JP4956774B2 - アキシャルギャップ型モータの結線構造 - Google Patents

Description

この発明は、アキシャルギャップ型モータの結線構造に関し、特に、多相巻線からなる固定子（ステータ）を有するアキシャルギャップ型モータの結線構造に関する。

従来、例えば６相からなる多相巻線（コイル）のステータを有するモータとして、「車両用交流発電機」（特許文献１参照）が知られている。この「車両用交流発電機」は、一方の３相巻線の結線構造から引き出される３本の出力用引出線Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１を１グループとし、他方の３相巻線から引き出される３本の出力用引出線Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１を別の１グループとして、これら２つのグループに含まれる各出力用引出線が互いに分離するようにしている。このため、これらの各出力用引出線に対応する中性点用引出線も各３相巻線ごとに隔たった位置に配置される。つまり、ステータにおける多相巻線の各相毎に結線部を集めて結線している。

このような中性点構成の多相巻線を有するモータの場合、３相（Ｕ、Ｖ、ＷとＸ、Ｙ、Ｚ）中性点を連結する３相中性点連結では線間電圧が約１．７倍に、６相（Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚ）中性点連結では線間電圧が約２倍になり、中性点用バスバーは２系列必要になる。また、中性点を内周に回したとしても、外周バスバーは６本必要である。従って、省スペース化、コイル冷却のためには、バスバーを、コイル両端側に分配することが望ましい。
特開２００３−１１１３４６号公報

しかしながら、従来の「車両用交流発電機」（特許文献１参照）においてコイル両端側にバスバーの分配を行う場合、結線作業性を考慮していないため、巻線（ワイヤ）の成形行程の追加により結線作業が困難になる上に、絶縁用部品（インシュレータ）の追加等が生じてしまう。
この発明の目的は、巻線の成形行程や絶縁用部品の追加等が生じることなく、結線作業性を高めて、小型化及び冷却性能の向上が可能になるアキシャルギャップ型モータの結線構造を提供することである。

上記目的を達成するため、この発明に係るアキシャルギャップ型モータの結線構造は、出力用引出線が引き出され、各相が中性点で連結された多相巻線グループが複数あるコイルを備えた固定子を有するアキシャルギャップ型モータの結線構造において、前記複数の多相巻線グループを、前記固定子におけるモータ回転軸方向の一端側と他端側に分けて分配配置したことを特徴としている。

この発明によれば、出力用引出線が引き出され、各相が中性点で連結された多相巻線グループが複数あるコイルを備えた固定子を有するアキシャルギャップ型モータは、複数の多相巻線グループを、前記固定子におけるモータ回転軸方向の一端側と他端側に分けて分配配置して結線されている。このため、巻線の成形行程や絶縁用部品の追加等が生じることなく、結線作業性を高めて、小型化及び冷却性能の向上が可能になる。

以下、この発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
図１は、この発明の一実施の形態に係るアキシャルギャップ型モータのステータの断面説明図であり、図２は、図１のアキシャルギャップ型モータの結線構造を示す平面説明図である。

図１及び図２に示すように、アキシャルギャップ型モータの固定子（ステータ）１０は、モータ回転軸（図示しない）の周囲に位置する円環状に形成された固定子コア１１と、固定子コア１１の周方向に沿って並設された複数の巻線（コイル）１２を有し（図１参照）、コイル１２は、それぞれ３個のＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイル、Ｘ相コイル、Ｙ相コイル、Ｚ相コイルを備えている。従って、６相１８スロット構成となる（図２参照）。また、固定子コア１１の外周縁内部には、全周に渡って水路１３が配置されている（図１参照）。

そして、一方の３相巻線（コイル）の結線構造から引き出される３本の出力用引出線Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１を１グループとし、他方の３相巻線から引き出される３本の出力用引出線Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１を別の１グループとして、多相巻線の各相毎に結線部を集めて結線し、これら２つのグループに含まれる各出力用引出線が互いに分離するようにしている。このため、これらの各出力用引出線に対応する中性点用引出線も各３相巻線毎に隔たった位置に配置されている。

即ち、コイル端部を、独立して駆動される各相を１グループとし、各グループ単位でコイル結線部を、コイル両端の一端側であるステータ前（Ｆｒ）側と、コイル両端の他端側であるステータ後（Ｒｒ）側に、分けて配置している。従って、コイル結線部が接続されるバスバーも、固定子コア１１の外周部に配置した出力用のバスバーが、ステータ前（Ｆｒ）側の外周部積層バスバーＦｒ１４ａと、ステータ後（Ｒｒ）側の外周部積層バスバーＲｒ１４ｂに分けて配置され、固定子コア１１の内周部に配置した中性点用のバスバーが、ステータの前（Ｆｒ）側の内周部積層バスバーＦｒ１５ａと、ステータの後（Ｒｒ）側の内周部積層バスバーＲｒ１５ｂに分けて配置される（図１参照）。

図３は、コイル結線部がコイル結線部に接続されるべきコイルの端部と同じ方向になるように配置した状態の図１と同様のステータの断面説明図である。図３に示すように、ステータ前（Ｆｒ）側とステータ後（Ｒｒ）側に分配して設置されたコイル結線部１６は、コイル結線部１６に接続されるべきコイル端部と同じ方向になるように、即ち、ステータ後（Ｒｒ）側においてはコイル端部をステータ後（Ｒｒ）側に位置させて（コイル反転）、配置している。

ところで、分配して設置された各コイル結線部１６と、各コイル結線部１６に接続されるべき各コイル１２の端部が、同じ方向になるように、即ち、ステータ後（Ｒｒ）側においてはコイル端部をステータ後（Ｒｒ）側に位置させて、配置したことにより、ステータ前（Ｆｒ）側からの電流の向きと、ステータ後（Ｒｒ）側からの電流の向きが、逆向きになってしまう。

図４は、ステータ後（Ｒｒ）側ではコイル端部をステータ後（Ｒｒ）側に位置させて配置した場合の電流の方向を示す説明図である。図５は、コイル結線部が前側か後側かで各コイルの巻線方向を逆向きにした状態を示し、（ａ）は前側の場合の図１と同様のステータの断面説明図、（ｂ）は後側の場合の図１と同様のステータの断面説明図である。
図４に示すように、ステータ前（Ｆｒ）側からの電流は、図面上、コイル１２の左側から右側へ（×・●印及び矢印参照）流れ、ステータ後（Ｒｒ）側からの電流は、図面上、コイル１２の右側から左側へ（×・●印及び矢印参照）流れることになる。つまり、ステータ前（Ｆｒ）側とステータ後（Ｒｒ）側で、電流が逆向きになるので、コイル１２の巻方向を、ステータ前（Ｆｒ）側とステータ後（Ｒｒ）側で変える必要がある。

従って、図５に示すように、コイル結線部がステータ前（Ｆｒ）側に位置する場合は、入力端子側から見て右巻きにし（（ａ）参照）、ステータ後（Ｒｒ）側に位置する場合は、入力端子側から見て左巻きにする（（ｂ）参照）。つまり、各コイル１２の入力端子側から見たときの巻線方向が逆向きになるようにする。
このように、コイル結線部を、コイル両端の一端側であるステータ前（Ｆｒ）側と、コイル両端の他端側であるステータ後（Ｒｒ）側に、分配して設置した場合、中性点については、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルを１グループとし、Ｘ相コイル、Ｙ相コイル、Ｚ相コイルを１グループとして、各グループ別に分配することができる。

図６は、中性点における分配のＵ，Ｖ，Ｗの各相についての説明図である。図７は、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相の結線状態を示す説明図である。図８は、中性点における分配のＸ，Ｙ，Ｚの各相についての説明図である。図６に示すように、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルを１グループとして、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の中性点１７ａをステータ前（Ｆｒ）側に配置する。図７に示すように、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルは、それぞれ３個ずつ（Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３）がまとめて結線されている。

そして、図８に示すように、Ｘ相コイル、Ｙ相コイル、Ｚ相コイルを１グループとして、Ｘ，Ｙ，Ｚ相の中性点１７ｂをステータ後（Ｒｒ）側に配置する。図示しないが、Ｘ相コイル、Ｙ相コイル、Ｚ相コイルも、同様にそれぞれ３個ずつ（Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３、Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３、Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３）がまとめて結線されている。
即ち、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相及びＸ，Ｙ，Ｚの各相のコイル１２をグループ化することで、更に、線間電圧を変えることができる。

図９は、分配したグループのどちらか一方の線間電圧位相をずらした状態をグラフで示す説明図である。図９に示すように、分配したグループの一方の線間電圧Ｖ１に対し、他方の線間電圧Ｖ２は、位相を１８０度（π）ずらしている。即ち、コイル端部を独立して駆動される各相を１グループとし、各グループ単位で結線部をコイル両端の一端側であるステータ前（Ｆｒ）側と、コイル両端の他端側であるステータ後（Ｒｒ）側に分配し、更に、例えば、ステータ後（Ｒｒ）配置グループの線間電圧波形を、ステータ前（Ｆｒ）配置グループの線間電圧波形より１８０度（π）位相をずらして、線間電圧を変えている。これにより、コイル１２を共用することができる。

上述したように、バスバー分配により、結線作業が困難になる上に絶縁用部品（インシュレータ）の追加等が生じてしまうことに、コイル端部方向を分配した結線部に合わせることで対応したが、方向を変えることにより電流の向きが変わってしまう。そこで、各相毎にグルーピングし、グループ単位でコイル端部をコイル両端の一端側であるステータ前（Ｆｒ）側と、コイル両端の他端側であるステータ後（Ｒｒ）側に分配して結線し、更に、コイル１２の巻き線方向をグループ毎に変えてやることで、電流の向きを揃えることができる。

その上、ステータ前（Ｆｒ）配置とステータ後（Ｒｒ）配置の各グループにおける線間電圧波形の位相を１８０度ずらすことで、ステータ前（Ｆｒ）或いはステータ後（Ｒｒ）の結線配置に拘わらず同じコイル部品を反転させるだけで利用可能になる。このため、コストを抑制しながら小型化及び冷却性能の向上ができる結線構造が可能になる。

このように、この発明によれば、出力用引出線が引き出され、各相が中性点で連結された多相巻線グループが複数あるコイルを備えた固定子を有するアキシャルギャップ型モータは、複数の多相巻線グループを、前記固定子におけるモータ回転軸方向の一端側と他端側に分けて分配配置して結線されているので、巻線の成形行程や絶縁用部品の追加等が生じることなく、結線作業性を高めて、小型化及び冷却性能の向上が可能になる。

この発明の一実施の形態に係るアキシャルギャップ型モータのステータの断面説明図である。 図１のアキシャルギャップ型モータの結線構造を示す平面説明図である。 コイル結線部がコイル結線部に接続されるべきコイルの端部と同じ方向になるように配置した状態の図１と同様のステータの断面説明図である。 ステータ後（Ｒｒ）側ではコイル端部をステータ後（Ｒｒ）側に位置させて配置した場合の電流の方向を示す説明図である。 コイル結線部が前側か後側かで各コイルの巻線方向を逆向きにした状態を示し、（ａ）は前側の場合の図１と同様のステータの断面説明図、（ｂ）は後側の場合の図１と同様のステータの断面説明図である。 中性点における分配のＵ，Ｖ，Ｗの各相についての説明図である。 Ｕ，Ｖ，Ｗの各相の結線状態を示す説明図である。 中性点における分配のＸ，Ｙ，Ｚの各相についての説明図である。 分配したグループのどちらか一方の線間電圧位相をずらした状態をグラフで示す説明図である。

符号の説明

１０ 固定子
１１ 固定子コア
１２ コイル
１３ 水路
１４ａ 外周部積層バスバーＦｒ
１４ｂ 外周部積層バスバーＲｒ
１５ａ 内周部積層バスバーＦｒ
１５ｂ 内周部積層バスバーＲｒ
１６ コイル結線部
１７ａ，１７ｂ 中性点
Ｖ１，Ｖ２ 線間電圧
Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１、Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１ 出力用引出線

Claims (4)

1. 出力用引出線が引き出され、各相が中性点で連結された多相巻線グループが複数あるコイルを備えた固定子を有するアキシャルギャップ型モータの結線構造において、
   前記複数の多相巻線グループを、前記固定子におけるモータ回転軸方向の一端側と他端側に分けて分配配置したことを特徴とするアキシャルギャップ型モータの結線構造。
2. 分配設置した前記多相巻線グループの結線部と、前記結線部に接続されるべき前記多相巻線グループの各相のコイルの端部が、前記固定子におけるモータ回転軸方向の同一端側になるように配置したことを特徴とする請求項１に記載のアキシャルギャップ型モータの結線構造。
3. 前記結線部の前記各コイルの入力端子側から見たときの巻き線方向が、前記固定子におけるモータ回転軸方向の一端側に結線部がある多相巻線グループと、他端側に結線部がある多相巻線グループとで、逆向きになるように設定したことを特徴とする請求項２に記載のアキシャルギャップ型モータの結線構造。
4. 前記固定子におけるモータ回転軸方向の一端側と他端側に分配配置した各多相巻線グループの一方の線間電圧波形を、他方の線間電圧波形より１８０度位相をずらしたことを特徴とする請求項３に記載のアキシャルギャップ型モータの結線構造。

Images