(57)【要約】【課題】電動モーターに適用されるステータを提供する。【解決手段】中空鉄心と、複数の巻き線と、を備え、中空鉄心は、２つの対向する表面及び表面に連通され環状に配列する複数の収納溝を有し、複数の巻き線の各々は、収納溝によって巻装される複数の導線を含み、巻き線の導線の収納溝内にある部分が径方向において同心状に複数の巻線層となるように配列され、少なくとも1つの収納溝内で、最も内側に配列される巻線層の導線の線断面積が、最も外側に配列される巻線層の導線の線断面積より小さいステータ。【選択図】図３
2018085911.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モーターに適用されるステータであって、中空鉄心と、複数の巻き線と、を備え、
前記中空鉄心は、２つの対向する表面及び前記表面に連通され環状に配列する複数の収納溝を有し、
前記複数の巻き線の各々は、前記収納溝によって巻装される複数の導線を含み、前記巻き線の前記導線の前記収納溝内にある部分が径方向において同心状に複数の巻線層となるように配列され、前記少なくとも1つの収納溝内で、最も内側に配列される前記巻線層の前記導線の線断面積が、最も外側に配列される前記巻線層の前記導線の線断面積より小さいステータ。
【請求項２】
前記少なくとも1つの収納溝内で、前記巻線層の中の内側に配列される１つの前記導線の線断面積は、前記巻線層の中の外側に配列される１つの前記導線の線断面積以下である請求項１に記載のステータ。
【請求項３】
前記巻線層は、外から内へ順次に少なくとも６層となるように配列される請求項１または請求項２に記載のステータ。
【請求項４】
前記少なくとも1つの収納溝内で、第５層に配列される前記巻線層の前記導線の線断面積は、第６層に配列される前記巻線層の前記導線の線断面積以上である請求項３に記載のステータ。
【請求項５】
前記少なくとも1つの収納溝内で、第３層に配列される前記巻線層の前記導線の線断面積と第４層に配列される前記巻線層の前記導線の線断面積との総和は、第５層に配列される前記巻線層の前記導線の線断面積と第６層に配列される前記巻線層の前記導線の線断面積との総和以上である請求項３に記載のステータ。
【請求項６】
前記少なくとも1つの収納溝内で、第２層に配列される前記巻線層の前記導線の線断面積は、第３層〜第６層に配列される前記巻線層の前記導線の少なくとも1つの線断面積より大きい請求項３に記載のステータ。
【請求項７】
前記少なくとも1つの収納溝内で、第１層に配列される前記巻線層の前記導線の線断面積は、第２層に配列される前記巻線層の前記導線の線断面積以上である請求項３に記載のステータ。
【請求項８】
前記巻き線は、第１の巻き線と、第２の巻き線と、第３の巻き線と、を備え、第１層に配列される前記巻線層と第２層に配列される前記巻線層とは前記第１の巻き線を構成し、第３層に配列される前記巻線層と第５層に配列される前記巻線層とは前記第２の巻き線を構成し、且つ第４層に配列される前記巻線層と第６層に配列される前記巻線層とは前記第３の巻き線を構成する請求項３に記載のステータ。
【請求項９】
前記第２の巻き線の前記導線の中の少なくとも1つは、前記第３の巻き線の前記導線の中の少なくとも1つに並列接続される請求項８に記載のステータ。
【請求項１０】
前記第２の巻き線の前記導線の中の少なくとも1つまたは前記第３の巻き線の前記導線の中の少なくとも1つは、前記第１の巻き線の前記導線の中の少なくとも1つに直列接続される請求項９に記載のステータ。
【請求項１１】
前記少なくとも1つの収納溝内で、前記第１の巻き線の前記導線と前記第２の巻き線の前記導線との間には、第１の絶縁層が挟まれる請求項８に記載のステータ。
【請求項１２】
前記少なくとも1つの収納溝内で、前記第２の巻き線の前記導線と前記第３の巻き線の前記導線との間には、第２の絶縁層が挟まれ、前記第１の絶縁層の絶縁階級が前記第２の絶縁層の絶縁階級より高い請求項１１に記載のステータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モーターに適用されるステータに関する。
【背景技術】
【０００２】
電動モーターに適用されるステータにおいては、低電圧適用または高電力に対する需要のため、大きな電流を受けるように、その収納溝内に取り巻かれる導線が一般的に十分な断面積を必要とする。従来、公知の作り方は、同じ断面積を有する複数束の線又は大きな断面積の単一の銅線を採用する。単一の銅線が高いコイル占積率（ｃｏｉｌ  ｓｐａｃｅ  ｆａｃｔｏｒ）という利点を有するが、表皮効果（ｓｋｉｎ  ｅｆｆｅｃｔ）と近接効果（ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ  ｅｆｆｅｃｔ）の関係のため、大きな断面積の銅線の交流損失は、モーターの回転速度の増加に伴って急上昇する。この問題を解決するために、従来、よく見られた作り方は、銅線の断面積が小さい複数束の線を使用し、単一の銅線の断面積を低減することによって銅線の交流損失を減少する。しかしながら、この方式は、銅線のコイル占積率を低下させ、銅線の有効断面積を減少させて直流抵抗の上昇を引き起こし、それにより銅線全体の損失を増加させてしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
これに鑑みて、本発明の一目的は、銅線の交流損失を減少することができるとともに、銅線全体の損失に与える影響が小さいステータ巻線構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の目的を達成するために、本発明の一実施形態によれば、電動モーターに適用されるステータであって、中空鉄心と、複数の巻き線と、を備え、中空鉄心は、２つの対向する表面及び表面に連通され環状に配列する複数の収納溝を有し、複数の巻き線の各々は、収納溝によって巻装される複数の導線を含み、巻き線の導線の収納溝内にある部分が径方向において同心状に複数の巻線層となるように配列され、少なくとも1つの収納溝内で、最も内側に配列される巻線層の導線の線断面積が、最も外側に配列される巻線層の導線の線断面積より小さいステータを提供する。
【０００５】
本発明の１つ又は複数の実施形態において、少なくとも1つの収納溝内で、巻線層の中の内側に配列される１つの導線の線断面積は、巻線層の中の外側に配列される１つの導線の線断面積以下である。
【０００６】
本発明の１つ又は複数の実施形態において、上記の巻線層は、外から内へ順次に少なくとも６層となるように配列する。
【０００７】
本発明の１つ又は複数の実施形態において、少なくとも1つの収納溝内で、第５層に配列される巻線層の導線の線断面積は、第６層に配列される巻線層の導線の線断面積以上である。
【０００８】
本発明の１つ又は複数の実施形態において、少なくとも1つの収納溝内で、第３層に配列される巻線層の導線の線断面積と第４層に配列される巻線層の導線の線断面積との総和は、第５層に配列される巻線層の導線の線断面積と第６層に配列される巻線層の導線の線断面積との総和以上である。
【０００９】
本発明の１つ又は複数の実施形態において、少なくとも1つの収納溝内で、第２層に配列される巻線層の導線の線断面積は、第３層〜第６層に配列される巻線層の導線の少なくとも1つの線断面積より大きい。
【００１０】
本発明の１つ又は複数の実施形態において、少なくとも1つの収納溝内で、第１層に配列される巻線層の導線の線断面積は、第２層に配列される巻線層の導線の線断面積以上である。
【００１１】
本発明の１つ又は複数の実施形態において、上記の巻き線は、第１の巻き線と、第２の巻き線と、第３の巻き線と、を備える。第１層に配列される巻線層と第２層に配列される巻線層とは、第１の巻き線を構成する。第３層に配列される巻線層と第５層に配列される巻線層とは、第２の巻き線を構成する。第４層に配列される巻線層と第６層に配列される巻線層とは、第３の巻き線を構成する。
【００１２】
本発明の１つ又は複数の実施形態において、上記の第２の巻き線の導線の中の少なくとも1つは、第３の巻き線の導線の中の少なくとも1つに並列接続される。
【００１３】
本発明の１つ又は複数の実施形態において、上記の第２の巻き線の導線の中の少なくとも1つまたは第３の巻き線の導線の中の少なくとも1つは、第１の巻き線の導線の中の少なくとも1つに直列接続される。
【００１４】
本発明の１つ又は複数の実施形態において、上記の少なくとも1つの収納溝内で、第１の巻き線の導線と第２の巻き線の導線との間には、第１の絶縁層が挟まれる。
【００１５】
本発明の１つ又は複数の実施形態において、上記の少なくとも1つの収納溝内で、第２の巻き線の導線と第３の巻き線の導線との間には、第２の絶縁層が挟まれる。第１の絶縁層の絶縁階級は、第２の絶縁層の絶縁階級より高い。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明のステータの設計によって、最も内側に配列される巻線層の導線の線断面積を最も外側に配列される巻線層の導線の線断面積より小さくさせる。近接効果の影響によって、最も内側に配列される巻線層の交流損失が最も外側に配列される巻線層の交流損失より大きい。そのため、前記の異なる線断面積を調整することによって、効果的にステータの交流損失を減少することができるだけでなく、同等の小さい線断面積の複数束の銅線を使用することでコイル占積率を低下させ、そして直流損失を増加することがない。それにより、ステータは近接効果の影響を低下させ、そして全体損失を減少する目的を達成する。
【００１７】
以上述べたのは、本発明が解决しようとする課題、課題を解决するための技術手段、及びその効果等を記述するためのものであり、下記の実施形態及び関連する図面において本発明の具体的な細部を詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
下記図面の簡単な説明は、本発明の前記または他の目的、特徴、メリット、実施形態をより分かりやすくするためのものである。
【図１】本発明の一実施形態のステータを示す斜視図である。
【図２】図１におけるステータを示す別の斜視図である。
【図３】図１におけるステータの線分３−３に沿う部分横断面図である。
【図４】図２の部分拡大図である。
【図５】図４において収納溝内に取り巻かれるいくつかの導線を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下の図面によって本発明の複数の実施形態を開示し、多くの実際の細部を明確に説明するために下記の記載で合わせて説明する。しかしながら、これらの実際の細部が、本発明を制限するためのものではないと理解すべきである。つまり、本発明の一部の実施例においては、これらの実際の細部は、必要なものではない。また、図面を簡略化するために、ある従来慣用の構造及び素子は、図面において簡単で模式的に示される。
【００２０】
図１〜図３を参照されたい。図１は、本発明の一実施形態のステータ１００を示す斜視図である。図２は、図１におけるステータ１００を示す別の斜視図である。図３は、図１におけるステータ１００の線分３−３に沿う部分横断面図である。
【００２１】
図１及び図２に示すように、本実施形態において、ステータ１００は、電動モーターに適用できる。ステータ１００は、中空鉄心１１０と、複数の巻き線と、を備える。中空鉄心１１０は、第１の表面１１１（図１を参照）、第２の表面１１２（図２を参照）及び複数の収納溝１１３を有する。第１の表面１１１及び第２の表面１１２は、それぞれ中空鉄心１１０の対向する両側に位置する。収納溝１１３は、第１の表面１１１と第２の表面１１２（即ち、収納溝１１３が中空鉄心１１０を貫く）に連通される。収納溝１１３は、環状に配列される。複数の巻き線の各々は、収納溝１１３によって巻装される複数の導線１２２を含む。本実施形態において、収納溝１１３は径方向において中空鉄心１１０の内壁に連通されないが、本発明はこれに制限されない。実際の適用には、収納溝１１３は完全に径方向に連通または一部が径方向に中空鉄心１１０の内壁に連通されてもよい。
【００２２】
図３に示すように、巻き線の導線１２２の収納溝１１３内にある部分は、径方向において同心状に複数の巻線層１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄ、１２１ｅ、１２１ｆとなるように配列される。本実施形態において、外から内へ順次に巻線層１２１ａ、巻線層１２１ｂ、巻線層１２１ｃ、巻線層１２１ｄ、巻線層１２１ｅ及び巻線層１２１ｆ等の６層となるように配列されるが、本発明はこれらに制限されない。
【００２３】
特に、本実施形態において、少なくとも１つの収納溝１１３内で、最も内側に配列される巻線層１２１ｆの導線１２２の線断面積は、最も外側に配列される巻線層１２１ａの導線１２２の線断面積より小さい。近接効果の影響で、最も内側に配列される巻線層１２１ｆの交流損失が最も外側に配列される巻線層１２１ａの交流損失より大きい。そのため、前記の異なる線断面積を調整することによって、ステータ１００の交流損失を効果的に減少することができるだけでなく、同等の小さい線断面積の複数束の導線（例えば銅線）を使用することでコイル占積率を低下させ、そして直流損失を増加することがない。それにより、ステータ１００は近接効果の影響を低下させ、そして全体損失を減少する目的を達到する。
【００２４】
いくつかの実施形態において、各導線１２２は、２つの部分を有する。この２つの部分は、それぞれ収納溝１１３における対応する両者内に巻装され、且つそれぞれ巻線層１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄ、１２１ｅ、１２１ｆにおける対応する両者に属する。例えば、導線１２２の２つの部分は、６つの収納溝１１３の距離に亘ることができるが、本発明はこれらに制限されなく、実際の需要に応じて自由に調整することができる。
【００２５】
図３に示すように、本実施形態において、少なくとも１つの収納溝１１３内で、さらなる設計によって上記の巻線層１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄ、１２１ｅ、１２１ｆの中の内側に配列される１つの導線１２２の線断面積を、巻線層１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄ、１２１ｅ、１２１ｆの中の外側に配列される１つの導線１２２の線断面積以下にすることができ、同様に、前記の近接効果の影響を低下させ、そして全体損失を減少する目的を達到することができる。例えば、いくつかの実施形態において、少なくとも１つの収納溝１１３内で、第５層に配列される巻線層１２１ｅの導線１２２の線断面積は、第６層に配列される巻線層１２１ｆの導線１２２の線断面積以上である。
【００２６】
或いは、いくつかの実施形態において、少なくとも１つの収納溝１１３内で、第３層に配列される巻線層１２１ｃの導線１２２の線断面積と第４層に配列される巻線層１２１ｄの導線１２２の線断面積との総和は、第５層に配列される巻線層１２１ｅの導線１２２の線断面積と第６層に配列される巻線層１２１ｆの導線１２２の線断面積との総和以上である。
【００２７】
または、いくつかの実施形態において、少なくとも１つの収納溝１１３内で、第２層に配列される巻線層１２１ｂの導線１２２の線断面積は、第３層に配列される巻線層１２１ｃ、第４層に配列される巻線層１２１ｄ、第５層に配列される巻線層１２１ｅ及び第６層に配列される巻線層１２１ｆの導線１２２の少なくとも1つの線断面積より大きい。
【００２８】
または、いくつかの実施形態において、少なくとも１つの収納溝１１３内で、第１層に配列される巻線層１２１ａの導線１２２の線断面積は、第２層に配列される巻線層１２１ｂの導線１２２の線断面積以上である。
【００２９】
同様に、図３に示すように、第１層に配列される巻線層１２１ａと第２層に配列される巻線層１２１ｂとは、第１の巻き線１２０Ａを構成する。第３層に配列される巻線層１２１ｃと第５層に配列される巻線層１２１ｅとは、第２の巻き線１２０Ｂを構成する。第４層に配列される巻線層１２１ｄと第６層に配列される巻線層１２１ｆとは、第３の巻き線１２０Ｃを構成する。
【００３０】
なお、本実施形態のステータ１００は、収納溝１１３内に設置される第１の絶縁層１３０（図３及び図４を参照）を更に備える。少なくとも１つの収納溝１１３内で、第１の巻き線１２０Ａの導線１２２と第２の巻き線１２０Ｂの導線１２２との間には、第１の絶縁層１３０が挟まれる。具体的に、第２層に配列される巻線層１２１ｂの導線１２２と第３層に配列される巻線層１２１ｃの導線１２２との間には、第１の絶縁層１３０が挟まれる。且つ、少なくとも１つの収納溝１１３内で、第２の巻き線１２０Ｂの導線１２２と第３の巻き線１２０Ｃの導線１２２との間には、第２の絶縁層１４０（図４を参照）が挟まれる。
【００３１】
実際の適用、例えば短距離（フルスパンに対する）適用において、同一の収納溝１１３は異なる相である可能性があり、この時、圧力差が大きい。そのため、第１の絶縁層１３０には絶縁階級が高い材料を採用し、第２の絶縁層１４０には絶縁階級が低い材料を採用してもよい。例えば、いくつかの実施例において、第１の絶縁層１３０は、絶縁紙またはプラスチックであるが、本発明はこれらに制限されない。いくつかの実施例において、第２の絶縁層１４０は、第３層に配列される巻線層１２１ｃ〜第６層に配列される巻線層１２１ｆの導線１２２の外表面におけるペイントまたはコーティングであってもよいが、本発明はこれらに制限されない。
【００３２】
図４及び図５を参照されたい。図４は、図２の部分拡大図である。図５は、図４において収納溝１１３内に取り巻かれるいくつかの導線を示す斜視図である。図５に示すように、本実施形態において、導線１２２ｃと導線１２２ｄとは右側の２つの並列するＶ字型構造を形成し、導線１２２ｅと導線１２２ｆとは左側の２つの並列するＶ字型構造を形成する。具体的に、導線１２２ｃと導線１２２ｅとが第２の巻き線１２０Ｂの一部（１つのＷ字型構造となる）であるため、導線１２２ｃと導線１２２ｅにおいて、２つの収納溝１１３に取り巻かれる２つの部位も、それぞれ第３層に配列される巻線層１２１ｃと第５層に配列される巻線層１２１ｅに属する。導線１２２ｄと導線１２２ｆとが第３の巻き線１２０Ｃの一部（他のＷ字型構造となる）であるため、導線１２２ｄと導線１２２ｆにおいて、２つの収納溝１１３に取り巻かれる２つの部位も、それぞれ第４層に配列される巻線層１２１ｄと第６層に配列される巻線層１２１ｆに属する。
【００３３】
更に、図５に示すような構造から見ると、第２の巻き線１２０Ｂの導線１２２ｃと第３の巻き線１２０Ｃの導線１２２ｄ（即ち右側の２つの並列するＶ字型構造）とは並列接続であり、第２の巻き線１２０Ｂの導線１２２ｅと第３の巻き線１２０Ｃの導線１２２ｆ（即ち左側の２つの並列するＶ字型構造）とは並列接続であり、且つ右側の２つの並列するＶ字型構造と左側２つの並列するＶ字型構造とは直列接続である。
【００３４】
いくつかの実施形態において、第２の巻き線の少なくとも１つの導線または前記第３の巻き線の少なくとも１つの導線は、さらに第１の巻き線の少なくとも１つの導線に直列接続されてもよい（例えば、ジャンパーラインを介して直列接続される）。
【００３５】
実際の適用には、本発明のステータ１００は、３つの巻き線のみを含むことに制限されなく、需要に応じて自由に選択することができる。例えば、本発明のステータ１００は、更に少なくとも１つの巻き線を増加してもよい。例えば、第２の巻き線１２０Ｂと第３の巻き線１２０Ｃとの間に取り巻かるように更に第４の巻き線（図示せず）を増加してもよく、且つ互いに並列接続され、さらに、ともに第１の巻き線１２０Ａに直列接続される。第１の巻き線１２０Ａ〜第４の巻き線の導線１２２は、外から内へ８層の巻線層となるように改めて配列されてもよく、第１層と第２層とは、第１の巻き線１２０Ａを構成して、第３層と第６層とは、第２の巻き線１２０Ｂを構成し、第４層と第７層とは、第３の巻き線１２０Ｃを構成し、且つ第５層と第８層とは、第４の巻き線（図示せず）を構成する。この構造配置によって、内側に配列される巻線層のいずれかの導線１２２の線断面積が外側に配列される巻線層のいずれかの導線１２２の線断面積以下である規則に合致すれば、前記の近接効果の影響を低下させ、そして全体損失を減少する目的を達到することができる。
【００３６】
以上の本発明の具体的な実施形態の詳細な説明により、明らかなように、本発明のステータの設計によって最も内側に配列される巻線層の導線の線断面積を最も外側に配列される巻線層の導線の線断面積より小さくさせる。近接効果の影響で、最も内側に配列される巻線層の交流損失が最も外側に配列される巻線層の交流損失より大きい。そのため、前記の異なる線断面積を調整することによって、ステータの交流損失を効果的に減少することができるだけでなく、同等の小さい線断面積の複数束の銅線を使用することでコイル占積率を低下させ、そして直流損失を増加することがない。それにより、ステータは近接効果の影響を低下させ、そして全体損失を減少する目的を達成する。
【００３７】
本発明を実施形態に前述の通りに開示したが、これは、本発明を限定するものではなく、当業者なら誰でも、本発明の精神と範囲から逸脱しない限り、多様の変更や修正を加えることができ、したがって、本発明の保護範囲は、後の特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。
【符号の説明】
【００３８】
１００  ステータ
１１０  中空鉄心
１１１  第１の表面
１１２  第２の表面
１１３  収納溝
１２０Ａ  第１の巻き線
１２０Ｂ  第２の巻き線
１２０Ｃ  第３の巻き線
１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄ、１２１ｅ、１２１ｆ  巻線層
１２２、１２２ｃ、１２２ｄ、１２２ｅ、１２２ｆ  導線
１３０  第１の絶縁層
１４０  第２の絶縁層
【図１】
2018085911.tif 000003
【図２】
2018085911.tif 000004
【図３】
2018085911.tif 000005
【図４】
2018085911.tif 000006
【図５】
2018085911.tif 000007