(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】P2024110168
(43)【公開日】2024-08-15
(54)【発明の名称】モータ
(51)【国際特許分類】
H02K 3/12 20060101AFI20240807BHJP
H02K 3/04 20060101ALI20240807BHJP
【ＦＩ】
H02K3/12
H02K3/04 E
【審査請求】未請求
【請求項の数】2
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023014579
(22)【出願日】2023-02-02
(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）】
5H603
【Ｆターム（参考）】
5H603AA13
5H603AA14
5H603BB01
5H603BB09
5H603CA01
5H603CA05
5H603CB02
5H603CC03
5H603CC17
5H603CD02
5H603CD05
5H603CE05
5H603CE09
(57)【要約】
【課題】多層巻きコイルにおいて、放熱効果を向上すること。
【解決手段】モータ１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に二層巻きで配置された、コイル５と、を備え、コイル５は、内周巻きの第１コイルセグメント５Ｔと、第１コイルセグメント５Ｔより外周側に配置された、外周巻きの第２コイルセグメント５Ｓとを備え、第１コイルセグメント５Ｔの１本の導体の軸方向に直行する断面の面積と、第２コイルセグメント５Ｓの１本の導体の軸方向に直行する断面の面積とは、同じ広さであり、第１コイルセグメント５Ｔの厚さは、第２コイルセグメント５Ｓの厚さより厚い。
【選択図】図３
【解決手段】モータ１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に二層巻きで配置された、コイル５と、を備え、コイル５は、内周巻きの第１コイルセグメント５Ｔと、第１コイルセグメント５Ｔより外周側に配置された、外周巻きの第２コイルセグメント５Ｓとを備え、第１コイルセグメント５Ｔの１本の導体の軸方向に直行する断面の面積と、第２コイルセグメント５Ｓの１本の導体の軸方向に直行する断面の面積とは、同じ広さであり、第１コイルセグメント５Ｔの厚さは、第２コイルセグメント５Ｓの厚さより厚い。
【選択図】図３
【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、
前記スロットに二層巻きで配置された、コイルと、
を備え、
前記コイルは、内周巻きの第１コイルセグメントと、前記第１コイルセグメントより外周側に配置された、外周巻きの第２コイルセグメントとを備え、
前記第１コイルセグメントの１本の導体の軸方向に直行する断面の面積と、前記第２コイルセグメントの１本の導体の軸方向に直行する断面の面積とは、同じ広さであり、
前記第１コイルセグメントの厚さは、前記第２コイルセグメントの厚さより厚い、
モータ。
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、
前記スロットに二層巻きで配置された、コイルと、
を備え、
前記コイルは、内周巻きの第１コイルセグメントと、前記第１コイルセグメントより外周側に配置された、外周巻きの第２コイルセグメントとを備え、
前記第１コイルセグメントの１本の導体の軸方向に直行する断面の面積と、前記第２コイルセグメントの１本の導体の軸方向に直行する断面の面積とは、同じ広さであり、
前記第１コイルセグメントの厚さは、前記第２コイルセグメントの厚さより厚い、
モータ。
【請求項2】
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、
前記スロットに二層巻きで配置された、コイルと、
を備え、
前記コイルは、内周巻きの第１コイルセグメントと、前記第１コイルセグメントより外周側に配置された、外周巻きの第２コイルセグメントとを備え、
前記第１コイルセグメントの１本の導体の軸方向に直行する断面の面積は、前記第２コイルセグメントの１本の導体の軸方向に直行する断面の面積より広く、
前記第１コイルセグメントの厚さは、前記第２コイルセグメントの厚さより厚い、
モータ。
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、
前記スロットに二層巻きで配置された、コイルと、
を備え、
前記コイルは、内周巻きの第１コイルセグメントと、前記第１コイルセグメントより外周側に配置された、外周巻きの第２コイルセグメントとを備え、
前記第１コイルセグメントの１本の導体の軸方向に直行する断面の面積は、前記第２コイルセグメントの１本の導体の軸方向に直行する断面の面積より広く、
前記第１コイルセグメントの厚さは、前記第２コイルセグメントの厚さより厚い、
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】
モータのコイルにおいて、放熱効果を高める技術が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。特許文献１及び特許文献２に記載の技術は、一層巻きのコイルに適用可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】国際公開第２０１８／１３５０９４号公報
【特許文献2】国際公開第２０１８／１５４９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
モータを小型化するために、コイルを多層巻きにすることがある。この場合、一層巻きに比べて、コイル中心部がより発熱しやすくなる。そこで、多層巻きコイルにおいて、放熱効果を向上することが望まれる。
【0005】
本開示は、多層巻きコイルにおいて、放熱効果を向上した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】
【0006】
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、前記スロットに二層巻きで配置された、コイルと、を備え、前記コイルは、内周巻きの第１コイルセグメントと、前記第１コイルセグメントより外周側に配置された、外周巻きの第２コイルセグメントとを備え、前記第１コイルセグメントの１本の導体の軸方向に直行する断面の面積と、前記第２コイルセグメントの１本の導体の軸方向に直行する断面の面積とは、同じ広さであり、前記第１コイルセグメントの厚さは、前記第２コイルセグメントの厚さより厚いモータが提供される。
【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、前記スロットに二層巻きで配置された、コイルと、を備え、前記コイルは、内周巻きの第１コイルセグメントと、前記第１コイルセグメントより外周側に配置された、外周巻きの第２コイルセグメントとを備え、前記第１コイルセグメントの１本の導体の軸方向に直行する断面の面積は、前記第２コイルセグメントの１本の導体の軸方向に直行する断面の面積より広く、前記第１コイルセグメントの厚さは、前記第２コイルセグメントの厚さより厚いモータが提供される。
【発明の効果】
【0008】
本開示によれば、多層巻きコイルにおいて、放熱効果を向上したモータが提供される。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【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】
［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。
＜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、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正面図である。図３は、実施形態に係るコイルの概略を示す断面図である。図４は、実施形態に係るコイルの概略を示す断面図である。図５は、実施形態に係るコイルの概略を示す斜視図である。図６は、実施形態に係るコイルの概略を示す斜視図である。図７は、実施形態に係るコイルの概略を示す断面図である。図７（ａ）は、図６のＡ－Ａ線断面図である。図７（ｂ）は、図６のＢ－Ｂ線断面図である。図８は、実施形態に係るコイルの概略を示す斜視図である。図９は、実施形態に係るコイルの概略を示す正面図である。図１０は、実施形態に係るコイルの概略を示す断面図である。図１０（ａ）は、図９のＡ－Ａ線断面図である。図１０（ｂ）は、図９のＢ－Ｂ線断面図である。各図では、説明のためにコイルの巻き数を簡素化して図示している。図２ないし図７、図９では、周方向を円弧状ではなく模式的に直線状にして図示している。
図２は、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正面図である。図３は、実施形態に係るコイルの概略を示す断面図である。図４は、実施形態に係るコイルの概略を示す断面図である。図５は、実施形態に係るコイルの概略を示す斜視図である。図６は、実施形態に係るコイルの概略を示す斜視図である。図７は、実施形態に係るコイルの概略を示す断面図である。図７（ａ）は、図６のＡ－Ａ線断面図である。図７（ｂ）は、図６のＢ－Ｂ線断面図である。図８は、実施形態に係るコイルの概略を示す斜視図である。図９は、実施形態に係るコイルの概略を示す正面図である。図１０は、実施形態に係るコイルの概略を示す断面図である。図１０（ａ）は、図９のＡ－Ａ線断面図である。図１０（ｂ）は、図９のＢ－Ｂ線断面図である。各図では、説明のためにコイルの巻き数を簡素化して図示している。図２ないし図７、図９では、周方向を円弧状ではなく模式的に直線状にして図示している。
【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、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。
【0019】
コイル５は、Ｕ相コイル（第１相コイル）５Ｕと、Ｖ相コイル（第２相コイル）５Ｖと、Ｗ相コイル（第３相コイル）５Ｗとを含む。
【0020】
コイル５は、スロット９に二層巻きで配置される。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。
【0021】
コイル５は、二層巻きでティース１０に巻き付けられている。コイル５は、ティース１０に直接巻き付けられている第１コイルセグメント５Ｔと、第１コイルセグメント５Ｔの外側に巻き付けられている第２コイルセグメント５Ｓとである。第１コイルセグメント５Ｔと、第２コイルセグメント５Ｓとは、ロータ側で接続されている。
【0022】
実施形態では、第１コイルセグメント５Ｔのバックヨーク側の端部と、第２コイルセグメント５Ｓのバックヨーク側の端部は、渡り線５５Ｔ、渡り線５５Ｓである。第１コイルセグメント５Ｔの径方向外側の端部は、渡り線５５Ｔに接合されている。第２コイルセグメント５Ｓの径方向外側の端部は、渡り線５５Ｓに接合されている。
【0023】
第１コイルセグメント５Ｔは、二層巻きにおける内周巻きのコイルである。第１コイルセグメント５Ｔは、ロータ側に向けて時計回りの螺旋状に巻き付けられている。第１コイルセグメント５Ｔの１本の導体の軸方向と直交する断面におけるコイル幅をｗ１、厚さをｔ１とする。コイル幅ｗ１は、第１コイルセグメント５Ｔの１本の導体の周方向の寸法である。厚さｔ１は、第１コイルセグメント５Ｔの１本の導体の径方向の寸法である。
【0024】
第２コイルセグメント５Ｓは、二層巻きにおける外周巻きのコイルである。第２コイルセグメント５Ｓは、バックヨーク側に向けて時計回りの螺旋状に巻き付けられている。第２コイルセグメント５Ｓの１本の導体の軸方向と直交する断面におけるコイル幅をｗ２、厚さをｔ２とする。コイル幅ｗ２は、第２コイルセグメント５Ｓの１本の導体の周方向の寸法である。厚さｔ２は、第２コイルセグメント５Ｓの１本の導体の径方向の寸法である。
【0025】
モータ１においては、シャフト８から、径方向外側に向かって、冷媒である油が放出される。この油は、コイル５を冷却する。コイル５が多層巻きである場合、内周側は油と接触しにくく冷却されにくくなるおそれがある。
【0026】
図３を用いて、第１コイルセグメント５Ｔと第２コイルセグメント５Ｓとのコイル幅及び厚さの一例を説明する。図３に示す例では、第２コイルセグメント５Ｓのコイル幅ｗ２は、第１コイルセグメント５Ｔのコイル幅ｗ１より広い。第２コイルセグメント５Ｓの厚さｔ２は、第１コイルセグメント５Ｔの厚さｔ１より薄い。第２コイルセグメント５Ｓは、第１コイルセグメント５Ｔよりもターン数が多い。
【0027】
図３に示す例では、第１コイルセグメント５Ｔの１本の導体の軸方向と直交する断面の面積は、第２コイルセグメント５Ｓの１本の導体の軸方向と直交する断面の面積と同じである。断面積の関係を示す、以下の式（１）が成立する。
ｗ１×ｔ１＝ｗ２×ｔ２ （１）
ｗ１×ｔ１＝ｗ２×ｔ２ （１）
【0028】
図３に示す例では、冷却されにくい中心側に配置された第１コイルセグメント５Ｔは、厚さｔ１が、第２コイルセグメント５Ｓの厚さｔ２に比べて厚く、ターン数が少ない。
【0029】
＜効果＞
以上説明したように、実施形態では、第１コイルセグメント５Ｔの軸方向に直行する断面の面積と、第２コイルセグメント５Ｓとの軸方向に直行する断面の面積とは、同じ広さである。第１コイルセグメント５Ｔの厚さｔ１は、第２コイルセグメント５Ｓの厚さｔ２より厚い。実施形態によれば、冷却されにくい中心側に配置された第１コイルセグメント５Ｔは、厚さｔ１が第２コイルセグメント５Ｓの厚さｔ２に比べて薄いので、適切に放熱することができる。実施形態によれば、第２コイルセグメント５Ｓは、冷媒と接触しやすい外周側に配置されているので、適切に放熱することができる。
以上説明したように、実施形態では、第１コイルセグメント５Ｔの軸方向に直行する断面の面積と、第２コイルセグメント５Ｓとの軸方向に直行する断面の面積とは、同じ広さである。第１コイルセグメント５Ｔの厚さｔ１は、第２コイルセグメント５Ｓの厚さｔ２より厚い。実施形態によれば、冷却されにくい中心側に配置された第１コイルセグメント５Ｔは、厚さｔ１が第２コイルセグメント５Ｓの厚さｔ２に比べて薄いので、適切に放熱することができる。実施形態によれば、第２コイルセグメント５Ｓは、冷媒と接触しやすい外周側に配置されているので、適切に放熱することができる。
【0030】
実施形態では、第１コイルセグメント５Ｔは、第２コイルセグメント５Ｓよりターン数が少なく、１ターン当たりのティース１０との接触面積が第２コイルセグメント５Ｓより広い。実施形態によれば、第１コイルセグメント５Ｔを適切に放熱することができる。
【0031】
［変形例］
図４を用いて、第１コイルセグメント５Ｔと第２コイルセグメント５Ｓとのコイル幅及び厚さの他の例を説明する。図４に示す例では、第２コイルセグメント５Ｓのコイル幅ｗ２は、第１コイルセグメント５Ｔのコイル幅ｗ１より狭い。第２コイルセグメント５Ｓの厚さｔ２は、第１コイルセグメント５Ｔの厚さｔ１より薄い。第２コイルセグメント５Ｓは、第１コイルセグメント５Ｔよりもターン数が多い。
図４を用いて、第１コイルセグメント５Ｔと第２コイルセグメント５Ｓとのコイル幅及び厚さの他の例を説明する。図４に示す例では、第２コイルセグメント５Ｓのコイル幅ｗ２は、第１コイルセグメント５Ｔのコイル幅ｗ１より狭い。第２コイルセグメント５Ｓの厚さｔ２は、第１コイルセグメント５Ｔの厚さｔ１より薄い。第２コイルセグメント５Ｓは、第１コイルセグメント５Ｔよりもターン数が多い。
【0032】
図４に示す例では、第１コイルセグメント５Ｔの１本の導体の軸方向と直交する断面の面積は、第２コイルセグメント５Ｓの１本の導体の軸方向と直交する断面の面積より広い。断面積の関係を示す、以下の式（２）が成立する。
ｗ２×ｔ２＜ｗ１×ｔ１ （２）
ｗ２×ｔ２＜ｗ１×ｔ１ （２）
【0033】
図４に示す例では、冷却されにくい中心側に配置された第１コイルセグメント５Ｔは、断面積が、第２コイルセグメント５Ｓの断面積より広い。これにより、第１コイルセグメント５Ｔは、発熱が抑えられる。また、第１コイルセグメント５Ｔは、第２コイルセグメント５Ｓよりターン数が少なく、１ターン当たりのティース１０との接触面積が第２コイルセグメント５Ｓを内周側として巻き付けた場合の接触面積より広い。これにより、第１コイルセグメント５Ｔは、適切に放熱される。
【0034】
＜効果＞
以上説明したように、変形例では、第１コイルセグメント５Ｔの１本の導体の軸方向に直行する断面の面積は、第２コイルセグメント５Ｓの１本の導体の軸方向に直行する断面の面積と比べ、広い。よって第１コイルセグメント５Ｔの発熱量は第２コイルセグメント５Ｓよりも少なくなり、発熱が問題になりにくくなる。第１コイルセグメント５Ｔの厚さｔ１は、第２コイルセグメント５Ｓの厚さｔ２より厚い。変形例によれば、冷却されにくい中心側に配置された第１コイルセグメント５Ｔは、厚さｔ１が第２コイルセグメント５Ｓの厚さｔ２に比べて薄いので、適切に放熱することができる。変形例によれば、第２コイルセグメント５Ｓは、冷媒と接触しやすい外周側に配置されているので、適切に放熱することができる。
以上説明したように、変形例では、第１コイルセグメント５Ｔの１本の導体の軸方向に直行する断面の面積は、第２コイルセグメント５Ｓの１本の導体の軸方向に直行する断面の面積と比べ、広い。よって第１コイルセグメント５Ｔの発熱量は第２コイルセグメント５Ｓよりも少なくなり、発熱が問題になりにくくなる。第１コイルセグメント５Ｔの厚さｔ１は、第２コイルセグメント５Ｓの厚さｔ２より厚い。変形例によれば、冷却されにくい中心側に配置された第１コイルセグメント５Ｔは、厚さｔ１が第２コイルセグメント５Ｓの厚さｔ２に比べて薄いので、適切に放熱することができる。変形例によれば、第２コイルセグメント５Ｓは、冷媒と接触しやすい外周側に配置されているので、適切に放熱することができる。
【0035】
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。
【0036】
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】
【0037】
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、５Ｓ…第２コイルセグメント、５Ｔ…第１コイルセグメント、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…ロータコアピース、８…シャフト、９…スロット、１０…ティース、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】