2022-33411 ステーターおよびこれを備えたモーター

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022033411

(43)【公開日】2022-03-02

(54)【発明の名称】ステーターおよびこれを備えたモーター

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/06 20060101AFI20220222BHJP

【ＦＩ】

H02K1/06 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020137275

(22)【出願日】2020-08-17

(71)【出願人】

【識別番号】508001305

【氏名又は名称】有限会社アナロジスト

(74)【代理人】

【識別番号】100110788

【弁理士】

【氏名又は名称】椿 豊

(74)【代理人】

【識別番号】100124589

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 竜郎

(72)【発明者】

【氏名】森本 浩之

【テーマコード（参考）】

5H601

【Ｆターム（参考）】

5H601AA05

5H601AA16

5H601CC01

5H601CC15

5H601DD01

5H601DD09

5H601DD11

5H601GA12

5H601GB13

5H601GB22

5H601GB23

5H601GB48

5H601GC33

(57)【要約】

【課題】モーターの大型化および重量の増加を抑止しつつ、モーターの出力を増加することのできるステーターおよびこれを備えたモーターを提供する。放熱性を向上することのできるステーターおよびこれを備えたモーターを提供する。
【解決手段】ステーター１０は、互いに間隔をおいて配置され、環状の軸ＡＸを中心としてらせん状に延在する複数のステーターコア１～４の各々と、複数のステーターコア１～４の各々のポロイダル方向に巻き回されたコイルとを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに間隔をおいて配置され、環状の軸を中心としてらせん状に延在する複数のステーターコアの各々と、
前記複数のステーターコアの各々に対してポロイダル方向に巻き回されたコイルとを備えた、ステーター。

【請求項2】

前記複数のステーターコアの各々は、前記環状の軸の内側に向かって突出したタップであって、磁気を取り出すためのタップを含む、請求項１に記載のステーター。

【請求項3】

前記コイルは、前記複数のステーターコアの各々における、前記複数のステーターコアの各々の延在方向に沿った前記タップの両側を含む領域に局所的に巻き回される、請求項２に記載のステーター。

【請求項4】

前記複数のステーターコアの各々を固定する固定部をさらに備え、
前記固定部は、前記複数のステーターコアの各々の前記タップと嵌合する複数の嵌合孔の各々を含む、請求項１～３のいずれかに記載のステーター。

【請求項5】

請求項１～４のいずれかに記載のステーターと、
前記ステーターの内周側に設けられたローターとを備えた、モーター。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ステーターおよびこれを備えたモーターに関する。より特定的には、本発明は、モーターの大型化および重量の増加を抑止しつつ、モーターの出力を増加することのできるステーターおよびこれを備えたモーターに関する。

【背景技術】

【0002】

モーターは、ステーターおよびローターで構成されている。ステーターとローラーとの位置関係でモーターを区別した場合、モーターにはインナーローター型とアウターローター型とがある。インナーローター型のモーターは、コイルを含むステーターの内周側にローターを設けたものである。アウターローター型のモーターは、ローターの内周側にコイルを含むステーターを設けたものである。

【0003】

従来のインナーローター型のモーターにおいて、ステーターは、ステーターコアと、コイルとを主に含んでいる。ステーターコアは、環状のヨーク部（リング状コア）と、ヨーク部からステーターの内周側に突出する複数のティース部とを含んでいる。ステーターの周方向で隣り合う２つのティース部の間には、スロットが設けられている。コイルは、スロットに設けられており、複数のティース部の各々に巻き回されている。従来のインナーローター型のモーターの構成は、たとえば下記特許文献１などに開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２０－１０８３１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来のステーターにおいては、ステーターの周方向に沿って複数のティース部の各々がスロットを隔てて配置されている。このため、ステーターの周方向においてコイルを配置することができる領域は、スロットのみに制限されていた。これにより、コイルの巻数およびコイル線の直径を増加することには限界があり、モーターの出力を増加することが困難であるという問題があった。一方、コイルの巻数およびコイル線の直径を増加することでモーターの出力を増加しようすると、スロットとしてより広いスペースを確保するために、ステーターコアの質量および寸法を増加する必要があった。その結果、モーターの大型化および重量の増加を招いていた。

【0006】

また、コイルはスロットという狭い空間に設けられるため、コイルにおける外気に面する部分の面積は小さかった。このため、従来のステーターには、放熱性が悪いという問題があった。

【0007】

本発明は、上記課題を解決するためのものであり、その目的は、モーターの大型化および重量の増加を抑止しつつ、モーターの出力を増加することのできるステーターおよびこれを備えたモーターを提供することである。

【0008】

また、本発明の他の目的は、放熱性を向上することのできるステーターおよびこれを備えたモーターを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一の局面に従うステーターは、互いに間隔をおいて配置され、環状の軸を中心としてらせん状に延在する複数のステーターコアの各々と、複数のステーターコアの各々に対してポロイダル方向に巻き回されたコイルとを備える。

【0010】

上記ステーターにおいて好ましくは、複数のステーターコアの各々は、環状の軸の内側に向かって突出したタップであって、磁気を取り出すためのタップを含む。

【0011】

上記ステーターにおいて好ましくは、コイルは、複数のステーターコアの各々における、複数のステーターコアの各々の延在方向に沿ったタップの両側を含む領域に局所的に巻き回される。

【0012】

上記ステーターにおいて好ましくは、複数のステーターコアの各々を固定する固定部をさらに備え、固定部は、複数のステーターコアの各々のタップと嵌合する複数の嵌合孔の各々を含む。

【0013】

本発明の他の局面に従うモーターは、上記ステーターと、ステーターの内周側に設けられたローターとを備える。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、モーターの大型化および重量の増加を抑止しつつ、モーターの出力を増加することのできるステーターおよびこれを備えたモーターを提供することができる。また、放熱性を向上することのできるステーターおよびこれを備えたモーターを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一実施の形態におけるモーター１００の構成を示す上面図である。

【図2】ステーター１０における複数のステーターコア１～４の各々の構成を示す斜視図である。

【図3】ステーター１０の周方向に沿った複数の位置でのステーターコア１～４の各々の位置関係を示す断面図である。

【図4】タップ１Ｔｂ付近を拡大して示す上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の一実施の形態について、図面に基づいて説明する。

【0017】

図１は、本発明の一実施の形態におけるモーター１００の構成を示す上面図である。図１ではコイルの図示が省略されており、固定部６が点線で示されている。

【0018】

図１を参照して、本実施の形態におけるモーター１００（モーターの一例）は、ステーター１０（ステーターの一例）と、ローター２０（ローターの一例）とを備えている。ステーター１０は、中心軸Ｐを中心軸とする中空の円筒形状を有している。ローター２０は、ステーター１０の内周側に設けられている。ローター２０は、中心軸Ｐを中心軸とする円筒形状を有している。ローター２０は、中心軸Ｐを中心として回転する。ローター２０の外周面は、ローター２０の周方向に沿ってＳ極とＮ極とに交互に着磁されている。ここでは、ローター２０の外周面には、３つのＳ極の各々と３つのＮ極の各々とが交互に形成されている。ローター２０は永久磁石などにより構成されている。ローター２０の外周面に形成される磁極の数は任意である。

【0019】

図２は、ステーター１０における複数のステーターコア１～４の各々の構成を示す斜視図である。図３は、ステーター１０の周方向に沿った複数の位置でのステーターコア１～４の各々の位置関係を示す断面図である。図３（ａ）は、図１中ＩＩＩＡ－ＩＩＩＡ線に沿った断面図である。図３（ｂ）は、図１中ＩＩＩＢ－ＩＩＩＢ線に沿った断面図である。図３（ｃ）は、図１中ＩＩＩＣ－ＩＩＩＣ線に沿った断面図である。図３（ｄ）は、図１中ＩＩＩＤ－ＩＩＩＤ線に沿った断面図である。図３（ｅ）は、図１中ＩＩＩＥ－ＩＩＩＥ線に沿った断面図である。図１中ＩＩＩＢ－ＩＩＩＢ線、ＩＩＩＣ－ＩＩＩＣ線、ＩＩＩＤ－ＩＩＩＤ線、およびＩＩＩＥ－ＩＩＩＥ線の各々は、図１中ＩＩＩＡ－ＩＩＩＡ線を基準として、中心軸Ｐを中心としてそれぞれ２２．５°、４５°、６７．５°、および９０°だけ回転した位置に相当する。なお、図２においてタップは省略されている。

【0020】

図１～図３を参照して、ステーター１０は、複数のステーターコア１～４（複数のステーターコアの一例）と、固定部６（固定部の一例）と、コイル７（図４）（コイルの一例）とを含んでいる。複数のステーターコア１～４の各々は、互いに間隔をおいて配置されており、固定部６に固定されている。

【0021】

ステーター１０における複数のステーターコアの数は任意であり、必要とされる磁極の数などに応じて決定される。

【0022】

ステーター１０は、仮想の環状の軸ＡＸを含んでいる。環状の軸ＡＸは、モーター１００の上部から見た場合に、中心軸Ｐを中心とする円の形状を有しており、トロイダル方向に延在している。環状の軸ＡＸと直交する断面で見た場合に、複数のステーターコア１～４の各々は、隣接する２つのステーターコアが環状の軸ＡＸにおいてなす中心角が等しくなるように、等間隔で配置されている。

【0023】

複数のステーターコア１～４の各々は、環状の軸ＡＸを中心としてらせん状に延在している（複数のステーターコア１～４は、環状の軸ＡＸを中心として４重らせん状に延在している）。具体的には、環状の軸ＡＸに沿って反時計回りに進んだ場合に、複数のステーターコア１～４の各々の位置は、環状の軸ＡＸの周りを時計回りに回るように変化する。一例としてステーターコア１に着目すると、ステーターコア１の位置は、図３（ａ）では環状の軸ＡＸの右上にあり、図３（ｂ）では環状の軸ＡＸの右に変化し、図３（ｃ）では環状の軸ＡＸの右下に変化し、図３（ｄ）では環状の軸ＡＸの下に変化し、図３（ｅ）では環状の軸ＡＸの左下に変化する。

【0024】

複数のステーターコア１～４の各々のらせん回転数（複数のステーターコア１～４の各々が環状の軸ＡＸに沿って一周する間に環状の軸ＡＸ周りを回転する数）は任意であり、ここでは２である。

【0025】

ステーター１０は、８つの磁極を有している。複数のステーターコア１～４は、磁極を取り出すための８つのタップ１Ｔａ、１Ｔｂ、２Ｔａ、２Ｔｂ、３Ｔａ、３Ｔｂ、４Ｔａ、および４Ｔｂ（タップの一例）を含んでいる。タップ１Ｔａ、１Ｔｂ、２Ｔａ、２Ｔｂ、３Ｔａ、３Ｔｂ、４Ｔａ、および４Ｔｂの各々は、環状の軸ＡＸの内側に向かって突出している。タップ１Ｔａ、１Ｔｂ、２Ｔａ、２Ｔｂ、３Ｔａ、３Ｔｂ、４Ｔａ、および４Ｔｂの各々は、中心軸Ｐを中心として反時計回りに、タップ１Ｔａ、タップ２Ｔａ、タップ３Ｔａ、タップ４Ｔａ、タップ１Ｔｂ、タップ２Ｔｂ、タップ３Ｔｂ、およびタップ４Ｔｂという順序で設けられている。ステーター１０の周方向で互いに隣り合う２つのタップからは、互いに異なる磁極が取り出される。

【0026】

ステーターコア１は、タップ１Ｔａおよび１Ｔｂを含んでいる。タップ１Ｔａおよび１Ｔｂは、ステーターコア１における最も内周側に存在する位置（中心軸Ｐに最も近い位置）に設けられている。タップ１Ｔａおよび１Ｔｂの各々は、中心軸Ｐを挟んで対向する位置に設けられている。タップ１Ｔａおよび１Ｔｂの各々は互いに逆の磁極性を持つ。

【0027】

ステーターコア２は、タップ２Ｔａおよび２Ｔｂを含んでいる。タップ２Ｔａおよび２Ｔｂは、ステーターコア２における最も内周側に存在する位置に設けられている。タップ２Ｔａおよび２Ｔｂの各々は、中心軸Ｐを挟んで対向する位置に設けられている。タップ２Ｔａおよび２Ｔｂの各々は互いに逆の磁極性を持つ。

【0028】

ステーターコア３は、タップ３Ｔａおよび３Ｔｂを含んでいる。タップ３Ｔａおよび３Ｔｂは、ステーターコア３における最も内周側に存在する位置に設けられている。タップ３Ｔａおよび３Ｔｂの各々は、中心軸Ｐを挟んで対向する位置に設けられている。タップ３Ｔａおよび３Ｔｂの各々は互いに逆の磁極性を持つ。

【0029】

ステーターコア４は、タップ４Ｔａおよび４Ｔｂを含んでいる。タップ４Ｔａおよび４Ｔｂは、ステーターコア４における最も内周側に存在する位置に設けられている。タップ４Ｔａおよび４Ｔｂの各々は、中心軸Ｐを挟んで対向する位置に設けられている。タップ４Ｔａおよび４Ｔｂの各々は互いに逆の磁極性を持つ。

【0030】

複数のステーターコア１～４の各々に巻き回されたコイル７（図４）に電流が流された場合に、タップ１Ｔａ、１Ｔｂ、２Ｔａ、２Ｔｂ、３Ｔａ、３Ｔｂ、４Ｔａ、および４Ｔｂの各々には磁界が発生する。この磁界が、ローター２０に形成された磁極と相互作用することにより、モーター１００に回転力が生じ、ローター２０が回転する。

【0031】

ステーター１０の磁極の数（タップの総数）は、２つ以上であればよく、ステーターコアの数、ステーターコアのらせん回転数、およびコイルの巻き方などにより変化する。

【0032】

固定部６は、中心軸Ｐを中心軸とする中空の円筒形状を有している。固定部６は、複数のステーターコア１～４の各々における最も内周側に存在する位置と中心軸Ｐとの距離に等しい外径を有している。固定部６は、複数の嵌合孔６ａ（複数の嵌合孔の一例）を含んでいる。複数の嵌合孔６ａの各々は、タップ１Ｔａ、１Ｔｂ、２Ｔａ、２Ｔｂ、３Ｔａ、３Ｔｂ、４Ｔａ、および４Ｔｂの各々に対応する位置に設けられている。複数の嵌合孔６ａの各々は、タップ１Ｔａ、１Ｔｂ、２Ｔａ、２Ｔｂ、３Ｔａ、３Ｔｂ、４Ｔａ、および４Ｔｂの各々と嵌合する。これにより、複数のステーターコア１～４の各々は固定部６に固定される。

【0033】

図４は、タップ１Ｔｂ付近を拡大して示す上面図である。

【0034】

図３および図４を参照して、コイル７は、複数のステーターコア１～４の各々に対してポロイダル方向（図３（ａ）中矢印ｄで示す方向）に巻き回されている。コイル７は、複数のステーターコア１～４の各々における、複数のステーターコア１～４の各々の延在方向に沿ったタップ１Ｔａ、１Ｔｂ、２Ｔａ、２Ｔｂ、３Ｔａ、３Ｔｂ、４Ｔａ、および４Ｔｂの両側を含む領域に局所的に巻き回されている。図４では、コイル７は、ステーターコア１における、ステーターコア１の延在方向におけるタップ１Ｔｂの両側を含む領域に巻き回されている。

【0035】

コイル７は、複数のステーターコア１～４の各々の全体にわたって（ステーター１０の周方向全体にわたって）巻き回されていてもよい。複数のステーターコア１～４の各々におけるコイル７を巻く位置やコイル７の巻き回し方向は、ステーター１０に設ける磁極の位置や種類（Ｎ極またはＳ極）に応じて適宜設定されればよい。

【0036】

［実施の形態の効果］

【0037】

上述の実施の形態によれば、ステーターの周方向においてコイルを配置することができる領域を、ステーターの周方向全体に広げることができる。これにより、コイルの巻数およびコイル線の直径を増加することにより、モーターの出力を容易に増加することができる。また、コイルの巻数およびコイル線の直径を増加することでモーターの出力を増加しても、コイルのスペース確保のためにステーターコアの質量および寸法の増加の必要がない。その結果、モーターの大型化および重量の増加を抑止しつつ、モーターの出力を増加することができる。

【0038】

また、複数のステーターコアの各々は、互いに間隔をおいて配置され、環状の軸を中心としてらせん状に延在している（ステーターは多重らせん構造を有している）。これにより、コイルにおける外気に面する部分の面積を増加することができる。その結果、放熱性を向上することができる。

【0039】

［その他］

【0040】

上述の実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0041】

１～４ ステーターコア（複数のステーターコアの一例）
１Ｔａ，１Ｔｂ，２Ｔａ，２Ｔｂ，３Ｔａ，３Ｔｂ，４Ｔａ，４Ｔｂ タップ（タップの一例）
６ 固定部（固定部の一例）
６ａ 嵌合孔（複数の嵌合孔の一例）
７ コイル（コイルの一例）
１０ ステーター（ステーターの一例）
２０ ローター（ローターの一例）
１００ モーター（モーターの一例）
ＡＸ 環状の軸
Ｐ 中心軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】