特開 2024-89918 モータコイルおよびモータ固定子

(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】P2024089918

(43)【公開日】2024-07-04

(54)【発明の名称】モータコイルおよびモータ固定子

(51)【国際特許分類】

   H02K 3/18 20060101AFI20240627BHJP

   H02K 1/18 20060101ALI20240627BHJP

【ＦＩ】

H02K3/18 Z

H02K1/18 C

【審査請求】有

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022205461

(22)【出願日】2022-12-22

(71)【出願人】

【識別番号】519209037

【氏名又は名称】富田電機股▲ふん▼有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】100082418

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 朔生

(74)【代理人】

【識別番号】100167601

【弁理士】

【氏名又は名称】大島 信之

(74)【代理人】

【識別番号】100201329

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 真二郎

(74)【代理人】

【識別番号】100220917

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 忠大

(72)【発明者】

【氏名】張金鋒

(72)【発明者】

【氏名】朱智盟

(72)【発明者】

【氏名】呉智正

(72)【発明者】

【氏名】張辰輝

【テーマコード（参考）】

5H601

5H603

【Ｆターム（参考）】

5H601AA08

5H601AA09

5H601CC01

5H601DD11

5H601DD18

5H601EE03

5H601EE18

5H601GA02

5H601GA36

5H601GA40

5H601GB05

5H601GB12

5H601GB48

5H601GD07

5H601GD08

5H601GD12

5H601GD13

5H601GD18

5H601JJ10

5H603AA09

5H603BB01

5H603CA01

5H603CA05

5H603CB01

5H603CC11

5H603CC15

5H603CC17

5H603CD21

5H603CE02

5H603CE05

5H603CE09

5H603FA15

5H603FA25

(57)【要約】      （修正有）

【課題】モータコイルと、モータコイルを有するモータ固定子とを提供する。
【解決手段】金属ワイヤ１１で形成された金属コイル１０である、モータコイルであって、金属ワイヤ１１の厚さは、金属ワイヤ１１の第１の端部１２から、金属ワイヤ１１の第２の端部１３へと徐々に減少し、金属ワイヤ１１の断面積はすべて等しい、モータコイル。金属コイル１０は、周囲方向に沿って螺旋形状を形成する金属ワイヤ１１の複数の積層である。モータ固定子は、複数の歯部を有する固定子鉄心セットを備え、金属コイル１０は、各固定子鉄心セットの外面にスリーブされ、第１の端部１２および第２の端部１３が、それぞれモータ鉄心部分および外側部分に面する。金属ワイヤ１１は、外面にポリマ層を有し、ポリマ層と金属ワイヤ１１との間に、絶縁被膜が設けられる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属ワイヤで形成された金属コイルである、モータコイルであって、
前記金属ワイヤは、第１の端部および第２の端部を有し、
前記金属ワイヤの厚さは、前記第１の端部から前記第２の端部へと徐々に減少し、
前記金属ワイヤの断面積はすべて等しく、
前記金属コイルは、周囲方向に沿って螺旋形状を形成する前記金属ワイヤの複数の積層であることを特徴とする、
モータコイル。

【請求項2】

前記金属コイルの幅は、モータ鉄心部分からモータ外側部分へと徐々に増加することを特徴とする、請求項１に記載のモータコイル。

【請求項3】

前記金属コイルの外面は、ポリマ層を有することを特徴とする、請求項１に記載のモータコイル。

【請求項4】

前記ポリマ層と、前記金属コイルの前記外面との間に、絶縁被膜が設けられることを特徴とする、請求項３に記載のモータコイル。

【請求項5】

前記絶縁被膜は、ポリイミド（ＰＩ）からなる物質であることを特徴とする、請求項４に記載のモータコイル。

【請求項6】

前記ポリマ層は、液晶ポリマ、ポリエーテルエーテルケトン、または硫化ポリフェニレンからなることを特徴とする、請求項３から請求項５のいずれか一項に記載のモータコイル。

【請求項7】

各ユニットの延長方向における前記金属コイルのコイル巻数は、１回であることを特徴とする、請求項１に記載のモータコイル。

【請求項8】

モータ固定子であって、
周囲部分と、前記周囲部分の両側に設けられたスロットとを含む、複数の歯部を有する、固定子鉄心セットと、
請求項１に記載の金属ワイヤによっておのおの形成された、複数の金属コイルとを備え、
前記金属コイルのおのおのは、前記金属ワイヤの第１の端部および第２の端部が、それぞれ鉄心部分および外側部分に面するように前記周囲部分にスリーブされ、
前記金属コイルの外面は、ポリマ層を有し、
前記ポリマ層と、前記金属コイルの前記外面との間に、絶縁被膜が設けられることを特徴とする、
モータ固定子。

【請求項9】

前記固定子鉄心セットは、リング状に配置され、前記固定子鉄心セットの外側に環状鉄心がスリーブされ、前記歯部および前記環状鉄心は、その間に、前記金属コイルを収容するための空間を形成し、前記金属コイルは、前記空間の容量の少なくとも８５％を占めることを特徴とする、請求項８に記載のモータ固定子。

【請求項10】

前記金属コイルの前記外面を覆う前記ポリマ層の厚さは、０．５ｍｍから０．８ｍｍであることを特徴とする、請求項８に記載のモータ固定子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、モータコイル、より詳細には、高密度のモータ固定子コイルに関する。

【背景技術】

【0002】

モータコイルは、ワイヤの巻上およびフィードを進める前に、固定子鉄心のスロットパターンおよびサイズに適合させる必要があり、これは、固定子鉄心に巻かれるコイルの数およびコイルを巻く方法を制限する。その結果、一般に、固定子鉄心に巻かれたモータコイルの密度は市場では高くなく、モータ動作の効率にさらに影響を与える。
より高いワイヤのフィードおよび生産が予想される場合は、対応する鉄心スロットを拡大して、より多くのコイルを収容する必要があるが、他のメカニズムおよびハウジングの全体の容積が同時に拡大され、全体の容積とモータの重量とが増加する。

【0003】

モータの動作中、コイルは高温を発生し、高温は、モータの性能およびその耐用年数に影響を与える。したがって、コイルと固定子鉄心との間の熱伝導率を高めることができれば、コイルの放熱効率とモータの耐用年数とを、同時に向上させることができる。したがって、固定子鉄心に巻かれるコイルの密度を高め、モータの効率を高め、コイルと固定子鉄心との間の熱伝導率を高める方法が、現場で解決する必要がある緊急の課題であった。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、モータコイルと、モータコイルを有するモータ固定子と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】

【0005】

本発明のモータコイルは、金属ワイヤで形成された金属コイルであるモータコイルであって、金属ワイヤは、第１の端部および第２の端部を有し、金属ワイヤの厚さは、第１の端部から第２の端部へと徐々に減少し、金属ワイヤの断面積がすべて等しい。金属コイルは、周囲方向に沿って螺旋形状を形成する金属ワイヤの複数の積層である。

【0006】

この層は、モータ鉄心部分からモータ外側部分へと徐々に増加する。

【0007】

金属コイルの外面は、ポリマ層を有する。

【0008】

ポリマ層と、金属コイルの外面との間に、絶縁被膜が設けられる。

【0009】

絶縁被膜は、ポリイミド（ＰＩ）からなる物質である。

【0010】

ポリマ層は、液晶ポリマ、ポリエーテルエーテルケトン、または硫化ポリフェニレンからなる。

【0011】

各ユニットの延長方向における金属コイルのコイル巻数は、１回である。

【0012】

本発明のモータ固定子は、周囲部分と、周囲部分の両側に設けられたスロットとを含む、複数の歯部を有する、固定子鉄心セットと、金属ワイヤによっておのおの形成された、複数の金属コイルと、を備える。金属コイルのおのおのは、金属ワイヤの第１の端部および第２の端部が、それぞれ鉄心部分および外側部分に面するように、周囲部分にスリーブされる。金属コイルの外面は、ポリマ層を有し、ポリマ層と、金属コイルの外面との間に、絶縁被膜が設けられる。

【0013】

固定子鉄心セットはリング状に配置され、固定子鉄心セットの外側に環状鉄心がスリーブされ、歯部と環状鉄心との間に、金属コイルを収容するための空間が形成され、金属コイルは、空間の容量の少なくとも８５％を占める。

【0014】

金属コイルの外面を覆うポリマ層の厚さは、０．５ｍｍから０．８ｍｍである。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本開示の実施形態の金属コイルの側面の三次元概略図である。

【図2】本開示の金属コイルの上面概略図である。

【図3】本開示の金属コイルおよび歯部の分解概略図である。

【図4】金属コイルと歯部とが結合された、本開示の実施形態の概略図である。

【図5】本開示の実施形態のモータ固定子の断面概略図である。

【図6】本開示の実施形態のモータ固定子の部分拡大断面概略図である。

【図7】本開示の実施形態のモータ固定子の分解三次元概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

モータコイルの金属コイル１０を示す図１および図２を参照されたい。

【0017】

本開示のモータコイルは、約１０００ｒｐｍの速度および２００Ｎ－ｍのトルクを有する低速かつ高トルクのモータに適用される。モータコイルは、平坦な銅製ワイヤで巻かれており、金属コイル１０は、モータ鉄心部分Ｈの近くの第１の端部１２と、モータ外側部分Ｒの近くの第２の端部１３とを有する平坦な金属ワイヤ１１からなる。
モータ鉄心部分Ｈおよびモータ外側部分Ｒを、金属コイル１０の延長方向Ｄとみなしたとき、金属ワイヤ１１は、延長方向Ｄに沿って取り囲むことによって金属コイル１０を形成し、金属コイル１０の各ユニットにおいて、延長方向Ｄにコイルを１回だけ巻く。言い換えれば、金属ワイヤ１１の第１の端部１２と第２の端部１３との間に、螺旋形状層１４を含む。

【0018】

同じ周回内の銅製ワイヤのサイズがあまりにも異なる場合、表皮効果により、銅損失が増加する可能性がある。したがって、異なる位置の銅製ワイヤの面積を、できるだけ同じにする必要がある。
図６を参照して示すように、この実施形態では、金属ワイヤ１１の厚さは、第１の端部１２から第２の端部１３へと徐々に減少し、すなわち、第１の端部１２の厚さＴ１は、第２の端部１３の厚さＴ２よりも厚く、金属ワイヤ１１の各部分のワイヤ面積が、周囲方向に沿って実質的に等しいという要件を満たすために、平坦な金属ワイヤ１１の幅を、徐々に増加させる必要がある。つまり、第１の端部１２のワイヤ幅Ｈｗは、第２の端部１３のワイヤ幅Ｒｗよりも狭い。
いくつかの実施形態では、金属ワイヤ１１の厚さは、周囲方向において徐々に減少し得る。しかしながら、いくつかの実施形態では、金属ワイヤ１１が各（巻の）コイルに対して同じ厚さを有し、コイルの異なる層１４に対して、異なる厚さを有することも可能である。

【0019】

層１４として形成されるコイルでは、各コイルの内側１４１が同一面上にあるため、金属コイル１０の外側１４２の幅は、モータ外側部分Ｒに向かって、金属コイル１０の延長方向Ｄに沿って、徐々に広くなる。つまり、第１の端部１２の近くのコイル幅Ｗ１は、第２の端部１３の近くのコイル幅Ｗ２よりも小さく、モータ鉄心部分Ｈの延長方向Ｄから、モータ外側部分Ｒに向かって見た場合、複数の層１４の断面は、台形形状を形成する。

【0020】

金属ワイヤ１１は、金属コイル１０を形成する前に絶縁被膜１５で覆われており、絶縁被膜１５は、３００℃から４００℃の高温に耐えることができる。この実施形態では、絶縁被膜１５は、ポリイミド（ＰＩ）からなる。絶縁被膜１５の外面は、熱伝導率を高めるために使用され、液晶ポリマ、ポリエーテルエーテルケトン、または硫化ポリフェニレンからなるポリマ層１６を有する。

【0021】

固定子鉄心セット２０、複数の金属コイル１０、および環状鉄心２５を備えるモータ固定子２００の実施形態である、図３から図７を参照されたい。

【0022】

固定子鉄心セット２０は、周囲部分２１１および取付端部２２を有する複数の歯部２１を有し、周囲部分２１１は、歯部２１の両側にスロット２１１１を有する。

【0023】

金属コイル１０の構造は、図１および図２に示す実施形態に記載されているので、同じ部分は、これ以上詳細に説明しない。
金属コイル１０は、歯部２１の取付端部２２から周囲部分２１１上でスリーブされ、スロット２１１１の側壁２１１２に対して停止し、それにより、金属コイル１０の層１４の各コイルの内側１４１が、周囲部分２１１の輪郭に一致し、歯部２１の取付端部２２が、モータ外側部分Ｒに向けられ、環状鉄心２５の内面２５１に係合するように、複数の固定子鉄心セット２０が、リング状に配置される。一方、金属コイル１０は、スロット２１１１の側壁２１１２と、環状鉄心２５の内面２５１との間に形成される空間２６に閉じ込められる。それに加えて、金属コイル１０は、各空間２６の容量の少なくとも８５％を占める。

【0024】

なお、金属コイル１０が、周囲部分２１１にスリーブされた場合、第１の端部１２の近くのコイルは、より小さなコイル幅Ｗ１を有し、モータ鉄心部分Ｈ側を向く一方、第２の端部１３の近くのコイルは、より大きなコイル幅Ｗ２を有し、モータ外側部分Ｒの方を向く。このため、金属コイル１０は、空間２６の容量の少なくとも８５％を占めるように、モータ外側部分Ｒの近くの空間を埋めることができる。それに加えて、各層１４の厚さは、モータ外側部分Ｒに向かって徐々に減少するので、モータ固定子２００のサイズも低減される。

【0025】

金属コイル１０が、歯部２１の周囲部分２１１にスリーブされ、スロット２１１１内に配置されるとき、ポリマ層１６は、金属コイル１０の外面の周りを覆い、被覆の厚さは０．５ｍｍから０．８ｍｍである。この実施形態では、ポリマ層１６は、高流動性液晶ポリマからなり、これは、金属コイル１０をスロット２１１１から仕切ることを可能にし、コイル表面上の絶縁被膜１５の損傷によって引き起こされる短絡を防止する。ポリマ層１６の使用により、金属コイル１０の厚さを増加させ、これは、金属コイル１０が歯部２１にスリーブされる前に、製造リスクを低減し、層１４の強度を増加させることができる。

【0026】

ポリマ層１６で被覆した後、金属コイル１０は、モータが励磁されて高速で振動するとき、歯部２１との直接接触による摩擦損傷も回避できる。また、この実施形態における最大モータ駆動電圧９６ＶＤＣのような低電圧モータでは、流動性の良い材料を、ポリマ層１６として使用できれば、金属コイル１０上に形成される絶縁層の厚さは、より薄く、より平坦になり、形成後の幾何学的精度を向上させることができる。これにより、絶縁層として絶縁紙を使用する場合と比較して、ポリマ層１６の平坦な表面は、熱伝導率をさらに向上させることができる。

【0027】

モータ固定子２００には、各金属コイル１０の第１の端部１２および第２の端部１３にそれぞれ接続されるバスバー３０が追加的に設けられ、複数の固定子鉄心セット２０が、互いに直列に接続できるようになる。

【0028】

結論として、本実施形態で使用される金属コイル１０は、モータ固定子２００の歯部２１側のスロット２１１１と、環状鉄心２５の内面２５１との間の空間２６の形状を満たす巻線構造を有し、その結果、金属コイル１０は、歯部２１を高密度で取り囲むことができ、電流密度を下げることができる。これによって、電気エネルギの損失を低減し、モータの効率を高める。
モータコイルを使用することによって、モータ全体のサイズおよび重量を低減することに加えて、高流動性ポリマ層１６が、金属コイル１０とスロット２１１１との間を埋め、金属コイル１０の周囲をポリマ層で覆い、超薄外層をも形成し、金属コイル１０と歯部２１との間のギャップを減少させ、金属コイル１０と歯部２１との間の熱伝導率を増加させ、その結果、金属コイル１０の熱放射効率を高める。

【0029】

他の実施形態では、金属コイル１０は、各スロット２１１１の容量の少なくとも９０％、または少なくとも９５％を占める。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】