JP2002199640A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 異なる断面形状のコイルを組み合わせ、占積
率を高めた三相回転電機において、循環電流の発生を抑
え、かつコイル結線を容易とする。 【解決手段】 コイルの断面形状を、Ｖ相コイル１６Ｖ
においては略平行四辺形、Ｗ相コイル１６Ｗにおいては
略台形、Ｕ相コイル１６Ｕにおいてはティースの一方の
側を略平行四辺形、他方の側を略台形とする。コイル
の、略平行四辺形断面の部分と略台形断面の部分を一つ
のスロット１２に組み合わせて配置する。各相ごとのコ
イルの断面形状は等しいので、コイルを並列に結線して
も循環電流が発生せず、また並列とすることで簡素な結
線となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動機、発電機な
どの回転電機のコイルの断面形状および結線などの巻線
構造に関するものであり、特に、コイルの占積率を向上
させる技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電動機、発電機などの回転電機は、円筒
と、その円筒内面に突設され、周方向に複数個が配列さ
れたティースとを含むコアを含む。このティースの間の
空間はスロットと呼ばれる。ティースには導線が巻回さ
れて、その周囲にコイルが形成される。よって、前記ス
ロット内にコイルが配置されることになる。

【０００３】ティースに発生する磁束は、コイルを形成
する導線の巻き数に比例するから、コイルの巻き数は多
いことが好ましい。しかし、スロットの断面積は有限で
あるので、所定の断面積を有する導線をスロット内に配
置できる数、すなわちコイルの巻き数は自ずと上限があ
る。さらに、スロットの断面は、開口部が狭く奥が広い
形状となっており、この狭い開口部からコイルを納める
ことができなければならないという条件も科せられる。
よって、実際のコイル巻き数は、前記のスロット断面積
と導線断面積から定まる上限値より更に低いものとな
る。

【０００４】一方、小型で高出力の回転電機を得るため
には、スロットの空間の利用率、すなわち一つのスロッ
ト内に配置される導線の断面積の総和のスロット断面積
に対する比（以下、占積率という）を高めることが必要
となる。この占積率の向上に関し、特開平１０−１７４
３３１号公報には、略方形の断面形状を有するコイル
と、略台形の断面形状を有するコイルを組み合わせた構
成が示されている。台形断面のコイルを先にスロットに
挿入し、台形の斜面が、スロット開口部の大きさを確保
するようにしており、これにより方形断面のコイル挿入
時に先の台形断面コイルがじゃまにならない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記公報に示されるよ
うな異なる断面形状のコイルはインピーダンスも異な
り、これらを並列に配置すると、これらのコイル間に循
環電流が生じる。循環電流は仕事とならず、回転電機の
効率が低下する。したがって、異なる断面形状のコイル
を並列につないだ回転電機は、占積率を向上させること
が可能となる反面、効率が低下するという問題があっ
た。

【０００６】本発明は、前記の課題を解決するためにな
されたものであり、異なる断面形状を有するコイルを用
いても、循環電流の発生を抑制することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに本発明にかかる回転電機は、集中巻き、三相の回転
電機であり、各相のコイルの断面形状が異なるものとな
っている。第１相のコイルの断面形状は略平行四辺形で
あり、第２相のコイルの断面形状は略台形である。第３
相のコイルの断面形状は、ティースの一方の側が略平行
四辺形で、他方の側が略台形である。一つのスロット内
には、コイルの前記略平行四辺形と前記略台形の断面部
分が組み合わせて挿入される。

【０００８】前記略平行四辺形は、一辺がティース側
面、すなわちスロットの側面にほぼ沿い、これの隣接辺
がスロットの底面にほぼ沿ってい配置される。これらの
隣り合う辺どうしの角度は、特に規定されるものではな
く、スロットの断面形状による。すなわち、前記略平行
四辺形は四辺形の角の角度が直角であるもの、すなわち
長方形、正方形も含むものである。

【０００９】前記略台形は、スロット底面とスロット開
口部分の面に各々沿った辺が平行である台形である。ス
ロット開口部側の辺が短く、当該コイルが挿入された後
においても、スロットの開口を確保し、後のコイル挿入
を容易としている。

【００１０】また、第１相、第２相のコイルは、そのコ
イルが形成されたティース中心線に対称な断面形状を有
するものとすることができる。さらに、第３相のコイル
の略平行四辺形断面は、第１相のコイルの断面と等しい
形状とすることができ、第３相のコイルの略台形断面
は、第２相のコイルの断面と等しい形状とすることがで
きる。

【００１１】第１相のコイルと、第３相のコイルの略台
形断面部分を組み合わせ、第２相のコイルと第３相のコ
イルの略平行四辺形断面部分を組み合わせ、それぞれ一
つのスロットに挿入する。これにより、高い占積率を得
ることができる。また、個々の相においては、各コイル
の断面形状が等しくなり、それぞれのコイルのインピー
ダンスも等しく、これらを単純に並列接続しても循環電
流を生じることがない。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以下
実施形態という）を、図面に従って説明する。図１は、
本実施形態にかかる回転電機のステータの軸直交断面の
概略図および各コイルの結線状態を示す図である。ステ
ータコア１０は略円筒形状であり、その内周面に突設さ
れ、円周方向に配列されるティース１２を有している。
図示するように、ティース１２は櫛歯状に形成され、テ
ィース１２の間の窪んだ部分はスロット１４と呼ばれ
る。ティース１２には、導線が周回してコイル１６が形
成されている。コイル１６は、一つのティース１２に導
線が集中して周回した、いわゆる集中巻きのコイルであ
る。また、本実施形態の回転電機は三相回転電機であ
り、以下の説明において、コイルの属する相を区別する
必要がある場合は、符号１６に続いて相を示す文字、す
なわちＵ，Ｖ，Ｗを付する。

【００１３】各コイル１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗの巻き数
は全て等しいが、図示するようにその断面形状は、相ご
とに異なっている。Ｖ相のコイル１６Ｖは、一つの辺が
ティース１２の側面、すなわちスロット１４の側面に沿
って配置され、またこの辺に隣接する辺がスロット１４
の底面に沿って配置される、略平行四辺形の断面形状を
有する。このコイル１６Ｖが設けられたティース１２の
中心軸に対し、双方の側のコイルの断面形状は、前記中
心軸に対して対称な形状となっている。Ｗ相のコイル１
６Ｗは、一つの辺がスロット１４の側面に沿って配置さ
れ、この辺の対辺は、スロット１４のもう一つの側面に
略平行に配置される。もう一組の辺は、互いに略平行に
配置され、一方がスロット１４の底面に沿って、他方が
スロット開口部付近に配置される。このようにコイル１
６Ｗは、略台形の断面形状を有する。また、コイル１６
Ｗが設けられたティース１２の中心軸に対し、双方の側
のコイルの断面形状は、前記中心軸に対して対称な形状
となっている。

【００１４】Ｕ相のコイル１６Ｕは他のコイルとは異な
り、その断面形状は、ティース１２の中心線に対し、非
対称となっている。すなわち、一方側の断面形状は、Ｖ
相のコイル１６Ｖと同様の略平行四辺形であり、他方側
は、Ｗ相のコイル１６Ｗと同様の略台形形状となってい
る。

【００１５】一つのスロットには、コイルの略平行四辺
形の断面を有する部分と、略台形の断面を有する部分と
が、組み合わせて配置される。すなわち、Ｖ相のティー
スと、Ｗ相のティースの間のスロット１４には、Ｖ相の
略平行四辺形断面のコイル１６ＶとＷ相の略台形断面の
コイル１６Ｗが組み合わせて配置される。Ｖ相とＵ相の
ティースの間のスロット１４には、略平行四辺形断面で
あるＶ相コイル１６ＶとＵ相コイル１６Ｕの略台形断面
部分が組み合わせて配置される。さらにＷ相とＵ相のテ
ィースの間のスロット１４には、略台形断面であるＷ相
コイル１６ＷとＵ相コイル１６Ｕの略平行四辺形断面部
分が組み合わせて配置される。これによって、開口部の
幅が奥の幅より狭いスロット１４の奥にもコイル１４の
導線を配置することができ、占積率を向上することがで
きる。

【００１６】図２は、コイルの結線状態を示す配線図で
ある。一つひとつのコイルは、各相ごとに並列に配置さ
れている。すなわち、各コイル１６の一端が各相の配線
に、他端が中性線に接続される（図１参照）。したがっ
て、図１に示すような、集中巻きにおいて、ごく一般的
で、簡潔な結線方法により結線することができる。この
結線方法は、ステータコア１０の軸方向端部に、円環状
の各相の配線１８Ｕ，１８Ｖ，１８Ｗと中性線１８Ｎを
配置し、各々のコイルの一端を各相の配線に、他端を中
性線に結合させるものである。このよう形成された巻線
において、各相のコイル１６は、相の間では、断面形状
が異なるためインピーダンスも異なるが、一つの相の中
では同一形状であるので、インピーダンスは等しい。し
たがって、図２中破線の矢印で示すようにコイル間に流
れる電流（循環電流）が生じることがなく、この電流発
生による効率低下が起こらない。

【００１７】コイル１６をスロット１４内に納める順序
は、次のようになる。コイル１６は、前述した断面形状
となるように、あらかじめ外部で導線を巻回して形成さ
れている。まず、台形断面のコイルであるＷ相のコイル
１６Ｗを、所定のティース１２にはめ、スロット１４内
に納める。コイル１６Ｗが納められたスロット１４の残
りの空間は、開口部から底までほぼ同一の幅が確保され
ている。次に、Ｕ相のコイル１６Ｕを所定のティース１
２にはめる。Ｕ相コイル１６Ｕの略平行四辺形断面部分
は、すでにＷ相コイル１６Ｗが挿入されているスロット
１４の残りの空間に挿入される。また、略台形断面部分
は、まだコイルが挿入されていないスロット１４に対し
て挿入される。最後にＶ相コイル１６Ｖが所定のティー
ス１２にはめられる。Ｖ相コイル１６Ｖが挿入されるス
ロット１４には、すでにＷ相コイル１６ＷまたはＵ相コ
イル１６Ｕの略台形断面部分が納められており、残りの
空間に、略平行四辺形断面であるＶ相コイル１６Ｖを挿
入する。

【００１８】以上のように、一つのスロットに、コイル
の、略平行四辺形断面と略台形断面の部分を組み合わせ
て納めることにより占積率を向上させ、各相内では、コ
イルの形状を統一することで、循環電流の発生を抑えて
回転電機の出力効率を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本実施形態の回転電機のステータの断面形
状、および配線構造を示す図である。

【図２】 コイルの結線状態を示す図である。

【符号の説明】 １０ ステータコア、１２ ティース、１４ スロッ
ト、１６ コイル、１６Ｕ Ｕ相コイル（第３相のコイ
ル）、１６Ｖ Ｖ相コイル（第１相のコイル）、１６Ｗ
Ｗ相コイル（第２相のコイル）、１８ 配線。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導線を一つの磁極に集中的に巻き付けて
   コイルを形成した集中巻きの三相回転電機において、 第１相のコイルは、各コイルごとに等しい略平行四辺形
   の断面形状を有し、 第２相のコイルは、各コイルごとに等しい略台形の断面
   形状を有し、 第３相のコイルは、各コイルは、当該コイルが形成され
   た磁極の一方の側で略平行四辺形で、他方の側で略台形
   の断面形状を有し、 磁極間に形成されたスロットの一つには、各コイルの前
   記平行四辺形断面の部分と、前記台形断面の部分とが組
   み合わせて配置される、回転電機。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の回転電機であって、 前記第１相および第３相のコイル断面形状の前記略平行
   四辺形は、互いに等しいか、または軸対称形状であり、 前記第２相および第３相のコイル断面形状の前記略台形
   は、互いに等しいか、または軸対称形状である、回転電
   機。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の回転電機であって、前
   記各相のコイルは相ごとに互いに並列に接続されてい
   る、回転電機。