JP2016103869A - 電動モータ - Google Patents
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Abstract
Description
ここで、コイルを構成する被覆導線(以下、本明細書では単に「導線」と記載する場合がある)は、導電性材料製の線材に絶縁体を被覆したものである。
コイルに通電すれば、図8で示すように、三相交流4極電動モータ100のステータコア101には4つの磁束のループML(磁界、図8では矢印A方向の磁界)が生じる。そして、励磁するコイル数最大の領域がN極となり、コイル外に存在することで明示的に励磁されない領域がS極となる。なお、符号103はロータを表す。
三相交流4極電動モータ100の導線を分布巻したステータコア101を展開した状態で示す図9において、ステータコア101にはティース101Tが、12個形成されている。
図9では、12個のティースを包括的に表す符号「101T」と、個々のティースを示す符号が示されている。そして、個々のティースは、「ティース1」、「ティース2」・・・「ティース12」と表現されている(図9参照)。
第二相vが流れる導線Cは、第一相uが一まとめに巻き付いているティースから、一つのティースずつずれて巻き付いており、ティース2〜4、ティース5〜7、ティース8〜10及びティース11、12、1を1まとめにして巻き付いている。
第三相wが流れる導線Cは、第二相vが一まとめに巻き付いているティースから、さらに一つのティースずつずれて巻き付いており、ティース3〜5、ティース6〜8、ティース9〜11、ティース12、1、2を1まとめにして巻き付いている。
しかし、図9で示す分布巻では、全てのティース101Tに導線Cが巻き付けられているので、ステータコア101をティース101T間で分割することができない(ステータコア101を何れのティース101T間においても分割することができない)。
換言すれば、図9で示す様な分布巻では、一体型の中空円筒形のステータコア101(図10参照)を適宜分割することはできない。
隣接するティース101T間のスロット101Sは、中空円筒形のステータコア101の内周面101Aに開口している(開口部101SW)。
また、ステータコア101のティース101Tの角面は鋭利なので、コイルを構成する被服銅線(ティース角面に)接触すると絶縁材被覆が剥ぎ取られてしまい、当該剥ぎ取られた箇所で短絡が生じる恐れも存在する。
しかし、インサーターはステータコア101の内径の変更に対応することができない。そのため、例えば設計段階でステータコア101の内径が変更されると、内径変更前に用いられたインサーターは、使用することができなくなってしまうという問題がある。
図11から明らかなように、集中巻では一つのティース102Tに巻き付けられた導線Cは、隣接するティース102Tには巻き付けられることは無い。そして、各ティース102Tに導線Cを巻き付け、複数のティース102Tに亘って導線Cを巻き付けることはないので、例えば分割線102Bを境にして、ステータコア102(或いはヨーク:yoke:継鉄)をティース102T間で分割することが可能である。
しかし、集中巻においては複数のティース102Tに亘って導線Cを巻き付けられていないので、高調波の影響を受け易く、特に誘導電動機の場合にはモータの特性が良くならず、トルクの減少、電磁騒音の問題が生じてしまう。
しかし、係る従来技術(特許文献1)は、上述した分布巻及び集中巻の問題を解消するものではない。
一方、導線(C)が巻かれていないティース(コイル外のティース:図1〜図3であれば6、12)は明示的には励磁されない(反発する磁束を発生していない)。換言すれば、コイル外のティース(図1〜図3であればティース6、12)における磁場が最も弱い。
半径方向内方の磁束密度が最も高いティース(図1〜図3であればティース3、9)は対向しているので、それぞれのティースから半径方向内方に向う磁束密度が発生する。半径方向内方に向う磁束が衝突すると反発する作用が起きて、反発した磁束は導線(C)が巻かれていないティース(明示的に励磁されないティース)へ向うことになる。
そのため、第一相(u)、第二相(v)、第三相(w)の3系統の導線(C)が巻かれているティース(図1〜図3であればティース3、9)の半径方向内方の領域から、導線(C)が巻かれていないティース(コイル外のティースで図1〜図3であれば6、12)に向う磁束のループ(ML:磁界、図3参照)が生じる。
すなわち、本発明によれば、ティース(1T)に導線(C)を巻き回すことによりN極とS極を形成するのではなく、第一相(u)、第二相(v)、第三相(w)の3系統の導線(C)が巻かれているティースと、導線(C)が巻かれていないティースを設けることにより、N極とS極が生成される。
発明者の実験では、導線(C)が巻かれていないティース(図1〜図3ではティース6、12)に対応する位置で電動モータ(10)のロータが停止してしまうことは無く、回転し続けることが確認された。
分割されたステータコア(1)であれば、スロット(1S)の開口部(1SW)が外部から見える(露出する)。そのため、インサーターを使用せずに、且つ、線材の被覆が剥ぎ取られないように、例えば作業員(図示せず)の人手により、導線(C)をスロットに挿入することが可能である。
そのため、高調波の影響を受けず、電動モータ(10)の特性が悪くなることはなく、トルクの減少、電磁騒音の問題は軽減される。
さらに、従来の分布巻ではスロット(1S)に線材をいれる順番は、第一相(u)、第二相(v)、第三相(w)の何れの線材であるかによって拘束される。
本発明の巻線方法によれば、各スロット(1S)に線材を入れる順番は、第一相(u)、第二相(v)、第三相(w)の何れであっても良い。
最初に、図1〜図4を参照して、第1実施形態について説明する。
第1実施形態は、三相交流、4極の電動モータの場合を示しており、ステータコア1には合計で12個のティース1Tが形成され、ティース6、12を除く各ティースに導線Cが巻き付けられる。
ステータコア1のティース1Tに導線Cを巻き付けた状態を示す図1において、12個のティース1Tがステータコア1の内周面の円周方向へ配置されており、図示しないロータを12個のティース1Tによって包囲する様に配置されている。
各ティース1Tにはそれぞれ1〜12の番号が付されており、12個のティースは符号1Tで包括的に表現されるが、個々のティースについては、「ティース1」、「ティース2」・・・「ティース12」と表現されている。
図1において、第一相uが流れる導線Cは、ティース1〜3(ティース1〜3に巻き付いている導線を符号u1で示す)に巻き付いており、ティース7〜9(ティース7〜9に巻き付いている導線を符号u2で示す)に巻き付いている。
そして、第二相vが流れる導線Cは、ティース2〜4(ティース2〜4に巻き付いている導線を符号v1で示す)に巻き付いており、ティース8〜10(ティース8〜10に巻き付いている導線を符号v2で示す)に巻き付いている。
また、第三相wが流れる導線Cは、ティース3〜5(ティース3〜5に巻き付いている導線を符号w1で示す)に巻き付いており、ティース9〜11(ティース9〜11に巻き付いている導線を符号w2で示す)に巻き付いている。
ティース1、7には第一相uの導線Cのみが巻かれ、
ティース2、8には第一相u、第二相vの導線Cが巻かれ、
ティース3、9には第一相u、第二相v、第三相wの導線Cが巻かれ、
ティース4、10には第二相v、第三相wの導線Cが巻かれ、
ティース5、11には第三相wの導線Cのみが巻かれ、
ティース6、12(コイル外のティース)には導線Cは巻き付いていない。
図2では、図1と同様に導線が巻き付けられているティース1Tを、ステータコア1の内周面を展開した態様で表現している。
図1、図2で示すように、第1実施形態では、ティース1Tに巻き付けいている導線Cが、1系統(ティース1、7、ティース5、11)、2系統(ティース2、8、ティース4、10)、3系統(ティース3、9)と変化しており、さらにティース6及びティース12(コイル外のティース)には導線Cが巻き付いていない。
図3で示すように、第一相u、第二相v、第三相wの3系統の導線Cが巻かれているティース3及び9の半径方向内方の磁束密度が最も高くなる(ティース3、9の半径方向内方に最も強い磁場が生じる)。
磁束密度が最も高いティースであるティース3及び9の半径方向内方の磁束密度の方向は対向しているため、反発作用が生じる。
一方、ティース6、12にはコイルが巻かれていないので、明示的には励磁されない(ティース6、12における磁場が最も弱い)。
換言すれば、磁束密度が最も高いティース3、9(の半径方向内側の領域)から明示的には励磁されていないティース6及び12に向かって、磁束密度の多寡の勾配が生じている。
そして、ティース3、9の半径方向内方の磁束密度が最も高い領域RN(図1)がN極であれば、明示的には励磁されていないティース6、12の領域RS(図1)がS極となり、磁束がティース6、12の領域RSに集中して、図3で示す磁界が生成されるのである。
そして、図3において、「磁束のループML(磁界)」は隣接する磁束ループ同士では、向きが逆方向となり、図8で示すのと同様な磁束のループML(磁界)が、合計4つ生じる。ここで図3から明らかな様に、磁極数は4となる。
なお、導線Cの巻き方は、隣接する磁束のループML(磁界)が逆方向となる様に、導線Cをティース1Tに巻き付ければ良い。これにより、所望極数の電動モータを作ることが出来る。
発明者が実験した結果では、導線に三相交流を通電すると、ティース6、12に対応する位置で電動モータのロータが停止してしまうことは無く、回転し続けることが確認された。
図4は、ティース6、12において2分割された一方のステータコア1に、導線Cを巻き付けた状態を示している。
スロット1Sの開口は、開口部1SWとして中空円筒形のステータコア1の内周面1Aに開口している。なお、符号1Pは、2分割したステータコア1を一体化する際の位置決め用の凸部であり、符号1Qは、相手側のステータコア1の位置決め用凸部(図示せず)と嵌合する位置決め用の凹部である。
図4において、導線は符号Cにより包括的に表現されている。
なお、図4における導線u2、v2、w2は、図4では1本の太い導線状に表現されているが、実際は複数本の細径の被覆導線の束である。
また、図4で示す様に分割されたステータコア1に導線Cを巻き付けるのであれば、インサーターを使用せずに、且つ、線材の被覆が剥ぎ取られないように、例えば作業員(図示せず)の人手により、導線Cをスロット1Sに挿入することが可能である。
そのため、集中型の場合に比較して、高調波の影響を受けず、モータの特性が良好であり、トルクの減少、電磁騒音の問題が軽減される。
さらに、従来の分布巻ではスロット1Sに導線(線材)をいれる順番は、第一相u、第二相v、第三相wの何れの線材であるかによって順番が拘束される。
しかし、第1実施形態によれば、各スロット1Sに線材を入れる順番は、第一相u、第二相v、第三相wの何れの順番であっても良い。
図1〜図4の第1実施形態は、三相交流、4極の電動モータに係るものであり、ステータコア1にはそれぞれ12個のティース1T及びスロット1Sが設けられた。
それに対して、図5の第2実施形態は、三相交流、6極の電動モータに係るものであり、ティース2T及びスロット(図示せず)がそれぞれ18個設けられている。
図5において、第一相uの電流が流れる導線Cは、ティース1〜3(ティース1〜3に巻き付いている電線を符号u1で示す)に巻き付いており、ティース7〜9(ティース7〜9に巻き付いている電線を符号u2で示す)に巻き付いており、ティース13〜15(ティース13〜15に巻き付いている電線を符号u3で示す)に巻き付いている。
第二相vの電流が流れる導線Cは、ティース2〜4(ティース2〜4に巻き付いている電線を符号v1で示す)に巻き付いており、ティース8〜10(ティース8〜10に巻き付いている電線を符号v2で示す)に巻き付いており、ティース14〜16(ティース14〜16に巻き付いている電線を符号v3で示す)に巻き付いている。
第三相wの電流が流れる導線Cは、ティース3〜5(ティース3〜5に巻き付いている電線を符号w1で示す)に巻き付いており、ティース9〜11(ティース9〜11に巻き付いている電線を符号w2で示す)に巻き付いており、ティース15〜17(ティース15〜17に巻き付いている電線を符号w3で示す)に巻き付いている。
ティース2、8、14には第一相uが流れる導線Cと、第二相vが流れる導線Cが巻かれ、
ティース3、9、15には第一相uが流れる導線Cと、第二相vが流れる導線Cと、第三相wが流れる導線Cが巻かれ、
ティース4、10、16には第二相vが流れる導線Cと、第三相wが流れる導線Cが巻かれ、
ティース5、11、17には第三相wが流れる導線Cのみが巻かれ、
ティース6、12、18(コイル外のティース)には導線Cは巻かれていない。
上述の様に、第2実施形態では、ティース2Tによって、巻かれる導線Cの系統が、ティース1〜5、ティース7〜11及びティース13〜17が、それぞれ1系統(ティース1、7、13、ティース5、11、17)、2系統(ティース2、8、14、ティース4、10、16)、3系統(ティース3、9、15)と変化しており、さらに導線が巻きついていないティース(6、12、18:コイル外のティース)も存在する。
一方、ティース6、12、18にはコイルが巻かれていないので、ティース6、12,18は明示的に励磁されない(ティース6、12,18における磁場が最も弱い)。
さらに、ティースに巻かれる導線の系統数が減少(3系統→2系統→1系統)している。
したがって、第1実施形態と同様に、図示しない磁束のループML(磁界)が、合計6つ生じる。(それぞれ、ティース18〜3、ティース3〜6、ティース6〜9、ティース9〜12、ティース12〜15及びティース15〜18の周囲に生じる磁束のループ)。
そして、ティース3、9、15の半径方向内方の磁束密度が最も高い領域RNがN極、明示的に励磁されないティース6、12、18の領域RSがS極となる。そして、磁極数は6である。
そのため、導線Cが巻き付けられていないティース6、12、18において、ステータコア2(或いはヨーク、継鉄)を分割(2分割或いは3分割)することが出来る。
したがって、第1実施形態と同様、分割されたステータコア2であればスロットの開口部が外部から見える(露出する)ので、導線を容易にスロットに挿入することが出来る。そのため、インサーターを使用せずに、線材の被覆が剥ぎ取られないように、導線をティース2Tに巻き付ける作業が容易に行われる。
図5の第2実施形態におけるその他の構成及び作用効果は、図1〜図4の第1実施形態と同様である。
図1〜図4の第1実施形態では、三相交流、4極の電動モータに係る実施形態であり、図5の第2実施形態は、三相交流、6極の電動モータに係る実施形態である。
それにたいして図6の電動モータは、三相交流、8極の電動モータに係る実施形態であり、ティース3T及びスロット(図示せず)がそれぞれ24個設けられている。
図6において、第一相uの電流が流れる導線Cは、ティース1〜3(ティース1〜3に巻き付いている導線は符号uで示す1)に巻き付いており、ティース7〜9(ティース7〜9に巻き付いている導線は符号u2で示す)に巻き付いており、ティース13〜15(ティース13〜15に巻き付いている導線は符号u3で示す)に巻き付いており、ティース19〜21(ティース19〜21に巻き付いている導線は符号u4で示す)に巻き付いている。
第三相wの電流が流れる導線Cは、ティース3〜5(ティース3〜5に巻き付いている導線は符号w1で示す)に巻き付いており、ティース9〜11(ティース9〜11に巻き付いている導線は符号w2で示す)に巻き付いており、ティース15〜17(ティース15〜17に巻き付いている導線は符号w3で示す)に巻き付いており、ティース21〜23(ティース21〜23に巻き付いている導線は符号w4で示す)に巻き付いている。
ティース2、8、14、20には第一相uの導線C、第二相vの導線Cが巻き付いており、
ティース3、9、15、21には第一相uの導線C、第二相vの導線C、第三相wの導線Cが巻き付いており、
ティース4、10、16、22には第二相vの導線C、第三相wの導線Cが巻き付いており、
ティース5、11、17、23には第三相wの導線Cのみが巻き付いており、
ティース6、12、18、24(コイル外のティース)には導線Cは巻き付いていない。
さらに導線が巻き付けられていないティース6、12、18、24(コイル外のティース)も存在する。
一方、ティース6、12、18、24にはコイルが巻かれていないので、ティース6、12、18、24は明示的には励磁されない(ティース6、12、18、24における磁場が最も弱い)。
そして、ティース3、9、15、21の半径方向内方の磁束密度が最も高い領域RNがN極となり、明示的に励磁されていないティース6、12、18、24の領域RSがS極となる。磁極数は8である。
そのため、導線Cが巻き付けられていないティース6、12、18、24において、ステータコア3(或いはヨーク、継鉄)を分割(2分割〜4分割)することが出来る。
第1実施形態、第2実施形態と同様、分割されたステータコア3であれば、図示しないスロットの開口部が外部から見える状態になる(露出する)ので、導線を容易にスロットに挿入することが出来る。そして、インサーターを使用せずに、且つ、線材の被覆が剥ぎ取られないように、導線をティース3Tに巻き付けることが出来る。
第3実施形態におけるその他の構成及び作用効果は、図1〜図4の第1実施形態及び図5の第2実施形態と同様である。
第4実施形態も、第3実施形態と同様に、ステータコア1には24個のティース1T及びスロット1Sが形成され、ティース12、24を除く各ティースに導線Cが巻き付けられる。
各ティース1Tにはそれぞれ1〜24の番号が付されており、12個のティースは符号1Tで包括的に表現されるが、個々のティースについては、「ティース1」、「ティース2」・・・「ティース24」と表現されている。
そして、24個のティース1T及びスロット1Sが形成されているため、12個のティース1T及びスロット1Sが形成されている第1実施形態に比較して、高周波の発生を抑制し、特性改善を図ることが出来る。
図7の第4実施形態におけるその他の構成及び作用効果は、図1〜図6の各実施形態と同様である。
1A・・・内周面
1P・・・位置決め用の凸部
1Q・・・位置決め用の凹部
1S・・・スロット
1SW・・・開口部
1T、2T、3T・・・ティース
10・・・電動モータ
100・・・電動モータ
101、102・・・ステータコア
101A・・・内周面
101S、102S・・・スロット
101SW・・・開口部
101T、102T・・・ティース
102B・・・分割線
C・・・導線
ML・・・磁束のループ
RN・・・磁束密度が最も高い領域
RS・・・明示的に例示されていないティースの領域
u1、u2、u3、u4・・・第一相(u)の電流が流れる導線
v1、v2、v3、v4・・・第二相(v)の電流が流れる導線
w1、w2、w3、w4・・・第三相(w)の電流が流れる導線
Claims (3)
- ステータコアには複数のティースが形成され、第一相、第二相、第三相が流れる導線が全て巻き付けられているティースと、第一相、第二相、第三相が流れる導線の何れか2つが巻き付けられるティースと、第一相、第二相、第三相が流れる導線の何れか1つが巻き付けられるティースと、何れの導線も巻き付けられていないティースが設けられていることを特徴とする電動モータ。
- 前記何れの導線も巻き付けられていないティースの間の領域には5個のティースがステータコアの内周面の円周方向へ直列に配置されており、第一相、第二相、第三相が流れる導線は、何れも、直列に連続して配置された3個のティースに巻き付けられている請求項1の電動モータ。
- 極数は4極以上の偶数である請求項2の電動モータ。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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- 2014-11-27 JP JP2014239513A patent/JP2016103869A/ja active Pending
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