JPH06284614A - 回転電機の電機子 - Google Patents

回転電機の電機子

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JPH06284614A
JPH06284614A JP31933293A JP31933293A JPH06284614A JP H06284614 A JPH06284614 A JP H06284614A JP 31933293 A JP31933293 A JP 31933293A JP 31933293 A JP31933293 A JP 31933293A JP H06284614 A JPH06284614 A JP H06284614A
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二郎 浅井
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 丸線よりなる多重巻亀甲形巻線間の接続線に
転位を施す製造作業が容易で、しかもブラシレスモータ
の効率を向上することを可能にする。 【構成】 三相の電機子巻線の各相の電機子巻線19
を、各々が6本の素線よりなる3組の多重巻亀甲形巻線
19a〜19cに分ける。そして、3組の多重巻亀甲形
巻線19a〜19cを、電機子鉄心のスロット20の奥
側からの挿入位置を順次変更することにより、3組の多
重巻亀甲形巻線19a〜19c間の接続線26a〜26
cの上、中、下の位置を交換するようにした。このよう
な電機子鉄心への三相の電機子巻線19の簡単な組付作
業によって、3組の多重巻亀甲形巻線19a〜19c間
の接続線26a〜26cに転位を施すことにより、3組
の多重巻亀甲形巻線19a〜19c間に流れる循環電流
を抑制してブラシレスモータの効率を向上した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば交流電動機、交
流発電機等に利用可能な回転電機の電機子に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来より、同期電動機および誘導電動機
等の回転電機の電機子巻線は、大容量機では大電流に適
したハーフコイルが採用され、中容量機では平角線を用
いた多重巻亀甲形巻線が採用されているが、小容量機で
は一般に製作の容易な丸線よりなる多重巻亀甲形巻線が
採用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】なお、電機子巻線に
は、交流電流が流れるので、特開昭61−273140
号公報に開示された技術のように、電機子巻線の渦電流
を抑制するために多重巻亀甲形巻線の導体を数本から数
十本の素線に分け、さらに多重巻亀甲形巻線同士を接続
する複数本の極間接続線で転位を施して、素線間で発生
する電位差をなくして循環電流を抑制していた。
【0004】ところが、比較的に素線本数の少ない平角
線を用いた中容量機と異なり、丸線を用いた小容量機で
は、素線本数が非常に多い。このため、多重巻亀甲形巻
線同士と複数本の極間接続線との接続は、素線本数が多
くなればなる程複雑な作業となるという不具合があっ
た。
【0005】本発明は、丸線よりなる多重巻亀甲形巻線
間の接続線に転位を施す製造作業が容易で、しかも効率
を向上することが可能な回転電機の電機子の提供を目的
とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、複数のスロッ
トが等間隔で形成された電機子鉄心と、前記複数のスロ
ット内に挿入された電機子巻線とを備えた回転電機の電
機子において、前記電機子巻線は、丸線よりなる複数の
多重巻亀甲形巻線、および隣設する多重巻亀甲形巻線を
接続する接続線を具備し、前記多重巻亀甲形巻線は、等
しい本数の素線よりなる複数の組に分けられ、その多重
巻亀甲形巻線の組毎に前記スロットの奥側からの挿入位
置を順次変更して前記電機子鉄心に巻回されてなる技術
手段を採用した。
【0007】
【作用】本発明によれば、多重巻亀甲形巻線を等しい本
数の素線よりなる複数の組に分け、その組毎にスロット
の奥側からの挿入位置を順次変更することにより、組毎
の多重巻亀甲形巻線間の接続線の上下の位置が交換され
る。これによって、多重巻亀甲形巻線間の接続線に転位
が施されるので、多重巻亀甲形巻線において渦電流損失
や循環電流が少なくなる。
【0008】
【実施例】次に、本発明の回転電機の電機子をブラシレ
スモータの電機子に利用した例を図に基づいて説明す
る。
【0009】〔第1実施例の構成〕図1ないし図6は本
発明の第1実施例を示したものである。ここで、図1は
ブラシレスモータを示した図である。
【0010】ブラシレスモータ1は、極数が6極の同期
電動機であって、例えば電気自動車の走行用モータとし
て用いられる。このブラシレスモータ1は、ハウジング
2、回転子3、位置検出器4および電機子5等より構成
されている。
【0011】ハウジング2は、円筒状に形成され、内周
に電機子5が取り付けられ、外周に複数の冷却フィン6
が一体形成されている。このハウジング2の一端部に
は、円環板状のフロントフレーム7がビス8にて機械的
に締結されている。また、ハウジング2の他端部には、
円環板状のリヤフレーム9がビス10にて機械的に締結
されている。なお、リヤフレーム9には、後述する三相
の電機子巻線19に電力を供給する給電端子11との間
を電気的に絶縁するための筒状の樹脂製絶縁体12が取
り付けられている。また、給電端子11は、ナット13
により樹脂製絶縁体12に固定されている。
【0012】回転子3は、フロントフレーム7とリヤフ
レーム9とにベアリング14、15を介して回転自在に
支持された回転軸16を備え、内部に永久磁石17を内
蔵している。
【0013】位置検出器4は、回転子3の回転角度を検
出するもので、この検出した回転子3の回転角度を電気
信号に変換してコンピュータ(図示せず)へ出力する。
【0014】図2はブラシレスモータの電機子の主要部
を示した図である。電機子5は、ハウジング2の内周面
に固定された電機子鉄心18、およびこの電機子鉄心1
8に巻装された三相の電機子巻線19等より構成されて
いる。電機子鉄心18は、内周に18個のスロット20
を等間隔で形成した薄鋼板を多数軸方向に積層してな
る。また、隣設するスロット20間には、ティース21
がそれぞれ形成されている。
【0015】図3および図4はブラシレスモータの三相
の電機子巻線のうちの一相の電機子巻線の巻装状態を示
した図である。三相の電機子巻線19は、図1に示した
ように、給電端子11にリード線22を介して電気的に
接続されている。リード線22は、図1に示したよう
に、ビス23にて給電端子11に固定されている。ま
た、三相の電機子巻線19は、渦電流による損失を防止
するための分割巻線として、図3および図4(a)〜図
4(d)に示したように、3組の多重巻亀甲形巻線19
a〜19cをそれぞれ採用している。
【0016】なお、3組の多重巻亀甲形巻線19a〜1
9cは、図2に示したように、それぞれ6本の素線(例
えば銅製でφ0.7の丸線)よりなり、ティース21の
周りをそれぞれ6周ずつするように巻回されている。
【0017】そして、3組の多重巻亀甲形巻線19a〜
19cは、図3および図4(d)に示したように、電機
子鉄心18のスロット20の奥側からの巻線挿入位置を
順次移動させながら電機子鉄心18のスロット20内に
挿入されている。また、3組の多重巻亀甲形巻線19a
〜19cの巻始め24a〜24cと3組の多重巻亀甲形
巻線19a〜19cの巻終り25a〜25cとは、接続
線26a〜26cにより電気的に接続されている。これ
によって、3組の多重巻亀甲形巻線19a〜19c間の
接続線26a〜26cには、図3に破線で示したよう
に、接続線26a〜26cの上、中、下の位置を交換し
た転位部27が設けられている。
【0018】〔第1実施例の作用〕次に、この実施例の
電機子鉄心18への三相の電機子巻線19の組付方法を
図1ないし図6に基づいて簡単に説明する。
【0019】一相の電機子巻線を各々が複数本の素線よ
りなる複数組の多重巻亀甲形巻線に分割する。ここで、
電機子鉄心のスロット数をN、電機子巻線の相数をmと
し、多重巻亀甲形巻線の組数をkとしたときに、k=N
/(2×m)を満足するように多重巻亀甲形巻線の組数
が設定されている。すなわち、この実施例では、電機子
鉄心18のスロット20の数(N)が18個、電機子巻
線19の相数(m)が三相であるから、図3および図4
に示したように、多重巻亀甲形巻線19a〜19cの組
数(k)は3組に設定されている。
【0020】そして、3組の多重巻亀甲形巻線19a〜
19cを、図3および図4(d)に示したように、電機
子鉄心18のスロット20の奥側からの巻線挿入位置を
順次変更することにより、3組の多重巻亀甲形巻線19
a〜19c間の接続線26a〜26cの上、中、下の位
置が交換される。このような電機子鉄心18への三相の
電機子巻線19の簡単な組付作業によって、3組の多重
巻亀甲形巻線19a〜19c間の接続線26a〜26c
に転位し(転位部27)が施される。他の相の電機子巻
線19も同様にして3組の多重巻亀甲形巻線19a〜1
9c間の接続線26a〜26cに転位が施される。
【0021】ここで、電機子鉄心18のスロット20の
奥側からの巻線挿入位置と巻線に発生する逆起電力の関
係は、図5のグラフに示すように、漏れ磁束があるため
にスロット20の奥側より入口側に近づくほど逆起電力
が大きく、巻線間の接続線に転位を施していない従来の
技術ではこの電位差の影響で巻線間に循環電流が流れる
ため、大きな損失となっていた。
【0022】ところが、この実施例のブラシレスモータ
1では、多重巻亀甲形巻線19a〜19c間の接続線2
6a〜26cに転位を施しているため、多重巻亀甲形巻
線19a〜19c間の電位差が1/k(kは多重巻亀甲
形巻線の組数)に減少することによって、多重巻亀甲形
巻線19a〜19c間の循環電流が減少する。
【0023】その結果、図6のグラフに示したように、
発明品(この実施例のブラシレスモータ1)は、巻線間
の接続線に転位を施していない従来品と比較すると2%
〜5%の効率の向上を得ることができた。なお、図6は
回転子3の回転数が1000rpm における実測値を比較
したものである。
【0024】〔第1実施例の効果〕以上のように、この
実施例のブラシレスモータ1によれば、3組の多重巻亀
甲形巻線19a〜19c間の接続線26a〜26cに転
位を施す製造作業が容易となるので、電機子鉄心18へ
三相の電機子巻線19を組み付ける組付時間を短縮でき
ることによりブラシレスモータ1の製作コストを低減す
ることができる。
【0025】また、丸線よりなる多重巻亀甲形巻線19
a〜19c間の電位差を1/kにすることによって、多
重巻亀甲形巻線19a〜19c間に流れる循環電流を低
減することになりブラシレスモータ1の効率を向上する
ことができる。
【0026】〔第2実施例の構成〕図7ないし図9は本
発明の第2実施例を示したものである。ここで、図7は
電機子鉄心の内周に一相の電機子巻線のみを巻装した状
態のブラシレスモータを示した図である。
【0027】この実施例のブラシレスモータ1は、極数
が6極の同期電動機であって、ハウジング2に回転自在
に支持された回転子3、およびハウジング2の内周に取
り付けられた電機子5等より構成されている。
【0028】回転子3の外周側には、着磁方向が径方向
とされた6個の永久磁石17が固定されている。電機子
5の電機子鉄心18の内周には、18個のスロット20
が等間隔で形成され、隣設するスロット間にはティース
21が形成されている。そして、各ティース21の周り
には、三相の電機子巻線30(図8参照)が巻装されて
いる。
【0029】図8はブラシレスモータの三相の電機子巻
線を示した図であり、図9はその三相の電機子巻線のう
ちの一相の電機子巻線の巻装状態を示した図である。こ
の実施例の三相の電機子巻線30は、第1実施例と同様
に多重巻亀甲形巻線が採用されている。そして、三相の
電機子巻線30の各相の電機子巻線30aは、並列巻線
としての6本の素線(例えば銅製でφ0.7の丸線)3
1〜36を有している。
【0030】6本の素線31〜36は、それぞれ3つの
ティース21毎の周りの計6箇所に巻回されているコイ
ル部31a〜31f、32a〜32f、33a〜33
f、34a〜34f、35a〜35f、36a〜36f
を有している。なお、6本の素線31〜36のうちの各
スロット20内の最も奥側に挿入されるコイル部36
a、35b、34c、33d、32e、31fを、他の
コイル部の巻回数より少なくしている。例えば他のコイ
ル部がnターン(6T)であればn−1ターン(5T)
となる。そして、接続線37〜41は、各コイル部31
a、32a、33a、34a、35a、36a〜31
f、32f、33f、34f、35f、36f間を接続
している。
【0031】また、各相の電機子巻線30aの6本の素
線31〜36の巻き始めは、全て結線されて給電端子4
3に電気的に接続されている。また、6本の素線31〜
36の巻き終りは、全て結線されて三相Y結線の中性点
端子44に電気的に接続されている。
【0032】〔第2実施例の作用〕次に、この実施例の
電機子鉄心18への各相の電機子巻線30aは、6本の
素線31〜36を、電機子鉄心18の各スロット20の
奥側からの素線挿入位置を順次移動させながら各スロッ
ト20内に挿入することによって、各相の電機子巻線3
0aの接続線37〜41に転位(転位部45a〜45
e)を行っている。
【0033】その際に、各相の電機子巻線30aの総巻
数は、6nターンから(6n−1)ターンに変更され、
1ターン分のブラシレスモータ1の特性(例えばモータ
のトルク回転数特性)の変更が簡単な組付け作業による
転位で且つ簡単な構成で達成される。
【0034】さらに、電機子鉄心18の各スロット20
の奥側からの素線挿入位置を変えて、各スロット20の
巻回数を等しくしているため、各スロット20に挿入さ
れているコイル部31a、32a、33a、34a、3
5a、36a〜31f、32f、33f、34f、35
f、36fの電圧を均一にして回転むら等を防止するこ
とができる。
【0035】〔第2実施例の効果〕以上のように、この
実施例の三相の電機子巻線30は、各相の電機子巻線3
0aの巻き始めから巻き終わりまでの総巻数が6本の素
線31〜36で同じ巻回数になるように構成されてい
る。また、各接続線37〜41で転位(転位部45a〜
45e)が施されている。このため、スロット20内に
挿入される素線挿入位置の違いによるインダクタンスの
違いが小さくなり、且つスロット20の内側と外側のコ
イル部31a、32a、33a、34a、35a、36
a〜31f、32f、33f、34f、35f、36f
の大きさの違いによる抵抗値の違いが小さくなる。
【0036】したがって、コイル部を均圧に結線するこ
ともなく、並列巻線とされた6本の素線31〜36より
なる多重巻亀甲形巻線を使用した時に起こるインダクタ
ンスの違いや抵抗値の違いによる各素線31〜36間で
発生する電位差がなくなり、各相の電機子巻線30a内
に循環電流が流れ難くなる。このため、ブラシレスモー
タ1の効率を飛躍的に向上させることができる。
【0037】また、この実施例では、6本の素線31〜
36のうちの各スロット20内の最も奥側に挿入される
コイル部36a、35b、34c、33d、32e、3
1fを、他のコイル部より巻回数を少なくし、且つ各コ
イル部31a、32a、33a、34a、35a、36
a〜31f、32f、33f、34f、35f、36f
間で転位を施すという簡単な組付け作業により、ブラシ
レスモータ1の特性(モータのトルク回転数特性)の微
調整を簡単に行うことができる。
【0038】さらに、全てのスロット20で各相の電機
子巻線30aの導体数(素線の本数)が同時に変わるた
め、6本の素線31〜36のコイル部36a、35b、
34c、33d、32e、31fの巻回数を変更した分
だけ、6本の素線31〜36の線径を変更することがで
き、各スロット20内において各相の電機子巻線30a
の占有率を維持することができる。
【0039】そして、全てのスロット20で各相の電機
子巻線30aの導体数が同時に変わるため、各スロット
20内の最も奥側に挿入されるコイル部36a、35
b、34c、33d、32e、31fの巻回数を変更し
た分だけ素線31〜36の線径を変更することができる
ので、巻線占有率を維持することができる。
【0040】〔第3実施例〕図10ないし図12は本発
明の第3実施例を示したものである。ここで、図10は
電機子鉄心の内周に一相の電機子巻線のみを巻装した状
態のブラシレスモータを示した図である。
【0041】この実施例のブラシレスモータ1は、極数
が6極の同期電動機であって、ハウジング2に回転自在
に支持された回転子3、およびハウジング2の内周に取
り付けられた電機子5等より構成されている。
【0042】回転子3の外周側には、着磁方向が径方向
とされた6個の永久磁石17が固定されている。電機子
5の電機子鉄心18の内周には、27個のスロット20
が等間隔で形成され、隣設するスロット間にはティース
21が形成されている。そして、各ティース21の周り
には、三相の電機子巻線50(図11参照)が巻装され
ている。
【0043】図11はブラシレスモータの三相の電機子
巻線を示した図であり、図12はその三相の電機子巻線
のうちの一相の電機子巻線の巻装状態を示した図であ
る。この実施例の三相の電機子巻線50は、第1実施例
と同様に多重巻亀甲形巻線が採用されている。そして、
三相の電機子巻線50の各相の電機子巻線50aは、並
列巻線としての3本の素線(例えば銅製でφ0.7の丸
線)51〜53を有している。
【0044】3本の素線51〜53は、それぞれ3つま
たは4つのティース21毎の周りの計6箇所に巻回され
ているコイル部51a〜51f、52a〜52f、53
a〜53fを有している。そして、3本の素線51〜5
3のうちの各スロット20内の最も奥側に挿入されるコ
イル部53a、53b、52c、52d、51e、51
fを、他のコイル部の巻回数(6T、3T)より少なく
している。例えばコイル部53a、52c、51eを4
T(4ターン)にし、且つコイル部53b、52d、5
1fを2T(2ターン)にしている。また、接続線54
〜58は、各コイル部51a、52a、53a〜51
f、52f、53f間を接続している。
【0045】また、各相の電機子巻線50aの3本の素
線51〜53の巻き始めは、全て結線されて給電端子5
9に電気的に接続されている。また、3本の素線51〜
53の巻き終りは、全て結線されて三相Y結線の中性点
端子60に電気的に接続されている。
【0046】この実施例の電気子鉄心18への各相の電
気子巻線50aは、3本の素線51〜53を、電機子鉄
心18の各スロット20の奥側からの素線挿入位置を順
次移動させながら各スロット20内に挿入することによ
って、接続線55および接続線57に転位(転位部61
a、61b)を行っている。
【0047】その際に、本来の各素線51〜53の総巻
数が27ターン={(6T,3T)×3コイル部}であ
るものを、24ターン={(6T,3T)×2コイル部
+(4T,2T)×1コイル部}に変更でき、3ターン
分のブラシレスモータ1の特性(モータのトルク回転数
特性)の変更が簡単な組付け作業による転位で且つ簡単
な構成で達成される。
【0048】さらに、電機子鉄心18の各スロット20
の奥側からの素線挿入位置を変えて、各スロット20の
巻回数を等しくしているため、各スロット20に挿入さ
れているコイル部51a、52a、53a〜51f、5
2f、53fの電圧を均一にして回転むら等を防止する
ことができる。
【0049】〔変形例〕本実施例では、本発明を極数が
6極の同期電動機であるブラシレスモータ1の電機子5
に用いたが、他の同期電動機、三相誘導電動機、交流発
電機等の回転電機の電機子に用いても良い。また、極数
が4極、8極等の回転電機の電機子に用いても良い。
【0050】また、三相の電機子巻線の接続方法として
各相の電機子巻線の巻き終りを中性点端子に接続するY
結線を用いたが、各相の電機子巻線の巻き始めを中性点
端子に接続するY結線を用いても良い。さらに、Δ結線
により各相の電機子巻線の巻き始めと巻き終りを接続す
るようにしても良い。
【0051】本実施例では、電機子巻線の仕様を変更す
る方法としてスロット内の最も奥側に挿入されるコイル
部の巻回数をその他のコイル部より少なくする方法を用
いたが、スロット内の最も奥側に挿入されるコイル部の
巻回数をその他のコイル部より多くする方法を用いても
良い。なお、巻回数を異ならせるコイル部の挿入位置は
入口側や中間でも良い。また、電機子巻線の仕様を変更
する方法として複数組の素線のうちの1組の素線の線径
を他の組の素線と異ならせる方法を用いても良い。
【0052】
【発明の効果】本発明は、多重巻亀甲形巻線間の接続線
に簡単な製造作業で転位を施すことができ、且つ多重巻
亀甲形巻線において渦電流損失や循環電流を抑制するこ
とにより効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に用いたブラシレスモータ
を示した縦断面図である。
【図2】本発明の第1実施例に用いたブラシレスモータ
の電機子の主要部を示した断面図である。
【図3】本発明の第1実施例に用いた一相の電機子巻線
の巻装状態を示した展開図である。
【図4】本発明の第1実施例に用いた一相の電機子巻線
の多重巻亀甲形巻線の各々の巻装状態を示した展開図お
よび概略図である。
【図5】巻線に発生する逆起電力とスロット内の巻線挿
入位置との関係を示したグラフである。
【図6】本発明の第1実施例に用いたブラシレスモータ
の効率と出力トルクとの関係を示したグラフである。
【図7】本発明の第2実施例に用いた一相の電機子巻線
のみを巻装した状態のブラシレスモータを示した横断面
図である。
【図8】本発明の第2実施例に用いた三相の電機子巻線
を示した回路図である。
【図9】本発明の第2実施例に用いた一相の電機子巻線
の巻装状態を示した展開図である。
【図10】本発明の第3実施例に用いた一相の電機子巻
線のみを巻装した状態のブラシレスモータを示した横断
面図である。
【図11】本発明の第3実施例に用いた三相の電機子巻
線を示した回路図である。
【図12】本発明の第3実施例に用いた一相の電機子巻
線の巻装状態を示した展開図である。
【符号の説明】
1 ブラシレスモータ 5 電機子 18 電機子鉄心 19 三相の電機子巻線 20 スロット 27 転位部 19a 多重巻亀甲形巻線 19b 多重巻亀甲形巻線 19c 多重巻亀甲形巻線 26a 接続線 26b 接続線 26c 接続線

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数のスロットが等間隔で形成された電機
    子鉄心と、前記複数のスロット内に挿入された電機子巻
    線とを備えた回転電機の電機子において、 前記電機子巻線は、丸線よりなる複数の多重巻亀甲形巻
    線、および隣設する多重巻亀甲形巻線を接続する接続線
    を具備し、 前記多重巻亀甲形巻線は、等しい本数の素線よりなる複
    数の組に分けられ、その多重巻亀甲形巻線の組毎に前記
    スロットの奥側からの挿入位置を順次変更して前記電機
    子鉄心に巻回されてなることを特徴とする回転電機の電
    機子。
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