JP4662376B2 - モータまたは発電機のステータおよびロータ - Google Patents

Description

この発明は、モータまたは発電機のステータおよびロータに関するものである。

特開２０００−１９７２９４号公報（特許文献１）および特開２００５−１０２４７７号公報（特許文献２）に記載されているように、モータまたは発電機のステータコイルとして集中巻コイルが使用されている。集中巻コイルでは、コイル線が多層および多列をなすよう巻かれ、コイル線によって一端および他端リード部が形成されることは周知のとおりであり、同公報のコイルも同様である。さらに、同公報のコイルでは、コイル線は平角線である。そして、いくつかのコイルがステータコアと組み合わされ、各コイル間において、その一端および他端リード部が順次結線される。

ところで、集中巻コイルの一端および他端リード部については、コイル線が多層および多列をなすよう巻かれ、その巻き終わりのとき、コイル線によって一端リード部が形成される。したがって、一端リード部は終端リード部であり、コイル外周部に形成されるが、他端リード部はそうではない。巻き始めのとき、コイル線によって他端リード部が形成され、他端リード部は始端リード部であり、コイル内周部に形成される。このため、その後、他端リード部をコイル端面に沿って引き出し、外周部に導き、一端および他端リード部を順次結線することができるようにせねばならず、それは必ずしも容易ではない。特に、コイル線が平角線であるとき、引き出しおよび結線作業は相当困難である。他端リード部がコイル端面に沿って引き出され、その他端リード部によってコイル占積率が悪化するという問題もある。

したがって、この発明の目的は、モータまたは発電機のステータにおいて、ステータコイルの一端および他端リード部が容易に結線されるようにすること、およびコイル占積率ができるだけ高められるようにすることにある。

他の目的は、モータまたは発電機のロータにおいて、ロータコイルの一端および他端リード部が容易に結線されるようにすること、およびコイル占積率ができるだけ高められるようにすることにある。
特開２０００−１９７２９４号公報 特開２００５−１０２４７７号公報

この出願の発明は２つの発明である。その第１発明によれば、ステータコアと、
前記ステータコアと組み合わされたいくつかの集中巻コイルからなり、各コイルのコイル線が多層および多列をなすよう巻かれ、各列のうち、いくつかの列において、前記コイル線が１ターンずつ巻かれ、それが各層毎に繰り返され、前記コイル線が多層に巻かれ、これによって前記いくつかの列が形成され、前記コイル線によって一端リード部が形成されており、他の列において、前記コイル線が多層に巻かれ、これによって前記他の列が形成され、前記コイル線によって他端リード部が形成されており、前記一端および他端リード部がコイル外周部に形成され、各コイル間において、その一端および他端リード部が順次結線されているステータコイルとを備え、
前記コイル線は平角線であり、前記各列において、各層のコイル線が互いに整合し、重なっていることを特徴とするモータまたは発電機のステータが提供される。

第２発明によれば、ロータコアと、
前記ロータコアと組み合わされたいくつかの集中巻コイルからなり、各コイルのコイル線が多層および多列をなすよう巻かれ、各列のうち、いくつかの列において、前記コイル線が１ターンずつ巻かれ、それが各層毎に繰り返され、前記コイル線が多層に巻かれ、これによって前記いくつかの列が形成され、前記コイル線によって一端リード部が形成されており、他の列において、前記コイル線が多層に巻かれ、これによって前記他の列が形成され、前記コイル線によって他端リード部が形成されており、前記一端および他端リード部がコイル外周部に形成され、各コイル間において、その一端および他端リード部が順次結線されているロータコイルとを備え、
前記コイル線は平角線であり、前記各列において、各層のコイル線が互いに整合し、重なっていることを特徴とするモータまたは発電機のロータが提供される。

以下、この発明の実施例を説明する。

図１はこの発明にかかる集中巻コイルを示す。このコイルでは、コイル線１が多層および多列をなすよう巻かれ、コイル線１によって一端および他端リード部２，３が形成される。さらに、このコイルでは、一端および他端リード部２，３がコイル外周部に形成されている。この実施例では、コイル線１が８列に巻かれており、一端リード部２は第５列の外周部に形成され、他端リード部３は最後列の外周部に形成されている。さらに、コイル線１は平角線であり、矩形状に巻かれている。平角線とは長方形断面のコイル線のことである。

さらに、このコイルでは、各列のうち、いくつかの列において、コイル線１が１ターンずつ巻かれ、それが各層毎に繰り返され、コイル線１が多層に巻かれ、これによっていくつかの列が形成され、コイル線１によって一端リード部２が形成されている。さらに、他の列において、コイル線１が多層に巻かれ、これによって他の列が形成され、コイル線１によって他端リード部３が形成されている。この実施例では、最前列から第５列において、コイル線１が１ターンずつ巻かれ、それが各層毎に繰り返され、コイル線１が多層に巻かれ、これによって最前列から第５列が形成され、コイル線１によって一端リード部２が形成されている。さらに、第６列から最後列において、コイル線１が１ターンずつ巻かれ、それが各層毎に繰り返され、コイル線１が多層に巻かれ、これによって第６列から最後列が形成され、コイル線１によって他端リード部３が形成されている。

このコイルはモータのステータコイルであり、モータはハイブリッド車（ＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）または燃料電池自動車（ＦＣＶ）のモータである。そして、図２および図３に示すように、いくつかのコイルがステータコア４と組み合わされ、各コイル間において、その一端および他端リード部２，３が順次結線される。

このコイルの場合、一端および他端リード部２，３がコイル外周部に形成されていることは前述したとおりである。したがって、それをコイル端面に沿って引き出し、外周部に導く必要はない。コイル端面に沿って引き出さなくても、いくつかのコイルをステータコア４と組み合わせ、各コイル間において、その一端および他端リード部２，３をそのまま結線すればよく、これを容易に結線することができる。さらに、コイル端面に沿って引き出されるリード部はなく、これによってコイル占積率を高めることができる。

なお、このコイルでは、コイル線１が多列に巻かれていることは前述したとおりであるが、その理由はモータの所要トルクおよび所要出力である。ハイブリッド車（ＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）または燃料電池自動車（ＦＣＶ）のモータの場合、その所要トルクおよび所要出力は相当大きい。この関係上、ステータコイルにおいて、普通、コイル線１を５列から１０列に巻くことが要求される。コイル線１をそれ以上の列に巻くことが要求されることもある。したがって、この実施例では、コイル線１が８列に巻かれているものである。

図１のコイルの製造方法を説明すると、図４、図５および図６に示すように、まず、コイル線１が供給ボビン５から供給され、補助ボビン６に巻かれる。その後、補助ボビン６が回転しないよう保持され、巻枠７のまわりを旋回し、巻枠７が同方向に回転する。したがって、コイル線１によって供給ボビン５が回転し、コイル線１が供給ボビン５から供給され、巻枠７に巻かれる。その後、補助ボビン６が旋回しないよう保持され、巻枠７が逆方向に回転する。したがって、コイル線１によって補助ボビン６が回転し、コイル線１が補助ボビン６から供給され、巻枠７に巻かれる。

たとえば、供給ボビン５がホルダに支持され、モータがケーシング８に内蔵され、その回転軸９がケーシング８から突出し、巻枠７が回転軸９に取り付けられる。さらに、補助ボビン６がアームまたはフライホイール１０に取り付けられ、アームまたはフライホイール１０が回転軸９に連結され、支持される。

そして、コイル線１が供給ボビン５から供給され、補助ボビン６に巻かれ、その後、電磁ブレーキなどの手段が補助ボビン６に作用し、補助ボビン６が回転しないよう保持される。さらに、モータによって回転軸９およびアームまたはフライホイール１０が回転し、補助ボビン６が巻枠７のまわりを旋回し、巻枠７が同方向に回転する。たとえば、補助ボビン６が図４の時計方向に旋回し、巻枠７も図４の時計方向に回転する。したがって、コイル線１によって供給ボビン５が回転し、コイル線１が供給ボビン５から供給され、巻枠７に巻かれるものである。

その後、クラッチなどの手段によってアームまたはフライホイール１０と回転軸９が分離され、アームまたはフライホイール１０が回転しないよう保持される。したがって、補助ボビン６が旋回しないよう保持されるものである。さらに、電磁ブレーキなどの手段が再度操作され、補助ボビン６は回転可能に支持される。そして、モータによって回転軸９が回転し、巻枠７が図４の反時計方向に回転する。したがって、コイル線１によって補助ボビン６が回転し、コイル線１が補助ボビン６から供給され、巻枠７に巻かれる。

コイル線１は平角線である。巻枠７は通常のもので、その断面は矩形状である。したがって、コイル線１は矩形状に巻かれる。

さらに、コイル線１が供給ボビン５から供給され、巻枠７に巻かれるとき、供給ボビン５と巻枠７間において、コイル線１がトラバースガイド１１に係合し、案内される。さらに、ねじ棒などの手段がトラバースガイド１１に作用し、トラバースガイド１１が巻枠７の軸方向に移動する。したがって、コイル線１がトラバースガイド１１に案内され、いくつかの列に巻かれる。

たとえば、図７に示すように、まず、コイル線１がトラバースガイド１１に案内され、第５列に巻かれ、それが１ターン巻かれたとき（１Ｔ）、ねじ棒などの手段によってトラバースガイド１１が移動する。その方向は巻枠７の軸方向であり、距離はコイル線１の幅に対応する。したがって、コイル線１がトラバースガイド１１に案内され、第４列に巻かれ、それが１ターン巻かれたとき（２Ｔ）、トラバースガイド１１が再度移動する。したがって、コイル線１が第３列に巻かれ、それが１ターン巻かれたとき（３Ｔ）、トラバースガイド１１が再度移動する。これが順次繰り返され、コイル線１が最前列に達し、最前列において、コイル線１が２ターン巻かれたとき（Ｔ５，Ｔ６）、トラバースガイド１１が逆方向に移動する。したがって、コイル線１が第２列に巻かれ、それが１ターン巻かれたとき（Ｔ７）、トラバースガイド１１が再度移動する。これが順次繰り返され、コイル線１が第５列に達し、第５列において、コイル線１が２ターン巻かれたとき（１０Ｔ，１１Ｔ）、トラバースガイド１１が逆方向に移動する。以下、同様の工程が順次繰り返され、コイル線１が５列に巻かれ、多層に巻かれるものである。これによって最前列から第５列が形成される。

したがって、この実施例では、いくつかの列において、コイル線１が１ターンずつ巻かれ、それが各層毎に繰り返され、コイル線１が多層に巻かれるものである。いくつかの列は最前列から第５列である。さらに、最前列から第５列において、その巻数が漸次増加し、コイル外周部が角錐状に形成される。巻数が最も少ないのは最前列であり、最も多いのは第５列である。

そして、コイル線１が多層に巻かれ、第５列に達し、第５列において、それが１ターン巻かれたとき（５０Ｔ）、モータが停止し、回転軸９、アームまたはフライホイール１０、補助ボビン６および巻枠７も停止する。その後、供給コイル５と巻枠７間において、カッタによってコイル線１がカットされ、コイル線１によって一端リード部２が形成される。したがって、一端リード部２は第５列の外周部に形成される。さらに、たとえば、テープが一端リード部２に貼り付けられ、テープによって一端リード部２が保持される。

さらに、その後、コイル線１が補助ボビン６から供給され、巻枠７に巻かれるとき、補助ボビン６と巻枠７間において、コイル線１がトラバースガイド１２に係合し、案内される。さらに、ねじ棒などの手段がトラバースガイド１２に作用し、トラバースガイド１２が巻枠７の軸方向に移動する。したがって、コイル線１がトラバースガイド１２に案内され、いくつかの列に巻かれる。

たとえば、まず、コイル線１がトラバースガイド１２に案内され、第６列に巻かれる。第６列は前回の最初の列の隣接列である。したがって、コイル線１を的確に巻くことができる。そして、それが１ターン巻かれたとき（１ｔ）、ねじ棒などの手段によってトラバースガイド１２が移動する。その方向は巻枠７の軸方向であり、距離はコイル線１の幅に対応する。したがって、コイル線１がトラバースガイド１２に案内され、第７列に巻かれ、それが１ターン巻かれたとき（ｔ２）、トラバースガイド１２が再度移動し、コイル線１が最後列に達する。さらに、最後列において、コイル線１が２ターン巻かれたとき（３ｔ，４ｔ）、トラバースガイド１２が逆方向に移動する。したがって、コイル線１が第７列に巻かれ、それが１ターン巻かれたとき（５ｔ）、トラバースガイド１２が再度移動する。したがって、コイル線１が第６列に達し、第６列において、コイル線１が２ターン巻かれたとき（６ｔ，７ｔ）、トラバースガイド１２が逆方向に移動する。以下、同様の工程が順次繰り返され、コイル線１が３列に巻かれ、多層に巻かれるものである。これによって第６列から最後列が形成される。

したがって、この実施例では、いくつかの列において、コイル線１が１ターンずつ巻かれ、それが各層毎に繰り返され、コイル線１が多層に巻かれるものである。いくつかの列は第６列から最後列であり、その巻数は同一であり、第５列よりも多い。

そして、コイル線１が多層に巻かれ、最後列に達し、最後列において、それが１ターン巻かれたとき（３９ｔ）、モータが停止し、巻枠７も停止する。その後、補助ボビン６と巻枠７間において、カッタによってコイル線１がカットされ、コイル線１によって他端リード部３が形成される。したがって、他端リード部３は最後列の外周部に形成される。

したがって、コイル線１を多層および多列をなすよう巻くことができる。さらに、コイル線１によって一端および他端リード部２，３を形成し、それをコイル外周部に形成することができるものである。

なお、この実施例では、コイル線１を補助ボビン６から供給し、巻枠７に巻くとき、巻枠７を逆方向に回転させるようにしたものを説明したが、必ずしもその必要はない。巻枠７を回転しないよう保持し、補助ボビン６を巻枠７のまわりに旋回させても、コイル線１を補助ボビン６から供給し、巻枠７に巻くことができる。

図８は他の実施例を示す。この実施例では、コイル線１が供給ボビン５から供給され、巻枠７に巻かれるとき、トラバースガイド１１が巻枠７の軸方向に移動し、これによって最前列から第７列が形成される。そして、コイル線１が第６列に達し、第６列において、それが１ターン巻かれたとき（７６Ｔ）、カッタによってコイル線１がカットされ、一端リード部２が形成される。したがって、一端リード部２は第６列の外周部に形成される。その後、コイル線１が補助ボビン６から供給され、巻枠７に巻かれ、これによって最後列が形成される。したがって、他端リード部３は最後列の外周部に形成される。この場合、トラバースガイド１２を巻枠７の軸方向に移動させる必要はない。

したがって、図７の実施例と同様、一端および他端リード部２，３が異なる列の外周部に形成される。いくつかの列において、コイル線１が多層に巻かれ、コイル線１によって一端リード部２が形成され、他の列において、コイル線１が多層に巻かれ、コイル線１によって他端リード部３が形成されることも図７の実施例と同様である。

図９に示すように、コイル線１に２条のものを使用し、これを多層および多列をなすよう巻くこともできる。さらに、コイル線１によって一端および他端リード部２，３を形成し、それをコイル外周部に形成することができる。そして、図１０および図１１に示すように、図９のコイルをステータコア４と組み合わせ、各コイル間において、その一端および他端リード部２，３を順次結線することができる。

図９のコイルを製造するには、供給ボビン５として一対のボビンを使用し、コイル線１を各ボビン５から供給し、各線１を互いに重ね合わせ、その状態で巻けばよい。補助ボビン６として一対のボビンを使用し、各線１を各ボビン６に巻いてもよい。その後、各線１を各ボビン６から供給し、互いに重ね合わせ、その状態で巻くようにすればよい。

コイル線に３条またはそれ以上の条のものを使用し、これを多層および多列をなすよう巻くこともでき、コイル線によって一端および他端リード部を形成し、それを異なる列の外周部に形成することもできる。

なお、図１および図９のコイルでは、コイル線１は平角線であり、それが多層に巻かれており、その積層方向はコイル線１の厚さ方向であるが、必ずしもその必要はない。コイル線１をその幅方向に積層し、多層に巻くことも可能である。

モータのステータコイルの場合、コイル線に平角線を使用すると、それによってコイル占積率を向上させることができ、好ましい。しかも、平角線のコイル線であっても、一端および他端リード部をコア外周部に形成することができ、それをコイル端面に沿って引き出す必要はなく、容易に結線することができるのは前述したとおりである。

さらに、前述した実施例では、モータのステータコイルとしてこのコイルを使用したものを説明したが、発電機のステータコイルとしてこのコイルを使用してもよい。

モータまたは発電機のロータコイルとしてこのコイルを使用し、いくつかのコイルをロータコアと組み合わせ、各コイル間において、その一端および他端リード部を結線することも考えられる。

ハイブリッド車（ＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）または燃料電池自動車（ＦＣＶ）のモータの場合、そのステータコイルにおいて、普通、コイル線が５列から１０列またはそれ以上の列に巻かれることは前述したとおりであるが、他のモータの場合、その種類によって仕様が異なり、コイル線を３列または４列に巻くこともあり、そのコイルにこの発明を適用することも考えられる。

この発明の実施例を示す斜視図である。 図１のコイルがステータコアと組み合わされた状態を示す正面図である。 図２のコイルの斜視図である。 図１のコイルの製造装置を示す正面図である。 図４の装置の平面図である。 図４の装置の斜視図である。 図１のコイル線が巻かれる状態を示す説明図である。 他の実施例の説明図である。 他の実施例の斜視図である。 図９のコイルがステータコアと組み合わされた状態を示す正面図である。 図１０のコイルの斜視図である。

符号の説明

１ コイル線
２ 一端リード部
３ 他端リード部
４ ステータコア
５ 供給ボビン
６ 補助ボビン
７ 巻枠
１１，１２ トラバースガイド

Claims (2)

1. ステータコアと、
   前記ステータコアと組み合わされたいくつかの集中巻コイルからなり、各コイルのコイル線が多層および多列をなすよう巻かれ、各列のうち、いくつかの列において、前記コイル線が１ターンずつ巻かれ、それが各層毎に繰り返され、前記コイル線が多層に巻かれ、これによって前記いくつかの列が形成され、前記コイル線によって一端リード部が形成されており、他の列において、前記コイル線が多層に巻かれ、これによって前記他の列が形成され、前記コイル線によって他端リード部が形成されており、前記一端および他端リード部がコイル外周部に形成され、各コイル間において、その一端および他端リード部が順次結線されているステータコイルとを備え、
   前記コイル線は平角線であり、前記各列において、各層のコイル線が互いに整合し、重なっていることを特徴とするモータまたは発電機のステータ。
2. ロータコアと、
   前記ロータコアと組み合わされたいくつかの集中巻コイルからなり、各コイルのコイル線が多層および多列をなすよう巻かれ、各列のうち、いくつかの列において、前記コイル線が１ターンずつ巻かれ、それが各層毎に繰り返され、前記コイル線が多層に巻かれ、これによって前記いくつかの列が形成され、前記コイル線によって一端リード部が形成されており、他の列において、前記コイル線が多層に巻かれ、これによって前記他の列が形成され、前記コイル線によって他端リード部が形成されており、前記一端および他端リード部がコイル外周部に形成され、各コイル間において、その一端および他端リード部が順次結線されているロータコイルとを備え、
   前記コイル線は平角線であり、前記各列において、各層のコイル線が互いに整合し、重なっていることを特徴とするモータまたは発電機のロータ。

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