JP4811047B2 - 集中巻モータ - Google Patents

Description

本発明は、集中巻モータに関する。

従来、積層鋼板からなるステータコアのティースに、インシュレータを介して巻線を巻いてコイルを構成する集中巻モータが知られている（特許文献１参照）。この集中巻モータでは、インシュレータの曲げ半径を大きくすると、インシュレータの厚みが増して、磁束の通り道であるティースや、磁界を発生させるためのコイルの面積が減り、モータの性能や効率が低下するため、インシュレータのティース端部の曲げ半径は、巻線を損傷させない範囲で小さくする必要がある。

特開２００５−１３７１２６号公報

しかしながら、インシュレータのティース端部の曲げ半径を小さくすると、ティースの四隅の角部において、巻線に大きな張力が加わることになり、モータ回転軸方向における中央部では、巻線とインシュレータとの間に微少な隙間が発生する。従って、従来の集中巻モータでは、巻線とインシュレータとの密着性が低下して、コイルで発生する熱（銅損）がステータコアに伝達しにくくなり、モータの冷却性能を低下させるという問題が生じる。

ステータの各ティースに、インシュレータを介して巻線を巻き付けてコイルを形成する集中巻モータは、インシュレータに肉厚が薄い部分を設け、隣り合うコイルの間のうち、インシュレータの肉厚が薄い箇所に絶縁部材を挟み込むことによって、コイルを形成する巻線をインシュレータの肉厚が薄い部分に押し付けることを特徴とする。

本発明による集中巻モータによれば、インシュレータに肉厚が薄い部分を設け、隣り合うコイルの間のうち、インシュレータの肉厚が薄い箇所に絶縁部材を挟み込むことによって、コイルを形成する巻線をインシュレータの肉厚が薄い部分に押し付けるので、モータの冷却性能を向上させることができる。

図１は、第１の実施の形態における集中巻モータのステータ全体の構成を示す図である。この集中巻モータは、略円筒形状のステータ１と、ステータ１の内側に設けられたロータ２とを備える。ステータ１を構成するステータコア１１は、電磁鋼板を積層して構成されており、内周方向に突出した複数のティース１２を有する。各ティースは、同一円周上に等間隔に配置されており、隣り合ったティースの間には、絶縁部材２０がそれぞれ設けられている。また、各ティースには、絶縁材料からなるインシュレータ１３を介して、巻線が巻き付けられることにより、コイル１４が構成されている。

図２は、１つのティース１２に、インシュレータ１３を介して巻線１５が巻き付けられることによって形成されるコイル１４を示す図である。インシュレータ１３は、高電圧部であるコイル１４とステータコア１１との間を絶縁するとともに、ティース端部による巻線へのかじりを防止したり、巻線の曲げ半径を大きくすることによって、巻線に過大な応力が加わるのを防ぐ役割を果たしている。

図３は、図２のＡ−Ａ部の断面図、すなわち、ステータ１の内側から見たティース１２の断面図である。図３に示すように、ティース１２と巻線１５との間に設けられているインシュレータ１３は、モータの回転軸方向Ｙにおけるティース１２の両端部から中央部に向けて、肉厚が少しずつ薄くなっており、中央部分の厚さが最も薄くなっている。絶縁部材２０は、図３に示すように、ティース１２の中央部付近の位置、すなわち、インシュレータ１３の肉厚が薄い箇所において、隣り合うコイル１４に挟み込まれるように設けられている。すなわち、絶縁部材２０によって、巻線１５は、インシュレータ１３の方向に押し付けられている。

上述したように、インシュレータ１３は、モータの回転軸方向Ｙにおける中央部分の厚さが薄くなっている。従って、絶縁部材２０によって押し付けられると、巻線１５は、インシュレータ１３の形状に沿うように、曲線形状（カーブ形状）となる。絶縁部材２０の形状は、巻線１５をインシュレータ１３の方向に押し付けた時の巻線の曲線形状に沿うように、楕円形状とする（図３参照）。

図３に示すように、インシュレータ１３の肉厚が薄い部分において、巻線１５をインシュレータ１３に押し付けることにより、巻線１５で発生する熱は、ティース１２およびステータコア１１を介して、モータの外部に放出されやすくなる。すなわち、モータの冷却効果は向上する。

図４は、絶縁部材の別の形状を示す図である。図３に示す絶縁部材２０は、ステータ１の内側から見た形状が楕円形状となっているが、図４に示す絶縁部材２０ａは、ステータ１の内側から見た形状がレモン型の形状となっている。この場合も、絶縁部材２０ａの形状は、巻線１５をインシュレータ１３の方向に押し付けた時の形状に沿うような曲線形状を有している。

第１の実施の形態における集中巻モータの冷却効果を説明するために、絶縁部材２０を設けない従来の集中巻モータの構成について説明する。図７は、絶縁部材２０を設けない従来の集中巻モータのステータの全体構成を示す図である。なお、従来の集中巻モータの構成を、第１の実施の形態における集中巻モータの構成と区別するために、各構成要素には、符号ｐを付す。このステータも、各ティース１２ｐに対して、絶縁材料からなるインシュレータ１３ｐを介して、巻線１５ｐが巻き付けられることにより、コイル１４ｐが形成されている。図７に示すＢ−Ｂ部の断面図を図８に示す。

隣り合うティースの間に絶縁部材２０が設けられない場合には、図８に示すように、モータ回転軸方向Ｙにおけるティース１２ｐの中央部付近で、巻線がたるむため、巻線１５ｐとインシュレータ１３ｐとの間に隙間が発生し、コイルで発生する熱がステータコアに伝達しにくくなる。これに対して、第１の実施の形態における集中巻モータによれば、絶縁部材２０によって、巻線をインシュレータに押し付けることによって、巻線とインシュレータとの間に隙間が生じるのを防ぐので、コイルで発生する熱をステータコアを介して、モータの外部に放出することができる。

第１の実施の形態における集中巻モータによれば、インシュレータ１３に肉厚が薄い部分を設け、隣り合うコイル１４の間のうち、インシュレータ１３の肉厚が薄い箇所に絶縁部材２０を挟み込むことにより、巻線１５をインシュレータ１３の肉厚が薄い部分に押し付ける構成としたので、巻線１５で発生する熱は、ティース１２およびステータコア１１を介して、モータの外部に放出されやすくなり、モータの冷却性能を向上させることができる。

また、第１の実施の形態における集中巻モータによれば、インシュレータの肉厚が薄い部分を、モータの回転軸方向におけるティースの中央部分としたので、絶縁部材２０によって押し付けられる巻線１５に、無理な力が加わることなく、巻線で発生する熱をステータコアを介して、効率よく放出させることができる。

また、コイル間に絶縁部材２０を挟み込んでできる隙間は、内側からステータ１を見た場合に、ティース１２の先端に隠れることはない。従って、第１の実施の形態における集中巻モータを、例えば、油室内のモータとして使用する場合には、ロータ２が回転する際に跳ね上げる油がコイルの隙間の奥まで到達し、さらに冷却効果を高めることができる。

−第２の実施の形態−
図５は、第２の実施の形態における集中巻モータにおいて、ステータの内側から見たティース１２の断面図である。ここでも、ティース１２に対して、インシュレータ１３Ａを介して巻線１５が巻き付けられることによって、コイル１４Ａが形成されているが、モータの回転軸方向Ｙにおけるティースの中央部分１２ｃｃでは、インシュレータを介さずに直接、巻線１５がティースに巻き付けられている。すなわち、絶縁部材２０によって巻線１５が押し付けられる部分の少なくとも一部に、インシュレータを設けていない。この構成によれば、インシュレータ１３Ａを介さずに、巻線１５とティース１２とが接触するので、より冷却効果を高めることができる。すなわち、第１の実施の形態における集中巻モータの構成に比べて、巻線とティースとの間の熱抵抗をさらに下げることができるので、巻線で発生する熱をより効果的に放出することができる。なお、コイル１４Ａを構成する巻線１５は、絶縁材により被覆されているので、コイルとステータコアとの間の絶縁状態は保たれる。

−第３の実施の形態−
第３の実施の形態における集中巻モータでは、隣り合うティースの間に設けられる絶縁部材２０Ｂをインシュレータ１３Ｂの一部として構成する。図６は、絶縁部材２０Ｂの設置方法を説明するための図である。ティースを有するステータコア１１はそれぞれ、図６に示すように、凸部１１ａおよび凹部１１ｂを備えており、あるステータコアの凸部と、別のステータコアの凹部とを順次組み合わせていくことにより、略円筒状のステータを構成することができる。

絶縁部材２０Ｂは、インシュレータ１３Ｂの一部として構成されており、絶縁部材２０Ｂとインシュレータ１３Ｂとの接続部分には、切り欠き３０が設けられている。ステータ１の製造時には、切り欠き３０に沿って、絶縁部材２０Ｂを図６に示す矢印５０の方向に折り曲げてから、ステータコア同士を組み合わせることにより、隣り合うコイルの間に絶縁部材２０Ｂを挟み込んだ形で、ステータ１を製造することができる。この製造方法によれば、インシュレータと一体化していない絶縁部材を別途挟み込む製造方法に比べて、ステータ１を製造する際の工程を大幅に削減することができる。

本発明は、上述した各実施の形態に限定されることはない。例えば、集中巻モータの構成を、ステータ１の内側にロータを設けるインナーロータ型モータとして説明したが、ステータの外側にロータを設けるアウターロータ型モータでも、同様の構成とすることができる。また、本発明がモータの種類によって限定されることはなく、同期モータや誘導モータなど、どのタイプのモータにも適用することができる。さらに、本発明がモータの用途によって限定されることもない。

絶縁部材２０の構成の例を、図３および図４に示したが、絶縁部材の構成は、図３や図４に示すものに限定されることはない。ただし、巻線１５と接する面の形状は、インシュレータに押し付けられた状態の巻線の形状に沿った曲線形状であることが好ましい。

第３の実施の形態において、絶縁部材２０Ｂとインシュレータ１３Ｂとの接続部分には、切り欠きが設けられているものとして説明したが、切り欠きの代わりに、折り目を設けておいて、絶縁部材２０Ｂを、矢印５０の方向に、容易に折り曲げることができるようにしてもよい。

インシュレータの肉厚が薄い箇所は、モータの回転軸方向におけるティースの中央部分としたが、ティースの中央部分に限定されることはない。

特許請求の範囲の構成要素と第１〜第３の実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、ティース１２がティースを、インシュレータ１３がインシュレータを、コイル１４がコイルを、絶縁部材２０が絶縁部材をそれぞれ構成する。なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する上で、上記の実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係に何ら限定されるものではない。

一実施の形態における集中巻モータのステータ全体の構成を示す図 １つのティースに、インシュレータを介して巻線が巻き付けられることによって形成されるコイルを示す図 ステータの内側から見たティースの断面図 絶縁部材の別の形状を示す図 第２の実施の形態における集中巻モータにおいて、ステータの内側から見たティースの断面図 絶縁部材の設置方法を説明するための図 絶縁部材を設けない従来の集中巻モータのステータの全体構成を示す図 図７に示すＢ−Ｂ部の断面図

符号の説明

１…ステータ、２…ロータ、１１…ステータコア、１２…ティース、１３，１３Ａ，１３Ｂ…インシュレータ、１４，１４Ａ…コイル、１５…巻線、２０，２０Ｂ…絶縁部材

Claims (8)

1. ステータの各ティースに、インシュレータを介して巻線を巻き付けてコイルを形成する集中巻モータにおいて、
   隣り合うコイルの間にインシュレータの肉厚が薄い部分を設け、隣り合うコイルの間であって、前記インシュレータの肉厚が薄い箇所に絶縁部材を挟み込むことによって、前記コイルを形成する巻線を前記インシュレータの肉厚が薄い部分に押し付け、
   前記インシュレータの輪郭は、インシュレータの肉厚が厚い部分から、前記インシュレータの肉厚が薄い部分に亘って曲線形状となった部分を含み、
   前記絶縁部材は、前記インシュレータに押し付けられた状態の巻線の形状と同じ方向に凸の曲線形状を有することを特徴とする集中巻モータ。
2. 請求項１に記載の集中巻モータにおいて、
   前記絶縁部材は、平面視において、楕円形状又はレモン型の形状を有することを特徴とする集中巻モータ。
3. 請求項１又は２に記載の集中巻モータにおいて、
   前記インシュレータは、前記インシュレータの肉厚が薄い部分を底とする凹部を有し、
   前記絶縁部材は、隣り合う前記コイルにおける前記インシュレータの前記凹部同士の間に挟み込まれていることを特徴とする集中巻モータ。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の集中巻モータにおいて、
   前記インシュレータの肉厚が薄い部分は、モータの回転軸方向におけるティースの中央部分であることを特徴とする集中巻モータ。
5. 請求項４に記載の集中巻モータにおいて、
   モータの回転軸方向におけるティースの両端部から中央部に向けて、前記インシュレータの肉厚が少しずつ薄くなっていることを特徴とする集中巻モータ。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の集中巻モータにおいて、
   前記絶縁部材によって巻線が押し付けられる部分の少なくとも一部にインシュレータを設けないことを特徴とする集中巻モータ。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の集中巻モータにおいて、
   前記絶縁部材は、インシュレータと一体であることを特徴とする集中巻モータ。
8. 請求項７に記載の集中巻モータにおいて、
   前記絶縁部材と前記インシュレータとの連結部に、切り欠きを設けたことを特徴とする集中巻モータ。

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