(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形状のステータコアと、
前記ステータコアの周方向に沿って設けられた複数のティース部と、
前記ティース部の間に設けられる複数のスロット内に配置され、前記ティース部に巻回される巻線とを備え、
前記巻線は、電気抵抗率の異なる材料で構成され、
前記スロット内における電気抵抗率の低い材料の断面積に対する電気抵抗率の高い材料の断面積の比率が、前記電気抵抗率の低い材料の当該電気抵抗率に対する前記電気抵抗率の高い材料の当該電気抵抗率の比率の平方根と等しいことを特徴とする固定子。
【請求項２】
円筒形状のステータコアと、
前記ステータコアの周方向に沿って設けられた複数のティース部と、
前記ティース部の間に設けられる複数のスロット内に配置され、前記ティース部に巻回される巻線とを備え、
前記巻線は、電気抵抗率の異なる材料で構成され、電気抵抗率の低い材料が銅、電気抵抗率の高い材料がアルミニウムであり、
前記スロット内における前記銅を材料とする前記巻線の断面積に対する前記アルミニウムを材料とする前記巻線の断面積の比率が、前記銅の電気抵抗率に対する前記アルミニウムの電気抵抗率の比率の平方根と同等とみなすことができる範囲にあることを特徴とする固定子。
【請求項３】
円筒形状のステータコアと、
前記ステータコアの周方向に沿って設けられた複数のティース部と、
前記ティース部の間に設けられる複数のスロット内に配置され、前記ティース部に巻回される巻線と、
この巻線により生じる磁界にもとづき回転する回転子と、
この回転子に固定され、前記回転子の回転力を外部の部材に伝達するシャフトとを備え、
前記巻線は、電気抵抗率の異なる材料で構成され、
前記スロット内における電気抵抗率の低い材料の断面積に対する電気抵抗率の高い材料の断面積の比率が、前記電気抵抗率の低い材料の当該電気抵抗率に対する前記電気抵抗率の高い材料の当該電気抵抗率の比率の平方根と等しいことを特徴とする電動機。
【請求項４】
円筒形状のステータコアと、
前記ステータコアの周方向に沿って設けられた複数のティース部と、
前記ティース部の間に設けられる複数のスロット内に配置され、前記ティース部に巻回される巻線と、
この巻線により生じる磁界にもとづき回転する回転子と、
この回転子に固定され、前記回転子の回転力を外部の部材に伝達するシャフトとを備え、
前記巻線は、電気抵抗率の異なる材料で構成され、電気抵抗率の低い材料が銅、電気抵抗率の高い材料がアルミニウムであり、
前記スロット内における前記銅を材料とする前記巻線の断面積に対する前記アルミニウムを材料とする前記巻線の断面積の比率が、前記銅の電気抵抗率に対する前記アルミニウムの電気抵抗率の比率の平方根と同等とみなすことができる範囲にあることを特徴とする電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機、及びこの電動機に使用する固定子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の固定子において、ステータコアは、積層鋼板よりなる。ステータコアには、インシュレータが組み込まれる。インシュレータは、合成樹脂製絶縁体である。環状体のステータコアは、内周を周方向に等分する複数箇所に、径方向内側に突出した歯部が一体に形成される。各歯部には、インシュレータを介して線材が巻きつけられ、複数層の巻線部が形成される。巻線部を構成する線材は、最も最内側の１層がアルミニウム線で、残りの外側の５層が銅線である（特許文献１参照）。【０００３】
従来の他の固定子において、固定子鉄心の固定子スロット内には、絶縁物が敷かれる。主巻線は、この絶縁物の内側に収納されている。主巻線は、主マグネット・ワイヤーを乱巻きに巻回して成る。マグネット・ワイヤーの本数は、例えば３４本である。補助巻線は、隣接する主巻線の相互間に形成される空間に収める。補助巻線は、補助マグネット・ワイヤーを主巻線と同数巻回して形成される。補助マグネット・ワイヤーの線径は、主マグネット・ワイヤーの１５４／１０００である。【０００４】
従来の他の固定子において、補助巻線を形成する補助マグネット・ワイヤーには、アルミニウムを使用する。主巻線のマグネット・ワイヤーには、銅を使用する（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１８３７８８号公報（例えば、段落００２８、００３０、００３２、及び図１）
【０００６】
【特許文献２】特開平１０−１７４３３０号公報（例えば、段落０００９、００１８、及び図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１及び特許文献２には、固定子の巻線に銅線とアルミニウム線を使用する技術が記載されている。しかし、特許文献１及び特許文献２は、巻線に電気抵抗率の異なる材料を使用する場合における、巻線の抵抗を低減するための構成は、開示されていない。【０００８】
本発明は、巻線に電気抵抗率の異なる材料を使用する場合における、巻線の抵抗を低減できる構成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】
【０００９】
この発明に係る固定子は、円筒形状のステータコアと、ステータコアの周方向に沿って設けられた複数のティース部と、ティース部の間に設けられる複数のスロット内に配置され、ティース部に巻回される巻線とを備え、巻線は、電気抵抗率の異なる材料で構成され、スロット内における電気抵抗率の低い材料の断面積に対する電気抵抗率の高い材料の断面積の比率が、電気抵抗率の低い材料の当該電気抵抗率に対する電気抵抗率の高い材料の当該電気抵抗率の比率の平方根と等しい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、巻線に電気抵抗率の異なる材料を使用する場合において、巻線の抵抗を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１における電動機を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１におけるステータの断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１におけるステータの一部の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２におけるステータの一部の断面図である。
【図５】本発明の実施の形態３におけるステータの一部の断面図である。
【図６】本発明の実施の形態４におけるステータの一部の断面図である。
【図７】本発明の実施の形態５におけるステータの一部の断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１乃至実施の形態５に係る電線の材料の組合せと電気抵抗率の比率の一覧表である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１
本発明の実施の形態１に係る電動機の構造を、図１を参照して説明する。図１は、本実施の形態１に係る電動機の構造を示す図である。
【００１３】
図１に示すように、電動機は、回転する部分である回転子（以下の説明において、ロータとする）と、ロータに回転力を発生させる部分である固定子（以下の説明において、ステータ１とする）から構成される。ロータには、径方向の中心にシャフトが固定される。ロータは、複数の永久磁石を配置して構成する。ステータ１は、円筒形状をしており、径方向外側からロータを覆っている。ステータ１は、シャフトを中心として円周方向に複数のコイルを配置して構成する。交流電源は、交流電流をステータ１のコイルに供給する。また、シャフトには、負荷が接続されている。
【００１４】
ステータ１のコイルは、電流が流れると、図１のように磁束φを発生させる。ロータの永久磁石は、磁束φの方向に磁力を受ける。ロータは、永久磁石が受ける磁力により駆動する。
【００１５】
次に、電動機の動作を説明する。ロータを回転させる場合、コイルが作る磁界の向きを円周方向に次々と移動させる。これは、ステータ１の複数のコイルに対し、交流電流を供給することにより実現できる。ステータ１の複数のコイルは、時計回りまたは反時計回りの磁界（以下の説明において、回転磁界とする）を生成する。図１に示す例において、複数のコイルは、時計回りの回転磁界を生成している。永久磁石は、回転磁界の回転方向に磁力を受ける。永久磁石が回転磁界に引っ張られることにより、ロータは、回転磁界と同じ方向に回転する。
【００１６】
ロータが回転する時、シャフトは、ロータとともに回転する。シャフトの回転力は、負荷へと伝達される。つまり、ロータに発生した回転力は、シャフトを介して負荷へと伝達する。
【００１７】
次に、実施の形態１に係るステータ１の構成を説明する。図２は、実施の形態１に係るステータ１の断面図である。図２に示すように、ステータ１は、主に円筒形状をしたステータコア２とティース部３とで構成される。ティース部３は、図２に示すように、ステータコア２の内周に設ける。実施の形態１において、ティース部３は、図２に示す周方向に沿って、ステータ１内に１２個設ける。
【００１８】
各ティース部３の間には、スロット４を設ける。スロット４は、各ティース部３の間の空間部分である。実施の形態１において、スロット４は、図２に示す周方向に沿って、ステータ１内に１２個設ける。
【００１９】
図３は、本発明の実施の形態１におけるステータ１の一部の断面図であり、図２のＣ部を拡大した図である。図３において、ステータコア２には、ティース部３を設ける。各ティース部３の間には、スロット４を設ける。絶縁紙５は、スロット４の内部に、スロット４の形状に沿って設ける。
【００２０】
図３に示すように、銅線６ａとアルミニウム線６ｂは、同一のスロット４内に設ける。銅線６ａとアルミニウム線６ｂは、ステータコア２のティース部３に巻回する。なお、以下において、銅線６ａとアルミニウム線６ｂを合わせて、巻線６とする。
【００２１】
次に、実施の形態１に係る原理を説明する。巻線６の抵抗を、巻線抵抗Ｒとする。巻線６として電線Ａ、Ｂを用いる場合、巻線抵抗Ｒは、下記の式１により表される。
【００２２】
【数１】
0005708880.tif 000002
【００２３】
ただし、式１において、ρＡ、ρＢは、電線Ａ、Ｂの電気抵抗率である。ｎＡ、ｎＢは、電線Ａ、Ｂの巻回数である。Ｌは、平均周長である。ＳＡ、ＳＢは、電線Ａ、Ｂの断面積である。ａは、スロット数及び巻線６の結線の方法によって決定する定数である。
【００２４】
また、スロット４の面積ＡＳと電線Ａ、Ｂの断面積ＳＡ、ＳＢの関係は、下記の式２により表される。
【００２５】
【数２】
0005708880.tif 000003
【００２６】
ただし、式２において、ηは占積率である。占積率とは、スロット４の面積ＡＳに対する巻線６が占める面積の比率である。
【００２７】
さらに、電線Ａと電線Ｂの巻回数の総和をＮとする。巻回数の総和Ｎのうち、電線Ａの割合をｘとする。また、電線Ｂの断面積ＳＢを、電線Ａの断面積ＳＡのｙ倍とする。このとき、式２より、下記の式３が導かれる。
【００２８】
【数３】
0005708880.tif 000004
【００２９】
よって、式１、式３より、巻線抵抗Ｒ(ｘ,ｙ)は、下記の式４により表される。
【００３０】
【数４】
0005708880.tif 000005
【００３１】
電線Ａ、Ｂの断面積ＳＡ、ＳＢが同一の場合、巻線抵抗は、Ｒ(ｘ,１)である。巻線抵抗Ｒ(ｘ,ｙ)をＲ(ｘ,１)よりも小さくする条件は、下記の式５により表される。
【００３２】
【数５】
0005708880.tif 000006
【００３３】
式５を整理すると、下記の式６が導かれる。
【００３４】
【数６】
0005708880.tif 000007
【００３５】
式６からわかるように、１＜ｙ＜ρＢ/ρＡの場合、同一のスロット４内に混在する電線Ａ、Ｂの巻線抵抗Ｒ(ｘ,ｙ)は、電線Ａ、Ｂの断面積ＳＡ、ＳＢが同一の場合よりも小さくなる。また、１＜ｙ＜ρＢ/ρＡとは、次の２つの点を導く数式である。第１の点は、スロット４における電気抵抗率の低い材料の断面積に対する電気抵抗率の高い材料の断面積の比率が、１以上であるような構成とする点である。第２の点は、前記比率が、前記電気抵抗率の低い材料の当該電気抵抗率に対する前記電気抵抗率の高い材料の当該電気抵抗率の比率以下であるような構成とする点である。
【００３６】
また、式６からわかるように、ｙ＝ρＢ/ρＡの場合、同一のスロット４内に混在する電線Ａ、Ｂの巻線抵抗Ｒ(ｘ,ｙ)は、電線Ａ、Ｂの断面積ＳＡ、ＳＢが同一の場合と同等となる。
【００３７】
次に、実施の形態１に係るステータ１の構成について、詳細に説明する。実施の形態１においては、図３に示すように、電線Ａとして銅線６ａを、電線Ｂとしてアルミニウム線６ｂを、それぞれ使用する。また、図３に示すように、銅線６ａとアルミニウム線６ｂの巻線方法は、集中巻である。
【００３８】
図３において、領域Ｄは、スロット４内で銅線６ａが占める領域を表す。つまり、領域Ｄは、スロット４内における銅線６ａの断面積の総和である。図３において、領域Ｅは、スロット４内でアルミニウム線６ｂが占める領域を表す。つまり、領域Ｅは、スロット４内におけるアルミニウム線６ｂの断面積の総和である。図３において、領域Ｄと領域Ｅを合わせた領域の面積に対し、アルミニウム線６ｂが占める領域Ｅの面積の比率は、５０％より大きく６１％より小さい範囲である。
【００３９】
ここで、銅の電気抵抗率ρＡは、１６．８ｎΩ・ｍである。アルミニウムの電気抵抗率ρＢは、２６．５ｎΩ・ｍである。また、銅線６ａの断面積をＳ銅、アルミニウム線６ｂの断面積をＳアとする。
【００４０】
上述のとおり、ｙは(電線Ｂの断面積)/(電線Ａの断面積)であるから、ｙ＝Ｓア/Ｓ銅と表される。よって、式６の「１＜ｙ＜ρＢ/ρＡ」は、下記の式７のように言い換えることができる。
【００４１】
【数７】
0005708880.tif 000008
（式７）
【００４２】
さらに、下記の式８が成立する。
【００４３】
【数８】
0005708880.tif 000009
（式８）
【００４４】
式７と式８より、下記の式９が導かれる。
【００４５】
【数９】
0005708880.tif 000010
（式９）
【００４６】
つまり、式９が示すように、スロット４内における巻線６の占有面積のうち、当該スロット４内のアルミニウム線６ｂの占有面積の比率を、５０％より大きく６１％より小さい範囲とする。なお、占有面積とは、電線の断面積と巻数の積のことである。
【００４７】
言い換えると、図３において、領域Ｄと領域Ｅを合わせた領域の面積に対し、アルミニウム線６ｂが占める領域Ｅの面積の比率を、５０％より大きく６１％より小さい範囲とする。これにより、上記の式６において説明したように、巻線抵抗Ｒを、銅線６ａの断面積Ｓ銅とアルミニウム線６ｂの断面積Ｓアとが同一の場合よりも、低減できる。
【００４８】
なお、同一のスロット４内において、銅線６ａの占有面積とアルミニウム線６ｂの占有面積が、同じになるような構成としてもよい。また、スロット４内における巻線６の占有面積のうち、当該スロット４内のアルミニウム線６ｂの占有面積の比率を６１％としてもよい。
【００４９】
実施の形態２
次に、実施の形態２に係るステータ１及び電動機の構成を説明する。実施の形態１と同一または同等の手段、構成に関しては、同一の名称と符号とを用いて説明を省略する。
【００５０】
実施の形態２では、スロット内における電気抵抗率の低い材料の断面積に対する電気抵抗率の高い材料の断面積の比率が、電気抵抗率の低い材料の電気抵抗率に対する電気抵抗率の高い材料の電気抵抗率の比率の平方根と同等である固定子について、特に説明する。
【００５１】
図４は、本発明の実施の形態２におけるステータ１の一部の断面図である。なお、図４は、図２のＣ部を拡大した図である。
【００５２】
図４に示すように、銅線６ａとアルミニウム線６ｂは、同一のスロット４内に設ける。銅線６ａとアルミニウム線６ｂは、ステータコア２のティース部３に巻回する。また、図４に示すように、銅線６ａとアルミニウム線６ｂの巻線方法は、集中巻である。
【００５３】
図４において、同一のスロット４内に配置される巻線６は、巻回数が２０ターンである。また、同一のスロット４内に設けられる巻線６は、占有面積が、スロット４の面積の５５％である。
【００５４】
また、実施の形態２においては、図４に示すように、銅線６ａとアルミニウム線６ｂの巻回数は、ともに１０ターンである。銅線６ａの線径は、０．４５ｍｍである。アルミニウム線６ｂの線径は、０．５５ｍｍである。
【００５５】
次に、実施の形態２に係る原理を説明する。実施の形態２では、巻線抵抗Ｒ(ｘ,ｙ)の最小値を求めるため、実施の形態１の式４をｙで偏微分する。これにより、下記の式１０が導かれる。
【００５６】
【数１０】
0005708880.tif 000011
【００５７】
式１０において、下記の式１１を満たすとき、巻線抵抗Ｒ(ｘ,ｙ)は最小値をとる。
【００５８】
【数１１】
0005708880.tif 000012
【００５９】
式１０、式１１より、下記の式１２が導かれる。
【００６０】
【数１２】
0005708880.tif 000013
【００６１】
つまり、式１２より、下記の式１３が成り立つ場合、巻線抵抗Ｒ(ｘ,ｙ)は、最も小さくなる。
【００６２】
【数１３】
0005708880.tif 000014
（式１３）
【００６３】
次に、実施の形態２に係るステータ１の構成について、詳細に説明する。実施の形態２においては、図４に示すように、電線Ａとして銅線６ａを、電線Ｂとしてアルミニウム線６ｂを、それぞれ使用する。
【００６４】
実施の形態２では、スロット４の断面積に占める銅線６ａとアルミニウム線６ｂの断面積の比率を、１．２６倍とする。これは、銅の電気抵抗率１６．８ｎΩ・ｍとアルミニウムの電気抵抗率２６．５ｎΩ・ｍの比率の平方根と同一である。
【００６５】
銅線６ａとアルミニウム線６ｂの巻回数は、ともに１０ターンとする。この場合、銅線６ａの線径は、０．４５ｍｍとする。アルミニウム線６ｂの線径は、０．５５ｍｍとする。これにより、上記の断面積の比率の１．２６倍を満たす。つまりこの場合、巻線抵抗を最も小さくすることができる。
【００６６】
なお、一般的に流通している電線の径は、離散的な値をとる。また、巻回数は自然数をとる。このため、銅線６ａとアルミニウム線６ｂの断面積の比率を、電気抵抗率の比率の平方根と同等にすることは、通常困難である。よって、上記の断面積の比率が、１．２６倍でなく１．３倍となるように、電線の径を選択する。これにより、巻線抵抗を最も小さくできる。
【００６７】
また、上記の断面積の比率が、１．２倍〜１．４倍の範囲となるように、電線の径を選択しても良い。巻線抵抗を最も小さくできる場合の断面積の比率は、１．２倍〜１．４倍の範囲に含まれる。このため、１．２倍〜１．４倍の範囲となるように電線の径を選択することで、巻線抵抗を最も小さくできる。なお、上記の断面積の比率が、この１．２倍〜１．４倍の範囲にあることを、同等とみなすことができる範囲にあるという。
【００６８】
実施の形態３
次に、実施の形態３に係るステータ１及び電動機の構成を説明する。実施の形態１乃至実施の形態２と同一または同等の手段、構成に関しては、同一の名称と符号とを用いて説明を省略する。
【００６９】
図５は、本発明の実施の形態３におけるステータ１の一部の断面図である。なお、図５は、図２のＣ部を拡大した図である。
【００７０】
図５に示すように、銅線６ａとアルミニウム線６ｂは、同一のスロット４内に設ける。銅線６ａとアルミニウム線６ｂは、ステータコア２のティース部３に巻回する。また、図５に示すように、銅線６ａとアルミニウム線６ｂの巻線方法は、集中巻である。
【００７１】
図５において、同一のスロット４内に設けられる巻線６は、巻回数が２０ターンである。また、同一のスロット４内に設けられる巻線６は、占有面積が、スロット４の面積の５５％である。
【００７２】
実施の形態３においては、図５に示すように、銅線６ａの巻回数は、８ターンである。アルミニウム線６ｂの巻回数は、１２ターンである。この場合、銅線６ａの線径は、０．４ｍｍとする。アルミニウム線６ｂの線径は、０．５５ｍｍとする。これにより、スロット４の断面積に占める銅線６ａとアルミニウム線６ｂの断面積の比率が、１．２６倍となる。この場合、実施の形態２の記載のとおり、巻線抵抗を最も小さくできる。
【００７３】
つまり、銅線６ａとアルミニウム線６ｂの巻回数が異なる場合にも、上記の断面積の比率が１．２６倍となるような構成とすることで、巻線抵抗を最も小さくできる。
【００７４】
なお、一般的に流通している電線の径は、離散的な値をとる。また、巻回数は自然数をとる。このため、銅線６ａとアルミニウム線６ｂの断面積の比率を、電気抵抗率の比率の平方根と同等にすることは、通常困難である。よって、上記の断面積の比率が、１．２６倍でなく１．３倍となるように、電線の径を選択する。これにより、巻線抵抗を最も小さくできる。
【００７５】
また、上記の断面積の比率が、１．２倍〜１．４倍の範囲となるように、電線の径を選択しても良い。巻線抵抗を最も小さくできる場合の断面積の比率は、１．２倍〜１．４倍の範囲に含まれる。このため、１．２倍〜１．４倍の範囲となるように電線の径を選択することで、巻線抵抗を最も小さくできる。なお、上記の断面積の比率が、この１．２倍〜１．４倍の範囲にあることを、同等とみなすことができる範囲にあるという。
【００７６】
実施の形態４
次に、実施の形態４に係るステータ１及び電動機の構成を説明する。実施の形態１乃至実施の形態３と同一または同等の手段、構成に関しては、同一の名称と符号とを用いて説明を省略する。
【００７７】
図６は、本発明の実施の形態４におけるステータ１の一部の断面図である。なお、図６は、図２のＣ部を拡大した図である。
【００７８】
図６に示すように、銅線６ａとアルミニウム線６ｂは、同一のスロット４内に配置する。銅線６ａとアルミニウム線６ｂは、ステータコア２のティース部３に巻回する。また、図６に示すように、銅線６ａとアルミニウム線６ｂの巻線方法は、集中巻である。
【００７９】
図６において、同一のスロット４内に設けられる巻線６は、巻回数が２０ターンである。また、同一のスロット４内に配置される巻線６は、占有面積が、スロット４の面積の５５％である。
【００８０】
また、実施の形態４においては、図６に示すように、銅線６ａとアルミニウム線６ｂの巻回数は、ともに１０ターンである。銅線６ａの線径は、０．４ｍｍであり、アルミニウム線６ｂの線径は、０．６ｍｍである。
【００８１】
次に、実施の形態４に係る原理を説明する。実施の形態４では、実施の形態１に記載した電線Ａ、Ｂの比重をδＡ、δＢとする。このとき、巻線６の重量ｍは、下記の式１４により表される。
【００８２】
【数１４】
0005708880.tif 000015
【００８３】
実施の形態１の式３、上記の式１４より、下記の式１５が導かれる。
【００８４】
【数１５】
0005708880.tif 000016
【００８５】
つまり、式１５より、ｙが増加するにつれ、巻線の重量ｍは一意に減少する。よって、１≦ｙ≦ρＢ/ρＡの範囲において、巻線の重量ｍは、ｙ＝ρＢ/ρＡの場合に最も軽くなる。
【００８６】
次に、実施の形態４に係るステータ１の構成について、詳細に説明する。実施の形態４においては、図６に示すように、電線Ａとして銅線６ａを、電線Ｂとしてアルミニウム線６ｂを、それぞれ使用する。
【００８７】
実施の形態４では、スロット４の断面積に占める銅線６ａとアルミニウム線６ｂの断面積の比率を、１．５８倍とする。これは、銅の電気抵抗率１６．８ｎΩ・ｍとアルミニウムの電気抵抗率２６．５ｎΩ・ｍの比率と同一である。
【００８８】
銅線６ａとアルミニウム線６ｂの巻回数は、ともに１０ターンとする。この場合、銅６ａの線径は、０．４ｍｍとする。アルミニウム線６ｂの線径は、０．６ｍｍとする。これにより、上記の断面積の比率の１．５８倍を満たす。つまりこの場合、銅線６ａとアルミニウム線６ｂの断面積を同一とした場合と比較して巻線抵抗を同等とし、かつ巻線６の重量を最も軽くすることができる。
【００８９】
なお、一般的に流通している電線の径は、離散的な値をとる。また、巻回数は自然数をとる。このため、銅線６ａとアルミニウム線６ｂの断面積の比率を、電気抵抗率の比率と同等にすることは、通常困難である。よって、上記の断面積の比率が、１．５８倍でなく１．６倍となるように、電線の径を選択する。これにより、銅線６ａとアルミニウム線６ｂの断面積を同一とした場合と比較して巻線抵抗を同等とし、かつ巻線６の重量を最も軽くすることができる。
【００９０】
また、上記の断面積の比率が、１．５倍〜１．７倍の範囲となるように、電線の径を選択しても良い。銅線６ａとアルミニウム線６ｂの断面積を同一とした場合と比較して巻線抵抗を同等とし、かつ巻線６の重量を最も軽くすることができる場合の断面積の比率は、１．５倍〜１．７倍の範囲に含まれる。このため、１．５倍〜１．７倍の範囲となるように電線の径を選択することで、銅線６ａとアルミニウム線６ｂの断面積を同一とした場合と比較して巻線抵抗を同等とし、かつ巻線６の重量を最も軽くすることができる。なお、上記の断面積の比率が、この１．５倍〜１．７倍の範囲にあることを、同等とみなすことができる範囲にあるという。
【００９１】
実施の形態５
次に、実施の形態５に係るステータ１及び電動機の構成を説明する。実施の形態１乃至実施の形態４と同一または同等の手段、構成に関しては、同一の名称と符号とを用いて説明を省略する。
【００９２】
図７は、本発明の実施の形態５におけるステータ１の一部の断面図である。なお、図７は、図２のＣ部を拡大した図である。
【００９３】
図７に示すように、銅線６ａとアルミニウム線６ｂは、同一のスロット４内に配置する。銅線６ａとアルミニウム線６ｂは、ステータコア２のティース部３に巻回する。また、図７に示すように、銅線６ａとアルミニウム線６ｂの巻線方法は、集中巻である。
【００９４】
図７において、同一のスロット４内に配置される巻線６は、巻回数が２０ターンである。また、同一のスロット４内に配置される巻線６は、占有面積が、スロット４の面積の５５％である。
【００９５】
実施の形態５においては、図７に示すように、銅線６ａの巻回数は、８ターンである。アルミニウム線６ｂの巻回数は、１２ターンである。この場合、銅線６ａの線径は、０．３５ｍｍとする。アルミニウム線６ｂの線径は、０．５５ｍｍとする。これにより、スロット４の断面積に占める銅線６ａとアルミニウム線６ｂの断面積の比率が、１．５８倍となる。この場合、実施の形態４の記載のとおり、銅線６ａとアルミニウム線６ｂの断面積を同一とした場合と比較して巻線抵抗を同等とし、かつ巻線６の重量を最も軽くすることができる。
【００９６】
つまり、銅線６ａとアルミニウム線６ｂの巻回数が異なる場合にも、上記の断面積の比率が１．５８倍となるような構成とすることで、銅線６ａとアルミニウム線６ｂの断面積を同一とした場合と比較して巻線抵抗を同等とし、かつ巻線６の重量を最も軽くすることができる。
【００９７】
また、上記の断面積の比率が、１．５倍〜１．７倍の範囲となるように、電線の径を選択しても良い。銅線６ａとアルミニウム線６ｂの断面積を同一とした場合と比較して巻線抵抗を同等とし、かつ巻線６の重量を最も軽くすることができる場合の断面積の比率は、１．５倍〜１．７倍の範囲に含まれる。このため、１．５倍〜１．７倍の範囲となるように電線の径を選択することで、銅線６ａとアルミニウム線６ｂの断面積を同一とした場合と比較して巻線抵抗を同等とし、かつ巻線６の重量を最も軽くすることができる。なお、上記の断面積の比率が、この１．５倍〜１．７倍の範囲にあることを、同等とみなすことができる範囲にあるという。
【００９８】
なお、一般的に流通している電線の径は、離散的な値をとる。また、巻回数は自然数をとる。このため、銅線６ａとアルミニウム線６ｂの断面積の比率を、電気抵抗率の比率と同等にすることは、通常困難である。よって、上記の断面積の比率が、１．５８倍でなく１．６倍となるように、電線の径を選択する。これにより、銅線６ａとアルミニウム線６ｂの断面積を同一とした場合と比較して巻線抵抗を同等とし、かつ巻線６の重量を最も軽くすることができる。
【００９９】
なお、実施の形態１乃至実施の形態５において、銅線６ａとアルミニウム線６ｂの巻線方法は、集中巻としたが、これに限るものではない。例えば、銅線６ａとアルミニウム線６ｂの巻線方法は、分布巻としても良い。
【０１００】
また、実施の形態１乃至実施の形態５において、ステータ１は、１２個のティース部３と、１２個のスロット４を有する構成としたが、これに限るものではない。例えば、ティース部３及びスロット４の数は、３個、６個、９個、またはそれ以上とするなど、各種の構成としてよい。
【０１０１】
実施の形態１乃至実施の形態５においては、電線Ａとして銅線６ａを、電線Ｂとしてアルミニウム線６ｂを、それぞれ使用している。銅線６ａは、電気抵抗率が低く、エネルギーの損失が少ない。一方、アルミニウム線６ｂは、銅線６ａと比べて、軽量で安価である。つまり、実施の形態１乃至実施の形態５において、銅線６ａとアルミニウム線６ｂとを使用することで、ステータ１を軽量化し、かつコストの低減を図ることができる。
【０１０２】
しかし、実施の形態１乃至実施の形態５において、電線Ａとして銅線６ａを、電線Ｂとしてアルミニウム線６ｂを、それぞれ使用したが、これに限るものではない。例えば、電線Ａ、電線Ｂの材料としては、銀、銅、金、アルミニウム等を選択して使用することができる。
【０１０３】
図８は、本発明の実施の形態１乃至実施の形態５に係る電線の材料の組合せと電気抵抗率の比率の一覧表である。電気抵抗率の比率とは、電気抵抗率の小さい金属に係る電気抵抗率に対する電気抵抗率の大きい金属に係る電気抵抗率の比率である。なお、各材料の電気抵抗率は、２０℃において、銀は１５．９ｎΩｍ、銅は１６．８ｎΩｍ、金は２２．１ｎΩｍ、アルミニウムは２６．５ｎΩｍである。
【０１０４】
図８において、縦列の電線Ａは電気抵抗率の小さい金属、横列の電線Ｂは電気抵抗率の大きい金属である。図８内の数値は、電線Ａ、Ｂの電気抵抗率の比率ρＢ/ρＡを示す。例えば、図８において、電線Ａとしての銅に対する電線Ｂとしてのアルミニウムの電気抵抗率の比率は、２０℃において、１．５８である。図８内の値は、すべて２０℃での値であり、温度が変化するに従って値も変化する。
【０１０５】
実施の形態１乃至実施の形態５に係る電線の材料は、銀、銅、金、アルミニウムの中から異種金属を２種類選択する。つまり、電線Ａの材料は、銀、銅、金の中から１つを選び、電線Ｂの材料は、電線Ａよりも電気抵抗率の高い材料を選ぶ。具体的には、電線Ａに銀を選んだ場合、電線Ｂは、銅、金、アルミニウムの中から１つを選ぶ。電線Ａに銅を選んだ場合、電線Ｂは、金、アルミニウムの中から１つを選ぶ。電線Ａに金を選んだ場合、電線Ｂは、アルミニウムを選ぶ。電線Ａ及び電線Ｂの材料として、これらの材料の組合せを選んだとしても、実施の形態１乃至実施の形態５に係るステータ１及び電動機において得られる効果を妨げるものでないことは、明らかである。
【符号の説明】
【０１０６】
１  ステータ、２  ステータコア、３  ティース部、４  スロット、５  絶縁紙、６ａ  銅線、６ｂ  アルミニウム線
【要約】
巻線に電気抵抗率の異なる材料を使用する場合における、巻線の抵抗を低減できる構成を提供する。
この発明に係る固定子は、円筒形状のステータコア２と、ステータコア２の周方向に沿って設けられた複数のティース部３と、ティース部３の間に設けられる複数のスロット４内に配置され、ティース部３に巻回される巻線６とを備える。巻線６は、電気抵抗率の異なる材料で構成される。スロット４内における電気抵抗率の低い材料の断面積に対する電気抵抗率の高い材料の断面積の比率が１以上であり、かつ、電気抵抗率の低い材料の当該電気抵抗率に対する電気抵抗率の高い材料の当該電気抵抗率の比率以下である。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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