JPWO2020178953A1 - 発電電動機およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

スロットにおけるコイルの占積率を向上させることができる電動機を得る。この電動機は、コイルの巻き方が集中巻きであり、同相ティース群に含まれるティースの数をＴとし、第ｋティースに隣り合う第１半スロットをＡ（ｋ、１）とし、第ｋティースに隣り合う第２半スロットをＡ（ｋ、２）とした場合に、Ａ（１、１）に配置されたコイルの巻数は、Ａ（Ｔ、２）に配置されたコイルの巻数と同一であり、Ａ（１、１）に配置されたコイルの巻数は、Ａ（１、２）に配置されたコイルの巻数と異なり、第ｋティースに巻かれたコイルと第ｋ＋１ティースに巻かれたコイルとを繋ぐ渡り線が反結線側に設けられた場合に、Ａ（ｋ、２）に配置されたコイルの巻数は、Ａ（ｋ＋１、１）に配置されたコイルの巻数と異なり、同相ティース群に含まれる互いに隣り合うティースの間のスロットに設けられたコイルの巻数は、Ａ（１、１）に配置されたコイルの巻数の２倍である。

Description

この発明は、ティースにコイルが巻かれた発電電動機およびその製造方法に関する。

従来、複数のティースを有し、互いに隣り合うティースの間にスロットが形成された回転子鉄心と、複数のティースのそれぞれに巻かれ、複数のスロットに配置された複数のコイルと、互いに隣り合うコイルを繋ぐ渡り線とを備えた電動機が知られている。コイルの巻き方は、集中巻きとなっている。渡り線は、ティースに対して、コイルが結線される側である結線側とは反対側である反結線側に設けられている。同相のコイルが複数のティースに連続して巻かれている。複数のティースのそれぞれに巻かれたそれぞれのコイルの巻数は、互いに同一となっている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−３２５３８５号公報

しかしながら、同相のコイルが連続して巻かれた複数のティースのうちで周方向端部に配置されたティースに巻かれたコイルについて、ティースに対して周方向外側に配置されたスロットにおける巻数は、ティースの周方向内側に配置されたスロットにおける巻数よりも小さい。これにより、各スロットにおけるコイルの巻数にばらつきが発生する。したがって、スロットにおけるコイルの占積率が低下するという課題があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、スロットにおけるコイルの占積率を向上させることができる発電電動機およびその製造方法を提供するものである。

この発明に係る発電電動機は、コアバックおよびコアバックに並べて設けられた複数のティースを有し、互いに隣り合うティースの間にスロットが形成された鉄心と、複数のティースのそれぞれに巻かれて、複数のスロットのそれぞれに設けられた複数のコイルと、互いに隣り合うコイルを繋ぐ１個以上の渡り線とを備え、コイルの巻き方は、集中巻きであり、少なくとも１個の渡り線は、ティースに対して、コイルが結線される側である結線側とは反対側である反結線側に設けられており、複数のティースのうちで同相のコイルが巻かれ一列に並べられた複数のティースを同相ティース群とし、同相ティース群に含まれるティースの数を２以上の整数であるＴとし、複数のティースが並べられた方向における一方向である整列方向についてスロットを２個の半スロットに分割し、ティースに対して整列方向について後方に隣り合って設けられたスロットにおける整列方向について前方にある半スロットを第１半スロットとし、ティースに対して整列方向について前方に隣り合って設けられたスロットにおける整列方向について後方にある半スロットを第２半スロットとし、ｋを１以上の整数とし、整列方向についてｋ番目に設けられたティースである第ｋティースに隣り合う第１半スロットをＡ（ｋ、１）とし、第ｋティースに隣り合う第２半スロットをＡ（ｋ、２）とした場合に、Ａ（１、１）に配置されたコイルの巻数は、Ａ（Ｔ、２）に配置されたコイルの巻数と同一であり、Ａ（１、１）に配置されたコイルの巻数は、Ａ（１、２）に配置されたコイルの巻数と異なり、第ｋティースに巻かれたコイルと第ｋ＋１ティースに巻かれたコイルとを繋ぐ渡り線が反結線側に設けられた場合に、Ａ（ｋ、２）に配置されたコイルの巻数は、Ａ（ｋ＋１、１）に配置されたコイルの巻数と異なり、同相ティース群に含まれる互いに隣り合うティースの間のスロットに設けられたコイルの巻数は、Ａ（１、１）に配置されたコイルの巻数の２倍である。

この発明に係る発電電動機によれば、各スロットに設けられたコイルの巻数を互いに同一にすることができる。これにより、スロットにおけるコイルの占積率を向上させることができる。

この発明の実施の形態１に係る電動機を示す縦断面図である。 図１の固定子の要部を示す縦断面図である。 図２のティースおよびコイルを示す模式図である。 連続巻コイル数が２、基本巻数が２であり、巻き始めのコイルがＡ（１、１）に先に配置されてから第１ティースに巻かれている場合の巻線方法を示す図である。 連続巻コイル数が２、基本巻数が２であり、巻き始めのコイルがＡ（１、２）に先に配置されてから第１ティースに巻かれている場合の巻線方法を示す図である。 連続巻コイル数が３、基本巻数が２であり、巻き始めのコイルがＡ（１、１）に先に配置されてから第１ティースに巻かれている場合の巻線方法を示す図である。 連続巻コイル数が３、基本巻数が２であり、巻き始めのコイルがＡ（１、２）に先に配置されてから第１ティースに巻かれている場合の巻線方法を示す図である。 連続巻コイル数が３であり、基本巻数が２であり、巻き始めのコイルがＡ（１、１）に先に配置されてから第１ティースに巻かれている場合であり、２つの渡り線のうちで１つの渡り線が結線側に配置され残りの１つの渡り線が反結線側に配置された場合の巻線方法を示す図である。 連続巻コイル数がＴであり、基本巻数が２であり、巻き始めのコイルがＡ（１、１）に先に配置されてから第１ティースに巻かれている場合であり、反結線側に配置された渡り線の数がＴ−１よりも小さい場合の結線方法を示す図である。 図１の電動機のティースにコイルを巻いてスロットにコイルを配置する手順を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２に係る電動機を示す縦断面図である。 図１１の電動機における巻線係数を示すグラフである。 極数が１０かつスロットの数が９である場合の電動機における巻線係数を示すグラフである。 極数が１４かつスロットの数が１８である場合の電動機における巻線係数を示すグラフである。 極数が１４かつスロットの数が１２である場合の電動機における巻線係数を示すグラフである。 この発明の実施の形態３に係る電動機を示す縦断面図である。 この発明の実施の形態４に係る電動機におけるティースおよびコイルを示す模式図である。 図１７のティースにコイルを巻いてスロットにコイルを配置する手順を示すフローチャートである。 図１７の電動機の変形例を示す模式図である。 この発明の実施の形態５に係る電動機を示す斜視図である。 図２０の界磁子の一部および電機子を示す斜視図である。 図２０の界磁子および電機子を示す平面図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る電動機を示す縦断面図である。発電電動機として、電動機１Ａを例に説明する。この例で、軸方向とは、電動機１Ａについての軸方向であり、径方向とは、電動機１Ａについての径方向であり、周方向とは、電動機１Ａについての周方向である。

電動機１Ａは、フレーム２と、フレーム２の軸方向一端部に設けられた第１ハウジング３と、フレーム２の軸方向他端部に設けられた第２ハウジング４とを備えている。フレーム２は、円筒形状のフレーム本体２１と、フレーム本体２１に設けられた底板部２２とを有している。第１ハウジング３は、フレーム２の開口部を覆っている。第２ハウジング４は、軸方向について底板部２２に対向して配置されている。

また、電動機１Ａは、フレーム２の内壁面に固定された固定子５と、固定子５の径方向内側に設けられた回転子６と、第２ハウジング４に設けられ、固定子５に接続された複数の結線７とを備えている。また、電動機１Ａは、第１ハウジング３に設けられ、回転子６を回転可能に支持する第１軸受８と、フレーム２の底板部２２に設けられ、回転子６を回転可能に支持する第２軸受９とを備えている。

固定子５は、フレーム２に固定された鉄心である固定子鉄心５１と、固定子鉄心５１に固定された複数のコイル５２とを有している。コイル５２の巻き方は、集中巻きとなっている。固定子鉄心５１は、磁性体から構成された複数のコアシートが積層されることによって構成されている。コイル５２における固定子鉄心５１から軸方向に突出した部分をコイルエンド５２１とする。

結線７は、コイル５２に電気的に接続されている。結線７は、軸方向について、固定子鉄心５１に対して、第２ハウジング４側に配置されている。軸方向について固定子鉄心５１に対して第２ハウジング４側を結線側とする。一方、軸方向について固定子鉄心５１に対して第１ハウジング３側を反結線側とする。言い換えれば、反結線側は、軸方向について固定子鉄心５１に対して結線側とは反対側である。

回転子６は、第１軸受８および第２軸受９に支持されたシャフト６１と、シャフト６１に固定された回転子鉄心６２と、回転子鉄心６２に固定された複数の永久磁石６３と、シャフト６１の軸方向端部に固定されたプーリ６４とを有している。永久磁石６３は、回転子鉄心６２の外周面に貼り付けられている。複数の永久磁石６３は、周方向に等間隔に並べて配置されている。また、回転子６は、永久磁石６３の径方向外側に設けられた図示しないカバーを有している。カバーは、円筒形状に形成されている。カバーは、径方向外側から永久磁石６３を覆っている。これにより、永久磁石６３が回転子鉄心６２から径方向外側に向かって飛散することが防止される。カバーは、ステンレス、アルミニウムなどの非磁性体から構成されている。

外部装置から結線７を介してコイル５２に電流が供給される。コイル５２には、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の電流を有する三相交流電流が供給される。これにより、回転子６は、固定子５に対して周方向に回転する。

図２は、図１の固定子５の要部を示す縦断面図である。固定子鉄心５１は、円環形状のコアバック５１１と、コアバック５１１に一体に形成された複数のティース５１２とを有している。ティース５１２は、コアバック５１１から径方向内側に延びるように配置されている。また、ティース５１２は、周方向に並べて配置されている。隣り合うティース５１２の間には、スロット５１３が形成されている。

ティース５１２が並べられた方向における一方向を整列方向Ｄとする。図２では、時計回りの方向を整列方向Ｄとする。整列方向Ｄについてスロット５１３を２個の半スロットに分割する。ティース５１２に対して整列方向Ｄについて後方に隣り合って設けられたスロット５１３における整列方向Ｄについて前方にある半スロットを第１半スロット５１３Ａとする。ティース５１２に対して整列方向Ｄについて前方に隣り合って設けられたスロット５１３における整列方向Ｄについて後方にある半スロットを第２半スロット５１３Ｂとする。

図３は、図２のティース５１２およびコイル５２を示す模式図である。複数のティース５１２のうちで同相のコイル５２が巻かれ一列に並べられた複数のティース５１２を同相ティース群とする。同相ティース群に含まれるティース５１２の数をＴとする。整列方向Ｄについてｋ番目に設けられたティース５１２である第ｋティースに隣り合う第１半スロット５１３ＡをＡ（ｋ、１）とする。一方、第ｋティースに隣り合う第２半スロット５１３ＢをＡ（ｋ、２）とする。ただし、Ｔは２以上の整数であり、ｋは、１以上かつＴ以下の整数である。

この場合、第１ティースに隣り合う第１半スロット５１３Ａは、Ａ（１、１）となり、第１ティースに隣り合う第２半スロット５１３Ｂは、Ａ（１、２）となる。第Ｔティースに隣り合う第１半スロット５１３Ａは、Ａ（Ｔ、１）となり、第Ｔティースに隣り合う第２半スロット５１３Ｂは、Ａ（Ｔ、２）となる。

同相ティース群に巻かれた複数のコイル５２のうちで巻き始めのコイル５２は、Ａ（１、１）に先に配置されてから第１ティースに巻かれている。Ａ（１、１）からＡ（Ｔ、２）までに配置されるコイル５２の巻数は、Ｎ、Ｎ−１、Ｎ＋１、・・・、Ｎ＋１、Ｎ−１、Ｎとなっている。ただし、Ｎは、２以上の整数である。Ａ（１、１）に配置されたコイル５２の巻数は、Ａ（Ｔ、２）に配置されたコイル５２の巻数と同一となっている。同相ティース群に含まれる互いに隣り合う全てのティース５１２の間の複数のスロット５１３に設けられたそれぞれのコイル５２の巻数は、互いに同一である。また、同相ティース群に含まれる互いに隣り合う全てのティース５１２の間の複数のスロット５１３に設けられたそれぞれのコイル５２の巻数は、Ａ（１、１）に配置されたコイル５２の巻数の２倍である。

すなわち、Ａ（１、１）およびＡ（Ｔ、２）に配置されたコイル５２の巻数がＮとなっており、Ａ（１、２）、Ａ（２×ｎ＋１、１）およびＡ（２×ｎ＋１、２）に配置されたコイル５２の巻数がＮ−１となっており、Ａ（２、１）、Ａ（２×ｎ、１）およびＡ（２×ｎ、２）に配置されたコイル５２の巻数がＮ＋１となっている。ただし、ｎは、１以上の整数であり、かつ、Ａ（２×ｎ＋１、１）、Ａ（２×ｎ＋１、２）、Ａ（２×ｎ＋１、１）およびＡ（２×ｎ＋１、２）に配置されたコイル５２の巻数がＡ（Ｔ、２）に配置されたコイル５２の巻数に一致しない数である。

一方、巻き始めのコイル５２が、Ａ（１、２）に先に配置されてから第１ティースに巻かれている場合には、Ａ（１、１）およびＡ（Ｔ、２）に配置されたコイル５２の巻数がＮとなり、Ａ（１、２）、Ａ（２×ｎ＋１、１）およびＡ（２×ｎ＋１、２）に配置されたコイル５２の巻数がＮ＋１となり、Ａ（２、１）、Ａ（２×ｎ、１）およびＡ（２×ｎ、２）に配置されたコイル５２の巻数がＮ−１となる。

同相ティース群に含まれる複数のティース５１２のうちでコイル５２が連続して巻かれるコイル５２の数である連続巻コイル数をＥとする。コイル５２の基本の巻数である基本巻数をＮとする。図４は、連続巻コイル数Ｅが２、基本巻数Ｎが２であり、巻き始めのコイル５２がＡ（１、１）に先に配置されてから第１ティースに巻かれている場合の巻線方法を示す図である。固定子５は、互いに隣り合うコイル５２を繋ぐ渡り線５３を有している。連続巻コイル数Ｅが２であり、基本巻数Ｎが２であり、巻き始めのコイル５２がＡ（１、１）に先に配置されてから第１ティースに巻かれている場合には、Ａ（１、１）、Ａ（１、２）、Ａ（２、１）、Ａ（２，２）に配置されたそれぞれのコイル５２の巻数は、２、１、３、２となる。

図５は、連続巻コイル数Ｅが２、基本巻数Ｎが２であり、巻き始めのコイル５２がＡ（１、２）に先に配置されてから第１ティースに巻かれている場合の巻線方法を示す図である。連続巻コイル数Ｅが２であり、基本巻数Ｎが２であり、巻き始めのコイル５２がＡ（１、２）に先に配置されてから第１ティースに巻かれている場合には、Ａ（１、１）、Ａ（１、２）、Ａ（２、１）、Ａ（２，２）に配置されたそれぞれのコイル５２の巻数は、２、３、１、２となる。

図６は、連続巻コイル数Ｅが３、基本巻数Ｎが２であり、巻き始めのコイル５２がＡ（１、１）に先に配置されてから第１ティースに巻かれている場合の巻線方法を示す図である。連続巻コイル数Ｅが３、基本巻数Ｎが２であり、巻き始めのコイル５２がＡ（１、１）に先に配置されてから第１ティースに巻かれている場合には、Ａ（１、１）、Ａ（１、２）、Ａ（２、１）、Ａ（２，２）、Ａ（３、１）、Ａ（３、２）に配置されたそれぞれのコイル５２の巻数は、２、１、３、３、１、２となる。したがって、Ａ（１、２）、Ａ（２、１）に配置されたそれぞれコイル５２の巻数の合計は４となる。また、Ａ（２、２）、Ａ（３、１）に配置されたそれぞれのコイル５２の巻数の合計は４となる。

図７は、連続巻コイル数Ｅが３、基本巻数Ｎが２であり、巻き始めのコイル５２がＡ（１、２）に先に配置されてから第１ティースに巻かれている場合の巻線方法を示す図である。連続巻コイル数Ｅが３、基本巻数Ｎが２であり、巻き始めのコイル５２がＡ（２、１）に先に配置されてから第１ティースに巻かれている場合には、Ａ（１、１）、Ａ（１、２）、Ａ（２、１）、Ａ（２，２）、Ａ（３、１）、Ａ（３、２）に配置されたそれぞれのコイル５２の巻数は、２、３、１、１、３、２となる。したがって、Ａ（１、２）、Ａ（２、１）に配置されたそれぞれコイル５２の巻数の合計は４となる。また、Ａ（２、２）、Ａ（３、１）に配置されたそれぞれのコイル５２の巻数の合計は４となる。

同相ティース群に対して周方向に隣り合う他の同相ティース群についても、Ａ（１、１）、Ａ（Ｔ、２）のコイル５２の巻数が２となる。したがって、複数のスロットの全てにおいて、コイル５２の巻数が２となる。

図８は、連続巻コイル数Ｅが３であり、基本巻数Ｎが２であり、巻き始めのコイル５２がＡ（１、１）に先に配置されてから第１ティースに巻かれている場合であり、２つの渡り線５３のうちで１つの渡り線５３が結線側に配置され残りの１つの渡り線５３が反結線側に配置された場合の巻線方法を示す図である。第１ティースと第２ティースとに渡って配置された渡り線５３は、反結線側に配置されている。第２ティースと第３ティースとに渡って配置された渡り線５３は、結線側に配置されている。この場合に、Ａ（１、１）、Ａ（１、２）、Ａ（２、１）、Ａ（２、２）、Ａ（３、１）、Ａ（３、２）に配置されたそれぞれのコイル５２の巻数は、２、１、３、２、２、２となる。なお、連続巻コイル数Ｅが４であり、第２ティースと第３ティースとに渡って配置された渡り線５３が結線側に配置された構成であってもよい。言い換えれば、連続巻コイル数ＥがＴであり、第ｋティースと第ｋ＋１ティースとに渡って配置された渡り線５３が結線側に配置された構成であってもよい。ただし、ｋは、２よりも大きくＴよりも小さい整数である。

図９は、連続巻コイル数ＥがＴであり、基本巻数Ｎが２であり、巻き始めのコイル５２がＡ（１、１）に先に配置されてから第１ティースに巻かれている場合であり、反結線側に配置された渡り線５３の数ＷがＴ−１よりも小さい場合の結線方法を示す図である。図３では、全ての渡り線５３が反結線側に配置されている。一方、図９では、第１ティースから第Ｗ＋１ティースまで、渡り線５３が反結線側に配置され、第Ｗ＋１から第Ｔティースまで、渡り線５３が結線側に配置されている。

渡り線５３が反結線側に配置された場合の複数のスロット５１３に配置されたそれぞれのコイル５２の巻数の合計は、渡り線５３が反結線側に配置された場合の複数のスロット５１３の数で割り切れる数となる。言い換えれば、渡り線５３が反結線側に配置された場合の複数のスロット５１３に配置されたそれぞれのコイル５２の巻数の合計は、渡り線５３が反結線側に配置された場合の複数のスロット５１３の数の整数倍の数となる。

軸方向について、一方のコイルエンド５２１または渡り線５３から他方のコイルエンド５２１または渡り線５３までの寸法を、固定子軸線方向長さとする。固定子軸線方向長さを短くすることによって、電動機１Ａの小型化を図ることができる。

次に、電動機１Ａを製造する電動機の製造方法について説明する。図１０は、図１の電動機１Ａのティース５１２にコイル５２を巻いてスロット５１３にコイル５２を配置する手順を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１０１において、コイル配置工程を行う。コイル配置工程では、巻き始めのコイル５２をティース５１２に巻いて、対応するスロット５１３にコイル５２を配置する。

その後、ステップＳ１０２において、渡り線配置工程を行う。渡り線配置工程では、ステップＳ１においてコイル５２が巻かれたティース５１２からこのティース５１２に隣り合うティース５１２まで渡り線５３を配置する。これにより、ステップＳ１０１において配置されたコイル５２とステップＳ１０２において配置された渡り線５３とが互いに接続される。渡り線配置工程では、少なくとも１個の渡り線５３を反結線側に設ける。

その後、ステップＳ１０３において、コイル配置工程を行う。コイル配置工程では、ステップＳ１においてコイル５２が巻かれたティース５１２に隣り合うティース５１２にコイル５２を巻いて、対応するスロット５１３にコイル５２を配置する。これにより、ステップＳ１０１において配置されたコイル５２とステップＳ１０３において配置されたコイル５２とが渡り線５３によって互いに繋がれる。

その後、ステップＳ１０４において、コイル配置終了判定工程を行う。コイル配置終了判定工程では、全てのティース５１２にコイル５２が巻かれたか否かを判定する。ステップＳ１０４において、まだ、コイル５２が巻かれていないティース５１２があると判定された場合には、ステップＳ１０２に戻る。一方、ステップＳ１０４において、全てのティース５１２にコイル５２が巻かれたと判定された場合には、ティース５１２にコイル５２を巻いてスロット５１３にコイル５２を配置する手順が終了する。

以上説明したように、この発明の実施の形態１に係る電動機１Ａによれば、Ａ（１、１）に配置されたコイルの巻数は、Ａ（Ｔ、２）に配置されたコイル５２の巻数と同一である。同相ティース群に含まれる互いに隣り合うティース５１２の間のスロット５１３に設けられたコイル５２の巻数は、Ａ（１、１）に配置されたコイル５２の巻数の２倍である。これにより、各スロット５１３に配置されたコイル５２の巻数を同一にすることができる。その結果、スロット５１３におけるコイル５２の占積率を向上させることができる。したがって、コイル５２の銅損の低減を図ることができる。その結果、電動機１Ａの効率の向上を図ることができる。また、軸方向についての固定子鉄心５１の寸法を小さくすることができる。その結果、電動機１Ａの小型化を図ることができる。

また、渡り線５３は、反結線側に配置されている。例えば、渡り線５３が結線側に配置される場合には、コイル５２とティース５１２との間に配置されたインシュレータの形状が複雑となる。具体的には、渡り線５３を通るための切込と、結線７を保持するための爪とをインシュレータの結線側に形成する必要がある。渡り線５３が反結線側に配置されることによって、結線を保持するための爪のみをインシュレータの結線側に形成し、渡り線５３を通るために切込をインシュレータの反結線側に形成することができる。

また、同相ティース群に巻かれた複数のコイル５２のうちで巻き始めのコイル５２は、第１ティースに隣り合う第１半スロット５１３Ａまたは第２半スロット５１３Ｂに先に配置されてから第１ティースに巻かれている。これにより、巻き始めのコイル５２を容易に巻くことができる。なお、巻き始めのコイル５２が第１半スロット５１３Ａに先に配置された場合には、巻始めのコイル５２が第２半スロット５１３Ｂに先に配置された場合と比較して、渡り線５３が交差することが防止される。これにより、渡り線５３同士でショートすることが防止される。なお、図８に示すように、一部の渡り線５３を結線側に配置することによって、渡り線５３が交差することを防止してもよい。

また、この発明の実施の形態１に係る電動機１Ａの製造方法によれば、同相ティース群に含まれる複数のティース５１２のそれぞれにコイル５２を巻いて、複数のスロット５１３のそれぞれにコイル５２を設けるコイル配置工程と、少なくとも１個の渡り線５３を反結線側に設ける渡り線配置工程とを備えている。これにより、各スロット５１３に配置されたコイル５２の巻数を同一にすることができる。その結果、スロット５１３におけるコイル５２の占積率を向上させることができる。

なお、上記実施の形態１では、１相のコイル５２について説明したが、これに限らない。Ｕ相の同相ティース群におけるコイル５２を繋ぐ渡り線５３をＵ相渡り線とし、Ｖ相の同相ティース群におけるコイル５２を繋ぐ渡り線５３をＶ相渡り線とし、Ｗ相の同相ティース群におけるコイル５２を繋ぐ渡り線５３をＷ相渡り線とする。この場合に、Ｕ相渡り線、Ｖ相渡り線およびＷ相渡り線のうちの１つまたは２つが反結線側に設けられ、残りが結線側に設けられた構成であってもよい。この場合に、結線側および反結線側のそれぞれにおいて空きスペースがある部分に、渡り線５３を配置することができる。これにより、軸方向についての電動機１Ａの寸法を小さくすることができる。

また、上記実施の形態１では、スロットの数を一般化して説明した。しかしながら、これに限らない。連続巻コイル数Ｅが２以上となる場合に、毎極毎数スロット数が、１／４よりも大きく、３／８よりも小さい構成となればよい。

また、渡り線５３の数は、少なくとも１個以上であればよい。また、少なくとも１個の渡り線５３は、ティース５１２に対して、反結線側に設けられていればよい。

実施の形態２．
図１１は、この発明の実施の形態２に係る電動機を示す縦断面図である。電動機１Ｂでは、回転子６は、８個の永久磁石６３を有している。固定子鉄心５１は、９個のティース５１２を有している。したがって、電動機１Ｂでは、極数が８となっており、スロット５１３の数が９となっている。

第１ティースから第３ティースには、Ｕ相のコイル５２が巻かれている。第４ティースから第６ティースには、Ｖ相のコイル５２が巻かれている。第７ティースから第９ティースには、Ｗ相のコイル５２が巻かれている。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

図１２は、図１１の電動機１Ｂにおける巻線係数を示すグラフである。図１２には、巻線係数における５次高調波および７次高調波が示されている。また、図１２には、各スロット５１３に配置されたコイル５２の巻数が互いに同一である場合、つまり、巻数均一の場合と、各スロット５１３に配置されたコイル５２の巻数が互いに異なる場合、つまり、巻数不均一の場合とを示している。巻数均一の場合は、巻数不均一の場合と比較して、巻線係数の５次高調波が小さくなる。なお、巻数均一の場合は、巻数不均一の場合と比較して巻線係数の７次高調波が大きくなる。しかしながら、永久磁石６３の形状を変化させることによって、巻線係数の７次高調波を小さくすることができる。

一般に、電動機１Ｂにおいては、トルクリップル６ｆ成分が問題となる。トルクリップル６ｆ成分は、巻線係数の５次高調波および７次高調波に起因する。したがって、巻線係数の５次高調波および７次高調波が小さくなることによって、トルクリップル６ｆを低減させることができる。

以上説明したように、この発明の実施の形態２に係る電動機１Ｂによれば、極数が８かつスロットの数が９である。この場合に、トルクリップル６ｆを低減させることができる。また、巻線係数の高調波成分による損失、例えば、コイル５２の銅損を低減させることができる。これにより、電動機１Ｂの効率を向上させることができる。また、実施の形態１と同様に、各スロット５１３に配置されたコイル５２の巻数を同一にすることができる。これにより、回転子６の回転方向が変化した場合の電動機１Ｂのトルク特性の変化を抑制することができる。

なお、上記実施の形態２では、極数が８かつスロット５１３の数が９、言い換えれば、極数とスロット５１３の数の比が８：９である電動機１Ｂについて説明した。しかしながら、例えば、極数が１０かつスロット５１３の数が９、極数が１４かつスロットの数が１８、または、極数が１４かつスロットの数が１２であってもよい。言い換えれば、極数とスロット５１３の数の比が１０：９、７：９、または、７：６であってもよい。図１３は、極数が１０かつスロット５１３の数が９である場合の電動機における巻線係数を示すグラフである。図１４は、極数が１４かつスロット５１３の数が１８である場合の電動機における巻線係数を示すグラフである。図１５は、極数が１４かつスロット５１３の数が１２である場合の電動機における巻線係数を示すグラフである。極数が１０かつスロット５１３の数が９である場合であっても、実施の形態２と同様の効果を得ることができる。極数が１４かつスロット５１３の数が１８である場合には、巻数均一の場合は、巻数不均一の場合と比較して、巻線係数の７次高調波が小さくなり、巻線係数の５次高調波が大きくなる。しかしながら、永久磁石６３の形状を変化させることによって、巻線係数の５次高調波を小さくすることができる。極数が１４かつスロット５１３の数が１２である場合には、巻数均一の場合は、巻数不均一の場合と比較して、巻線係数の５次高調波および７次高調波を小さくすることができる。また、巻線係数は、極数とスロット５１３の数が８対９の整数倍、１０対９の整数倍、１４対１８の整数倍または１４対１２の整数倍であってもよい。

実施の形態３．
図１６は、この発明の実施の形態３に係る電動機を示す縦断面図である。電動機１Ｃでは、回転子６は、１０個の永久磁石６３を有している。固定子鉄心５１は、１２個のティース５１２を有している。したがって、電動機１Ｃでは、極数が１０となっており、スロット５１３の数が１２となっている。言い換えれば、極数とスロットの数の比は、５：６となっている。

第１ティースおよび第２ティースには、Ｕ相のコイル５２が巻かれている。第３ティースおよび第４ティースには、Ｖ相のコイル５２が巻かれている。第５ティースおよび第６ティースには、Ｗ相のコイル５２が巻かれている。第７ティースおよび第８ティースには、Ｕ相のコイル５２が巻かれている。第９ティースおよび第１０ティースには、Ｖ相のコイル５２が巻かれている。第１１ティースおよび第１２ティースには、Ｗ相のコイル５２が巻かれている。

実施の形態１と同様に、巻き始めのコイル５２がＡ（１、１）に先に配置された場合は、図６に示すように、Ａ（１、１）、Ａ（１、２）、Ａ（２、１）、Ａ（２，２）、Ａ（３、１）、Ａ（３，２）におけるそれぞれのコイル５２の巻数は、２、１、３、３、１、２となる。また、実施の形態１と同様に、巻き始めのコイル５２がＡ（１、２）に先に配置された場合には、図７に示すように、Ａ（１、１）、Ａ（１、２）、Ａ（２、１）、Ａ（２，２）、Ａ（３、１）、Ａ（３，２）におけるそれぞれのコイル５２の巻数は、２、３、１、１、３、２となる。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

以上説明したように、この発明の実施の形態３に係る発明は、極数が１０かつスロット５１３の数が１２となっている。実施の形態１と同様に、各スロット５１３に配置されたコイル５２の巻数を同一にすることができる。これにより、回転子６の回転方向が変化した場合の電動機１Ｃのトルク特性の変化を抑制することができる。

また、渡り線５３の数は、奇数となっている。これにより、渡り線５３の数が偶数の場合と比較して、渡り線５３を短い導線で構成することができる。

実施の形態４．
図１７は、この発明の実施の形態４に係る電動機におけるティースおよびコイルを示す模式図である。電動機１Ｄでは、６個のティース５１２が整列方向Ｄについて一列に並べて配置されている。第１ティースと第２ティースとの間に配置された渡り線５３を第１渡り線とする。第２ティースと第３ティースとの間の渡り線５３を第２渡り線とする。第３ティースと第４ティースとの間の渡り線５３を第３渡り線とする。第４ティースと第５ティースとの間の渡り線５３を第４渡り線とする。第５ティースと第６ティースとの間の渡り線５３を第５渡り線とする。

次に、電動機１Ｄを製造する電動機の製造方法について説明する。図１８は、図１７のティース５１２にコイル５２を巻いてスロット５１３にコイル５２を配置する手順を示すフローチャートである。まず、ステップＳ２０１において、コイル配置工程を行う。コイル配置工程では、第１ティースから第６ティースまで、別々にコイル５２を巻いて、対応するスロット５１３にコイル５２を配置する。

その後、ステップＳ２０２において、渡り線配置工程を行う。渡り線配置工程では、第１渡り線から第５渡り線まで、別々に隣り合うティース５１２の間を繋ぐ。渡り線配置工程では、少なくとも１個の渡り線５３を反結線側に設ける。

以上説明したように、この発明の実施の形態４に係る電動機１Ｄの製造方法によれば、コイル配置工程では、複数のコイル５２のそれぞれを１つずつティース５１２に巻き、渡り線配置工程では、コイル配置工程の後に行われる。これにより、コイル配置工程を容易に行うことができる。

なお、上記実施の形態４では、コイル配置工程において、複数のコイル５２のそれぞれを１つずつティース５１２に巻く構成について説明した。しかしながら、図１９に示すように、コイル配置工程では、同相ティース群のうちの一部であって互いに隣り合う複数のティース５１２にコイル５２を連続して巻く構成であってもよい。この場合、渡り線配置工程は、複数のティース５１２にコイル５２が連続して巻かれる途中において、既に巻かれたコイル５２に連続した導線を渡り線５３とする第１渡り線工程と、複数のティース５１２にコイル５２が連続して巻かれた後において、既に巻かれたコイル５２とは別の導線を渡り線５３とする第２渡り線工程とを有する。

実施の形態５．
図２０は、この発明の実施の形態５に係る電動機を示す斜視図である。発電電動機として、リニア電動機１Ｅを例に説明する。リニア電動機１Ｅは、固定子である界磁子１１と、可動子である電機子１２とを備えている。界磁子１１は、第１方向Ｄ１について延びて配置されている。第１方向Ｄ１について視た場合に界磁子１１の幅方向を第２方向Ｄ２とする。第１方向Ｄ１について視た場合に界磁子１１の高さ方向を第３方向Ｄ３とする。

電機子１２は、界磁子１１と電機子１２との間に発生する推力を用いて、界磁子１１に対して第１方向Ｄ１に移動する。

リニア電動機１Ｅにおける推力発生面は、第２方向Ｄ２についての電機子１２の両側に形成される。言い換えれば、リニア電動機１Ｅは、両側式の電動機となっている。電機子１２には、図示しない搬送物が支持される。リニア電動機１Ｅは、電機子１２が搬送物を支持した状態で、界磁子１１に対して電機子１２が移動することによって、搬送物を搬送する。搬送物は、機械装置の可動部に相当する。また、搬送物は、実装機のヘッド、荷物を積載する台車または荷物を積載するステージに相当する。

界磁子１１は、一対の界磁ヨーク１１１と、一対の界磁ヨーク１１１のそれぞれに固定された複数の永久磁石１１２とを有している。一対の界磁ヨーク１１１は、第２方向Ｄ２について離れて配置されている。界磁ヨーク１１１は、第１方向Ｄ１に延びて形成されている。一対の界磁ヨーク１１１は、互いに平行に配置されている。複数の永久磁石１１２は、一対の界磁ヨーク１１１における互いに対向する面に固定されている。複数の永久磁石１１２は、界磁ヨーク１１１毎に、第１方向Ｄ１に１列に並んで等ピッチで配置されている。したがって、複数の永久磁石１１２は、第２方向Ｄ２について、互いに間を空けて２列に並んで配置されている。永久磁石１１２の極性は、第１方向Ｄ１について互いに隣り合う永久磁石１１２の極性が互いに反対となるように配置されている。

図２１は、図２０の界磁子１１の一部および電機子１２を示す斜視図である。電機子１２は、第２方向Ｄ２について並べられた２列の永久磁石１１２の間に配置されている。電機子１２は、第１方向Ｄ１に並んで配置された複数のティースである電機子コア１２１と、それぞれの電機子コア１２１に巻かれた複数のコイル１２２とを有している。隣り合う電機子コア１２１の間には、スロット１２３が形成されている。

電機子コア１２１は、板形状に形成された複数のコア部材が積層されることによって形成されている。電機子コア１２１を構成するコア部材は、第３方向Ｄ３について積層されている。電機子コア１２１における第２方向Ｄ２を向く両面は、永久磁石１１２に対向している。電機子コア１２１と永久磁石１１２との間には、隙間が形成されている。電機子コア１２１における永久磁石１１２に対向する面をギャップ面とする。

コイル１２２は、第２方向Ｄ２についての電機子コア１２１の中間部に巻かれている。コイル１２２は、図示しないインシュレータを介して電機子コア１２１に巻かれている。第１方向に並べられた複数の電機子コア１２１へのコイル１２２の巻線方法は、実施の形態１から実施の形態４と同様である。

リニア電動機１Ｅの特徴としては、往復運動についての使用頻度が高い点と、第１方向Ｄ１について電機子１２に両端部が存在する点とが挙げられる。半導体の実装機に使用する場合に、トルクリップルの制限が厳しい。したがって、従来のリニア電動機は、往復運動を行う装置として用いることができない。しかしながら、実施の形態４に係るリニア電動機１Ｅでは、トルクリップルが低減される。これにより、往復運動を行う装置として用いることができる。また、第１方向Ｄ１についての電機子１２の両端部に部品をセットすることができる。これにより、実装速度を２倍にすることができる。

図２２は、図２０の界磁子１１および電機子１２を示す平面図である。実施の形態１から実施の形態４までの回転電機と比較して、第１方向Ｄ１についての電機子１２の両端部では、電機子コア１２１の先端を通る永久磁石１１２の磁束量が減少する。したがって、磁束量とコイル１２２の巻数とに比例する誘起電圧をより向上させるためには、各スロット１２３に配置されるコイル１２２の巻数を大きくする必要がある。

以上説明したように、この発明の実施の形態４に係るリニア電動機１Ｅによれば、電機子１２が往復運動を行うことができる。

なお、各上記実施の形態では、三相のコイルを備えた電動機またはリニア電動機について説明した。しかしながら、三相以外のコイルを備えた電動機またはリニア電動機であってもよい。

また、各上記実施の形態では、発電電動機として、電動機またはリニア電動機について説明した。しかしながら、発電機またはリニア発電機であってもよい。

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ 電動機、１Ｅ リニア電動機、２ フレーム、３ 第１ハウジング、４ 第２ハウジング、５ 固定子、６ 回転子、７ 結線、８ 第１軸受、９ 第２軸受、１１ 界磁子、１２ 電機子、２１ フレーム本体、２２ 底板部、５１ 固定子鉄心、５２ コイル、５３ 渡り線、６１ シャフト、６２ 回転子鉄心、６３ 永久磁石、６４ プーリ、１１１ 界磁ヨーク、１１２ 永久磁石、１２１ 電機子コア、１２２ コイル、１２３ スロット、５１１ コアバック、５１２ ティース、５１３ スロット、５１３Ａ 第１半スロット、５１３Ｂ 第２半スロット、５２１ コイルエンド。

この発明に係る発電電動機は、コアバックおよびコアバックに並べて設けられた複数のティースを有し、互いに隣り合うティースの間にスロットが形成された鉄心と、複数のティースのそれぞれに巻かれて、複数のスロットのそれぞれに設けられた複数のコイルと、互いに隣り合うコイルを繋ぐ１個以上の渡り線とを備え、コイルの巻き方は、集中巻きであり、少なくとも１個の渡り線は、ティースに対して、コイルが結線される側である結線側とは反対側である反結線側に設けられており、複数のティースのうちで同相のコイルが巻かれ一列に並べられた複数のティースを同相ティース群とし、同相ティース群に含まれるティースの数を２以上の整数であるＴとし、複数のティースが並べられた方向における一方向である整列方向についてスロットを２個の半スロットに分割し、ティースに対して整列方向について後方に隣り合って設けられたスロットにおける整列方向について前方にある半スロットを第１半スロットとし、ティースに対して整列方向について前方に隣り合って設けられたスロットにおける整列方向について後方にある半スロットを第２半スロットとし、ｋを１以上の整数とし、整列方向についてｋ番目に設けられたティースである第ｋティースに隣り合う第１半スロットをＡ（ｋ、１）とし、第ｋティースに隣り合う第２半スロットをＡ（ｋ、２）とした場合に、Ａ（１、１）に配置されたコイルの巻数は、Ａ（Ｔ、２）に配置されたコイルの巻数と同一であり、Ａ（１、１）に配置されたコイルの巻数は、Ａ（１、２）に配置されたコイルの巻数と異なり、第ｋティースに巻かれたコイルと第ｋ＋１ティースに巻かれたコイルとを繋ぐ渡り線が反結線側に設けられた場合に、Ａ（ｋ、２）に配置されたコイルの巻数は、Ａ（ｋ＋１、１）に配置されたコイルの巻数と異なり、同相ティース群に含まれる互いに隣り合うティースの間のスロットに設けられたコイルの巻数は、Ａ（１、１）に配置されたコイルの巻数の２倍であり、第ｋティースに巻かれたコイルと第ｋ＋１ティースに巻かれたコイルとを繋ぐ渡り線が結線側に設けられた場合に、Ａ（ｋ、２）に配置されたコイルの巻数は、Ａ（ｋ＋１、１）に配置されたコイルの巻数と同一である。

Claims (9)

1. コアバックおよび前記コアバックに並べて設けられた複数のティースを有し、互いに隣り合う前記ティースの間にスロットが形成された鉄心と、
   複数の前記ティースのそれぞれに巻かれて、複数の前記スロットのそれぞれに設けられた複数のコイルと、
   互いに隣り合う前記コイルを繋ぐ１個以上の渡り線と
   を備え、
   前記コイルの巻き方は、集中巻きであり、
   少なくとも１個の前記渡り線は、前記ティースに対して、前記コイルが結線される側である結線側とは反対側である反結線側に設けられており、
   複数の前記ティースのうちで同相の前記コイルが巻かれ一列に並べられた複数の前記ティースを同相ティース群とし、
   前記同相ティース群に含まれる前記ティースの数を２以上の整数であるＴとし、
   複数の前記ティースが並べられた方向における一方向である整列方向について前記スロットを２個の半スロットに分割し、前記ティースに対して前記整列方向について後方に隣り合って設けられた前記スロットにおける前記整列方向について前方にある前記半スロットを第１半スロットとし、前記ティースに対して前記整列方向について前方に隣り合って設けられた前記スロットにおける前記整列方向について後方にある前記半スロットを第２半スロットとし、
   ｋを１以上の整数とし、前記整列方向についてｋ番目に設けられた前記ティースである第ｋティースに隣り合う前記第１半スロットをＡ（ｋ、１）とし、前記第ｋティースに隣り合う前記第２半スロットをＡ（ｋ、２）とした場合に、
   Ａ（１、１）に配置された前記コイルの巻数は、Ａ（Ｔ、２）に配置された前記コイルの巻数と同一であり、
   Ａ（１、１）に配置された前記コイルの巻数は、Ａ（１、２）に配置された前記コイルの巻数と異なり、
   前記第ｋティースに巻かれた前記コイルと第ｋ＋１ティースに巻かれた前記コイルとを繋ぐ前記渡り線が前記反結線側に設けられた場合に、Ａ（ｋ、２）に配置された前記コイルの巻数は、Ａ（ｋ＋１、１）に配置された前記コイルの巻数と異なり、
   前記同相ティース群に含まれる互いに隣り合う前記ティースの間の前記スロットに設けられた前記コイルの巻数は、Ａ（１、１）に配置された前記コイルの巻数の２倍である発電電動機。
2. 前記第ｋティースに巻かれた前記コイルと前記第ｋ＋１ティースに巻かれた前記コイルとを繋ぐ前記渡り線が前記結線側に設けられた場合に、Ａ（ｋ、２）に配置された前記コイルの巻数は、Ａ（ｋ＋１、１）に配置された前記コイルの巻数と同一である請求項１に記載の発電電動機。
3. Ｕ相の前記同相ティース群における前記コイルを繋ぐ前記渡り線をＵ相渡り線とし、Ｖ相の前記同相ティース群における前記コイルを繋ぐ前記渡り線をＶ相渡り線とし、Ｗ相の前記同相ティース群における前記コイルを繋ぐ前記渡り線をＷ相渡り線とした場合に、
   前記Ｕ相渡り線、前記Ｖ相渡り線および前記Ｗ相渡り線のうちの１つまたは２つが前記反結線側に設けられ、残りが前記結線側に設けられている請求項１に記載の発電電動機。
4. 前記同相ティース群における前記コイルを繋ぐ全ての前記渡り線は、前記反結線側に設けられており、
   前記同相ティース群に含まれる互いに隣り合う全ての前記ティースの間の前記スロットに設けられた前記コイルの巻数は、Ａ（１、１）に配置された前記コイルの巻数の２倍である請求項１または請求項３に記載の発電電動機。
5. 極数と前記スロットの数との比が、８：９、１０：９、７：９、５：６、７：６である請求項１から請求項４までの何れか一項に記載の発電電動機。
6. 前記同相ティース群に巻かれた複数の前記コイルのうちで巻き始めの前記コイルは、前記整列方向について１番目に設けられた前記ティースである第１ティースに隣り合う前記第１半スロットまたは前記第２半スロットに先に配置されてから前記第１ティースに巻かれている請求項１から請求項５までの何れか一項に記載の発電電動機。
7. 請求項１から請求項６までの何れか一項に記載の発電電動機を製造する発電電動機の製造方法であって、
   前記同相ティース群に含まれる複数の前記ティースのそれぞれに前記コイルを巻いて、複数の前記スロットのそれぞれに前記コイルを設けるコイル配置工程と、
   少なくとも１個の前記渡り線を前記反結線側に設ける渡り線配置工程と
   を備えた発電電動機の製造方法。
8. 前記コイル配置工程では、複数の前記コイルのそれぞれを１つずつ前記ティースに巻き、
   前記渡り線配置工程では、前記コイル配置工程の後に行われる請求項７に記載の発電電動機の製造方法。
9. 前記コイル配置工程では、前記同相ティース群のうちの一部であって互いに隣り合う複数の前記ティースに前記コイルを連続して巻き、
   前記渡り線配置工程は、
   複数の前記ティースに前記コイルが連続して巻かれる途中において、既に巻かれた前記コイルに連続した導線を前記渡り線とする第１渡り線工程と、
   複数の前記ティースに前記コイルが連続して巻かれた後において、既に巻かれた前記コイルとは別の導線を前記渡り線とする第２渡り線工程と
   を有している請求項７に記載の発電電動機の製造方法。

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