JP4706470B2 - ステータコア及びそれを用いた回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、電動機や発電機などの回転電機のステータコア及びそれを用いた回転電機に関する。

電動機（モータ）は、主にロータとステータとによって構成される。ステータは、中空円筒形状のバックヨークの内面に円筒周方向に沿って所定間隔でティースが配列されたステータコアを備え、このティースには、磁界を発生させるための巻線（コイル）が巻かれている。例えば三相交流モータでは、ステータコアのティースには、各相ごと（例えばＵ相、Ｖ相、Ｗ相）にコイルが巻かれている。そして、そのコイルに電流を流すことによってモータの内部に回転磁界を発生させ、ステータによって発生させられた磁界との相互作用によって、中空円筒内部に配置されたロータが、回転軸を中心に回転させられる。

ステータコアは、例えば、中空円筒の一部をなす楔形状（一端側の周長は大きく他端側は小さい形状）のコア本体と、該コア本体と一体をなし、コイルが巻回されるティースとから構成される分割コアを、コア本体の一端側と他端側とを交互に組み合わせることで、複数の分割コアにより中空円筒状のバックヨーク部が構成される。

ここで、ステータコアのティースに巻回されたコイルへ外部装置から配電する配電構造として、各相（例えばＵ相、Ｖ相、Ｗ相）のコイルにそれぞれ対応する配電リングを用い、この配電リングによって外部装置との間での配電を行う、といったものが開示されている（例えば下記特許文献１）。

具体的には、各相（例えばＵ相、Ｖ相、Ｗ相）のコイルごとに、配電リングによって同一相のコイルの一端同士が相互に接続されており、この配電リングに設けられた給電端子と、ステータにおけるバックヨーク部の外側等の空きスペースに設けられたバスバーの一端とが、電気的に接続されている。そして、このバスバーの他端と、外部装置から引き出された給電ラインとが電気的に接続されることで、外部装置から各相（例えばＵ相、Ｖ相、Ｗ相）のコイルごとに励磁電流が供給される。なお、コイルの他端同士は、中性点接続用のバスリングによって共通接続されている。

特開２００３−２８４２７９号公報

上記の従来技術において、各配電リングは、例えばステータの径方向の外側にある空きスペース（バックヨーク部の外側にある空きスペース）などに配置される。したがって、モータを搭載するためには、少なくとも各配電リングの配置に要するスペース分だけ、モータ自体の大きさよりも搭載スペースを大きく確保しておく必要があった。すなわち、モータを搭載するためのスペースを十分に活用できていなかった。

本発明は、モータの搭載スペースに対してスペース効率を高める配電構造を有したステータコア及びそれを用いた回転電機を提供することを目的とする。

本発明のステータコアは、コイルが巻回されたティースが、中空円筒のバックヨーク部の内面に、周方向に所定間隔で配列されたステータコアにおいて、前記ステータコアを圧粉磁心で構成するとともに、各ティースに巻回されたコイルのそれぞれに外部から励磁電流を供給するための給電ラインを、前記コイルを除いて前記バックヨーク部に埋設したことを特徴とするものである。

また、本発明の回転電機は、上記本発明のステータコアを含む中空円筒形状のステータと、前記ステータの中空部の内周側に、回転自在に配置されたロータと、を備えることを特徴とするものである。

本発明によれば、給電ラインをバックヨーク部に収納した構成となっているため、従来のように給電ラインを配置するスペースを確保する必要がない。したがって、モータを搭載するためのスペースを十分に活用することが可能となる。

図１は、本発明の実施の形態におけるステータコアの構成（配線状態）を示す図である。本実施形態では、三相交流モータにおけるステータコアとして説明する。

本実施形態におけるステータコア１０では、例えば複数の分割コアが結合する等して、略中空円筒形状のバックヨーク部１２が構成されている。そして、この略中空円筒形状のバックヨーク部１２の内面には、径方向に突出したティース１４が、円筒周方向に沿って所定間隔で配列されており、各ティース１４にはコイル１６が巻回されている。具体的には、三相交流モータにおけるステータコア１０では、図１に示すように、ティース１４ｕにはＵ相のコイル１６ｕ、ティース１４ｖにはＶ相のコイル１６ｖ、ティース１４ｗにはＷ相のコイル１６ｗが巻回されている。ここで、三相交流モータにおけるステータコア１０では、図１に示すように、各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のコイル１６ｕ、１６ｖ、１６ｗは、それぞれ２つおきに配置された構成となっている。

そして、各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のコイル１６ｕ、１６ｖ、１６ｗは、各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のコイル１６ｕ、１６ｖ、１６ｗごとに励磁電流を供給するための給電ライン１８によって、同一相のコイル１６の一端同士が相互に接続されている。例えば図１に示すように、Ｕ相のコイル１６ｕの一端同士は、各Ｕ相のコイル１６ｕに励磁電流を供給するための給電ライン１８ｕによって、相互に接続されている。また、図示していないが、Ｖ相及びＷ相のコイル１６ｖ、１６ｗの一端同士についても、Ｕ相のコイル１６ｕと同様に、各相のコイル１６ｖ、１６ｗに励磁電流を供給するための給電ライン１８ｖ，１８ｗによって相互に接続されている。これらの給電ライン１８は、励磁電流を供給する外部装置（図示せず）と、給電ライン１８やバスバー等を介して電気的に接続されている。また、各給電ライン１８からは、各相のコイル１６の一端と電気的に接続するためのコイル接続端子２０が分岐している。図１には、Ｕ相のコイル１６ｕの一端と接続するためのコイル接続端子２０ｕが示されている。

さらに、上記の各給電ライン１８と同様に、各相のコイル１６の他端同士は中性点接続用ライン２２によって共通接続されている。そして、中性点接続用ライン２２からは、各ティース１４に巻回されたコイル１６の他端と電気的に接続するためのコイル接続端子２４が分岐している。

ところで、本実施形態におけるステータコア１０では、バックヨーク部１２に各給電ライン１８が例えば図２に示すように埋設されている。また、各給電ライン１８から分岐したコイル接続端子２０は、例えば図２に示すように、バックヨーク部１２の内面から突出している。具体的には、Ｕ相の給電ライン１８ｕからのコイル接続端子２０ｕは、Ｕ相のコイル１６ｕが巻回されているティース１４ｕの脇に突出している。また同様に、Ｖ相及びＷ相の給電ライン１８ｖ、１８ｗからのコイル接続端子２０ｖ、２０ｗについても、Ｖ相及びＷ相のコイル１６ｖ、１６ｗが巻回されているティース１４ｖ、１４ｗの脇に突出している。

さらに本実施形態では、バックヨーク部に、上記の各給電ライン１８と同様に、各コイル１６の他端同士を共通接続する中性点接続用ライン２２が埋設されている。そして、中性点接続用ライン２２から分岐したコイル接続端子２４は、バックヨーク部１２の内面から各ティース１４の脇に突出している。

ここで、上記の各給電ライン１８及び中性点接続用ライン２２は、例えばステータコア１０に圧粉磁心を用いる場合、各給電ライン１８及び中性点接続用ライン２２を所定位置に配置した状態で圧粉磁心を成形することで、図２のように給電ライン１８及び中性点接続用ライン２２がバックヨーク部１２に埋設した状態を実現すればよい。

そして、上述のように各給電ライン１８及び中性点接続用ライン２２が埋設されたステータコア１０において、ティース１４に巻回されたコイル１６（図２では図示せず）の一端と、バックヨーク部１２からティース１４の脇に突出した給電ライン１８からのコイル接続端子２０とを電気的に接続し、また、ティース１４に巻回された各コイル１６（図２では図示せず）の他端と、バックヨーク部１２からティース１４の脇に突出した中性点接続用ライン２２からのコイル接続端子２４とを電気的に接続する。こうして、各相のコイル１６には、各給電ライン１８を介して、外部装置（図示せず）から励磁電流が供給されることとなる。

このとき、各相の給電ライン１８は、ステータコア１０のバックヨーク部１２に埋設されているため、従来のように給電ライン１８を配置するスペースを確保する必要が無く、モータを搭載するためのスペースを十分に活用することが可能となる。また、各相の給電ライン１８をステータコア１０のバックヨーク部１２に埋設することにより、各相コイル１６への配電部の容積に依存することなく、モータサイズを小型化することが可能となる。

なお、上記実施形態では、例えば各給電ライン１８及び中性点接続用ライン２２を所定位置に配置した状態で圧粉磁心を成形する等して、バックヨーク部１２に埋設した構成となっているが、各給電ライン１８及び中性点接続用ライン２２をバックヨーク部１２に収納する構成としては、これに限定されるものではない。

（第２実施形態）
例えば図３に示すように、バックヨーク部１２の外周側を外周面に沿って切り欠くことで形成された収納スペース（収納部）２６に、各給電ライン１８及び中性点接続用ライン２２を収納する構成にしても良い。このとき、この収納部２６には、各給電ライン１８から分岐したコイル接続端子２０および中性点接続用ライン２２から分岐したコイル接続端子２４をバックヨーク部１２の内面から突出させるための貫通孔（図示せず）が設けられている。

そして、各給電ライン１８から分岐したコイル接続端子２０を、貫通孔を介してティース１４の脇に突出させながら、各給電ライン１８を収納部２６に収納すれば良い。また、中性点接続用ライン２２から分岐したコイル接続端子２４についても、貫通孔を介してティース１４の脇に突出させながら、中性点接続用ライン２２を収納部２６に収納すれば良い。

こうすることによって、各相の給電ライン１８は、ステータコア１０のバックヨーク部１２に形成された収納部２６に収納されるため、従来のように給電ライン１８を配置するスペースを確保する必要が無く、モータを搭載するためのスペースを十分に活用することができる。またこれにより、各相コイル１６への配電部の容積に依存することなく、モータサイズを小型化することが可能となる。

（第３実施形態）
また、例えば図４に示すように、ステータコア１０のバックヨーク部１２の上面に、各給電ライン１８及び中性点接続用ライン２２をはめ込む溝部２８を設けても良い。

この場合、各給電ライン１８から分岐したコイル接続端子２０をティース１４の脇に引き出しながら、各給電ライン１８を溝部２８にはめ込み、また、中性点接続用ライン２２から分岐したコイル接続端子２４についても、ティース１４の脇に引き出しながら、中性点接続用ライン２２を中性点接続用ライン用の溝部２８にはめ込めば良い。

こうすることによって、各相の給電ライン１８はバックヨーク部１２に形成された溝部２８に収納されるため、従来のように給電ライン１８を配置するスペースを確保する必要が無く、モータを搭載するためのスペースを十分に活用することができる。またこれにより、各相コイル１６への配電部の容積に依存することなく、モータサイズを小型化することが可能となる。

なお、上記の各実施形態におけるステータコア１０では、各給電ライン１８のみならず中性点接続用ライン２２もバックヨーク部１２に収納されているが、中性点接続用ライン２２は、従来と同様に、ステータコア１０の内側にリング状に配置されても良い。

また、上記実施形態では、図１のように各相のコイルがパラレルに結線した場合について説明しているが、図５のようにシリーズに結線する場合にも適用可能である。なお、図５では、中性点接続用ラインは図示省略としている。

また、上記の各実施形態におけるステータコアは、モータ（電動機）のみならず、発電機などの回転電機にも適用可能であることはいうまでもない。

本発明の実施の形態におけるステータコアの構成（結線状態）を示す図である。 本発明の実施の形態におけるステータコアの構成を示す図である。 本発明の他の実施の形態におけるステータコアの構成を示す図である。 本発明の他の実施の形態におけるステータコアの構成を示す図である。 図１と異なる結線状態のステータコアを示す図である。

符号の説明

１０ ステータコア、１２ バックヨーク部、１４ ティース、１６ コイル、１８ 給電ライン、２０ （給電ラインの）コイル接続端子、２２ 中性点接続用ライン、２４ （中性点接続用ラインの）コイル接続端子、２６ 収納部。

Claims (2)

1. コイルが巻回されたティースが、中空円筒のバックヨーク部の内面に、周方向に所定間隔で配列されたステータコアにおいて、
   前記ステータコアを圧粉磁心で構成するとともに、各ティースに巻回されたコイルのそれぞれに外部から励磁電流を供給するための給電ラインを、前記コイルを除いて前記バックヨーク部に埋設したことを特徴とするステータコア。
2. 請求項１に記載のステータコアを含む中空円筒形状のステータと、
   前記ステータの中空部の内周側に、回転自在に配置されたロータと、
   を備えることを特徴とする回転電機。

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