JP2016101031A - 三相モータのステータ - Google Patents

Abstract

【課題】渡り線が脱落することなく、小型化可能な三相モータのステータを提供する。
【解決手段】三相モータのステータ１００は、内周面に複数のティース２１が形成された環状のステータコアと、隣り合う２つのティース２１に同相の線材３１が巻き回されて形成されるコイル３０と、２つのコイル３０をスロット２２とステータコアの外周面側とを通って直列に接続する接続線４０と、ステータコアの外周面側に設けられ、接続線４０で接続された２つのコイル３０と当該２つのコイル３０から離間した位置にあり、接続線４０で接続された他の２つのコイル３０とを直列に接続する渡り線５０と、渡り線５０で直列に接続して形成されたコイル群７０が有する一対の端部７１，２２の夫々に接続される複数の給電線であって、当該複数の給電線の一方はステータコアの周方向に沿って連続する所定のスロット２２の径方向外側の位置におけるステータコアの外周面側まで延びる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ロータの外周面に離間して設けられる三相モータのステータに関する。

従来、様々な装置の小型化、高性能化等を実現すべく、駆動装置であるモータに対しても小型、高トルク、低騒音振動といった特性が要求されてきた。このような要求に応えるべく、モータのステータについて検討されてきた。このようなステータに関する技術として例えば特許文献１に記載のものがある。

特許文献１に記載の電動機の固定子（ステータ）は、複数のティースを有する固定子コアと、ティースに巻き回して形成された巻線とを備えて構成され、夫々の巻線はティース巻回部の外周部に配置される渡り線により接続される。この構成により、バスバー等の部品の追加や溶接工程等を行うことなく巻線同士を接続し、小型化を図っている。

特開２００５−２２４０３３号公報

特許文献１に記載の技術では、同相の各ティースの巻線は１本の渡り線で接続され、給電部となる巻線の巻き始め端及び巻き終わり端の双方が互いに離間した位置に配置されている。このため、接続先として接続ピッチの大きい接続基板やコネクタを用いる必要があるので、当該接続基板やコネクタのサイズが大きくなり、サイズアップの要因となる。また、巻線の巻き始め端及び巻き終わり端の双方を互いに近づけることも可能であるが、この場合にはバスバー等の部品を追加する必要があるので、バスバーを設ける分だけサイズアップやコストアップの要因にもなる。また、特許文献１に記載の技術では、巻線の巻き始め端及び巻き終わり端の夫々の保持まで考慮されていないので、インシュレータの外周面に渡り線を配置する際に十分に保持することができず、インシュレータの外周面から脱落する可能性がある。仮に渡り線が脱落した時には、他の部品と干渉し、モータの回転に支障をきたす恐れもある。更に、インシュレータの径方向内側に渡り線を収容することも考えられるが、この場合コイルを配置するスペースが制限される。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、渡り線が脱落することなく、小型化することが可能な三相モータの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の本発明に係る三相モータのステータの特徴構成は、内周面から径方向内側に向って突出する複数のティースが周方向に沿って形成された環状のステータコアと、前記複数のティースのうち互いに隣り合う２つのティースに同相の線材が巻き回されて形成されるコイルと、前記２つのティースに形成された２つのコイルを前記２つのティース間のスロットと前記ステータコアの外周面側とを通って直列に接続する接続線と、前記ステータコアの外周面側に設けられ、前記接続線で接続された２つのコイルと、当該２つのコイルから離間した位置にあり、前記接続線で接続された他の２つのコイルとを直列に接続する渡り線と、前記渡り線で直列に接続して形成されたコイル群が有する一対の端部の夫々に接続される複数の給電線であって、複数の給電線のうちの一方は、当該接続された位置から前記ステータコアの周方向に沿って連続する予め設定された３つのスロットのうちの１つの前記ステータコアの径方向外側の位置における前記ステータコアの外周面側まで延びる点にある。

このような特徴構成とすれば、給電線を周方向に並んだスロットの近傍に（局所的に）集約することができるので、給電線に給電する装置（例えばインバータ）と接続するのに用いられるコネクタ等の接続ピッチを小さくすることができる。また、バスバー等の他の部材を用いる必要もない。したがって、三相モータのステータをコストアップすることなく、コンパクトに構成することが可能となる。また、給電線をスロット内に導入することにより、当該導入時に給電線に対して所定のテンションを掛けることができるので、渡り線や給電線がステータコアの外周面から脱落することを防止できる。したがって、渡り線や給電線と他の部品との干渉を防止できる。また、渡り線や給電線がステータコアの外周面側に配置されるので、後で巻き回される異なる相の線材の引き回し時に、線材を引き回す装置（のノズル）が通過する経路を妨害することを防止できる。

また、前記同相の線材において、前記接続線が前記ステータコアの外周面側に配置されている場合には、前記渡り線及び前記給電線は前記ステータコアの径方向内側に設けられていると好適である。

このような構成とすれば、同相の線材について、ステータコアの径方向内側から外周面側への線材の導出と、ステータコアの外周面側から径方向内側への導入との双方を同じ位置で行うことができる。したがって、ステータコアの外周面側において同相の線材が並走することがないので（ステータコアの外周面側に設けられる同相の渡り線の本数を１本にすることができるので）、線材の引き回しを簡素にすることができ、引っ掛かり等による線材の断線や脱落を防止できる。

また、前記ステータコアの軸方向両端面に、前記ステータコアの外周面側から前記スロットへの前記線材の導入、及び前記スロットから前記ステータコアの外周面側への前記線材の導出を行う複数の切欠部を有する環状のインシュレータが設けられ、前記切欠部は、前記線材の導入と前記線材の導出とで併用されている場合には、前記インシュレータの周方向に沿った切欠長が他の切欠部よりも大きく形成されていると好適である。

このような構成とすれば、同相の線材について、ステータコアの径方向内側から外周面側への線材の導出と、ステータコアの外周面側から径方向内側への導入との双方を行う切欠部において、導出される線材と導入される線材とが交差する位置をステータコアの内周面から更に径方向内側に移動させることができる。このため、ステータコアの外周面において渡り線が交差することを防止できるので、渡り線の高さが高くなることを防止できる。したがって、三相モータのステータをコンパクトに構成することが可能となる。

三相モータのステータの斜視図である。 三相モータのステータの上面図である。 ティースに対する巻線の状態を模式的に示す図である。 その他の実施形態に係る巻線の状態を模式的に示す図である。 その他の実施形態に係る切欠部の拡大図である。

本発明に係る三相モータのステータは、コイルを形成する線材がステータコアから脱落し難く、コンパクトに構成される。以下、本実施形態の三相モータのステータ（以下「ステータ」とする）１００について説明する。

図１にはステータ１００の斜視図が示され、図２にはステータ１００の上面図が示される。本実施形態に係るステータ１００は、ステータコア２０、コイル３０、接続線４０、渡り線５０、給電線６０を備えて構成される。

ステータコア２０は、図１及び図２に示されるように、環状に形成される。特に本実施形態では、ステータコア２０は円環状に形成され、電磁鋼板からなる複数の円環状の薄板を積層して構成される。ステータコア２０は、内周面から径方向内側に向って突出する複数のティース２１が周方向に沿って形成される。「内周面から径方向内側に向って突出する」とは、円環状のステータコア２０の内周面から当該ステータコア２０の軸芯方向に突出していることを意味する。

本実施形態では、ステータコア２０の周方向に沿って１２個のティース２１が設けられる。したがって、本実施形態のステータ１００は、所謂「１０極１２スロット」の三相モータに利用される。図２には、理解を容易にするために、夫々のティース２１に対して反時計回りに２１Ａから２１Ｌまで符号が付されている。

コイル３０は、複数のティース２１のうち互いに隣り合う２つのティース２１に同相の線材３１が巻き回されて形成される。複数のティース２１とは、ステータコア２０に形成される１２個のティース２１である。互いに隣り合う２つのティース２１とは、例えば図２において、夫々、ティース２１Ａとティース２１Ｂ、ティース２１Ｃとティース２１Ｄ、ティース２１Ｅとティース２１Ｆ、ティース２１Ｇとティース２１Ｈ、ティース２１Ｉとティース２１Ｊ、ティース２１Ｋとティース２１Ｌにあたる。同相とは、三相モータにおける三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のうちの同一の相である。図２には、理解を容易にするために、ティース２１が同一の相毎に一点鎖線で囲まれる。線材３１とは、周囲が絶縁材料で被覆された導線である。コイル３０は、このような線材３１をＵ相毎、Ｖ相毎、及びＷ相毎に巻き回して形成される。

接続線４０は、２つのティース２１に形成された２つのコイル３０を２つのティース２１間のスロット２２とステータコア２０の外周面とを通って直列に接続する。図３には、理解を容易にするためにステータコア２０の軸芯からステータコア２０の内周面を見た場合の展開図が示される。図３では、ステータコア２０の外周面側と内周面側との境界が点線Ａで示される。

図３に示されるように、ティース２１Ａには当該ティース２１Ａをステータコア２０の軸芯から径方向に沿って見て時計周りに線材３１が巻き回され、ティース２１Ｂには反時計回りに線材３１が巻き回される。これにより、ティース２１Ａ及びティース２１Ｂの夫々を中心として２つのコイル３０が形成される。ティース２１Ａに形成されたコイル３０の線材３１は、一旦、ステータコア２０の外周面側に導出された後、再度、ステータコア２０の内周面側に導入され、ティース２１Ｂに巻き回される。したがって、ティース２１Ａに形成されたコイル３０とティース２１Ｂに形成されたコイル３０とは直列に接続されている。

渡り線５０は、ステータコア２０の外周面側に設けられ、接続線４０で接続された２つのコイル３０と、当該２つのコイル３０から離間した位置にあり、接続線４０で接続された他の２つのコイル３０とを直列に接続する。上述したようにコイル３０は、互いに隣り合うティース２１に対して、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順に形成される。本実施形態ではティース２１は１２個あるので、ティース２１Ａ及びティース２１Ｂと同相のコイル３０がティース２１Ｇ及びティース２１Ｈにも形成される。

「接続線４０で接続された２つのコイル３０と、当該２つのコイル３０から離間した位置にある」コイル３０とは、ティース２１Ａ及びティース２１Ｂのコイル３０を基準に考えた場合には、ティース２１Ａ及びティース２１Ｂのコイル３０から離間したティース２１Ｇ及びティース２１Ｈのコイル３０が相当する。渡り線５０は、このようなティース２１Ａ及びティース２１Ｂのコイル３０と、ティース２１Ｇ及びティース２１Ｈのコイル３０とを直列に接続する。この場合、図３に示されるように、渡り線５０はステータコア２０の外周面側に配置される。したがって、ティース２１Ａ及びティース２１Ｂに形成されたコイル３０とティース２１Ｇ及びティース２１Ｈに形成されたコイル３０とは直列に接続されている。

給電線６０は、渡り線５０で直列に接続して形成されたコイル群７０が有する一対の端部７１，７２の夫々に接続される複数からなり、複数の給電線６０のうちの一方は、当該接続された位置からステータコア２０の周方向に沿って連続する予め設定された３つのスロット２２のうちの１つのステータコア２０の径方向外側の位置におけるステータコア２０の外周面側まで延びるように構成される。「渡り線５０で直列に接続して形成されたコイル群７０」とは、上記の例ではティース２１Ａに形成されたコイル３０、接続線４０、ティース２１Ｂに形成されたコイル３０、渡り線５０、ティース２１Ｇに形成されたコイル３０、ティース２１Ｈに形成されたコイル３０である。このため、この一連の直列接続されたコイル群７０における一方の端部７１と他方の端部７２とに、夫々給電線６０が設けられる。したがって、コイル群７０と夫々の給電線６０とは直列に接続されることになる。

ステータコア２０の周方向に沿って予め設定された３つのスロット２２とは、本実施形態では最初にコイル３０を巻き始めたティース２１Ａとティース２１Ｂとの間のスロット２２（「スロット２２Ａ」とする）と、当該スロット２２Ａを中心として周方向に沿って隣り合うティース２１Ｂとティース２１Ｃとの間のスロット２２（「スロット２２Ｂ」とする）と、ティース２１Ｌとティース２１Ａとの間のスロット２２（「スロット２２Ｃ」とする）とが相当する。給電線６０は、端部７２からスロット２２Ａの径方向外側の位置までステータコア２０の外周面側を通して設けられる。

一方、端部７１は、本実施形態では元々スロット２２Ｃに位置しているので、給電線６０はステータコア２０の内周面側に設けられる。このようなコイル群７０は、線材３１をスロット２２Ｃからティース２１Ａ、ティース２１Ｂ、ティース２１Ｇ、ティース２１Ｈ、スロット２２Ａまで巻き回すことで構成される。この際、線材３１を巻き回す装置（のノズル）が、先にステータコア２０の各部に配置された線材３１と干渉しないので容易に引き回すことが可能となる。

上記のように三相のうちの１つの相のコイル群７０の配線が完了すると、当該１つの相とは異なる相のコイル群７０の形成が行われる。具体的には、スロット２２Ａからステータコア２０の外周面に給電線６０として引き回し、ティース２１Ｃに反時計回りに線材３１を巻き回す。その後、ティース２１Ｃとティース２１Ｄとの間のスロット２２（「スロット２２Ｄ」とする）からステータコア２０の外周面に接続線４０として配置し、更にティース２１Ｄに巻き回してコイル３０を形成する。そして、ティース２１Ｄからティース２１Ｉまでステータコア２０の外周面を通るように渡り線５０を設け、ティース２１Ｉ及びティース２１Ｊの夫々に巻き回してコイル３０を形成した後、ティース２１Ｊからスロット２２Ｂの径方向外側の位置までステータコア２０の外周面を通るように給電線６０を設け、当該スロット２２Ｂに導入する。このように上述したコイル群７０とは別のコイル群７０を形成することができる。この場合も、先に巻いた線材３１（例えばＵ相のコイル群７０）との干渉を防止できる。

次に、同様に、三相のうちの残りの相の配線を行う。本実施形態では、スロット２２Ｂからスロット２２Ｃまで上記と同様に線材３１を引き回してコイル群７０を形成する。この場合も先に巻いた線材３１（Ｕ相及びＶ相のコイル群７０）との干渉を防止できる。

上述したように、本ステータ１００によれば、Ｕ相のコイル３０、Ｖ相のコイル３０、Ｗ相のコイル３０の順にコイル製造装置（が有するノズル）により線材３１を巻き回して形成する場合でも、先に形成されたコイル３０の線材３１が、後にコイル３０を形成する際の装置（ノズル）の移動を妨げないようにすることができる。また、また、一旦、巻き回した線材３１も脱落することなく、コンパクトに構成することが可能となる。

〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、給電線６０はコイル群７０が有する一対の端部７１，７２の夫々に接続される複数からなり、複数の給電線６０のうちの一方は、当該接続された位置からステータコア２０の周方向に沿って所定の位置までステータコア２０の外周面側まで延びているとして説明した。しかしながら、図４に示されるように、同相の線材３１において、接続線４０がステータコア２０の外周面側に配置されている場合には、渡り線５０及び給電線６０はステータコア２０の径方向内側に設けると良い。

すなわち、互いに隣り合う２つのティース２１（例えばティース２１Ａ及びティース２１Ｂ）に線材３１を巻き回して２つのコイル３０を形成し、ステータコア２０の外周面側に渡り線５０を設け、前記互いに隣り合う２つのティース２１（ティース２１Ａ及びティース２１Ｂ）から離間した位置にある互いに隣り合う２つのティース２１（例えばティース２１Ｇ及びティース２１Ｈ）に線材３１を巻き回して２つのコイル３０を形成する。その後、給電線６０を設ける際は原則としてステータコア２０の外周面側に給電線６０が設けられる。しかしながら、ティース２１Ｈのコイル３０を形成した後、ティース２１Ｇとティース２１Ｈとの間のスロット２２（「スロット２２Ｅ」とする）から径方向外側に線材３１を導出する場合には、接続線４０がステータコア２０の外周面にあるので、ティース２１Ｈとティース２１Ｉとの間のスロット２２（「スロット２２Ｆ」とする）から導出すると良い。

また、スロット２２Ａに線材３１を導入する場合には、ティース２１Ａの径方向外側には接続線４０が配置されているので、一旦、ティース２１Ｌとティース２１Ａとの間における径方向外側の位置から線材３１をステータコア２０の内周面側に導入し、当該内周面側を通ってスロット２２Ａに引き回すと良い。これにより、図４に示されるように、ステータコア２０の外周面には、同相の線材３１が並走することを防止できるので、線材３１の交差を防止できる。したがって、線材３１の高さが高くなることを防止でき、コンパクトにステータ１００を構成することができる。また、他の相も同様に、図４に示されるように引き回すことで、上述した線材３１の高さが高くなることを防止できるので、コンパクト化の効果を高めることができる。

ここで、ステータコア２０に軸方向両端面には環状のインシュレータ８０が設けられる。このインシュレータ８０には、ステータコア２０の外周面側からスロット２２への線材３１の導入、及びスロット２２からステータコア２０の外周面側への線材３１の導出を行う複数の切欠部８１が形成されている。上述のように、同相の線材３１がステータコア２０の外周面側における並走を防止する場合には、図４の＃０１や＃０１に拡大して示されるように、線材３１の導出と導入とは同一の切欠部８１から行うと良い。

また、特に、切欠部８１が、線材３１の導入と線材３１の導出とで併用されている場合には、図５に示されるようにインシュレータ８０の周方向に沿った切欠長が他の切欠部８１よりも大きく形成すると良い。これにより、導入される線材３１と導出される線材３１とが交差する位置が、ステータコア２０の内周面から際に径方向内側に移動させることができる。したがって、線材３１がステータコア２０の外周面側で交差することを更に防止することが可能となる。

上記実施形態では、所謂「１０極１２スロット」の三相モータのステータ１００を例に挙げて説明したが、所謂「１４極１２スロット」のステータ１００のように、互いに隣り合うティース２１で同相のコイル３０を形成するステータ１００であれば適用することが可能である。

本発明は、ロータの外周面に離間して設けられる三相モータのステータに用いることが可能である。

２０：ステータコア
２１：ティース
２２：スロット
３０：コイル
３１：線材
４０：接続線
５０：渡り線
６０：給電線
７０：コイル群
７１：端部
７２：端部
８０：インシュレータ
８１：切欠部
１００：ステータ（三相モータのステータ）

Claims (3)

1. 内周面から径方向内側に向って突出する複数のティースが周方向に沿って形成された環状のステータコアと、
   前記複数のティースのうち互いに隣り合う２つのティースに同相の線材が巻き回されて形成されるコイルと、
   前記２つのティースに形成された２つのコイルを前記２つのティース間のスロットと前記ステータコアの外周面側とを通って直列に接続する接続線と、
   前記ステータコアの外周面側に設けられ、前記接続線で接続された２つのコイルと、当該２つのコイルから離間した位置にあり、前記接続線で接続された他の２つのコイルとを直列に接続する渡り線と、
   前記渡り線で直列に接続して形成されたコイル群が有する一対の端部の夫々に接続される複数の給電線であって、複数の給電線のうちの一方は、当該接続された位置から前記ステータコアの周方向に沿って連続する予め設定された３つのスロットのうちの１つの前記ステータコアの径方向外側の位置における前記ステータコアの外周面側まで延びる三相モータのステータ。
2. 前記同相の線材において、前記接続線が前記ステータコアの外周面側に配置されている場合には、前記渡り線及び前記給電線は前記ステータコアの径方向内側に設けられている請求項１に記載の三相モータのステータ。
3. 前記ステータコアの軸方向両端面に、前記ステータコアの外周面側から前記スロットへの前記線材の導入、及び前記スロットから前記ステータコアの外周面側への前記線材の導出を行う複数の切欠部を有する環状のインシュレータが設けられ、
   前記切欠部は、前記線材の導入と前記線材の導出とで併用されている場合には、前記インシュレータの周方向に沿った切欠長が他の切欠部よりも大きく形成されている請求項１又は２に記載の三相モータのステータ。

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