JP2011217432A - Electric motor and method of winding coil - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動機およびコイル巻回方法に関するものである。 The present invention relates to an electric motor and a coil winding method.
近年、燃料電池自動車、ハイブリッド自動車、電気自動車など車両駆動用の電動機(モータ)を搭載した車両が次々と開発されている。電動機としては、軸線周りに回転自在に支持されるとともに、永久磁石が配設されたロータと、ロータの周囲に対向配置されるとともに、コイルが配されたステータとを備えたものが一般的である。ここで、コイルの巻回方法の一つとして、トロイダル巻きが知られている。 In recent years, vehicles equipped with electric motors (motors) for driving vehicles such as fuel cell vehicles, hybrid vehicles, and electric vehicles have been developed one after another. An electric motor generally includes a rotor that is supported so as to be rotatable about an axis, a rotor in which a permanent magnet is disposed, and a stator that is disposed to face the periphery of the rotor and in which a coil is disposed. is there. Here, toroidal winding is known as one of the coil winding methods.
しかしながら、トロイダル巻きによるコイルを備えるステータの場合、ステータコアの径方向外側に突出するコイルの渡り部が大きくなるため、電動機の小型化が困難であった。 However, in the case of a stator including a coil by toroidal winding, since the transition portion of the coil protruding outward in the radial direction of the stator core becomes large, it is difficult to reduce the size of the electric motor.
このような問題を解消するために、特許文献1では、ヨークと、ヨークの内周側から内側に向かって突出し周方向に所定間隔をあけて設けられる複数のティースと、を備えるステータコアにおける隣接したティースに挟まれたヨークが巻芯となるステータのコイルであって、ヨークの外周側での巻幅がヨークの内周側での巻幅よりも広く、かつヨークの外周側での巻厚みがヨークの内周側での巻厚みよりも薄くなっているものが開示されている。 In order to solve such a problem, in Patent Document 1, a yoke and an adjacent stator core including a plurality of teeth that protrude inward from the inner peripheral side of the yoke and are provided at predetermined intervals in the circumferential direction are adjacent to each other. The yoke sandwiched between the teeth is the stator coil, and the winding width on the outer circumference side of the yoke is wider than the winding width on the inner circumference side of the yoke, and the winding thickness on the outer circumference side of the yoke is What is thinner than the winding thickness on the inner peripheral side of the yoke is disclosed.
ところで、上述した特許文献1では、コイルの巻層が多層になると、コイルを構成する導線とステータコアとの間に空隙が生じやすくなり、放熱性能が低下する虞がある。また、内側スロット側の導線のみ多層に積層するように導線を巻回しているが、各層における内側スロット側の導線の巻き始め位置が径方向に略一致する位置になっているため、導線の周長が長くなるという問題があり、電動機の銅損が増大し、トルクや出力密度が低くなるという問題がある。 By the way, in patent document 1 mentioned above, when the winding layer of a coil becomes a multilayer, it will become easy to produce a space | gap between the conducting wire which comprises a coil, and a stator core, and there exists a possibility that thermal radiation performance may fall. In addition, although the conducting wire is wound so that only the conducting wire on the inner slot side is laminated in multiple layers, the winding start position of the conducting wire on the inner slot side in each layer is a position that substantially matches the radial direction. There is a problem that the length becomes long, there is a problem that the copper loss of the electric motor increases, and the torque and output density are lowered.
そこで、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、放熱性能を向上させることができるとともに、トルク、出力密度を向上させて高効率化を図ることができる電動機およびコイル巻回方法を提供するものである。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an electric motor and a coil winding method capable of improving heat dissipation performance and improving efficiency by improving torque and output density. It is to provide.
上記の課題を解決するために、請求項1に記載した発明は、円環状に形成され、複数のティース(例えば、実施形態におけるティース32)および隣り合う前記ティース間に形成されるヨーク(例えば、実施形態におけるヨーク33)を有するステータコア(例えば、実施形態におけるステータコア41)と、前記ヨークに導線(例えば、実施形態における導線35)がトロイダル状に巻き回されて構成されるコイル(例えば、実施形態におけるコイル20)と、を備えたステータ(例えば、実施形態におけるステータ21)を有する電動機(例えば、実施形態におけるモータ23)において、前記コイルは、前記導線が前記ヨークの内周側と外周側との間を架け渡すように巻き回されており、前記内周側は前記導線が隣接するとともに、前記外周側は前記導線が所定間隔を空けて巻き回される第1コイル層(例えば、実施形態における第1コイル層71)と、前記内周側は前記導線が前記第1コイル層と径方向に重なるように、前記外周側は前記導線が前記所定間隔内に配されるように巻き回される第2コイル層(例えば、実施形態における第2コイル層72)と、を少なくとも備えていることを特徴としている。
In order to solve the above-described problem, the invention described in claim 1 is formed in an annular shape, and a plurality of teeth (for example, the
請求項2に記載した発明は、前記ヨークの外周側に配される隣り合う前記導線が密着されていることを特徴としている。 The invention described in claim 2 is characterized in that the adjacent conductors arranged on the outer peripheral side of the yoke are in close contact with each other.
請求項3に記載した発明は、前記ヨークにおける外周側ヨーク幅(例えば、実施形態における幅w2)が、少なくとも内周側に配される前記第1コイル層のコイル幅および前記第2コイル層のコイル幅の合計よりも大きい幅を有していることを特徴としている。 According to a third aspect of the present invention, the outer yoke width (for example, the width w2 in the embodiment) of the yoke has at least the coil width of the first coil layer and the second coil layer arranged on the inner periphery side. It is characterized by having a width larger than the total coil width.
請求項4に記載した発明は、前記ヨークにおける前記導線が巻き回される周面に絶縁性を有するインシュレータ(例えば、実施形態におけるインシュレータ50)が設けられており、該インシュレータにおける前記内周側および前記外周側に対応した位置に前記導線の巻回位置を案内するためのガイド溝(例えば、実施形態におけるガイド溝59)が形成されていることを特徴としている。
According to a fourth aspect of the present invention, an insulator having insulation properties (for example, the
請求項5に記載した発明は、前記第2コイル層における前記内周側の導線が、前記第1コイル層における前記内周側の隣接する導線の境界部(例えば、実施形態における境界部35a)に配されていることを特徴としている。
According to a fifth aspect of the present invention, the conductor on the inner peripheral side in the second coil layer is a boundary portion of the adjacent conductor on the inner peripheral side in the first coil layer (for example, the
請求項6に記載した発明は、前記ヨークの内周側に形成される内周側スロット(例えば、実施形態における内周側スロット38)における周方向両側にヨーク内周側壁部(例えば、実施形態におけるヨーク内周側壁部65)が形成されるとともに、前記ヨークの外周側に形成される外周側スロット(例えば、実施形態における外周側スロット39)における周方向両側にヨーク外周側壁部(例えば、実施形態におけるヨーク外周側壁部66)が形成され、前記ヨーク内周側壁部および前記ヨーク外周側壁部がともに前記ステータコアの径方向に平行になるように形成されていることを特徴としている。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a yoke inner peripheral side wall (for example, the embodiment) on both sides in the circumferential direction of an inner peripheral slot (for example, the inner
請求項7に記載した発明は、前記インシュレータにおける前記ヨークの内周側に形成される内周側スロットに対応した位置の周方向両側にインシュレータ内周側壁部(例えば、実施形態における面61a,62a)が形成されるとともに、前記インシュレータにおける前記ヨークの外周側に形成される外周側スロットに対応した位置の周方向両側にインシュレータ外周側壁部(例えば、実施形態における面61b,62b)が形成され、前記インシュレータ内周側壁部および前記インシュレータ外周側壁部がともに前記ステータコアの径方向に平行になるように形成されていることを特徴としている。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided an insulator inner peripheral side wall portion (for example,
請求項8に記載した発明は、円環状に形成され、複数のティースおよび隣り合う前記ティース間に形成されるヨークを有するステータコアと、前記ヨークに導線がトロイダル状に巻き回されて構成されるコイルと、を備えたステータを有する電動機におけるコイル巻回方法において、前記ヨークの内周側は前記導線が隣接するとともに、前記ヨークの外周側は前記導線が所定間隔を空けるように、前記導線を前記ヨークの内周側と外周側との間を架け渡すように前記ヨークの周方向一端側から他端側へ向かって巻き回す第1導線巻回工程と、前記ヨークの内周側は前記導線が前記第1導線巻回工程で内周側に巻回された導線と径方向に重なるように、前記ヨークの外周側は前記導線が前記所定間隔内に配されるように、前記導線を前記ヨークの周方向他端側から一端側へ向かって巻き回す第2導線巻回工程と、を少なくとも備えていることを特徴としている。 According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a stator core formed in an annular shape and having a plurality of teeth and a yoke formed between adjacent teeth, and a coil formed by winding a conductive wire around the yoke in a toroidal shape. And a coil winding method in an electric motor having a stator, wherein the conductor is connected to the inner peripheral side of the yoke so that the conductive wire is adjacent to the inner peripheral side of the yoke, and the conductive wire is spaced from the outer peripheral side of the yoke. A first conductor winding step of winding from one end side in the circumferential direction of the yoke to the other end side so as to bridge between the inner peripheral side and the outer peripheral side of the yoke; In order to overlap the conductive wire wound on the inner peripheral side in the first conductive wire winding step in the radial direction, the outer peripheral side of the yoke is connected to the yoke so that the conductive wire is arranged within the predetermined interval. A second conductor winding process which is wound toward the one end side from the circumferential other end, the is characterized in that it comprises at least.
請求項1に記載した発明によれば、ステータコアに対してトロイダル状に巻き回されて構成されるコイルが少なくとも第1コイル層および第2コイル層を備えているため、ステータコアとコイルを構成する導線との密着性を向上することができる。したがって、コイルの放熱性能が向上する。
また、導線の総延長を短くすることができるため、電動機の銅損を低減することができ、トルクの向上および出力密度の向上を図ることができる。つまり、電動機の高効率化を図ることができる。
According to the first aspect of the present invention, since the coil formed by being wound in a toroidal shape around the stator core includes at least the first coil layer and the second coil layer, the conductors that constitute the stator core and the coil. Adhesion with can be improved. Therefore, the heat dissipation performance of the coil is improved.
Moreover, since the total extension of the conducting wire can be shortened, the copper loss of the electric motor can be reduced, and the torque and the output density can be improved. That is, the efficiency of the electric motor can be increased.
請求項2に記載した発明によれば、導線同士が密着するように配されるため、ステータコアの熱を効率よく放熱することができる。 According to the invention described in claim 2, since the conductors are arranged so as to be in close contact with each other, the heat of the stator core can be efficiently radiated.
請求項3に記載した発明によれば、ヨークの外周側に配される第1コイル層の隣り合う導線の間に、第2コイル層の導線を容易に配することができるため、電動機の小型化を図ることができる。 According to the invention described in claim 3, since the conductor of the second coil layer can be easily arranged between the adjacent conductors of the first coil layer arranged on the outer peripheral side of the yoke, the size of the electric motor can be reduced. Can be achieved.
請求項4に記載した発明によれば、インシュレータにガイド溝を形成することにより、導線の位置決めを容易に行うことができ、導線の巻き崩れなどが生じにくいコイルを形成することができる。したがって、生産効率を高めることができる。 According to the invention described in claim 4, by forming the guide groove in the insulator, it is possible to easily position the conductive wire and to form a coil in which the conductive wire is not easily collapsed. Therefore, production efficiency can be increased.
請求項5に記載した発明によれば、ステータコアと導線との密着性を向上させることができるため、コイルの放熱性能を向上することができる。また、導線の総延長を短くすることができるため、電動機の銅損を低減することができ、トルクの向上および出力密度の向上を図ることができる。つまり、電動機の高効率化を図ることができる。 According to the invention described in claim 5, since the adhesion between the stator core and the conducting wire can be improved, the heat dissipation performance of the coil can be improved. Moreover, since the total extension of the conducting wire can be shortened, the copper loss of the electric motor can be reduced, and the torque and the output density can be improved. That is, the efficiency of the electric motor can be increased.
請求項6に記載した発明によれば、ステータコアと導線との密着性を向上させることができるため、コイルの放熱性能が向上し、電動機の連続出力範囲を拡大することができる。
According to the invention described in
請求項7に記載した発明によれば、導線をインシュレータに巻き回してコイルを形成する際に、導線を容易に整列させながら巻回することができるため、生産効率を向上することができる。 According to the seventh aspect of the present invention, when the conductor is wound around the insulator to form the coil, the conductor can be wound while being easily aligned, so that the production efficiency can be improved.
請求項8に記載した発明によれば、ステータコアに対して導線がトロイダル状に巻き回されて構成されるコイルが少なくとも第1導線巻回工程と第2導線巻回工程とを経て形成されるため、ステータコアとコイルを構成する導線との密着性を向上することができる。したがって、コイルの放熱性能が向上する。
また、第1導線巻回工程ではヨークの周方向一端側から他端側へ向かって導線を巻き回し、第2導線巻回工程ではヨークの周方向他端側から一端側へ向かって導線を巻き回すように構成したため、導線の総延長を短くすることができる。したがって、電動機の銅損を低減することができ、トルクの向上および出力密度の向上を図ることができる。つまり、電動機の高効率化を図ることができる。
According to the eighth aspect of the present invention, the coil formed by winding the conductive wire around the stator core in a toroidal shape is formed through at least the first conductive wire winding step and the second conductive wire winding step. The adhesion between the stator core and the conductive wire constituting the coil can be improved. Therefore, the heat dissipation performance of the coil is improved.
Further, in the first conducting wire winding step, the conducting wire is wound from one end side in the circumferential direction of the yoke toward the other end side, and in the second conducting wire winding step, the conducting wire is wound from the other end side in the circumferential direction of the yoke toward one end side. Since it is configured to rotate, the total length of the conducting wire can be shortened. Therefore, the copper loss of the electric motor can be reduced, and the torque and the output density can be improved. That is, the efficiency of the electric motor can be increased.
次に、本発明の実施形態を図1〜図14に基づいて説明する。なお、本実施形態では車両に搭載される電動機(モータユニット)を用いて説明する。
図1は車両用モータユニットの概略構成断面図である。図1に示すように、車両用モータユニット(以下、モータユニットという。)10は、ステータ21およびロータ22を備えたモータ23がモータハウジング11内に収容されている。また、モータハウジング11の一方側には、モータ23の出力軸24からの動力を伝達するギヤなどの動力伝達部(不図示)を収容するミッションハウジング12が締結されている。さらに、モータハウジング11の他方側には、モータ23の出力軸24の回転数を検出する回転センサ(不図示)を収容するセンサハウジング13が締結されている。なお、モータユニット10の動力伝達部を介して車両の駆動軸に連結されている。この駆動軸が回転することにより、駆動軸に連結された車輪が回転して、車両を所望の方向へ所望の速度で移動させることができるように構成されている。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, description will be made using an electric motor (motor unit) mounted on a vehicle.
FIG. 1 is a schematic sectional view of a vehicle motor unit. As shown in FIG. 1, a vehicle motor unit (hereinafter referred to as a motor unit) 10 includes a
モータハウジング11は、モータ23を収容可能な略有底筒状に形成されている。モータハウジング11におけるミッションハウジング12が締結される一方側は、モータ23を挿入するための略円形の開口15が形成されている。一方、モータハウジング11におけるセンサハウジング13が締結される他方側は、出力軸24が挿通される貫通孔16を除いて壁部17で閉塞されている。また、モータハウジング11の内周面18には、一方側から他方側に向けて径が縮径する段差部19が形成されている。この段差部19には、ステータ21を支持固定するためのステータホルダ30が締結されるように構成されている。
The
また、モータハウジング11とミッションハウジング12との境界部におけるミッションハウジング12側には、モータ23の出力軸24の一端を回転自在に支持するベアリング26が設けられ、モータハウジング11とセンサハウジング13との境界部におけるモータハウジング11の貫通孔16には、モータ23の出力軸24の他端を回転自在に支持するベアリング27が設けられている。
A bearing 26 that rotatably supports one end of the
図2は図1のA−A線に沿う断面図である。図2に示すように、出力軸24がモータハウジング11の略中央に配されており、出力軸24の外周面にはロータ22が例えば圧入固定により取り付けられている。ロータ22が軸中心に回転することにより、出力軸24も同時に軸中心に回転可能に構成されている。なお、出力軸24は、中空形状に形成されている。
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. As shown in FIG. 2, the
ロータ22は、出力軸24を挿通させるための貫通孔31が形成された略リング状の板材を複数積層して形成されている。ロータ22の外周縁近傍には、ステータ21と対向するように永久磁石29が周方向に沿って複数(本実施形態では、8個)設けられている。なお、N極が着磁された永久磁石29NとS極が着磁された永久磁石29Sとが周方向に交互に配されている。
The
ステータ21は、ロータ22の外周縁に対向する略円環状に形成され、径方向に延出された複数のティース32および隣り合うティース32,32間を連結するヨーク33を有するステータコア41と、ヨーク33に導線35がトロイダル状に巻き回されて構成されるコイル20と、を備えている。なお、ステータコア41におけるティース32の径方向外側延長線上の位置には、ヨーク33の外周縁よりも径方向外側に突出した膨出部36が形成されている。また、この膨出部36には磁束漏れを防止するための貫通孔37が形成されている。
The
つまり、コイル20は、ヨーク33の内周側であって隣り合うティース32,32間に形成される内周側スロット38と、ヨーク33の外周側であって隣り合う膨出部36,36間に形成される外周側スロット39と、の間を架け渡すように導線35が巻き回されて形成されている。なお、内周側スロット38における周方向両側にティース32の側面で構成されるヨーク内周側壁部65が形成されるとともに、外周側スロット39における周方向両側に膨出部36の側面で構成されるヨーク外周側壁部66が形成され、ヨーク内周側壁部65およびヨーク外周側壁部66がともにステータコア41の径方向に平行になるように形成されている。
That is, the
ここで、図2、図3に示すように、本実施形態のステータコア41は、ティース32、ヨーク33および膨出部36が一つずつ形成された板状の分割コア片43を所定枚数積層させて形成された分割コア45を円環状に複数個連結(本実施形態では、24個)して構成されている。
Here, as shown in FIGS. 2 and 3, the
分割コア片43を積層して分割コア45を形成する際には、分割コア片43に2箇所形成されたダボ44,44の位置を合わせることにより、積層方向に分割コア片43が位置ずれするのを防止している。また、分割コア片43を積層した後に、ダボ44の位置でカシメることにより分割コア45を形成している。なお、ダボ44は、例えば、ティース32とヨーク33との境界部における外周縁近傍と、ヨーク33における隣接する分割コア45との境界部の外周縁近傍と、に形成されている。
When the divided
また、図4〜図6に示すように、本実施形態では、ヨーク33の周面を覆うように樹脂などの絶縁部材で形成されたインシュレータ50が設けられている。
As shown in FIGS. 4 to 6, in the present embodiment, an
インシュレータ50は、分割コア45のヨーク33の周面を覆う貫通孔51が形成された導線巻付部52と、導線巻付部52をヨーク33に取り付けたときの周方向両側に形成された一対の壁部53,54と、ティース32の軸方向一方の表面を覆うように形成されたティースカバー部55と、を備えている。
The
導線巻付部52は、ヨーク33の各面に略当接するように略矩形状の貫通孔51が形成されている。また、導線巻付部52における内周側スロット38を向く内周壁57および外周側スロット39を向く外周壁58には、導線35の巻回位置を案内するためのガイド溝59がそれぞれ形成されている。また、ガイド溝59は内周壁57および外周壁58に軸方向に沿って形成されており、内周壁57および外周壁58の軸方向両端部近傍のみに形成されている。なお、ガイド溝59は、内周壁57および外周壁58の軸方向全長に亘って形成してもよい。
The conductive
ここで、内周壁57の周方向の幅w1と、外周壁58の周方向の幅w2とは、大きさが異なっており、外周壁58の幅w2の方が大きくなっている。本実施形態では、幅w2が幅w1の約2倍の大きさになるように、内周壁57および外周壁58がそれぞれ形成されている。つまり、外周壁58に形成されたガイド溝59の数は、内周壁57に形成されたガイド溝59の2倍の数だけ形成されている。なお、分割コア45を連結してステータコア41を形成した際に、ヨーク33の内周側の幅と外周側の幅は、上記幅w1および幅w2と略同一の幅となるように構成されている。
Here, the circumferential width w1 of the inner
また、導線巻付部52の周方向両側に形成された一対の壁部53,54における導線巻付部52を向いた面61,62の内、内周側スロット38の周方向両側に位置する面61a,62aおよび外周側スロット39の周方向両側に位置する面61b,62bは、内周壁57の周方向の幅w1の中心と、外周壁58の周方向の幅w2の中心とを結んだ線分B(ステータコア41の径方向と一致)に平行になるように形成されている。なお、内周壁57の周方向の幅w1と、外周壁58の周方向の幅w2とは大きさが異なるため、面61aと面61bとの間を連接するように形成された面61c、および、面62aと面62bとの間を連接するように形成された面62cは、径方向外側に向かって面61cと面62cと間の距離が大きくなる方向に、つまり、線分Bからの距離が遠ざかる方向にそれぞれ傾斜している。
The pair of
また、壁部53,54には、コイル20を構成する導線35の端部を係止するための係止溝63,64がそれぞれ形成されている。つまり、導線35の一端を係止溝63,64のいずれか一方、例えば係止溝63に引っ掛けるように係止した後、導線巻付部52に導線35を所定の巻数になるように巻付け、巻き終わった導線35の他端を係止溝64に係止することで、インシュレータ50にコイル20を容易に形成することができる。
The
そして、コイル20が形成されたインシュレータ50を分割コア45に取り付けたものを所定数(本実施形態では、24個)円環状に連結することにより、円環状のステータ21が形成される。円環状に連結された後、コイル20の両端を、3相(U相、V相、W相)交流を印加可能な3相配電バスリング67または中性点バスリング68(図9参照)のいずれかに接続することにより、コイル20に所望の電流を印加できるように構成される。
An
また、図7、図8に示すように、このステータ21は略円筒状のステータホルダ30内に収容されるが、このときステータコア41の膨出部36の外周面36aがステータホルダ30の円筒部30aの内周面30bに圧入固定されるようにステータホルダ30の大きさが設定されている。ステータホルダ30は、例えば、鉄で形成されている。さらに、このステータホルダ30における軸方向一端側には、径方向外側へ突出したフランジ部34が形成されている。フランジ部34にはボルト孔47が複数(本実施形態では、4個)形成されており、ステータホルダ30をモータハウジング11にボルト48(図2参照)を用いて締結固定できるように構成されている。なお、図7はインシュレータ50およびコイル20の図示を省略している。また、ステータホルダ30は、ステンレス、アルミニウム、樹脂またはセラミックなどで形成してもよい。
As shown in FIGS. 7 and 8, the
続いて、コイル20の構成について説明する。
図9に示すように、コイル20は、U相、V相、W相を構成するコイル20が周方向に順に配され、各コイル20を構成する導線35の両端部が3相配電バスリング67または中性点バスリング68にそれぞれ接続されている。
Next, the configuration of the
As shown in FIG. 9, in the
具体的には、U相のコイルU1の一端側は3相配電バスリング67のU相の接続端子に接続され、U相のコイルU1の他端側は中性点バスリング68の接続端子に接続されている。また、コイルU2の他端側は3相配電バスリング67のU相の接続端子に接続され、コイルU2の一端側は中性点バスリング68の接続端子に接続されている。また、コイルU3の一端側は3相配電バスリング67のU相の接続端子に接続され、コイルU3の他端側は中性点バスリング68の接続端子に接続されている。以降、同様の順序で接続され、コイルU8の他端側は3相配電バスリング67のU相の接続端子に接続され、コイルU2の一端側は中性点バスリング68の接続端子に接続されている。
Specifically, one end side of the U-phase coil U1 is connected to the U-phase connection terminal of the three-phase
また、V相のコイルV1の他端側は3相配電バスリング67のV相の接続端子に接続され、V相のコイルV1の一端側は中性点バスリング68の接続端子に接続されている。また、コイルV2の一端側は3相配電バスリング67のV相の接続端子に接続され、コイルV2の他端側は中性点バスリング68の接続端子に接続されている。また、コイルV3の他端側は3相配電バスリング67のV相の接続端子に接続され、コイルV3の一端側は中性点バスリング68の接続端子に接続されている。以降、同様の順序で接続され、コイルV8の一端側は3相配電バスリング67のV相の接続端子に接続され、コイルV8の他端側は中性点バスリング68の接続端子に接続されている。
The other end side of the V-phase coil V1 is connected to the V-phase connection terminal of the three-phase
さらに、W相のコイルW1の一端側は3相配電バスリング67のU相の接続端子に接続され、W相のコイルW1の他端側は中性点バスリング68の接続端子に接続されている。また、コイルW2の他端側は3相配電バスリング67のU相の接続端子に接続され、コイルW2の一端側は中性点バスリング68の接続端子に接続されている。また、コイルW3の一端側は3相配電バスリング67のU相の接続端子に接続され、コイルW3の他端側は中性点バスリング68の接続端子に接続されている。以降、同様の順序で接続され、コイルW8の他端側は3相配電バスリング67のU相の接続端子に接続され、コイルW8の一端側は中性点バスリング68の接続端子に接続されている。
Further, one end side of the W-phase coil W1 is connected to the U-phase connection terminal of the three-phase
ここで、コイル20の導線35の巻回方向は全て同じ方向になるように構成されている。そして、コイルU1の電流の流れる方向と、コイルU2の電流の流れる方向とは逆向きになるように、コイル20に各バスリング67,68が接続されている。このように本実施形態では、U相、V相、W相の各コイル20は、並列接続されている。このように構成することにより、1つのコイル20に流れる電流は分配されるため、コイル20の巻数は多く要るが細い導線35を用いることができる。つまり、コイル20の巻線密度を高くすることができ、占積率の高いコイル20を構成することができる。
Here, all the winding directions of the
このように構成されたステータ21におけるコイル20の形成方法をさらに詳細に説明する。
図10に示すように、インシュレータ50には導線巻付部52の内周壁57および外周壁58にそれぞれガイド溝59が形成されている。
A method for forming the
As shown in FIG. 10, guide
図11に示すように、導線35を巻き始める際には、係止溝63に導線35の一端側を係止し、内周壁57の直近のガイド溝59に導線35が嵌め込まれるようにする。そして、導線巻付部52の周面に沿うように導線35を巻きまわし、外周壁58側に導線35が到達したら、ガイド溝59を一本分空けた位置のガイド溝59(壁部53から2つ目のガイド溝)に導線35が嵌め込まれるようにする。さらに、導線巻付部52の周面に沿うように導線35を巻きまわし、内周壁57側に導線35が到達したら、先ほど導線35を巻き回したガイド溝59の隣のガイド溝59に導線35を嵌め込む。続いて、導線巻付部52の周面に沿うように導線35を巻きまわし、外周壁58側に導線35が到達したら、先ほど導線35が嵌め込まれたガイド溝59から一本分空けた位置のガイド溝59(壁部53から4つ目のガイド溝)に導線35を嵌め込む。同様にして、内周壁57側のガイド溝59に導線35が全て巻き回されるまで繰り返す。このようにして形成されたコイルの層を第1コイル層71とする(第1導線巻回工程)。
As shown in FIG. 11, when winding the
続いて、図12に示すように、導線35が一端側(壁部53側)から他端側(壁部54側)まで巻き回されたら、次に導線35を他端側から一端側へ巻き回す。このとき、内周壁57側の導線35は、先ほど巻回された隣り合う導線35,35の境界部35aに導線35を押し付けるようにして巻回し、外周壁58側の導線35は、先ほど一本分ずつ空けられたガイド溝59に嵌め込むようにして巻き回す。
Subsequently, as shown in FIG. 12, when the
続いて、図13に示すように、導線35が他端側から一端側へ巻き回され、一端側端部のガイド溝59に導線35が嵌め込まれると、内周壁57側の導線35は2層になっており、外周壁58側の導線35は1層になっている。このようにして他端側から一端側へ形成されたコイルの層を第2コイル層72とする(第2導線巻回工程)。なお、このとき外周壁58側の隣接する導線同士が密着するように配されている。このように構成することで、ステータコア41の熱を効率よく放熱することができる。
Subsequently, as shown in FIG. 13, when the
そして、上記図11〜図13の動作を繰り返し、導線35を所望の巻数巻き上げることにより、インシュレータ50にコイル20を形成することができる。なお、外周壁58側の2層目以降の導線35についても、導線35一本分の間隔を空けながら導線35を一端側から他端側へ巻き回し、他端側から一端側へ導線35を巻き回す際に、その間隔に導線35を嵌め込むようにしながら巻き回す。
And the
ここで、本実施形態のインシュレータ50は、一対の壁部53,54における導線巻付部52を向いた面61,62の内、内周側スロット38の周方向両側に位置する面61a,62aおよび外周側スロット39の周方向両側に位置する面61b,62bが線分Bに平行になっているため、導線35を各スロット38,39内に容易に整列させながら巻回することができるため、生産効率を向上することができる。なお、ステータコア41における面61a,62aおよび面61b,62bに対応する位置も同様に線分Bに平行になるように分割コア45のティース32および膨出部36がそれぞれ形成されている。
Here, the
図14は、例えば、内周壁57側の導線35が8層(外周壁58側の導線35が4層)になるように導線35を巻き回して形成されたコイル20である。導線巻付部52へ巻き回された導線35の他端は、係止溝64に係止されて、ティースカバー部55上に配されるように構成し、コイル20の形成が終了する。
FIG. 14 shows the
本実施形態によれば、ステータコア41に対してトロイダル状に巻き回されて構成されるコイル20が少なくとも第1コイル層71および第2コイル層72を備えているため、ステータコア41とコイル20を構成する導線35との密着性を向上することができる。したがって、コイル20の放熱性能が向上する。
また、導線35の総延長を短くすることができるため、モータ23の銅損を低減することができ、トルクの向上および出力密度の向上を図ることができる。つまり、モータ23の高効率化を図ることができる。
According to the present embodiment, since the
Moreover, since the total extension of the
また、ヨーク33の外周側に配される第1コイル層71の隣り合う導線35,35の間に、第2コイル層72の導線35を容易に配することができるため、モータ23の小型化を図ることができるとともに、ステータコア41と導線35との密着性を向上することができる。
Further, since the
また、インシュレータ50にガイド溝59を形成することにより、導線35の位置決めを容易に行うことができ、導線35の巻き崩れなどが生じにくいコイル20を形成することができる。したがって、ステータ21の歩留まりを向上することができる。
Further, by forming the
また、第2コイル層72における内周側の導線35が、第1コイル層71における内周側の隣接する導線35,35の境界部に配されるように構成したため、ステータコア41と導線35との密着性を向上させることができ、コイル20の放熱性能を向上することができる。また、導線35の総延長を短くすることができるため、モータ23の銅損を低減することができ、トルクの向上および出力密度の向上を図ることができる。つまり、モータ23の高効率化を図ることができる。
In addition, since the
また、分割コア45のティース32および膨出部36がともにステータコア41の径方向(線分B)に平行になるように形成されているため、ステータコア41と導線35との密着性を向上させることができる。したがって、コイル20の放熱性能が向上し、モータ23の連続出力範囲を拡大することができる。
Further, since both the
さらに、インシュレータ50の面61a,62aおよび面61b,62bが線分Bに平行になるように形成されているため、導線35をインシュレータ50に巻き回してコイル20を形成する際に、導線35を容易に整列させながら巻回することができるため、生産効率を向上することができる。
Further, since the
そして、ステータコア41に対して導線35がトロイダル状に巻き回されて構成されるコイル20が少なくとも第1導線巻回工程と第2導線巻回工程とを経て形成されるため、ステータコア41とコイル20を構成する導線35との密着性を向上することができる。したがって、コイル20の放熱性能が向上する。また、第1導線巻回工程ではインシュレータ50(ヨーク33)の周方向一端側から他端側へ向かって導線35を巻き回し、第2導線巻回工程ではインシュレータ50(ヨーク33)の周方向他端側から一端側へ向かって導線35を巻き回すように構成したため、導線35の総延長を短くすることができる。したがって、モータ23の銅損を低減することができ、トルクの向上および出力密度の向上を図ることができる。つまり、モータ23の高効率化を図ることができる。
And since the
尚、本発明は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な構造や形状などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、本実施形態においては、永久磁石式ブラシレスモータの場合を用いて説明したが、モータがトロイダル巻線であれば、インダクションモータやリラクタンスモータなどに適用してもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications made to the above-described embodiment without departing from the spirit of the present invention. That is, the specific structure and shape described in the embodiment are merely examples, and can be changed as appropriate.
For example, in the present embodiment, the case of a permanent magnet brushless motor has been described. However, if the motor is a toroidal winding, the present invention may be applied to an induction motor, a reluctance motor, or the like.
また、本実施形態においては、インシュレータ50にコイル20を形成した場合の説明をしたが、インシュレータ50はなくてもよい。また、インシュレータ50にガイド溝59が形成された場合の説明をしたが、ガイド溝59はなくてもよい。
Moreover, in this embodiment, although the case where the
また、本実施形態においては、インシュレータ50の外周壁58側の幅w2が内周壁57側の幅w1の約2倍の大きさになるように形成された場合の説明をしたが、2倍でなく3倍以上の幅を有するように構成してもよい。また、第1コイル層71が5ターンで、第2コイル層72が4ターンの場合は、外周壁58側の幅w2は9本の導線を収容できる幅であればよく、内周壁57側の幅w1は5本の導線を収容できる幅であればよい。つまり、外周壁58側の1層当たりの導線35の本数が奇数の場合は必ずしも外周壁58側の幅w2が内周壁57側の幅w1の2倍の大きさでなくてもよい(この場合、約1.8倍)。
In the present embodiment, the case where the width w2 on the outer
さらに、本実施形態においては、一対の壁部53,54における導線巻付部52を向いた面61,62の内、内周側スロット38の周方向両側に位置する面61a,62aおよび外周側スロット39の周方向両側に位置する面61b,62bが線分Bに平行になるように形成した場合の説明をしたが、必ずしも平行でなくてよい。
Further, in the present embodiment, of the
そして、本実施形態においては、第2コイル層72における内周側の導線35が、第1コイル層71における内周側の隣接する導線の境界部35aに配された場合の説明をしたが、必ずしも境界部35aに導線35を配する必要はなく、第1コイル層71における内周側の導線と第2コイル層72における内周側の導線とが同じ位置で積層されていてもよい。
And in this embodiment, although the
20…コイル 21…ステータ 23…モータ(電動機) 32…ティース 33…ヨーク 35…導線 35a…境界部 38…内周側スロット 39…外周側スロット 41…ステータコア 50…インシュレータ 59…ガイド溝 61a…面(インシュレータ内周側壁部) 61b…面(インシュレータ外周側壁部) 62a…面(インシュレータ内周側壁部) 62b…面(インシュレータ外周側壁部) 65…ヨーク内周側壁部 66…ヨーク外周側壁部 71…第1コイル層 72…第2コイル層 w2…幅(外周側ヨーク幅)
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記ヨークに導線がトロイダル状に巻き回されて構成されるコイルと、を備えたステータを有する電動機において、
前記コイルは、
前記導線が前記ヨークの内周側と外周側との間を架け渡すように巻き回されており、
前記内周側は前記導線が隣接するとともに、前記外周側は前記導線が所定間隔を空けて巻き回される第1コイル層と、
前記内周側は前記導線が前記第1コイル層と径方向に重なるように、前記外周側は前記導線が前記所定間隔内に配されるように巻き回される第2コイル層と、を少なくとも備えていることを特徴とする電動機。 A stator core formed in an annular shape and having a plurality of teeth and a yoke formed between the adjacent teeth;
In the electric motor having a stator including a coil formed by winding a conductive wire around the yoke in a toroidal shape,
The coil is
The conductive wire is wound so as to bridge between the inner peripheral side and the outer peripheral side of the yoke,
The inner peripheral side is adjacent to the conductive wire, and the outer peripheral side is a first coil layer on which the conductive wire is wound at a predetermined interval; and
The inner peripheral side includes at least a second coil layer wound so that the conductive wire is disposed in the predetermined interval so that the conductive wire overlaps the first coil layer in the radial direction. An electric motor characterized by comprising.
該インシュレータにおける前記内周側および前記外周側に対応した位置に前記導線の巻回位置を案内するためのガイド溝が形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の電動機。 An insulator having an insulating property is provided on a peripheral surface around which the conducting wire is wound in the yoke,
The guide groove for guiding the winding position of the said conducting wire in the position corresponding to the said inner peripheral side and the said outer peripheral side in this insulator is formed in any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. Electric motor.
前記ヨークの外周側に形成される外周側スロットにおける周方向両側にヨーク外周側壁部が形成され、
前記ヨーク内周側壁部および前記ヨーク外周側壁部がともに前記ステータコアの径方向に平行になるように形成されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の電動機。 A yoke inner peripheral side wall is formed on both sides in the circumferential direction of the inner peripheral slot formed on the inner peripheral side of the yoke,
A yoke outer peripheral side wall is formed on both sides in the circumferential direction of the outer peripheral slot formed on the outer peripheral side of the yoke,
6. The electric motor according to claim 1, wherein both the yoke inner peripheral side wall portion and the yoke outer peripheral side wall portion are formed so as to be parallel to a radial direction of the stator core.
前記インシュレータにおける前記ヨークの外周側に形成される外周側スロットに対応した位置の周方向両側にインシュレータ外周側壁部が形成され、
前記インシュレータ内周側壁部および前記インシュレータ外周側壁部がともに前記ステータコアの径方向に平行になるように形成されていることを特徴とする請求項4〜6のいずれかに記載の電動機。 Insulator inner peripheral side wall portions are formed on both sides in the circumferential direction at positions corresponding to inner peripheral slots formed on the inner peripheral side of the yoke in the insulator,
Insulator outer peripheral side wall portions are formed on both sides in the circumferential direction at positions corresponding to outer peripheral slots formed on the outer peripheral side of the yoke in the insulator,
7. The electric motor according to claim 4, wherein both of the insulator inner peripheral side wall and the insulator outer peripheral side wall are formed so as to be parallel to a radial direction of the stator core.
前記ヨークに導線がトロイダル状に巻き回されて構成されるコイルと、を備えたステータを有する電動機におけるコイル巻回方法において、
前記ヨークの内周側は前記導線が隣接するとともに、前記ヨークの外周側は前記導線が所定間隔を空けるように、前記導線を前記ヨークの内周側と外周側との間を架け渡すように前記ヨークの周方向一端側から他端側へ向かって巻き回す第1導線巻回工程と、
前記ヨークの内周側は前記導線が前記第1導線巻回工程で内周側に巻回された導線と径方向に重なるように、前記ヨークの外周側は前記導線が前記所定間隔内に配されるように、前記導線を前記ヨークの周方向他端側から一端側へ向かって巻き回す第2導線巻回工程と、を少なくとも備えていることを特徴とするコイル巻回方法。 A stator core formed in an annular shape and having a plurality of teeth and a yoke formed between the adjacent teeth;
In a coil winding method in an electric motor having a stator, the coil comprising a conductive wire wound around the yoke in a toroidal shape,
The conductor is bridged between the inner periphery and the outer periphery of the yoke so that the conductor is adjacent to the inner periphery of the yoke and the conductor is spaced apart from the outer periphery of the yoke. A first wire winding step of winding from one circumferential side of the yoke toward the other end;
On the outer peripheral side of the yoke, the conductive wire is arranged within the predetermined interval on the outer peripheral side of the yoke so that the conductive wire overlaps with the conductive wire wound on the inner peripheral side in the first conductive wire winding step in the radial direction. A coil winding method characterized by comprising at least a second conducting wire winding step of winding the conducting wire from the other circumferential end of the yoke toward the one end.
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