JPH07298528A

JPH07298528A - 電動機

Info

Publication number: JPH07298528A
Application number: JP8823794A
Authority: JP
Inventors: Yasumi Kawabata; 康己川端; Takao Miyatani; 孝夫宮谷; Eiji Yamada; 英治山田; Tetsuya Miura; 徹也三浦
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1994-04-26
Filing date: 1994-04-26
Publication date: 1995-11-10

Abstract

(57)【要約】【目的】コイルの高い占積率を維持しつつ、ティース
の有効磁路面積を大きくして電動機の効率を向上させ、
また作業性の高い電動機を提供する。【構成】ステータコア１２に形成されるスロット２０
をスリット状として、ティース１８の幅を広くした。従
って、ティースの有効磁路面積が各段に増加する。これ
により高い効率を有する電動機が得られる。また、各ス
ロット２０に挿入される成形コイル体１６を所定巻数の
角型コイル１４によって形成し、その角型コイル１４を
断面略正方形で一辺がスリット状のスロット幅にほぼ等
しい形状とした。更に、この角型コイル１４をスロット
の奥行方向に１列に整列し、コイルエンド１４ａは折り
曲げ成形する。これによりスロット２０内における成形
コイル体１６の占積率を最大とし、またコイルエンドを
コンパクト化できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電動機に関し、特に永
久磁石型の電動機のスロット及びコイル構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ステータと、このステータと
の対向周面に永久磁石が設けられたロータとから構成さ
れる電動機、例えば１２０度位相の異なる駆動電流によ
って駆動する３相モータ等が知られている。

【０００３】このような３相モータにおいて、そのステ
ータコアには所定個数のスロットが、ロータの回転軸方
向に平行に所定間隔で形成されている。そして、各スロ
ット内には複数本の導線が束ねられて構成されたコイル
体が挿入され、対応するスロット間を引き回されてい
る。

【０００４】複数の導線を束ねたコイル体をステータコ
アのスロットに巻回しながら挿入する構成は、スロット
内におけるコイル体の占有体積比率（占積率）が低かっ
た。その結果、モータの小型化が制限され、また効率の
よいモータの実現を妨げていた。更に、導線の巻回を手
巻きにより行うと、インダクタンスのばらつきも生じて
しまうという問題が有った。

【０００５】そして、このスロット内のコイル体の占積
率を向上させるための方法として、スロット内に挿入さ
れる部分におけるコイル体の形状を平板型とすることが
知られている（特開昭６３−１９４５４３号公報参
照）。

【０００６】以下に、このモータのステータ構造を図４
を用いて説明し、このモータのコイル構造を図５を用い
て説明する。

【０００７】図において、ステータコア１２のロータ４
０との対向面上には、複数のスロット３０がロータ４０
の回転軸方向に平行に形成されている。そして、ステー
タコア１２のスロット３０内には、対応する各ＵＶＷ相
の成形コイル体３４が収納されステータが構成されてい
る。

【０００８】なお、成形コイル体３４のスロット挿入部
分（コイル辺）３４ｂは、外形断面が円形の丸形コイル
を所定数巻回後に押圧変形することにより、平板型に成
形されたものである。そして、コイル辺３４ｂはスロッ
ト３０内で整列して収納される。

【０００９】一方、スロット３０に成形コイル体３４が
収納された際に、各スロット３０から突出して他のスロ
ット３０に引き回される成形コイル体３４の渡り部分
（コイルエンド）３４ａは、外形断面が円形のままとな
っている。

【００１０】上記構成のモータにおいて、各スロット３
０に挿入された各相ＵＶＷの成形コイル体３４に１２０
度位相の異なる３相電流が供給されると、成形コイル体
３４が励磁し、各スロット３０間のティース３８を磁路
とする３相交番磁界が発生する。そして、この磁界が回
転することにより、ロータ４０にトルクが発生し、ロー
タ４０が回転する。

【００１１】このように従来のモータにおいては、各ス
ロット３０におけるコイル辺３４ｂを平板型とすること
によって、スロット３０における成形コイル体３４の占
積率を向上させていた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
モータの構造では、成形コイル体３４のコイル辺３４ｂ
を平板型としたためスロット３０の幅を狭くすることは
できず、従って各スロット３０の間に形成されるティー
ス３８の幅を広くすることはできなかった。また、ティ
ース３８の幅を広くするという発想自体が全くなかっ
た。

【００１３】ティース３８には、各成形コイル体３４に
３相の交番電流が供給され、３相交番磁界が発生した場
合に磁路が形成される。従って、従来のモータ構造で
は、ティース３８の有効磁路面積が十分確保できないた
め、モータの損失（特に鉄損）が大きく、効率の良いモ
ータが得られないという問題が有った。

【００１４】また、丸形コイルを巻回し、そのコイル辺
を押圧して平板型に成形して成形コイル体を形成するた
め、成形時に各コイル材の表面が損傷を受けて絶縁性が
低下する可能性があった。

【００１５】一方、コイル体の占積率を向上させる別の
方法として、角型コイルを用い、各スロット内に挿入さ
れるコイル辺を平板形状の角型コイルとすることが本願
出願人が先に出願した特願平５−１２２７号にて提案さ
れている。

【００１６】しかしながら、コイル辺を平板形状の角型
コイルとしたことにより、この平板形状の角型コイルを
折り曲げてコイルエンドとしスロット間を引き回すこと
ができず、コイル辺とコイルエンドとを別部材とせざる
を得なかった。そして、このような構成の角型コイル材
を、１つ１つ組み合わせながら各スロットに挿入して成
形コイル体とすることは、作業が複雑であり、作業性が
著しく劣っていた。

【００１７】本発明は、これらの課題を解消するために
なされたもので、スロット内における成形コイル体の高
い占積率を維持しつつ、ティースの有効磁路面積を大き
くして電動機の効率を向上させることを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る電動機は以下のような構成を有する。

【００１９】ステータと、前記ステータと対向配置され
たロータとを有する電動機であって、前記ステータは、
前記ロータとの対向面上に、前記ロータの回転軸方向に
平行な複数のスリット状のスロットが形成されたステー
タコアと、前記スロットの幅に各辺がほぼ等しい断面略
正方形の角型コイルが所定形状に成形され、かつ所定数
巻回されて構成された成形コイル体であって、前記スロ
ットに挿入される成形コイル体と、を有し、前記角型コ
イルは、前記スロット内に前記スロットの奥行方向に１
列に収納されることを特徴とする。

【００２０】前記スロットの端部から突出する前記成形
コイル体を構成する角型コイルの渡り部分は、折り曲げ
られて形成されていることを特徴とする。

【００２１】前記ステータコアの外径をＲ、内径をｒ、
前記成形コイル体の角型コイルの巻数をｍ、全スロット
数をｎ（ｎ＝ロータ一極当りのスロット数×極数Ｎ）、
前記スロットの幅をＳW とすると、前記スロット幅ＳW
は、ＳW ＝（Ｒ−ｒ＋２πＲ／ｎ）×ｋ／２ｍを満たす
ことを特徴とする。

【００２２】前記ロータの一極当たりのスロット数は、
６スロットであることを特徴とする。

【００２３】前記成形コイル体は、予め前記角型コイル
を所定形状に成形しつつ所定数巻回した後に、前記スロ
ットに挿入されることを特徴とする。

【００２４】

【作用】本発明に基づく電動機では、ステータコアに形
成されるスロットをスリット状としてこのスロット幅を
狭くした。これにより、各スロット間に位置するティー
スの幅を広くすることができた。

【００２５】上述のように、ティースには、各成形コイ
ル体に所定の交番電流が供給され、交番磁界が発生した
場合に、磁路が形成される。本発明ではティースの有効
磁路面積を各段に増加させることができるため、これに
より電動機の損失を低減し、極めて効率の高い電動機を
提供することが可能となる。また、効率が良いので電動
機を駆動するインバータ等の容量やサイズを小さくする
ことができる。

【００２６】更に、断面略正方形で一辺がスリット状の
スロット幅にほぼ等しい形状を有する角型コイルを用い
て成形コイル体を構成した。そして、この角型コイルを
スロット内で電動機の径（スロットの奥行）方向に１列
に整列するように成形して、これを収納した。従って、
スロット内における成形コイル体の占積率を極めて大き
くすることができる。

【００２７】また、角型コイルを折り曲げて所定の形状
に成形しているので、寸法のばらつきが無くインピーダ
ンス等のばらつきが発生しない。従って、これらのばら
つきを低減するための制御パラメータが減り、チューニ
ングが簡易となる。また、ロータの回転軸方向への（ス
ロットの端部から突出する）コイルエンドの突出量が少
なく、電動機の小型化・軽量化が可能となり、電動機の
体積に対する出力比を向上することができる。

【００２８】そして、断面略正方形の角型コイルを用い
て成形コイル体を形成することにより、コイルエンドを
折り曲げてスロット間を引き回すように形成することが
極めて容易となった。

【００２９】また、予め成形コイル体を所定形状に成形
したので、この成形コイル体のスロットへの挿入作業は
簡単な位置合わせによって実行でき、作業性が向上し電
動機の低コスト化に貢献できる。

【００３０】

【実施例】以下、この発明の実施例を図を用いて説明す
る。

【００３１】本発明の実施例に係る電動機は、例えば３
相モータであって、そのステータの概略は図１（ａ）に
示されている。また、図１（ｂ）には、本発明の実施例
に係る成形コイル体の構成が示されている。なお、図１
及び以下に説明する図について、既に説明した図と同一
部分には同一符号を付し説明を省略する。

【００３２】ステータコア１２のロータとの対向面に
は、所定間隔で複数のスロット２０が形成されている。
このスロット２０は、後述するように、ロータの回転軸
方向に沿って断面長方形のスリット状に形成されてい
る。

【００３３】各スロット２０に挿入される成形コイル体
１６は、予め、角型コイル１４を所定形状に成形しつつ
所定数巻回して形成したものである。角型コイル１４
は、表面が絶縁処理された角断面のエナメル線等から構
成され、スロット２０の幅にその断面の一辺がほぼ等し
い断面略正方形状を有している。

【００３４】成形コイル体１６のコイル辺１４ｂは、図
１（ｂ）に示すように、所定数（巻数分）の角型コイル
１４が１列に整列されて形成されている。また、スロッ
ト２０の端部から突出する成形コイル体１６のコイルエ
ンド１４ａは、折り曲げられて、対応する同相の各スロ
ット２０間を接続するように成形されている。

【００３５】上述のようにして形成した成形コイル体１
６は、対応するスロット２０との位置合せを行って各ス
ロット２０に挿入される。これにより、各スロット２０
内において、コイル辺１４ｂは、スロット２０の奥行方
向に１列に整列されて収納されることとなる。

【００３６】このように、成形コイル体１６のスロット
２０への挿入を、成形コイル体１６とスロット２０との
位置合わせにより極めて容易に実行できるため、作業性
が各段に向上する。また、成形コイル体の形成時及び挿
入時において、局部的な力がかからないので、角型コイ
ルが損傷を受け難く、絶縁破壊等の発生率が低くなって
信頼性の高いモータが得られる。

【００３７】次に、ステータコア１２に形成するスリッ
ト状のスロット２０について図２を用いて説明する。な
お図２（ｂ）は、図２（ａ）のスロット２０の一部の拡
大図である。

【００３８】ステータコア１２のスロット２０を、ロー
タの回転軸方向に、スリット状となるように形成した場
合、スロット２０の寸法の最適値は次式によって求めら
れる。

【００３９】即ち、ステータコア１２の外径をＲ、内径
をｒ、成形コイル体を構成する角型コイル１４の巻数を
ｍ、モータの全スロット数をｎ（ｎ＝ロータ一極当りの
スロット数×極数Ｎ）、各スロット２０のスロット幅を
ＳW とすると、最適なスロット幅ＳW は、

【数１】ＳW ＝（Ｒ−ｒ＋２πＲ／ｎ）×ｋ／２ｍ（１）を満たす。但し、Ｒ−（ｍＳW ＋ｒ）≧２πｒ／ｎ、及
びＳW ≦｛Ｒ−（２π／ｎ＋１）ｒ｝／ｍである。ま
た、ｋは、モータの物性や加工条件等のばらつきを補正
するための一致係数であり、Ｎはモータの極数であって
２の倍数である。

【００４０】スリット状のスロット２０を、そのスロッ
ト幅ＳW が式（１）を満たすように形成することによ
り、ティース１８の幅Ｔをほぼ最大限確保でき、ティー
ス１８の有効磁路面積が各段に増加する。これによりモ
ータの鉄損等の損失が低減され、極めて高効率のモータ
が得られる。また、ティース１８の有効磁路面積が大き
くなることによりモータの飽和レベルが高くなり、より
大きいモータ駆動電流を成形コイル体１６に供給するこ
とができる。なお、駆動等の条件を一定とした場合に
は、従来に比べて、モータを小型化することが可能とな
る。更に、モータが高効率であることにより、このモー
タを駆動するためのインバータ等の容量やサイズを小さ
くすることも可能となる。

【００４１】なお、図２（ｂ）に示すように、角型コイ
ル１４は、その断面の一辺の長さＣW が、スロット幅Ｓ
W にほぼ等しい。また、角型コイル１４の断面の他方の
辺の長さＣl は、ＣW 即ちスロット幅ＳW とほぼ等し
く、角型コイル１４の断面は略正方形となっている。

【００４２】そして、スロット２０の奥行Ｓl は、角型
コイル１４の巻数（ターン数：ｍ）×ＣW とほぼ等しい
かこれよりも多少大きい値に設定されている。

【００４３】従って、スロット２０内の面積ＳW ×Ｓl
と、成形コイル体の面積ＣW ²×ｍとはほぼ等しく、成
形コイル体の占積率をほぼ最大とすることができる。こ
れにより、より一層モータの高効率化が図れ、またモー
タの軽量化及び小型化が可能であるためモータの体積に
対する出力比を向上できるという効果を有する。

【００４４】次に、図３を用いてロータの一極当りのス
テータスロット数と、本実施例の構成を有するモータの
特性との関係について説明する。

【００４５】図３において、上部の縦軸はモータの損失
（Ｗ）、下部の縦軸はモータの出力トルク及びトルクリ
ップルを示し、横軸は一極当りのステータスロット数を
示している。

【００４６】図から明らかなように、本実施例の構成を
有するモータでは、一極当りのステータスロット数が６
の場合に、損失が最小となる。一方、出力トルクは比較
的高く、トルクリップルは比較的低くなっている。

【００４７】従って、図１及び図２に示した構成の本実
施例のモータでは、一極当りのステータスロット数が６
の場合に最も良い性能を示す。

【００４８】一極当りのステータスロット数を６とした
場合に、最適なステータのスロット幅ＳW は、式（１）
における全スロット数ｎを、ｎ＝６Ｎとして求めること
ができる。このように、ｎ＝６Ｎとして、スロット幅を
式（１）を満たすように形成することによって、モータ
の効率を最大とすることができる。

【００４９】以上のように本実施例の構成によれば、ス
ロット内における成形コイル体の高い占積率を維持しつ
つ、ティースの有効磁路面積を大きくして高効率なモー
タを提供することができる。また、モータの製造にあた
りその作業性を向上させることが容易である。

【００５０】なお、図１に示すように３相モータで１極
当り６スロットとした場合に、Ｎ番目と１番目のティー
ス１８間のスロット２０をＷ´相とし、１番目と２番目
のティース１８間のスロット２０をＶ´相、そして順次
Ｖ相，Ｕ相，Ｕ´相，Ｗ´相，Ｗ相・・・とすると、成
形コイル体１６のコイルエンド１４ａのレイアウトを各
場所で均等とすることができる。従って、コイルエンド
をコンパクトにすることができ、モータの小形化により
一層貢献できる。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る電動
機によれば、ステータコアに形成されるスロットをスリ
ット状とすることにより、ティースの幅を広くすること
ができる。

【００５２】従って、ティースの有効磁路面積が各段に
増加し、これによって鉄損等の電動機の損失を低減で
き、極めて高効率な電動機が得られる。

【００５３】更に、断面略正方形で一辺がスロット幅に
ほぼ等しい形状を有する角型コイルを用いて成形コイル
体を形成した。そして、この角型コイルをスロット内で
スロットの奥行方向に１列に整列するように成形して、
これを収納した。従ってスロット内における成形コイル
体の占積率を極めて大きくすることができる。

【００５４】また、角型コイルを折り曲げて所定の形状
に成形しているので、寸法のばらつきが無くインピーダ
ンス等のばらつきが発生しない。従って、これらのばら
つきを低減するための制御パラメータが減り、チューニ
ングが簡易となる。また、電動機の回転軸方向へのコイ
ルエンドの突出量が少なく、電動機の小型化・軽量化が
可能となり、電動機の体積に対する出力比を向上するこ
とができる。

【００５５】そして、断面略正方形の角型コイルを用い
て成形コイル体を形成することにより、コイルエンドを
折り曲げてスロット間を引き回すように形成することが
極めて容易となった。

【００５６】また、予め成形コイル体を所定形状に成形
したので、この成形コイル体のスロットへの挿入作業は
簡単な位置合わせによって実行でき、作業性が向上し電
動機の低コスト化に貢献できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るモータのステータの概略
図である。

【図２】図１のスロット２０及び角型コイル１４の構造
を示す図である。

【図３】ロータの一極当りのステータスロット数と、本
発明の実施例のモータの特性との関係を示す図である。

【図４】従来のモータのステータの概略図である。

【図５】図４のスロット３０に挿入される成形コイル体
の構造を示す図である。

【符号の説明】

１２ステータコア１４角型コイル１４ａコイルエンド１４ｂコイル辺１６成形コイル体１８ティース２０スロット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者三浦徹也愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ステータと、前記ステータと対向配置さ
れたロータとを有する電動機であって、前記ステータは、前記ロータとの対向面上に、前記ロータの回転軸方向に
平行な複数のスリット状のスロットが形成されたステー
タコアと、前記スロットの幅に各辺がほぼ等しい断面略正方形の角
型コイルが所定形状に成形され、かつ所定数巻回されて
構成された成形コイル体であって、前記スロットに挿入
される成形コイル体と、を有し、前記角型コイルは、前記スロット内に前記スロットの奥
行方向に１列に収納されることを特徴とする電動機。
【請求項２】請求項１記載の電動機において、前記スロットの端部から突出する前記成形コイル体を構
成する角型コイルの渡り部分は、折り曲げられて形成さ
れていることを特徴とする電動機。
【請求項３】請求項１記載の電動機において、前記ステータコアの外径をＲ、内径をｒ、前記成形コイ
ル体の角型コイルの巻数をｍ、全スロット数をｎ（ｎ＝
ロータ一極当りのスロット数×極数Ｎ）、前記スロット
の幅をＳW とすると、前記スロット幅ＳW は、ＳW ＝（Ｒ−ｒ＋２πＲ／ｎ）
×ｋ／２ｍを満たすことを特徴とする電動機。
【請求項４】請求項３記載の電動機において、前記ロータの一極当たりのスロット数は、６スロットで
あることを特徴とする電動機。
【請求項５】請求項１又は請求項２のいずれかに記載
の電動機において、前記成形コイル体は、予め前記角型コイルを所定形状に
成形しつつ所定数巻回した後に、前記スロットに挿入さ
れることを特徴とする電動機。