JP2006345655A - 回転電機のコイル結線構造 - Google Patents

Abstract

【課題】各コイルのターン数のばらつきが生じることなくコイル結線部分を確実に小型化して省スペース化し全体を小型化することができる回転電機のコイル結線構造を提供する。
【解決手段】円環状の固定子コア１０に離間配置された、コイル巻線１３を巻回した複数のコイルの結線部１４を、固定子コア１０の内周側と外周側に分けて配置した。各コイルを直列結線した直列結線部が、固定子コア１０の内周側と外周側に交互に位置する。コイルの段数を奇数として、内周側のコイル巻線端部が固定子コア１０の突出端側に位置し、外周側のコイル巻線端部が固定子コア１０の基部側に位置する。
【選択図】図１

Description

この発明は、回転電機のコイル結線構造に関し、特に、アキシャルギャップ型の回転電機のコイル結線構造に関する。

従来、３相モータにおいて、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルの３個のコイルの各コイル巻線は、巻線終端を、各コイルの外周側或いは内周側で結線している。
図７は、従来の３相モータのコイル結線構造を示し、（ａ）は外周結線の説明図、（ｂ）は内周結線の説明図である。図７に示すように、３相モータのＵ相コイル（Ｕ１〜Ｕ３）、Ｖ相コイル（Ｖ１〜Ｖ３）、Ｗ相コイル（Ｗ１〜Ｗ３）の各コイル巻線は、それぞれ３１ターン（３１ｔ）した後、各コイル端末が結線される中性線と共に、コイルの外周側で結線（外周結線。（ａ）参照）され、或いはコイルの内周側で結線（内周結線。（ｂ）参照）されている。

また、３相モータのコイル結線構造としては、この他に、内側から外側或いは外側から内側への渡り線によって、各コイル巻線を結線したり、各コイル巻線と中性線を結線したりする構造（この場合、渡り線により結線する各相コイルは３０．５ターンとなる）等がある。
このような構成の３相モータとして、例えば、「アキシャルギャップ型電動機」（特許文献１参照）がある。この「アキシャルギャップ型電動機」は、アキシャルギャップ型電動機のステータの組み立て作業を渡り線処理などを含めて効率よく行えるようにしたものである。
特開２００４−２８２９８９号公報

しかしながら、アキシャルギャップ型モータの場合、コイルの外周側或いは内周側のみで結線せず、外周側と内周側の両方に振り分けて結線することにより、コイル結線部分を更に小型化することができると思われるが、振り分け方によっては、確実な小型化ができない上に各コイルのターン数のばらつきが生じてしまうことも想定される。
この発明の目的は、各コイルのターン数のばらつきが生じることなくコイル結線部分を確実に小型化して省スペース化し全体を小型化することができる回転電機のコイル結線構造を提供することである。

上記目的を達成するため、この発明に係る回転電機のコイル結線構造は、円環状の固定子コアに離間配置された、コイル巻線を巻回した複数のコイルの結線部を、前記固定子コアの内周側と外周側に分けて配置している。

この発明によれば、コイル巻線を巻回した複数のコイルが、円環状の固定子コアに離間配置されており、このコイルの結線部を、固定子コアの内周側と外周側に分けて配置しているので、各コイルのターン数のばらつきが生じることなくコイル結線部分を確実に小型化して省スペース化し全体を小型化することができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
図１は、この発明の一実施の形態に係る回転電機のコイル結線構造の説明図である。図１に示すように、回転電機である３相モータの固定子（ステータ）を形成する固定子コア１０は、モータケース１１内において、モータ回転軸（図示しない）の周囲に位置する円環状に形成されており、円環に沿って並設された、それぞれ４個のＵ相コイル（Ｕ１〜Ｕ４）、Ｖ相コイル（Ｖ１〜Ｖ４）、Ｗ相コイル（Ｗ１〜Ｗ４）を備えている。

Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイルは、円環に沿って略等間隔離間し、回転子（図示しない）に向かって突設された各ティース１２の周囲に、インシュレータ（図示しない）を介し各相のコイル巻線（ワイヤ）１３ｕ,１３ｖ,１３ｗを巻回して形成され、直列結線或いは並列結線されている。これら各コイルは、固定子コア１０の外周側に位置する各結線部１４ｕ,１４ｖ,１４ｗにより結線（外周結線）されており、直列部における結線順序が、内側結線→外側結線→内側結線となるように、内周側から始まって次に外周側その後内周側へと、内周側と外周側を交互に結線場所としている。中性線１５は、外周側に配置されている。

図２は、図１のコイル結線構造の結線順序の説明図である。図２に示すように、Ｕ相コイルの場合、コイルＵ１からコイルＵ２へは内周側を通り、コイルＵ２からコイルＵ３へは外周側を通り、コイルＵ３からコイルＵ４へは内周側を通り、コイルＵ４からコイルＵ１へは外周側を通って、それぞれ結線する。
このように、直列部における結線場所を内周側と外周側交互に配置することにより、バスバーの重なり数を内周側と外周側で均等に配置することができ、その上、コイル巻線のターン数も、Ｕ相コイル（Ｕ１〜Ｕ４）、Ｖ相コイル（Ｖ１〜Ｖ４）、Ｗ相コイル（Ｗ１〜Ｗ４）の全てで均等（３０．５ｔ）にすることができる。

図３は、この発明の他の実施の形態に係る回転電機のコイル結線構造の説明図である。図３に示すように、回転電機である３相モータの固定子（ステータ）を形成する固定子コア２０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイルが、固定子コア２０の内周側に位置する各結線部１４ｕ,１４ｖ,１４ｗにより結線（内周結線）されており、直列部における結線順序が、外側結線→内側結線→外側結線となるように、外周側から始まって次に内周側その後外周側へと、外周側と内周側を交互に結線場所としている。中性線１５は、内周側に配置されている。その他の構成及び作用は、固定子コア１０（図１,２参照）と同様である。

図４は、図３のコイル結線構造の結線順序の説明図である。図４に示すように、Ｕ相コイルの場合、コイルＵ１からコイルＵ２へは外周側を通り、コイルＵ２からコイルＵ３へは内周側を通り、コイルＵ３からコイルＵ４へは外周側を通り、コイルＵ４からコイルＵ１へは内周側を通って、それぞれ結線する。
このように、直列部における結線場所を外周側と内周側交互に配置することにより、バスバーの重なり数を内周側と外周側で均等に配置することができ、その上、コイル巻線のターン数も、Ｕ相コイル（Ｕ１〜Ｕ４）、Ｖ相コイル（Ｖ１〜Ｖ４）、Ｗ相コイル（Ｗ１〜Ｗ４）の全てで均等（３０．５ｔ）にすることができる。

図５は、他のコイル結線構造の結線順序の説明図である。図５に示すように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイルがそれぞれ６個設けられている場合においても、結線順序を、外側→内側或いは内側→外側と、外周側と内周側を交互に繰り返す。例えば、Ｕ相コイル（Ｕ１〜Ｕ６）における結線順序は、次のようにする。
コイルＵ１からコイルＵ６へ直列接続する場合、コイルＵ１からコイルＵ２へ内周側を通ると、コイルＵ２からコイルＵ３へは外周側を通り、コイルＵ３からコイルＵ４へは内周側を通り、コイルＵ４からコイルＵ５へは外周側を通り、コイルＵ５からコイルＵ６へは内周側を通り、コイルＵ６からコイルＵ１へは外周側を通って、それぞれ結線する。或いは、コイルＵ１からコイルＵ２へ外周側を通ると、以後、内周→外周を繰り返し、コイルＵ６からコイルＵ１へは内周側を通って、それぞれ結線する。

また、コイルＵ１からコイルＵ２、コイルＵ３からコイルＵ４、コイルＵ５からコイルＵ６へは直列接続し、コイルＵ１とコイルＵ４とコイルＵ６、コイルＵ２とコイルＵ３とコイルＵ５は並列接続する場合、直列接続は内周側を通り並列接続は外周側を通って、それぞれ結線し、或いは、直列接続は外周側を通り並列接続は内周側を通って、それぞれ結線する。

図６は、更に他のコイル結線構造を示し、（ａ）はコイル段が奇数の場合の断面説明図、（ｂ）はコイル段が偶数の場合の断面説明図である。図６に示すように、各コイルの段数を奇数として、固定子コア内周側のコイル巻線１３の端部をロータ（図示しない）側、即ち、ティース１２の突出端側から取り出し、固定子コア外周側のコイル巻線１３の端部をモータケース１１側、即ち、ティース１２の基部側から取り出す。そして、固定子コア内周側のコイル巻線１３の端部結線部１６ａを、モータケース１１内部のモータ回転軸側に形成された冷却用壁１１ａによる隔離部分に配置し、固定子コア外周側のコイル巻線１３の端部結線部１６ｂを、モータケース１１内部のケース外周側面とバックヨーク１７の隙間に配置した（（ａ）参照）。

また、各コイルの段数を偶数として、固定子コア内周側及び固定子コア外周側の両方のコイル巻線１３の端部を、モータケース１１側、即ち、ティース１２の基部側から取り出した。そして、固定子コア内周側のコイル巻線１３の端部結線部１６ａを、モータケース１１内部の冷却用壁１１ａとバックヨーク１７の隙間に配置し、固定子コア外周側のコイル巻線１３の端部結線部１６ｂを、モータケース１１内部のケース外周側面とバックヨーク１７の隙間に配置した（（ｂ）参照）。

このように、コイル巻線を、固定子コア内周側は上から、固定子コア外周側は下から、それぞれ結線した場合、コイル段数は奇数とし、固定子コア内周側及び固定子コア外周側の何れも下から結線した場合、コイル段数は偶数とする。つまり、固定子コア内周側に設置される冷却フィンの影響によりコイルを内周結線にする際に、コイル巻線の取り出しをティース部突出端側（回転子側）にするとスペース効率が向上する。

一方、固定子コア外周側では、結線部がコイル下になるため、ティース部基部側からコイル巻線の取り出しを行うのがよい。そこで、コイル段数を奇数とすれば、巻き始めと巻き終わりが上下となるので、上記条件を満足することができる。その結果、結線部の小型化により省スペース化することができ、ひいてはモータの小型化が可能になる。

上述したように、固定子と回転子の対向面が、回転軸の中心軸方向に対して垂直に配置されているアキシャルギャップモータにおいて、コイル結線部を内周側と外周側に振り分けることにより、小型化が可能になる。つまり、コイル接続部分における結線順序を、外側結線→内側結線、或いは内側結線→外側結線のように外周側と内周側を交互にすることで、バスバーの重なり数も内周側と外周側で均等にすることができる上に、各コイルのターン数を均等にすることができる。この結果、各コイルのターン数のばらつきが生じることなくコイル結線部分を確実に小型化して省スペース化し全体を小型化することができる。

このように、この発明によれば、コイル巻線を巻回した複数のコイルが、円環状の固定子コアに離間配置されており、このコイルの結線部を、固定子コアの内周側と外周側に分けて配置しているので、各コイルのターン数のばらつきが生じることなくコイル結線部分を確実に小型化して省スペース化し全体を小型化することができる。
また、各コイルを直列結線した直列結線部が、固定子コアの内周側と外周側に交互に位置するので、各コイルのターン数のばらつきが生じることなくコイル結線部分を確実に小型化して省スペース化し全体を小型化することができる。

また、コイルの段数を奇数として、内周側のコイル巻線端部が固定子コアの突出端側に位置し、外周側のコイル巻線端部が固定子コアの基部側に位置するので、内周側に設置される冷却フィンの影響により内周結線にする際に、コイル巻線の取り出しをロータ側にするとスペース効率が向上する。一方、外周では、結線部がコイル下になるため、コイル巻線の取り出しを下側にするとよい。そこで、コイル段数を奇数とすれば、巻き始めと巻き終わりが上下となるので、上記条件を満足することができ、その結果、コイル結線部分を小型化して省スペース化し回転電機全体を小型化することができる。この場合、コイル巻線を内周側から巻き始めることで、端子部を外周側に配置できるため、外周バスバーとの結線作業性が向上する。

この発明の一実施の形態に係る回転電機のコイル結線構造の説明図である。 図１のコイル結線構造の結線順序の説明図である。 この発明の他の実施の形態に係る回転電機のコイル結線構造の説明図である。 図３のコイル結線構造の結線順序の説明図である。 他のコイル結線構造の結線順序の説明図である。 更に他のコイル結線構造を示し、（ａ）はコイル段が奇数の場合の断面説明図、（ｂ）はコイル段が偶数の場合の断面説明図である。 従来の３相モータのコイル結線構造を示し、（ａ）は外周結線の説明図、（ｂ）は内周結線の説明図である。

符号の説明

１０，２０ 固定子コア
１１ モータケース
１１ａ 冷却用壁
１２ ティース
１３ｕ,１３ｖ,１３ｗ コイル巻線
１４ｕ,１４ｖ,１４ｗ 結線部
１５ 中性線
１６ａ，１６ｂ 端部結線部
１７ バックヨーク
Ｕ１〜Ｕ４ Ｕ相コイル
Ｖ１〜Ｖ４ Ｖ相コイル
Ｗ１〜Ｗ４ Ｗ相コイル

Claims (4)

1. 円環状の固定子コアに離間配置された、コイル巻線を巻回した複数のコイルの結線部を、前記固定子コアの内周側と外周側に分けて配置した回転電機のコイル結線構造。
2. 前記各コイルを直列結線した直列結線部が、前記固定子コアの内周側と外周側に交互に位置する請求項１に記載の回転電機のコイル結線構造。
3. 前記コイルの段数を奇数として、内周側のコイル巻線端部が前記固定子コアの突出端側に位置し、外周側のコイル巻線端部が前記固定子コアの基部側に位置する請求項１または２に記載の回転電機のコイル結線構造。
4. 前記コイル巻線を内周側から巻き始める請求項３に記載の回転電機のコイル結線構造。

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