WO2010074036A1 - 電動機の電機子および電動機 - Google Patents

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WO2010074036A1
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coil
winding
slot
armature
electric motor
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貞一郎 千葉
剛 小早川
大輔 吉田
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株式会社小松製作所
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    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • H02K1/2766—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect

Definitions

  • the present invention relates to an armature of an electric motor and an electric motor.
  • an armature of an electric motor includes a core and a winding wound around the core.
  • the winding is configured by bundling a plurality of strands, and has a plurality of coil portions formed in a coil shape and a connecting portion that extends between the coil portions.
  • the core is provided with a plurality of slots, and the coil sides of the coil portion are embedded in the slots.
  • Patent Document 1 As a method for manufacturing the armature as described above, for example, there is one disclosed in Patent Document 1.
  • one coil part is formed by winding a winding around a winding frame.
  • the winding 110 is wound around the winding frame 130 by the flyer 120 that guides the winding 110 composed of a plurality of strands W around the winding frame 130.
  • the coil part 100 is shape
  • the coil unit 100 is pushed downward from the winding frame 130 and transferred to the transfer tool 140.
  • the transfer tool 140 is a member for assembling the winding 110 to the core 150 (see FIG. 11), and can hold a plurality of coil portions 100 to 107 arranged in a circle (see FIGS. 9 and 10). ).
  • the connecting unit 111 is formed until the next coil unit 101 is wound.
  • the connecting part 111 is a part formed continuously from the winding 110 forming the coil part 100 and crossing adjacent coil parts 100.
  • the connecting portion 111 is formed by the transfer tool 140 or the winding frame 130 rotating around the axis of the transfer tool 140. Thereafter, the next coil portion 101 is further formed from the same winding 110 and transferred to the transfer tool 140.
  • the state shown in FIG. 9 is obtained.
  • the plurality of coil portions 100 to 107 are arranged in a circle around the stripper 141 of the transfer tool 140 in a top view.
  • the adjacent coil portions 100 to 107 are formed so that the winding directions are opposite to each other.
  • FIG. 10 is a sectional view taken along line XX in FIG.
  • the core 150 has a plurality of slots formed on the inner peripheral surface (see FIG. 2).
  • the stripper 141 is raised, the coil portions 100 to 107 are lifted upward.
  • the coil sides of the coil portions 100 to 107 are inserted into the corresponding slots.
  • 11 shows a state in which the coil side 121 (see FIG. 9) of the coil unit 100 is inserted into the slot S100 of the core 150, and the coil side 122 (see FIG. 9) of the coil unit 103 is inserted into the slot S103. ing.
  • a plurality of winding portions 110 are wound from the start to the end of winding 110 across the plurality of coil portions 100 to 107.
  • the relative arrangement of the wire W is maintained.
  • the element wire W ⁇ b> 1 located at the uppermost position in a certain turn portion of a certain coil portion 100 is located at the uppermost position in the other turn portions of the same coil portion 100.
  • the strand W1 is located at the uppermost position in any of the turns of the other coil portions 101 to 107.
  • the plurality of strands W1 to Wn are always placed on the upper side of the transfer tool 140. It is inserted into the slot in order from the positioned wire W1. For this reason, even within the slot, the first strand W1 to the Nth strand Wn are accommodated almost in order from the back side.
  • the first strand W1 always forms the coil portions 100 to 107 while passing through the back of the slot with respect to the other strands.
  • the N strand Wn always forms the coil portions 100 to 107 while passing along the slot front side of the other strands.
  • the inductance of the coil part formed by each strand is the largest in the first strand W1, and the smallest in the Nth strand Wn (W15 in FIG. 13).
  • Such variation in inductance for each element wire causes a reduction in coil efficiency and a reduction in motor efficiency.
  • An object of the present invention is to provide an armature of an electric motor and an electric motor that can improve motor efficiency.
  • the armature of the electric motor according to the first invention includes a core and a winding.
  • the core has a plurality of slots and a plurality of teeth formed between the slots.
  • the winding consists of a plurality of strands.
  • the winding includes a coil part and a connecting part. The coil portion is inserted into the slot and wound around a plurality of teeth.
  • a connection part connects coil parts. And the coil
  • the armature of the motor according to the second invention is the armature of the motor of the first invention, and the connecting portion is provided from the tooth tip side to the tooth base side of the teeth.
  • the armature of the motor according to the third aspect of the present invention is the armature of the motor of the first aspect, wherein the twist angle at the connecting portion of the winding is 180 degrees.
  • the arrangement of the wires is opposite before and after the twisted portion. For example, a certain wire is switched between the position closest to the tooth tip of the tooth and the position closest to the tooth base of the tooth before and after the twisted portion. Thereby, the dispersion
  • An electric motor includes the armature according to any one of claims 1 to 3 as a stator.
  • This motor can improve the efficiency of the armature as a stator.
  • the variation in coil inductance for each wire in the winding is reduced. Thereby, motor efficiency can be improved.
  • FIG. The figure which shows the connection part of a coil
  • the figure which shows the manufacturing apparatus of the conventional stator coil The figure which shows the manufacturing apparatus of the conventional stator coil.
  • the electric motor 1 is a three-phase synchronous motor such as an embedded magnet motor, and includes a rotor 2 and a stator 3.
  • the rotor 2 is an 8-pole permanent magnet rotor.
  • the rotor 2 includes a rotor body 21 and a plurality of permanent magnets 22.
  • the rotor main body 21 has a cylindrical shape, and is provided so as to be rotatable with respect to a main body casing (not shown) around a rotation axis.
  • the permanent magnet 22 is attached to the rotor body 21. In FIG. 1, only some permanent magnets are denoted by reference numerals, and others are omitted.
  • the stator 3 is a so-called distributed winding stator having three phases and 48 slots.
  • the stator 3 has a core 31 and windings 4 to 6.
  • the core 31 has a substantially cylindrical outer shape, and is provided with a through hole 32 extending along the central axis.
  • a plurality of slots S1 to S48 are provided on the inner peripheral surface of the core 31 .
  • Each of the slots S1 to S48 extends along a direction parallel to the central axis.
  • Teeth T1 to T48 are formed between the slots S1 to S48.
  • 48 slots S1 to S48 and teeth T1 to T48 are provided. In FIG. 2, only some slots and teeth are denoted by reference numerals, and others are omitted.
  • the windings 4 to 6 include three windings: a U-phase winding 4, a V-phase winding 5, and a W-phase winding 6.
  • a U-phase terminal 40 is provided at one end of the U-phase winding 4.
  • a V-phase terminal 50 is provided at one end of the V-phase winding 5.
  • a W-phase terminal 60 is provided at one end of the W-phase winding 6.
  • the other ends of the U-phase winding 4, V-phase winding 5, and W-phase winding 6 are terminated by a neutral point 10. Since these windings 4 have substantially the same structure except that the inserted slots S1 to S48 are different, only the U-phase winding 4 will be described below.
  • the U-phase winding 4 has a first winding 11 and a second winding 12, as shown in FIG.
  • Each of the first winding 11 and the second winding 12 is configured by bundling a plurality of strands W (see FIG. 6), and includes, for example, 15 strands W.
  • the U-phase winding 4 has eight coil portions 4a to 4h and six connecting portions 4p to 4u.
  • FIG. 3 is a development view of the U-phase winding 4.
  • the first winding 11 and the second winding 12 are connected in parallel, and one end of the first winding 11 and one end of the second winding 12 are connected to the U-phase terminal 40.
  • the other end of the first winding 11 and the other end of the second winding 12 are connected to the neutral point 10.
  • the coil parts 4a to 4h are provided in the first winding 11 and are connected in series.
  • the coil portions 4e to 4h are provided in the second winding 12, and are connected in series.
  • the coil portions 4a to 4d are portions where the winding 4 is formed in a coil shape.
  • the four coil portions 4a to 4d of the first winding 11 are referred to as the first coil portion 4a to the fourth coil portion 4d in order from the U-phase terminal 40 side.
  • the four coil portions 4e to 4h of the second winding 12 are referred to as a fifth coil portion 4e to an eighth coil portion 4h in order from the U-phase terminal 40 side.
  • Each of the coil portions 4a to 4h is wound over a plurality of teeth. For example, in FIG. 2, the first coil portion 4a is wound from the first tooth T1 to the fifth tooth T5.
  • the slot into which the input line In of the first coil section 4a is inserted is defined as the first slot S1, and the second slots S2 to S2 are sequentially turned counterclockwise from the first slot S1 in FIG. It shall be called the 48th slot S48.
  • the teeth located between the first slot S1 and the second slot S2 are referred to as the first teeth T1, and in FIG. 2, they are referred to as the second teeth T2 to the 48th teeth T48 in order counterclockwise from the first tooth T1. .
  • the radially inner side is referred to as “tooth tip side” and the radially outer side is referred to as “tooth base side”.
  • the winding directions of the coil portions 4a to 4h are indicated by “dots (•)” and “cross ( ⁇ )”.
  • a dot (• mark) indicates that a current flows in a direction from the front side of the paper toward the back side.
  • a cross (x mark) indicates that a current flows in a direction from the back side to the near side.
  • the first coil portion 4a is inserted into the first slot S1 and the sixth slot S6.
  • the coil side 41a closest to the U-phase terminal 40 among the plurality of coil sides of the first coil portion 4a is located closest to the tooth tip among the coil sides in the first slot S1.
  • the terminal end side coil side 42a among the plurality of coil sides of the first coil portion 4a is located closest to the tooth base among the coil sides in the sixth slot S6.
  • the “coil side” means a portion of each of the coil portions 4a to 4h that is inserted into the slots S1 to S48 and extends along the slots S1 to S48 (in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 2). .
  • the second coil part 4b is inserted into the seventh slot S7 and the twelfth slot S12.
  • the coil side 41b closest to the U-phase terminal 40 is located closest to the tooth tip among the coil sides in the twelfth slot S12.
  • the terminal end side coil side 42b among the plurality of coil sides of the second coil portion 4b is located closest to the tooth base among the coil sides in the seventh slot S7.
  • the winding direction of the 2nd coil part 4b is reverse to the winding direction of the 1st coil part 4a.
  • the third coil portion 4c is inserted into the thirteenth slot S13 and the eighteenth slot S18.
  • the coil side 41c closest to the U-phase terminal 40 is located closest to the tooth tip among the coil sides in the thirteenth slot S13.
  • the most terminal side coil side 42c is located closest to the tooth base among the coil sides in the eighteenth slot S18.
  • the winding direction of the 3rd coil part 4c is the same as the winding direction of the 1st coil part 4a, and is reverse to the winding direction of the 2nd coil part 4b.
  • 4th coil part 4d is inserted in 19th slot S19 and 24th slot S24.
  • the coil side 41d closest to the U-phase terminal 40 is located closest to the tooth tip among the coil sides in the 24th slot S24.
  • the most terminal side coil side 42d among the plurality of coil sides of the fourth coil portion 4d is located closest to the tooth base among the coil sides in the nineteenth slot S19.
  • the winding direction of the 4th coil part 4d is the same as the winding direction of the 2nd coil part 4b, and is reverse to the winding direction of the 1st coil part 4a and the 3rd coil part 4c.
  • the structure of the fifth coil part 4e to the eighth coil part 4h (see FIG. 1) is the same as the structure of the first coil part 4a to the fourth coil part 4d. That is, the winding direction of the fifth coil part 4e and the seventh coil part 4g is the same as the winding direction of the first coil part 4a, and the winding direction of the sixth coil part 4f and the eighth coil part 4h is This is the same as the winding direction of the second coil portion 4b. That is, the winding directions of the eight coil portions 4a to 4h of the U-phase winding 4 are alternately reversed.
  • the connecting portions 4p to 4u shown in FIG. 1 are portions of the winding 4 that extend between the coil portions 4a to 4d and the coil portions 4e to 4h.
  • the coil sides closest to the U-phase terminal 40 for example, the coil sides 41a, 41b, 41c, and 41d shown in FIG. 2 among the coil sides of the coil portions 4a to 4h are the slots S1 to S48.
  • the coil side closest to the neutral point 10 for example, the coil sides 42a, 42b, 42c, and 42d shown in FIG. 2 is located on the tooth tip side, and is located on the tooth base side of each of the slots S1 to S48. Yes. Therefore, as shown in FIG.
  • the connecting portions 4p to 4r are provided between the coil portions 4a to 4d from the tooth tip side to the tooth base side.
  • a connecting portion that connects the first coil portion 4 a and the second coil portion 4 b in the first winding 11 is referred to as a first connecting portion 4 p, and hereinafter, the third coil portion 4 c and the fourth coil portion 4 b.
  • the connection part connecting the coil part 4d is referred to as a second connection part 4q and a third connection part 4r in order.
  • the fourth winding portion is sequentially arranged from the connecting portion connecting the fifth coil portion 4 e and the sixth coil portion 4 f to the connecting portion connecting the seventh coil portion 4 g and the eighth coil portion 4 h.
  • the connecting portions 4s to 6u are referred to as the sixth connecting portion 4u.
  • the first connecting portion 4p is provided from the tooth root side of the sixth slot S6 to the tooth tip side of the twelfth slot S12.
  • the second connecting portion 4q is provided from the tooth root side of the seventh slot S7 to the tooth tip side of the thirteenth slot S13.
  • the third connecting portion 4r is provided from the tooth root side of the eighteenth slot S18 to the tooth tip side of the twenty-fourth slot S24.
  • the fourth connecting portion 4s is provided from the tooth root side of the 30th slot S30 to the tooth tip side of the 36th slot (not shown). Since the fifth connecting portion 4t to the sixth connecting portion 4u have the same configuration as the first connecting portion 4p to the third connecting portion 4r, description thereof is omitted.
  • the winding 4 is twisted 180 degrees as shown in FIGS.
  • the first wire W1 located closest to the tooth root among the plurality of wires W is The coil side 41b closest to the tooth tip of the 12 slots S12 is located closest to the tooth tip among the plurality of strands W.
  • the fifteenth strand W15 located closest to the tooth tip side in the coil side 42a closest to the tooth root of the sixth slot S6 is the most toothed in the coil side 41b closest to the tooth tip side of the twelfth slot S12. Located on the former side. Therefore, as shown in FIG.
  • the first strand W1 is located closest to the tooth root in each coil side of the sixth slot S6, but is closest to the tooth tip side in each coil side of the twelfth slot S12. positioned.
  • the fifteenth strand W15 is located closest to the tooth tip in each coil side of the sixth slot S6, but is located closest to the tooth base in each coil side of the twelfth slot S12.
  • all the white circles indicate the first strand W1
  • all the hatched circles indicate the 15th strand W15.
  • the positions of the coil sides of the sixth slot S6 and the coil sides of the twelfth slot S12 are switched on the tooth tip side and the tooth base side.
  • the winding 4 is twisted by 180 degrees as in the first connecting part 4p.
  • FIG. 7 shows measured data of the inductance of the stator coil. This data includes the inductances of the first to fifteenth strands W15 to W15 of the stator 3 according to the present embodiment and the inductances of the stator strands W1 to W15 of the stator included in the conventional electric motor. It is actually measured at both ends of the four coil portions.
  • a line L1 indicates the inductance of each of the wires W1 to W15 in the electric motor 1 according to the present embodiment.
  • a line L2 indicates the inductance of each of the strands W1 to W15 in the conventional electric motor.
  • the inductance is remarkably reduced from the wire W1 to the wire W15, whereas in the stator 3 according to the present embodiment, the decrease in the inductance from the wire W1 to the wire W15 is considerably suppressed. Has been.
  • motor efficiency can be improved rather than the conventional electric motor.
  • higher output, smaller size, and lighter weight can be realized as compared with the conventional case.
  • the windings are twisted at all the connecting portions, but the windings may be twisted at some of the connecting portions.
  • the shape twisted in 2nd, 5th connection part 4q, 4t may be sufficient.
  • the inductance can be averaged as described above, and the same effect as described above can be obtained.
  • the U-phase winding 4 has the first winding 11 and the second winding 12 connected in parallel, but all the coil portions are connected in series. May be. For example, all eight coil portions as in the above embodiment may be connected in series. Also in this case, the winding may be twisted at all the connecting portions, or the winding may be twisted at some of the connecting portions.
  • the position of the connecting portion where the torsion is formed varies depending on the number of poles of the rotor 2 of the motor.
  • the number of coils in the stator winding corresponds to the number of poles of the rotor 2 of the motor.
  • the number of coils is four.
  • the number of connecting portions is three, and in order to make the coil inductance between the strands uniform, a twist of 180 ° is formed only on the second connecting wire, or 180 ° is formed on all connecting wires. It is desirable to form a twist.
  • the present invention has an effect of improving the motor efficiency, and is useful as an armature and an electric motor of an electric motor.

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Abstract

　モータ効率を向上させることができる電動機の電機子を提供する。ステータ(３)は、コア(１２)と、巻線(４)とを備える。コア(１２)は、複数のスロットと、スロットの間に形成される複数のティースとを有する。巻線(４)は、複数本の素線からなる。また、巻線(４)は、コイル部(４ａ)～(４ｈ)と、連結部(４ｐ)～(４ｖ)とを有する。コイル部(４ａ)～(４ｈ)は、スロットに挿入され、複数のティースに渡って巻回される。連結部(４ｐ)～(４ｖ)は、コイル部(４ａ)～(４ｈ)同士を連結する。そして、巻線(４)は、連結部(４ｐ)～(４ｖ)において捻られた形状を有する。

Description

電動機の電機子および電動機
　本発明は、電動機の電機子および電動機に関する。
　一般に、電動機の電機子は、コアと、このコアに巻回された巻線とを備えている。巻線は、複数本の素線が束ねられて構成されており、コイル状に形成された複数のコイル部と、コイル部同士の間を渡る連結部とを有している。コアには、複数のスロットが設けられており、コイル部のコイル辺がスロットに埋め込まれている。
　上記のような電機子の製造方法として、例えば、特許文献１に開示されているものがある。
　まず、巻線を巻枠に巻きつけることにより１つのコイル部が形成される。ここでは、図８に示すように、複数の素線Ｗからなる巻線１１０を案内するフライヤ１２０が巻枠１３０の周りを回ることによって、巻線１１０が巻枠１３０に巻回される。これにより、コイル部１００は、帯状の複数の素線Ｗが螺旋状に巻回された形状に成形される。次に、コイル部１００は、巻枠１３０から下方に押し出され、トランスファツール１４０に移される。このトランスファツール１４０は、巻線１１０をコア１５０（図１１参照）に組み付けるための部材であり、複数のコイル部１００～１０７を円形に配列して保持することができる（図９および図１０参照）。
　上記のコイル部１００がトランスファツール１４０に移された後、次のコイル部１０１を巻回するまでの間に、連結部１１１が形成される。連結部１１１は、上記のコイル部１００を形成した巻線１１０から続けて形成され、隣り合うコイル部１００を渡る部分である。連結部１１１は、トランスファツール１４０あるいは巻枠１３０がトランスファツール１４０の軸線周りに回転移動することによって形成される。その後、さらに同じ巻線１１０から次のコイル部１０１が形成され、トランスファツール１４０に移される。
　上記の動作が繰り返されて、所要数のコイル部１００～１０７および連結部１１１～１１７の形成およびトランスファツール１４０への移送が完了すると、図９に示す状態となる。ここでは、複数のコイル部１００～１０７が、上面視において、トランスファツール１４０のストリッパ１４１の周囲に円形に配列されている。なお、隣接するコイル部１００～１０７同士は、巻回方向が互いに逆向きになるように形成される。
　次に、図１０に示すように、トランスファツール１４０の上方にコア１５０が配置される。なお、図１０は、図９におけるＸ－Ｘ断面図である。コア１５０は、内周面に複数のスロットが形成されている（図２参照）。そして、ストリッパ１４１が上昇することにより、コイル部１００～１０７が上方に持ち上げられる。これにより、図１１に示すように、各コイル部１００～１０７のコイル辺が、それぞれ対応するスロットに挿入される。なお、図１１では、コイル部１００のコイル辺１２１（図９参照）がコア１５０のスロットＳ１００に挿入され、コイル部１０３のコイル辺１２２（図９参照）がスロットＳ１０３に挿入された状態を示している。
特開２００５－１１０３４２号公報
　しかし、上記のような手法では、複数のコイル部１００～１０７がトランスファツール１４０上に保持された状態では、複数のコイル部１００～１０７に渡って巻線１１０の巻き始めから巻き終わりまで、複数の素線Ｗの相対的な配置が維持されている。例えば、図１０において、あるコイル部１００のあるターンの部分のなかで最も上方に位置する素線Ｗ１は、同じコイル部１００の他のターンの部分においても、最も上方に位置している。また、この素線Ｗ１は、他のコイル部１０１～１０７のいずれのターンの部分においても、最も上方に位置することになる。このように、巻線１１０に含まれる第１素線Ｗ１から第Ｎ素線ＷｎまでのＮ本の素線について、全てのコイル部１００～１０７の各ターンの部分において、第１素線Ｗ１から第Ｎ素線Ｗｎの相対的な配置が概ね維持されることになる。
　上記のように、トランスファツール１４０にセットされているコイル部１００～１０７が、ストリッパ１４１を用いてスロット内に挿入されると、複数の素線Ｗ１～Ｗｎは、必ずトランスファツール１４０の上部側に位置する素線Ｗ１から順番にスロットに挿入されて行く。このため、スロット内においても第１素線Ｗ１から第Ｎ素線Ｗｎまでが奥側からほぼ順序通りに収められて行く。
　従って、上記のような従来の手法によって製造された電動機の電機子では、巻線の各ターンの部分において、複数の素線は、概ね挿入の順序にしたがって奥側から順にスロット内に詰め込まれることになる。
　この結果、図１２に示すように、スロット内に収まった各素線のうち、第１素線Ｗ１は常に他の素線よりもスロット奥側を通りながらコイル部１００～１０７を形成し、第N素線Ｗｎは常に他の素線よりもスロット手前側を通りながらコイル部１００～１０７を形成する。このため、図１３に示すように、各素線で形成されるコイル部のインダクタンスが第１素線Ｗ１で最も大きく、第N素線Ｗｎ（図１３のＷ１５）で最も小さくなる。このような、素線ごとのインダクタンスのばらつきは、コイルの効率を低下させ、モータ効率を低下させる要因となる。
　本発明の課題は、モータ効率を向上させることができる電動機の電機子および電動機を提供することにある。
　第１発明に係る電動機の電機子は、コアと、巻線とを備える。コアは、複数のスロットと、スロットの間に形成される複数のティースとを有する。巻線は、複数本の素線からなる。また、巻線は、コイル部と、連結部とを有する。コイル部は、スロットに挿入され、複数のティースに渡って巻回される。連結部は、コイル部同士を連結する。そして、巻線は、連結部において捻られた形状を有する。
　この電動機の電機子では、いわゆる分布巻きのコイル構造において、巻線が連結部において捻られた形状を有することにより、巻線内の複数の素線の相対的な配置が変化する。このため、素線ごとのコイルのインダクタンスのばらつきが低減される。これにより、モータ効率を向上させることができる。
　第２発明に係る電動機の電機子は、第１発明の電動機の電機子であって、連結部は、ティースの歯先側から歯元側に渡って設けられる。
　この電動機の電機子では、製造時において、連結部で連結された複数のコイル部を予め形成しておき、複数のコイル部をまとめてコアに取り付ける際の作業が容易になる。このため、製造工程を容易に自動化することができる。
　第３発明に係る電動機の電機子は、第１発明の電動機の電機子であって、巻線の連結部における捻り角度は１８０度である。
　この電動機の電機子では、捻り部分の前後において、素線の配置が反対になる。例えば、ある素線は、捻り部分の前後において、ティースの最も歯先側の位置と、ティースの最も歯元側の位置とに入れ替わる。これにより、素線ごとのコイルのインダクタンスのばらつきがさらに低減される。
　第４発明に係る電動機は、請求項１から３のいずれかに記載の電機子をステータとして備える。
　この電動機では、ステータとしての電機子の効率を向上させることができる。
　本発明では、巻線において素線ごとのコイルのインダクタンスのばらつきが低減される。これにより、モータ効率を向上させることができる。
第１実施形態にかかる電動機の構成を示す模式図。 第１実施形態にかかるステータの構成を示す模式図。 巻線の展開図。 巻線の連結部を示す図。 コイル部と連結部とを示す模式図。 コイル部における素線の位置を示す図。 素線のインダクタンスを示すグラフ。 従来のステータコイルの製造装置を示す図。 従来のステータコイルの製造装置を示す図。 従来のステータコイルの製造装置を示す図。 従来のステータコイルの製造装置を示す図。 従来のステータコイルにおけるコイル部と連結部とを示す模式図。 従来のステータコイルにおける素線Ｗのインダクタンスを示すグラフ。
　＜構成＞
　本発明の一実施形態に係る電動機１を図１に示す。この電動機１は、例えば埋め込み磁石式モータなどの三相同期モータであり、ロータ２とステータ３とを備える。
　ロータ２は、８極の永久磁石ロータである。ロータ２は、ロータ本体２１と、複数の永久磁石２２とを有する。ロータ本体２１は、円筒形状を有し、回転軸を中心に、図示しない本体ケーシングに対して、回転可能に設けられている。永久磁石２２は、ロータ本体２１に取り付けられている。なお、図１では一部の永久磁石にのみ符号を付し、他は省略している。
　ステータ３は、３相４８スロットの、いわゆる分布巻きステータである。ステータ３は、コア３１と、巻線４～６とを有する。
　図２に示すように、コア３１は、概ね円筒形の外形を有しており、中心軸に沿って延びる貫通孔３２が設けられている。コア３１の内周面には、複数のスロットＳ１～Ｓ４８が設けられている。スロットＳ１～Ｓ４８は、それぞれ中心軸に平行な方向に沿って延びている。スロットＳ１～Ｓ４８の間にはティースＴ１～Ｔ４８が形成されている。ここでは、４８個のスロットＳ１～Ｓ４８およびティースＴ１～Ｔ４８が設けられている。なお、図２では、一部のスロットおよびティースにのみ符号を付し、他は省略している。
　図１に示すように、巻線４～６には、Ｕ相巻線４、Ｖ相巻線５、Ｗ相巻線６の３つの巻線がある。Ｕ相巻線４の一端にはＵ相端子４０が設けられている。Ｖ相巻線５の一端にはＶ相端子５０が設けられている。Ｗ相巻線６の一端にはＷ相端子６０が設けられている。また、Ｕ相巻線４、Ｖ相巻線５、Ｗ相巻線６の各他端は、中性点１０によって終端されている。これらの巻線４は、挿入されるスロットＳ１～Ｓ４８が異なることを除いて概ね同様の構造であるため、以下、Ｕ相巻線４についてのみ説明する。
　Ｕ相巻線４は、図３に示すように、第１巻線１１と第２巻線１２とを有する。第１巻線１１と第２巻線１２とは、それぞれ複数本の素線Ｗが束ねられて構成されており（図６参照）、例えば、１５本の素線Ｗからなる。図１および図３に示すように、Ｕ相巻線４は、８個のコイル部４ａ～４ｈと、６個の連結部４ｐ～４ｕとを有する。なお、図３は、Ｕ相巻線４の展開図である。Ｕ相巻線４において第１巻線１１と第２巻線１２とは並列に連結されており、第１巻線１１の一端と第２巻線１２の一端とはＵ相端子４０に連結され、第１巻線１１の他端と第２巻線１２の他端とは中性点１０に連結されている。上記のコイル部４ａ～４ｈのうち、コイル部４ａ～４ｄは第１巻線１１に設けられており、それぞれ直列に連結されている。また、コイル部４ｅ～４ｈは第２巻線１２に設けられており、それぞれ直列に連結されている。
　コイル部４ａ～４ｄは、巻線４がコイル状に形成された部分である。以下の説明において、第１巻線１１の４個のコイル部４ａ～４ｄを、Ｕ相端子４０側から順に、第１コイル部４ａ～第４コイル部４ｄと呼ぶものとする。また、第２巻線１２の４個のコイル部４ｅ～４ｈをＵ相端子４０側から順に、第５コイル部４ｅ～第８コイル部４ｈと呼ぶものとする。各コイル部４ａ～４ｈは、複数のティースに渡って巻回されている。例えば、図２において、第１コイル部４ａは、第１ティースＴ１から第５ティースＴ５に渡って巻回されている。なお、４８個のスロットＳ１～Ｓ４８のうち、第１コイル部４ａの入力線Ｉｎが挿入されるスロットを第１スロットＳ１として、図２において第１スロットＳ１から左回りに順に第２スロットＳ２～第４８スロットＳ４８と呼ぶものとする。また、第１スロットＳ１と第２スロットＳ２の間に位置するティースを第１ティースＴ１として、図２において第１ティースＴ１から左回りに順に第２ティースＴ２～第４８ティースＴ４８と呼ぶものとする。また、各スロットＳ１～Ｓ４８および各ティースＴ１～Ｔ４８において、径方向内側を「歯先側」と呼び、径方向外側を「歯元側」と呼ぶものとする。なお、図１および図２では、各コイル部４ａ～４ｈの巻回方向を「ドット（・印）」と「クロス（×印）」で示している。ドット（・印）は、紙面手前側から奥側に向かう方向に電流が流れることを示している。クロス（×印）は、紙面奥側から手前側に向かう方向に電流が流れることを示している。
　第１コイル部４ａは、第１スロットＳ１と第６スロットＳ６に挿入されている。図２に示すように、第１コイル部４ａの複数のコイル辺のうち最もＵ相端子４０側のコイル辺４１ａは、第１スロットＳ１内のコイル辺のなかで最も歯先側に位置している。また、第１コイル部４ａの複数のコイル辺のうち最も終端側のコイル辺４２ａは、第６スロットＳ６内のコイル辺のなかで最も歯元側に位置している。なお、「コイル辺」とは、各コイル部４ａ～４ｈのうちスロットＳ１～Ｓ４８内に挿入されておりスロットＳ１～Ｓ４８に沿って（図２の紙面に垂直な方向に）延びる部分を意味する。
　第２コイル部４ｂは、第７スロットＳ７と第１２スロットＳ１２に挿入されている。第２コイル部４ｂの複数のコイル辺のうち最もＵ相端子４０側のコイル辺４１ｂは、第１２スロットＳ１２内のコイル辺のなかで最も歯先側に位置している。また、第２コイル部４ｂの複数のコイル辺のうち最も終端側のコイル辺４２ｂは、第７スロットＳ７内のコイル辺のなかで最も歯元側に位置している。そして、第２コイル部４ｂの巻回方向は、第１コイル部４ａの巻回方向と逆になっている。
　第３コイル部４ｃは、第１３スロットＳ１３と第１８スロットＳ１８に挿入されている。第３コイル部４ｃの複数のコイル辺のうち最もＵ相端子４０側のコイル辺４１ｃは、第１３スロットＳ１３内のコイル辺のなかで最も歯先側に位置している。また、第３コイル部４ｃの複数のコイル辺のうち最も終端側のコイル辺４２ｃは、第１８スロットＳ１８内のコイル辺のなかで最も歯元側に位置している。そして、第３コイル部４ｃの巻回方向は、第１コイル部４ａの巻回方向と同じであり、第２コイル部４ｂの巻回方向と逆になっている。
　第４コイル部４ｄは、第１９スロットＳ１９と第２４スロットＳ２４に挿入されている。第４コイル部４ｄの複数のコイル辺のうち最もＵ相端子４０側のコイル辺４１ｄは、第２４スロットＳ２４内のコイル辺のなかで最も歯先側に位置している。また、第４コイル部４ｄの複数のコイル辺のうち最も終端側のコイル辺４２ｄは、第１９スロットＳ１９内のコイル辺のなかで最も歯元側に位置している。そして、第４コイル部４ｄの巻回方向は、第２コイル部４ｂの巻回方向と同じであり、第１コイル部４ａ及び第３コイル部４ｃの巻回方向と逆になっている。
　第５コイル部４ｅから第８コイル部４ｈ（図１参照）についても、上記の第１コイル部４ａから第４コイル部４ｄの構造と同様である。すなわち、第５コイル部４ｅ、第７コイル部４ｇの巻回方向は、第１コイル部４ａの巻回方向と同じであり、第６コイル部４ｆ、第８コイル部４ｈの巻回方向は、第２コイル部４ｂの巻回方向と同じである。すなわち、Ｕ相巻線４の８個のコイル部４ａ～４ｈは、巻回方向が交互に逆向きになっている。
　図１に示す連結部４ｐ～４ｕは、巻線４のうちコイル部４ａ～４ｄおよびコイル部４ｅ～４ｈ同士の間を渡っている部分である。上述したように、各コイル部４ａ～４ｈのコイル辺のうち最もＵ相端子４０側のコイル辺（例えば、図２に示すコイル辺４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ）は、各スロットＳ１～Ｓ４８の歯先側に位置しており、最も中性点１０側のコイル辺（例えば、図２に示すコイル辺４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ）は、各スロットＳ１～Ｓ４８の歯元側に位置している。このため、図２に示すように、連結部４ｐ～４ｒは、コイル部４ａ～４ｄ同士の間を歯先側から歯元側に渡って設けられている。図示していないが連結部４ｓ～４ｕも同様である。以下、図３に示すように、第１巻線１１において第１コイル部４ａと第２コイル部４ｂとを繋ぐ連結部を第１連結部４ｐと呼び、以下、第３コイル部４ｃと第４コイル部４ｄとを繋ぐ連結部までを順に第２連結部４ｑ、第３連結部４ｒと呼ぶ。また、第２巻線１２についても同様に、第５コイル部４ｅと第６コイル部４ｆとを繋ぐ連結部から第７コイル部４ｇと第８コイル部４ｈとを繋ぐ連結部までを順に第４連結部４ｓから第６連結部４ｕと呼ぶ。
　第１連結部４ｐは、第６スロットＳ６の歯元側から第１２スロットＳ１２の歯先側に渡って設けられている。第２連結部４ｑは、第７スロットＳ７の歯元側から第１３スロットＳ１３の歯先側に渡って設けられている。第３連結部４ｒは、第１８スロットＳ１８の歯元側から第２４スロットＳ２４の歯先側に渡って設けられている。第４連結部４ｓは、第３０スロットＳ３０の歯元側から第３６スロット（図示せず）の歯先側とに渡って設けられている。第５連結部４ｔ～第６連結部４ｕについては、第１連結部４ｐ～第３連結部４ｒと同様の構成であるため、説明を省略する。
　第１連結部４ｐでは、図４および図５に示すように、巻線４が１８０度捻られた形状となっている。このため、図６に示すように、第６スロットＳ６の最も歯元側のコイル辺４２ａにおいて、複数の素線Ｗのなかで最も歯元側に位置している第１素線Ｗ１は、第１２スロットＳ１２の最も歯先側のコイル辺４１ｂにおいて、複数の素線Ｗのなかで最も歯先側に位置している。また、第６スロットＳ６の最も歯元側のコイル辺４２ａにおいて、最も歯先側に位置している第１５素線Ｗ１５は、第１２スロットＳ１２の最も歯先側のコイル辺４１ｂにおいて、最も歯元側に位置している。従って、図５に示すように、第１素線Ｗ１は、第６スロットＳ６の各コイル辺では最も歯元側に位置しているが、第１２スロットＳ１２の各コイル辺では最も歯先側に位置している。また、第１５素線Ｗ１５は、第６スロットＳ６の各コイル辺では最も歯先側に位置しているが、第１２スロットＳ１２の各コイル辺では最も歯元側に位置している。なお、図５において、白抜きの丸印は全て第１素線Ｗ１を示しており、ハッチングを施した丸印は全て第１５素線Ｗ１５を示している。
　他の素線Ｗについても、第６スロットＳ６の各コイル辺と第１２スロットＳ１２の各コイル辺とでは、歯先側と歯元側とで位置が入れ替わっている。
　第２連結部４ｑ～第６連結部４ｕにおいても、第１連結部４ｐと同様に、巻線４が１８０度捻られた形状となっている。
　＜特徴＞
　上記のステータコイルのインダクタンスの実測データを図７に示す。このデータは、本実施形態に係るステータ３の第１素線Ｗ１から第１５素線Ｗ１５のインダクタンスと、従来の電動機が備えるステータの素線Ｗ１～Ｗ１５のインダクタンスとを、第１巻線１１の４個のコイル部の両端部で実測したものである。図７において、ラインＬ１は、本実施形態にかかる電動機１における各素線Ｗ１～Ｗ１５のインダクタンスを示している。ラインＬ２は、従来の電動機における各素線Ｗ１～Ｗ１５のインダクタンスを示している。
　従来のステータでは、素線Ｗ１から素線Ｗ１５にかけてインダクタンスが著しく低下しているのに対し、本実施形態にかかるステータ３では、素線Ｗ１から素線Ｗ１５に渡ってインダクタンスの低下が、かなり抑制されている。
　従来のステータでは、素線ごとのインダクタンスの大きさのばらつきが大きいため、素線Ｗの束に一斉に同じ交番電圧がかかった場合、インダクタンスの小さい素線Ｗにより多くの電流が流れ、コイルの全体効率を引き下げる。一方、本実施形態にかかるステータ３によれば、素線Ｗ間のインダクタンスのばらつきが抑えられているため、全体的な効率の低下が抑制され、結果として従来の電動機よりも高いコイル効率を得ることができる。
　さらに、同じ電流を流しても、コイル効率が高いほど、すなわち、多くの磁束を生じさせるほど、大きなトルクを発生させることにつながるため、モータ効率も高くなる。このため、本実施形態にかかる電動機１では、従来の電動機よりもモータ効率を向上させることができる。また、従来よりもモータ効率が向上することにより、従来に比して、高出力化、小型化、軽量化を実現することができる。
　＜他の実施形態＞
　（ａ）
　コアのスロットおよびティースの数、巻線を構成する素線の数、コイル部および連結部の数は、上記のものに限られず、異なる数のものが用いられてもよい。
　（ｂ）
　上記の実施形態では、本発明に係る電機子をステータとして備えた電動機について説明したが、本発明に係る電機子がロータとして電動機に備えられてもよい。
　（ｃ）
　上記の実施形態では、全ての連結部において巻線が捻られた形状となっているが、巻線が一部の連結部において捻られた形状となっていてもよい。例えば、第２，第５連結部４ｑ，４ｔにおいて捻られた形状であってもよい。この場合も上記と同様にインダクタンスの平均化が可能となり、上記と同様の効果が得られる。
　（ｄ）
　上記の実施形態では、Ｕ相巻線４は、並列に接続された第１巻線１１と第２巻線１２とを有しているが、全てのコイル部が直列に連結されたものであってもよい。例えば、上記の実施形態のような８個のコイル部が全て直列に連結されていてもよい。この場合も、全ての連結部において巻線が捻られた形状となってもよく、また、巻線が一部の連結部において捻られた形状となっていてもよい。
　また、ねじりが形成される連結部の位置は、モータのロータ２の極数によって異なる。ステータの巻線におけるコイルの数は、モータのロータ２の極数に対応しており、例えば、モータのロータ２の極数が４個の場合、コイルの数も４個となる。この場合、連結部の数は３個となり、素線間のコイルインダクタンスを揃えるためには、２つ目の渡り線でのみ１８０°のねじれを形成するか、もしくは、全ての渡り線で１８０°のねじれを形成することが望ましい。
　なお、多相モータの場合、各相のコイル状態をバランスさせるために、ねじりが形成される連結部の位置は、各相とも統一させることが望ましい。
　本発明は、モータ効率を向上させることができる効果を有し、電動機の電機子および電動機として有用である。
１　　　　　　　電動機
３　　　　　　　ステータ（電機子）
４　　　　　　　Ｕ相巻線（巻線）
４ａ～４ｈ　　　コイル部
４ｐ～４ｕ　　　連結部
３１　　　　　　コア
Ｓ１～Ｓ４８　　スロット
Ｔ１～Ｔ４８　　ティース
Ｗ　　　　　　　素線
 

Claims (4)

  1. 　複数のスロットと、前記スロットの間に形成される複数のティースとを有するコアと、
    　複数本の素線の束からなる巻線であって、前記スロットに挿入され複数の前記ティースに渡って巻回される複数のコイル部と、前記コイル部同士を連結する連結部と、を有し、前記連結部において捻られた形状を有する前記巻線と、
    を備える電動機の電機子。
  2. 　前記連結部は、前記ティースの歯先側から歯元側に渡って設けられる、
    請求項１に記載の電動機の電機子。
  3. 　前記巻線の前記連結部における捻り角度は１８０度である、
    請求項１に記載の電動機の電機子。
  4. 　請求項１から３のいずれかに記載の電機子をステータとして備える、
    電動機。
     
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