JP2020022337A - 電動機 - Google Patents
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Abstract
【課題】軽量化を図りつつ、大型化を抑えることができる電動機を提供すること。【解決手段】軸線を中心に回転可能な回転軸部材と、回転軸部材に設けられた円環状のロータコア、及び、ロータコアに設けられた磁石を有するロータと、ロータコアに対して回転軸部材の軸線方向と直交する方向である径方向に間隔をあけて配置され、周方向に複数のスロットが形成された円環状のステータコア、及び、複数のスロット内に挿入されてステータコアに巻き付けられたステータコイルを有するステータと、を備えた電動機であって、ステータコイルは、第１導線と、第１導線よりも導電率が高い第２導線とによって構成されており、スロット内には前記第２導線が配置されている。【選択図】図１
Description
本発明は、電動機に関する。
特許文献１に記載の電動機は、シャフトに固設されたロータと、ロータの径方向外方に所定間隔をあけて配置されたステータと、を備えている。ステータは、円周方向に複数のスロットが形成されたステータコアと、各スロット内に挿入されてステータコアに巻き回されたステータコイルとを有している。そして、特許文献１に記載の電動機では、ステータコイルを構成する導線にアルミニウム材を用いている。これにより、前記導線に銅材を用いた場合よりも、ステータコイルの軽量化を図ることができるとされている。
ステータコイルを構成する導線の材質としては、一般に銅材が用いられるが、前記導線にアルミニウム材を用いた場合には、前記導線の太さが同じであると、前記導線に銅材を用いた場合に比べて導電率が低くなる。そのため、ステータコイルの抵抗値が増加し、出力性能が低下してしまう。よって、前記導線にアルミニウム材を用いた場合には、前記導線に銅材を用いた場合と同等の出力性能を得ようとすると、銅材を用いた場合よりも前記導線を太くする必要がある。しかしながら、前記導線を太くしてしまうと、その分、ステータコイルを挿入するスロットを大きくする必要があり、ステータコアの大型化ひいては電動機の大型化を招いてしまう。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、軽量化を図りつつ、大型化を抑えることができる電動機を提供することである。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電動機は、軸線を中心に回転可能な回転軸部材と、前記回転軸部材に設けられた円環状のロータコア、及び、該ロータコアに設けられた磁石を有するロータと、前記ロータコアに対して前記回転軸部材の軸線方向と直交する方向である径方向に間隔をあけて配置され、周方向に複数のスロットが形成された円環状のステータコア、及び、該複数のスロット内に挿入されて該ステータコアに巻き付けられたステータコイルを有するステータと、を備えた電動機であって、前記ステータコイルは、第１導線と、該第１導線よりも導電率が高い第２導線とによって構成されており、前記スロット内には前記第２導線が配置されていることを特徴とするものである。
また、上記において、前記第１導線を挿入するための第１挿入穴と、前記第２導線を挿入するための第２挿入穴とを有し、前記第１導線と前記第２導線とを電気的に接続する接続部材を備えてもよい。
これにより、断面積の異なる導線同士を容易に電気的に接続することができる。
また、上記において、前記第１導線の材質はアルミニウムであり、前記第２導線の材質は銅であってもよい。
これにより、他の導電率の異なる導線を組み合わせた場合よりも低コスト化を図ることができる。
また、上記において、前記第１導線と前記第２導線とは、前記ステータコアの前記軸線方向の両端面近傍にて接続されてもよい。
これにより、第２導線の使用量を極力減らすことができる。
本発明に係る電動機においては、例えば、アルミニウム材からなる第１導線と、前記アルミニウム材からなる第１導線よりも導電率が高い、銅材からなる第２導線とによってステータコイルを構成し、ステータコアのスロット内に前記銅材からなる第２導線を配置している。これにより、スロットの大きさとしては、前記銅材からなる導線だけによって、ステータコイルを構成した場合と同じ大きさにすることができる。よって、前記アルミニウム材からなる導線だけによってステータコイルを構成した場合よりも、スロットが大きくなるのを抑えつつ、出力性能の低下を抑制することができる。また、本発明に係る電動機においては、前記銅材からなる第２導線だけによってステータコイルを構成した場合に比べて、前記アルミニウム材からなる第１導線も用いてステータコイルを構成しているため、ステータコイルの軽量化を図ることができる。また、ステータコイルを構成する第１導線と第２導線との組わせとしては、例えば、アルミニウム材からなる第１導線と、銀材からなる第２導線とであっても、上述したのと同様の効果を得ることができる。よって、本発明に係る電動機は、軽量化を図りつつ大型化を抑制することができるという効果を奏する。
以下に、本発明に係る電動機の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態により本発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る電動機１の断面図である。図２は、ステータ４を径方向外側から見た一部分を示した図である。図３は、スリーブ部材５の斜視図である。図１に示すように、実施の形態１に係る電動機１は、シャフト２、ロータ３、及び、ステータ４などを備えている。
図１は、実施の形態１に係る電動機１の断面図である。図２は、ステータ４を径方向外側から見た一部分を示した図である。図３は、スリーブ部材５の斜視図である。図１に示すように、実施の形態１に係る電動機１は、シャフト２、ロータ３、及び、ステータ４などを備えている。
シャフト２は、軸線方向に長尺な金属製の回転軸部材である。なお、以下の説明において、「軸線方向」とは、シャフト２の軸線方向（長手方向）と定義する。ロータ３は、ロータコア３１、磁石３２及び界磁コア３３などを有している。ロータコア３１は、複数の電磁鋼板をシャフト２の軸線方向に積層して円筒状に形成されている。ロータコア３１は、軸線方向にて電磁鋼板間に隙間があるため、軸線方向の磁気抵抗が、ロータコア３１の軸線方向と直交する方向である径方向及び周方向の磁気抵抗よりも大きい。そのため、ロータコア３１内では、磁束が軸線方向に流れ難く、径方向及び周方向に磁束が流れやすくなっている。磁石３２は、ロータコア３１の内部に埋設されており、ロータコア３１の軸線方向にわたって延在している。磁石３２の軸線方向両端面は、それぞれロータコア３１の軸線方向両端面と略面一になっている。
ステータ４は、ロータコア３１の径方向外方に所定間隔をあけて配置され、周方向に複数のスロット４３が形成された円環状のステータコア４１と、各スロット４３内に挿入されてステータコア４１に巻き付けられたステータコイル４２とを有している。ステータコア４１は、複数枚の電磁鋼板を軸線方向に積層して構成されている。
ステータコイル４２は、アルミニウム材からなら第１導線４２ａと、第１導線４２ａよりも導電率が高い、銅材からなる第２導線４２ｂとによって構成されている。そして、ステータコイル４２のうち、スロット４３内には第２導線４２ｂが配置されている。
ステータコイル４２は、アルミニウム材からなる第１導線４２ａと、第１導線４２ａよりも導電率が高い、銅材からなる第２導線４２ｂとによって構成されている。アルミニウム材からなる第１導線４２ａは、銅材からなる第２導線４２ｂよりも導電率が低いため、第１導線４２ａの断面抵抗と第２導線４２ｂの断面抵抗とが同等となるように、第１導線４２ａの断面積を第２導線４２ｂの断面積よりも大きくしている。これにより、ステータコイル４２を銅材からなる導線だけによって構成した場合と同等の出力性能を得ることができる。
そして、実施の形態１に係る電動機１においては、ステータコイル４２のうち、スロット４３内に第２導線４２ｂが配置されている。また、ステータコイル４２のうち、スロット４３の外に第１導線４２ａが配置されており、第１導線４２ａによってコイルエンドが形成されている。
実施の形態１に係る電動機１においては、ステータコア４１のスロット４３内に、ステータコイル４２の第２導線４２ｂを配置したことによって、スロット４３の大きさを、銅材からなる導線だけによってステータコイル４２を構成した場合と同じ大きさにすることができる。よって、アルミニウム材からなる導線だけによってステータコイル４２を構成した場合よりも、スロット４３が大きくなるのを抑えつつ、出力性能の低下を抑制することができる。また、実施の形態１に係る電動機１においては、銅材からなる導線だけによってステータコイル４２を構成した場合に比べて、アルミニウム材からなる第１導線４２ａと、銅材からなる第２導線４２ｂとによってステータコイル４２を構成しているため、ステータコイル４２の軽量化を図ることができる。よって、実施の形態１に係る電動機１は、軽量化を図りつつ大型化を抑制することができる。
ステータコイル４２の第１導線４２ａと第２導線４２ｂとは、銅材またはアルミニウム材からなるスリーブ部材５によって結合され電気的に接続されている。スリーブ部材５は、軸線方向の一端面から開けられた第１挿入穴５１と、軸線方向の他端面から開けられた第２挿入穴５２とを有している。なお、第１挿入穴５１及び第２挿入穴５２のそれぞれの内面には、腐食防止のためのコーティングを施してもよい。また、第１挿入穴５１と第２挿入穴５２とは、軸線方向に底部を有しており連通していないが、第１挿入穴５１を軸線方向にて貫通させて、第１挿入穴５１と第２挿入穴５２とを連通させてもよい。
第１挿入穴５１の内径は、ステータコイル４２の第２導線４２ｂの直径よりも僅かに小さくなっている。そして、第１挿入穴５１には、第２導線４２ｂの端部が圧入されて嵌合されている。また、第２挿入穴５２の内径は、ステータコイル４２の第１導線４２ａの直径よりも僅かに小さくなっている。そして、第２挿入穴５２には、第１導線４２ａの端部が圧入されて嵌合されている。このように、ステータコイル４２は、スリーブ部材５に対して、第１導線４２ａと第２導線４２ｂとを互いに軸線方向反対側から第１挿入穴５１及び第２挿入穴５２に圧入して結合させる組み立て式構造となっている。これにより、スリーブ部材５によって、断面積の異なる第１導線４２ａ及び第２導線４２ｂを容易に電気的に接続することができる。
また、実施の形態１に係る電動機１においては、ステータコイル４２の第１導線４２ａと第２導線４２ｂとが、ステータコア４１の軸線方向の両端面近傍にてスリーブ部材５により結合されている。これにより、ステータコイル４２に対する銅材からなる第２導線４２ｂの使用量を極力減らすことができ、低コスト化を図ることができる。
なお、ステータコイル４２を構成する第１導線４２ａと第２導線４２ｂとの材質の組み合わせとしては、例えば、第１導線４２ａにアルミニウム材を用い、第２導線４２ｂに銀材を用いてもよい。一方で、第１導線４２ａと第２導線４２ｂとの材質の組み合わせとして、第１導線４２ａにアルミニウム材を用い、第２導線４２ｂに銅材を用いることによって、上述したアルミニウム材及び銀材の組み合わせのような、他の導電率の異なる材質の組み合わせよりも、ステータコイル４２の低コスト化を図ることができる。
また、実施の形態１に係る電動機１においては、ステータコア４１にステータコイル４２を巻き回させる方法として、Ｕ字状の平角型導線の複数のセグメント導体を用い、各セグメント導体をスロット４３へ挿入した後、セグメント導体同士を接合するセグメントコイル巻線方式を採用してもよい。
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係る電動機１について説明する。なお、実施の形態２に係る電動機１において、実施の形態１に係る電動機１と共通する部分については、その説明を適宜省略する。
次に、本発明の実施の形態２に係る電動機１について説明する。なお、実施の形態２に係る電動機１において、実施の形態１に係る電動機１と共通する部分については、その説明を適宜省略する。
図４は、実施の形態２に係る電動機１の断面図である。図５は、スリーブ部材６の斜視図である。実施の形態２に係る電動機１においては、ステータコイル４２を構成する、アルミニウム材からなる第１導線４２ａと、銅材からなる第２導線４２ｂとが、軸線方向にわたって同一内径にて貫通した貫通孔６１を有するスリーブ部材６によって結合されている。このスリーブ部材６は、銅またはアルミニウムによって構成されている。
スリーブ部材６の貫通孔６１の内径は、ステータコイル４２の第２導線４２ｂの直径よりも僅かに小さくなっている。また、ステータコイル４２の第１導線４２ａの端部４２１における直径は、第１導線４２ａの端部４２１以外の部分４２２における直径よりも小さく、且つ、貫通孔６１の内径よりも僅かに大きくなっている。そして、第１導線４２ａと第２導線４２ｂとを互いに軸線方向反対側から貫通孔６１に圧入して嵌合し、スリーブ部材６によって第１導線４２ａと第２導線４２ｂとを結合して電気的に接続している。
実施の形態２に係る電動機１においては、スリーブ部材６に開けられた貫通孔６１が軸線方向にわたって同一内径であるため、スリーブ部材６に内径の異なる２つの穴を開ける場合よりも、加工性が高まり、低コスト化を図ることができる。また、内径の異なる２つの穴を開けるよりも、軸線方向にわたって同一内径の貫通孔６１をスリーブ部材６に開けたほうが、スリーブ部材６の外径を小さくことが可能となるため、スリーブ部材６の小型化を図ることができる。
１ 電動機
２ シャフト
３ ロータ
４ ステータ
４１ ステータコア
４２ ステータコイル
４２ａ 第１導線
４２ｂ 第２導線
５ スリーブ部材
５１ 第１挿入穴
５２ 第２挿入穴
６ スリーブ部材
６１ 貫通孔
２ シャフト
３ ロータ
４ ステータ
４１ ステータコア
４２ ステータコイル
４２ａ 第１導線
４２ｂ 第２導線
５ スリーブ部材
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５２ 第２挿入穴
６ スリーブ部材
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Claims (4)
- 軸線を中心に回転可能な回転軸部材と、
前記回転軸部材に設けられた円環状のロータコア、及び、該ロータコアに設けられた磁石を有するロータと、
前記ロータコアに対して前記回転軸部材の軸線方向と直交する方向である径方向に間隔をあけて配置され、周方向に複数のスロットが形成された円環状のステータコア、及び、該複数のスロット内に挿入されて該ステータコアに巻き付けられたステータコイルを有するステータと、
を備えた電動機であって、
前記ステータコイルは、第１導線と、該第１導線よりも導電率が高い第２導線とによって構成されており、
前記スロット内には前記第２導線が配置されていることを特徴とする電動機。 - 前記第１導線を挿入するための第１挿入穴と、前記第２導線を挿入するための第２挿入穴とを有し、前記第１導線と前記第２導線とを電気的に接続する接続部材を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電動機。
- 前記第１導線の材質はアルミニウムであり、
前記第２導線の材質は銅である、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の電動機。 - 前記第１導線と前記第２導線とは、前記ステータコアの前記軸線方向の両端面近傍にて接続されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電動機。
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