WO2021176855A1 - スロットレスモータ - Google Patents

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WO2021176855A1
WO2021176855A1 PCT/JP2021/001279 JP2021001279W WO2021176855A1 WO 2021176855 A1 WO2021176855 A1 WO 2021176855A1 JP 2021001279 W JP2021001279 W JP 2021001279W WO 2021176855 A1 WO2021176855 A1 WO 2021176855A1
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coils
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山下 祐司
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株式会社デンソー
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    • H02K3/28Layout of windings or of connections between windings
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    • H02K21/12Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/22Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating around the armatures, e.g. flywheel magnetos
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    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K3/04Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/12Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots

Definitions

  • This disclosure relates to slotless motors.
  • the slotless motor disclosed in Patent Document 1 includes a stator having a coil assembly in which a plurality of coils are combined.
  • the plurality of coils constituting the coil assembly all have a fan-shaped cross-sectional shape orthogonal to the axial direction.
  • the coils are relatively moved in the axial direction and assembled to prevent interference between the coils and enable the assembly.
  • An object of the present disclosure is to provide a slotless motor having a structure in which at least one last coil (first coil) can be assembled from the inside in the radial direction.
  • the slotless motor according to the first aspect of the present disclosure is a slotless motor including a permanent magnet, a rotor rotating around a rotation axis, and a stator having a coil assembly in which a plurality of coils are combined.
  • the coil is an air-core coil having a pair of effective coil portions and a pair of coil end portions formed on both sides of the pair of effective coil portions in the axial direction, and the coil assembly is made of the plurality of coils.
  • the effective coil portions are arranged side by side in the circumferential direction, and the coil center line connecting the center of the stator and the center of the coil is parallel to the coil center line and is parallel to the coil center line.
  • the slotless motor according to the second aspect of the present disclosure is a slotless motor including a rotor having a permanent magnet and rotating around a rotation axis, and a stator having a coil assembly in which a plurality of coils are combined.
  • the coil is an air-core coil having a pair of effective coil portions and a pair of coil end portions formed on both sides of the pair of effective coil portions in the axial direction, and the coil assembly is one of the coils.
  • the effective coil portions are arranged side by side in the circumferential direction so that the effective coil portions are arranged in the air core portions of the adjacent coils, and the coil end portion has a diameter between the one coil and the adjacent coils.
  • the coil which is offset in the direction and whose coil end is located inside in the radial direction, is used as the first coil, the coil located outside in the radial direction is used as the second coil, and the back yoke is located outward in the radial direction of the second coil.
  • the first coil center line connecting the center of the stator and the center of the first coil and the coil parallel to the first coil center line and passing through the outer end in the circumferential direction of the effective coil portion. It is a slotless motor in which the first coil adjacent to the outer wire does not intervene.
  • At least the last coil (first coil) can be assembled from the inside in the radial direction.
  • the drawing is It is a schematic cross-sectional view of the slotless motor of 1st Embodiment. It is a perspective view which shows the coil assembly of 1st Embodiment. It is an enlarged cross-sectional view (cross-sectional view orthogonal to the axial direction) of the coil assembly of 1st Embodiment. It is a perspective view of the 1st shape coil. It is a perspective view of the 2nd shape coil. It is a figure which shows the arrangement of the coil lead wire in the cross section of the effective coil part of the 1st shape coil.
  • FIG. 8 is a perspective view in which the housing is omitted.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view (cross-sectional view orthogonal to the axial direction) of the stator in which the housing shown in FIG. 10 is omitted.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic arrangement relationship of the components of the slotless motor 100.
  • the slotless motor 100 includes a case 110, a stator 200, and a rotor 300.
  • the slotless motor 100 is an inner rotor type motor having a radial gap structure.
  • the axial direction means a direction parallel to the central axis C of the rotor 300
  • the radial direction is a direction perpendicular to the central axis C of the rotor 300 and is outside the central axis C. It means the direction extending radially
  • the circumferential direction means the circumferential direction about the central axis C of the rotor 300.
  • the rotor 300 has a rotor shaft 310 that rotates around the central shaft C, and a permanent magnet 320 provided on the outside of the rotor shaft 310. Both ends of the rotor shaft 310 are rotatably supported by the case 110.
  • the stator 200 is housed in the case 110.
  • the stator 200 includes a coil back yoke 250 and a coil assembly 230 formed by combining a plurality of coils 210 and 220.
  • the coil back yoke 250 is made of a magnetic material and has a cylindrical shape.
  • the coil assembly 230 is fixed inside the coil back yoke 250.
  • FIG. 2 is a perspective view of the coil assembly 230.
  • the plurality of coils 210 and 220 constituting the coil assembly 230 include N first-shaped coils 210 and N second-shaped coils 220.
  • N is an integer of 2 or more, and is 6 in the present embodiment shown in the drawings.
  • the first shape coil 210 and the second shape coil 220 have different shapes from each other.
  • the first-shape coil 210 and the second-shape coil 220 are molded with a resin having excellent thermal conductivity, insulation, and rigidity.
  • the coil conductors constituting the coils 210 and 220 are connected to a connection board (not shown), respectively.
  • the first shape coil 210 corresponds to the first coil
  • the second shape coil 220 corresponds to the second coil.
  • both the first shape coil 210 and the second shape coil 220 are air core coils having air core portions 213 and 223.
  • the first shape coil 210 and the second shape coil 220 both have a pair of effective coil portions 214 and 224 parallel to each other and a pair of coil end portions on both sides of the pair of effective coil portions 214 and 224. It has 211,221 and.
  • the pair of effective coil portions 214 and 224 are two parallel coil portions extending in the axial direction.
  • Air core portions 213 and 223, which are spaces, are formed between the pair of effective coil portions 214 and 224.
  • the coil back yoke 250 is provided at a position corresponding to the effective coil portions 214 and 224 in the axial direction.
  • the first shape coil 210 and the second shape coil 220 have different configurations of a pair of coil end portions 211 and 221. Specifically, the pair of coil end portions 211 of the first shape coil 210 are located at the same positions in the radial direction as the effective coil portion 214. On the other hand, the pair of coil end portions 221 of the second shape coil 220 are located at positions radially outside the effective coil portion 224. Therefore, in the second shape coil 220, a bent portion 225 is formed between the effective coil portion 224 and the coil end portion 221. On the other hand, in the first shape coil 210, a bent portion is not formed between the effective coil portion 214 and the coil end portion 211.
  • first shape coil 210 and the second shape coil 220 have different cross-sectional shapes (specifically, cross-sectional shapes orthogonal to the axial direction) of the effective coil portions 214 and 224. This point will be described later.
  • the coil assembly 230 is manufactured by first arranging N second-shaped coils 220 and then assembling the first-shaped coils 210 from the radial inside to the arranged N second-shaped coils 220. can.
  • the radial outer surfaces of the effective coil portions 214 and 224 of the coils 210 and 220 are adhesively fixed to the radial inner surface of the cylindrical coil back yoke 250. And place it.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the coil assembly 230, specifically, an enlarged cross-sectional view at a position corresponding to the effective coil portions 214 and 224 in the axial direction.
  • the air core portion 213 (FIG. 4) of the first shape coil 210 accommodates the effective coil portion 224 of the second shape coil 220, and the second shape coil 220.
  • the effective coil portion 214 of the first shape coil 210 is housed in the air core portion 223 (FIG. 5) of the first shape coil 210.
  • the effective coil portion 214 of the first shape coil 210 and the effective coil portion 224 of the second shape coil 220 are arranged side by side in the circumferential direction. Therefore, the effective coil portions 224 of the first shape coil 210 and the second shape coil 220 do not overlap in the radial direction.
  • the coil end portion 211 of the first shape coil 210 overlaps the coil end portion 221 of the second shape coil 220 in the radial direction.
  • the coil end portion 211 of the second shape coil 220 is arranged radially outward with respect to the coil end portion 211 of the first shape coil 210.
  • the effective coil portion 214 of the first shape coil 210 has a parallelogram cross-sectional shape
  • the effective coil portion 224 of the second shape coil 220 has a rectangular cross-sectional shape. ing.
  • the pair of effective coil portions 214 and 214 of the first shape coil 210 and the effective coil portion 224 of the second shape coil 220 arranged in the air core portion 213 of the first shape coil 210 are combined.
  • the gaps between the four effective coil portions 214, 224, 224, and 214 in the circumferential direction are small.
  • the side surface 214s of the effective coil portion 214 of the first shape coil 210 is formed substantially parallel to the coil center line L1 of the first shape coil 210.
  • the coil center line L1 means a straight line connecting the center of the stator 200 (corresponding to the rotation axis C) and the centers of the coils 210 and 220.
  • the slotless motor 100 includes a rotor 300 and a stator 200.
  • the rotor 300 has a permanent magnet 320 and rotates around a rotation axis C.
  • the stator 200 has a coil assembly 230 in which a plurality of coils 210 and 220 are combined.
  • Each of the plurality of coils 210 and 220 is an air core having a pair of effective coil portions 214 and 224 and a pair of coil end portions 211 and 221 formed on both sides of the pair of effective coil portions 214 and 224 in the axial direction. It is a coil.
  • the effective coil portions 214 and 224 are arranged side by side in the circumferential direction so that the effective coil portions 214 and 224 of one coil 210 and 220 are arranged in the air core portions 213 and 223 of the adjacent coils 210 and 220. There is. Further, the coil end portions 211 and 221 are offset in the radial direction between one coil 210 and 220 and the adjacent coils 210 and 220.
  • the first shape coil 210 which is a coil whose coil end portion 211 is located inside in the radial direction
  • the second shape coil 220 which is a coil located outside in the radial direction
  • the other first coil 210 adjacent to each other does not intervene between the coil center line L1 of the first coil 210 and the coil outer line L2.
  • the coil outer line L2 means a straight line that is parallel to the coil center line L1 and passes through the outer end portions of the effective coil portions 214 and 224 in the circumferential direction. Therefore, when assembling the coil assembly 230, one first coil 210 can be assembled from the inside in the radial direction even when all the other first coils 210 are arranged. This is because when one first coil 210 is assembled from the inside in the radial direction along the coil center line L1, the other first coil 210 is arranged so as not to interfere with each other.
  • the cross-sectional shapes of the effective coil portions 214 and 224 are parallelograms, aligned winding is easy and a high space factor can be realized. This is because if the cross-sectional shape is a parallelogram, the coil conductors constituting the coils 210 and 220 can be uniformly arranged in the coil cross-section.
  • a predetermined number (5) of coil conductors are arranged along the side extending in the left-right direction in the figure, and a predetermined number (9) are arranged along the side extending in the vertical direction in the figure.
  • the coil conductors of this are arranged, if the coil cross section is a parallel quadrilateral, the coil conductors can be uniformly arranged in the coil cross section.
  • the "parallelogram" in the present disclosure is a concept including a rectangle.
  • the cross-sectional shape of the effective coil portion 214 of the first shape coil 210 is a parallelogram having a deeper angle than the cross-sectional shape of the effective coil portion 224 of the second shape coil 220. Therefore, the gap between the effective coil portion 214 of the first shape coil 210 and the effective coil portion 224 of the second shape coil 220 in the circumferential direction can be reduced.
  • the parallelogram with a deep angle means a parallelogram having a large absolute value of (90 ° - ⁇ ) when the angle of the internal angle of the parallelogram is ⁇ .
  • the effective coil portion 224 of the second shape coil 220 has a rectangular cross-sectional shape
  • the effective coil portion 224 of the second shape coil 220 is limited to this. Instead, it may have a parallelogram shape that is not rectangular, or it may have a trapezoidal shape.
  • the side surface 224s of the effective coil portion 224 of the second shape coil 220 housed in the air core portion 213 of the first shape coil 210 may be formed parallel to the coil center line L1 of the first shape coil 210. ..
  • the first shape coil 210 may be formed in parallel with the coil center line L1.
  • the plurality of coils 210 and 220 constituting the coil assembly 230 include N first-shaped coils 210 and N second-shaped coils 220.
  • N is an integer of 2 or more, and is 6 in the present embodiment shown in the drawings.
  • the first shape coil 210 and the second shape coil 220 have different shapes from each other.
  • the first shape coil 210 corresponds to the first coil
  • the second shape coil 220 corresponds to the second coil.
  • Both the first shape coil 210 and the second shape coil 220 have a pair of effective coil portions 214 and 224 parallel to each other, and a pair of coil end portions 211 and 221 on both sides of the pair of effective coil portions 214 and 224.
  • the effective coil portions 214 and 224 are two parallel coil portions extending in a direction parallel to the central axis C of the rotor 300.
  • a space (referred to as air core portions 213 and 223) is formed between the pair of effective coil portions 214 and 224.
  • Both the first-shape coil 210 and the second-shape coil 220 are formed by winding coil conductors around housings 410 and 420 made of synthetic resin or the like.
  • the housings 410 and 420 have inner plates 411 and 421, outer plates 421 and 422, and bobbin portions 413 and 423 around which coil windings are wound.
  • the inner plates 411 and 421 and the outer plates 421 and 422 form an arcuate surface centered on the central axis C of the stator 200 when viewed from the axial direction.
  • the bobbin portions 413 and 423 connect the inner plates 411 and 421 and the outer plates 421 and 422.
  • the bobbin portions 413 and 423 are located at the air core portions 213 and 223.
  • housings 410 and 420 have protrusions 414 and 424 protruding outward in the radial direction from the outer plates 421 and 422.
  • a pair of protrusions 414 and 424 are provided side by side in the axial direction, and a coil back yoke 250 is arranged between the pair of protrusions 414 and 424.
  • the housing corresponding to the first shape coil 210 (first housing 410) and the housing corresponding to the second shape coil 220 (second housing 420) have different shapes.
  • the first-shape coil 210 and the second-shape coil 220 have different cross-sectional shapes (specifically, cross-sectional shapes orthogonal to the axial direction) of the effective coil portions 214 and 224. This point will be described later.
  • the coil assembly 230 can be manufactured by first arranging N second-shaped coils 220 and then assembling the first-shaped coils 210 from the radial inside of the N second-shaped coils 220.
  • the first shape coil 210 and the second shape coil 220 are alternately arranged along the circumferential direction.
  • the coils 210 and 220 are arranged inside the cylindrical coil back yoke 250 in the radial direction.
  • both the effective coil portion 214 of the first shape coil 210 and the effective coil portion 224 of the second shape coil 220 have a parallelogram cross-sectional shape.
  • the side surface 214s of the effective coil portion 214 of the first shape coil 210 is formed parallel to the coil center line L1 of the first shape coil 210.
  • the side surface 224s of the effective coil portion 224 of the second shape coil 220 is formed parallel to the coil center line L1 of the first coil 210 adjacent to the second coil 220.
  • the cross-sectional shape of the effective coil portion 224 of the second shape coil 220 is a parallelogram having a deeper angle than the cross-sectional shape of the effective coil portion 214 of the first shape coil 210.
  • each of the plurality of coils 210 and 220 constituting the coil assembly 230 is a pair of effective coil portions 214 and 224 and a pair of coils formed on both sides of the pair of effective coil portions 214 and 224 in the axial direction.
  • An air-core coil having an end portion.
  • the effective coil portions 214 and 224 of the plurality of coils 210 and 220 are arranged side by side in the circumferential direction.
  • the N equal dividing lines L1 connecting the center C of the stator 200 and the centers of the coils 210 and 220 and the equal dividing lines L1 are parallel and effective.
  • the cross-sectional shapes of the effective coil portions 214 and 224 are parallelograms, aligned winding is easy and a high space factor can be realized.
  • the cross-sectional shape of the effective coil portion 224 of the second shape coil 220 is a parallelogram having a deeper angle than the cross-sectional shape of the effective coil portion 214 of the first shape coil 210. Therefore, the gap between the effective coil portion 214 of the first shape coil 210 and the effective coil portions 224, 224 of the second shape coil 220 facing each other in the circumferential direction can be reduced.
  • the parallelogram with a deep angle means a parallelogram having a large absolute value of (90 ° - ⁇ ) when the angle of the internal angle of the parallelogram is ⁇ .
  • the surfaces of the effective coil portion 214 of the first shape coil 210 and the effective coil portion 224 of the second shape coil 220 facing each other in the circumferential direction are parallel to each other, so that the gap between the two is reduced. It is advantageous for.
  • the side surface 214s of the effective coil portion 214 of the first shape coil 210 and the side surface 224s of the effective coil portion 224 of the second shape coil 220 are both the coil center line L1 of the first shape coil 210. Since it is formed in parallel with, the gap between the first shape coil 210 and the second shape coil 220 can be reduced, and the angle of the parallel quadrilateral, which is the cross-sectional shape of each effective coil portion 214, 224, becomes too deep. Can be suppressed.
  • the effective coil portion 224 of the second shape coil 220 has a parallelogram cross-sectional shape
  • the effective coil portion 224 of the second shape coil 220 includes this. It is not limited, and may have a trapezoidal cross-sectional shape instead of a parallelogram cross-sectional shape.
  • the electromechanical device having an inner rotor structure in which the rotor is arranged inside the coil assembly has been described.
  • the present disclosure describes electricity in an outer rotor structure in which the rotor is arranged outside the coil assembly. It can also be applied to mechanical devices.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

スロットレスモータ(100)は、ロータ(300)と、複数のコイル(210,220)が組み合わされたコイルアセンブリ(230)を有するステータ(200)と、を備える。コイルは、一対の有効コイル部(214,224)と、一対のコイルエンド部(211)と、を有する空芯コイルである。コイルアセンブリは、一のコイルの有効コイル部が、隣り合うコイルの空芯部(213,223)に配置されるように、有効コイル部が周方向に並んで配置される。コイルエンド部が径方向内側に位置する第一コイル(210)の中心線(L1)と、第一コイルのコイル外郭線(L2)と、の間に隣り合う第一コイルが介在しない。

Description

スロットレスモータ 関連出願の相互参照
 本出願は、2020年3月6日に出願された日本出願番号2020-039228号に基づくものであって、その優先権の利益を主張するものであり、その特許出願の全ての内容が、参照により本明細書に組み入れられる。
 本開示は、スロットレスモータに関する。
 特許文献1に開示されたスロットレスモータは、複数のコイルが組み合わされたコイルアセンブリを有するステータを備えている。そして、コイルアセンブリを構成する複数のコイルは、すべて、軸方向に直交する断面形状が扇形とされている。コイルアセンブリを組み立てる際には、コイルを軸方向に相対的に移動させて組み付けることでコイル同士の干渉を防止して組付を可能としている。
国際公開第2018/139245号
 上記特許文献1の技術では、コイルアセンブリを構成する複数のコイルのうち最後に残ったコイルを径方向内側から組付けようとしても、既に配置された複数のコイルが最後のコイルに干渉してしまうため、組付が不可能である。
 本開示は、少なくとも最後の1つのコイル(第一コイル)を径方向内側から組付けることができる構造を有するスロットレスモータを提供することを目的とする。
 本開示の第1態様に係るスロットレスモータは、永久磁石を有し、回転軸周りに回転するロータ、複数のコイルが組み合わされたコイルアセンブリを有するステータと、を備えるスロットレスモータであって、前記コイルは、一対の有効コイル部と、前記一対の有効コイル部の軸方向両側に形成された一対のコイルエンド部と、を有する空芯コイルであり、前記コイルアセンブリは、前記複数のコイルの前記有効コイル部が周方向に並んで配置されており、前記複数のコイルの中には、前記ステータの中心と当該コイルの中心とを結ぶコイル中心線と、前記コイル中心線と平行であり当該コイルの前記有効コイル部の周方向外側端部を通るコイル外郭線と、の間に他のコイルが介在しないコイルである第一コイルが存在する、スロットレスモータである。
 本開示の第2態様に係るスロットレスモータは、永久磁石を有し、回転軸周りに回転するロータと、複数のコイルが組み合わされたコイルアセンブリを有するステータと、を備えるスロットレスモータであって、前記コイルは、一対の有効コイル部と、前記一対の有効コイル部の軸方向両側に形成された一対のコイルエンド部と、を有する空芯コイルであり、前記コイルアセンブリは、一の前記コイルの前記有効コイル部が隣り合う前記コイルの空芯部に配置されるように前記有効コイル部が周方向に並んで配置され、前記一のコイルと前記隣り合うコイルとで前記コイルエンド部が径方向にオフセットされており、前記コイルエンド部が径方向内側に位置する前記コイルを第一コイル、径方向外側に位置する前記コイルを第二コイルとし、前記第二コイルの径方向外側にバックヨークが配置される場合、前記ステータの中心と前記第一コイルの中心とを結ぶ第一コイル中心線と、前記第一コイル中心線と平行であり前記有効コイル部の周方向外側端部を通るコイル外郭線と、の間に隣り合う前記第一コイルが介在しない、スロットレスモータである。
 この様に構成することで、少なくとも最後の1つのコイル(第一コイル)を径方向内側から組付けることができる。
 本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
第一実施形態のスロットレスモータの模式的な断面図である。 第一実施形態のコイルアセンブリを示す斜視図である。 第一実施形態のコイルアセンブリの拡大断面図(軸方向に直交する断面図)である。 第一形状コイルの斜視図である。 第二形状コイルの斜視図である。 第一形状コイルの有効コイル部の断面におけるコイル用導線の配列を示す図である。 第二形状コイルの有効コイル部の断面におけるコイル用導線の配列を示す図である。 第二実施形態のスロットレスモータにおけるステータを示す斜視図である。 第二実施形態のスロットレスモータにおけるステータを軸方向から見た図である。 図8においてハウジングを省略した斜視図である。 図10に示すハウジングを省略したステータの断面図(軸方向に直交する断面図)である。
〔第1実施形態〕
 以下、本開示の第1実施形態に係るスロットレスモータ100について説明する。
 図1は、スロットレスモータ100の構成要素の模式的な配置関係を示す断面図である。
 図1に示すように、スロットレスモータ100は、ケース110と、ステータ200と、ロータ300と、を有する。スロットレスモータ100は、ラジアルギャップ構造のインナーロータ型モータである。
 なお、以下の説明では、軸方向とは、ロータ300の中心軸Cに平行な方向を意味し、径方向とは、ロータ300の中心軸Cに垂直な方向であって、中心軸Cから外側に放射状に延びる方向を意味し、周方向とは、ロータ300の中心軸Cを中心とした円周方向を意味する。
 ロータ300は、中心軸Cの回りに回転するロータ軸310と、ロータ軸310の外側に設けられた永久磁石320とを有する。ロータ軸310の両端部は、ケース110によって回転可能に支持されている。
 ステータ200は、ケース110に収容されている。ステータ200は、コイルバックヨーク250と、複数のコイル210,220が組み合わされて構成されたコイルアセンブリ230と、を有する。コイルバックヨーク250は、磁性体材料で形成されており、円筒形状を有している。コイルアセンブリ230は、コイルバックヨーク250の内側に固定されている。
(コイルアセンブリ230)
 図2は、コイルアセンブリ230の斜視図である。
 コイルアセンブリ230を構成する複数のコイル210,220は、N個の第一形状コイル210と、N個の第二形状コイル220と、を含んでいる。Nは、2以上の整数であり、図面に示した本実施形態では6である。第一形状コイル210と第二形状コイル220は、互いに異なる形状を有している。第一形状コイル210と第二形状コイル220は、熱伝導性、絶縁性、及び剛性に優れた樹脂によりモールドされている。コイル210,220を構成するコイル用導線は、図示しない結線用基板にそれぞれ接続されている。
 第一形状コイル210が第一コイルに相当し、第二形状コイル220が第二コイルに相当する。
 図4、図5に示すように、第一形状コイル210及び第二形状コイル220は、共に、空芯部213,223を有する空芯コイルである。
 具体的には、第一形状コイル210及び第二形状コイル220は、共に、互いに平行な一対の有効コイル部214,224と、一対の有効コイル部214,224の両側にある一対のコイルエンド部211,221と、を有する。一対の有効コイル部214,224は、軸方向に延びる2本の平行なコイル部分である。一対の有効コイル部214,224の間には、空間である空芯部213,223が形成されている。なお、コイルバックヨーク250は、軸方向で、有効コイル部214,224に対応する位置に設けられる。
 第一形状コイル210と第二形状コイル220とは、一対のコイルエンド部211,221の構成が互いに異なっている。具体的には、第一形状コイル210の一対のコイルエンド部211は、有効コイル部214と径方向で同じ位置に位置する。他方、第二形状コイル220の一対のコイルエンド部221は、有効コイル部224よりも径方向外側の位置に位置する。このため、第二形状コイル220では、有効コイル部224とコイルエンド部221との間に屈曲部225が形成されている。他方、第一形状コイル210では、有効コイル部214とコイルエンド部211との間に屈曲部が形成されていない。
 また、第一形状コイル210と第二形状コイル220とは、有効コイル部214,224の断面形状(具体的には軸方向に直交する断面形状)が互いに異なっている。この点については後述する。
 コイルアセンブリ230は、まず、N個の第二形状コイル220を配置し、次に、配置されたN個の第二形状コイル220に対しその径方向内側から第一形状コイル210を組み付けることで製作できる。なお、複数のコイル210,220を配置する際には、円筒形状のコイルバックヨーク250の径方向内側面に、コイル210,220の有効コイル部214,224の径方向外面を接着固定するようにして配置する。
 図3は、コイルアセンブリ230の断面図であり、具体的には、軸方向において有効コイル部214,224に対応する位置における拡大断面図である。図3に示すように、コイルアセンブリ230の状態では、第一形状コイル210の空芯部213(図4)に第二形状コイル220の有効コイル部224が収容されており、第二形状コイル220の空芯部223(図5)に第一形状コイル210の有効コイル部214が収容されている。これにより、第一形状コイル210の有効コイル部214と、第二形状コイル220の有効コイル部224とが、周方向に並んで配列されている。このため、第一形状コイル210と第二形状コイル220の有効コイル部224は径方向に重なっていない。
 他方、図2に示すように、第一形状コイル210のコイルエンド部211は、第二形状コイル220のコイルエンド部221と径方向に重なっている。第二形状コイル220のコイルエンド部211は、第一形状コイル210のコイルエンド部211に対して径方向外側に配置されている。
(有効コイル部の断面形状)
 図3に示すように、第一形状コイル210の有効コイル部214は、平行四辺形の断面形状を有しており、第二形状コイル220の有効コイル部224は、長方形の断面形状を有している。これにより、一の第一形状コイル210の一対の有効コイル部214,214と、当該一の第一形状コイル210の空芯部213に配置された第二形状コイル220の有効コイル部224との4つの有効コイル部214,224,224,214は、互いの周方向の隙間が小さくなっている。
 具体的には、第一形状コイル210の有効コイル部214の側面214sは、当該第一形状コイル210のコイル中心線L1に略平行に形成されている。ここで、コイル中心線L1とは、ステータ200の中心(回転軸Cと一致)とコイル210,220の中心とを結ぶ直線を意味する。
(本実施形態の作用並びに効果)
 次に、本実施形態の作用並びに効果について説明する。
 本実施形態では、スロットレスモータ100は、ロータ300と、ステータ200と、を備える。ロータ300は、永久磁石320を有し、回転軸C周りに回転する。ステータ200は、複数のコイル210,220が組み合わされたコイルアセンブリ230を有する。複数のコイル210,220の各々は、一対の有効コイル部214,224と、一対の有効コイル部214,224の軸方向両側に形成された一対のコイルエンド部211,221と、を有する空芯コイルである。一のコイル210,220の有効コイル部214,224が、隣り合うコイル210,220の空芯部213,223に配置されるように、有効コイル部214,224が周方向に並んで配置されている。また、一のコイル210,220と隣り合うコイル210,220とでコイルエンド部211,221が径方向にオフセットされている。
 ここで、コイルエンド部211が径方向内側に位置するコイルである第一形状コイル210を第一コイル210、径方向外側に位置するコイルである第二形状コイル220を第二コイル220とすると、一の第一コイル210のコイル中心線L1と、コイル外郭線L2と、の間に隣り合う他の第一コイル210が介在しない。なお、コイル外郭線L2とは、コイル中心線L1と平行であり有効コイル部214,224の周方向外側端部を通る直線を意味する。
 このため、コイルアセンブリ230を組み立てる際、他の第一コイル210がすべて配置された状態においても、一の第一コイル210を径方向内側から組付けることができる。なぜなら、一の第一コイル210をそのコイル中心線L1に沿って径方向内側から組み付ける際に、他の第一コイル210が干渉しないように配置されているからである。
 また、本実施形態では、有効コイル部214,224の断面形状が平行四辺形であるので、整列巻線がしやすく高占積率を実現可能である。なぜなら、断面形状が平行四辺形であれば、コイル210,220を構成するコイル用導線をコイル断面内に均一に配列することが可能だからである。図6、図7を用いて説明すると、図における左右方向に延びる辺に沿って所定本数(5本)のコイル用導線が配置すると共に、図における上下方向に延びる辺に沿って所定本数(9本)のコイル用導線が配置する際に、コイル断面が平行四辺形であれば、コイル用導線をコイル断面内に均一に配列することができる。
 なお、本開示における「平行四辺形」とは、長方形を含む概念である。
 また、本実施形態では、第一形状コイル210の有効コイル部214の断面形状が、第二形状コイル220の有効コイル部224の断面形状よりも、深い角度の平行四辺形である。このため、第一形状コイル210の有効コイル部214と、第二形状コイル220の有効コイル部224とが周方向に対向する部分での隙間を小さくすることができる。なお、深い角度の平行四辺形とは、平行四辺形の内角の角度をθとしたとき、(90°-θ)の絶対値が大きい平行四辺形を意味する。
(第一実施形態の補足説明)
 なお、上述の第一実施形態では、第二形状コイル220の有効コイル部224が、長方形の断面形状を有する例を説明したが、第二形状コイル220の有効コイル部224は、これに限定されず、長方形ではない平行四辺形の形状を有してもよいし、台形の形状を有してもよい。
 例えば、第一形状コイル210の空芯部213に収容される第二形状コイル220の有効コイル部224の側面224sは、この第一形状コイル210のコイル中心線L1に平行に形成されてもよい。
 更に言うと、第一形状コイル210の有効コイル部214の側面214sと、この第一形状コイル210の空芯部213に配置される第二形状コイル220の有効コイル部224の側面224sとの全てが、この第一形状コイル210のコイル中心線L1の平行に形成されてもよい。
〔第2実施形態〕
 次に、図8~図11を用いて、本開示の第2実施形態に係るスロットレスモータについて説明する。
 コイルアセンブリ230を構成する複数のコイル210,220は、N個の第一形状コイル210と、N個の第二形状コイル220と、を含んでいる。Nは、2以上の整数であり、図面に示した本実施形態では6である。第一形状コイル210と第二形状コイル220は、互いに異なる形状を有している。
 第一形状コイル210が第一コイルに相当し、第二形状コイル220が第二コイルに相当する。
 第一形状コイル210及び第二形状コイル220は、共に、互いに平行な一対の有効コイル部214,224と、一対の有効コイル部214,224の両側にある一対のコイルエンド部211,221と、を有する。有効コイル部214,224は、ロータ300の中心軸Cと平行な方向に延びる2本の平行なコイル部分である。一対の有効コイル部214,224の間には、空間(空芯部213,223という。)が形成されている。
 第一形状コイル210及び第二形状コイル220は、共に、合成樹脂等で形成されたハウジング410,420にコイル用導線が巻き回されることで形成されている。
 ハウジング410,420は、内側板411,421と、外側板412,422と、コイル用巻線が巻き回されるボビン部413,423と、を有する。内側板411,421及び外側板412,422は、軸方向から見てステータ200の中心軸Cを中心とする円弧状の面を形成している。ボビン部413,423は、内側板411,421と外側板412,422とを連結している。ボビン部413,423は、空芯部213,223に位置している。
 また、ハウジング410,420は、外側板412,422から径方向外側へ突出する突出部414,424を有する。突出部414,424は、軸方向に並んで一対設けられ、一対の突出部414,424の間には、コイルバックヨーク250が配置される。
 第一形状コイル210に対応するハウジング(第一ハウジング410)と、第二形状コイル220に対応するハウジング(第二ハウジング420)とは、互いに異なる形状とされている。これにより、第一形状コイル210と第二形状コイル220とは、有効コイル部214,224の断面形状(具体的には軸方向に直交する断面形状)が互いに異なっている。この点については後述する。
(コイルアセンブリ230)
 コイルアセンブリ230は、まず、N個の第二形状コイル220を配置し、次に、N個の第二形状コイル220の径方向内側から第一形状コイル210を組み付けることで製作できる。第一形状コイル210と第二形状コイル220とは、周方向に沿って交互に配置されている。なお、N個のコイル210,220が配置される際には、円筒形状のコイルバックヨーク250の径方向内側に、コイル210,220が配置される。
(有効コイル部の断面形状)
 図11に示すように、第一形状コイル210の有効コイル部214と、第二形状コイル220の有効コイル部224とは、共に、平行四辺形の断面形状を有する。
 第一形状コイル210の有効コイル部214の側面214sは、当該第一形状コイル210のコイル中心線L1に平行に形成されている。他方、第二形状コイル220の有効コイル部224の側面224sは、当該第二コイル220と隣り合う第一コイル210のコイル中心線L1に平行に形成されている。
 その結果、第二形状コイル220の有効コイル部224の断面形状は、第一形状コイル210の有効コイル部214の断面形状よりも、深い角度の平行四辺形となっている。
(本実施形態の作用並びに効果)
 次に、本実施形態の作用並びに効果について説明する。
 本実施形態では、コイルアセンブリ230を構成する複数のコイル210,220の各々は、一対の有効コイル部214,224と、一対の有効コイル部214,224の軸方向両側に形成された一対のコイルエンド部と、を有する空芯コイルである。コイルアセンブリ230では、複数のコイル210,220の有効コイル部214,224が周方向に並んで配置されている。
 ここで、複数のコイル210,220の数を2Nとした場合、ステータ200の中心Cとコイル210,220の中心とを結ぶN本の等分線L1と、等分線L1と平行であり有効コイル部214,224の周方向外側端部を通るコイル外郭線L2(図11参照)と、の間に他のコイル210,220が介在しないコイル(第一形状コイル210)が複数のコイル210,220の中に存在する。
 このため、コイルアセンブリ230を組み立てる際、他のコイル210,220がすべて配置された状態においても、一の第一コイル210を径方向内側から組付けることができる。なぜなら、一の第一コイル210をそのコイル中心線L1に沿って径方向内側から組み付ける際に、他のコイル210,220が干渉しないように配置されているからである。
 また、本実施形態では、有効コイル部214,224の断面形状が平行四辺形であるので、整列巻線がしやすく高占積率を実現可能である。
 また、本実施形態では、第二形状コイル220の有効コイル部224の断面形状が、第一形状コイル210の有効コイル部214の断面形状よりも、深い角度の平行四辺形である。このため、第一形状コイル210の有効コイル部214と、第二形状コイル220の有効コイル部224,224とが周方向に対向する部分での隙間を小さくすることができる。なお、深い角度の平行四辺形とは、平行四辺形の内角の角度をθとしたとき、(90°-θ)の絶対値が大きい平行四辺形を意味する。
 特に、本実施形態では、第一形状コイル210の有効コイル部214と、第二形状コイル220の有効コイル部224とが周方向に対向する面が互いに平行であるので、両者の隙間を小さくするのに有利である。
 また、本実施形態では、第一形状コイル210の有効コイル部214の側面214sと第二形状コイル220の有効コイル部224の側面224sとが、共に、当該第一形状コイル210のコイル中心線L1と平行に形成されているので、第一形状コイル210と第二形状コイル220との隙間を小さくできると共に、各有効コイル部214,224の断面形状である平行四辺形の角度が深くなりすぎるのを抑制できる。
(第二実施形態の補足説明)
 なお、上述の第二実施形態では、第二形状コイル220の有効コイル部224が、平行四辺形の断面形状を有する例を説明したが、第二形状コイル220の有効コイル部224は、これに限定されず、平行四辺形の断面形状でなく台形の断面形状を有していてもよい。
 なお、上述した各実施形態では、コイルアセンブリの内側にロータが配置されるインナーロータ構造の電気機械装置について説明したが、本開示は、コイルアセンブリの外側にロータが配置されるアウターロータ構造の電気機械装置にも適用可能である。
 本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims (5)

  1.  永久磁石(320)を有し、回転軸(C)周りに回転するロータ(300)と、
     複数のコイル(210,220)が組み合わされたコイルアセンブリ(230)を有するステータ(200)と、を備えるスロットレスモータ(100)であって、
     前記コイルは、一対の有効コイル部(214,224)と、前記一対の有効コイル部の軸方向両側に形成された一対のコイルエンド部(211,221)と、を有する空芯コイルであり、
     前記コイルアセンブリは、前記複数のコイルの前記有効コイル部が周方向に並んで配置されており、
     前記複数のコイルの中には、
     前記ステータの中心と当該コイルの中心とを結ぶコイル中心線(L1)と、前記コイル中心線と平行であり当該コイルの前記有効コイル部の周方向外側端部を通るコイル外郭線(L2)と、の間に他のコイルが介在しないコイルである第一コイルが存在する、
     スロットレスモータ。
  2.  永久磁石(320)を有し、回転軸(C)周りに回転するロータ(300)と、
     複数のコイル(210,220)が組み合わされたコイルアセンブリ(230)を有するステータ(200)と、を備えるスロットレスモータ(100)であって、
     前記コイルは、一対の有効コイル部(214,224)と、前記一対の有効コイル部の軸方向両側に形成された一対のコイルエンド部(211,221)と、を有する空芯コイルであり、
     前記コイルアセンブリは、一の前記コイルの前記有効コイル部が隣り合う前記コイルの空芯部に配置されるように前記有効コイル部が周方向に並んで配置され、前記一のコイルと前記隣り合うコイルとで前記コイルエンド部が径方向にオフセットされており、
     前記コイルエンド部が径方向内側に位置する前記コイルを第一コイル、径方向外側に位置する前記コイルを第二コイルとし、前記第二コイルの径方向外側にバックヨークが配置される場合、前記ステータの中心と前記第一コイルの中心とを結ぶ第一コイル中心線(L1)と、前記第一コイル中心線と平行であり前記有効コイル部の周方向外側端部を通るコイル外郭線(L2)と、の間に隣り合う前記第一コイルが介在しない、
     スロットレスモータ。
  3.  前記有効コイル部の断面形状は、平行四辺形である、
     請求項1又は請求項2に記載のスロットレスモータ。
  4.  前記複数のコイルのうち前記第一コイルに隣り合う別のコイルである第二コイルの前記有効コイル部の断面形状は、前記第一コイルの前記有効コイル部の断面形状よりも、深い角度の平行四辺形である、
     請求項1に記載のスロットレスモータ。
  5.  前記第一コイルの前記有効コイル部の断面形状は、前記第二コイルの前記有効コイル部の断面形状よりも、深い角度の平行四辺形である、
     請求項2に記載のスロットレスモータ。
     
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