JPH11206054A - 回転電気機器の巻線構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電動機などの回転電気機器の巻線構造につい
て、比較的小型の回転電気機器に対しても、品質的に問
題のないように、導体断面積の大きなマグネットワイヤ
を、嵩張ることなく高密度に巻くことができ、また、巻
線加工の作業が容易で量産性を高めることができるよう
にする。 【解決手段】 永久磁石８を備えた回転子６に対して、
マグネットワイヤ１５をコイル巻きしたコア１１が固定
子６となるような回転電気機器１において、マグネット
ワイヤ１５として、複数本のエナメル線を撚ってなる撚
り線を使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動機や発電機の
ような回転電気機器の巻線構造に関し、特に、低電圧の
電源による小型で高出力のブラシレスＤＣモータなどの
電動機に適した巻線構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】電動ハイブリッド自転車や電動二輪車や
電動車椅子のようなＥＶ（Electric Vehicle) では、重
量やスペースの関係から、使用する電池を比較的低電圧
で必要最小容量とすることが見込まれているのに対し
て、それを電力源として使用する電動機については、小
型・軽量・高出力に加えて、耐負荷容量の大きなものが
要求されている。

【０００３】そのようなＥＶに使用されるブラシレスＤ
Ｃモータのような電動機において、電池電圧を低くして
必要とする出力を得るためには、大きな電流を電動機に
投入することになるが、そのような低電圧・大電流動作
という要求を満たすためには、電動機のコア（電磁継
鉄）にコイル巻きする巻線に工夫を施すことが必要とな
る。

【０００４】すなわち、低電圧で大電流を電動機の巻線
に通電すると、Ｉ² Ｒ〔（＝Ｗ）：Ｉは通電電流、Ｒは
巻線抵抗〕なる電力損失により発熱（ジュール熱）を生
じ、効率の低下を招くことになるため、電流の値が要求
される性能で決定されるとすると、巻線抵抗の値を如何
に低減するかが問題となってくる。

【０００５】巻線抵抗の値を低減するには、巻線の導体
断面積を大きくし、できるだけ最短に巻けば良いのであ
って、言い換えれば、できるだけ線径の太いマグネット
ワイヤをできるだけ高密度に巻けば良いのであるが、太
い線径のマグネットワイヤは剛性が高く、巻線加工に際
して、ねじり，屈曲，すべり等の点で様々な不都合を生
じ、また、作業空間が狭いこともあって、高密度に巻く
ことが困難である。

【０００６】そのため、従来から、細い線径のマグネッ
トワイヤを直接、複数本持ち（太い線径のワイヤの導体
断面積と同等に合わせる）でコアに巻いたり、複数回に
わたってコアに巻くようなことが考えられている一方、
太い線径のマグネットワイヤについて、周方向に分割さ
れたコアのそれぞれに整列巻きした上で一体構造に組み
立てたり、あるいは、放射状コアとリングコアの二つに
分け、コアとは別のボビンを用いて整列に巻いたりする
ようなことも考えられている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような電動機の巻線構造では、細い線径のワイヤによる
場合、複数本持ちで巻くと、個々のワイヤの張力がアン
バランスとなったり、複数回にわたって巻くと、巻き太
りにより抵抗値が内側と外側で異なったりして、何れに
しても、品質的課題が多いものとなる一方、太い線径の
ワイヤで分割コア方式による場合には、部品点数が増大
し、コア精度の維持が必要となり、さらには、巻線加工
後の組立工数が増大するというような問題がある。

【０００８】そこで、結局は、太い線径のマグネットワ
イヤをコアに直接巻くということに立ち戻ることとなる
のであるが、そうすると、既に述べたように、コイル巻
きしたワイヤの巻線が嵩張って高密度に巻くことが難し
く、また、ワイヤをコアに対してコイル巻きにする巻線
加工の作業が困難なものとなって、量産性が低いものに
なるという問題がある。

【０００９】本発明は、上記のような問題の解消を課題
とするものであり、具体的には、電動機などの回転電気
機器の巻線構造について、比較的小型の回転電気機器に
対しても、品質的に問題のないように、導体断面積の大
きなマグネットワイヤを、嵩張ることなく高密度に巻く
ことができ、また、巻線加工の作業が容易で量産性を高
めることができるようにすることを課題とするものであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記のような
課題を解決するために、上記の請求項１に記載したよう
に、永久磁石を備えた回転子に対して、マグネットワイ
ヤをコイル巻きしたコアが固定子となるような回転電気
機器において、マグネットワイヤとして、複数本のエナ
メル線を撚ってなる撚り線が使用されていることを特徴
とするものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の回転電気機器の巻
線構造の一実施形態について図面に基づいて説明する。

【００１２】図１は、本発明の巻線構造が適用される回
転電気機器の一例を示すもので、回転電気機器である電
動機１は、電動ハイブリッド自転車のようなＥＶ（Elec
tricVehicle) に使用される小型でブラシレスの三相交
流電動機であって、永久磁石８を備えた回転子６に対し
て、マグネットワイヤ１５をコイル巻きの巻線１５Ａと
して取り付けたコア１１が固定子１０となっている、従
来から一般的に知られた構造のものである。

【００１３】すなわち、電動機１では、円筒状のケース
本体２と各蓋板３，４をボルト５，５で結合したケーシ
ング部分に、ヨーク７の外周部に永久磁石８を設けた回
転子６が、ボールベアリング９，９を介して回転自在に
支持されているのに対して、鉄板積層体（電磁継鉄）１
２と樹脂製のプレート１３，１４からなるコア１１にマ
グネットワイヤ１５の巻線１５Ａを設けた固定子１０
が、回転子６を囲むようにケーシング部分に対して固定
されており、回転子６には、ローラークラッチ１６を介
して、電動機１の出力軸１７が連結されている。

【００１４】なお、固定子１０のコア１１は、図６
（Ｂ）に示すような形状の鉄板を複数枚重ねた鉄板積層
体１２の両端に、更に、図６（Ａ）（Ｃ）に示すような
形状の樹脂製のプレート１３，１４を重ねることで、図
５に示すような形状に一体化したものであり、具体的に
は、鉄板積層体１２の各歯部１２ａの間に、プレート１
３，１４の各突状壁部１３ａ，１４ａを嵌合挿入してな
るものであって、これにより、略円筒状のコア１１の内
側には、コア１１の軸心を中心として放射状で内向きに
延びるように、鉄板積層体１２の歯部１２ａの周囲をプ
レート１３，１４で囲んでなる突起部１１ａが複数（９
個）形成される。

【００１５】そして、回転子６には、図２に示すよう
に、Ｎ極とＳ極が径方向で交互に配置された状態で複数
の永久磁石８が周方向に沿って設けられているのに対し
て、固定子１０には、図３に示すように、回転子６の永
久磁石８を取り囲むように形成されたコア１１の各突起
部１１ａの周囲に、マグネットワイヤ１５をコイル巻き
してなる巻線１５Ａが形成されており、三相の交流によ
る回転磁界を形成するために、マグネットワイヤ１５
は、図４に示すように、コア１１の軸心を中心として１
２０°の範囲毎に、それぞれ一本（合計３本）ずつ複数
（３個）の突起部１１ａに順次コイル巻きされている。

【００１６】そのような電動機１に適用される本実施形
態の巻線構造では、巻線１５Ａを形成するためのマグネ
ットワイヤ１５として、図７に示すような、従来から高
周波用コイルや高周波トランスおよびテレビなどの高解
像度偏向ヨークとして一般的に用いられ、太いエナメル
線による単線と比較して高周波領域での温度上昇抑制に
効果のある、細いエナメル線を複数本（７本）撚ってな
る撚り線が使用されている。

【００１７】なお、本実施形態では、撚り線の素線であ
る各エナメル線の導体１５ａ表面に焼き付けられた絶縁
皮膜層１５ｂとしては、強固に焼き付けられているが、
融けやすい材質（例えば、変性エステルイミド等）が使
用されていて、それによりハンダ付け性の良い撚り線と
なっていると共に、さらに、そのような撚り線には、撚
り線の素線又は撚り線全体に、熱可塑性又は熱硬化性樹
脂等の融着被膜１５ｃが設けられていて、それによって
巻線加工した後にこれを加熱溶融することで巻線１５Ａ
を一体化している。

【００１８】上記のような本実施形態の電動機１の巻線
構造によれば、可撓性に優れた撚り線を巻線１５Ａのマ
グネットワイヤ１５として使用することで、同一導体断
面積の単線を使用した場合と比較して、コイル巻きする
ときの加工性が極めて良くなり、最初に述べたような低
電圧・大電流動作のために太い線径のワイヤを使用した
場合に起きる様々な不都合を解消することができると共
に、電動機として見た場合に、品質や工数についての効
果だけでなく、小型化・軽量化にも寄与することができ
る。

【００１９】なお、ブラシレスＤＣモータでは、パルス
幅変調方式による制御を用いるのが一般的であるが、そ
の場合の搬送波周波数（キャリア周波数）が数十キロヘ
ルツに及ぶ場合があるため、ノイズを相殺できて高周波
特性が良好な撚り線を巻線に使用する方が、太い単線を
使用した場合や細い線径のワイヤを複数本持ちにした場
合と比べて好ましいものとなる。

【００２０】ところで、低電圧・大電流動作を必要とす
る電気動力用のブラシレスＤＣモータでは、耐負荷容量
の大きな（すなわち、高負荷運転領域が広くとれる）も
のであることが要求されるため、巻線となるマグネット
ワイヤには耐熱性が要求されている一方、巻線の端末を
所定の箇所にそれぞれハンダ付けする（本実施形態で
は、樹脂性プレート１３に一体的に埋設されたターミナ
ル１３ｃにハンダ付けする）必要があることから、マグ
ネットワイヤにはハンダ付け性の良いことが望まれてい
る。

【００２１】そのため、従来の単線によるマグネットワ
イヤでは、耐熱性を高くするために絶縁皮膜層が強固に
焼き付けられ、ハンダ付けに際しては、ハンダ付け性を
良好にするために、生産現場で機械的剥離方法により絶
縁皮膜層を除去しており、このような作業は非常に煩雑
なものとなっている。（なお、強アルカリによる溶融除
去方法もあるが、環境対策の観点から、近年では実施し
難いものとなっている。）

【００２２】これに対し、本実施形態のように、絶縁皮
膜層１５ｂとして、強固に焼き付けられているが、融け
やすい材質を使用すれば、ハンダ付け性の良い撚り線と
なり、すなわち、絶縁皮膜層１５ｂを融かしながらハン
ダ付け作業を行なうことができて、ハンダ付け作業の事
前に絶縁皮膜層を除去するような巻線の端末処理を省略
して省力化を図ることができる。

【００２３】なお、撚り線では、単線と比較して、高周
波領域での温度上昇を効果的に抑制できることから、耐
熱性の高い絶縁皮膜層を設ける必要もあまりなく、更
に、絶縁皮膜層が薄く形成されることになることから、
ハンダ付けの熱容量が少なくても絶縁皮膜層は容易に融
け、一層ハンダ付け性の良いものとなる。

【００２４】一方、通常、ワイヤをコイル巻きした回転
電気機器の巻線では、電気絶縁性の向上を図ったり、機
械的に固着することで騒音防止や機器の補強を図った
り、熱伝導性を向上させて機器の温度上昇を防止・抑制
したり、酸化を防止して耐熱性を向上させたり、耐湿性
を向上させると共に外観を良くして商品価値を高めたり
するために、コイル巻きした後の巻線に対してワニス含
浸を施すようなことが従来から行なわれている。

【００２５】これに対して、本実施形態では、マグネッ
トワイヤ１５として使用する撚り線に対して、撚り線の
素線又は撚り線全体に、熱可塑性又は熱硬化性樹脂等の
融着被膜１５ｃを設け、巻線加工した後に加熱するだけ
で巻線１５Ａを一体化することで、上記のようなワニス
含浸を施すことと比較して、機器の製造における工数の
削減を図ることができると共に、溶融層を確実に巻線１
５Ａの内部に浸透させることができる。

【００２６】以上、本発明の回転電気機器の巻線構造の
一実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施
形態に示したような電動機に限定されるものではなく、
例えば、発電機などに対しても実施可能なものであるこ
とはいうまでもない。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したような本発明の回転電気機
器の巻線構造によれば、品質的に問題のないように、導
体断面積の大きなマグネットワイヤを、嵩張ることなく
高密度に巻くことができ、また、その際の巻線加工の作
業を容易なものとして量産性を高めることができて、回
転電気機器のより一層の小型化・軽量化を図ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の回転電気機器の巻線構造が適用される
電動機の一例を示す側面断面図。

【図２】図１に示した電動機の回転子を示す、図１の矢
印Ａ方向から見た正面図。

【図３】図１に示した電動機の固定子を示す、図１の矢
印Ａ方向から見た正面図。

【図４】図３に示した固定子における一本のマグネット
ワイヤのコイル巻きの範囲を示す正面図。

【図５】図４に示した固定子のコアの部分を示す、図４
のＢ−Ｂ線に沿った断面図。

【図６】図５に示したコアの各構成部分を示す（Ａ）コ
アの一端面を覆うプレートを示す側面図、（Ｂ）コアの
電磁継鉄を構成する鉄板積層体の一枚の鉄板の形状を示
す正面図、および（Ｃ）コアの他端面を覆うプレートを
示す側面図。

【図７】本発明の回転電気機器の巻線構造の一実施形態
に係るマグネットワイヤ（撚り線）を示す断面図。

【符号の説明】

１ 電動機 ６ 回転子 ８ 永久磁石 １０ 固定子 １１ コア １５ マグネットワイヤ（撚り線） １５Ａ （マグネットワイヤにより形成される）巻線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 永久磁石を備えた回転子に対して、マグ
   ネットワイヤをコイル巻きしたコアが固定子となるよう
   な回転電気機器において、マグネットワイヤとして、複
   数本のエナメル線を撚ってなる撚り線が使用されている
   ことを特徴とする回転電気機器の巻線構造。