JP4106375B2

JP4106375B2 - 回転電機の固定子

Info

Publication number: JP4106375B2
Application number: JP2005276956A
Authority: JP
Inventors: 和久高島
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-09-26
Filing date: 2005-09-26
Publication date: 2008-06-25
Anticipated expiration: 2025-09-26
Also published as: JP2007089346A

Description

本発明は、モータなどの回転電機の固定子に関し、特に、コイルの巻線を行うコイルボビンの構造に関するものである。

回転電機の固定子は、中心軸の周りに円筒形状に配列され固定されたヨークとヨークから径方向へ突出したティースとを有するステータコアと、各ティースに絶縁性のコイルボビンを介して巻回し、ティース間に形成されるスロットに装着されたコイルとを有する。

各ティースに巻回されたコイルは、隣り合うコイルが、内径側が狭く外形側が広くなったスロット内において互いに干渉しないようにする対策が必要になる。

この対策として、コイルボビンの中心軸方向端面の外周部に、巻始め用のコイル挿入溝と巻終わり用のコイル挿入溝とを、コイルボビンの中央に設けられた凸部の両側に設け、コイルの巻始めを、巻始め用のコイル挿入溝に挿入し、コイルボビンの外径側から内径側に向かって１層目を巻回し、２層目をコイルボビンの内径側から外径側に向かって巻回し、巻終わり用のコイル挿入溝に挿入して巻終わりとする構造が記載されている（例えば、特許文献１参照）。

以上のように構成された固定子構造においては、１層目が内径側で終わり、内径側から外形側へ向かって巻回される２層目の巻始めコイルは隣り合うティースに同様に巻線されている２層目のコイルとの干渉を避けるため、少しスロットが広がった外径側に傾斜させて配置せざるを得ない。しかしながら、１層目から２層目へ傾斜した渡り線の傾斜角度が大きいと安定した巻線ができなくなるため、線径やコア形状によっては巻線が困難となる場合が発生する。

また、ティースの中心軸方向端面の幅が小さい場合には、コイルボビンの軸方向端面に渡り線を設けることができなくなる場合も発生し、その場合は、ティースの軸方向端面と垂直な側面側で渡り線を構成することとなり、側面側での渡り線の場合、コイルボビンの最内径から渡り線が巻かれるため、隣り合うティースの渡り線とコイルが干渉するようになる。この不具合を改善するには、隣り合う渡り線とコイルとが干渉しないように、巻数を少なくする、コイル線径を細くして同じ巻数にするなどの処置が必要となり、その結果、スロット内におけるコイルの占積率が低下してモータ効率も低下する。

また、１層目の巻線をコイルボビンの内径側から開始し、１層目の巻き終わりから２層目の巻始めの渡り線を巻線スペースが広いコイルボビンの外径側に近い位置とすることが有効であるが、コイルボビンの内径側には回転子があり、その回転軸方向の長さは概ね同等か長いことが多いため、巻始めの部分を係止する係止部、給電部をコイルボビンの内径側に設けるスペースを確保することは困難であった。

特許第３４９８１２９号公報（第２−３頁、図１−７）

上述のように、隣り合うティースに巻線されたコイル同士の干渉を防ぐようにするためには、従来の回転電機の固定子では、巻線作業が困難になる、巻線スペースを有効利用できずコイルの占積率が低下してモータ効率が低下する、また、モータ効率を低下させないようにするためには回転電機が大型化するという問題があった。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、隣り合うティースに巻線されたコイル同士の干渉を防ぐことができ、かつ、巻線作業が容易で生産性が向上され、コイルの占積率を向上させてモータ効率が向上し、また、モータ効率が向上した分だけ小型化ができる回転電機の固定子を提供することを目的とするものである。

本発明に係る回転電機の固定子は、中心軸の回りに配列され相互に連結されたヨークおよび上記ヨークそれぞれから径方向へ突出したティースを有する円筒形状のステータコアと、上記ティースそれぞれに装着された絶縁性のコイルボビンと、上記コイルボビンの巻線部を介して上記ティースそれぞれに巻回されたコイルとを有する回転電機の固定子において、
上記コイルボビンの巻線部における上記中心軸方向端面に、上記コイルボビンの外径側から内径側の上記端面と垂直な側面へと通じる上記コイルの巻始め線を挿入するためのコイル挿入溝を形成し、
上記コイルの１層目の巻終わりから２層目の巻始めへの渡り線を上記コイルボビンの側面の位置とし、上記２層目を外径側から内径側へ向かって巻回したものである。

本発明に係る回転電機の固定子によれば、コイルの巻始めをスペースに余裕のあるコイルボビンの外周で係止することができ、かつ、コイルを内径側から外径側に向かって巻回し、渡り線をコイルボビンの外径側に位置させることができるので、隣り合うティースのコイル同士が干渉し合うのを防止すると共に、巻線作業を容易にし、スロット内におけるコイルの占積率を向上させることができる。
また、コイルの１層目の巻終わりから２層目の巻始めへの渡り線を上記コイルボビンの側面の位置とし、上記２層目を外径側から内径側へ向かって巻回したことにより、渡り線の傾斜角度を最小限小さくして巻線することができ、巻線した渡り線が安定し、巻線作業が容易になる。

実施の形態１．
図１は、本発明に係る実施の形態１における回転電機の固定子を軸方向端面から見た平面図、図２は、１個のコア、コイルボビンおよびコイルを軸方向端面から見た平面図、図３は、図２（ｃ）のＡ−Ａ断面図、図４は、巻線を完了した状態（本例ではコイル層数３とする）でコア２個を軸方向端面から見た平面図である。

図１に示したように、本発明に係る回転電機の固定子のステータコアは、複数のコアを中心軸の周りに円筒状に連結してなる。コア１は、円筒状に配列され連結されたヨーク１ａと、ヨーク１ａから径方向に突出したティース１ｂを備え、ティース１ｂには絶縁性のコイルボビン２が装着され、コイルボビン２の巻線部を介してコイル３が巻回されている。

図２（ａ）に示したように、コイルボビン２の巻線部には、その端面（ステータコアの中心軸方向端面）において、最外径の突起部（巻始めコイルの係止部）２ｃの一側面からコイルボビン２の巻線部の最内径に至り、最内径においてコイルボビンの側面２ｂ（端面と垂直な面）側に通じるように形成された巻始め用のコイル挿入溝４ａを有する。図２（ｂ）に示したように、巻始めのコイルである巻始め線３Ｓはコイルボビン２の巻線部の外径側から開始され、巻始め用のコイル挿入溝４ａを通って、コイルボビンの側面２ｂの巻線部の最内径の位置から順次外径側に向けて巻線され、図２（ｃ）に示したように、１層目の巻終わりがコイルボビンの側面２ａの最外径に近い位置に巻線された時点で１層目の巻線が完了する。１層目のコイルの巻終わりから２層目のコイルの巻始めへの渡り線５をコイルボビン２の外径側に近い位置として２層目の巻線を開始し、コイルボビン２の巻線部の外径側から順次内径側に巻線する。３層目の巻線はコイルボビンの内径側から外径側に巻線する。巻線層数が４層以上の場合も同様で、奇数層目のコイル３がコイルボビン２の内径側から外径側に巻線され、偶数層目がコイルボビン２の外径側から内径側に巻線される。巻始め線３Ｓと１層目のコイルの関係は、図３に示したように、巻始め線３Ｓの上面（反コア側）に１層目のコイルが配置された状態となっている。

以上のように構成された本実施の形態１の固定子では、コイルボビン２の巻線部の中心軸方向端面において、外径側から内径側の側面に通ずる巻始め用のコイル挿入溝４ａが形成されているため、コイル３の巻始めをスペースに余裕のあるコイルボビン２の外周で巻始めのコイルを係止することができ、かつ、コイル３を内径側から外径側に向かって巻回し、渡り線５をコイルボビン２の外径側に位置させることができるので、隣り合うティースのコイル同士が干渉し合うのを防止すると共に、巻線作業を容易にし、スロット内におけるコイル３の占積率を向上させることができる。

また、コイル３の巻始め線３Ｓをコイル挿入溝４ａに挿入することにより、コイル３の巻始め線３Ｓを確実に固定することができる。

また、コイルボビンの外径側から１層目をコイルボビンの側面２ｂの内径方向の途中まで巻回した場合は、２層目を巻回したときに１層目の整列状態が崩れる、あるいは巻線スペースが有効に活用されないという問題があるが、１層目をコイルボビンの側面２ｂの巻線部の最内径の位置から順次外径側に向かって最外径近辺まで巻線するようにすることにより、２層目を安定に、かつ、巻線スペースを有効に活用して効率よく１層目の上に巻回することができる。

また、１層目から２層目への渡り線５を外径側とし、外径側から内径側へ２層目を巻回するようにしたので、渡り線５の傾斜角度θ１を最小限小さくして巻線することができ、巻線した渡り線５が安定し、巻線作業が容易になる。

また、これらの巻線方法では１層目から２層目への渡り線５をスペース（スロット）が広い外径側に配置するようにしたので、ティース１ｂ間において隣り合うティース１ｂの渡り線５とコイル３とが干渉しないようにし、かつ、巻線スペースを有効に利用できるので、スロット内におけるコイル３の占積率が向上し、モータ効率も向上する。また、モータ効率が向上した分、回転電機の体格を小型化することができる。

実施の形態２．
図５は、本発明に係る実施の形態２における回転電機の固定子を軸方向端面から見た平面図、図６は図５の側面図である。図５および図６に示したように、本実施の形態２では１層目から２層目への渡り線５がコイルボビン２の側面にあり、渡り線５の位置以外は上記実施の形態１と同様の構造である。

以上のように構成された本実施の形態２の固定子では、上記実施の形態１と同様、コイルボビン２の巻線部の中心軸方向端面において、外径側から内径側の側面に通ずる巻始め用のコイル挿入溝４ａが形成されているため、コイル３の巻始めをスペースに余裕のあるコイルボビン２の外周で巻始めのコイルを係止することができ、かつ、コイル３を内径側から外径側に向かって巻回し、渡り線５をコイルボビン２の外径側に位置させることができるので、隣り合うティースのコイル同士が干渉し合うのを防止すると共に、巻線作業を容易にし、スロット内におけるコイル３の占積率を向上させることができる。

また、コイルボビンの外径側から１層目をコイルボビンの側面２ｂの内径方向の途中まで設けた場合は、２層目を巻回したときに１層目の整列状態が崩れる、あるいは巻線スペースが有効に活用されないという問題があるが、１層目をコイルボビンの側面２ｂの巻線部の最内径の位置から順次外径側に向かって最外径近辺まで巻線するようにすることにより、２層目を安定に、かつ、巻線スペースを有効に活用して効率よく１層目の上に巻回することができる。

また、１層目から２層目への渡り線５を外径側とし、外径側から内径側へ２層目を巻回するようにしたので、渡り線５の傾斜角度θ２を最小限小さくして巻線することができ、巻線した渡り線５が安定し、巻線作業が容易になる。

実施の形態３．
図７は、本発明に係る実施の形態３における回転電機の固定子を軸方向端面から見た平面図、図８は図７のＡ−Ａ断面図である。図７および図８に示したように、本実施の形態３では、コイルボビン２の巻線部の外径側近辺と内径側の側面近辺においてコイルの巻始め線３Ｓの線径と同程度であり、外径側近辺と内径側の側面近辺との間においてコイルの巻始め線３Ｓの線径より大きくなっている。

以上のように構成された本実施の形態３における固定子では、上記実施の形態１と同様の効果が得られることに加えて、コイルボビン２を軽量化することができる。

実施の形態４．
図９は、本発明に係る実施の形態４における回転電機の固定子を軸方向端面から見た平面図である。図９に示したように、本実施の形態例では、コイルボビンの側面２ａの最内径部から順次外径に向かって巻線されるよう、巻始め用のコイル挿入溝４ａを設け、１層目の巻終わりがコイルボビンの側面２ｂの最外径部に巻線されるようにし、これ以外は実施の形態１と同様の構造としている。

以上のように構成された本実施の形態４の固定子では、コイルボビン２の巻線部の中心軸方向端面において、外径側から内径側の側面に通ずる巻始め用のコイル挿入溝４ａが形成されているため、コイル３の巻始めをスペースに余裕のあるコイルボビン２の外周で巻始めのコイルを係止することができ、かつ、コイル３を内径側から外径側に向かって巻回し、渡り線５をコイルボビン２の外径側に位置させることができるので、隣り合うティースのコイル同士が干渉し合うのを防止すると共に、巻線作業を容易にし、スロット内におけるコイル３の占積率を向上させることができる。

また、１層目から２層目への渡り線５を外径側とし、外径側から内径側へ２層目を巻回するようにしたので、渡り線５の傾斜角度を最小限小さくして巻線することができ、巻線した渡り線５が安定し、巻線作業が容易になる。

本発明に係る回転電機の固定子は、一般の回転電機に利用することができ、特に、自動車等の車両用の回転電機に有効に利用することができる。

本発明に係る実施の形態１における回転電機の固定子を軸方向端面から見た平面図である。実施の形態１における１個のコア、コイルボビンおよびコイルを軸方向端面から見た平面図である。図２（ｃ）のＡ−Ａ断面図である。実施の形態１において、巻線を完了した状態を軸方向端面から見た平面図である。本発明に係る実施の形態２における回転電機の固定子を軸方向端面から見た平面図である。図５の側面図である。本発明に係る実施の形態３における回転電機の固定子を軸方向端面から見た平面図である。図７のＡ−Ａ断面図である。本発明に係る実施の形態４における回転電機の固定子を軸方向端面から見た平面図である。

符号の説明

１コア、１ａヨーク、１ｂティース、２コイルボビン、
２ａ，２ｂコイルボビンの側面、２ｃ突起（係止部）、３コイル、
３Ｓ巻始め線、４ａ巻始め用のコイル挿入溝、５渡り線。

Claims

中心軸の回りに配列され相互に連結されたヨークおよび上記ヨークそれぞれから径方向へ突出したティースを有する円筒形状のステータコアと、上記ティースそれぞれに装着された絶縁性のコイルボビンと、上記コイルボビンの巻線部を介して上記ティースそれぞれに巻回されたコイルとを有する回転電機の固定子において、
上記コイルボビンの巻線部における上記中心軸方向端面に、上記コイルボビンの外径側から内径側の上記端面と垂直な側面へと通じる上記コイルの巻始め線を挿入するためのコイル挿入溝を形成し、
上記コイルの１層目の巻終わりから２層目の巻始めへの渡り線を上記コイルボビンの側面の位置とし、上記２層目を外径側から内径側へ向かって巻回したことを特徴とする回転電機の固定子。
上記コイル挿入溝は上記コイルボビンの巻線部の外径側から最内径の上記端面と垂直な側面へと通じるように形成され、上記コイルの１層目は、上記コイル挿入溝に挿入された後、上記コイルボビンの巻線部の最内径から外径側へ向かって巻回されていることを特徴とする請求項１記載の回転電機の固定子。
上記コイルの巻始め線が上記コイル挿入溝に挿入された後、上記コイルの奇数層目が上記コイルボビンの巻線部の内径側から外径側に向かって巻線され、上記コイルの偶数層目が上記コイルボビンの巻線部の外径側から内径側に向かって巻線されていることを特徴とする請求項１記載の回転電機の固定子。
上記コイル挿入溝の幅は、上記コイルボビンの巻線部の外径側近辺と内径側の側面近辺において上記コイルの巻始め線の線径と同程度であり、上記外径側近辺と内径側の側面近辺との間において上記コイルの巻始め線の線径より大きくなっていることを特徴とする請求項１記載の回転電機の固定子。