JP2003319591A - 回転電機の巻線 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 巻線を構成する個々のコイルの電気的特性が
不平衡であっても、回転電機の巻線全体としての不平衡
状態を無くす。 【解決手段】 鉄心ティース１０１の周面には、多層に
コイル１２１−１〜１２１−４を積層して巻線１２１が
形成されており、鉄心ティース１０２の周面には、多層
にコイル１２２−１〜１２２−４を積層して巻線１２２
が形成されている。同相の巻線１２１，１２２の接続
は、コイル１２１−１とコイル１２２−４、コイル１２
１−２とコイル１２２−３、コイル１２１−３とコイル
１２２−２、コイル１２１−４とコイル１２２−１を、
それぞれ独立に直列接続して行う。これにより、接続し
たコイル間で不平衡がキャンセルされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は回転電機の巻線に関
し、巻線を構成する各コイル間に、抵抗や誘起電圧等の
不平衡があっても、巻線全体としての不平衡状態を低減
するように工夫したものである。

【０００２】

【従来の技術】永久磁石式回転電機あるいはリラクタン
ス式回転電機の巻線に関しては、鉄心ティースに巻線を
直巻する集中巻方式が知られている。このようなタイプ
の巻線は、ノズル方式やフライヤー方式により形成され
る。

【０００３】ノズル方式とは、図６に示すように、ノズ
ル１をスロットに通しつつ、鉄心２の鉄心ティース２ａ
の周囲で移動させていくことにより、導線３を鉄心ティ
ース２ａの周面上に巻回して巻線を形成する方式であ
る。一方、フライヤー方式とは、図７に示すように、巻
線対象とする鉄心ティース２ａにガイド４を被せ、フラ
イヤー５を回転させることにより、導線６を鉄心ティー
ス２ａの周面上に巻回して巻線を形成する方式である。

【０００４】これらの巻線機を用いて巻線の形成を行な
う場合においては、巻線機の能力により導線の太さに制
限があり、さらに細い導線を多数本同時に巻くことも困
難な場合がある。

【０００５】そこで、より大きな導線断面積を必要とす
る場合には、細い導線を１〜３本持ちとして必要な巻回
数を巻いて第１層コイルとし、第１層コイルの周面上か
ら同様に必要な巻回数を施し第２層コイルとし、同様に
第３層コイル、第４層コイルと必要なコイル数を積層し
て形成し、これら各層コイルを並列接続することによ
り、必要な導線断面積を得るようにしている。

【０００６】図８は、１つの鉄心ティース２ａに対して
４層にコイルを巻回して巻線１０を形成した一例であ
り、１０−１は第１層コイルを、１０−２は第２層コイ
ルを、１０−３は第３層コイルを、１０−４は第４層コ
イルを示しており、これら第１層から第４層のコイル１
０−１〜１０−４を順に積層することにより、巻線１０
が構成されている。

【０００７】このように多層のコイルを施した巻線１０
では、同相コイル間で直列接続するには、図９（ａ）に
示すように、一方（図では左側）のコイル１０の巻き終
わり部Ｅと他方（図では右側）のコイル１０の巻き始め
部Ｓとを接続する。また、同相コイル間で並列接続する
には、図９（ｂ）に示すように、一方のコイル１０の巻
き始め部Ｓと他方のコイル１０の巻き始め部Ｓとを接続
するとともに、一方のコイル１０の巻き終わり部Ｅと他
方のコイル１０の巻き終わり部Ｅとを接続する。

【０００８】また、集中巻を行う場合には、図１０
（ａ）に示すようなインシュレータ（絶縁材）１１を、
図１０（ｂ）に示すように鉄心ティース２ａの周面に装
着し、このインシュレータ１１の周面上から導線を集中
巻方式により巻回して巻線１２を形成するのが一般的で
ある。なお、図１０（ｂ）の巻線１２は、第１層コイル
１２−１と第２層コイル１２−２を積層して形成されて
いる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】回転電機の巻線を集中
巻方式により形成したものにおいて、図８に示すように
各層のコイル１０−１〜１０−４を並列接続した場合に
は、鉄心ティース２ａに近い内周側のコイル（例えば第
１層コイル１０−１）と外周側のコイル（例えば第４層
コイル１０−４）とでは、コイルの周長が異なるため、
個々のコイルの抵抗値に差が生じることになる。また、
漏れ磁束も存在するため、各コイルに誘起する電圧にも
差が生じることになる。このように個々のコイルの抵抗
や誘起電圧に不平衡があると、並列回路内に循環電流が
流れ、損失の増加、温度の異常上昇などの原因となるこ
とがある。

【００１０】また、図１０に示すように、インシュレー
タ１１を装着した巻線では、インシュレータ１１の上下
に付けた鍔１１ａ，１１ｂの間の空間（導線用巻空間）
１１ｃに導線が巻回されて一律に巻線が施されるため、
多層コイルとした場合、各層コイル（例えばコイル１２
−１とコイル１２−２）間に、前述したのと同様に巻線
周長による抵抗の不平衡が生じる。

【００１１】本発明は、上記従来技術に鑑み、巻線の各
コイル間に、抵抗値、誘起電圧などの不平衡がある場合
においても、巻線全体としての不平衡状態を少なくした
回転電機の巻線を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の構成は、鉄心ティースの周面上に導線を集中巻方式
により巻回してなる第１層コイルの周面上に、導線を集
中巻方式により巻回してなる１乃至複数層のコイルを積
層して形成された回転電機の巻線において、同相となる
巻線間で直列接続をするために、一方の巻線を構成する
各層のコイルと他方の巻線を構成する各層のコイルとが
それぞれ独立して接続されており、しかも、接続された
一方の巻線のコイルと他方の巻線のコイルの積層方向に
関する位置関係が、逆あるいは対称となるようにそれぞ
れ接続されていることを特徴とする。

【００１３】また本発明の構成は、鉄心ティースの周面
に備えたインシュレータの周面上に導線を集中巻方式に
より巻回してなる回転電機の巻線において、前記導線が
巻き込まれる前記インシュレータの導線用巻空間を、鉄
心から見た周方向位置が異なる複数の仕切空間に分割す
る仕切板を前記インシュレータに備え、各仕切空間毎に
導線を集中巻方式により巻回してなる複数のコイルによ
り巻線を形成したことを特徴とする。

【００１４】また本発明の構成は、鉄心ティースの周面
に備えたインシュレータの周面上に導線を集中巻方式に
より巻回してなる回転電機の巻線において、前記導線が
巻き込まれる前記インシュレータの導線用巻空間を、鉄
心から見た周方向位置が異なる複数の仕切空間に分割す
る仕切板を前記インシュレータに備え、各仕切空間毎に
導線を集中巻方式により巻回してなる複数のコイルによ
り形成した巻線において、同相となる巻線間で直列接続
をするために、一方の巻線を構成する各仕切空間のコイ
ルと他方の巻線を構成する各仕切空間のコイルとがそれ
ぞれ独立して接続されており、しかも、接続された一方
の巻線のコイルと他方の巻線のコイルの鉄心から見た周
方向に関する位置関係が、逆あるいは対称となるように
それぞれ接続されていることを特徴とする。

【００１５】また本発明の構成は、鉄心ティースの周面
上に導線を集中巻方式により巻回してなる第１層コイル
の周面上に、導線を集中巻方式により巻回してなる１乃
至複数層のコイルを積層して形成された回転電機の巻線
において、第ｎ層コイルの巻回数をＮｎ、基準巻線巻回
数をＮｏ、基準巻線誘起電圧をＥｏ、基準巻線相当の巻
回数の巻線を第ｎ層に巻いた場合の誘起電圧をＥｎとし
た場合に、第ｎ層コイルの巻回数Ｎｎが式（１）を満足
するように調整されていることを特徴とする。 Ｎｎ＝（Ｅｏ／Ｅｎ）×Ｎｏ・・・・・（１）

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づき詳細に説明する。

【００１７】＜第１の実施の形態＞第１の実施の形態で
は、同相となる巻線間で直列接続をする際の接続手法に
工夫をすることにより、巻線全体としての不平衡を無く
すように工夫したものである。

【００１８】図１は本発明の第１の実施の形態にかかる
回転電機の巻線を示す（なお、実際の鉄心１００は湾曲
しているが、図では直線状に伸展して示している）。こ
の回転電機の巻線（巻線全体）は、個々の巻線１２１，
１２２・・・を接続して構成されている。つまり、本明
細書では、「回転電機の巻線」と言うときには個々の巻
線を接続した巻線全体を意味し、単に「巻線」と言うと
きには個々の巻線（例えば個々の巻線１２１や巻線１２
２）を意味し、コイルと言うときには個々の巻線を構成
するために導線を巻回した部材を意味する。

【００１９】巻線１２１は、鉄心１００の鉄心ティース
１０１の周面上に、第１層コイル１２１−１〜第４層コ
イル１２１−４を順に積層して形成されている。即ち、
鉄心ティース１０１の周面上に導線を集中巻方式により
巻回して第１層コイル１２１−１が形成されており、こ
の第１層コイル１２１−１の周面上に導線を集中巻方式
により巻回して第２層コイル１２１−２が形成されてお
り、この第２層コイル１２１−２の周面上に導線を集中
巻方式により巻回して第３層コイル１２１−３が形成さ
れており、この第３層コイル１２１−３の周面上に導線
を集中巻方式により巻回して第４層コイル１２１−４が
形成されている。

【００２０】同様に、巻線１２２は、鉄心１００の鉄心
ティース１０２の周面上に、第１層コイル１２２−１〜
第４層コイル１２２−４を順に積層して形成されてい
る。即ち、鉄心ティース１０２の周面上に導線を集中巻
方式により巻回して第１層コイル１２２−１が形成され
ており、この第１層コイル１２２−１の周面上に導線を
集中巻方式により巻回して第２層コイル１２２−２が形
成されており、この第２層コイル１２２−２の周面上に
導線を集中巻方式により巻回して第３層コイル１２２−
３が形成されており、この第３層コイル１２２−３の周
面上に導線を集中巻方式により巻回して第４層コイル１
２２−４が形成されている。

【００２１】図示はしないが、他の個々の巻線も同様
に、鉄心ティースの周面に導線を集中巻方式により巻回
してなる多層のコイルを積層して構成されている。

【００２２】第１の実施の形態では、同相の巻線間で接
続をする場合には、各コイルの不平衡分をキャンセルす
るように、次のような接続構成を採用している。即ち、
同相の巻線１２１と巻線１２２を接続する場合には、 巻線１２１の第１層コイル１２１−１と巻線１２２の
第４層コイル１２２−４とを直列接続し、 巻線１２１の第２層コイル１２１−２と巻線１２２の
第３層コイル１２２−３とを直列接続し、 巻線１２１の第３層コイル１２１−３と巻線１２２の
第２層コイル１２２−２とを直列接続し、 巻線１２１の第４層コイル１２１−４と巻線１２２の
第１層コイル１２２−１とを直列接続している。

【００２３】換言すると、同相となる巻線１２１，１２
２間で直列接続をするために、一方の巻線１２１を構成
する各層のコイル１２１−１〜１２１−４と、他方の巻
線１２２を構成する各層のコイル１２２−１〜１２２−
４とがそれぞれ独立して接続されており、しかも、接続
された一方の巻線１２１のコイルと他方の巻線１２２の
コイルの、積層方向（図１ではα方向）に関する位置関
係が、逆あるいは対称となるようにそれぞれ接続されて
いる。

【００２４】このように接続すると、各コイルの不平衡
分が２つのコイル（即ち、コイル１２１−１とコイル１
２２−４の組、コイル１２１−２とコイル１２２−３の
組、コイル１２１−３とコイル１２２−２の組、コイル
１２４−１とコイル１２２−１の組）によりキャンセル
されるので、全体としては著しい不平衡をなくすことが
できる。

【００２５】なお、図１の例では４層コイルを示した
が、２層以上のコイルであれば同様に実施することがで
きる。

【００２６】また、図９（ｂ）に示すような並列接続は
不可能となるが、この場合は各コイルの巻き回数を略１
／２、層数を略２倍として、図１のように接続を実施す
れば等価な巻線が可能となる。

【００２７】＜第２の実施の形態＞本発明の第２の実施
の形態では、インシュレータに工夫をすることにより、
不平衡を小さくするようにしたものである。

【００２８】図２に示すように、本発明の第２の実施の
形態にかかる巻線２２０は、鉄心２００の鉄心ティース
２０１の周面にインシュレータ２１０を備え、このイン
シュレータ２１０の周面に導線を巻回して巻線２２０を
形成している。

【００２９】インシュレータ２１０は、図３に斜視図で
も示すように、鍔２１０ａ，２１０ｂの間に仕切板２１
１を備えている。この仕切板２１１は、鍔２１０ａ，２
１０ｂ間の導線用巻空間を、２つの仕切空間２１２，２
１３に仕切っており、２つの仕切空間２１２，２１３
は、鉄心２００から見て周方向位置（図２においてβ方
向の位置）が異なっている。つまり、鉄心２００から見
た周方向位置（図２においてβ方向の位置）は、仕切空
間２１２が内周側で、仕切空間２１３が外周側になって
いる。

【００３０】仕切空間２１２には、導線が集中巻方式に
より巻回されて第１段コイル２２１が形成され、仕切空
間２１３には、導線が集中巻方式により巻回されて第２
段コイル２２２が形成されている。この２段のコイル２
２１，２２２により、巻線２２０が形成されている。

【００３１】このように、鉄心２００から見て周方向位
置（図２においてβ方向の位置）が異なる位置に、２段
のコイル２２１，２２２を配置するようにしたので、両
コイル２２１，２２２の周長を略同一とすることがで
き、両コイル２２１，２２２の不平衡を小さくすること
ができる。

【００３２】各コイル２２１，２２２の接続は、図４に
示すように、両コイル２２１，２２２を直接並列に接続
する。

【００３３】なお、図２は２段コイルの例であるが、仕
切板の数を増やすことにより、３段以上の多段コイルと
することが可能になる。

【００３４】＜第３の実施の形態＞本発明の第３の実施
の形態は、多段コイル方式により形成した巻線の接続方
法に工夫をすることにより、巻線全体としての平衡度を
増すようにしたものである。

【００３５】図５に示すように、第３の実施の形態で
は、鉄心３００の鉄心ティース３０１の周面に、仕切板
３１１を有するインシュレータ３１０を備え、このイン
シュレータ３１０の２つの仕切空間に、それぞれ導線を
集中巻方式により巻回して、第１段コイル３２１と第２
段コイル３２２を形成しており、この２段のコイル３２
１，３２２により、巻線３２０が形成されている。

【００３６】また、鉄心３００の鉄心ティース３０２の
周面に、仕切板３１６を有するインシュレータ３１６を
備え、このインシュレータ３１６の２つの仕切空間に、
それぞれ導線を集中巻方式により巻回して、第１段コイ
ル３２６と第２段コイル３２７を形成しており、この２
段のコイル３２６，３２７により、巻線３２５が形成さ
れている。

【００３７】更に、同相の巻線間で接続をする際におけ
る、各コイルの不平衡分をキャンセルするため、次のよ
うな接続構成を採用している。即ち、同相の巻線３２０
と巻線３２５を接続する場合には、 巻線３２０の第１段コイル３２１と巻線３２５の第２
段コイル３２７とを直列接続し、 巻線３２０の第２段コイル３２２と巻線３２５の第１
段コイル３２６とを直列接続している。

【００３８】換言すると、同相となる巻線３２０，３２
５間で直列接続をするために、一方の巻線３２０を構成
する各仕切空間のコイル３２１，３２２と、他方の巻線
３２５を構成する各仕切空間のコイル３２６，３２７と
がそれぞれ独立して接続されており、しかも、接続され
た一方の巻線３２０のコイルと他方の巻線３２５のコイ
ルの、鉄心３００から見た周方向（図５ではβ方向）に
関する位置関係が、逆あるいは対称となるようにそれぞ
れ接続されている。

【００３９】多段コイル形の巻線がｎ段である場合に
は、同相の巻線同士で、一方の巻線の第１段と他方の巻
線の最上段（ｎ段）コイルを、一方の巻線の第２段コイ
ルと他方の巻線の第（ｎ−１）段コイルを、一方の巻線
の第３段コイルと他方の巻線の第（ｎ−２）段コイル
を、という具合に以下同様に接続していけばよい。

【００４０】このようにすることにより、巻線全体とし
て更に良好な平衡度を得ることができる。

【００４１】＜第４の実施の形態＞第４の実施の形態で
は、図１に示すタイプの多層形の巻線、即ち、複数層の
コイルを積層したタイプの巻線において、第ｎ層コイル
の巻数Ｎｎを Ｎｎ＝（Ｅｏ／Ｅｎ）×Ｎｏ となるように調整したものである。

【００４２】ここにおいて、Ｎｏは基準巻線巻回数、Ｅ
ｏは基準巻線誘起電圧、Ｅｎは基準巻線相当の巻回数の
巻線を第ｎ層に巻いた場合の誘起電圧である。

【００４３】このように、第ｎ層コイルの巻数を設定す
ることにより、各層コイルの誘起電圧がほぼ等しくなる
ので、直接並列に接続しても大きな循環電流は流れな
い。さらに、平衡度を高めたい場合には、図１のように
同相コイル間での接続手法も適用できる。

【００４４】

【発明の効果】以上実施の形態と共に具体的に説明した
ように、本発明では、複数のコイルを積層した多層形の
巻線では、同相となる巻線間での接続を工夫して、相互
に接続したコイル間で不平衡をキャンセルするようにし
た。また、インシュレータの上にコイルを巻き込んだ巻
線では、インシュレータに仕切板を備えて複数の仕切空
間を形成し、各仕切空間に個別に導線を巻き込んでなる
多段形のコイルを有する巻線を形成するようにした。そ
して、同相となる多段形の巻線間での接続を工夫して、
相互に接続したコイル間で不平衡をキャンセルするよう
にした。更に、多層形の巻線において、各層のコイルに
発生する誘起電圧が等しくなるように、各層のコイルの
巻数を調整した。

【００４５】このような構成上の工夫をしたため、本発
明では次のような効果を奏する。 （１）多数本巻と等価な巻線が可能となり、設計の自由
度が向上する。 （２）巻線内の循環電流が防止でき、損失低減、温度上
昇の低減が可能となる。 （３）特殊な巻線機が不要で、容易に実施可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる回転電機の
巻線を示す構成図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態にかかる回転電機の
巻線を示す構成図である。

【図３】第２の実施の形態に用いるインシュレータを示
す斜視図である。

【図４】第２の実施におけるコイル間の接続状態を示す
構成図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態にかかる回転電機の
巻線を示す構成図である。

【図６】ノズル方式の巻線形成方法を示す説明図であ
る。

【図７】フライヤー方式の巻線形成方法を示す説明図で
ある。

【図８】従来の多層形の巻線を示す構成図である。

【図９】従来の多層形の巻線の接続状態を示す構成図で
ある。

【図１０】インシュレータを使用した従来の巻線を示す
構成図である。

【符号の説明】

100,200,300 鉄心 101,102,201,301,302 鉄心ティース 121,122,220,320,325 巻線 121-1 〜121-4,122-1 〜122-4 各層のコイル 210,310,315 インシュレータ 211,311,316 仕切板 212,213 仕切空間 221,222,321,322,326,327 各段のコイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H603 AA07 BB01 BB02 BB07 BB09 BB10 BB12 CA01 CA05 CB01 CB02 CB05 CC11 CC17 CD02 CD21 CE01 FA01 5H604 AA08 BB01 BB03 BB10 BB14 BB17 CC01 CC05 CC16 PB02 PB03 QA01

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄心ティースの周面上に導線を集中巻方
   式により巻回してなる第１層コイルの周面上に、導線を
   集中巻方式により巻回してなる１乃至複数層のコイルを
   積層して形成された回転電機の巻線において、 同相となる巻線間で直列接続をするために、一方の巻線
   を構成する各層のコイルと他方の巻線を構成する各層の
   コイルとがそれぞれ独立して接続されており、しかも、
   接続された一方の巻線のコイルと他方の巻線のコイルの
   積層方向に関する位置関係が、逆あるいは対称となるよ
   うにそれぞれ接続されていることを特徴とする回転電機
   の巻線。
2. 【請求項２】 鉄心ティースの周面に備えたインシュレ
   ータの周面上に導線を集中巻方式により巻回してなる回
   転電機の巻線において、 前記導線が巻き込まれる前記インシュレータの導線用巻
   空間を、鉄心から見た周方向位置が異なる複数の仕切空
   間に分割する仕切板を前記インシュレータに備え、 各仕切空間毎に導線を集中巻方式により巻回してなる複
   数のコイルにより巻線を形成したことを特徴とする回転
   電機の巻線。
3. 【請求項３】 請求項２の巻線において、 同相となる巻線間で直列接続をするために、一方の巻線
   を構成する各仕切空間のコイルと他方の巻線を構成する
   各仕切空間のコイルとがそれぞれ独立して接続されてお
   り、しかも、接続された一方の巻線のコイルと他方の巻
   線のコイルの鉄心から見た周方向に関する位置関係が、
   逆あるいは対称となるようにそれぞれ接続されているこ
   とを特徴とする回転電機の巻線。
4. 【請求項４】 鉄心ティースの周面上に導線を集中巻方
   式により巻回してなる第１層コイルの周面上に、導線を
   集中巻方式により巻回してなる１乃至複数層のコイルを
   積層して形成された回転電機の巻線において、 第ｎ層コイルの巻回数をＮｎ、基準巻線巻回数をＮｏ、
   基準巻線誘起電圧をＥｏ、基準巻線相当の巻回数の巻線
   を第ｎ層に巻いた場合の誘起電圧をＥｎとした場合に、
   第ｎ層コイルの巻回数Ｎｎが式（１）を満足するように
   調整されていることを特徴とする回転電機の巻線。 Ｎｎ＝（Ｅｏ／Ｅｎ）×Ｎｏ・・・・・（１）