JP2010187539A

JP2010187539A - 回転電気機器のステータ

Info

Publication number: JP2010187539A
Application number: JP2010126317A
Authority: JP
Inventors: Ken Hakamata; 謙袴田
Original assignee: Yamaha Motor Electronics Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Electronics Co Ltd
Priority date: 2010-06-01
Filing date: 2010-06-01
Publication date: 2010-08-26

Abstract

【課題】薄い鋼板を積層して形成され外周に突出する多数の磁極歯を有するステータコアと、異なる磁極歯にそれぞれ巻き付けたコイル線を接続する渡り線とを有する回転電気機器のステータにおいて、渡り線がステータの内径側に移動してステータの取付座面に入るのを防止し、渡り線のクランプ用部材を不用にし、組立性を良好にする。
【解決手段】隣接する磁極歯の間のスロットの底付近から鋼板の積層方向外側に起立する爪を最外層の鋼板に一体に形成し、渡り線をこの爪の外周側に通した。爪は最外層の鋼板にスロット側へ突出する突部を打抜き加工などで一体形成し、この突部をほぼ直角に折曲する。ステータコアには磁極歯付近および爪付近に絶縁材を塗布し、この絶縁材の上にコイル線を巻付ける。全てのコイル線を巻付けた後で、各コイルや渡り線に絶縁材を塗布しこれらを固定する。この時渡り線はこの絶縁材で爪に固定する。
【選択図】図５

Description

この発明は、ステータコアの異なる磁極歯を渡り線で接続した発電機や電動機などの回転電気機器に使用するステータに関するものである。

永久磁石を固着したロータを内燃エンジンなどによって回転し、この永久磁石が形成する回転磁界がステータコイルを切ることによってステータコイルに電圧を誘起させる３相交流磁石発電機が公知である。

この種の発電機ではステータの磁極数の増加により、同一層のコイル巻線が２つ以上離れた磁極歯のコイルに連続して巻かれることが多い。また周方向に連続する複数（ｎ個）の磁極歯に同一層のコイル巻線を連続して巻き、他の相の２ｎ個のコイルを飛び越してその次のｎ個の磁極歯に連続させて巻くものもある。

このように他相の磁極歯を飛ばして離れた磁極歯に同一層のコイルを連続して巻く場合には、他相の磁極歯を飛ばして同一層のコイル同志を接続する線（以下渡り線という）がその間の他相の磁極歯の内径側に入り易い。このように磁極歯の内径側に入った渡り線は、このステータを発電機ケースとなるエンジンに固定する場合に、ステータとケースとの取付座面間に入るおそれが生じる。

このため渡り線を手作業で取付座面間に入らないように処理する必要が生じ、作業性が悪くなるという問題があった。またこの渡り線は空中で遊動する空中配線となるため、これを固定する必要が生じる。そこで従来はステータコアやケースにこれを固定するためのクランプ金具が必要になり、部品点数が増え、組立工数が増えるという問題もあった。

この発明はこのように事情に鑑みなされたものであり、渡り線がステータの内径側に移動してステータの取付座面に入るのを防止し、また渡り線にクランプ用部材が不用で部品点数が増加せず、組立性が良好になるようにした回転電気機器のステータを提供することを目的とする。

この発明によればこの目的は、薄い鋼板を積層して形成され外周に突出する多数の磁極歯を有するステータコアと、異なる前記磁極歯にそれぞれ巻き付けたコイル線を接続する渡り線とを有する回転電気機器のステータにおいて、
隣接する磁極歯の間のスロットの底付近から鋼板の積層方向外側に起立する爪を最外層の鋼板に一体に形成し、前記渡り線をこの爪の外周側に通したことを特徴とする回転電気機器のステータ、により達成される。

爪は最外層の鋼板にスロット側へ突出する突部を打抜き加工などで一体形成し、この突部をほぼ直角に折曲することにより形成することができる。ステータコアには少なくとも磁極歯付近および爪付近に絶縁材を塗布し、この絶縁材の上にコイル線を巻付けるのがよい。また全てのコイル線を巻付けた後で、各コイルや渡り線に絶縁材を塗布しこれらを固定するのがよい。この時渡り線はこの絶縁材で爪に固定するのがよい。

永久磁石式の３相交流発電機や電動機の場合には、磁極数３ｍを偶数とし、同一相のコイルは、ステータの周方向に連続するｍ／２個の磁極歯と対称位置のｍ／２個の磁極歯とに連続して巻き、各磁極歯が対向する永久磁石の磁極性変化に対して巻き方向を逆にしたものが可能である。例えば磁極を３ｍ＝１８個とした場合には、同一相のコイルはｍ／２＝３個ずつ対称位置に配置されることになる。従って渡り線は他相の６個の磁極歯を飛ばして配線されるが、この渡り線は爪の外周側に通すことにより、ステータの内周側へ入るのが防止される。

同様に磁極数３ｍを９の倍数３×３×ｓとし、同一相のコイルは磁極歯の周方向に３ｓ等分した位置でｍ／３ｓ個の磁極歯に連続して巻いたものとすることができる。例えば３ｍ＝１８個とし、周方向に３ｓ＝６等分した位置で６／６＝１個ずつの磁極歯に連続巻きするものが可能である。

請求項１の発明は以上のように、ステータコアの最外層の鋼板（薄板）に、スロットの底付近から積層方向外側へ起立する爪を一体成形し、コイルの渡り線をこれらの爪の外周側に通したものであるから、渡り線がステータの内径側に移動して、ステータの取付座面に入り込むのを防ぐことができる。このためステータのケースへの取付作業が楽になり、渡り線固定用のクランプ部材が不用になるから部品点数が減り組立性が向上する。

本発明の一実施態様である発電機を示す断面図同じくその発電機部分の正面図同じくコイル配置と巻き方向を示す図ステータの外観図図４におけるＶ−Ｖ線端面図ステータコアの一部を拡大した分解斜視図他の実施態様の正面図

爪は最外層の鋼板（薄板）にスロット側へ突出するように型抜き加工などで形成し、この突部をほぼ直角に折曲することによって形成することができる（請求項２）。ステータコアには、磁極歯（ティース）付近および爪付近に絶縁材を塗布しておけば、コイル線はボビンを用いることなく直接この絶縁材に巻き付けることができる（請求項３）。コイルを巻いた後でコイルの外側および渡り線に絶縁材を塗布してこれらコイルおよび渡り線を固めれば、コイルや渡り線の遊動が規制でき、特に渡り線を爪に固定することができる（請求項４）。

ステータの磁極数３ｍを偶数とし、周方向に連続するｍ／２個の磁極歯と、対称位置のｍ／２個の磁極歯とに連続して巻いた場合には、渡り線が長くなってステータの内径側へ移動し易いが、この発明によれば爪により渡り線の移動が規制されるのでこの発明の効果が特に顕著である（請求項５）。磁極数３ｍを９の倍数（３×３×ｓ）とし、同相コイルが磁極歯の周方向に３ｓ等分した位置の連続するｍ／３ｓ個の磁極歯に連続して巻付けた場合には、同相のコイルは飛び飛びの磁極歯に巻かれることになり、多数の渡り線が発生するが、これらは爪の外側に保持されるのでこの発明の効果が顕著である（請求項６）。

図１は本発明の一実施態様である発電機をエンジンに組込んだ状態を示す断面図、図２はその発電機の部分を示す正面図である。図３はステータのコイル巻線の配置および巻線方向を示す図、図４はステータの外観図、図５は図４におけるステータのＶ−Ｖ線断面図、図６はステータの一部を拡大して示す分解斜視図である。

これらの図において符号１０はロータであり、エンジンの後記クランク軸３０に固定されるボス部１２と、このボス部１２のフランジに固定された略碗状のカップ部１４と、このカップ部１４の内周面に固着された環状の永久磁石１６とを持つ。この永久磁石１６は周方向に交互に２ｎの極性に着磁される。この従来例のものはｎ＝８であり、磁極数Ｍは２ｎ＝１６となっている。

なおロータの回転方向（周方向）に配列する永久磁石の磁極数は、周方向に同数のＮ極とＳ極が等間隔に配置されなければならないから、２ｎ個となり、また３相発電機ではステータコアのティース（磁極歯）数Ｐは３ｍとなる。ここにｎ、ｍは正の整数である。

２０はステータであり、鋼板の薄板を積層したステータコア（鉄心）のティース（磁極歯）２２にコイル２４を巻き付けたものである。このステータ２０は１８個のティース２２を持ち、この場合３×ｍ＝１８から、ｍ＝６となる。コイル２４はＵ相、Ｖ相、Ｗ相を持ち、各相のコイル２４（Ｕ）、２４（Ｖ）、２４（Ｗ）は、連続する３個のティース２２に連続して巻かれている。連続する３個のティース２２のコイル２４ａ、２４ｂ、２４ｃは、６個飛んだ対称位置の３個のティース２２のコイル２４ｄ、２４ｅ、２４ｆに渡り線２５で接続される。また各コイル２４ａ〜ｆの巻き方向は、各コイル２４ａ〜ｆに対向する永久磁石１６の極性の変化に対応して各コイル２４ａ〜ｆの誘起電圧が同極性となるように決められている。

なおこの実施態様は、ステータ２０のティース数を３ｍとし、ロータ１０の磁極数を２ｎとして、２ｎ／ｍが整数にならないようにティース数３ｍおよび磁極数２ｎを設定し、同一相電圧を形成する複数のティースの誘起電圧が同一極性でかつ位相がずれるようにした。この結果駆動トルクを減らして駆動エンジンの小型化を可能にし、出力波形を滑らかにして発電効率の向上を可能にするものであるが、この点については同一出願人により出願された特願平１１−２８８４４９号に詳細に説明されているので、ここではその説明は繰り返さない。

図１において符号３０はクランク軸であり、左右割りのクランクケース３２に軸支されている。３４は軸受であり、図示しない他の軸受と共にこのクランク軸２０を軸支する。クランク軸３０は左右一対のクランクウェブ３６，３８をクランクピン４０で結合したものであり、このクランクピン４０にはニードル軸受４２によってコンロッド４４の大端部が保持されている。このコンロッド４４の小端部にはピストン（図示せず）が保持され、このピストンはシリンダ４６内を上下動する。

クランク軸３０はクランクケース３２から突出し、この突出部分に３相磁石発電機４８が装着される。この発電機４８は前記ステータ２０とロータ１０を持ち、ステータ２０はクランクケース３２に固定され、ロータ１０はクランク軸３０に固定されている。ステータ２０は、クランクケース３２に固定されたステータホルダ５０にボルト止めされる。すなわちステータコアに設けた３個のボルト孔５２（図２参照）にボルトを通して固定される。ロータ１０は、ボス部１２をクランク軸３０に形成したテーパ面に嵌合され、キー結合されている。なお５４はロータ１０に固定されたファン、５６はこのファン５４を覆うカウリングであり、このファン５４によりエンジン冷却風がシリンダ４６の周囲に送られ、エンジンが強制空冷される。

この実施態様はネオジム・鉄・ホウ素磁石１６を用いて２ｎ＝１６極とし、またティース２２を１８個すなわち３ｍ＝１８としたものである。従ってｎ＝８，ｍ＝６である。この場合には、磁石１６間の角度（ピッチ）θ₁はθ₁＝２π／２ｎ（ラジアン）＝２２．５°であり、ティース２２の角度（ピッチ角）θ₂は、θ₂＝２π／３ｍ（ラジアン）＝２０°である。

ティース２２は２の倍数であるため、ここでは同相（図２ではＵ相）のコイル２４は２組に分けられている。すなわちｍ／２＝３個ずつの対称位置の２組２４ａ〜ｃ、２４ｄ〜ｆに分けられ、各組は３つの連続するティース２２に連続して巻かれている。ここに隣接するティース２２は異なる極性の磁石１６に対向するから、その巻き方向を交互に逆にして、各コイル２４の誘起電圧が互いに逆向きにならないようにしている。この実施態様では３（＝ｍ／２）個のティース２２が３個の磁石１６からずれる角度すなわち位相差Θは、Θ＝Δθ×（ｍ／２−１）＝Δθ・２となる。従ってΘ＝Δθ・２＜θ₁／２となるようにしたものである。

次にここで用いるステータ２０について説明する。ステータ２０は鋼板の薄板６０を積層したものである。最外層の上下２枚の薄板６０ａに挟まれた内層の薄板６０ｂは同一形状であり、各ティース２２の先端はＴ字形に型抜きされている。最外層の２枚の薄板６０ａ、６０ａは、図６に示すように、ティース２２の先端が直角（積層方向）に折曲され、この先端折曲部６２は内層のティース２２の先端のＴ字形部分に重なるようにしている。またティース２２の間のスロット（溝）の底付近には、積層方向外側に起立する爪６４が形成されている。薄板６０ａ、６０ｂは図６に示すように、積層され、複数本（３本、図３参照）のリベット６６によって結合される。

このように薄板６０ａ、６０ｂを積層しリベット６６で固定した後、この組立体はその少なくともティース２２および爪６４を含む範囲（すなわちステータ２０の取付座面以外の部分）に絶縁材が塗布される。この絶縁材の上にコイル線が前記図３に示すように巻付けられる。この時各相の渡り線２５｛２５（Ｕ）、２５（Ｖ）、２５（Ｗ）｝は、図４に示すように、最外層の薄板６０ａの爪６４の外周側に通される。この結果Ｕ相についてはＡ１、Ａ２、Ａ３で示す周方向に連続する３個のコイルと、Ａ４、Ａ５、Ａ６で示す対角位置の３個のコイルが形成される。同様にＶ相についてはＢ１、Ｂ２、Ｂ３のコイルと、対角位置のコイルＢ４、Ｂ５、Ｂ６が形成される。さらにＷ相についてはＣ１、Ｃ２、Ｃ３のコイルと、対角位置のコイルＣ４、Ｃ５、Ｃ６が形成される。この時各相の渡り線２５｛２５（Ｕ）、２５（Ｖ）、２５（Ｗ）｝は、爪６４の外周に沿って配線される。

このように全てのティース２２にコイル２４を巻いたステータ２０には、絶縁材が塗布される。すなわち各ティース２２に巻いたコイルと、爪６４の外側に通された渡り線２５が絶縁材で固められる。この結果渡り線２５は爪６４に固定され、その遊動が規制される。

図７は他の実施態様である発電機の正面図である。この実施態様は、ｎ＝ｍ＝６すなわちロータ１０Ａの磁極数Ｍ＝１２、ステータ２０Ａのティース数Ｐ＝１８とした発電機の構造を示すものである。

Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル２４Ａは３個おきのティース２２Ａに連続して巻かれている。この場合同じ相のコイル２４Ａを巻く３個おきのティース２２は、同じ極性の磁極１６に同じ電気角で対向する。ここに同一相の３個おきのコイルをつなぐ渡り線２５Ａは、ステータの最外層に設けた爪（図示せず）の外周側に位置する。この結果渡り線２５Ａは爪の内径側へ移動することが防止される。またコイル２４Ａや渡り線２５Ａに絶縁材を塗布して固定すれば、渡り線２５Ａの遊動が規制される。

１０、１０Ａロータ
１６永久磁石
２０、２０Ａステータ
２２、２２Ａティース（磁極歯）
２４（２４ａ〜ｆ）コイル
２５（２５Ｕ、２５Ｖ、２５Ｗ）、２５Ａ渡り線
４８３相磁石発電機
６０（６０ａ、６０ｂ）鋼板（薄板）
６２先端折曲部
６４爪

Claims

薄い鋼板を積層して形成され外周に突出する多数の磁極歯を有するステータコアと、異なる前記磁極歯にそれぞれ巻き付けたコイル線を接続する渡り線とを有する回転電気機器のステータにおいて、
隣接する磁極歯の間のスロットの底付近から鋼板の積層方向外側に起立する爪を最外層の鋼板に一体に形成し、前記渡り線をこの爪の外周側に通したことを特徴とする回転電気機器のステータ。
爪は最外層の鋼板にスロット側へ突出するように一体形成した突部をほぼ直角に折曲することにより形成されている請求項１の回転電気機器のステータ。
ステータコアには、少くとも磁極歯付近および爪付近に絶縁材が塗布されている請求項１の回転電気機器のステータ。
磁極歯に巻付けられたコイル線および渡り線には絶縁材が塗布され、この渡り線はこの絶縁材によって爪に固定されている請求項１〜３のいずれかの回転電気機器のステータ。
電気機器は永久磁石式ロータを有する３相交流回転材であり、磁極数３ｍが偶数であり、同一層のコイルはステータの周方向に連続するｍ／２個の磁極歯と対称位置のｍ／２個の磁極歯とに連続して巻かれ、かつ各磁極歯が対向する永久磁石の極性変化に対応して巻き方向を逆にして巻かれている請求項１〜４のいずれかの回転電気機器のステータ。
電気機器は永久磁石式ロータを有する３相交流回転機であり、磁極数３ｍが９の倍数３×３×ｓであり、同一層のコイルは、磁極歯の周方向に３ｓ等分した位置の連続するｍ／３ｓ個の磁極歯に連続してかつ各磁極歯が対向する永久磁石の極性変化に対応して巻き方向を逆にして巻かれている請求項１〜４のいずれかの回転電気機器のステータ。