JP2010220387A

JP2010220387A - ステータ

Info

Publication number: JP2010220387A
Application number: JP2009064305A
Authority: JP
Inventors: Shintaro Nakano; 慎太郎中野; Noritoshi Tanahashi; 文紀棚橋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-03-17
Filing date: 2009-03-17
Publication date: 2010-09-30

Abstract

【課題】コイルの占積率を低下させることなくコイル内における渦電流の発生を抑え、モータの効率を向上させること。
【解決手段】ステータは、複数のティース５を含むステータコア２と、ティース５にコイル線を集中巻きにより積み巻きすることで構成されるコイル３とを備える。隣り合うティース５の間にて、コイル３Ａ〜３Ｃにおける積み巻きされたコイル線３ａ〜３ｃの間に、磁束を流れ易くするための磁性板１１が挿入されて設けられる。
【選択図】図２

Description

この発明は、モータの構成要素の一つであり、ステータコアと、ステータコアに設けられたコイルとを備えたステータに関する。

従来のステータは、ステータコアと、そのステータコアのティースに集中巻きされたコイルとを備える。このステータにロータを組み合わせることでモータが構成される。モータの駆動時に、ステータコアから漏れる磁束が隣り合うティースの間を流れることがあるが、この漏れ磁束がコイルの中を通ることで、コイルの中に渦電流が発生することがある。この渦電流の発生によりモータの効率が悪化するおそれがある。

そこで、下記の特許文献１には、コイルの中の渦電流の発生を抑えるために、ステータコアのティースに集中巻きされたコイルを構成する導線につき、巻回された状態で少なくともコイル表面側に位置する導線の導体断面積を、互いに絶縁されて束ねられた複数の導線を電気的に並列に接続して構成するか、若しくは、コイル内側の導線に対して細く形成することで小さくしたステータが開示されている。

特開２００４−２０８４６４号公報特開２００８−１１８８４０号公報特開２００４−３１２９２８号公報特開２００６−０９４６７３号公報

ところが、一般的に使用する一本の導線と一般的な導線よりも導体面積の小さい導線を複数束ねた状態の並列導線とでは、トータルの導線断面積をそれぞれ同じとしても、絶縁被膜の分量や束ねた際の隙間により、並列導線の同一面積上に導線が占める割合、すなわち「占積率」が小さくなってしまう傾向がある。このため、特許文献１に記載のステータでは、コイルの「占積率」が小さくなってしまい、モータの効率が低下するおそれがあった。

この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、コイルの占積率を低下させることなくコイルの中の渦電流の発生を抑え、モータの効率を向上させることを可能としたステータを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、複数のティースを含むステータコアと、ティースにコイル線を集中巻きにより積み巻きすることで構成されるコイルとを備えたステータにおいて、隣り合うティースの間にて、コイルにおける積み巻きされたコイル線の間に、磁束を流れ易くするための磁束パス手段を設けたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、ステータコアから漏れる磁束が隣り合うティースの間を流れることがあるが、この漏れ磁束がティースからコイルの中を流れるよりも、ティースから磁束パス手段の中を流れ易くなる。また、コイル線の太さをコイルの中で部分的に変える必要がない。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、磁束パス手段は、コイル線の隙間に挿入される板状の磁性体であることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１に記載の作用に加え、漏れ磁束がティースからコイルの中を流れるよりも、ティースから板状の磁性体の中を流れ易くなる。

上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、磁束パス手段は、ティースの内面から突設され、コイル線の間に配置される凸部であることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１に記載の作用に加え、漏れ磁束がティースからコイルの中を流れるよりも、ティースから凸部を流れ易くなる。

上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、磁束パス手段は、ティースの内面とコイルとの間にて、コイル線の間に挿入される丸棒状の磁性体であることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１に記載の作用に加え、漏れ磁束がティースからコイルの中を流れるよりも、ティースから丸棒状の磁性体を流れ易くなる。

請求項１乃至４の何れか一つに記載の発明によれば、コイルの占積率を低下させることなくコイルの中における渦電流の発生を抑えることができ、モータの効率を向上させることができる。

第１実施形態に係り、ステータを示す斜視図。第１実施形態に係り、図１の鎖線楕円で囲む部分をコイル等のみ断面で表して示す平面図。第１実施形態に係り、コイルのコイル線の一部を概念的に示す斜視図。第１実施形態に係り、隣り合うティースの間のコイル等を示す概念図。第１実施形態に係り、対比例として隣り合うティースの間のコイル等を示す概念図。第２実施形態に係り、隣り合うティースの間のコイル等を示す概念図。第３実施形態に係り、隣り合うティースの間のコイル等を示す概念図。別の実施形態に係り、隣り合うティースの間のコイル等を示す概念図。別の実施形態に係り、隣り合うティースの間のコイル等を示す概念図。

［第１実施形態］
以下、本発明のステータを具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１に、この実施形態のステータ１を斜視図により示す。このステータ１は、モータに使用され、ステータコア２と、ステータコア２に装着された複数のコイル３とを含む。

図２に、図１の鎖線楕円Ｓ１で囲む部分をコイル３等のみ断面で表して平面図により示す。図３に、コイル３のコイル線３ａの一部を概念的に斜視図により示す。図１，２に示すように、ステータコア２は、円環状のヨーク４を備え、そのヨーク４の内側には、複数のティース５が中心へ向かって突出し、かつ、等角度間隔をもって配置される。ステータコア２は、複数のコアピース６を円環状に束ねてその外周をリング７によりかしめることで一体化して構成される。図２に示すように、各コアピース６は、平面視でＴ字形をなし、円環状のヨーク４を構成するヨーク部８と、ヨーク部８から突出したティース５とを含む。各コアピース６のティース５には、予めコイル３が装着される。

この実施形態では、図２，３に示すように、コイル３として、例えば、銅製の平角線を厚み方向に隙間を介し積み巻いて形成される「エッジワイズコイル」が使用される。このコイル３は、１本のコイル線３ａの断面積が大きく、高占積率を狙うことができる。また、このコイル３は、銅内の伝熱がよく、放熱性にも優れる。コイル３は、銅面積当たりの電流値を高められる点で有利である。何れのコイル３も、コイル線３ａをボビン等に巻いて成形した後、各コアピース６のティース５に差し込まれて装着される。その後、コイル３を装着した複数のコアピース６を円環状に束ねてリング７でかしめることで、複数のコイル３を含むステータ２が構成される。複数のコイル３は、互いに配線（図示略）により接続される。図２に示すように、隣り合うティース５の間にはスロット９が形成され、そのスロット９には、隣り合うティース５に装着された異なるコイル３Ａ，３Ｂ，３Ｃの一部が配置される。

次に、この実施形態の特徴について詳細に説明する。図４に、隣り合うティース５の間（スロット９）のコイル３Ａ，３Ｂ等を概念図により示す。図２，４に示すように、一つのスロット９には、隣り合うコアピース６Ａ，６Ｂのティース５に装着された異なるコイル３Ａ，３Ｂの一部がそれぞれ位置する。隣り合うティース５の間にて、一方のコイル３Ａにおける積み巻きされたコイル線３ａの間には、磁束を流れ易くするための本発明の磁束パス手段である板状の磁性体としての磁性板１１が挿入されて設けられる。この磁性板１１は、電磁鋼板より形成され、スロット９の幅方向へも延びており、隣り合うコイル３Ｂのコイル線３ｂの間に挿入されて設けられる。このように、ステータ１の全てのスロット９には、上記したようにコイル３Ａ，３Ｂに磁性板１１が設けられる。

以上説明したこの実施形態のステータ１によれば、コイル３Ａ，３Ｂを励磁したとき、図４に破線矢印で示すように、ステータコア２から漏れる磁束が隣り合うティース５の間を流れることがある。この漏れ磁束は、ティース５からコイル３Ａ，３Ｂの中を流れるよりも、ティース５からコイル線３ａ，３ｂの隙間に挿入された磁性板１１を流れ易くなる。このため、コイル３Ａ，３Ｂの中を流れる磁束が減り、コイル３Ａ，３Ｂの中で発生する渦電流が減少する。また、コイル線３ａ，３ｂの太さをコイル３Ａ，３Ｂの中で部分的に変える必要がない。この結果、コイル３Ａ，３Ｂの占積率を低下させることなく、コイル３Ａ，３Ｂの中における渦電流の発生を抑えることができる。また、上記のようなステータ１をモータに使用することで、モータの効率を向上させることもできる。

図５に、対比例として、コイル線３ａ，３ｂの間に磁性板１１を挿入しない場合につき、隣り合うティース５の間のコイル３Ａ，３Ｂ等を概念図により示す。この場は、各コイル３Ａ，３Ｂにおいて、コイル線３ａ，３ｂの隙間に磁性板１１がないことから、図５に破線矢印で示すように、漏れ磁束の一部がティース５からコイル３Ａ，３Ｂの中を流れることで、コイル３Ａ，３Ｂの中に渦電流が発生することがある。このため、この渦電流によりモータの効率が悪化するおそれがある。これに対し、本実施形態では、コイル３Ａ，３Ｂの中の渦電流の発生を抑えられる分だけモータの効率を向上させられる。

［第２実施形態］
次に、本発明のステータを具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

なお、以下に説明する各実施形態において第１実施形態と同等の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略し、異なった点を中心に説明する。

図６に、隣り合うティース５の間のコイル３Ａ，３Ｂ等を概念図により示す。この実施形態では、スロット９に配置された各コイル３Ａ，３Ｂにつき、積み巻きされたコイル線３ａ，３ｂの間に設けられる磁束パス手段の構成の点で、第１実施形態と異なる。すなわち、この実施形態では、磁束パス手段として、ティース５の内面から突設され、コイル線３ａ，３ｂの間に配置される凸部１２が設けられる。各凸部１２は、平面視で楔形をなし、先端がそのティース５に装着されたコイル３Ａ，３Ｂを構成するコイル線３ａ，３ｂの間に配置される。各凸部１２は、ティース５の高さ方向（図６の紙面貫通方向）に沿ってリブ状に延びる。隣り合う２つのティース５に設けられた各凸部１２は、先端が互いに対向するように配置される。

従って、この実施形態のステータ１によれば、コイル３Ａ，３Ｂを励磁したとき、図６に破線矢印で示すように、漏れ磁束は、ティース５からコイル３Ａ，３Ｂの中を流れるよりも、ティース５の内面から突設され、コイル線３ａ，３ｂの間に配置された凸部１２を流れ易くなる。このため、コイル３Ａ，３Ｂの中を流れる磁束が減り、コイル３Ａ，３Ｂの中で発生する渦電流が減少する。また、コイル線３ａ，３ｂの太さをコイル３Ａ，３Ｂの中で部分的に変える必要がない。この結果、コイル３Ａ，３Ｂの占積率を低下させることなく、コイル３Ａ，３Ｂの中における渦電流の発生を抑えることができる。また、上記のようなステータ１をモータに使用することでモータの効率を向上させることができる。

この実施形態では、ティース５の内面に凸部１２が予め形成されるので、第１実施形態とは異なり、コイル線３ａ，３ｂの間に磁性体１１を挿入する作業を省略することができる。

［第３実施形態］
次に、本発明のステータを具体化した第３実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図７に、隣り合うティース５の間のコイル３Ａ，３Ｂ等を概念図により示す。この実施形態では、スロット９に配置された各コイル３Ａ，３Ｂにつき、積み巻きされたコイル線３ａ，３ｂの間に設けられる磁束パス手段の構成の点で、第１及び第２の実施形態と異なる。すなわち、この実施形態では、磁束パス手段として、ティース５の内面とコイル３Ａ，３Ｂとの間にて、コイル線３ａ，３ｂの間に挿入される丸棒状の磁性体として磁性棒１３が設けられる。各磁性棒１３は、電磁鋼の線材より形成され、各ティース５に装着されたコイル３Ａ，３Ｂを構成する隣り合うコイル線３ａ，３ｂの間に配置される。隣り合うティース５に設けられた各磁性棒１３は、互いに対向するように配置される。

従って、この実施形態のステータ１によれば、コイル３Ａ，３Ｂを励磁したとき、図７に破線矢印で示すように、漏れ磁束は、ティース５からコイル３Ａ，３Ｂの中を流れるよりも、コイル線３ａ，３ｂの間に配置された磁性棒１３に流れ易くなる。このため、コイル３Ａ，３Ｂの中を流れる磁束が減り、コイル３Ａ，３Ｂの中で発生する渦電流が減少する。また、コイル線３ａ，３ｂの太さをコイル３Ａ，３Ｂの中で部分的に変える必要がない。この結果、コイル３Ａ，３Ｂの占積率を低下させることなく、コイル３Ａ，３Ｂの中における渦電流の発生を抑えることができる。また、上記のようなステータ１をモータに使用することでモータの効率を向上させることができる。

なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもできる。

（１）前記第１実施形態では、隣り合うコイル３Ａ，３Ｂの両方に渡って挿入される磁性板１１を設けた。これに対し、図８に示すように、隣り合うコイル３Ａ，３Ｂのそれぞれにて別々の磁性板１１Ａ，１１Ｂを挿入して設けてもよい。図８は、隣り合うティース５の間のコイル３Ａ，３Ｂ等を示す概念図である。

（２）前記第２実施形態では、凸部１２が形成された各ティース５に対して直接コイル３Ａ，３Ｂを装着するようにした。これに対し、図９に示すように、凸部１２が予め形成されたティース５に対してインシュレータ１４を介してコイル３Ａ，３Ｂ，３Ｃを装着するように構成してもよい。図９は、隣り合うティース５の間のコイル３Ａ〜３Ｃ等を示す概念図である。この場合、ティース５にコイル３Ａ〜３Ｃを装着する前に、予めティース５にインシュレータ１４を直接成形しておき、その後に、インシュレータ１４の上からティース５にコイル３Ａ〜３Ｃを差し込む。これにより、インシュレータ１４により凸部１２が埋まることから、コイル３Ａ〜３Ｃが凸部１２に引っ掛かることがなく、ティース５に対するコイル３Ａ〜３Ｃの装着を容易なものにすることができる。

この発明は、モータのステータに利用することができる。

１ステータ
２ステータコア
３コイル
３Ａコイル
３Ｂコイル
３Ｃコイル
３ａコイル線
３ｂコイル線
３ｃコイル線
５ティース
６コアピース
６Ａコアピース
６Ｂコアピース
６Ｃコアピース
９スロット
１１磁性板（磁束パス手段）
１１Ａ磁性板（磁束パス手段）
１１Ｂ磁性板（磁束パス手段）
１２凸部（磁束パス手段）
１３磁性棒（磁束パス手）

Claims

複数のティースを含むステータコアと、前記ティースにコイル線を集中巻きにより積み巻きすることで構成されるコイルとを備えたステータにおいて、
隣り合う前記ティースの間にて、前記コイルにおける前記積み巻きされたコイル線の間に、磁束を流れ易くするための磁束パス手段を設けたことを特徴とするステータ。
前記磁束パス手段は、前記コイル線の隙間に挿入される板状の磁性体であることを特徴とする請求項１に記載のステータ。
前記磁束パス手段は、前記ティースの内面から突設され、前記コイル線の間に配置される凸部であることを特徴とする請求項１に記載のステータ。
前記磁束パス手段は、前記ティースの内面と前記コイルとの間にて、前記コイル線の間に挿入される丸棒状の磁性体であることを特徴とする請求項１に記載のステータ。