WO2018155221A1 - モータ - Google Patents

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WO2018155221A1
WO2018155221A1 PCT/JP2018/004535 JP2018004535W WO2018155221A1 WO 2018155221 A1 WO2018155221 A1 WO 2018155221A1 JP 2018004535 W JP2018004535 W JP 2018004535W WO 2018155221 A1 WO2018155221 A1 WO 2018155221A1
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coil
turn
cross
teeth
motor
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PCT/JP2018/004535
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祐一 吉川
慶一郎 額田
弘和 山内
菱田　光起
加藤　康司
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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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    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K3/525—Annular coils, e.g. for cores of the claw-pole type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating

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 (see, for example, Patent Document 1).
  • the cross-sectional area of the coil has been made uniform for uniform resistance.
  • heat is one of the factors that reduce motor efficiency, and heat is likely to accumulate in the coil due to the generation of Joule heat.
  • the heat dissipation path generated by the coil differs depending on the arrangement of members close to the coil or the flow path of the refrigerant, the heat distribution in the coil is not uniform, and heat is particularly concentrated in the central part of the coil. Cheap.
  • the cross-sectional area of the coil was uniform, the heat radiation effect by the coil was limited to the cross-sectional area.
  • the technology disclosed herein has been made in view of the above points, and an object thereof is to realize a highly efficient motor by further enhancing the heat radiation effect by the coil.
  • a motor includes a stator having a stator core, teeth projecting in a predetermined projecting direction from the stator core, and n (n is an integer of 3 or more) in the teeth. And a coil composed of first to nth turns wound around.
  • the k-th (k is an integer, 1 ⁇ k ⁇ n) turn of the coil is located at the center of the range where the coil is wound around the teeth.
  • the cross-sectional area of the coil located at both ends of the coil is larger than the cross-sectional area of the coil at the central portion, it is easy to radiate heat from the central portion of the coil where heat tends to accumulate toward both ends of the coil. Therefore, the thermal efficiency can be averaged by the coil. Therefore, a highly efficient motor can be realized by further increasing the heat dissipation effect by the coil.
  • the cross-sectional area at the k-th turn of the coil is the smallest among the cross-sectional areas at the first to n-th turns.
  • the cross-sectional area of the coil may be gradually increased from the kth turn to the first turn and gradually increased from the kth turn to the nth turn.
  • a motor includes a stator having a stator core, teeth projecting from the stator core, and first to n-th turns wound around the teeth by n (n is an even number of 4 or more).
  • the coil which consists of.
  • the jth and (j + 1) th turns of the coil (j is an integer, 1 ⁇ j ⁇ n-1) is closest to the center of the range in which the coil is wound around the teeth. There are two turns located at.
  • the cross-sectional areas at the (j ⁇ 1) th turn and the (j + 2) th turn are larger than the cross-sectional areas at the jth turn and the (j + 1) th turn.
  • 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 another partial enlarged view of FIG. 1C. It is another partial enlarged view of FIG. 1C. It is the other partial enlarged view of FIG. 1C.
  • FIG. 6 is still another partial enlarged view of FIG. 1C. It is sectional drawing which shows a structure at the time of setting the number of turns of the coil of the motor which concerns on embodiment to six.
  • FIG. 8 is another cross-sectional view of FIG. 7. It is another sectional drawing of FIG. FIG. 8 is another cross-sectional view of FIG. 7.
  • FIG. 10 is still another cross-sectional view of FIG. 7.
  • 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 the 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 2 a along the Z-axis direction, and circulates in the motor 1. 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 letter 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 1, and the teeth 42 are located on the center side of the motor 1.
  • 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 tooth 42 for five turns.
  • A1 to A5 each show a cross section of the coil 5A from the first turn to the fifth turn.
  • the symbols A1 to A5 may represent the cross-sectional areas of the turns A1 to A5, respectively.
  • the cross-sectional areas at each turn of the coil 5A are not uniform but different.
  • a range in which the coil 5A is wound around the teeth 42 in the R direction is defined as a range W.
  • the third turn A3 of the coil 5A is located in the center of the range W.
  • the third turn A3 of the coil 5A has a smaller cross-sectional area than the first turn A1 and the fifth turn A5 located at both ends of the range W.
  • the third turn A3 of the coil 5A has the smallest cross-sectional area among the first to fifth turns A1 to A5. From the third turn to the first turn, the cross-sectional area gradually increases (A3 ⁇ A2 ⁇ A1). From the third turn to the fifth turn, the cross-sectional area gradually increases (A3 ⁇ A4 ⁇ A5). In other words, in the range W, the cross-sectional area of the coil 5A gradually increases from the center to both ends.
  • the number of turns of the coil is an odd number other than 5, it may be configured in the same manner as described here. That is, the kth (k is an integer, 1 ⁇ k ⁇ n) turn of the coil 5A is located at the center of the range where the coil 5A is wound n times (n is an integer of 3 or more) around the teeth 42. Yes.
  • the cross-sectional area of the first turn and the n-th turn when the coil 5A is cut along the protruding direction of the teeth 42 from the stator core 41 may be larger than the cross-sectional area of the k-th turn.
  • the cross section of the turn A1 is a quadrangle whose opposing sides are not parallel. Thereby, the space factor of the coil 5A can be improved.
  • FIG. 3 is another partially enlarged view of FIG. 1C.
  • FIG. 4 is another partial enlarged view of FIG. 1C.
  • the coil 5A has a trapezoidal cross section. By making the cross section of the coil 5A trapezoidal, the space factor of the coil 5A can be improved. Further, the side surface of the coil 5A opposite to the teeth 42 is linear. As shown in FIG. 4, by aligning the side surface of the coil 5A opposite to the teeth 42 in a straight line, the distance between the coils 5A wound around the adjacent teeth 42 is kept even, and the coating damages due to contact. Can be reduced.
  • FIG. 5 is another partial enlarged view of FIG. 1C.
  • the cross section of the coil 5 ⁇ / b> A is a parallelogram.
  • the space factor of the coil 5A can be improved and, as shown in FIG. 4, the intervals between the coils 5A wound around the adjacent teeth 42 are equalized. It is easy to flow through the gap formed between the teeth 42 and the coil 5 while the film C can be reduced and the film damage due to contact can be reduced.
  • FIG. 6 is another partial enlarged view of FIG. 1C.
  • the cross section of the turn A ⁇ b> 0 of the coil 5 ⁇ / b> A that is located on the most opposite side from the stator core 41 in the protruding direction of the teeth 42 is a triangle.
  • the part where the cross section of the teeth 42 became diagonal can be filled with the coil 5A, and the space factor of the coil 5A can be improved.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing the configuration when the number of turns of the coil of the motor according to the embodiment is six.
  • FIG. 7 shows the teeth 42 protruding from the stator core 41 and the coil 5B wound around the teeth 42 as in FIG.
  • the coil 5B corresponds to any of the coils U11 to U41, V12 to V42, and W11 to W41 shown in FIG. 1C, similarly to the coil 5A.
  • the coil 5B is formed using, for example, any one of copper, aluminum, zinc, magnesium, brass, iron, SUS, and the like as a main material.
  • the coil 5B is wound around the tooth 42 for 6 turns.
  • B1 to B6 respectively show the coils 5B from the first turn to the sixth turn in cross section.
  • Reference numerals B1 to B6 may respectively represent the cross-sectional areas of B1 to B6.
  • the two turns of the coil 5B located closest to the center of the range W are the third and fourth turns.
  • the third and fourth turns B3 and B4 are located.
  • the third and fourth turns B3, B4 have a smaller cross-sectional area than the second turn B2 and the fifth turn B5 located on both sides thereof.
  • the cross-sectional areas B3 and B4 may be the same, or one of them may be larger.
  • the number of turns of the coil is an even number other than 6, it may be configured in the same manner as described here. That is, in the direction in which the teeth 42 protrude from the stator core 41, the jth and (j + 1) th turns of the coil 5B (j is an integer, 1 ⁇ j ⁇ n-1), and the coil 5B is wound around the teeth 42. The two turns closest to the center of the range.
  • the cross-sectional areas at the (j-1) th turn and the (j + 2) th turn are the cross-sectional areas at the jth turn and the (j + 1) th turn. Can also be increased.
  • the cross section of the turn B1 is a quadrangle whose opposing sides are not parallel. Thereby, the space factor of the coil 5B can be improved.
  • FIG. 8 is another partial enlarged view of FIG.
  • FIG. 9 is another partial enlarged view of FIG.
  • the cross section of the coil 5B is trapezoidal.
  • the space factor of the coil 5B can be improved.
  • the side surface of the coil 5B opposite to the teeth 42 is linear. As shown in FIG. 9, by making the side surface of the coil 5B opposite to the teeth 42 straight, the distance between the coils 5B wound around the adjacent teeth 42 is kept uniform, and damage to the coating due to contact is prevented. Can be reduced.
  • FIG. 10 is another partial enlarged view of FIG.
  • the cross section of the coil 5B is a parallelogram.
  • the space factor of the coil 5B can be improved, and as shown in FIG. 9, the intervals between the coils 5B wound around the adjacent teeth 42 are equalized.
  • the refrigerant C can easily flow through the gap formed between the tooth 42 and the coil 5 ⁇ / b> B while being able to reduce film damage due to contact.
  • FIG. 11 is another partial enlarged view of FIG. In FIG. 11, the cross section of the turn B ⁇ b> 0 of the coil 5 ⁇ / b> B that is located on the most opposite side to the stator core 41 in the direction in which the teeth 42 protrude is a triangle. Thereby, the part where the cross section of the teeth 42 became diagonal can be filled with the coil 5B, and the space factor of the coil 5B can be improved.
  • 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 2 a in the shaft 2.
  • the refrigerant C may circulate through the gap between the rotor 3 and the stator 4.
  • a liquid such as oil or a gas such as air can be used.
  • a configuration in which the inside of the motor 1 is naturally cooled may be used.
  • heat is radiated from the first turn of the coils 5A and 5B to the space between the rotor 3 and the stator 4, and the thermal efficiency of the coils 5A and 5B can be averaged.
  • an example of the motor 1 of the present embodiment includes the stator 4 having the stator core 41, the teeth 42 protruding from the stator core 41 in a predetermined protruding direction, and n (n is an integer of 3 or more) in the teeth 42. And a coil 5A composed of the first to n-th turns wound.
  • the k-th (k is an integer, 1 ⁇ k ⁇ n) turn of the coil 5A is located in the center of the range where the coil 5A is wound around the teeth 42.
  • the cross-sectional area of the coil 5A located at both ends of the coil 5A is larger than the cross-sectional area of the coil 5A at the central portion, heat is radiated from the central portion of the coil 5A where heat tends to accumulate toward both ends of the coil 5A. It becomes easy to do. Therefore, the thermal efficiency can be averaged by the coil 5A. Therefore, the highly efficient motor 1 can be realized by further enhancing the heat dissipation effect by the coil 5A.
  • the cross-sectional area at the k-th turn of the coil 5A is the smallest among the cross-sectional areas at the first to n-th turns.
  • the cross-sectional area of the coil 5A may gradually increase from the k-th turn to the first turn and gradually increase from the k-th turn to the n-th turn.
  • FIG. 1 Another example of the motor 1 according to the present embodiment is a stator 4 having a stator core 41, teeth 42 protruding from the stator core 41 in a predetermined protruding direction, and n (n is an even number of 4 or more) in the teeth 42. And a coil 5B composed of first to n-th turns wound.
  • the jth and (j + 1) th turns of the coil 5B (j is an integer, 1 ⁇ j ⁇ n-1) is within the range where the coil 5B is wound around the teeth 42. The two turns closest to the center.
  • the cross-sectional areas at the (j ⁇ 1) th turn and the (j + 2) th turn are larger than the cross-sectional areas at the jth turn and the (j + 1) th turn.
  • the motor according to the present disclosure further enhances the heat dissipation effect by the coil, and thus 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、ステータコアから所定の突出方向に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３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。ティースがステータコアから突出方向において、ティースにコイルが巻回された範囲の中央に、コイルの第ｋ（ｋは整数であり、１＜ｋ＜ｎ）ターンが位置している。コイルをティースの突出方向に沿って切断したときの第１ターンおよび第ｎターンにおける断面積は、第ｋターンにおける断面積よりも大きい。

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することができる。
　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）。
　従来、鋳造または成形などによってコイルを形成する場合、コイルの断面積は、抵抗均一化のために、均一にされていた。一方、モータ効率を低下させる要因の１つに熱があり、ジュール熱の発生により、コイルに熱が溜まりやすい。また、コイルで発生した熱の放散経路は、コイルに近接する部材の配置または冷媒の流路等により異なるため、コイル内での熱分布は一様ではなく、特にコイルの中央部分に熱がこもりやすい。ところが、コイルの断面積は均一であったので、コイルによる放熱効果はその断面積に律束されていた。
独国特許出願公開第１０２０１２２１２６３７号明細書
　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、コイルによる放熱効果をより高めて、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一態様のモータは、ステータコアと、ステータコアから所定の突出方向に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３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。ティースがステータコアから突出方向において、ティースにコイルが巻回された範囲の中央に、コイルの第ｋ（ｋは整数であり、１＜ｋ＜ｎ）ターンが位置している。コイルをティースの突出方向に沿って切断したときの第１ターンおよび第ｎターンにおける断面積は、第ｋターンにおける断面積よりも大きい。
　この構成によれば、コイルの両端に位置するコイルの断面積が中央部分におけるコイルの断面積よりも大きいので、熱が溜まりやすいコイルの中央部分からコイルの両端に向けて放熱しやすくなる。よって、コイルで熱効率を平均化させることができる。したがって、コイルによる放熱効果をより高めることによって、高効率のモータを実現することができる。
　また、モータにおいて、コイルの第ｋターンにおける断面積は、第１～第ｎターンにおける断面積の中で最小である。コイルの断面積は、第ｋターンから第１ターンにかけて徐々に大きくなり、かつ、第ｋターンから第ｎターンにかけて徐々に大きくなっている、としてもよい。
　ここに開示する技術の別の一態様のモータは、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４以上の偶数）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。ティースがステータコアから突出する方向において、コイルの第ｊおよび第（ｊ＋１）ターン（ｊは整数であり、１＜ｊ＜ｎ－１）が、ティースにコイルが巻回された範囲の中央に最も近くに位置する２つのターンである。コイルをティースのステータコアからの突出方向に沿って切断したときの第（ｊ－１）ターンおよび第（ｊ＋２）ターンにおける断面積は、第ｊターンおよび第（ｊ＋１）ターンにおける断面積よりも大きい。
　この構成によれば、熱が溜まりやすいコイルの中央部分からその両側に向けて放熱しやすくなる。よって、コイルで熱効率を平均化させることができる。したがって、コイルによる放熱効果をより高めることによって、高効率のモータを実現することができる。
　本開示によれば、コイルによる放熱効果をより高めて、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。 図１Ｃの別の部分拡大図である。 図１Ｃのさらに別の部分拡大図である。 図１Ｃの他の部分拡大図である。 図１Ｃのさらに他の部分拡大図である。 実施形態に係るモータのコイルのターン数を６とした場合の構成を示す断面図である。 図７の別の断面図である。 図７のさらに別の断面図である。 図７の他の断面図である。 図７のさらに他の断面図である。
　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おり、モータ１の内部で循環して流れている。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１の外側に位置し、ティース４２はモータ１の中心側に位置する。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５ターン巻回されている。Ａ１～Ａ５はそれぞれ、第１ターンから第５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～Ａ５はそれぞれ、当該ターンＡ１～Ａ５の断面積を表す場合もある。
　本実施形態では、コイル５Ａの各ターンにおける断面積は均一ではなく、異なっている。Ｒ方向において、ティース４２にコイル５Ａが巻回された範囲を範囲Ｗとする。ここでは、範囲Ｗの中央に、コイル５Ａの第３ターンＡ３が位置している。コイル５Ａの第３ターンＡ３は、範囲Ｗの両端に位置している、第１ターンＡ１及び第５ターンＡ５よりも断面積が小さい。
　図２の構成では、コイル５Ａの第３ターンＡ３は、第１～第５ターンＡ１～Ａ５の中で、断面積が最小である。第３ターンから第１ターンにかけて、断面積は徐々に大きくなっている（Ａ３＜Ａ２＜Ａ１）。第３ターンから第５ターンにかけて、断面積は徐々に大きくなっている（Ａ３＜Ａ４＜Ａ５）。言い換えると、コイル５Ａの断面積は、範囲Ｗにおいて、中央から両端にかけて徐々に大きくなっている。
　このような構成とすることで、コイル５Ａの外側のターン、すなわち第５ターンからステータコア４１に向けて放熱されやすくなる。コイル５Ａの内側のターン、すなわち第１ターンからモータ１の中心側にあるシャフト２内を流れる冷媒Ｃを介して放熱されやすくなる。ティース４２の熱が溜まりやすいコイル５Ａの中央部分、この場合で言えば第３ターンの熱は、その両側に位置するターン、つまり第１及び第２ターンを介してモータ１の中心側に、及び、第４及び第５ターンを介してステータコア４１に放熱される。このように、コイル５Ａにおいて、両端に位置する部分の断面積を、熱が溜まりやすい中央部分の断面積よりも大きくすることによって、コイル５Ａ内で熱効率を平均化させることができる。
　コイルのターン数が５以外の奇数であっても、ここで説明したものと同様に構成すればよい。すなわち、ティース４２にコイル５Ａがｎ（ｎは３以上の整数）ターン巻回された範囲の中央に、コイル５Ａの第ｋ（ｋは整数であり、１＜ｋ＜ｎ）ターンが位置している。コイル５Ａをティース４２のステータコア４１からの突出方向に沿って切断したときの第１ターンおよび第ｎターンにおける断面積は、第ｋターンにおける断面積よりも大きくすればよい。
　ここで、ターンＡ１の断面は、対向する辺が平行でない四角形である。これにより、コイル５Ａの占積率を向上させることができる。
　図３は、図１Ｃの別の部分拡大図である。図４は、図１Ｃのさらに別の部分拡大図である。図３において、コイル５Ａの断面は、台形である。コイル５Ａの断面を台形にすることにより、コイル５Ａの占積率を向上させることができる。また、ティース４２とは反対側のコイル５Ａの側面は、直線状である。図４に示すように、ティース４２とは反対側のコイル５Ａの側面を直線状に整列することにより、隣り合うティース４２に巻回されたコイル５Ａ同士の間隔を均等に保ち、接触による被膜損傷を低減することができる。
　図５は、図１Ｃの他の部分拡大図である。図５において、コイル５Ａの断面は、平行四辺形である。コイルの断面を平行四辺形にすることにより、コイル５Ａの占積率を向上させることができるとともに、図４で示したように、隣り合うティース４２に巻回されたコイル５Ａ同士の間隔を均等に保ち接触による被膜損傷を低減することができつつ、冷媒Ｃがティース４２とコイル５の間に形成される隙間を流れやすくなる。
　図６は、図１Ｃのさらに他の部分拡大図である。図６において、ティース４２の突出する方向において、ステータコア４１とは最も反対側に位置する、コイル５ＡのターンＡ０の断面が三角形である。これにより、ティース４２の断面が斜めになった部分をコイル５Ａによって埋めることができ、コイル５Ａの占積率を向上させることができる。
　ターン数は偶数であってもよい。図７は、実施形態に係るモータのコイルのターン数を６とした場合の構成を示す断面図である。図７は、図２と同様に、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５Ｂとを示している。コイル５Ｂは、コイル５Ａと同様に、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５Ｂ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、コイル５Ｂは、ティース４２に６ターン巻回されている。Ｂ１～Ｂ６はそれぞれ、第１ターンから第６ターンにおけるコイル５Ｂを断面で示している。符号Ｂ１～Ｂ６はそれぞれ、当該Ｂ１～Ｂ６の断面積を表す場合もある。
　図７の構成では、範囲Ｗの中央に最も近く位置するコイル５Ｂの２つのターンは、第３および第４ターンである。範囲Ｗの中央近くに、第３および第４ターンＢ３，Ｂ４が位置している。第３および第４ターンＢ３，Ｂ４は、その両側に位置している、第２ターンＢ２や第５ターンＢ５よりも、断面積が小さい。なお、この場合、断面積Ｂ３，Ｂ４は、同じであってもよいし、いずれか一方がより大きくてもかまわない。
　このように、コイル５Ｂにおいて、中央部分の断面積よりもその両側に位置する部分の断面積を大きくすることで、ティース４２の熱が溜まりやすいコイル５Ｂの中央部分からコイル５Ｂの外部に向けて確実に放熱させることができる。
　なお、コイルのターン数が６以外の偶数であっても、ここで説明したものと同様に構成すればよい。すなわち、ティース４２がステータコア４１から突出する方向において、コイル５Ｂの第ｊおよび第（ｊ＋１）ターン（ｊは整数であり、１＜ｊ＜ｎ－１）が、ティース４２にコイル５Ｂが巻回された範囲の中央に最も近くに位置する２つのターンである。コイル５Ｂをティース４２のステータコア４１からの突出方向に沿って切断したときの第（ｊ－１）ターンおよび第（ｊ＋２）ターンにおける断面積は、第ｊターンおよび第（ｊ＋１）ターンにおける断面積よりも大きくすればよい。
　ここで、ターンＢ１の断面は、対向する辺が平行でない四角形である。これにより、コイル５Ｂの占積率を向上させることができる。
　図８は、図７の別の部分拡大図である。図９は、図７のさらに別の部分拡大図である。図８において、コイル５Ｂの断面は、台形である。コイル５Ｂの断面を台形にすることにより、コイル５Ｂの占積率を向上させることができる。また、ティース４２とは反対側のコイル５Ｂの側面は、直線状である。図９に示すように、ティース４２とは反対側のコイル５Ｂの側面を直線状にすることにより、隣り合うティース４２に巻回されたコイル５Ｂ同士の間隔を均等に保ち、接触による被膜損傷を低減することができる。
　図１０は、図７の他の部分拡大図である。図１０において、コイル５Ｂの断面は、平行四辺形である。コイルの断面を平行四辺形にすることにより、コイル５Ｂの占積率を向上させることができるとともに、図９で示したように、隣り合うティース４２に巻回されたコイル５Ｂ同士の間隔を均等に保ち接触による被膜損傷を低減することができつつ、冷媒Ｃがティース４２とコイル５Ｂの間に形成される隙間を流れやすくなる。
　図１１は、図７のさらに他の部分拡大図である。図１１において、ティース４２の突出する方向において、ステータコア４１とは最も反対側に位置する、コイル５ＢのターンＢ０の断面が三角形である。これにより、ティース４２の断面が斜めになった部分をコイル５Ｂによって埋めることができ、コイル５Ｂの占積率を向上させることができる。
　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。しかし、例えば、冷媒Ｃがロータ３とステータ４との間の隙間を循環して流れるようにしてもよい。冷媒Ｃとして、例えば油等の液体、または空気等の気体を用いることができる。また、モータ１の仕様等によっては、モータ１の内部が自然空冷される構成であってもよい。この場合においても、ロータ３とステータ４との間の空間に、コイル５Ａ，５Ｂの第１ターンから放熱されて、コイル５Ａ，５Ｂの熱効率を平均化できる。
　以上のように、本実施の形態のモータ１の一例は、ステータコア４１と、ステータコア４１から所定の突出方向に突出したティース４２とを有するステータ４と、ティース４２にｎ（ｎは３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。ティース４２がステータコア４１から突出方向において、ティース４２にコイル５Ａが巻回された範囲の中央に、コイル５Ａの第ｋ（ｋは整数であり、１＜ｋ＜ｎ）ターンが位置している。コイル５Ａをティース４２の突出方向に沿って切断したときの第１ターンおよび第ｎターンにおける断面積は、第ｋターンにおける断面積よりも大きい。
　この構成によれば、コイル５Ａの両端に位置するコイル５Ａの断面積が中央部分におけるコイル５Ａの断面積よりも大きいので、熱が溜まりやすいコイル５Ａの中央部分からコイル５Ａの両端に向けて放熱しやすくなる。よって、コイル５Ａで熱効率を平均化させることができる。したがって、コイル５Ａによる放熱効果をより高めることによって、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ターンにおける断面積は、第１～第ｎターンにおける断面積の中で最小である。コイル５Ａの断面積は、第ｋターンから第１ターンにかけて徐々に大きくなり、かつ、第ｋターンから第ｎターンにかけて徐々に大きくなっている、としてもよい。
　また、本実施の形態のモータ１の別の例は、ステータコア４１と、ステータコア４１から所定の突出方向に突出したティース４２とを有するステータ４と、ティース４２にｎ（ｎは４以上の偶数）ターン巻回された第１～第ｎターンからなるコイル５Ｂとを備える。ティース４２がステータコア４１から突出方向において、コイル５Ｂの第ｊおよび第（ｊ＋１）ターン（ｊは整数であり、１＜ｊ＜ｎ－１）が、ティース４２にコイル５Ｂが巻回された範囲の中央に最も近くに位置する２つのターンである。コイル５Ｂをティース４２の突出方向に沿って切断したときの第（ｊ－１）ターンおよび第（ｊ＋２）ターンにおける断面積は、第ｊターンおよび第（ｊ＋１）ターンにおける断面積よりも大きい。
　この構成によれば、熱が溜まりやすいコイル５Ｂの中央部分からその両側に向けて放熱しやすくなる。よって、コイル５Ｂで熱効率を平均化させることができる。したがって、コイル５Ｂによる放熱効果をより高めることによって、高効率のモータを実現することができる。
　本開示に係るモータは、コイルによる放熱効果をより高めるので、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，５Ｂ　　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
　Ａ１～Ａ５　　コイル５Ａの各ターンにおける断面
　Ｂ１～Ｂ６　　コイル５Ｂ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 (11)

  1. ステータコアと、前記ステータコアから所定の突出方向に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３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、
    前記ティースが前記突出方向において、前記ティースに前記コイルが巻回された範囲の中央に、前記コイルの第ｋ（ｋは整数であり、１＜ｋ＜ｎ）ターンが位置しており、
    前記コイルを前記ティースの前記突出方向に沿って切断したときの第１ターンおよび第ｎターンにおける断面積は、第ｋターンにおける断面積よりも大きいモータ。
  2. 前記コイルの第ｋターンにおける断面積は、第１～第ｎターンにおける断面積の中で最小であり、
    前記コイルの断面積は、第ｋターンから第１ターンにかけて徐々に大きくなり、かつ、第ｋターンから第ｎターンにかけて徐々に大きくなっている請求項１記載のモータ。
  3. 前記コイルの一部の断面が、対向する辺が平行でない四角形である請求項１記載のモータ。
  4. 前記コイルの断面が台形である請求項１記載のモータ。
  5. 前記コイルの断面が平行四辺形である請求項１記載のモータ。
  6. 前記突出方向において、前記ステータコアとは最も反対側に位置する、前記コイルの前記第１ターンの断面が三角形である請求項１記載のモータ。
  7. ステータコアと、前記ステータコアから所定の突出方向に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４以上の偶数）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、
    前記ティースが前記突出方向において、前記コイルの第ｊおよび第（ｊ＋１）ターン（ｊは整数であり、１＜ｊ＜ｎ－１）が、前記ティースに前記コイルが巻回された範囲の中央に最も近くに位置する２つのターンであり、
    前記コイルを前記ティースの前記突出方向に沿って切断したときの第（ｊ－１）ターンおよび第（ｊ＋２）ターンにおける断面積は、第ｊターンおよび第（ｊ＋１）ターンにおける断面積よりも大きいモータ。
  8. 前記コイルの一部の断面が、対向する辺が平行でない四角形である請求項７記載のモータ。
  9. 前記コイルの断面が台形である請求項７記載のモータ。
  10. 前記コイルの断面が平行四辺形である請求項７記載のモータ。
  11. 前記突出方向において、前記ステータコアとは最も反対側に位置する、前記コイルの前記第１ターンの断面が三角形である請求項７記載のモータ。
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