中心側に位置する。コイル５Ａは、図１Ｃに示したコイルＵ１１～Ｕ４１、Ｖ１２～Ｖ４２、Ｗ１１～Ｗ４１のいずれかに対応する。コイル５Ａは、例えば、銅、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム、真鍮、鉄、及びＳＵＳ（Ｓｔｅｅｌ　Ｕｓｅ　Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ）などのいずれかを主たる材料として形成されている。
　ここでは、ティース４２がステータコア４１から突出する方向をＲ方向とする。図２は、Ｒ方向に沿った断面を示している。図２では、コイル５Ａは、ティース４２に６ターン巻回されている。Ａ１～Ａ６はそれぞれ、第１ターンから第６ターンにおけるコイル５Ａを断面で示している。また、符号Ａ１～Ａ６はそれぞれ、当該Ａ１～Ａ６の断面積を表す場合もある。
　本実施形態では、コイル５Ａにおいて、実質的に台形形状の断面形状を有する各ターンは、ティース４２に近い側で、かつＲ方向に沿って、モータ１の中心側にある角部６０ＡがＣ面取りされたよう形状を有する切り欠き部を有している。切り欠き部は、直線的に角部６０Ａが切り取られた形状を有し、ティース４２と角部６０Ａとがなす空間は、実質的な三角形となっている。この空間は、ステータ４内を流れる冷媒Ｃの通路として機能する。言いかえると、コイル５Ａにおけるティース４２との対向面６１に複数の凹部６３が設けられ、ティース４２の側面と凹部６３とで冷媒Ｃの通路が構成されている。
　このような構成とすることで、熱が溜まりやすいコイル５Ａの近傍に、冷媒Ｃの通路を確保でき、コイル５Ａを効率よく冷却することができる。また、コイル５Ａの各ターンにおいて、角部６０ＡはＣ面取りされたような形状であるから、コイル５Ａの断面積を大きく減少させることがなく、コイル５Ａの占積率を維持できる。これらにより、モータ１の効率を向上できる。また、コイル５Ａの各ターンにおいて、角部６０ＡをＣ面取りされたような形状とすることにより、角部６０Ａを丸めるようにＲ面取りされた形状にする場合と比べて、凹部６３の面積を大きく取ることができる。したがって、冷媒Ｃの通路が確保されて、効率よくコイル５Ａを冷却することができる。
　図３Ａは、実施形態に係るモータ１のティース４２とコイル５Ａの別の断面を示す図である。図３Ａは、コイル５Ａの第３ターンＡ３と、隣接するコイル５Ａの第３ターンＡ３及びティース４２とを示している。図２と同様に、コイル５Ａの各ターンにおける断面は、実質的な台形形状である。コイル５Ａの第３ターンＡ３は、４つの角部６０Ａ～６０Ｄを有している。図３Ｂは、実施形態に係るモータ１のティース４２とコイル５Ａのさらに別の断面を示す図である。図３Ｂは、コイル５Ａの第２及び第３ターンＡ２，Ａ３と、隣接するコイル５Ａの第２及び第３ターンＡ２，Ａ３と、ティース４２とを示している。４つの角部６０Ａ～６０Ｄが全て、Ｃ面取りされたような形状を有する切り欠き部となっている。なお、説明を簡便に行うために、コイル５Ａにおいて、第３ターンＡ３もしくは第２ターンＡ２と第３ターンＡ３のみを示しているが、他のターンにおいても同様の形状が適用されうる。
　図２では、４つの角部のうち、角部６０Ａのみが切り欠き部である例を示した。しかし、ティース４２との対向面６１にあるもう一方の角部６０Ｂも、Ｃ面取りされたような形状を有する切り欠き部とすると、冷媒Ｃの通路がさらに拡大され、コイル５Ａの冷却効率が高まる。コイル５Ａの断面形状を実質的な台形形状とし、スロット４３内でのコイル５Ａの占積率を高めると、スロット４３内のスペースが減少し、冷媒Ｃが流れにくくなる。特にコイル５Ａにおける対向面６１とティース４２とは密着しているため、ほとんど冷媒Ｃが流れない。しかし、角部６０Ａまたは６０Ｂの形状を変えることで、冷媒Ｃの通路が確保され、コイル５Ａ及びティース４２を冷却することができる。
　一方、隣接するコイル５Ａ同士では、通常、これらの間に隙間が設けられるため、コイル５Ａとティース４２との間に比べて、冷媒Ｃは流れやすい。しかし、隣接するコイル５Ａとの対向面６２に位置する角部６０Ｃ，６０Ｄも切り欠き部とすることで、隣接するコイル５Ａ，５Ａ間における冷媒Ｃの通路がさらに拡大される。同時に、冷媒Ｃとの接触面が増加する。従って、コイル５Ａの冷却効率が高まる。従って、図３Ｂに示すように、４つの角部６０Ａ～６０ＤをすべてＣ面取りされたような形状を有する切り欠き部とすることで、冷媒Ｃによるコイル５Ａ及びティース４２の冷却効果をより高めることができる。
　このように、角部を切り欠き部とするときの角部の位置によって、コイルの冷却効果は異なる。しかし、いずれの角部の形状を変えても、冷媒によるコイルの冷却は促進される。角部６０Ａから６０Ｄのどの角部の形状を変えるかは、モータ１に求められる性能、モータ１の使用環境、及びコイル５Ａに求められる上限温度、あるいはコイル５Ａの設定占積率等によって適宜変更しうる。このうち、ティース４２との対向面６１に位置する角部６０Ａ，６０Ｂの形状を変えると、冷媒Ｃの通路が確保され、コイル５Ａ及びティース４２を冷却するにはより好ましい。
　また、コイル５Ａにおいて全てのターンの角部を、例えば図２または図３Ｂに示した形状としてもよいが、一部のターンのみを図２または図３Ｂに示した形状としてもよい。例えば、ステータコア４１に近い側では、冷媒Ｃが流れるモータ１の中心側よりもコイルが冷却されにくい。このため、第５ないし第６ターンの角部のみをＣ面取りされた形状を有する切り欠き部としてもよい。どのターンの角部の形状を変えるかは、モータ１に求められる性能、モータ１の使用環境、及びコイル５Ａに求められる上限温度、あるいはコイル５Ａの設定占積率等によって適宜変更しうる。また、コイル５Ａにおいて、電流密度を一定にするためには、各ターンの断面積を同じにするのが好ましい。所定のターンにおいて、角部の形状を変えることで各ターンの断面積を同じにするようにしてもよい。すなわち、ティース４２にｎ（ｎは１以上の整数）ターン巻回されたコイル５Ａにおいて、コイル５Ａは、断面が多角形の導電部材からなり、コイル５Ａをティース４２のステータコア４１からの突出方向であるＲ方向に沿って切断したときの断面において、コイル５Ａは、ティース４２との対向面６１あるいは隣接するティース４２に巻回されたコイル５Ａとの対向面６２の少なくとも一方に凹部６３を有し、対向面６１あるいは対向面６２の少なくとも一方と凹部６３とで、コイル５Ａを冷却する冷媒Ｃを通過させる空間が構成されていればよい。また、コイル５Ａの第ｋ（ｋは整数であり、１≦ｋ≦ｎ）ターンの角部の少なくとも一つを切り欠き部とすることで、凹部６３が設けられていればよい。
　以上のように、本実施形態のモータ１は、ステータコア４１と、ステータコア４１から突出したティース４２とを有するステータ４と、ティース４２にｎ（ｎは１以上の整数）ターン巻回された第１～第ｎターンからなるコイル５Ａとを備える。コイル５Ａは断面が多角形の導電部材からなる。また、コイル５Ａをティース４２がステータコア４１から突出する方向Ｒに沿って切断したときの断面において、コイル５Ａは、ティース４２との対向面６１である第１対向面、あるいは隣接するティース４２に巻回されたコイル５Ａとの対向面６２である第２対向面の少なくとも一方に凹部６３を有する。また、対向面６１に相当する第１対向面あるいは対向面６２に相当する第２対向面の少なくとも一方と凹部６３とで、コイル５Ａを冷却する冷媒Ｃを通過させる空間が構成される。
　この構成によれば、熱が溜まりやすいコイル５Ａに対して、コイル５Ａの近傍に冷媒Ｃの通路を設けることで、コイル５Ａの冷却効果を高めるができる。従って、高効率のモータ１を実現することができる。
　また、モータ１において、コイル５Ａの第ｋ（ｋは整数であり、１≦ｋ≦ｎ）ターンの角部の少なくとも一つを切り欠き部とすることで、凹部６３が設けられてもよい。
　この構成によれば、コイル５Ａの断面積を大きく減少させることなく、冷媒Ｃの通路を設けることができる。
　また、モータ１において、コイル５Ａの第ｋ（ｋは整数であり、１≦ｋ≦ｎ）ターンにおける対向面６１に相当する第１対向面の中央部分、あるいは対向面６２に相当する第２対向面の中央部分の少なくとも一方を切り欠かれた形状とすることで、凹部６３が設けられてもよい。
　この構成によれば、コイル５Ａの断面積を大きく減少させることなく、冷媒Ｃの通路を設けることができる。
　また、コイル５Ａのうち、少なくとも２つのターンに凹部６３が設けられていてもよい。
　また、モータ１において、コイル５Ａにおける少なくともステータコア４１近傍のターンに、凹部６３が設けられてもよい。
　この構成によれば、冷媒Ｃの通路から遠い位置にあるステータコア４１近傍のターンに冷媒Ｃの通路を設けることで、効率よくコイル５Ａを冷却することができる。
　（変形例１）
　角部６０Ａ～６０Ｄの形状は、Ｃ面取りされた形状に限られず、様々な形状とすることができる。図４Ａは、変形例１に係るティース４２とコイル５Ａの断面を示す図である。図４Ｂは、変形例１に係るティース４２とコイル５Ａの別の断面を示す図である。図４Ｃは、変形例１に係るティース４２とコイル５Ａのさらに別の断面を示す図である。図４Ａ～図４Ｃは、それぞれ異なる形状の角部６０Ａまたは凹部６３を示している。例えば、図４Ａに示すように、角部６０Ａを実質的に矩形状に切り欠かれた形状を有する切り欠き部とすることで、凹部６３が設けられていてもよい。また、図４Ｂに示すように、角部６０Ａを円弧がコイル５Ａの内部に向かうように、実質的に四分円形状に切り欠かれた形状を有する切り欠き部とすることで、凹部６３が設けられていてもよい。さらに、図４Ｃに示すように、コイル５Ａの各ターンにおいて、対向面６１の中央部分が、実質的に矩形状に切り欠かれた形状となって、凹部６３が設けられていてもよい。または、実質的な半円形状、あるいは三角形等の多角形状に切り欠かれていてもよい。さらには、対向面６２の中央部分が、実質的な矩形状、実質的な半円形状、あるいは多角形状に切り欠かれた形状となって、凹部６３が設けられていてもよい。対向面６１の中央部分及び対向面６２の中央部分が、実質的な矩形状、実質的な半円形状、あるいは多角形状に切り欠かれた形状となって、凹部６３が設けられていてもよい。
　いずれの場合も、コイル５Ａの断面積は、図２～図３Ｂに示した場合と比べて若干減少する。しかし、冷媒Ｃの通路面積は大きくなり、コイル５Ａの冷却効果を高めることができる。
　また、コイル５Ａの角部６０Ａ～６０Ｄにおいて、どの部分を切り欠き部とするか、またはコイル５Ａの各ターンにおいてどの角部を切り欠き部とするかは、上記と同様に、モータ１に求められる性能、モータ１の使用環境、及びコイル５Ａに求められる上限温度、あるいはコイル５Ａの設定占積率等によって適宜変更しうる。
　さらに、コイル５Ａの各ターンにおいて、どのターンの中央部分に実質的な矩形状、実質的な半円形状、あるいは多角形状に切り欠かれた形状の凹部６３を設けるかについても、上記と同様に、モータ１に求められる性能、モータ１の使用環境及びコイル５Ａに求められる上限温度、あるいはコイル５Ａの設定占積率等によって、適宜変更しうる。また、図２，図３Ｂ、図４Ａあるいは図４Ｂに示すように、コイル５Ａの角部の形状を変えるのと同時に、コイル５Ａのいずれかのターンの中央部分に切り欠かれた形状の凹部６３を設けてもよい。
　すなわち、コイル５Ａの第ｋ（ｋは整数であり、１≦ｋ≦ｎ）ターンの角部の少なくとも一つを切り欠き部とすることで、凹部６３が設けられるか、または、コイル５Ａの第ｋターンにおける対向面６１の中央部分あるいは対向面６２の中央部分の少なくとも一方を切り欠かれた形状とすることで、凹部６３が設けられていればよい。
　（変形例２）
　図５は、変形例２に係るティース４２とコイル５Ａの断面を示す図である。図５は、コイル５Ａの第３ターンＡ３とティース４２とを示している。図５に示すように、コイル５Ａにおいて、隣接するコイル５Ａとの対向面６２に複数の凹部６３が設けられている。上述したとおり、隣接するコイル５Ａ間では、コイル５Ａとティース４２との間に比べて冷媒Ｃが流れやすい。従って、対向面６２に複数の凹部６３を設けることで、冷媒Ｃと接する部分の表面積を増やす。従って、コイル５Ａの冷却効果がより高まる。なお、対向面６２に位置する角部６０Ｃ，６０Ｄを切り欠き部とすることも、対向面６２の表面積を増やす作用がある。
　なお、対向面６２の凹凸形状については、図５に示す形状に限定されない。また、コイル５Ａの全てのターンにおいて、対向面６２に複数の凹部６３を設けるのか、一部のターンのみで対向面６２に複数の凹部６３を設けるのかは、モータ１に求められる性能、モータ１の使用環境、及びコイル５Ａに求められる上限温度、あるいはコイル５Ａの設定占積率等によって適宜変更しうる。
　また、図５に示した対向面６２の形状は、図２、図３Ａ，図３Ｂ、または図４Ａ～４Ｃに示した構成のいずれに対しても適用可能である。
　以上のように、本変形例２のコイルの各ターンにおける対向面６２に相当する第２対向面が複数の凹部を有していてもよい。
　この構成によれば、コイルの表面積を増やすことができ、コイルの冷却効果をより高めることができる。
　なお、実施形態において、コイルのターン数を６としたが、これに限定されるものではなく、モータ１のサイズまたは性能等によって適宜変更しうる。
　実施形態において、コイル５Ａの断面形状は、実質的な台形形状であったが、それ以外の四角形、例えば、実質的な矩形状であってもよい。また、四角形に限られず、他の多角形であってもよい。
　また、コイル５Ａの角部６０Ａ～６０Ｄは、成形加工または切削加工等により実際にＣ面取りを行うか、あるいは切り欠くかして切り欠く部にしてもよい。鋳造等によりコイル５Ａを一括成形する場合は、鋳型等において、角部６０Ａ～６０Ｄを予めＣ面取りされた形状にするか、あるいは多角形か実質的な四分円形状に切り欠かれた形状にしておいてもよい。コイル５Ａの各ターンの中央部分を多角形か実質的な半円形状に切り欠かれた形状とする場合も同様である。
　実施形態において、コイルＵ１１～Ｕ４１がバスバー５１と、コイルＶ１２～Ｖ４２はバスバー５２と、コイルＷ１１～Ｗ４１はバスバー５３とそれぞれ一体化されている例を示した。しかし、各々のコイル形状に対応する様に、ヒュージングまたは溶接処理等により、バスバーへ取り付けられていてもよい。
　実施形態において、冷媒Ｃがシャフト２内の中空部２ａを流れる構成としたが、例えば、ロータ３とステータ４との間の空間を循環して流れるようにしてもよい。冷媒Ｃとして、例えば油または水等の液体を用いることができる。冷媒Ｃとして液体を用いることで、コイル５Ａの冷却効果がより高まる。
　本開示に係るモータは、冷媒によるコイルの冷却効果をより高める。従って、高効率かつ低コストのモータを実現する上で、有用である。
　１　　モータ
　２　　シャフト
　２ａ　　中空部
　２ｂ　　貫通孔
　３　　ロータ
　４　　ステータ
　５Ａ　　コイル
　３１　　磁石
　４１　　ステータコア
　４２　　ティース
　４３　　スロット
　５１～５４　　バスバー
　６０Ａ～６０Ｄ　　コイル５Ａの角部
　６１　　対向面
　６２　　対向面
　６３　　凹部
　Ａ１～Ａ６　　コイル５Ａの各ターンにおける断面
　Ｃ　　冷媒
　Ｕ１１，Ｕ２２，Ｕ３２，Ｕ４１，Ｖ１２，Ｖ２１，Ｖ３１，Ｖ４２，Ｗ１１，Ｗ２２，Ｗ３２，Ｗ４１　　コイル

Claims (7)

  1. ステータコアと、前記ステータコアから突出したティースとを有するステータと、
    前記ティースにｎ（ｎは１以上の整数）ターン巻回された第１～第ｎターンからなるコイルとを備えたモータであって、
    前記コイルは断面が多角形の導電部材からなり、
    前記コイルを前記ティースが前記ステータコアから突出する方向に沿って切断したときの断面において、
    前記コイルは、前記ティースとの対向面である第１対向面、あるいは隣接するティースに巻回されたコイルとの対向面である第２対向面の少なくとも一方に凹部を有し、
    前記第１対向面あるいは前記第２対向面の少なくとも一方と前記凹部とで、前記コイルを冷却する冷媒を通過させる空間が構成されるモータ。
  2. 前記コイルの第ｋ（ｋは整数であり、１≦ｋ≦ｎ）ターンの角部の少なくとも一つを切り欠き部とすることで、前記凹部が設けられる請求項１記載のモータ。
  3. 前記コイルの第ｋ（ｋは整数であり、１≦ｋ≦ｎ）ターンにおける前記第１対向面の中央部分、あるいは前記第２対向面の中央部分の少なくとも一方を切り欠かれた形状とすることで、前記凹部が設けられる請求項１記載のモータ。
  4. 前記コイルのうち、少なくとも２つのターンに前記凹部が設けられる請求項１記載のモータ。
  5. 前記コイルにおける少なくとも前記ステータコア近傍のターンに、前記凹部が設けられる請求項１記載のモータ。
  6. 前記コイルの各ターンにおける前記第２対向面が複数の前記凹部を有する請求項１記載のモータ。
  7. 前記冷媒は液体である請求項１記載のモータ。
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