JP4078706B2 - 分割コイル - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
モータの小形化と高効率化への要求が大きく、これを実現するため各歯ごとに集中して巻いたコイルで構成されたステータが多く見受けられるようになってきている。
コイルを各歯へ集中的に巻くことによって、従来のコイルよりもスロット内の巻線の占有率である巻線占積率が向上し、また軸方向のコイル端も減少する。
しかし集中して巻いたコイルの形状には制約があり、占積率をさらに向上させモータを小形化するためには限界がある。
そこで、本発明の分割コイルにより、占積率をこれまで以上に向上させモータの小形化を実現するものである。
【０００２】
【従来の技術】
歯へ集中してコイルを巻いたステータによる従来技術を図５と図６とに示す。
従来技術において、図５はステータ１０全体を示し、円環状のヨーク部２と複数個（この例では６個）の歯８ａとを有し、歯８ａの各々は、歯先の微小部分９ａで相互に連結されて一体構造になっている。符号６はロータが入る空隙を示す。つまりステータ１０は、ヨーク部２と、歯８ａとの２分割構造である。
一方、巻線をプラスチック製の中空のボビン１６の半径方向の外周ヘ巻いてコイル１２を作成し、このコイル１２を各歯８ａの円周方向の外周に挿入した後、歯８ａをリング状のヨーク部２の内方へ圧入する。なお、１４はスロットである。三相電機子コイルになるように、それぞれのコイル１２の巻線を接続しコイルへ三相交流を流すことにより、同期機や誘導機などの交流機が構成される。
【０００３】
図６は、４極の直流界磁コイル１２ａを歯１８ａの外周に巻回したステータ１０ａであり、この例では各歯１８ａは隣接する歯１８ａと直交し、それぞれが独立しておりヨーク部２ａはリング状になっている。
まず直流界磁コイル１２ａを巻き枠等を使用して巻き、これらの直流界磁コイル１２ａを、それぞれの歯１８ａの円周方向外周へ配置した後、ヨーク部２ａの内周に各歯１８ａを接合する。符号６′はロータが入る空隙を示す。
このようにして、 各コイルへ直流電流を流すことにより、界磁ができて直流機が構成できる。なお、２４はスロットである。
ここで示した例は、インナロータモータのステータであるがモータの種類によらず、また発電機の場合も含め鉄心を分割しコイルを１つの歯へ巻くような界磁鉄心、または電機子鉄心に対しても同様の構成となるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述のような従来技術で、電機子または界磁を構成した場合に解決しようとする場合の課題について説明する。
１）コイルの断面形状に制限がある。
各歯８ａまたは１８ａに集中して巻かれているコイル１２または１２ａは、コイル片の片側断面形状が、ほぼ直角三角形、台形、長方形または正方形になる。
占積率を向上させるには、これらの１種類のコイルの断面形状によってスロット断面形状を近似しながら最大コイル断面積を確保しなければならない。
２）巻線占積率が高くできない。
従来技術のような１種類のコイル断面形状では、図５を参照してスロット１４の断面形状を近似することが難しく、無駄な空間が生じ、したがって高い占積率が得られず、これらの課題を解決することが要望されていた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題解決の手段を示すと、次の通りである。
図１（Ａ）は全体の構成を示す正面図で、図１（Ｂ）は歯部とヨーク部との折合部を拡大して示す部分拡大図で、同図に示すようにこの電機子コイルを巻いたステータは、図５に示した従来技術の場合と同様に歯部とヨーク部との２分割構成である。
半径方向外方に近いコイルと、これとは断面形状が違う半径方向内方に近いコイルとの２種類のコイルを作成し、このように作成された２種類のコイルを各々一つずつ組み合わせて、組み合わせたコイルを各歯へ配置し、各歯ごとに配置された２種類のコイルは、圧着、はんだ、などにより巻線が結線されて１種類のコイルのように構成され、交流を流すことによりロータは回転する。
図２は４極直流界磁コイルの例を示し、ステータは各歯が独立しており、ヨーク部はリング状になっている。
断面形状が相違する２種類のコイルを、従来例のようにスロット形状に合わせた形状にボビン巻、あるいは、スロット形状に合わせた形状に巻枠で巻線して、かつ、それぞれのコイルの接合面が、外周近くのコイルの外周面及び内方側コイルの内周面より大きくなるように形成し、それらのコイルが崩れないように固定し、２種類のコイルを一つずつ組み合わせ、組み合わせたコイル３２を、それぞれの歯３８ａへ配置して歯３８ａをヨーク部３１の内周に接合した構成である。
図３（Ａ）はロータが電機子コイルで構成されている例を示す正面図で、図３（Ｂ）は歯４８ａの外周での歯とロータとの結合を示す拡大部分正面図である。 図４（Ａ）と図４（Ｂ）とは、ロータが４極界磁コイルで構成されている正面図と、歯５８ａの先端部での配置関係を示す拡大部分正面図である。
本発明は、このように鉄心を分割した歯部へ、コイルを集中して巻いたモータや発電機である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１（Ａ）は、本発明の第１の実施の形態として請求項２に記載されたものの正面図で、図１（Ｂ）は、その一つの歯２８ａと、その半径方向の外部のヨーク部２１と、この歯に巻回されたコイル２２ａと２２ｂとの関係を拡大して示す部分拡大図である。
即ち、図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ステータ２０はこれらの２種類のコイル２２ａと２２ｂとを、まずプラスチック製で中空状のボビン１６′の外周に巻いて、このボビン１６′をさらにそれぞれ歯２８ａの外周に挿入し、各々一つずつ組み合わせて一つのコイル２２として、それぞれの歯２８ａの外周へ配置し、歯部２８をヨーク部２１の内周に接合して構成される。符号２６はロータ（図示せず）が挿入される空隙で、１４′はスロットを示す。
交流を流すことによりロータは回転するが、ここではロータは図示していない。
【０００７】
図２は、図１（Ａ）と同様に、本発明の第２の実施の形態として請求項３に記載されたもので、４極直流界磁コイルの一つの歯３８ａとヨーク部３１との接合部を示す。
この実施の形態では、ステータ３０は各歯３８ａが独立していてヨーク部３１は、リング状のヨーク部になっている。
まず、断面形状が違う２種類のコイル３２ａと３２ｂとを、図示していない巻枠で巻線し、これらのコイル３２ａと３２ｂとを、崩れないように、それぞれ固定する。
半径方向の外周に近いコイル３２ａと内周に近い３２ｂとを各々一つずつ組み合わせて、組み合わせたコイル３２を、それぞれの歯３８ａの円周方向の外周に配置し、これらの歯３８ａをヨーク部３１の内周に接合する。なお、符号３４はスロット、また、３６はロータ（図示せず）が入る空隙を示す。
各コイルへ直流電流を流すことにより界磁ができ、直流機が構成できる。
【０００８】
図３（Ａ）は本発明の第３の実施の形態としての正面図で、請求項４に記載されたものであり、図３（Ｂ）は歯４８ａの外周での部分拡大正面図である。
本実施の形態のロータ４０は次のように構成される。
歯４８ａは、あり（蟻）溝４８ｃでヨーク部４１に結合され、４４はスロットでありロータ４０が電機子コイルで構成されている。４８ｄは、あり（蟻）を示す。図３（Ｂ）では歯４８ａの外周で１つのコイル４２として形成される４極電機子コイル４２ａと４２ｂとの結合状態が拡大して示される。４６ｂはボビンを示す。
図４（Ａ）は、本発明の第４の実施の形態として請求項４に記載されたものの正面図であり、同図（Ｂ）は歯の外周部での部分拡大正面図である。
界磁コイル５２は、断面形状が異なる２種類のコイル５２ａと５２ｂとを、各々一つずつ組み合わせ、これらの組み合わせたコイル５２ａと５２ｂとを、一つずつ有する界磁コイル５２を、それぞれの直交する歯５８ａの円周方向の周辺に配置して構成されている例である。図３（Ａ）の符号４６と図４（Ａ）の符号５６はロータシャフト（図示せず）が入る空隙を示す。
図４（Ｂ）は、歯５８ａの円周方向の周辺での１つのコイル５２として形成されるコイル５２ａと５２ｂとの配置関係を拡大して示すものである。これらの歯５８ａは、断面がほぼ正方形のヨーク部５１の平滑な辺部の中央部に、あり（蟻）溝５８ｃで結合される。５８ｄは、あり（蟻）で、５６ｂはボビンを示す。なお、ステータは図示しない。
また本発明では、分割する部分が各歯５８ａとヨーク部５１間である。
【０００９】
【発明の効果】
本発明によるモータでは、２つ以上のコイルを組み合わせて１つの歯へ配置しているので、スロット形状に合わせたコイル断面形状にすることができ、このためスロット内のコイル断面積を大きくできる。
すなわち、占積率を向上させる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】同図（Ａ）は、本発明の第１の実施の形態を示す正面図で、同図（Ｂ）は歯とコイルの配置関係を示す部分拡大正面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す正面図である。
【図３】同図（Ａ）は、本発明の第３の実施の形態を示す正面図で、同図（Ｂ）は部分拡大正面図である。
【図４】同図（Ａ）は、本発明の第４の実施の形態を示す正面図で、同図（Ｂ）は部分拡大正面図である。
【図５】従来技術を示す正面図である。
【図６】従来技術の別の形態を示す正面図である。
【符号の説明】
２１：ヨーク部
２２、２２ａ、２２ｂ、３２、３２ａ、３２ｂ、４２、４２ａ、４２ｂ、５２、５２ａ、５２ｂ：コイル
２８ａ、３８ａ、５８ａ：歯

Claims (4)

1. ヨーク部から内方、又は、外方に配置された歯と、半径方向の外周近くに、スロット形状に合わせた形状にボビンに巻回され、或いは、スロット形状に合わせた形状に巻枠で巻回されたコイルと、半径方向の内方に、スロット形状に合わせた形状にボビンに巻回され、或いは、スロット形状に合わせた形状に巻枠で巻回されるとともに、前記コイルと断面形状が異なるコイルとが圧着、はんだ付け、接着あるいはプリント基板などにより、それぞれの巻線が結線されて一つのコイルとされ、それぞれのコイルの巻線は接続されてコイルを形成し、前記それぞれのコイルの接合面が、前記外周近くのコイルの外周面及び前記内方側コイルの内周面より大きくなるように形成し、コイル形状をスロット形状に合わせることにより巻線占積率を向上するようにした分割コイルを備えたことを特徴とするモータ又は発電機。
2. ロータが挿入される空隙（２６）の外周に連続して形成された歯（２８ａ）と、半径方向の外周近くに、スロット（１４’）形状に合わせた形状にボビンに巻回されたコイル（２２ａ）と、 半径方向の内方に、スロット（１４’）形状に合わせた形状にボビンに巻回されるとともに、前記コイル（２２ａ）と断面形状が異なるコイル（２２ｂ）とが圧着、はんだ付け、接着あるいはプリント基板などにより、それぞれの巻線が結線されて一つのコイル（２２）とされ、それぞれのコイル（２２）の巻線は接続されてコイルを形成し円環状のヨーク部（２１）の内周に配置され、前記それぞれのコイル（２２ａ）、（２２ｂ）の接合面が、前記外周近くのコイル（２２ａ）の外周面及び前記内方側コイル（２２ｂ）の内周面より大きくなるように形成し、コイル（２２）形状をスロット（１４’）形状に合わせることにより巻線占積率を向上するようにした分割コイルを備えたことを特徴とするモータ又は発電機。
3. ロータが挿入される空隙（３６）の外周に連続して形成された歯（３８ａ）と、半径方向の外周近くに、スロット（３４）形状に合わせた形状に巻枠で巻回されたコイル（３２ａ）と、 半径方向の内方に、スロット（３４）形状に合わせた形状に巻枠で巻回されるとともに、前記コイル（３２ａ）と断面形状が異なるコイル（３２ｂ）とが圧着、はんだ付け、接着あるいはプリント基板などにより、それぞれの巻線が結線されて一つのコイル（３２）とされ、それぞれのコイル（３２）の巻線は接続されてコイルを形成し円環状のヨーク部（３１）の内周に配置され、前記それぞれのコイル（３２ａ）、（３２ｂ）の接合面が、前記外周近くのコイル（３２ａ）の外周面及び前記内方側コイル（３２ｂ）の内周面より大きくなるように形成し、コイル（３２）形状をスロット（３４）形状に合わせることにより巻線占積率を向上するようにした分割コイルを備えたことを特徴とするモータ又は発電機。
4. ヨーク部の外方に連続して形成された歯と、半径方向の外周近くに、スロット形状に合わせた形状にボビンに巻回されたコイルと、 半径方向の内方に、スロット形状に合わせた形状にボビンに巻回されるとともに、前記コイルと断面形状が異なるコイルとが圧着、はんだ付け、接着あるいはプリント基板などにより、それぞれの巻線が結線されて一つのコイルとされ、それぞれのコイルの巻線は接続されてコイルを形成し、前記それぞれのコイルの接合面が、前記外周近くのコイルの外周面及び前記内方側コイルの内周面より大きくなるように形成し、コイル形状をスロット形状に合わせることにより巻線占積率を向上するようにした分割コイルを備えたことを特徴とするモータ又は発電機。

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