JP3444637B2 - 回転電機の電機子 - Google Patents
回転電機の電機子Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば交流電動機、交
流発電機等に利用可能な回転電機の電機子に関するもの
である。 【０００２】 【従来の技術】従来より、同期電動機および誘導電動機
等の回転電機の電機子巻線は、大容量機では大電流に適
したハーフコイルが採用され、中容量機では平角線を用
いた多重巻亀甲形巻線が採用されているが、小容量機で
は一般に製作の容易な丸線よりなる多重巻亀甲形巻線が
採用されている。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】なお、電機子巻線に
は、交流電流が流れるので、特開昭６１−２７３１４０
号公報に開示された技術のように、電機子巻線の渦電流
を抑制するために多重巻亀甲形巻線の導体を数本から数
十本の素線に分け、さらに多重巻亀甲形巻線同士を接続
する複数本の極間接続線で転位を施して、素線間で発生
する電位差をなくして循環電流を抑制していた。 【０００４】ところが、比較的に素線本数の少ない平角
線を用いた中容量機と異なり、丸線を用いた小容量機で
は、素線本数が非常に多い。このため、多重巻亀甲形巻
線同士と複数本の極間接続線との接続は、素線本数が多
くなればなる程複雑な作業となるという不具合があっ
た。 【０００５】本発明は、丸線よりなる多重巻亀甲形巻線
間の接続線に転位を施す製造作業が容易で、しかも効率
を向上することが可能な回転電機の電機子の提供を目的
とする。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明は、複数のスロッ
トが等間隔で形成された電機子鉄心と、前記複数のスロ
ット内に挿入された電機子巻線とを備えた回転電機の電
機子において、前記電機子巻線は、丸線よりなる複数の
多重巻亀甲形巻線、および隣設する多重巻亀甲形巻線を
接続する接続線を具備し、前記多重巻亀甲形巻線は、等
しい本数の素線よりなる複数の組に分けられ、その多重
巻亀甲形巻線の組毎に前記スロットの奥側からの挿入位
置を順次変更して前記電機子鉄心に巻回されてなる技術
手段を採用した。 【０００７】 【作用】本発明によれば、多重巻亀甲形巻線を等しい本
数の素線よりなる複数の組に分け、その組毎にスロット
の奥側からの挿入位置を順次変更することにより、組毎
の多重巻亀甲形巻線間の接続線の上下の位置が交換され
る。これによって、多重巻亀甲形巻線間の接続線に転位
が施されるので、多重巻亀甲形巻線において渦電流損失
や循環電流が少なくなる。 【０００８】 【実施例】次に、本発明の回転電機の電機子をブラシレ
スモータの電機子に利用した例を図に基づいて説明す
る。 【０００９】〔第１実施例の構成〕図１ないし図６は本
発明の第１実施例を示したものである。ここで、図１は
ブラシレスモータを示した図である。 【００１０】ブラシレスモータ１は、極数が６極の同期
電動機であって、例えば電気自動車の走行用モータとし
て用いられる。このブラシレスモータ１は、ハウジング
２、回転子３、位置検出器４および電機子５等より構成
されている。 【００１１】ハウジング２は、円筒状に形成され、内周
に電機子５が取り付けられ、外周に複数の冷却フィン６
が一体形成されている。このハウジング２の一端部に
は、円環板状のフロントフレーム７がビス８にて機械的
に締結されている。また、ハウジング２の他端部には、
円環板状のリヤフレーム９がビス１０にて機械的に締結
されている。なお、リヤフレーム９には、後述する三相
の電機子巻線１９に電力を供給する給電端子１１との間
を電気的に絶縁するための筒状の樹脂製絶縁体１２が取
り付けられている。また、給電端子１１は、ナット１３
により樹脂製絶縁体１２に固定されている。 【００１２】回転子３は、フロントフレーム７とリヤフ
レーム９とにベアリング１４、１５を介して回転自在に
支持された回転軸１６を備え、内部に永久磁石１７を内
蔵している。 【００１３】位置検出器４は、回転子３の回転角度を検
出するもので、この検出した回転子３の回転角度を電気
信号に変換してコンピュータ（図示せず）へ出力する。 【００１４】図２はブラシレスモータの電機子の主要部
を示した図である。電機子５は、ハウジング２の内周面
に固定された電機子鉄心１８、およびこの電機子鉄心１
８に巻装された三相の電機子巻線１９等より構成されて
いる。電機子鉄心１８は、内周に１８個のスロット２０
を等間隔で形成した薄鋼板を多数軸方向に積層してな
る。また、隣設するスロット２０間には、ティース２１
がそれぞれ形成されている。 【００１５】図３および図４はブラシレスモータの三相
の電機子巻線のうちの一相の電機子巻線の巻装状態を示
した図である。三相の電機子巻線１９は、図１に示した
ように、給電端子１１にリード線２２を介して電気的に
接続されている。リード線２２は、図１に示したよう
に、ビス２３にて給電端子１１に固定されている。ま
た、三相の電機子巻線１９は、渦電流による損失を防止
するための分割巻線として、図３および図４（ａ）〜図
４（ｄ）に示したように、３組の多重巻亀甲形巻線１９
ａ〜１９ｃをそれぞれ採用している。 【００１６】なお、３組の多重巻亀甲形巻線１９ａ〜１
９ｃは、図２に示したように、それぞれ６本の素線（例
えば銅製でφ０．７の丸線）よりなり、ティース２１の
周りをそれぞれ６周ずつするように巻回されている。 【００１７】そして、３組の多重巻亀甲形巻線１９ａ〜
１９ｃは、図３および図４（ｄ）に示したように、電機
子鉄心１８のスロット２０の奥側からの巻線挿入位置を
順次移動させながら電機子鉄心１８のスロット２０内に
挿入されている。また、３組の多重巻亀甲形巻線１９ａ
〜１９ｃの巻始め２４ａ〜２４ｃと３組の多重巻亀甲形
巻線１９ａ〜１９ｃの巻終り２５ａ〜２５ｃとは、接続
線２６ａ〜２６ｃにより電気的に接続されている。これ
によって、３組の多重巻亀甲形巻線１９ａ〜１９ｃ間の
接続線２６ａ〜２６ｃには、図３に破線で示したよう
に、接続線２６ａ〜２６ｃの上、中、下の位置を交換し
た転位部２７が設けられている。 【００１８】〔第１実施例の作用〕次に、この実施例の
電機子鉄心１８への三相の電機子巻線１９の組付方法を
図１ないし図６に基づいて簡単に説明する。 【００１９】一相の電機子巻線を各々が複数本の素線よ
りなる複数組の多重巻亀甲形巻線に分割する。ここで、
電機子鉄心のスロット数をＮ、電機子巻線の相数をｍと
し、多重巻亀甲形巻線の組数をｋとしたときに、ｋ＝Ｎ
／（２×ｍ）を満足するように多重巻亀甲形巻線の組数
が設定されている。すなわち、この実施例では、電機子
鉄心１８のスロット２０の数（Ｎ）が１８個、電機子巻
線１９の相数（ｍ）が三相であるから、図３および図４
に示したように、多重巻亀甲形巻線１９ａ〜１９ｃの組
数（ｋ）は３組に設定されている。 【００２０】そして、３組の多重巻亀甲形巻線１９ａ〜
１９ｃを、図３および図４（ｄ）に示したように、電機
子鉄心１８のスロット２０の奥側からの巻線挿入位置を
順次変更することにより、３組の多重巻亀甲形巻線１９
ａ〜１９ｃ間の接続線２６ａ〜２６ｃの上、中、下の位
置が交換される。このような電機子鉄心１８への三相の
電機子巻線１９の簡単な組付作業によって、３組の多重
巻亀甲形巻線１９ａ〜１９ｃ間の接続線２６ａ〜２６ｃ
に転位し（転位部２７）が施される。他の相の電機子巻
線１９も同様にして３組の多重巻亀甲形巻線１９ａ〜１
９ｃ間の接続線２６ａ〜２６ｃに転位が施される。 【００２１】ここで、電機子鉄心１８のスロット２０の
奥側からの巻線挿入位置と巻線に発生する逆起電力の関
係は、図５のグラフに示すように、漏れ磁束があるため
にスロット２０の奥側より入口側に近づくほど逆起電力
が大きく、巻線間の接続線に転位を施していない従来の
技術ではこの電位差の影響で巻線間に循環電流が流れる
ため、大きな損失となっていた。 【００２２】ところが、この実施例のブラシレスモータ
１では、多重巻亀甲形巻線１９ａ〜１９ｃ間の接続線２
６ａ〜２６ｃに転位を施しているため、多重巻亀甲形巻
線１９ａ〜１９ｃ間の電位差が１／ｋ（ｋは多重巻亀甲
形巻線の組数）に減少することによって、多重巻亀甲形
巻線１９ａ〜１９ｃ間の循環電流が減少する。 【００２３】その結果、図６のグラフに示したように、
発明品（この実施例のブラシレスモータ１）は、巻線間
の接続線に転位を施していない従来品と比較すると２％
〜５％の効率の向上を得ることができた。なお、図６は
回転子３の回転数が１０００rpm における実測値を比較
したものである。 【００２４】〔第１実施例の効果〕以上のように、この
実施例のブラシレスモータ１によれば、３組の多重巻亀
甲形巻線１９ａ〜１９ｃ間の接続線２６ａ〜２６ｃに転
位を施す製造作業が容易となるので、電機子鉄心１８へ
三相の電機子巻線１９を組み付ける組付時間を短縮でき
ることによりブラシレスモータ１の製作コストを低減す
ることができる。 【００２５】また、丸線よりなる多重巻亀甲形巻線１９
ａ〜１９ｃ間の電位差を１／ｋにすることによって、多
重巻亀甲形巻線１９ａ〜１９ｃ間に流れる循環電流を低
減することになりブラシレスモータ１の効率を向上する
ことができる。 【００２６】〔第２実施例の構成〕図７ないし図９は本
発明の第２実施例を示したものである。ここで、図７は
電機子鉄心の内周に一相の電機子巻線のみを巻装した状
態のブラシレスモータを示した図である。 【００２７】この実施例のブラシレスモータ１は、極数
が６極の同期電動機であって、ハウジング２に回転自在
に支持された回転子３、およびハウジング２の内周に取
り付けられた電機子５等より構成されている。 【００２８】回転子３の外周側には、着磁方向が径方向
とされた６個の永久磁石１７が固定されている。電機子
５の電機子鉄心１８の内周には、１８個のスロット２０
が等間隔で形成され、隣設するスロット間にはティース
２１が形成されている。そして、各ティース２１の周り
には、三相の電機子巻線３０（図８参照）が巻装されて
いる。 【００２９】図８はブラシレスモータの三相の電機子巻
線を示した図であり、図９はその三相の電機子巻線のう
ちの一相の電機子巻線の巻装状態を示した図である。こ
の実施例の三相の電機子巻線３０は、第１実施例と同様
に多重巻亀甲形巻線が採用されている。そして、三相の
電機子巻線３０の各相の電機子巻線３０ａは、並列巻線
としての６本の素線（例えば銅製でφ０．７の丸線）３
１〜３６を有している。 【００３０】６本の素線３１〜３６は、それぞれ３つの
ティース２１毎の周りの計６箇所に巻回されているコイ
ル部３１ａ〜３１ｆ、３２ａ〜３２ｆ、３３ａ〜３３
ｆ、３４ａ〜３４ｆ、３５ａ〜３５ｆ、３６ａ〜３６ｆ
を有している。なお、６本の素線３１〜３６のうちの各
スロット２０内の最も奥側に挿入されるコイル部３６
ａ、３５ｂ、３４ｃ、３３ｄ、３２ｅ、３１ｆを、他の
コイル部の巻回数より少なくしている。例えば他のコイ
ル部がｎターン（６Ｔ）であればｎ−１ターン（５Ｔ）
となる。そして、接続線３７〜４１は、各コイル部３１
ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａ、３５ａ、３６ａ〜３１
ｆ、３２ｆ、３３ｆ、３４ｆ、３５ｆ、３６ｆ間を接続
している。 【００３１】また、各相の電機子巻線３０ａの６本の素
線３１〜３６の巻き始めは、全て結線されて給電端子４
３に電気的に接続されている。また、６本の素線３１〜
３６の巻き終りは、全て結線されて三相Ｙ結線の中性点
端子４４に電気的に接続されている。 【００３２】〔第２実施例の作用〕次に、この実施例の
電機子鉄心１８への各相の電機子巻線３０ａは、６本の
素線３１〜３６を、電機子鉄心１８の各スロット２０の
奥側からの素線挿入位置を順次移動させながら各スロッ
ト２０内に挿入することによって、各相の電機子巻線３
０ａの接続線３７〜４１に転位（転位部４５ａ〜４５
ｅ）を行っている。 【００３３】その際に、各相の電機子巻線３０ａの総巻
数は、６ｎターンから（６ｎ−１）ターンに変更され、
１ターン分のブラシレスモータ１の特性（例えばモータ
のトルク回転数特性）の変更が簡単な組付け作業による
転位で且つ簡単な構成で達成される。 【００３４】さらに、電機子鉄心１８の各スロット２０
の奥側からの素線挿入位置を変えて、各スロット２０の
巻回数を等しくしているため、各スロット２０に挿入さ
れているコイル部３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａ、３
５ａ、３６ａ〜３１ｆ、３２ｆ、３３ｆ、３４ｆ、３５
ｆ、３６ｆの電圧を均一にして回転むら等を防止するこ
とができる。 【００３５】〔第２実施例の効果〕以上のように、この
実施例の三相の電機子巻線３０は、各相の電機子巻線３
０ａの巻き始めから巻き終わりまでの総巻数が６本の素
線３１〜３６で同じ巻回数になるように構成されてい
る。また、各接続線３７〜４１で転位（転位部４５ａ〜
４５ｅ）が施されている。このため、スロット２０内に
挿入される素線挿入位置の違いによるインダクタンスの
違いが小さくなり、且つスロット２０の内側と外側のコ
イル部３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａ、３５ａ、３６
ａ〜３１ｆ、３２ｆ、３３ｆ、３４ｆ、３５ｆ、３６ｆ
の大きさの違いによる抵抗値の違いが小さくなる。 【００３６】したがって、コイル部を均圧に結線するこ
ともなく、並列巻線とされた６本の素線３１〜３６より
なる多重巻亀甲形巻線を使用した時に起こるインダクタ
ンスの違いや抵抗値の違いによる各素線３１〜３６間で
発生する電位差がなくなり、各相の電機子巻線３０ａ内
に循環電流が流れ難くなる。このため、ブラシレスモー
タ１の効率を飛躍的に向上させることができる。 【００３７】また、この実施例では、６本の素線３１〜
３６のうちの各スロット２０内の最も奥側に挿入される
コイル部３６ａ、３５ｂ、３４ｃ、３３ｄ、３２ｅ、３
１ｆを、他のコイル部より巻回数を少なくし、且つ各コ
イル部３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａ、３５ａ、３６
ａ〜３１ｆ、３２ｆ、３３ｆ、３４ｆ、３５ｆ、３６ｆ
間で転位を施すという簡単な組付け作業により、ブラシ
レスモータ１の特性（モータのトルク回転数特性）の微
調整を簡単に行うことができる。 【００３８】さらに、全てのスロット２０で各相の電機
子巻線３０ａの導体数（素線の本数）が同時に変わるた
め、６本の素線３１〜３６のコイル部３６ａ、３５ｂ、
３４ｃ、３３ｄ、３２ｅ、３１ｆの巻回数を変更した分
だけ、６本の素線３１〜３６の線径を変更することがで
き、各スロット２０内において各相の電機子巻線３０ａ
の占有率を維持することができる。 【００３９】そして、全てのスロット２０で各相の電機
子巻線３０ａの導体数が同時に変わるため、各スロット
２０内の最も奥側に挿入されるコイル部３６ａ、３５
ｂ、３４ｃ、３３ｄ、３２ｅ、３１ｆの巻回数を変更し
た分だけ素線３１〜３６の線径を変更することができる
ので、巻線占有率を維持することができる。 【００４０】〔第３実施例〕図１０ないし図１２は本発
明の第３実施例を示したものである。ここで、図１０は
電機子鉄心の内周に一相の電機子巻線のみを巻装した状
態のブラシレスモータを示した図である。 【００４１】この実施例のブラシレスモータ１は、極数
が６極の同期電動機であって、ハウジング２に回転自在
に支持された回転子３、およびハウジング２の内周に取
り付けられた電機子５等より構成されている。 【００４２】回転子３の外周側には、着磁方向が径方向
とされた６個の永久磁石１７が固定されている。電機子
５の電機子鉄心１８の内周には、２７個のスロット２０
が等間隔で形成され、隣設するスロット間にはティース
２１が形成されている。そして、各ティース２１の周り
には、三相の電機子巻線５０（図１１参照）が巻装され
ている。 【００４３】図１１はブラシレスモータの三相の電機子
巻線を示した図であり、図１２はその三相の電機子巻線
のうちの一相の電機子巻線の巻装状態を示した図であ
る。この実施例の三相の電機子巻線５０は、第１実施例
と同様に多重巻亀甲形巻線が採用されている。そして、
三相の電機子巻線５０の各相の電機子巻線５０ａは、並
列巻線としての３本の素線（例えば銅製でφ０．７の丸
線）５１〜５３を有している。 【００４４】３本の素線５１〜５３は、それぞれ３つま
たは４つのティース２１毎の周りの計６箇所に巻回され
ているコイル部５１ａ〜５１ｆ、５２ａ〜５２ｆ、５３
ａ〜５３ｆを有している。そして、３本の素線５１〜５
３のうちの各スロット２０内の最も奥側に挿入されるコ
イル部５３ａ、５３ｂ、５２ｃ、５２ｄ、５１ｅ、５１
ｆを、他のコイル部の巻回数（６Ｔ、３Ｔ）より少なく
している。例えばコイル部５３ａ、５２ｃ、５１ｅを４
Ｔ（４ターン）にし、且つコイル部５３ｂ、５２ｄ、５
１ｆを２Ｔ（２ターン）にしている。また、接続線５４
〜５８は、各コイル部５１ａ、５２ａ、５３ａ〜５１
ｆ、５２ｆ、５３ｆ間を接続している。 【００４５】また、各相の電機子巻線５０ａの３本の素
線５１〜５３の巻き始めは、全て結線されて給電端子５
９に電気的に接続されている。また、３本の素線５１〜
５３の巻き終りは、全て結線されて三相Ｙ結線の中性点
端子６０に電気的に接続されている。 【００４６】この実施例の電気子鉄心１８への各相の電
気子巻線５０ａは、３本の素線５１〜５３を、電機子鉄
心１８の各スロット２０の奥側からの素線挿入位置を順
次移動させながら各スロット２０内に挿入することによ
って、接続線５５および接続線５７に転位（転位部６１
ａ、６１ｂ）を行っている。 【００４７】その際に、本来の各素線５１〜５３の総巻
数が２７ターン＝｛（６Ｔ，３Ｔ）×３コイル部｝であ
るものを、２４ターン＝｛（６Ｔ，３Ｔ）×２コイル部
＋（４Ｔ，２Ｔ）×１コイル部｝に変更でき、３ターン
分のブラシレスモータ１の特性（モータのトルク回転数
特性）の変更が簡単な組付け作業による転位で且つ簡単
な構成で達成される。 【００４８】さらに、電機子鉄心１８の各スロット２０
の奥側からの素線挿入位置を変えて、各スロット２０の
巻回数を等しくしているため、各スロット２０に挿入さ
れているコイル部５１ａ、５２ａ、５３ａ〜５１ｆ、５
２ｆ、５３ｆの電圧を均一にして回転むら等を防止する
ことができる。 【００４９】〔変形例〕本実施例では、本発明を極数が
６極の同期電動機であるブラシレスモータ１の電機子５
に用いたが、他の同期電動機、三相誘導電動機、交流発
電機等の回転電機の電機子に用いても良い。また、極数
が４極、８極等の回転電機の電機子に用いても良い。 【００５０】また、三相の電機子巻線の接続方法として
各相の電機子巻線の巻き終りを中性点端子に接続するＹ
結線を用いたが、各相の電機子巻線の巻き始めを中性点
端子に接続するＹ結線を用いても良い。さらに、Δ結線
により各相の電機子巻線の巻き始めと巻き終りを接続す
るようにしても良い。 【００５１】本実施例では、電機子巻線の仕様を変更す
る方法としてスロット内の最も奥側に挿入されるコイル
部の巻回数をその他のコイル部より少なくする方法を用
いたが、スロット内の最も奥側に挿入されるコイル部の
巻回数をその他のコイル部より多くする方法を用いても
良い。なお、巻回数を異ならせるコイル部の挿入位置は
入口側や中間でも良い。また、電機子巻線の仕様を変更
する方法として複数組の素線のうちの１組の素線の線径
を他の組の素線と異ならせる方法を用いても良い。 【００５２】 【発明の効果】本発明は、多重巻亀甲形巻線間の接続線
に簡単な製造作業で転位を施すことができ、且つ多重巻
亀甲形巻線において渦電流損失や循環電流を抑制するこ
とにより効率を向上することができる。
流発電機等に利用可能な回転電機の電機子に関するもの
である。 【０００２】 【従来の技術】従来より、同期電動機および誘導電動機
等の回転電機の電機子巻線は、大容量機では大電流に適
したハーフコイルが採用され、中容量機では平角線を用
いた多重巻亀甲形巻線が採用されているが、小容量機で
は一般に製作の容易な丸線よりなる多重巻亀甲形巻線が
採用されている。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】なお、電機子巻線に
は、交流電流が流れるので、特開昭６１−２７３１４０
号公報に開示された技術のように、電機子巻線の渦電流
を抑制するために多重巻亀甲形巻線の導体を数本から数
十本の素線に分け、さらに多重巻亀甲形巻線同士を接続
する複数本の極間接続線で転位を施して、素線間で発生
する電位差をなくして循環電流を抑制していた。 【０００４】ところが、比較的に素線本数の少ない平角
線を用いた中容量機と異なり、丸線を用いた小容量機で
は、素線本数が非常に多い。このため、多重巻亀甲形巻
線同士と複数本の極間接続線との接続は、素線本数が多
くなればなる程複雑な作業となるという不具合があっ
た。 【０００５】本発明は、丸線よりなる多重巻亀甲形巻線
間の接続線に転位を施す製造作業が容易で、しかも効率
を向上することが可能な回転電機の電機子の提供を目的
とする。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明は、複数のスロッ
トが等間隔で形成された電機子鉄心と、前記複数のスロ
ット内に挿入された電機子巻線とを備えた回転電機の電
機子において、前記電機子巻線は、丸線よりなる複数の
多重巻亀甲形巻線、および隣設する多重巻亀甲形巻線を
接続する接続線を具備し、前記多重巻亀甲形巻線は、等
しい本数の素線よりなる複数の組に分けられ、その多重
巻亀甲形巻線の組毎に前記スロットの奥側からの挿入位
置を順次変更して前記電機子鉄心に巻回されてなる技術
手段を採用した。 【０００７】 【作用】本発明によれば、多重巻亀甲形巻線を等しい本
数の素線よりなる複数の組に分け、その組毎にスロット
の奥側からの挿入位置を順次変更することにより、組毎
の多重巻亀甲形巻線間の接続線の上下の位置が交換され
る。これによって、多重巻亀甲形巻線間の接続線に転位
が施されるので、多重巻亀甲形巻線において渦電流損失
や循環電流が少なくなる。 【０００８】 【実施例】次に、本発明の回転電機の電機子をブラシレ
スモータの電機子に利用した例を図に基づいて説明す
る。 【０００９】〔第１実施例の構成〕図１ないし図６は本
発明の第１実施例を示したものである。ここで、図１は
ブラシレスモータを示した図である。 【００１０】ブラシレスモータ１は、極数が６極の同期
電動機であって、例えば電気自動車の走行用モータとし
て用いられる。このブラシレスモータ１は、ハウジング
２、回転子３、位置検出器４および電機子５等より構成
されている。 【００１１】ハウジング２は、円筒状に形成され、内周
に電機子５が取り付けられ、外周に複数の冷却フィン６
が一体形成されている。このハウジング２の一端部に
は、円環板状のフロントフレーム７がビス８にて機械的
に締結されている。また、ハウジング２の他端部には、
円環板状のリヤフレーム９がビス１０にて機械的に締結
されている。なお、リヤフレーム９には、後述する三相
の電機子巻線１９に電力を供給する給電端子１１との間
を電気的に絶縁するための筒状の樹脂製絶縁体１２が取
り付けられている。また、給電端子１１は、ナット１３
により樹脂製絶縁体１２に固定されている。 【００１２】回転子３は、フロントフレーム７とリヤフ
レーム９とにベアリング１４、１５を介して回転自在に
支持された回転軸１６を備え、内部に永久磁石１７を内
蔵している。 【００１３】位置検出器４は、回転子３の回転角度を検
出するもので、この検出した回転子３の回転角度を電気
信号に変換してコンピュータ（図示せず）へ出力する。 【００１４】図２はブラシレスモータの電機子の主要部
を示した図である。電機子５は、ハウジング２の内周面
に固定された電機子鉄心１８、およびこの電機子鉄心１
８に巻装された三相の電機子巻線１９等より構成されて
いる。電機子鉄心１８は、内周に１８個のスロット２０
を等間隔で形成した薄鋼板を多数軸方向に積層してな
る。また、隣設するスロット２０間には、ティース２１
がそれぞれ形成されている。 【００１５】図３および図４はブラシレスモータの三相
の電機子巻線のうちの一相の電機子巻線の巻装状態を示
した図である。三相の電機子巻線１９は、図１に示した
ように、給電端子１１にリード線２２を介して電気的に
接続されている。リード線２２は、図１に示したよう
に、ビス２３にて給電端子１１に固定されている。ま
た、三相の電機子巻線１９は、渦電流による損失を防止
するための分割巻線として、図３および図４（ａ）〜図
４（ｄ）に示したように、３組の多重巻亀甲形巻線１９
ａ〜１９ｃをそれぞれ採用している。 【００１６】なお、３組の多重巻亀甲形巻線１９ａ〜１
９ｃは、図２に示したように、それぞれ６本の素線（例
えば銅製でφ０．７の丸線）よりなり、ティース２１の
周りをそれぞれ６周ずつするように巻回されている。 【００１７】そして、３組の多重巻亀甲形巻線１９ａ〜
１９ｃは、図３および図４（ｄ）に示したように、電機
子鉄心１８のスロット２０の奥側からの巻線挿入位置を
順次移動させながら電機子鉄心１８のスロット２０内に
挿入されている。また、３組の多重巻亀甲形巻線１９ａ
〜１９ｃの巻始め２４ａ〜２４ｃと３組の多重巻亀甲形
巻線１９ａ〜１９ｃの巻終り２５ａ〜２５ｃとは、接続
線２６ａ〜２６ｃにより電気的に接続されている。これ
によって、３組の多重巻亀甲形巻線１９ａ〜１９ｃ間の
接続線２６ａ〜２６ｃには、図３に破線で示したよう
に、接続線２６ａ〜２６ｃの上、中、下の位置を交換し
た転位部２７が設けられている。 【００１８】〔第１実施例の作用〕次に、この実施例の
電機子鉄心１８への三相の電機子巻線１９の組付方法を
図１ないし図６に基づいて簡単に説明する。 【００１９】一相の電機子巻線を各々が複数本の素線よ
りなる複数組の多重巻亀甲形巻線に分割する。ここで、
電機子鉄心のスロット数をＮ、電機子巻線の相数をｍと
し、多重巻亀甲形巻線の組数をｋとしたときに、ｋ＝Ｎ
／（２×ｍ）を満足するように多重巻亀甲形巻線の組数
が設定されている。すなわち、この実施例では、電機子
鉄心１８のスロット２０の数（Ｎ）が１８個、電機子巻
線１９の相数（ｍ）が三相であるから、図３および図４
に示したように、多重巻亀甲形巻線１９ａ〜１９ｃの組
数（ｋ）は３組に設定されている。 【００２０】そして、３組の多重巻亀甲形巻線１９ａ〜
１９ｃを、図３および図４（ｄ）に示したように、電機
子鉄心１８のスロット２０の奥側からの巻線挿入位置を
順次変更することにより、３組の多重巻亀甲形巻線１９
ａ〜１９ｃ間の接続線２６ａ〜２６ｃの上、中、下の位
置が交換される。このような電機子鉄心１８への三相の
電機子巻線１９の簡単な組付作業によって、３組の多重
巻亀甲形巻線１９ａ〜１９ｃ間の接続線２６ａ〜２６ｃ
に転位し（転位部２７）が施される。他の相の電機子巻
線１９も同様にして３組の多重巻亀甲形巻線１９ａ〜１
９ｃ間の接続線２６ａ〜２６ｃに転位が施される。 【００２１】ここで、電機子鉄心１８のスロット２０の
奥側からの巻線挿入位置と巻線に発生する逆起電力の関
係は、図５のグラフに示すように、漏れ磁束があるため
にスロット２０の奥側より入口側に近づくほど逆起電力
が大きく、巻線間の接続線に転位を施していない従来の
技術ではこの電位差の影響で巻線間に循環電流が流れる
ため、大きな損失となっていた。 【００２２】ところが、この実施例のブラシレスモータ
１では、多重巻亀甲形巻線１９ａ〜１９ｃ間の接続線２
６ａ〜２６ｃに転位を施しているため、多重巻亀甲形巻
線１９ａ〜１９ｃ間の電位差が１／ｋ（ｋは多重巻亀甲
形巻線の組数）に減少することによって、多重巻亀甲形
巻線１９ａ〜１９ｃ間の循環電流が減少する。 【００２３】その結果、図６のグラフに示したように、
発明品（この実施例のブラシレスモータ１）は、巻線間
の接続線に転位を施していない従来品と比較すると２％
〜５％の効率の向上を得ることができた。なお、図６は
回転子３の回転数が１０００rpm における実測値を比較
したものである。 【００２４】〔第１実施例の効果〕以上のように、この
実施例のブラシレスモータ１によれば、３組の多重巻亀
甲形巻線１９ａ〜１９ｃ間の接続線２６ａ〜２６ｃに転
位を施す製造作業が容易となるので、電機子鉄心１８へ
三相の電機子巻線１９を組み付ける組付時間を短縮でき
ることによりブラシレスモータ１の製作コストを低減す
ることができる。 【００２５】また、丸線よりなる多重巻亀甲形巻線１９
ａ〜１９ｃ間の電位差を１／ｋにすることによって、多
重巻亀甲形巻線１９ａ〜１９ｃ間に流れる循環電流を低
減することになりブラシレスモータ１の効率を向上する
ことができる。 【００２６】〔第２実施例の構成〕図７ないし図９は本
発明の第２実施例を示したものである。ここで、図７は
電機子鉄心の内周に一相の電機子巻線のみを巻装した状
態のブラシレスモータを示した図である。 【００２７】この実施例のブラシレスモータ１は、極数
が６極の同期電動機であって、ハウジング２に回転自在
に支持された回転子３、およびハウジング２の内周に取
り付けられた電機子５等より構成されている。 【００２８】回転子３の外周側には、着磁方向が径方向
とされた６個の永久磁石１７が固定されている。電機子
５の電機子鉄心１８の内周には、１８個のスロット２０
が等間隔で形成され、隣設するスロット間にはティース
２１が形成されている。そして、各ティース２１の周り
には、三相の電機子巻線３０（図８参照）が巻装されて
いる。 【００２９】図８はブラシレスモータの三相の電機子巻
線を示した図であり、図９はその三相の電機子巻線のう
ちの一相の電機子巻線の巻装状態を示した図である。こ
の実施例の三相の電機子巻線３０は、第１実施例と同様
に多重巻亀甲形巻線が採用されている。そして、三相の
電機子巻線３０の各相の電機子巻線３０ａは、並列巻線
としての６本の素線（例えば銅製でφ０．７の丸線）３
１〜３６を有している。 【００３０】６本の素線３１〜３６は、それぞれ３つの
ティース２１毎の周りの計６箇所に巻回されているコイ
ル部３１ａ〜３１ｆ、３２ａ〜３２ｆ、３３ａ〜３３
ｆ、３４ａ〜３４ｆ、３５ａ〜３５ｆ、３６ａ〜３６ｆ
を有している。なお、６本の素線３１〜３６のうちの各
スロット２０内の最も奥側に挿入されるコイル部３６
ａ、３５ｂ、３４ｃ、３３ｄ、３２ｅ、３１ｆを、他の
コイル部の巻回数より少なくしている。例えば他のコイ
ル部がｎターン（６Ｔ）であればｎ−１ターン（５Ｔ）
となる。そして、接続線３７〜４１は、各コイル部３１
ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａ、３５ａ、３６ａ〜３１
ｆ、３２ｆ、３３ｆ、３４ｆ、３５ｆ、３６ｆ間を接続
している。 【００３１】また、各相の電機子巻線３０ａの６本の素
線３１〜３６の巻き始めは、全て結線されて給電端子４
３に電気的に接続されている。また、６本の素線３１〜
３６の巻き終りは、全て結線されて三相Ｙ結線の中性点
端子４４に電気的に接続されている。 【００３２】〔第２実施例の作用〕次に、この実施例の
電機子鉄心１８への各相の電機子巻線３０ａは、６本の
素線３１〜３６を、電機子鉄心１８の各スロット２０の
奥側からの素線挿入位置を順次移動させながら各スロッ
ト２０内に挿入することによって、各相の電機子巻線３
０ａの接続線３７〜４１に転位（転位部４５ａ〜４５
ｅ）を行っている。 【００３３】その際に、各相の電機子巻線３０ａの総巻
数は、６ｎターンから（６ｎ−１）ターンに変更され、
１ターン分のブラシレスモータ１の特性（例えばモータ
のトルク回転数特性）の変更が簡単な組付け作業による
転位で且つ簡単な構成で達成される。 【００３４】さらに、電機子鉄心１８の各スロット２０
の奥側からの素線挿入位置を変えて、各スロット２０の
巻回数を等しくしているため、各スロット２０に挿入さ
れているコイル部３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａ、３
５ａ、３６ａ〜３１ｆ、３２ｆ、３３ｆ、３４ｆ、３５
ｆ、３６ｆの電圧を均一にして回転むら等を防止するこ
とができる。 【００３５】〔第２実施例の効果〕以上のように、この
実施例の三相の電機子巻線３０は、各相の電機子巻線３
０ａの巻き始めから巻き終わりまでの総巻数が６本の素
線３１〜３６で同じ巻回数になるように構成されてい
る。また、各接続線３７〜４１で転位（転位部４５ａ〜
４５ｅ）が施されている。このため、スロット２０内に
挿入される素線挿入位置の違いによるインダクタンスの
違いが小さくなり、且つスロット２０の内側と外側のコ
イル部３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａ、３５ａ、３６
ａ〜３１ｆ、３２ｆ、３３ｆ、３４ｆ、３５ｆ、３６ｆ
の大きさの違いによる抵抗値の違いが小さくなる。 【００３６】したがって、コイル部を均圧に結線するこ
ともなく、並列巻線とされた６本の素線３１〜３６より
なる多重巻亀甲形巻線を使用した時に起こるインダクタ
ンスの違いや抵抗値の違いによる各素線３１〜３６間で
発生する電位差がなくなり、各相の電機子巻線３０ａ内
に循環電流が流れ難くなる。このため、ブラシレスモー
タ１の効率を飛躍的に向上させることができる。 【００３７】また、この実施例では、６本の素線３１〜
３６のうちの各スロット２０内の最も奥側に挿入される
コイル部３６ａ、３５ｂ、３４ｃ、３３ｄ、３２ｅ、３
１ｆを、他のコイル部より巻回数を少なくし、且つ各コ
イル部３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａ、３５ａ、３６
ａ〜３１ｆ、３２ｆ、３３ｆ、３４ｆ、３５ｆ、３６ｆ
間で転位を施すという簡単な組付け作業により、ブラシ
レスモータ１の特性（モータのトルク回転数特性）の微
調整を簡単に行うことができる。 【００３８】さらに、全てのスロット２０で各相の電機
子巻線３０ａの導体数（素線の本数）が同時に変わるた
め、６本の素線３１〜３６のコイル部３６ａ、３５ｂ、
３４ｃ、３３ｄ、３２ｅ、３１ｆの巻回数を変更した分
だけ、６本の素線３１〜３６の線径を変更することがで
き、各スロット２０内において各相の電機子巻線３０ａ
の占有率を維持することができる。 【００３９】そして、全てのスロット２０で各相の電機
子巻線３０ａの導体数が同時に変わるため、各スロット
２０内の最も奥側に挿入されるコイル部３６ａ、３５
ｂ、３４ｃ、３３ｄ、３２ｅ、３１ｆの巻回数を変更し
た分だけ素線３１〜３６の線径を変更することができる
ので、巻線占有率を維持することができる。 【００４０】〔第３実施例〕図１０ないし図１２は本発
明の第３実施例を示したものである。ここで、図１０は
電機子鉄心の内周に一相の電機子巻線のみを巻装した状
態のブラシレスモータを示した図である。 【００４１】この実施例のブラシレスモータ１は、極数
が６極の同期電動機であって、ハウジング２に回転自在
に支持された回転子３、およびハウジング２の内周に取
り付けられた電機子５等より構成されている。 【００４２】回転子３の外周側には、着磁方向が径方向
とされた６個の永久磁石１７が固定されている。電機子
５の電機子鉄心１８の内周には、２７個のスロット２０
が等間隔で形成され、隣設するスロット間にはティース
２１が形成されている。そして、各ティース２１の周り
には、三相の電機子巻線５０（図１１参照）が巻装され
ている。 【００４３】図１１はブラシレスモータの三相の電機子
巻線を示した図であり、図１２はその三相の電機子巻線
のうちの一相の電機子巻線の巻装状態を示した図であ
る。この実施例の三相の電機子巻線５０は、第１実施例
と同様に多重巻亀甲形巻線が採用されている。そして、
三相の電機子巻線５０の各相の電機子巻線５０ａは、並
列巻線としての３本の素線（例えば銅製でφ０．７の丸
線）５１〜５３を有している。 【００４４】３本の素線５１〜５３は、それぞれ３つま
たは４つのティース２１毎の周りの計６箇所に巻回され
ているコイル部５１ａ〜５１ｆ、５２ａ〜５２ｆ、５３
ａ〜５３ｆを有している。そして、３本の素線５１〜５
３のうちの各スロット２０内の最も奥側に挿入されるコ
イル部５３ａ、５３ｂ、５２ｃ、５２ｄ、５１ｅ、５１
ｆを、他のコイル部の巻回数（６Ｔ、３Ｔ）より少なく
している。例えばコイル部５３ａ、５２ｃ、５１ｅを４
Ｔ（４ターン）にし、且つコイル部５３ｂ、５２ｄ、５
１ｆを２Ｔ（２ターン）にしている。また、接続線５４
〜５８は、各コイル部５１ａ、５２ａ、５３ａ〜５１
ｆ、５２ｆ、５３ｆ間を接続している。 【００４５】また、各相の電機子巻線５０ａの３本の素
線５１〜５３の巻き始めは、全て結線されて給電端子５
９に電気的に接続されている。また、３本の素線５１〜
５３の巻き終りは、全て結線されて三相Ｙ結線の中性点
端子６０に電気的に接続されている。 【００４６】この実施例の電気子鉄心１８への各相の電
気子巻線５０ａは、３本の素線５１〜５３を、電機子鉄
心１８の各スロット２０の奥側からの素線挿入位置を順
次移動させながら各スロット２０内に挿入することによ
って、接続線５５および接続線５７に転位（転位部６１
ａ、６１ｂ）を行っている。 【００４７】その際に、本来の各素線５１〜５３の総巻
数が２７ターン＝｛（６Ｔ，３Ｔ）×３コイル部｝であ
るものを、２４ターン＝｛（６Ｔ，３Ｔ）×２コイル部
＋（４Ｔ，２Ｔ）×１コイル部｝に変更でき、３ターン
分のブラシレスモータ１の特性（モータのトルク回転数
特性）の変更が簡単な組付け作業による転位で且つ簡単
な構成で達成される。 【００４８】さらに、電機子鉄心１８の各スロット２０
の奥側からの素線挿入位置を変えて、各スロット２０の
巻回数を等しくしているため、各スロット２０に挿入さ
れているコイル部５１ａ、５２ａ、５３ａ〜５１ｆ、５
２ｆ、５３ｆの電圧を均一にして回転むら等を防止する
ことができる。 【００４９】〔変形例〕本実施例では、本発明を極数が
６極の同期電動機であるブラシレスモータ１の電機子５
に用いたが、他の同期電動機、三相誘導電動機、交流発
電機等の回転電機の電機子に用いても良い。また、極数
が４極、８極等の回転電機の電機子に用いても良い。 【００５０】また、三相の電機子巻線の接続方法として
各相の電機子巻線の巻き終りを中性点端子に接続するＹ
結線を用いたが、各相の電機子巻線の巻き始めを中性点
端子に接続するＹ結線を用いても良い。さらに、Δ結線
により各相の電機子巻線の巻き始めと巻き終りを接続す
るようにしても良い。 【００５１】本実施例では、電機子巻線の仕様を変更す
る方法としてスロット内の最も奥側に挿入されるコイル
部の巻回数をその他のコイル部より少なくする方法を用
いたが、スロット内の最も奥側に挿入されるコイル部の
巻回数をその他のコイル部より多くする方法を用いても
良い。なお、巻回数を異ならせるコイル部の挿入位置は
入口側や中間でも良い。また、電機子巻線の仕様を変更
する方法として複数組の素線のうちの１組の素線の線径
を他の組の素線と異ならせる方法を用いても良い。 【００５２】 【発明の効果】本発明は、多重巻亀甲形巻線間の接続線
に簡単な製造作業で転位を施すことができ、且つ多重巻
亀甲形巻線において渦電流損失や循環電流を抑制するこ
とにより効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に用いたブラシレスモータ
を示した縦断面図である。 【図２】本発明の第１実施例に用いたブラシレスモータ
の電機子の主要部を示した断面図である。 【図３】本発明の第１実施例に用いた一相の電機子巻線
の巻装状態を示した展開図である。 【図４】本発明の第１実施例に用いた一相の電機子巻線
の多重巻亀甲形巻線の各々の巻装状態を示した展開図お
よび概略図である。 【図５】巻線に発生する逆起電力とスロット内の巻線挿
入位置との関係を示したグラフである。 【図６】本発明の第１実施例に用いたブラシレスモータ
の効率と出力トルクとの関係を示したグラフである。 【図７】本発明の第２実施例に用いた一相の電機子巻線
のみを巻装した状態のブラシレスモータを示した横断面
図である。 【図８】本発明の第２実施例に用いた三相の電機子巻線
を示した回路図である。 【図９】本発明の第２実施例に用いた一相の電機子巻線
の巻装状態を示した展開図である。 【図１０】本発明の第３実施例に用いた一相の電機子巻
線のみを巻装した状態のブラシレスモータを示した横断
面図である。 【図１１】本発明の第３実施例に用いた三相の電機子巻
線を示した回路図である。 【図１２】本発明の第３実施例に用いた一相の電機子巻
線の巻装状態を示した展開図である。 【符号の説明】 １ ブラシレスモータ ５ 電機子 １８ 電機子鉄心 １９ 三相の電機子巻線 ２０ スロット ２７ 転位部 １９ａ 多重巻亀甲形巻線 １９ｂ 多重巻亀甲形巻線 １９ｃ 多重巻亀甲形巻線 ２６ａ 接続線 ２６ｂ 接続線 ２６ｃ 接続線
を示した縦断面図である。 【図２】本発明の第１実施例に用いたブラシレスモータ
の電機子の主要部を示した断面図である。 【図３】本発明の第１実施例に用いた一相の電機子巻線
の巻装状態を示した展開図である。 【図４】本発明の第１実施例に用いた一相の電機子巻線
の多重巻亀甲形巻線の各々の巻装状態を示した展開図お
よび概略図である。 【図５】巻線に発生する逆起電力とスロット内の巻線挿
入位置との関係を示したグラフである。 【図６】本発明の第１実施例に用いたブラシレスモータ
の効率と出力トルクとの関係を示したグラフである。 【図７】本発明の第２実施例に用いた一相の電機子巻線
のみを巻装した状態のブラシレスモータを示した横断面
図である。 【図８】本発明の第２実施例に用いた三相の電機子巻線
を示した回路図である。 【図９】本発明の第２実施例に用いた一相の電機子巻線
の巻装状態を示した展開図である。 【図１０】本発明の第３実施例に用いた一相の電機子巻
線のみを巻装した状態のブラシレスモータを示した横断
面図である。 【図１１】本発明の第３実施例に用いた三相の電機子巻
線を示した回路図である。 【図１２】本発明の第３実施例に用いた一相の電機子巻
線の巻装状態を示した展開図である。 【符号の説明】 １ ブラシレスモータ ５ 電機子 １８ 電機子鉄心 １９ 三相の電機子巻線 ２０ スロット ２７ 転位部 １９ａ 多重巻亀甲形巻線 １９ｂ 多重巻亀甲形巻線 １９ｃ 多重巻亀甲形巻線 ２６ａ 接続線 ２６ｂ 接続線 ２６ｃ 接続線
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭63−234851（ＪＰ，Ａ)
特開 昭57−3541（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H02K 3/14
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】複数のスロットが等間隔で形成された電機
子鉄心と、前記複数のスロット内に挿入された電機子巻
線とを備えた回転電機の電機子において、 前記電機子巻線は、丸線よりなる複数の多重巻亀甲形巻
線、および隣設する多重巻亀甲形巻線を接続する接続線
を具備し、 前記多重巻亀甲形巻線は、等しい本数の素線よりなる複
数の組に分けられ、その多重巻亀甲形巻線の組毎に前記
スロットの奥側からの挿入位置を順次変更して前記電機
子鉄心に巻回されてなることを特徴とする回転電機の電
機子。
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- 1993-12-20 JP JP31933293A patent/JP3444637B2/ja not_active Expired - Fee Related
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