JP5329196B2 - ステータ及びその巻線方法 - Google Patents

Description

本発明は、ステータ及びその巻線方法に関し、より具体的には電動機や発電機などの回転電機のステータ（固定子）及びそのコイルの巻線方法に関する。

電動機や発電機などの回転電機のステータ及びその巻線方法としては、例えば特許文献１記載の技術を挙げることができる。特許文献１記載の技術にあっては、ステータの鉄心の内周に設けられるティース群の内、隣接する３個のティースを重ねて巻回可能なコイルを複数個連続させた円形状体を用意すると共に、鉄心をティースごとに分割し、分割されたティースを円形状体の外側からコイルに向けて挿通させてステータを製作することで、軽量であると共に、歩留まり率と占積率を向上させたステータを提案している。尚、上記のように重ね巻き（分布巻き）されたコイル同士は、次いで並列に接続（並列結線）される。
特開２００５−１８４８８７号公報

ところで、この種のステータにおいて油などの冷媒を用いて巻線コイルを冷媒する場合、コイルの位置によって温度が相違する場合がある。特に、ステータの下部に冷媒のタンクを配置する場合、冷媒に常時接触している下部のコイルと他の部位のコイルとでは温度が大きく異なる場合が生じる。

その結果、コイルを流れる電流に偏りが生じ、トルクの変動や振動が生じる場合などがあった。上記した不都合はコイルを直列に接続することで解消できるが、コイルを重ね巻きしつつ直列に接続しようとすると、巻線が複雑となる。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、コイルを重ね巻きしつつ直列に接続すると共に、比較的簡易に巻線するようにしたステータを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、
複数のティースを備えたステータコアと、前記ティース間のスロットに挿入される３相の巻線と、を有するステータにおいて、
前記３相の各巻線は、それぞれ電気角１８０°×ｍ（ｍ：整数）ずれている複数のティースのうち、互いに電気角１８０°ずれた２つの各ティースの両側の各一対のスロットで構成される各スロット群に、直列に所定回数ずつ２層に分布巻きされる複数のコイル巻回部をそれぞれ有し、
前記３相の各巻線において、互いに隣接する前記一対のスロットに巻回されるコイル巻回部同士は、互いの巻回方向を反転しつつ直列に巻回されており、
前記３相の巻線のうち、いずれか１相の巻線は、該巻線が配置される前記スロットの口出し線側及び渡り線側において、残りの２相の巻線を挟持していることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、
１２×ｎ（ｎ：整数）のティースを備えたステータコアと、第１相、第２相、第３相からなる３相の巻線を前記ティースの間のスロットに挿入されてなるステータにおいて、
前記第１相の巻線は、任意の第１のティースに対してそれぞれ電気角１８０°×ｍ（ｍ：整数）ずれていると共に、互いに電気角１８０°ずれた２つの各ティースの両側の各一対の第１相用のスロットで構成される第１相用のスロット群に、互いに隣接するもの同士の巻回方向を反転しつつ直列に所定回数ずつ２層に分布巻きされる、複数の第１相用のコイル巻回部を有し、該複数の第１相用のコイル巻回部は、前記第１のティースの両側の一対の第１のスロットのいずれかに挿入され、該一対の第１スロットと、該第１のティースから電気角１８０°ずれた第４のティースの両側の一対の第４のスロットに、任意の方向に所定回数ずつ２層に分布巻きされる第１相用の先頭コイル巻回部を含み、
前記第３相の巻線は、前記第１のティースから電気角６０°ずれた第２のティースに対してそれぞれ電気角１８０°×ｍずれていると共に、互いに電気角１８０°ずれた２つの各ティースの両側の各一対の第３相用のスロットで構成される第３相用のスロット群に、互いに隣接するもの同士の巻回方向を反転しつつ直列に前記所定回数ずつ２層に分布巻きされる、複数の第３相用のコイル巻回部を有し、該複数の第３相用のコイル巻回部は、前記第２のティースの両側の一対の第２のスロットのいずれかに挿入され、該一対の第２スロットと、該第２のティースから電気角１８０°ずれた第５のティースの両側の一対の第５のスロットに、前記任意の方向と同一の方向に所定回数ずつ２層に分布巻きされる第３相用の先頭コイル巻回部を含み、
前記第２相の巻線は、前記第２のティースから電気角６０°ずれた第３のティースに対してそれぞれ電気角１８０°×ｍずれていると共に、互いに電気角１８０°ずれた２つの各ティースの両側の各一対の第２相用のスロットで構成される第２相用のスロット群に、互いに隣接するもの同士の巻回方向を反転しつつ直列に前記所定回数ずつ２層に分布巻きされる、複数の第２相用のコイル巻回部を有し、該複数の第２相用のコイル巻回部は、前記第３のティースの両側の一対の第３のスロットのいずれかに挿入され、該一対の第３スロットと、該第３のティースから電気角１８０°ずれた第６のティースの両側の一対の第６のスロットに、前記任意の方向と同一の方向に所定回数ずつ２層に分布巻きされる第２相用の先頭コイル巻回部を含み、
前記第３相の巻線の挿入される側の端部の極性を前記第１相、第２相の巻線のそれと逆の極性としたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、
１２×ｎ（ｎ：整数）のティースを備えたステータコアと、第１相、第２相、第３相からなる３相の巻線を前記ティースの間のスロットに挿入されてなるステータにおいて、
前記第１相の巻線は、任意の第１のティースに対してそれぞれ電気角１８０°×ｍ（ｍ：整数）ずれていると共に、互いに電気角１８０°ずれた２つの各ティースの両側の各一対の第１相用のスロットで構成される第１相用のスロット群に、互いに隣接するもの同士の巻回方向を反転しつつ直列に所定回数ずつ２層に分布巻きされる、複数の第１相用のコイル巻回部を有し、該複数の第１相用のコイル巻回部は、前記第１のティースの両側の一対の第１のスロットのいずれかに挿入され、該一対の第１スロットと、該第１のティースから電気角１８０°ずれた第４のティースの両側の一対の第４のスロットに、任意の方向に所定回数ずつ２層に分布巻きされる第１相用の先頭コイル巻回部を含み、
前記第３相の巻線は、前記第１のティースから電気角２４０°ずれた第５のティースに対してそれぞれ電気角１８０°×ｍずれていると共に、互いに電気角１８０°ずれた２つの各ティースの両側の各一対の第３相用のスロットで構成される第３相用のスロット群に、互いに隣接するもの同士の巻回方向を反転しつつ直列に前記所定回数ずつ２層に分布巻きされる、複数の第３相用のコイル巻回部を有し、該複数の第３相用のコイル巻回部は、前記第５のティースの両側の一対の第５のスロットのいずれかに挿入され、該一対の第５スロットと、該第５のティースから電気角−１８０°ずれた第２のティースの両側の一対の第２のスロットに、前記任意の方向と逆の方向に所定回数ずつ２層に分布巻きされる第３相用の先頭コイル巻回部を含み、
前記第２相の巻線は、前記第１のティースから電気角１２０°ずれた第３のティースに対してそれぞれ電気角１８０°×ｍずれていると共に、互いに電気角１８０°ずれた２つの各ティースの両側の各一対の第２相用のスロットで構成される第２相用のスロット群に、互いに隣接するもの同士の巻回方向を反転しつつ直列に前記所定回数ずつ２層に分布巻きされる、複数の第２相用のコイル巻回部を有し、該複数の第２相用のコイル巻回部は、前記第３のティースの両側の一対の第３のスロットのいずれかに挿入され、該一対の第３スロットと、該第３のティースから電気角１８０°ずれた第６のティースの両側の一対の第６のスロットに、前記任意の方向と同一の方向に所定回数ずつ２層に分布巻きされる第２相用の先頭コイル巻回部を含み、
前記第１相、第２相、第３相の巻線の挿入される端部の極性を同一としたことを特徴とするステータ。

請求項４に係る発明は、請求項２または３に記載のステータにおいて、
前記第１相、第２相、第３相の先頭コイル巻回部を１個ずつ重ね合わせたコイル群を形成した後、前記第１相、第２相、第３相の残りのコイル巻回部を１個ずつ重ね合わせて配置することを特徴とする。

請求項１〜３の発明によれば、各相の巻線は、同一形状で、且つ直列一体となるので、個々のコイルを流れる電流に偏りが発生しない構造となる。また、各相の渡り線側及び口出し線側におけるコイルエンド部が疎密になることがなく、両側でのコイルエンド部の長さを同一にして各相の相インダクタンスを均一にする際に、コイルエンド部のたるみを抑え、各相の渡り線側及び口出し線側におけるコイルエンド部が占める領域を低減することができる。さらに、２層分布巻きとすることで、コイルの起磁力が方形波となる集中巻に比べて正弦波により近づくことから、磁束変化が滑らかとなり、低損失、高出力なモータを提供することができる。

以下、本発明に係るステータの各実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

＜第１実施形態＞
図１に示すように、ステータ１０は、電動機や発電機などの回転電機の固定子であり、ロータ１２（想像線で示す）の外周に配置される。具体的に、このステータ１０は、ラジアル型のブラシレスモータのステータであり、ロータ１２は、例えば、２極対（極対数ｐ＝２）、即ち、永久磁石を４個備える。ステータ１０は鉄系材料から製作される薄板を積層（或いは鉄系材料を焼結もしくは圧粉成型）されてなるとともに、巻線１４は細い電線（エナメル線）からなる束線である。

ステータ１０は、断面円形のコア１０ａと、コア１０ａと一体的に形成されると共に、内側に向けて放射状に電気角３０度ごとに突設される２４個のティース（突極）１０ｂからなる。ティース１０ｂ間には、スロット（間隙）１０ｃが同様に電気角３０度ごとに２４個形成される。図１に示すステータ１０において、スロット１０ｃの個数は１２×ｎ（＝２４）で示される。ｎは整数で、ロータ１２の極対数ｐと同一の値となる。

スロット１０ｃには、Ｕ，Ｖ，Ｗからなる３相の巻線１４、即ち、Ｕ相巻線１４ａ、Ｖ相巻線１４ｂ、Ｗ相巻線１４ｃが挿通され、４個のティース１０ｂを跨いで所定回数（例えば数十ターン）ずつ周方向両側で２層に分布巻きされるコイル１６が４個形成されている。即ち、Ｕ相巻線１４ａによってＵ相コイル巻回部１６ａが、Ｖ相巻線１４ｂによってＶ相コイル巻回部１６ｂが、Ｗ相巻線１４ｃによってＷ相コイル巻回部１６ｃがそれぞれ形成される。なお、図１などにおいては、図示の便宜のため、巻線１４のターン数（巻き数）を３つとしている。

また、図１は、ステータ１０のコイル１６が、３相同一回転巻き、且つ、同心巻で巻回されたものを示しており、図２は図１に示すコイルをステータの軸方向から見たときの口出し線側の巻線パターン図、図３は同様に図１に示すコイルをステータの軸方向から見たときに渡り線側の巻線パターン図で、図４は図１に示すコイルを展開して模式的に示す展開図であり、図５は図４の方向Ａ、及びＢから見たステータの側面図である。

ここで、「口出し線」は巻線の正負極側の線を意味し、インバータなどの通電切替装置に接続するためにステータ１０から引き出された線であって、ここでは口出し線が配置されているステータ１０の一端側を「口出し線側」、口出し線が引き出されていない、ステータ１０の他端側を「渡り線側」ということとする。

また、図２等の巻線パターン図において、Ｕ、Ｖ、Ｗ相からなる３相の巻線１４ａ、１４ｂ、１４ｃの連続を０１から４８までの番号で示す。図に矢印で示される如く、それぞれの巻線は番号が連続するように巻回される。

なお、図１中、Ｕ相巻線１４ａ、Ｖ相巻線１４ｂ、Ｗ相巻線１４ｃにつき、電力を入力する側（正極）を１４ａａ、１４ｂａ、１４ｃａ、その反対側（負極）、即ち、Ｙ結線（或いはΔ結線）において中性点側を１４ａｂ、１４ｂｂ、１４ｃｂで示す。図４等においては、負極側はアンダーバーを付すことによっても示す。

３相の各巻線１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、それぞれ電気角１８０°×ｍ（ｍ：整数）ずれている複数のティース１０ｂのうち、互いに電気角１８０°ずれた２つの各ティース１０ｂの両側の各一対のスロット１０ｃで構成される各スロット群２０ａ，２０ｂ，２０ｃ（図４参照。）に、互いに隣接するもの同士の巻回方向を反転しつつ直列に所定回数ずつ同心で２層に分布巻きされる、複数のコイル巻回部１６ａ，１６ｂ，１６ｃをそれぞれ有する。

具体的に、Ｖ相の巻線１４ｂは、図６及び図７に示すように、任意の第１のティース１０ｂ１に対してそれぞれ電気角１８０°×ｍ（ｍ：整数）ずれていると共に、互いに電気角１８０°ずれた２つの各ティース１０ｂ１,１０ｂ４，１０ｂ７，１０ｂ１０の両側の各一対のＶ相用のスロット１０ｃ１,１０ｃ４，１０ｃ７，１０ｃ１０で構成されるＶ相用のスロット群２０ｂに、互いに隣接するもの同士の巻回方向を反転しつつ直列に所定回数ずつ同心で２層に分布巻きされる、複数のＶ相用のコイル巻回部１６ｂを有する。

複数のＶ相用のコイル巻回部１６ｂは、第１のティース１０ｂ１の両側の一対の第１のスロット１０ｃ１のいずれか（本実施形態では、口出し線側から見て時計方向寄り）に挿入され、一対の第１のスロット１０ｃ１と、第１のティース１０ｂ１から電気角１８０°ずれた第４のティース１０ｂ４の両側の一対の第４のスロット１０ｃ４とに、任意の方向に所定回数ずつ同心で２層に分布巻きされるＶ相用の先頭コイル巻回部１６ｂ１を含む。

また、Ｕ相の巻線１４ａは、図８及び図９に示すように、第１のティース１０ｂ１から電気角６０°ずれた第２のティース１０ｂ２に対してそれぞれ電気角１８０°×ｍずれていると共に、互いに電気角１８０°ずれた２つの各ティース１０ｂ２，１０ｂ５，１０ｂ８，１０ｂ１１の両側の各一対のＵ相用のスロット１０ｃ２，１０ｃ５，１０ｃ８，１０ｃ１１で構成されるＵ相用のスロット群２０ａに、互いに隣接するもの同士の巻回方向を反転しつつ直列に前記所定回数ずつ同心で２層に分布巻きされる、複数のＵ相用のコイル巻回部１６ａを有する。

複数のＵ相用のコイル巻回部１６ａは、第２のティース１０ｂ２の両側の一対の第２のスロット１０ｃ２のいずれか（本実施形態では、口出し線側から見て時計方向寄り）に挿入され、一対の第２のスロット１０ｃ２と、第２のティース１０ｂ２から電気角１８０°ずれた第５のティース１０ｂ５の両側の一対の第５のスロット１０ｃ５とに、任意の方向と同一の方向に所定回数ずつ同心で２層に分布巻きされるＵ用の先頭コイル巻回部１６ａ１を含む。

さらに、Ｗ相の巻線１４ｃは、図１０及び図１１に示すように、第２のティース１０ｂ２から電気角６０°ずれた第３のティース１０ｂ３に対してそれぞれ電気角１８０°×ｍずれていると共に、互いに電気角１８０°ずれた２つの各ティース１０ｂ３,１０ｂ６，１０ｂ９，１０ｂ１２の両側の各一対のＷ相用のスロット１０ｃ３,１０ｃ６，１０ｃ９，１０ｃ１２で構成されるＷ相用のスロット群２０ｃに、互いに隣接するもの同士の巻回方向を反転しつつ直列に所定回数ずつ同心で２層に分布巻きされる、複数のＷ相用のコイル巻回部１６ｃを有する。

複数の第３相用のコイル巻回部１６ｃは、第３のティース１０ｂ３の両側の一対の第３のスロット１０ｃ３のいずれか（本実施形態では、口出し線側から見て時計方向寄り）に挿入され、一対の第３のスロット１０ｃ３と、第３のティース１０ｂ３から電気角１８０°ずれた第６のティース１０ｂ６の両側の一対の第６のスロット１０ｃ６に、任意の方向と同一の方向に所定回数ずつ同心で２層に分布巻きされるＷ相用の先頭コイル巻回部１６ｃ１を含む。

また、これら各相の巻線１４は、第２相（Ｕ相）の巻線１４ｂの挿入される側の端部の極性を第１相（Ｖ相）、第３相（Ｗ相）の巻線１４ａ，１４ｃのそれと逆の極性としている。

また、本実施形態では、所定の方向（例えば、口出し線側）から見たときの巻き方で、ステータ１０の円周方向の中心方向に向かう巻き方である内巻きが採用されているが、ステータ１０の円周方向に向かう巻き方である外巻きで巻回されてもよい。さらに、巻回方向は、所定の方向（例えば、口出し線側）から見たときの巻き方で、各相の隣接するコイル巻回部同士が一対のスロットを共有しながら、先頭コイル巻回部１６ａ１，１６ｂ１，１６ｃ１から時計回りで巻回されているが、反時計回りで巻回されてもよい。従って、本実施形態の同一回転巻き、且つ、同心巻の巻回方法において、４つのパターンのいずれかが採用される。

そして、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の先頭コイル巻回部１６ａ１，１６ｂ１，１６ｃ１を１個ずつ重ね合わせたコイル群を形成した後、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の残りのコイル巻回部１６ａ，１６ｂ，１６ｃを隣接するコイル巻回部１６ａ，１６ｂ，１６ｃごとに１個ずつ重ね合わせて配置する。

そして、Ｕ相巻線１４ａ、Ｖ相巻線１４ｂ、Ｗ相巻線１４ｃの他端部側１４ｂｂ、１４ａａ、１４ｃｂは、第１１、第１０、第１２のティース１０ｂ１１，１０ｂ１０，１０ｂ１２の両側の一対の第１１、第１０、第１２のスロット１０ｃ１１，１０ｃ１０，１０ｃ１２のいずれか（本実施形態では、口出し線側から見て反時計方向寄り）から引き出される。

このようにしてステータ１０に巻回されたコイル１６は、図１２に示すように、３相の各巻線１４ａ，１４ｂ，１４ｃが、巻線１４ａ，１４ｂ，１４ｃのいずれかが配置される一対のスロット１０ｃの口出し線側及び渡り線側において、該一対のスロット１０ｃから延びる隣り合うコイル巻回部１６ａ、１６ｂ，１６ｃ間で残りの２相の巻線１４ａ，１４ｂ，１４ｃを挟持している。

従って、各相の巻線１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、同一形状で、且つ直列一体となるので、個々のコイルを流れる電流に偏りが発生しない構造となる。また、各相の渡り線側及び口出し線側におけるコイルエンド部が疎密になることがなく、両側でのコイルエンド部の長さを同一にして各相の相インダクタンスを均一にする際に、コイルエンド部のたるみを抑え、各相の渡り線側及び口出し線側におけるコイルエンド部が占める領域を低減することができる。さらに、２層分布巻きとすることで、コイルの起磁力が方形波となる集中巻に比べて正弦波により近づくことから、磁束変化が滑らかとなり、低損失、高出力なモータを提供することができる。

また、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の先頭コイル巻回部１６ａ１，１６ｂ１，１６ｃ１を１個ずつ重ね合わせたコイル群を形成した後、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の残りのコイル巻回部１６ａ，１６ｂ，１６ｃを隣接するコイル巻回部１６ａ，１６ｂ，１６ｃごとに１個ずつ重ね合わせて配置することで、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれのコイル１６を予め形成した後で均等に配置されるように編んで組み合わせる場合に比べて簡易に巻線を形成することができる。

なお、本実施形態の同一回転巻きの他の巻回方法としては、図１〜図１２に示した同心巻以外に、図１３〜図１６に示すようなピッチ巻が採用されてもよい。即ち、図１〜図１２に示した同心巻では、隣接する各相用のティースの両側の各一対のスロット（計４個のスロット）のうち、近接する側のスロット内を巻回した後に離間する側のスロット内を巻回する（、或いはその逆）ようにしているが、ピッチ巻の場合には、口出し線側から見て時計方向寄りのスロット内を巻回した後に反時計寄りのスロット内を巻回する（、或いはその逆）ようにする。

この場合にも、ステータ１０に巻回されたコイル１６は、図１６に示すように、３相の各巻線１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、巻線１４ａ，１４ｂ，１４ｃのいずれかが巻かれる各ティース１０ｂの口出し線側及び渡り線側において、該一対のスロット１０ｃから延びる隣り合うコイル巻回部１６ａ、１６ｂ，１６ｃ間で残りの２相の巻線１４ａ，１４ｂ，１４ｃを挟持しているので、図１〜図１２に示した同心巻のものと同様の効果を奏することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係るステータについて、図１７〜図２２を参照して説明する。なお、第１実施形態と同一または同等部分については同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態のステータ１０は、３相のコイルの巻線パターンにおいて第１実施形態のものと異なる。即ち、第１実施形態では、コイル１６は、３相同一回転巻、具体的に、３相の先頭コイル巻回部１６ａ１，１６ｂ１，１６ｃ１が任意の方向（時計方向或いは反時計方向）に同一方向に巻回され、残りのコイル巻回部１６ａ，１６ｂ，１６ｃも同様に同一方向に巻回されていた。一方、第２実施形態では、コイル１６は、３相逆回転巻、具体的に、３相の先頭コイル巻回部１６ａ１，１６ｂ１，１６ｃ１のうち２相（Ｕ相、Ｖ相）が任意の方向（時計方向或いは反時計方向）に巻回され、残りの１相（Ｗ相）が該任意の方向と逆の方向に巻回され、残りのコイル巻回部１６ａ，１６ｂ，１６ｃも同様に１相が逆回転巻となる。
なお、図１７〜図１９は、３相逆回転巻き、且つ、同心巻で巻回されたものを示している。

第１実施形態と同様、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の各巻線１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、それぞれ電気角１８０°×ｍ（ｍ：整数）ずれている複数のティース１０ｂのうち、互いに電気角１８０°ずれた２つの各ティース１０ｂの両側の各一対のスロット１０ｃで構成される各スロット群２０ａ，２０ｂ，２０ｃに、互いに隣接するもの同士の巻回方向を反転しつつ直列に所定回数ずつ同心で２層に分布巻きされる、複数のコイル巻回部１６ａ，１６ｂ，１６ｃをそれぞれ有する。

具体的に、Ｕ相の巻線１４ａは、任意の第１のティースに対してそれぞれ電気角１８０°×ｍ（ｍ：整数）ずれていると共に、互いに電気角１８０°ずれた２つの各ティース１０ｂ１,１０ｂ４，１０ｂ７，１０ｂ１０の両側の各一対のＵ相用のスロット１０ｃ１,１０ｃ４，１０ｃ７，１０ｃ１０で構成されるＵ用のスロット群２０ａに、互いに隣接するもの同士の巻回方向を反転しつつ直列に所定回数ずつ同心で２層に分布巻きされる、複数のＵ相用のコイル巻回部１６ａを有する。

複数のＵ相用のコイル巻回部１６ａは、第１のティース１０ｂ１の両側の一対の第１のスロット１０ｃ１のいずれか（本実施形態では、口出し線側から見て時計方向寄り）に挿入され、一対の第１スロット１０ｃ１と、第１のティース１０ｂ１から電気角１８０°ずれた第４のティース１０ｂ４の両側の一対の第４のスロット１０ｃ４に、任意の方向に所定回数ずつ同心で２層に分布巻きされるＵ相用の先頭コイル巻回部１６ａ１を含む。

Ｗ相の巻線１４ｃは、第１のティース１０ｂ１から電気角２４０°ずれた第５のティース１０ｂ５に対してそれぞれ電気角１８０°×ｍずれていると共に、互いに電気角１８０°ずれた２つの各ティース１０ｂ２,１０ｂ５，１０ｂ８，１０ｂ１１の両側の各一対のＷ相用のスロット１０ｃ２,１０ｃ５，１０ｃ８，１０ｃ１１で構成されるＷ相用のスロット群２０ｃに、互いに隣接するもの同士の巻回方向を反転しつつ直列に所定回数ずつ同心で２層に分布巻きされる、複数のＷ相用のコイル巻回部１６ｃを有する。

複数のＷ相用のコイル巻回部１６ｃは、第５のティース１０ｂ５の両側の一対の第５のスロット１０ｃ５のいずれか（本実施形態では、口出し線側から見て反時計方向寄り）に挿入され、一対の第５スロット１０ｃ５と、第５のティース１０ｂ５から電気角−１８０°ずれた第２のティース１０ｂ２の両側の一対の第２のスロット１０ｃ２に、任意の方向と逆の方向に所定回数ずつ同心で２層に分布巻きされるＷ相用の先頭コイル巻回部１６ｃ１を含む。

Ｖ相の巻線１４ｂは、第１のティース１０ｂ１から電気角１２０°ずれた第３のティース１０ｂ３に対してそれぞれ電気角１８０°×ｍずれていると共に、互いに電気角１８０°ずれた２つの各ティース１０ｂ３,１０ｂ６，１０ｂ９，１０ｂ１２の両側の各一対のＶ相用のスロット１０ｃ３,１０ｃ６，１０ｃ９，１０ｃ１２で構成されるＶ相用のスロット群２０ｃに、互いに隣接するもの同士の巻回方向を反転しつつ直列に所定回数ずつ同心で２層に分布巻きされる、複数のＶ相用のコイル巻回部１６ｂを有する。

複数のＶ相用のコイル巻回部１６ｂは、第３のティース１０ｂ３の両側の一対の第３のスロット１０ｃ３のいずれか（本実施形態では、口出し線側から見て反時計方向寄り）に挿入され、一対の第３スロット１０ｃ３と、第３のティース１０ｂ３から電気角１８０°ずれた第６のティース１０ｂ６の両側の一対の第６のスロット１０ｃ６に、任意の方向と同一の方向に所定回数ずつ同心で２層に分布巻きされるＶ相用の先頭コイル巻回部１６ｂ１を含む。

また、この場合、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線１４ａ，１４ｂ，１４ｃの挿入される端部１４ａａ，１４ｂａ，１４ｃａの極性を同一としている。

また、図１７〜図１９に示す巻回方法では、所定の方向（例えば、口出し線側）から見たときの巻き方で、内巻き、且つ、時計回りが採用されているが、本実施形態の逆回転巻き、且つ、同心巻の巻回方法においても、４つのパターンのいずれかが採用される。

そして、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の先頭コイル巻回部１６ａ１，１６ｂ１，１６ｃ１を１個ずつ重ね合わせたコイル群を形成した後、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の残りのコイル巻回部１６ａ，１６ｂ，１６ｃを隣接するコイル巻回部１６ａ，１６ｂ，１６ｃごとに１個ずつ重ね合わせて配置する。

そして、Ｕ相巻線１４ａ、Ｖ相巻線１４ｂ、Ｗ相巻線１４ｃの他端部側（中性点側）１４ａｂ、１４ｂｂ、１４ｃｂは、第１０、第１２、第２のティース１０ｂ１０，１０ｂ１２，１０ｂ２の両側の一対の第１０、第１２、第２のスロット１０ｃ１０，１０ｃ１２，１０ｃ２のいずれか（本実施形態では、口出し線側から見てＵ，Ｖ相が反時計方向寄りで、Ｗ相が時計方向寄り）から引き出される。

このようにしてステータ１０に巻回されたコイル１６は、３相の各巻線１４ａ，１４ｂ，１４ｃが、巻線１４ａ，１４ｂ，１４ｃのいずれかが配置される一対のスロット１０ｃの口出し線側及び渡り線側において、残りの２相の巻線１４ａ，１４ｂ，１４ｃを挟持している。

従って、第１実施形態と同様、各相の巻線１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、同一形状で、且つ直列一体となるので、個々のコイルを流れる電流に偏りが発生しない構造となる。また、各相の渡り線側及び口出し線側におけるコイルエンド部が疎密になることがなく、両側でのコイルエンド部の長さを同一にして各相の相インダクタンスを均一にする際に、コイルエンド部のたるみを抑え、各相の渡り線側及び口出し線側におけるコイルエンド部が占める領域を低減することができる。さらに、２層分布巻きとすることで、コイルの起磁力が方形波となる集中巻に比べて正弦波により近づくことから、磁束変化が滑らかとなり、低損失、高出力なモータを提供することができる。

また、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の先頭コイル巻回部１６ａ１，１６ｂ１，１６ｃ１を１個ずつ重ね合わせたコイル群を形成した後、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の残りのコイル巻回部１６ａ，１６ｂ，１６ｃを隣接するコイル巻回部１６ａ，１６ｂ，１６ｃごとに１個ずつ重ね合わせて配置することで、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれのコイル１６を予め形成した後で均等に配置されるように編んで組み合わせる場合に比べて簡易に巻線を形成することができる。

なお、本実施形態の逆回転巻きにおいても、図１７〜図１９に示した同心巻以外に、図２０〜図２２に示すようなピッチ巻が採用されてもよい。この場合にも、ステータ１０に巻回されたコイル１６は、３相の各巻線１４ａ，１４ｂ，１４ｃが、巻線１４ａ，１４ｂ，１４ｃのいずれかが配置される一対のスロット１０ｃの口出し線側及び渡り線側において、該一対のスロット１０ｃから延びる隣り合うコイル巻回部１６ａ、１６ｂ，１６ｃ間で残りの２相の巻線１４ａ，１４ｂ，１４ｃを挟持しているので、図１７〜図１９に示した同心巻のものと同様の効果を奏することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。

Ｕ、Ｖ、Ｗ相からなる３相の巻線１４ａ、１４ｂ、１４ｃは、直接ステータ１０のスロット１０ｃに巻回されてもよいが、図示しない巻枠を使って予め巻回した後に、ステータ１０のスロット１０ｃに組み付けるようにすることで、作業性を向上できる。具体的に、各相の先頭コイル巻回部１６ａ１，１６ｂ１，１６ｃ１が巻回される第１〜第３のスロット１０ｃ１，１０ｃ２，１０ｃ３に、終端側のコイル巻回部１６ａ，１６ｂ，１６ｃが各スロット１０ｃの底部寄りに配置される場合には、スロット１０ｃに直接巻回しようとすると、先頭コイル巻回部を一度外す作業が生じる。このため、巻枠を使用するようにすれば、このような作業を行うことなく巻回することができる。

また、３相の相順をＵ，Ｗ，Ｖとしたが、それに限定されるものではなく、Ｖ，Ｕ，Ｗなどの相順であってもよい。

また、この発明に係るステータとしてラジアル型のブラシレスモータのステータを例に取ったが、この発明に係るステータはそれに限られるものではない。即ち、本発明に係るステータは、アキシャル型のステータであってもよく、誘導モータ、同期モータ等の３相のコイルを備えるものである限り、どのような回転電機のステータにも応用可能である。

本発明の第１実施形態に係る、コイルが３相同一回転巻き、且つ、同心巻で巻回されたステータの斜視図である。 図１に示すコイルをステータの軸方向から見たときの口出し線側の巻線パターン図である。 図１に示すコイルをステータの軸方向から見たときに渡り線側の巻線パターン図である。 図１に示すコイルを展開して模式的に示す展開図である。 図４の方向Ａ、及びＢから見たステータの側面図である。 図１のＶ相のコイルをステータの軸方向から見たときの口出し線側の巻線パターン図である。 図１のＶ相のコイルをステータの軸方向から見たときに渡り線側の巻線パターン図である。 図１のＵ相のコイルをステータの軸方向から見たときの口出し線側の巻線パターン図である。 図１のＵ相のコイルをステータの軸方向から見たときに渡り線側の巻線パターン図である。 図１のＷ相のコイルをステータの軸方向から見たときの口出し線側の巻線パターン図である。 図１のＷ相のコイルをステータの軸方向から見たときに渡り線側の巻線パターン図である。 （ａ）は、図１のステータの口出し線側の要部拡大図であり、（ｂ）は、渡り線側の要部拡大図である。 本発明の第１実施形態の変形例に係る、コイルが３相同一回転巻き、且つ、ピッチ巻で巻回されたステータのコイルをステータの軸方向から見たときの口出し線側の巻線パターン図である。 図１３に示すコイルをステータの軸方向から見たときに渡り線側の巻線パターン図である。 （ａ）は、図１３に示すコイルを展開して模式的に示す展開図であり、（ｂ）は、（ａ）の方向Ａから見たステータの側面図である。 （ａ）は、図１３のステータの口出し線側の要部拡大図であり、（ｂ）は、渡り線側の要部拡大図である。 本発明の第２実施形態に係る、コイルが３相逆回転巻き、且つ、同心巻で巻回されたステータのコイルをステータの軸方向から見たときの口出し線側の巻線パターン図である。 図１７に示すコイルをステータの軸方向から見たときに渡り線側の巻線パターン図である。 （ａ）は、図１７に示すコイルを展開して模式的に示す展開図であり、（ｂ）は、（ａ）の方向Ａから見たステータの側面図である。 本発明の第２実施形態の変形例に係る、コイルが３相逆回転巻き、且つ、ピッチ巻で巻回されたステータのコイルをステータの軸方向から見たときの口出し線側の巻線パターン図である。 図２０に示すコイルをステータの軸方向から見たときに渡り線側の巻線パターン図である。 （ａ）は、図２０に示すコイルを展開して模式的に示す展開図であり、（ｂ）は、（ａ）の方向Ａから見たステータの側面図である。

符号の説明

１０ ステータ
１０ａ コア
１０ｂ ティース
１０ｃ スロット
１２ ロータ
１４ 巻線
１４ａ Ｕ相巻線
１４ｂ Ｖ相巻線
１４ｃ Ｗ相巻線
１６ コイル
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ コイル巻回部
１６ａ１，１６ｂ１，１６ｃ１ 先頭コイル巻回部

Claims (4)

1. 複数のティースを備えたステータコアと、前記ティース間のスロットに挿入される３相の巻線と、を有するステータにおいて、
   前記３相の各巻線は、それぞれ電気角１８０°×ｍ（ｍ：整数）ずれている複数のティースのうち、互いに電気角１８０°ずれた２つの各ティースの両側の各一対のスロットで構成される各スロット群に、直列に所定回数ずつ２層に分布巻きされる複数のコイル巻回部をそれぞれ有し、
   前記３相の各巻線において、互いに隣接する前記一対のスロットに巻回されるコイル巻回部同士は、互いの巻回方向を反転しつつ直列に巻回されており、
   前記３相の巻線のうち、いずれか１相の巻線は、該巻線が配置される前記スロットの口出し線側及び渡り線側において、残りの２相の巻線を挟持していることを特徴とするステータ。
2. １２×ｎ（ｎ：整数）のティースを備えたステータコアと、第１相、第２相、第３相からなる３相の巻線を前記ティースの間のスロットに挿入されてなるステータにおいて、
   前記第１相の巻線は、任意の第１のティースに対してそれぞれ電気角１８０°×ｍ（ｍ：整数）ずれていると共に、互いに電気角１８０°ずれた２つの各ティースの両側の各一対の第１相用のスロットで構成される第１相用のスロット群に、互いに隣接するもの同士の巻回方向を反転しつつ直列に所定回数ずつ２層に分布巻きされる、複数の第１相用のコイル巻回部を有し、該複数の第１相用のコイル巻回部は、前記第１のティースの両側の一対の第１のスロットのいずれかに挿入され、該一対の第１スロットと、該第１のティースから電気角１８０°ずれた第４のティースの両側の一対の第４のスロットに、任意の方向に所定回数ずつ２層に分布巻きされる第１相用の先頭コイル巻回部を含み、
   前記第３相の巻線は、前記第１のティースから電気角６０°ずれた第２のティースに対してそれぞれ電気角１８０°×ｍずれていると共に、互いに電気角１８０°ずれた２つの各ティースの両側の各一対の第３相用のスロットで構成される第３相用のスロット群に、互いに隣接するもの同士の巻回方向を反転しつつ直列に前記所定回数ずつ２層に分布巻きされる、複数の第３相用のコイル巻回部を有し、該複数の第３相用のコイル巻回部は、前記第２のティースの両側の一対の第２のスロットのいずれかに挿入され、該一対の第２スロットと、該第２のティースから電気角１８０°ずれた第５のティースの両側の一対の第５のスロットに、前記任意の方向と同一の方向に所定回数ずつ２層に分布巻きされる第３相用の先頭コイル巻回部を含み、
   前記第２相の巻線は、前記第２のティースから電気角６０°ずれた第３のティースに対してそれぞれ電気角１８０°×ｍずれていると共に、互いに電気角１８０°ずれた２つの各ティースの両側の各一対の第２相用のスロットで構成される第２相用のスロット群に、互いに隣接するもの同士の巻回方向を反転しつつ直列に前記所定回数ずつ２層に分布巻きされる、複数の第２相用のコイル巻回部を有し、該複数の第２相用のコイル巻回部は、前記第３のティースの両側の一対の第３のスロットのいずれかに挿入され、該一対の第３スロットと、該第３のティースから電気角１８０°ずれた第６のティースの両側の一対の第６のスロットに、前記任意の方向と同一の方向に所定回数ずつ２層に分布巻きされる第２相用の先頭コイル巻回部を含み、
   前記第３相の巻線の挿入される側の端部の極性を前記第１相、第２相の巻線のそれと逆の極性としたことを特徴とするステータ。
3. １２×ｎ（ｎ：整数）のティースを備えたステータコアと、第１相、第２相、第３相からなる３相の巻線を前記ティースの間のスロットに挿入されてなるステータにおいて、
   前記第１相の巻線は、任意の第１のティースに対してそれぞれ電気角１８０°×ｍ（ｍ：整数）ずれていると共に、互いに電気角１８０°ずれた２つの各ティースの両側の各一対の第１相用のスロットで構成される第１相用のスロット群に、互いに隣接するもの同士の巻回方向を反転しつつ直列に所定回数ずつ２層に分布巻きされる、複数の第１相用のコイル巻回部を有し、該複数の第１相用のコイル巻回部は、前記第１のティースの両側の一対の第１のスロットのいずれかに挿入され、該一対の第１スロットと、該第１のティースから電気角１８０°ずれた第４のティースの両側の一対の第４のスロットに、任意の方向に所定回数ずつ２層に分布巻きされる第１相用の先頭コイル巻回部を含み、
   前記第３相の巻線は、前記第１のティースから電気角２４０°ずれた第５のティースに対してそれぞれ電気角１８０°×ｍずれていると共に、互いに電気角１８０°ずれた２つの各ティースの両側の各一対の第３相用のスロットで構成される第３相用のスロット群に、互いに隣接するもの同士の巻回方向を反転しつつ直列に前記所定回数ずつ２層に分布巻きされる、複数の第３相用のコイル巻回部を有し、該複数の第３相用のコイル巻回部は、前記第５のティースの両側の一対の第５のスロットのいずれかに挿入され、該一対の第５スロットと、該第５のティースから電気角−１８０°ずれた第２のティースの両側の一対の第２のスロットに、前記任意の方向と逆の方向に所定回数ずつ２層に分布巻きされる第３相用の先頭コイル巻回部を含み、
   前記第２相の巻線は、前記第１のティースから電気角１２０°ずれた第３のティースに対してそれぞれ電気角１８０°×ｍずれていると共に、互いに電気角１８０°ずれた２つの各ティースの両側の各一対の第２相用のスロットで構成される第２相用のスロット群に、互いに隣接するもの同士の巻回方向を反転しつつ直列に前記所定回数ずつ２層に分布巻きされる、複数の第２相用のコイル巻回部を有し、該複数の第２相用のコイル巻回部は、前記第３のティースの両側の一対の第３のスロットのいずれかに挿入され、該一対の第３スロットと、該第３のティースから電気角１８０°ずれた第６のティースの両側の一対の第６のスロットに、前記任意の方向と同一の方向に所定回数ずつ２層に分布巻きされる第２相用の先頭コイル巻回部を含み、
   前記第１相、第２相、第３相の巻線の挿入される端部の極性を同一としたことを特徴とするステータ。
4. 前記第１相、第２相、第３相の先頭コイル巻回部を１個ずつ重ね合わせたコイル群を形成した後、前記第１相、第２相、第３相の残りのコイル巻回部を１個ずつ重ね合わせて配置することを特徴とする請求項２または３に記載のステータ。

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