JP3738907B2

JP3738907B2 - 電機子

Info

Publication number: JP3738907B2
Application number: JP2003071665A
Authority: JP
Inventors: 猛池田; 裕司進藤; 勝彦山田; 和大雪下
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2003-03-17
Filing date: 2003-03-17
Publication date: 2006-01-25
Anticipated expiration: 2023-03-17
Also published as: JP2004282919A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電機子コアおよびこれを用いた電機子およびこの電機子を用いた電動機に関する。さらに詳しくは、発電機や電動機における電機子（ステータ）コア、および、このステータコアにコイル（電機子巻き線）が装着されたステータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の、電機子巻線の導体（素線）として丸線または平角線が用いられている。一般に、丸線を用いる場合は素線状態でステータコアのスロットに挿入しつつティースに巻き付けていく。この際、スロット内に素線が十分に充満するように、換言すれば素線のスロット内における占積率を向上させるため、特別のジグを用いて素線群を押圧して成形している（たとえば、特許文献１参照）。高い占積率が好ましいのは、同一サイズで流す電流量を多くすることができ、そのため同一性能でよりコンパクトな電動機や発電機を製造することができるからである。また、コイルがスロット内面に接触することによりコイルの冷却効果が向上するからである。
【０００３】
一方、平角線を用いる場合は一般的に、予めスロットに嵌入し得る形状のコイルに成形したうえでティースに嵌め込むように装着している。この場合コイルは二つ形成され、これらがスロットの奥部（下部）と開口側たる手前部（上部）とにそれぞれ装着される。下部に装着されるコイルは下口コイル、上部に装着されるコイルは上口コイルと呼ばれている。
【０００４】
ステータコアのティースおよびスロットは、環状（円筒状）のコアヨークの内周面に中心方向に向けて形成されているため、両方とも全長にわたって同一幅に形成することができない。図４に示すコア５１のようにティース５２を均一幅に形成するとスロット５３はその上端開口幅が下端底部幅より狭くなり、図５に示すコア５４のようにスロット５３を均一幅に形成するとティース５２はその上端幅が下端幅より狭くなる。いずれの場合にも高い占積率でコイルを装着することができない。
【０００５】
すなわち、図４のコア５１では、装着する下口コイル５５の幅はスロット５３の上端開口幅に制限されて小さくせざるを得ないため、下口コイル５５とスロットの下部との間に大きな隙間が生じる。図５のコア５１では、一つのティースの両側のスロット間口がスロット下部の幅より狭いので、下口コイル５５を挿入するときにコイルを狭い間口に合わせるために縮小させるように変形させなければならない。これはやっかいな作業であるとともに、絶縁処理等を施してあるコイルを変形させることは信頼性の面からも避けたい。また、下口コイル５５と上口コイル５６とを同一寸法とした場合は、スロットの下部における下口コイル５５の外側と、スロットの上部における上口コイル５６の内周側に大きな隙間が生じて占積率を上昇させることができない。
【０００６】
これらの問題を解消するために一のティースに嵌着するコイルの断面形状と、その隣のティースに嵌着するティースに嵌着するコイルの断面形状とを相違させることにより、スロット内の占積率を向上させようとするステータの提案がなされている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００７】
図６に示すようにこのステータ５７は、二種類のコイル５８、５９が一体となってスロット６０を埋めるように構成されている。二種類のコイル５８、５９は適切な装着順序によってスロット６０内に装着され得るというものである。しかしながら、この技術では二種類の形状のコイルを必要とするし、台形断面のコイルを形成する必要がある。これは、平角線を用いて成形したときにコイルの端面と平角線の側面とが傾斜する。すなわち、コイルの端面と平角線の側面とが一致しないので空間が生じ、好ましくない。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−２５８２１５号公報
【特許文献２】
特開平１１−３２４５７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、簡易な構成によってステータのスロット内におけるコイルの占積率が向上した電機子（ステータ）およびこのステータに好適なコアを提供することを目的としている。さらに、このステータを用いた電動機を提供することをも目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の電機子コアは、その内周側にスロットを挟み且つ交互に形成された、第一コイルがその周囲に嵌着される第一ティース、および、第二コイルがその周囲に嵌着される第二ティースを備えた環状の電機子コアであって、上記第一ティースのうち、少なくとも第一コイルが嵌着される部分である下部が一定幅で且つ上部と同一幅かまたは上部より幅広にされており、第二ティースのうち、第二コイルが嵌着される部分である上部が下部より幅狭で且つ一定の幅にされており、上記スロットのうち、第一コイルが嵌入される部分である下部が一定幅にされている。
【００１１】
かかるコアによれば、第一ティースの回りであってスロットの奧側（下部）に装着される第一コイルの幅をスロットの下部の幅と実質同一にすることにより、スロット内に余分な空間が生じず、コイルの占積率が上昇する。また、上記装着された第一コイルの上つまりスロットの手前側（上部）であって、第二ティースの回りに装着される第二コイルの幅を適切に選択することにより、スロット内に余分な空間が生じることを抑制することができ、コイルの占積率が上昇する。
【００１２】
上記コアにおいて、第一ティースの幅を上部および下部の全長にわたって一定幅にすることができる。この場合、製造が容易であり、しかも、第一ティースの回りに第一コイルをスムーズに装着することができる。
【００１３】
または、上記コアにおいて、スロットのうち、第二コイルが嵌入される部分である上部を一定幅にするのが好ましい。換言すれば、第一ティースの上部の側面を第二ティースの側面に平行に形成することである。こうすることにより、スロット内のコイルの占積率がさらに上昇する。
【００１４】
本発明の電機子は、前述した本発明の電機子コアのうちのいずれか一の電機子コアと、このコアの第一ティースを取り巻く状態でスロットの下部に嵌入される第一コイルと、第二ティースを取り巻く状態でスロットの上部に嵌入される第二コイルとを備えている。
【００１５】
かかる電機子によれば、スロット内のコイルの占積率が高くなるので、同一サイズの電機子に対して流す電流量を多くすることができ、そのため同一性能でよりコンパクトな電動機や発電機を製造することができる。また、コイルのスロット内面に接触する部分が増大することにより冷却効果も向上する。
【００１６】
この電機子のうち、第一ティースの少なくとも下部が一定幅にされ、第二ティースの上部が下部より幅狭で且つ一定の幅にされ、上記スロットの奥側が一定幅にされた電機子コアを備えたものであり、上記第一コイルが、その両側に実質的に隙間無くスロットの下部に嵌入されてなる電機子が好ましい。さらに、第一ティースの幅を全長にわたって一定幅にするのが好ましい。
【００１７】
または、第一ティースの少なくとも下部が一定幅にされ、第二ティースの上部が下部より幅狭で且つ一定の幅にされ、上記スロットの奥側が一定幅にされ、スロットの上部が一定幅にされた電機子コアを備えたものであり、上記第二コイルが、その両側に実質的に隙間無くスロットの上部に嵌入されてなる電機子が好ましい。スロット内のコイルの占積率が一層高くなるからである。
【００１８】
本発明の電動機は、前述した本発明の電機子のうちのいずれか一の電機子と、この電機子内に配置された回転子とを備えている。かかる電動機は、同一サイズの電機子に対して流す電流量を多くすることができ、そのため同一性能でよりコンパクトに形成することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
添付の図面を参照しながら本発明の電機子および電機子コアの実施形態を説明する。
【００２０】
図１は本発明の一実施形態である電機子（以下、ステータという）の組み立て前斜視図である。図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【００２１】
図中、ステータ１は短円筒状（環状ともいう）のコア２と、このコア２の内周側に装着される上口コイル（第二コイル）３および下口コイル（第一コイル）４とを備えている。コア２は外周部を構成する環状のコアヨーク部５とこのコアヨーク部５の内周側に中心線ＣＬに向いて突設された複数本のティース６、７とを備えている。ティースは、それらの間にスロット８を形成しつつ一定間隔をおいて交互に配置された第一ティース６と第二ティース７とからなる。上記下口コイル４は第一ティース６を取り巻くようにスロット８の下部（ヨーク部５寄りの部分）８ｂに嵌着され、上口コイル３は第二ティース７を取り巻くようにスロット８の上部（コア２の中心線ＣＬ寄りの部分）８ａに嵌着される。
【００２２】
以下、ティースとコイルとの嵌合状態を図２を参照しつつそれらの断面形状で説明する。
【００２３】
図２に示すように、第一ティース６はコア２の半径方向の全長にわたって均一幅となるように形成されている。一方、第二ティース７はその上部（コア２の中心線ＣＬ寄りの部分）７ａの幅が、下部（ヨーク部５寄りの部分）７ｂの幅より狭くされ、しかも、均一幅となるように形成されている。これにより、第二ティース７にはその長さの中間点に変幅点７ｃが形成され、断面形状が全体として凸状となる。また、第二ティース７の下部７ｂの側面は第一ティース６の側面と平行になるように形成されている。スロット８の下部を均一幅にするためである。したがって、第二ティース７の下部７ｂはコア２の半径方向外方に行くにつれて幅が広くなっている。各スロット８の上端開口の幅Ｗａはスロット８の下部８ｂの幅Ｗｂとほぼ同一にされており、この幅Ｗａ（＝Ｗｂ）は各コイル３、４を挿入しうるようにコイル３、４の幅よりきわめて僅かに大きくされている。
【００２４】
以上の構成により、スロット８の下部では装着された下口コイル４の外面とスロット下部８ｂの内面との隙間がほとんど無く、コイルの占積率が高い。一方、スロット８の上部８ａでは、上口コイル３の外面とスロット上部８ａの内面との間に、スロット８の開口端を起点とする小さい鋭角三角形状断面の隙間Ｇが生じることになる。第一ティース６が均一幅であり、第二ティース上部７ａも均一幅だからである。しかし、この隙間Ｇはスロットの上半分のみに生じるため、従来のステータコア５１（図４）に生じるティース全長にわたる三角状隙間よりはるかに小さいものである。
【００２５】
本実施形態では、上口コイル３と下口コイル４とは同一サイズにされている。したがって、いずれをスロット８の上部および下部に装着してもよい。コイル３、４の内径側（中空部）の幅は、嵌着されるティースの部分の幅にほぼ一致するように、いずれも同一で且つ均一にされている。このために、第一ティース６の幅と第二ティース上部７ａの幅とは同一されている。また、第二ティースの上部７ａおよび下部７ｂの長さはほぼ同一であり、コイル３、４の厚さとほぼ同一寸法にされている。換言すれば、スロットの上部８ａの長さ（深さ）と下部８ｂの長さ（深さ）とはほぼ同一であり、コイル３、４の厚さ（図２、図３中の上下方向の寸法）とほぼ同一寸法にされていることになる。
【００２６】
しかし、本発明ではスロットの上部８ａと下部８ｂとの長さを同一にすることに限定されず、上口コイル３と下口コイル４との厚さを同一にすることに限定されず、異なる寸法であってもよい。厚さを異ならせる場合は、幅も相違させることにより、上下のコイルの断面積を同一にするのが好ましい。
【００２７】
このコア２にコイル３、４を装着するときは、まず下口コイル４を第一ティース６回りに嵌着する。第一ティース６は全長にわたって均一幅であるためスムーズにコイル４を挿入することができる。ついで、上口コイル３を第二ティース７の上部７ａ回りに嵌着する。第二ティース７の上部７ａは均一幅であるためスムーズにコイル３を挿入することができる。装着時にコイル３、４を変形させる必要はない。
【００２８】
本実施形態では両コイル３、４を同一幅にしているが、かかる構成に限定されない。たとえば、第二ティース７の上部７ａの幅をさらに小さく形成することにより、上口コイル３の幅を第二ティース７の上部７ａの幅に見合うだけ大きく形成することができる。この場合、上口コイル３の外形は同じであるが、その内径側（中空部）の大きさが小さくなるのである。このようにしても上記隙間Ｇが拡大することがないため、占積率はさらに向上することになる。
【００２９】
図３には他のステータ１１およびそのコア１２が示されている。このステータ１１は、その第一ティース１６の上部１６ａの幅、スロット１８の上部１８ａの幅、並びに、上口コイル１３の幅および外形が前述のステータ１（図２）におけるものとそれぞれ異なっている。その他の点については同一であるため、同一構成部には図２と同一符号を付してその説明を省略する。
【００３０】
このステータ１１では、その第一ティース１６の上部１６ａと下部１６ｂとで幅が異なっている。下部１６ｂは前述のステータ１の第一ティース下部６ｂと同様に均一幅にされているが、上部１６ａはその先端に行くほど幅狭にされている。具体的には、第一ティース上部１６ａの側面は第二ティース上部７ａの側面に平行にされている。したがって、スロット上部１８ａの幅が均一となり、図２のスロット上部８ａの幅より大きくなっている。そして、上口コイル１３の幅はこのスロット上部８ａの幅にほぼ一致するように設定される。その結果、この上口コイル１３の幅は図２の上口コイル３の幅より大きくされる。これは、コイル１３の外形が大きくされているのであって、その中空部は図２の上口コイル３と同一寸法であり、本実施形態の第一ティース下部１６ｂの幅と同一である。
【００３１】
本実施形態によれば、上口コイル１３と下口コイル４との形状寸法は異なるが、スロット１８内におけるコイルの占積率はさらに高くなる。いずれのコイル１３、４の側面側にも実質的に隙間が生じないからである。
【００３２】
以上説明した実施形態では、一のティースの回りにコイルが形成される、いわゆる集中巻きの巻線（コイル）を用いている。したがって、複数個のティースの回りに巻線を形成するいわゆる分布巻きに比較して、コイルのエンド長（ティース両端からはみ出た部分の長さ）が短くなるのでジュール熱の発生等によるエネルギー損失を抑制することができる。
【００３３】
また、以上説明した実施形態では均一幅のティースにコイルが装着されるため、コイルの内径側を均一幅にすることができる。前述の従来のコイルのように台形断面等の異形にする必要がないので、コイルの製造が容易となり、また、コアへの装着も容易となる。
【００３４】
以上説明したステータ１、１１の内部に回転子を配置し、これを軸受けによって回転自在に組み込むことにより電気モータを製造すれば、同一サイズのものよりステータに対して流す電流量を多くすることができる。そのため、同一性能でよりコンパクトな電動機を製造することができる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、ステータコアのスロット内のコイルの占積率が高くなるので、同一サイズのステータに対して流す電流量を多くすることができる。そのため、同一性能でよりコンパクトな電動機や発電機を製造することができる。また、コイルのスロット内面に接触する部分が増大することによりコイルの冷却効果も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるステータの組み立て前斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態であるステータの断面図であり、図２に対応する図である。
【図４】従来のステータの一例を示す断面図である。
【図５】従来のステータの他の例を示す断面図である。
【図６】従来のステータのさらに他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・・ステータ
２・・・・ステータコア
３・・・・上口コイル
４・・・・下口コイル
５・・・・（ステータコアの）ヨーク部
６・・・・第一ティース
７・・・・第二ティース
８・・・・スロット
１１・・・・ステータ
１３・・・・上口コイル
１６・・・・第一ティース
１８・・・・スロット
Ｗａ・・・スロットの上端開口の幅
Ｗｂ・・・スロットの下部の幅

Claims

その内周側にスロットを挟み且つ交互に形成された、第一コイルがその周囲に嵌着される第一ティース、および、第二コイルがその周囲に嵌着される第二ティースを備えた環状の電機子コアであって、
上記第一ティースのうち、少なくとも第一コイルが嵌着される部分である下部が一定幅で且つ上部と同一幅かまたは上部より幅広にされており、
第二ティースのうち、第二コイルが嵌着される部分である上部が下部より幅狭で且つ一定の幅にされており、
上記スロットのうち、第一コイルが嵌入される部分である下部が一定幅にされてなる電機子コア。
上記第一ティースの幅が上部および下部の全長にわたって一定幅にされてなる請求項１記載の電機子コア。
上記スロットのうち、第二コイルが嵌入される部分である上部が一定幅にされてなる請求項１記載の電機子コア。
請求項１〜３のうちのいずれか一の項に記載の電機子コアと、
上記第一ティースを取り巻く状態でスロットの下部に嵌入される第一コイルと、
上記第二ティースを取り巻く状態でスロットの上部に嵌入される第二コイルと、を備えてなる電機子。
請求項１または２記載の電機子コアを備えており、上記第一コイルが、その両側に実質的に隙間無くスロットの下部に嵌入されてなる請求項４記載の電機子。
請求項３記載の電機子コアを備えており、上記第二コイルが、その両側に実質的に隙間無くスロットの上部に嵌入されてなる請求項４記載の電機子。
請求項４〜６のうちのいずれか一の項に記載の電機子と、該電機子内に配置された回転子とを備えてなる電動機。