特許 7568162 モータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-07

(45)【発行日】2024-10-16

(54)【発明の名称】モータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/16 20060101AFI20241008BHJP

【ＦＩ】

H02K1/16 C

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2024505793

(86)(22)【出願日】2022-03-11

(86)【国際出願番号】 JP2022010825

(87)【国際公開番号】W WO2023170903

(87)【国際公開日】2023-09-14

【審査請求日】2024-03-28

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109612

【弁理士】

【氏名又は名称】倉谷 泰孝

(74)【代理人】

【識別番号】100116643

【弁理士】

【氏名又は名称】伊達 研郎

(74)【代理人】

【識別番号】100184022

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 美保

(72)【発明者】

【氏名】加藤 健次

【審査官】島倉 理

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－２２２９５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０３２９３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０４－０４３３７２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０２０－０２５３７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５７－１８０３３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－３２５３８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２３７０５１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ １／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

磁石が設けられた円柱形状の回転子と、
周方向の長さが異なる一対の凹部を有した電磁鋼板を軸方向に積層し、前記軸方向において前記電磁鋼板の向きを反転して設けられ、一対の前記凹部に巻線が巻回された固定子コアが前記回転子の外径側に環状に複数配置された固定子と、
を備え、
前記固定子コアに設けられた一対の前記凹部は、第一の凹部と第二の凹部とを有し、
前記周方向において前記巻線を巻回する向きの前方に位置する前記第一の凹部が後方に位置する前記第二の凹部よりも前記長さが短く、
前記固定子コアの前記軸方向の端部に設けられた一対のインシュレーターは、前記固定子コアと共に前記巻線に巻回される巻回部が前記固定子コアとは反対方向に突出し、
前記巻回部は前記固定子コアとは反対方向に突出した山型形状を有し、前記周方向において中央よりも前記第一の凹部側に頂部が設けられていることを特徴とするモータ。

【請求項2】

前記固定子コアは前記軸方向の中央にて前記電磁鋼板の向きを反転していることを特徴とする請求項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】

モータのコイルは、磁心となる固定子コアのティースの周りに絶縁体であるインシュレーターを介して巻線を巻回することにより形成される。また、従来の固定子コアは軸方向に長く、周方向に短い形状を有していることが一般的である。

【0003】

そのため、固定子コアのティースの周りに巻線を巻回する際に巻き膨らみが生じてしまう。そこで巻き膨らみによる巻線と固定子コアとの空隙を小さくする技術として例えば、ロータ回転方向の幅がロータ軸方向の中央部から両端に向かって段階的に狭くなる積層コアを備える磁石式発電機が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００４－１３５３８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記発電機は、巻線の巻き膨らみが積層コアの軸方向の中央付近に発生する場合において空隙を小さくする。一方で軸方向の中央部から両端に向かうほど積層コアのロータ回転方向の幅が狭くなるため、軸方向の両端側には空隙が生じてしまう。

【0006】

本開示は上述のような課題を解決するためになされたものであり、巻線の巻回時に積層コアの軸方向の両端側において生じる空隙を小さくし、巻き膨らみを抑制することができるモータを得ることを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示にかかるモータは、磁石が設けられた円柱形状の回転子と、周方向の長さが異なる一対の凹部を有した電磁鋼板を軸方向に積層し、軸方向において電磁鋼板の向きを反転して設けられ、一対の凹部に巻線が巻回された固定子コアが回転子の外径側に環状に複数配置された固定子とを備え、固定子コアに設けられた一対の凹部は、第一の凹部と第二の凹部とを有し、周方向において巻線を巻回する向きの前方に位置する第一の凹部が後方に位置する第二の凹部よりも長さが短く、固定子コアの軸方向の端部に設けられた一対のインシュレーターは、固定子コアと共に巻線に巻回される巻回部が固定子コアとは反対方向に突出し、巻回部は固定子コアとは反対方向に突出した山型形状を有し、周方向において中央よりも第一の凹部側に頂部が設けられていることを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0008】

本開示のモータによれば、固定子コアが周方向の長さが異なる一対の凹部を有した電磁鋼板を軸方向に積層し、軸方向において電磁鋼板の向きを反転して設けられているため、固定子コアの軸方向の中央付近に発生する空隙を小さくしつつ両端側に発生する空隙も小さくし、巻き膨らみを抑制する効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施の形態１にかかるモータの概略図である。

【図2】図１の断面Ａ―Ａの一部を示す図である。

【図3】図２の一部拡大図である。

【図4】電磁鋼板の外観図である。

【図5】実施の形態１にかかるモータの固定子コアにおける図３の断面Ｂを示す図である。

【図6】実施の形態２にかかるモータの固定子コアにおける図３の断面Ｂを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は例示である。また、各実施の形態は、適宜組み合わせて実行することができる。

【0011】

また、図面にも図示したように軸方向および周方向を定義して説明を行う。軸方向は、シャフトが延在する方向である。径方向は、シャフトの半径方向である。周方向は、シャフトが回転する方向である。

【0012】

実施の形態１．
図１は実施の形態１にかかるモータの概略図である。図２は図１の断面A―Aの一部を示す図である。図３は図２の固定子コアを一部拡大した拡大図である。図４は電磁鋼板の外観図である。図５は実施の形態１にかかるモータの固定子コアにおける図３の断面Ｂを示す図である。

【0013】

図１に示すモータ１は、回転子２、固定子３、フレーム４、エンコーダ５およびブラケット６を備えている。

【0014】

以下、図１および図２を用いて説明をする。回転子２は、円柱形状を有し磁石２１およびシャフト２２を備えている。図２に示すように磁石２１は、シャフト２２の外径側に複数設けられている。なお図２に示す例は一例であり、磁石２１の配置位置および配置方法は特に問わない。例えばシャフト２２の外周面に接着剤などを用いて固定するようにしてもよい。また、シャフト２２の外径側において固定子３と対向するようにシャフト２２に埋め込まれていてもよい。

【0015】

シャフト２２は、固定子３およびブラケット６を貫通して設けられ、周方向に回転自在である。ブラケット６は固定子３の軸方向両端において、シャフト２２の回転を阻害することなく、フレーム４に密接して支持するように設けられている。なお図１に示すようにフレーム４の両端に設けられたブラケット６は、ブラケット６ａおよびブラケット６ｂからなる。ブラケット６ａおよびブラケット６ｂは固定子３を隔てて反対側に設けられている。

【0016】

エンコーダ５は軸方向において、ブラケット６ｂのフレーム４とは反対側の端部に設けられている。エンコーダ５はセンサを内装しており、回転子２の回転速度および回転角などを測定する。なお、エンコーダ５が内装するセンサには例えば加速度センサなどを用いればよいがこれに限らない。

【0017】

フレーム４は筒状の形状を有しており、内周面が固定子３の外周面を保持するように密着して設けられている。また、フレーム４は固定子３と同様、軸方向両端においてブラケット６ａおよびブラケット６ｂが密着するように備わっている。

【0018】

固定子３は固定子コア３１が回転子２の外径側に環状に複数配置された筒状の形状を有しており、回転子２の外周面を覆うように設けられている。なお、回転子２、固定子３およびフレーム４は同心である。

【0019】

次に図３から図５を用いて固定子コア３１について説明をする。回転子２の外径側において円形状に複数配置された固定子コア３１は、巻線３２、絶縁紙３３およびインシュレーター７を備えている。

【0020】

図３に示すように固定子コア３１は、巻線３２が絶縁紙３３を介して巻回されるティース部３５を備えている。絶縁紙３３はティース部３５と巻線３２との間に挟み込むように設けられており、巻線３２を流れる電流がティース部３５側へ流れるのを防ぐ役割がある。なお巻線３２が巻回されるティース部３５は、固定子コア３１の周方向中央からの距離が非対称に設けられている。

【0021】

また巻線３２は、固定子コア３１のティース部３５に巻回して設けられている。巻線３２は材質などを特に問わないが、例えば銅を用いるとよい。また一対のインシュレーター７は、固定子コア３１の軸方向の両端部に各々設けられている。

【0022】

固定子コア３１は図４に示す電磁鋼板３４を軸方向に積層して構成されている。電磁鋼板３４は周方向の長さが異なる一対の凹部８を有している。すなわち、第一の凹部８１は第二の凹部８２よりも周方向の長さが短く、第一の凹部８１および第二の凹部８２は電磁鋼板３４の周方向中央からの距離が非対称に設けられている。なお本実施の形態において、凹部８の長さとは凹部８の周方向の深さを表す。

【0023】

また、固定子コア３１は軸方向において電磁鋼板３４の向きを反転して積層し構成されている。例えば図４に示す電磁鋼板３４を表とすると、ここでいう反転とは表裏をひっくり返すことを指している。つまり固定子コア３１は軸方向に電磁鋼板３４を積層する際、積層する途中において電磁鋼板３４の向きを反転すなわち電磁鋼板３４の表裏をひっくり返して構成されている。具体的に図５を用いて説明をする。

【0024】

図５はティース部３５における図３の断面Ｂを示している。矢印は巻線３２を巻回する向きを示している。図５に示すように固定子コア３１のティース部３５は、電磁鋼板３４を軸方向に積層し、軸方向において電磁鋼板３４の向きを反転して設けられている。すなわち固定子コア３１は、同一幅のティース部３５が周方向にずれて構成されている。

【0025】

なお、電磁鋼板３４の向きを反転させる位置および反転回数については問わないが、図５に示すように固定子コア３１の軸方向の中央において電磁鋼板３４の向きを反転し積層するとよい。このように固定子コア３１は、電磁鋼板３４を軸方向の中央にて向きを反転し積層して設けられることにより、電磁鋼板３４を作成するための抜型の形状は１つで済むことになる。そのため、形状の異なる電磁鋼板３４を準備する必要がなく、製造コストを低減できる。

【0026】

また、ティース部３５に巻線３２を巻回する際、巻き膨らみは巻線３２を巻回する向きによって生じる位置が異なる。具体的には図５に示すように巻線３２を周方向において第二の凹部８２から第一の凹部８１の向きすなわち左回りに巻回する際には第一の凹部８１側に巻き膨らみが生じ、巻線３２と固定子コア３１のティース部３５との空隙が大きくなる。同様に巻線３２を巻回する向きを反対にすると、図５に示す第二の凹部８２側に巻き膨らみが生じる。

【0027】

そのため固定子コア３１は、周方向において巻線３２を巻回する向きの前方に第一の凹部８１、後方に第二の凹部８２となるように、軸方向において電磁鋼板３４の向きを反転し積層して構成する。つまり固定子コア３１は、周方向において巻線３２を巻回する向きの前方に位置する第一の凹部８１が後方に位置する第二の凹部８２よりも長さが短い構成とする。この構成により、巻線３２を巻回する際に生じる巻き膨らみによる空隙を小さくできる。

【0028】

図５には、巻線３２を左回りに巻回した例を示しているが、同様に巻線３２を右回りに巻回する際には周方向において前方に第二の凹部８２よりも長さの短い第一の凹部８１、後方に第二の凹部８２となるように、固定子コア３１は軸方向において電磁鋼板３４の向きを反転し積層して設けられている。

【0029】

次にモータ１の動作について説明する。回転子２が巻線３２に入力された電流により回転し、シャフト２２から外部へ動力を伝える。このときエンコーダ５より、回転子２の回転速度および回転角などを検出し、図示を省略する制御装置へ信号を送信する。

【0030】

また巻線３２に電流が流れることにより、巻線３２において銅損が発生し、発生した損失は熱となってモータ１の内部を移動し、各部の温度を上昇させる。各部を通った熱は、フレーム４、シャフト２２、ブラケット６ａおよびブラケット６ｂなどからモータ１の外部へ熱伝導、対流および輻射などによって放熱される。なお、フレーム４の冷却方法は特に問わず、空冷および液冷のどちらでもよい。

【0031】

このとき、巻線３２において銅損により生じた熱は、絶縁紙３３およびインシュレーター７を介して固定子コア３１に伝わる。一方、巻線３２と固定子コア３１との間には絶縁紙３３とインシュレーター７以外にも空気の隙間すなわち空隙がある。空気の熱伝導率は絶縁紙３３およびインシュレーター７より小さいため、空隙が大きいほど巻線３２と固定子コア３１との間の熱抵抗が大きくなり、巻線３２の温度が上昇してしまう。

【0032】

しかしながら、本実施の形態のモータ１は、周方向の長さが異なる一対の凹部８を有した電磁鋼板３４を軸方向に積層し、軸方向において電磁鋼板３４の向きを反転して設けられた固定子コア３１を構成している。この構成により、巻き膨らみによって発生する軸方向の中央付近の空隙を小さくしつつ、軸方向の両端側に発生する空隙も小さくできる。これにより固定子コア３１と巻線３２との間の熱抵抗が小さくなり、巻線３２の温度が低減し、モータ１のエネルギー効率を向上できる。

【0033】

また、固定子コア３１が軸方向の中央において電磁鋼板３４の向きを反転して積層し構成することにより、形状の異なる電磁鋼板３４を作成する必要がなく、製造コストを低減できる。

【0034】

実施の形態２．
本実施の形態は図６を用いて説明をする。図６は本実施の形態にかかるモータの固定子コアにおける図３の断面Ｂを示す図である。

【0035】

実施の形態１では、周方向の長さが異なる一対の凹部を有した電磁鋼板を軸方向に積層し、軸方向において電磁鋼板の向きを反転して設けられた固定子コアを備えたモータを示した。実施の形態２では、固定子コアと共に巻線に巻回される巻回部が固定子コアとは反対方向に突出しているインシュレーターを備えたモータを示す。それ以外の構成は実施の形態１と同様であり、実施の形態１と同じ構成には同じ番号を付し、説明は省略する。

【0036】

図６に示すように一対のインシュレーター７１において、絶縁紙３３を介して固定子コア３１と共に巻線３２に巻回される巻回部７４は、固定子コア３１とは反対方向に突出した山型の形状を有している。なお図６では巻回部７４が山型の形状を有している例を示しているがこれに限らず、固定子コア３１とは反対方向に突出している形状であればよい。

【0037】

また、山型の形状を有した一対のインシュレーター７１の巻回部７４は、頂部７２を周方向において中央よりも第一の凹部８１側に設けられている。なお頂部７２とは、巻回部７４において最も固定子コア３１とは反対方向に突出した突出部のことである。

【0038】

図６を用いて説明をする。図６に示す矢印の向きは巻線３２を巻回する向きを示している。巻線３２を左向きに巻回する場合、図６に示す第一の凹部８１側に巻き膨らみが生じやすくなるため、巻回部７４の頂部７２は周方向において巻回部７４の中央よりも第一の凹部８１側に設けられている。同様に巻線３２を右向きに巻回する場合は、図６に示す第二の凹部８２側に巻き膨らみが生じやすくなるため、巻回部７４の頂部７２は周方向において巻回部７４の中央よりも図６に示す第二の凹部８２側に設けられている。つまり、巻回部７４の頂部７２は、巻回部７４の周方向において中央よりも巻線３２を巻回する向きの前方に位置する第一の凹部８１側に設けられている。

【0039】

巻回部７４の頂部７２は、周方向において中央よりも第一の凹部８１側に設けられていることにより、実施の形態１にかかるモータよりも固定子コア３１の両端側において、巻線３２を巻回する際に生じる巻き膨らみによる固定子コア３１と巻線３２との間の空隙を小さくすることができる。

【符号の説明】

【0040】

１、１１ モータ、２ 回転子、２１ 磁石、２２ シャフト、３ 固定子、３１ 固定子コア、３２ 巻線、３３ 絶縁紙、３４ 電磁鋼板、３５ ティース部、４ フレーム、５ エンコーダ、６、６ａ、６ｂ ブラケット、７、７１ インシュレーター、７２ 頂部、７３、７４ 巻回部、８ 凹部、８１ 第一の凹部、８２ 第二の凹部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】