特開 2024-106177 モータ

(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】P2024106177

(43)【公開日】2024-08-07

(54)【発明の名称】モータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 3/38 20060101AFI20240731BHJP

   H02K 3/34 20060101ALI20240731BHJP

【ＦＩ】

H02K3/38

H02K3/34 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023010342

(22)【出願日】2023-01-26

(71)【出願人】

【識別番号】000001236

【氏名又は名称】株式会社小松製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石井 雄己

(72)【発明者】

【氏名】土方 大樹

【テーマコード（参考）】

5H604

【Ｆターム（参考）】

5H604AA08

5H604BB01

5H604BB14

5H604CC01

5H604CC05

5H604CC16

5H604DB15

5H604PB02

5H604PB03

(57)【要約】

【課題】コイルエンド部において、限られたスペースで絶縁するモータを提供すること。
【解決手段】モータは、ステータコア４と、ステータコア４の周方向に配置された複数のスロット９と、スロット９に配置されたコイル５と、複数のコイル５を接続する渡り線５５と、コイル５のコイルエンド部５２において、コイルエンド部５２と渡り線５５とを絶縁する絶縁紙２０と、を備え、コイル３は、第１相コイルと、第２相コイルと、第３相コイルと、を含み、絶縁紙２０は、コイル５と周方向に隣接する他のコイル５との間、コイル５のコイルエンド部５２とコイルエンド部５２と異なる相の渡り線５５との間、及び、コイルエンド部５２と同じ相の渡り線５５と、コイルエンド部５２と同じ相の渡り線５５と径方向に隣接する渡り線５５との間に介在する。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ステータコアと、
前記ステータコアの周方向に配置された複数のスロットと、
前記スロットに配置されたコイルと、
複数の前記コイルを接続する渡り線と、
前記コイルのコイルエンド部において、前記コイルエンド部と前記渡り線とを絶縁する絶縁紙と、
を備え、
前記コイルは、第１相コイルと、第２相コイルと、第３相コイルと、を含み、
前記絶縁紙は、前記コイルと周方向に隣接する他の前記コイルとの間、前記コイルの前記コイルエンド部と前記コイルエンド部と異なる相の前記渡り線との間、及び、前記コイルエンド部と同じ相の前記渡り線と、前記コイルエンド部と同じ相の前記渡り線と径方向に隣接する前記渡り線との間に介在する、
モータ。

【請求項2】

前記絶縁紙は、１枚のシート状であり、曲げ部または切り込みによって曲げられて形成され、
前記曲げ部は、前記コイルエンド部と同じ相の前記渡り線と、前記コイルエンド部と同じ相の前記渡り線と径方向に隣接する前記渡り線との間に介在する、
請求項１に記載のモータ。

【請求項3】

前記コイルエンド部と異なる相の前記渡り線同士は、空間距離を空けて配置されている、
請求項２に記載のモータ。

【請求項4】

前記絶縁紙は、前記コイルエンド部と異なる相の前記渡り線同士の間に介在する、
請求項１に記載のモータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、モータに関する。

【背景技術】

【0002】

コイルと渡り線、渡り線同士および端末線の間の絶縁を確保するために絶縁紙を用いる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７－１７４８４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の技術では、コイルエンド部において、各相の渡り線の間にシート状の絶縁物が配置される。これにより、回転電機用固定子の軸方向寸法が大型化するおそれがある。

【0005】

ハイブリッド式の作業機械用の発電機は、エンジンとメインポンプに挟まれて配置されている。そのため、コイルエンド部において、限られたスペースで絶縁することが望まれる。

【0006】

本開示は、コイルエンド部において、限られたスペースで絶縁するモータを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示に従えば、ステータコアと、前記ステータコアの周方向に配置された複数のスロットと、前記スロットに配置されたコイルと、複数の前記コイルを接続する渡り線と、前記コイルのコイルエンド部において、前記コイルエンド部と前記渡り線とを絶縁する絶縁紙と、を備え、前記コイルは、第１相コイルと、第２相コイルと、第３相コイルと、を含み、前記絶縁紙は、前記コイルと周方向に隣接する他の前記コイルとの間、前記コイルの前記コイルエンド部と前記コイルエンド部と異なる相の前記渡り線との間、及び、前記コイルエンド部と同じ相の前記渡り線と、前記コイルエンド部と同じ相の前記渡り線と径方向に隣接する前記渡り線との間に介在するモータが提供される。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、コイルエンド部において、限られたスペースで絶縁するモータが提供される。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、第一実施形態に係るモータを模式的に示す図である。

【図2】図２は、第一実施形態に係るステータコア及びコイルを模式的に示す平面図である。

【図3】図３は、図２の部分拡大図である。

【図4】図４は、コイル及び絶縁紙を示す斜視図である。

【図5】図５は、コイルを示す斜視図である。

【図6】図６は、第一実施形態に係る絶縁紙を示す斜視図である。

【図7】図７は、第一実施形態に係るコイル及び絶縁紙の配置を模式的に示す概略図である。

【図8】図８は、変形例１に係る絶縁紙を示す斜視図である。

【図9】図９は、変形例１に係るコイル及び絶縁紙の配置を模式的に示す概略図である。

【図10】図１０は、変形例２に係る絶縁紙を示す斜視図である。

【図11】図１１は、変形例２に係るコイル及び絶縁紙の配置を模式的に示す概略図である。

【図12】図１２は、変形例２に係る絶縁紙の他の例を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本開示に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

【0011】

［第１実施形態］
＜モータ＞
図１は、実施形態に係るモータ１を模式的に示す図である。実施形態において、モータ１は、３相のスイッチトリラクタンスモータである。モータ１は、円筒形状のステータ２と、ステータ２の内側に配置されたロータ３とを備える。ステータ２は、円筒形状のステータコア４と、ステータコア４に支持されるコイル５とを有する。ステータ２の内周面とロータ３の外周面とは間隔を空けて対向する。ロータ３は、ステータコア４に対向する。ロータ３は、回転軸ＡＸを中心に回転する。ロータ３の回転軸ＡＸとステータ２の中心軸とは同一である。ロータ３は、シャフト８を介して対象物Ｅに接続される。対象物Ｅは、例えば、建設機械の一種であるハイブリッドショベルに搭載されるエンジンである。モータ１は、エンジンによって駆動される発電機として機能する。

【0012】

以下の説明において、回転軸ＡＸと平行な方向を軸方向という。軸方向における一方側を軸方向一方側といい、軸方向一方側の反対側を軸方向他方側という。また、回転軸ＡＸの周囲を周回する方向を周方向という。周方向おける回転方向の一方側を周方向一方側といい、周方向一方側の反対側を周方向他方側という。さらに、回転軸ＡＸの放射方向を径方向という。径方向において中心軸ＡＸから離れる方向側を径方向外側といい、径方向外側の反対側を径方向内側という。

【0013】

ロータ３は、ステータコア４と対向可能に配置される。ロータ３は、ロータホルダ６と、ロータホルダ６に保持されるロータコア７とを有する。ロータホルダ６は、非磁性体で形成される。ロータコア７は、磁性体で形成される。

【0014】

ステータコア４は、コイル５を収容するスロット９を有する。スロット９は、ステータコア４の内周面から径方向外側に凹んだ凹部である。スロット９は、ステータコア４の内周面において周方向に複数配置される。スロット９は、軸方向に延在する。スロット９は、ステータコア４の内周面に配置されている。スロット９は、軸方向一方側及び軸方向他方側と、径方向内側とに向かって開口している。

【0015】

ステータコア４は、周方向において隣接するスロット９の間に配置された、複数のティース１０を有する。ティース１０は、ステータコア４におけるコイル５が巻回される部分である。ティース１０は、コイル５を支持する。ティース１０は、コイル５の開口に挿入される。

【0016】

＜コイル＞
図２は、第一実施形態に係るステータコア及びコイルを模式的に示す平面図である。図３は、図２の部分拡大図である。

【0017】

コイル５は、ティース１０の周囲に配置される。コイル５は、ティース１０に支持される。コイル５は、開口を有する。コイル５の開口に、ティース１０が挿入される。

【0018】

コイル５は、コイル本体部５１とコイルエンド部５２とコイルエンド部５３とを含む。コイル５のうちスロット１０に収容される部分がコイル本体部５１である。コイル５のうちステータコア４から軸方向一方側に突出する部分がコイルエンド部５２である。コイル５のうちステータコア４から軸方向他方側に突出する部分がコイルエンド部５３である。

【0019】

コイルエンド部５２から周方向他方側に延びる部分が渡り線５５である。渡り線５５は、コイルエンド部５２のロータ側から引き出されている。渡り線５５の先端部には、端子部５６が配置されている。渡り線５５は、端子部５６に向かうにつれて、バックヨーク側に向かって配置されている。渡り線５５は、コイルエンド部５２より軸方向一方側に位置する。渡り線５５は、周方向に隣接する同じ相の接続対象のコイル５の端子部５８まで到達する長さを有する。端子部５６は、接続対象のコイル５の端子部５８と接続される。

【0020】

コイルエンド部５２から周方向一方側に延びる部分が渡り線５７である。渡り線５７は、コイルエンド部５２のバックヨーク側から引き出されている。渡り線５７の先端部には、端子部５８が配置されている。渡り線５７は、コイルエンド部５２より軸方向一方側に位置する。

【0021】

コイル５は、例えば、平角線、丸線、又は、板状のセグメント導体等の線状又は帯状の導体により構成される。コイル５は、螺旋状に配置された導体により構成される。コイル５は、１本の導体を螺旋状に巻き付けて構成されてもよいし、複数の導体を螺旋状に接続して構成されてもよい。コイル５の巻付け方法及び接続方法は限定されない。

【0022】

コイル５は、スロット９に集中巻で配置される。コイル５は、一部がスロット９に収容されて、ティース１０によって支持される。

【0023】

コイル５は、Ａ相コイル（第１相コイル）５Ａと、Ｂ相コイル（第２相コイル）５Ｂと、Ｃ相コイル（第３相コイル）５Ｃとを含む。Ａ相コイル５ＡとＢ相コイル５ＢとＣ相コイル５Ｃとの区別を特に要しない場合、コイル５として記載する。

【0024】

周方向において、Ａ相コイル５ＡとＢ相コイル５Ｂとは隣接する。周方向において、Ｂ相コイル５ＢとＣ相コイル５Ｃとは隣接する。周方向において、Ｃ相コイル５ＣとＡ相コイル５Ａとは隣接する。Ａ相コイル５Ａの周方向一方側の隣にＢ相コイル５Ｂが配置される。Ｂ相コイル５Ｂの周方向一方側の隣にＣ相コイル５Ｃが配置される。Ｃ相コイル５Ｃの周方向一方側の隣にＡ相コイル５Ａが配置される。

【0025】

Ａ相コイル５Ａの渡り線５５Ａと、Ｂ相コイル５Ｂの渡り線５５Ｂと、Ｃ相コイル５Ｃの渡り線５５Ｃとは、軸方向の高さは同じでも異なっていてもよい。Ａ相コイル５Ａの渡り線５５Ａと、Ｂ相コイル５Ｂの渡り線５５Ｂと、Ｃ相コイル５Ｃの渡り線５５Ｃとは、周方向の径方向に位置をずらして配置されている。

【0026】

＜絶縁紙＞
絶縁紙２０は、電気絶縁性を有するシート状の材料で構成されている。絶縁紙２０は、コイル５を絶縁する。より詳しくは、絶縁紙２０は、コイル本体部５と、周方向に隣接する他のコイル５とを絶縁する。絶縁紙２０は、コイル５のコイルエンド部５２と、コイルエンド部５２と異なる相の渡り線５５とを絶縁する。図４、図７においては、Ａ相コイル５Ａと同じスロット９に配置された絶縁紙２０は、コイル５Ａのコイルエンド部５２Ａと、Ｂ相コイル５Ｂの渡り線５５Ｂ、及び、Ｃ相コイル５Ｃの渡り線５５Ｃとを絶縁する。

【0027】

絶縁紙２０は、１枚のシートを折り曲げて形成されている。絶縁紙２０は、壁部２１と、壁部２２と、舌部２３と、曲げ部２４とを備える。

【0028】

壁部２１は、矩形状である。壁部２１は、軸方向及び径方向によって規定される平面内に存在する。壁部２１は、コイル本体部５１と、周方向に隣接する他のコイル５とを絶縁する。壁部２１は、スロット９に挿入される。

【0029】

壁部２２は、壁部２１の軸方向一方側から周方向他方側に向かって延在する。壁部２２は、コイルエンド部５２と、コイルエンド部５２の軸方向一方側に位置する他相の渡り線５５とを絶縁する。壁部２２は、コイルエンド部５２の軸方向一方側に位置する。壁部２２は、壁部２１と一体（１枚のシート）でもよいし、別体（別のシート）であってもよい。

【0030】

舌部２３は、壁部２２のロータ側の部分を曲げ部２４で折り曲げて形成されている。舌部２３は、壁部２２より軸方向一方側に位置する。舌部２３は、絶縁紙２０が覆うコイル本体部５の軸方向一方側に存在する渡り線５５のうち、最もロータ側に位置する渡り線５５の軸方向一方向側に存在する。

【0031】

実施形態では、切込みを用いて曲げ部２４を形成することも曲げの一例である。曲げ部２４が切り込みにより形成されている場合、切込みよりバックヨーク側が壁部２２であり、切込みよりロータ側が舌部２３になる。

【0032】

＜作用＞
絶縁紙２０によるコイル５の絶縁について説明する。Ａ相コイル５Ａを支持するティース１０の周方向の他方に隣接して、Ｂ相コイル５Ｂを支持するティース１０が位置する。Ｂ相コイル５Ｂを支持するティース１０の周方向の他方に隣接して、Ｃ相コイル５Ｃを支持するティース１０が位置する。このように、Ａ相コイル５ＡとＢ相コイル５ＢとＣ相コイル５Ｃとは、周方向に順番に並んでいる。ここでは、Ａ相コイル５Ａを例にして説明するが、Ｂ相コイル５Ｂ及びＣ相コイル５Ｃについても略同様に絶縁されている。

【0033】

一例として、Ａ相コイル５Ａを支持するティース１０に注目して説明する。Ａ相コイル５Ａの渡り線５５Ａと、Ｂ相コイル５Ｂの渡り線５５Ｂとは、絶縁紙２０の曲げ部２４によって絶縁されている。Ｂ相コイル５Ｂの渡り線５５Ｂと、Ｃ相コイル５Ｃの渡り線５５Ｃとは、径方向に間隔を空けることによって絶縁されている。Ａ相コイル５Ａのコイルエンド部５２Ａと、Ｂ相コイル５Ｂの渡り線５５Ｂ及びＣ相コイル５Ｃの渡り線５５Ｃとは、絶縁紙２０の壁部２２によって絶縁されている。

【0034】

＜効果＞
以上説明したように、実施形態では、絶縁紙２０は、コイル５と周方向に隣接する他のコイル５との間、コイルエンド部５２とコイルエンド部５２と異なる相の渡り線５５との間、及び、コイルエンド部５２と同じ相の渡り線５５と、コイルエンド部５２と同じ相の渡り線５５と径方向に隣接する渡り線５５との間に介在する。実施形態によれば、絶縁距離を広げることなく、軸方向の長さを長くすることなく、小型化することができる。このように、実施形態によれば、コイルエンド部５２において、限られたスペースで絶縁することができる。

【0035】

実施形態では、絶縁紙２０は、１枚のシート状であり、曲げ部２４または切り込みによって曲げられて形成されている。実施形態によれば、部品点数を抑えることができる。

【0036】

実施形態では、曲げ部２４は、コイルエンド部５２と同じ相の渡り線５５と、コイルエンド部５２と同じ相の渡り線５５と径方向に隣接する渡り線５５との間に介在する。実施形態によれば、１枚の絶縁紙２０によって、適切に絶縁することができる。

【0037】

実施形態では、コイルエンド部５２と異なる相の渡り線５５同士は、空間距離を空けて配置されている。実施形態によれば、部品点数を抑えて、適切に絶縁することができる。

【0038】

実施形態では、絶縁部材として射出成型品等を用いずに、絶縁紙２０により絶縁することができる。実施形態によれば、簡易な構成によって適切に絶縁することができる。

【0039】

［変形例１］
図８ないし図９を用いて、変形例１について説明する。図８は、変形例１に係る絶縁紙を示す斜視図である。図９は、変形例１に係るコイル及び絶縁紙の配置を模式的に示す概略図である。図９では、ティース１０に配置されたＡ相コイル５Ａとその周辺を示している。ティース１０に配置されたＢ相コイル５Ｂ、及び、ティース１０に配置されたＣ相コイル５Ｃとその周辺については、図示を省略する。以下の例では、図９に示す例に沿って説明するが、Ｂ相コイル５Ｂ、Ｃ相コイル５Ｃも同様に構成されている。

【0040】

壁部２２に、山折り部２６と、山折り部２７とが設けられている。山折り部２６と山折り部２７とは、壁部２２を軸方向の一方側に凸になるように山折りして形成されている。山折り部２６と山折り部２７とは、間隔を空けて配置されている。山折り部２６は、山折り部２７よりもロータ側に配置される。

【0041】

壁部２２は、コイル５のコイルエンド部５５と、当該コイル５上に位置する渡り線５５との間に介在する。図９では、壁部２２は、Ａ相コイル５Ａのコイルエンド部５２Ａと、Ａ相コイルの渡り線５５Ａ、Ｂ相コイル５Ｂの渡り線５５Ｂ及びＣ相コイル５Ｃの渡り線５５Ｃとの間に介在する。

【0042】

山折り部２６と山折り部２７とは、径方向に隣接する渡り線同士の間に介在する。図９では、山折り部２６は、Ａ相コイルの渡り線５５ＡとＢ相コイル５Ｂの渡り線５５Ｂとの間に介在する。図９では、山折り部２７は、Ｂ相コイル５Ｂの渡り線５５Ｂと、Ｃ相コイル５Ｃの渡り線５５Ｃとの間に介在する。

【0043】

＜効果＞
以上説明したように、実施形態によれば、山折り部２６と山折り部２７とによって、絶縁距離を広げることなく、小型化することができる。このように、実施形態によれば、コイルエンド部５２において、限られたスペースで絶縁することができる。

【0044】

［変形例２］
図１０ないし図１２を用いて、変形例２について説明する。図１０は、変形例２に係る絶縁紙を示す斜視図である。図１１は、変形例２に係るコイル及び絶縁紙の配置を模式的に示す概略図である。図１２は、変形例２に係る絶縁紙の他の例を示す斜視図である。

【0045】

絶縁紙２０は、第１部材２０Ａと、第２部材２８とを備える。第１部材２０Ａと第２部材２８は、図１２に示す接続部２８６にて接続されていてもよいし、されていなくてもよい。

【0046】

第１部材２０Ａは、壁部２１と壁部２２とを備える。第１部材２０Ａは、１枚のシートを折り曲げて形成されている。

【0047】

第２部材２８は、第１部材２０Ａ上に配置されている。第２部材２８は、第１部材２０Ａの軸方向一方側を向いた面上に配置されている。第２部材２８は、壁部２８１と、壁部２８２と、壁部２８３と、段差部２８４と、段差部２８５とを備える。第２部材２８は、１枚のシートを折り曲げて形成されている。壁部２８１と壁部２８２は、壁部２８３より軸方向一方側に位置する。壁部２８１と壁部２８３との間には段差部２８４が位置する。壁部２８２と壁部２８３との間には段差部２８５が位置する。

【0048】

＜作用＞
絶縁紙２０によるコイル５の絶縁について説明する。ここでは、Ａ相コイル５Ａを例にして説明するが、Ｂ相コイル５Ｂ及びＣ相コイル５Ｃについても略同様に絶縁されている。

【0049】

一例として、Ａ相コイル５Ａを支持するティース１０に注目して説明する。第１部材２０Ａと壁部２８１との間に、Ａ相コイル５Ａの渡り線５５Ａが位置する。壁部２８３上に、Ｂ相コイル５Ｂの渡り線５５Ｂが位置する。

【0050】

第１部材２０Ａと壁部２８２との間に、Ｃ相コイル５Ｃの渡り線５５Ｃが位置する。

【0051】

段差部２８４は、Ａ相コイル５Ａの渡り線５５ＡとＢ相コイル５Ｂの渡り線５５Ｂとの間に位置する。

【0052】

段差部２８５は、Ｂ相コイル５Ｂの渡り線５５ＢとＣ相コイル５Ｃの渡り線５５Ｃとの間に位置する。

【0053】

＜効果＞
以上説明したように、第１部材２０Ａと第２部材２８とによって、絶縁距離を広げることなく、小型化することができる。このように、実施形態によれば、コイルエンド部５２において、限られたスペースで絶縁することができる。実施形態によれば、第１部材２０Ａと第２部材２８とが接続部２８６にて接続されている場合、部品点数を抑えることができる。

【0054】

上述の実施形態において、ロータ３がステータコア４の内側（内周側）に配置され、モータ１がインナロータ側モータであることとした。ロータ３はステータコア４に対向する位置に配置されていればよい。モータ１は、ロータ３がステータコア４の外周側に配置されるアウタロータ型モータでもよいし、ロータ３がステータコア４の内周側及び外周側の両方に配置されるデュアルロータ型モータでもよいし、ロータ３がステータコア４の軸方向側に配置されるアキシャルギャップ型モータでもよい。

【0055】

なお、上述の実施形態においては、モータ１がスイッチトリラクタンスモータであることとした。モータ１はシンクロナスリラクタンスモータ（Synchronous Reluctance Motor）でもよいし、フラックススイッチングモータ（Flux Switching Motor）でもよいし、永久磁石モータ（Permanent Magnet Motor）でもよいし、誘導モータ（Induction Motor）でもよいし、アキシャルギャップモータでもよいし、リニアアクチュエータでもよい。

【符号の説明】

【0056】

１…モータ、２…ステータ、３…ロータ、４…ステータコア、５…コイル、５Ａ…Ａ相コイル、５Ｂ…Ｂ相コイル、５Ｃ…Ｃ相コイル、５Ｕ…Ｕ相コイル（第１相コイル）、５Ｖ…Ｖ相コイル（第２相コイル）、５Ｗ…Ｗ相コイル（第３相コイル）、６…ロータホルダ、７…ロータコア、８…シャフト、９…スロット、１０…ティース、２０…絶縁紙、２１…壁部、２２…壁部、２３…舌部、２４…曲げ部、５１…コイル本体部、５２…コイルエンド部、５３…コイルエンド部、５５…渡り線、５６…端子部、５７…渡り線、５８…端子部、ＡＸ…回転軸、Ｅ…対象物。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】