WO2016009523A1 - 電動機のステータ - Google Patents

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祐輔 磯野
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三菱電機株式会社
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    • H02K3/00—Details of windings
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    • H—ELECTRICITY
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    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/50—Fastening of winding heads, equalising connectors, or connections thereto
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    • H02K3/52—Fastening salient pole windings or connections thereto

Definitions

  • This invention relates to an electric motor stator applied to, for example, an elevator hoisting machine.
  • a conventional motor stator applied to an elevator hoist includes an annular stator core, a stator coil composed of a plurality of concentrated winding coils, a phase ring that supplies power to the stator coil, and one axial end surface of the stator core. And a phase ring holder that holds the phase ring (see, for example, Patent Document 1).
  • the phase ring includes a phase ring for the U phase, V phase, W phase, and neutral point, and is held by the phase ring holder in a state of being wired in an annular shape along one axial end surface of the stator core. Yes.
  • Each of the plurality of concentrated winding coils constituting the U phase is connected in parallel with one end connected to a U phase phase ring and the other end connected to a neutral phase ring.
  • Each of the plurality of concentrated winding coils constituting the V phase is connected in parallel with one end connected to a V phase phase ring and the other end connected to a neutral phase ring.
  • the plurality of concentrated winding coils constituting the W phase are each connected in parallel with one end connected to a W phase ring and the other end connected to a neutral phase ring.
  • the stator coil includes a U-phase coil in which a plurality of concentrated winding coils constituting the U phase are connected in parallel, a V phase coil in which a plurality of concentrated winding coils constituting the V phase are connected in parallel, and a W phase.
  • a plurality of concentrated winding coils to be configured are Y-connected to a W-phase coil connected in parallel.
  • Three-phase power is supplied from an external power source to the stator coil via the U-phase, V-phase, and W-phase phase rings.
  • the present invention has been made to solve the above-described problem, and obtains a stator for an electric motor in which a power supply line is constituted by a plurality of lead wires and the temperature rise in the lead wires can be suppressed to achieve downsizing. For the purpose.
  • a stator of an electric motor includes an annular yoke, a stator core having a plurality of teeth that protrude radially from the yoke and arranged in the circumferential direction, and a coated conductor wire that is concentratedly wound around the teeth.
  • a stator coil having a plurality of coils wound around the U, and a U-phase feeder line that is annularly disposed along one axial end surface of the stator core and supplies electric power to the stator coil from the outside, V A phase feed line and a W-phase feed line, and a neutral point connection wire arranged in an annular shape along one axial end surface of the stator core.
  • the stator coil is configured such that one end of a coil constituting the U phase in the plurality of coils is connected to the U phase power supply line, and one end of the coil constituting the V phase in the plurality of coils is connected to the V phase supply.
  • One end of a coil constituting the W phase among the plurality of coils is connected to the W-phase feed line, and the other end of the plurality of coils is connected to the neutral point connecting wire.
  • the U-phase feeder, the V-phase feeder, and the W-phase feeder are each composed of a plurality of lead wires, and each of the plurality of lead wires is configured as a phase AC winding. The same number of the above coils are connected.
  • each of the U-phase feed line, the V-phase feed line, and the W-phase feed line is composed of a plurality of lead wires, so the U-phase feed line, the V-phase feed line, and the W-phase feed line Compared to the case where each of the electric wires is constituted by a single lead-out wire, the conductor cross-sectional area can be reduced while suppressing the amount of heat generated by the lead-out wire. Therefore, the stator can be reduced in size by suppressing the temperature rise in the lead-out wire.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG. 2.
  • FIG. 2 It is a perspective view which shows the insulator and electric wire holder in the stator of the electric motor which concern on Embodiment 1 of this invention.
  • FIG. 1 is an end view showing a stator of an electric motor according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 2 is an enlarged view showing part A of FIG. 1
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along arrow III-III in FIG.
  • Fig. 5 is a perspective view showing an insulator and an electric wire holder in the stator of the electric motor according to Embodiment 1 of the present invention
  • Fig. 5 is a schematic diagram for explaining a connection state of coils in the stator of the electric motor according to Embodiment 1 of the present invention
  • 6 is a schematic diagram for explaining a coil connection portion in the stator of the electric motor according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 7 is a connection diagram of the stator coil in the stator of the electric motor according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. It is a connection diagram of the stator coil in the stator of the conventional electric motor.
  • the stator 1 includes an annular stator core 2, a stator coil 5 mounted on the stator core 2, and a first annularly arranged circumferentially on one end side in the axial direction of the stator core 2.
  • first and third U-phase lead wires 10 1 , 10 2 , 10 3 , first, second and third V-phase lead wires 11 1 , 11 2 , 11 3 , first, second and third W phases The lead wires 12 1 , 12 2 , 12 3, the neutral point connection wires 13, and the first, second, and third U-phase lead wires 10 1 , arranged annularly on one axial end side of the stator core 2, 10 2 , 10 3 , first, second and third V-phase lead wires 11 1 , 11 2 , 11 3 , first, second and third W-phase lead wires 12 1 , 12 2 , 12 3 and neutral
  • An electric wire holder 25 for holding the electric wire 13 for point connection, and Yes.
  • first, second, and third U-phase lead wires 10 1 , 10 2 , 10 3 constitute the U-phase feed wire 10
  • 11 3 constitute the V-phase feeder 11
  • the first, second and third W-phase lead wires 12 1 , 12 2 , 12 3 constitute the W-phase feeder 12.
  • the lead wires 12 1 , 12 2 , 12 3 and the neutral connection wires 13 are made of copper wire or the like coated with an enamel resin or the like.
  • the stator core 2 is formed by, for example, laminating and integrating electromagnetic steel plates, and has 72 annular yokes 3 and 72 arranged radially at an equiangular pitch in the circumferential direction protruding from the inner peripheral wall surface of the yoke 3.
  • the teeth 4 are provided.
  • the insulator 20 is a resin molded body of an insulating resin, and includes a cylindrical body portion 21 and a flange portion 22 as shown in FIG.
  • the cylindrical body portion 21 is formed in a cylindrical shape having a U-shaped cross section having a length substantially equal to the radial length of the tooth 4.
  • the flange portion 22 is formed integrally with the tubular body portion 21 so as to protrude outward from both ends in the length direction of the tubular body portion 21.
  • fitting recesses 23 and 24 are formed at the tip of the flange portion 22.
  • the insulator 20 is attached to the tooth 4 from both axial sides of the tooth 4 with the U-shaped opening of the cylindrical body portion 21 facing each other.
  • the stator coil 5 includes, for example, coated conductive wires 7 made of copper wire, aluminum wire, or the like that are insulated and coated with enamel resin at the teeth 4 and both axial ends thereof.
  • the cylindrical body portions 21 of the pair of insulators 20 are wound around the cylindrical body portions 21 of the pair of insulators 20 in multiple layers in a clockwise direction, and then adjacent teeth 4 and the pair of insulators 20 disposed at both ends in the axial direction.
  • 36 coils 6 produced by winding them in a multi-layered multi-row counterclockwise.
  • Each of the 36 coils 6 is configured by connecting in series a concentrated winding coil 6 ′ wound around each of two adjacent teeth 4, and in the order of U phase, W phase, and V phase in the circumferential direction. The sequence is repeated 12 times.
  • Each of the electric wire holders 25 is a resin molded body of an insulating resin. As shown in FIG. 4, the electric wire holding plate 26 formed in a flat ring shape and a cover 27 formed in a flat U-shaped cross section. And. The fitting convex portions 28 and 29 protrude from the inner diameter edge portion and the outer diameter side edge portion of the back surface of the electric wire holding plate 26 and extend in the circumferential direction and are formed in an annular shape. The electric wire holding plate 26 is fixed to the insulator 20 by fitting the fitting convex portions 28 and 29 into the fitting concave portions 23 and 24, and is disposed so as to cover the group of the coils 6 on one side in the axial direction of the stator core 2.
  • the electric wire holding plate 26 is fixed to the insulator 20 by fitting the fitting convex portions 28 and 29 into the fitting concave portions 23 and 24, and is disposed so as to cover the group of the coils 6 on one side in the axial direction of the stator core 2.
  • the first, second, and third U-phase lead wires 10 1 , 10 2 , 10 3 , the first, second, and third V-phase lead wires 11 1 , 11 2 , 11 3 , the first, second, and The third W-phase lead wires 12 1 , 12 2 , 12 3 and the neutral point connection wires 13 are annularly arranged in the circumferential direction on the surface side of the wire holding plate 26.
  • the end portions of the coils 6 are connected to the first, second and third U-phase lead wires 10 1 , 10 2 and 10 3 , the first, second and third V-phase lead wires 11 1 , 11 2 and 11.
  • the first, second and third W phase lead-out wires 12 1 , 12 2 , 12 3 and the neutral point connection wires 13 are connected to the connection target wires, and the cover 27 is connected to each of the connection portions 30. It is attached to the electric wire holding plate 26 so as to cover it.
  • the glass tube 31 is attached to the first coil terminal 7a drawn from the coil 6 constituting the U phase, and is fixed by a varnish. And the insulating film of the protrusion part from the glass tube 31 of the coil terminal 7a is peeled. Further, the insulating coating in the connection region of the first U-phase lead-out electric wire 101 is peeled off. Then, the end of the coil terminal 7a is placed along the insulating film peeling region of the first U-phase lead-out electric wire 101, the crimp sleeve 32 is attached, and the crimp sleeve 32 is crimped.
  • the edge part of the coil terminal 7a is crimped and fixed to the insulating film peeling area
  • the self-bonding tape 33 is wound so as to cover the pressure-bonding sleeve 32 and its peripheral portion. Further, the glass tube 34 is mounted so as to cover the self-bonding tape 33, and is fixed by a varnish, whereby the connection portion 30 is manufactured.
  • the coil 6 includes the second and third U-phase lead-out electric wires 10 2 , 10 3 and The neutral point connection wire 13 is connected in the same manner.
  • the first, second, and third V-phase lead wires 11 1 , 11 2 , 11 3 , the first, second, and third W-phase lead wires 12 1 are also used for the coils 6 that constitute the V phase and the W phase. , 12 2 , 12 3 and neutral point connecting wire 13 are similarly connected.
  • the coil 6 is configured by connecting two concentrated winding coils 6 ′ wound around adjacent teeth 4 in series. Twelve coils 6 of U 1 , U 2 ... U 11 , U 12 constitute the U phase, and 12 coils 6 of V 1 , V 2, V 11 , V 12 are V phase. And twelve coils 6 of W 1 , W 2 ... W 11 , W 12 constitute the W phase.
  • U 1, U 4, the first coil terminal 7a of four coils 6 U 7, U 10 is being connected to the 1U phase lead wires 10 1, U 1, U 4, U 7, 4 of U 10
  • the second coil terminals 7 b of the individual coils 6 are connected to the neutral point connection wire 13.
  • U 2, U 5, the first coil terminal 7a of four coils 6 of U 8, U 11 is being connected to the 2U phase lead wires 10 2, 4 U 2, U 5, U 8 , U 11
  • the second coil terminals 7 b of the individual coils 6 are connected to the neutral point connection wire 13.
  • the first coil terminal 7a of four coils 6 V 7, V 10 may be connected to the 1V phase lead wires 11 1, V 1, V 4, V 7, 4 of V 10
  • the second coil terminals 7 b of the individual coils 6 are connected to the neutral point connection wire 13.
  • the first coil terminal 7a of four coils 6 of V 2, V 5, V 8 , V 11 may be connected to the 2V phase lead wires 11 2, 4 V 2, V 5, V 8 , V 11
  • the second coil terminals 7 b of the individual coils 6 are connected to the neutral point connection wire 13.
  • the first coil terminal 7a of four coils 6 V 6, V 9, V 12 may be connected to the 3V phase lead wires 11 3, V 3, V 6 , V 9, V 12 4 of The second coil terminals 7 b of the individual coils 6 are connected to the neutral point connection wire 13.
  • W 1, W 4, W 7 , 4 pieces of the first coil terminal 7a of the coil 6 of the W 10 is being connected to the 1W phase lead wires 12 1, W 1, W 4, 4 of the W 7, W 10
  • the second coil terminals 7 b of the individual coils 6 are connected to the neutral point connection wire 13.
  • W 2, W 5, 4 pieces of the first coil terminal 7a of the coil 6 of the W 8, W 11 is being connected to the 2W phase lead wires 12 2, 4 W 2, W 5, W 8 , W 11
  • the second coil terminals 7 b of the individual coils 6 are connected to the neutral point connection wire 13.
  • stator coil 5 having a three-phase AC winding formed by Y-connecting a U-phase coil, a V-phase coil, and a W-phase coil, each having 12 coils 6 connected in parallel, is obtained.
  • the conventional stator is configured in the same manner as in the first embodiment except that there is one phase lead wire.
  • U 1, U 2, 12 pieces of the first coil terminal 7a of the coil 6 of ⁇ ⁇ ⁇ U 11, U 12 is being connected to the U phase lead wires 10 ', U 1, U 2, ⁇ ⁇ ⁇ U 11 , U 12 , the second coil terminals 7 b of the 12 coils 6 are connected to the neutral point connection wire 13.
  • V 1, V 2, 12 pieces of the first coil terminal 7a of the coil 6 of ⁇ ⁇ ⁇ V 11, V 12 may be connected to the V phase lead wires 11 ', V 1, V 2, ⁇ ⁇ ⁇ V 11 , V 12 , the second coil terminals 7 b of the 12 coils 6 are connected to the neutral point connecting wire 13.
  • W 1, W 2, 12 pieces of the first coil terminal 7a of the coil 6 of ⁇ ⁇ ⁇ W 11, W 12 is being connected to the W phase lead wires 12 ', W 1, W 2, ⁇ ⁇ ⁇ W 11 , 12 of the second coil terminal 7b of the coil 6 of the W 12 is connected to the neutral point connection wires 13.
  • stator coil 5 in the stator coil 5 according to the first embodiment, four coils 6 are connected in parallel to each of the first, second and third U-phase lead wires 10 1 , 10 2 and 10 3 . Therefore, the currents flowing in the first, second, and third U-phase lead wires 10 1 , 10 2 , 10 3 are equal.
  • 12 coils 6 are connected in parallel to one U-phase lead-out electric wire 10 '.
  • the amount of heat generated in the first, second, and third U-phase lead wires 10 1 , 10 2 , 10 3 is reduced, and the first, second, and third U-phase lead wires 10 1 , 10 are reduced. 2 , 10 3 temperature rise is suppressed.
  • the amount of heat generated in the first, second, and third V-phase lead wires 11 1 , 11 2 , 11 3 and the first, second, and third W-phase lead wires 12 1 , 12 2 , 12 3 is reduced.
  • the temperature rise of the first, second, and third V-phase lead wires 11 1 , 11 2 , 11 3 and the first, second, and third W-phase lead wires 12 1 , 12 2 , 12 3 is suppressed. .
  • the standard wire having a current density smaller than the design target value is selected from the standard wires.
  • a standard electric wire having a conductor cross-sectional area larger than the design target value is selected from the standard electric wires, so that a design with a sufficient margin is achieved.
  • electric wire standards there are domestic standards such as Japanese Industrial Standards (JIS Standards), Electric Wire Industry Standards (JCS), and international standards such as CSA Standards, UL Standards, European Standards, etc. This will be described using standards.
  • the optimum conductor cross-sectional area for setting the current density (7 A / mm 2 ) as the design target is 9 mm 2 , but there is no standard electric wire with a conductor cross-sectional area of 9 mm 2 and the conductor cross-sectional area is 14 mm 2 .
  • a standard wire will be selected.
  • the current density is 4.5 A / mm 2 , which is a design with a large tolerance, and the radial and axial dimensions of the stator are increased.
  • the current supplied from the power supply unit U is evenly distributed to the first, second, and third U-phase lead wires 10 1 , 10 2 , 10 3. Then, the first, second, and third U-phase lead wires 10 1 , 10 2 , 10 3 are distributed evenly on the left and right sides and supplied to the 12 coils 6 of U 1 to U 12 . Therefore, the current value flowing through each of the first, second and third U-phase lead wires 10 1 , 10 2 and 10 3 is 21A.
  • the current density is 6.0 A / mm 2.
  • the value is smaller than and close to the design target value (7 A / mm 2 ), and the design has a small tolerance, that is, the optimum design.
  • the stator coil 5 is configured so that the power supply lines of the respective phases are constituted by the first, second and third lead wires, that is, three lead wires, respectively.
  • the lead wire can be made thinner, and even if an inexpensive standard wire is used, the current density can be reduced. It is possible to approach the design target value within a range smaller than the target value. That is, by using the configuration of the stator coil 5, the cost can be reduced, and expansion of the radial dimension and the axial dimension of the stator 1 can be suppressed, and the stator 1 can be downsized.
  • the power supply line for each phase is composed of n lead wires (where n is an integer of 2 or more), the current value fed to each power feed line is I (A), and the current density design for the lead wire
  • the conductor cross-sectional area S required for the lead-out wire is given by equation (1).
  • S I / (2n ⁇ J) (1) Therefore, a standard electric wire having a conductor cross-sectional area that is larger than the calculated conductor cross-sectional area S and closest to the conductor cross-sectional area S is selected from the standard electric wires.
  • the conductor cross-sectional area S required for the lead wires also changes. Therefore, by changing the number of lead wires constituting the power supply line for each phase, a standard wire is selected, and the current density of the selected standard wire is calculated. Then, the calculated number of the current density smaller than the design target value and closest to the design target value is the optimum number. Therefore, it is preferable to configure the power supply line of each phase with the optimum number of lead wires from the viewpoint of reducing the design margin.
  • the thus configured stator 1 can be applied to an electric motor such as an electric power steering electric motor, but can be reduced in size in the radial direction and the axial direction. When applied to an upper motor, a particularly remarkable effect can be obtained.
  • a stator core having 72 teeth is used, but the number of teeth of the stator core is not limited to 72.
  • a coil in which two concentrated winding coils are connected in series is connected in parallel to the first, second, and third lead wires for each phase.
  • a winding coil may be used, and three or more concentrated winding coils may be connected in series.
  • each phase power supply line is composed of three lead wires.
  • the number of lead wires constituting each phase power feed line is not limited to three. It may be more than this. That is, the number of lead wires constituting the power supply line for each phase may be a divisor (however, 2 or more) of the number of coils connected to the power supply line for each phase. At this time, the number of coils connected to each of the lead wires constituting the power supply line of each phase is made the same, and the current flowing through each lead wire is made constant.
  • the stator cores are used in which the teeth protrude radially inward from the inner circumferential surface of the annular yoke and are arranged in the circumferential direction.
  • a stator core that protrudes radially outward from the surface and is arranged in the circumferential direction may be used.

Landscapes

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  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

　この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、給電線を複数本の口出し用電線で構成し、口出し用電線での温度上昇を抑えて、小型化を実現できる電動機のステータを得る。　この発明に係る電動機のステータは、ステータコイルは、Ｕ相を構成するコイルの一端をＵ相給電線に接続し、Ｖ相を構成するコイルの一端をＶ相給電線に接続し、Ｗ相を構成するコイルの一端をＷ相給電線に接続し、上記コイルの他端を中性点結線用電線に接続して三相交流巻線に構成され、上記Ｕ相給電線、上記Ｖ相給電線および上記Ｗ相給電線は、それぞれ、複数本の口出し用電線により構成され、上記複数本の口出し用電線のそれぞれには、同じ数の上記コイルが接続されている。

Description

電動機のステータ
　この発明は、例えばエレベータ用巻上機などに適用される電動機のステータに関するものである。
　エレベータ用巻上機に適用される従来の電動機のステータは、円環状のステータコアと、複数の集中巻コイルからなるステータコイルと、ステータコイルに電力を供給する位相リングと、ステータコアの軸方向一端面上に配置され、位相リングを保持す位相リング保持具と、を備えていた（例えば、特許文献１参照）。位相リングは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相および中性点用の位相リングからなり、それぞれ、ステータコアの軸方向一端面に沿って環状状に配線された状態で位相リング保持具に保持されている。Ｕ相を構成する複数の集中巻コイルは、それぞれ一端をＵ相の位相リングに結線され、他端を中性点用の位相リングに結線されて並列に接続される。Ｖ相を構成する複数の集中巻コイルは、それぞれ一端をＶ相の位相リングに結線され、他端を中性点用の位相リングに結線されて並列に接続される。Ｗ相を構成する複数の集中巻コイルは、それぞれ一端をＷ相の位相リングに結線され、他端を中性点用の位相リングに結線されて並列に接続される。これにより、ステータコイルは、Ｕ相を構成する複数の集中巻コイルが並列接続されたＵ相コイルと、Ｖ相を構成する複数の集中巻コイルが並列接続されたＶ相コイルと、Ｗ相を構成する複数の集中巻コイルが並列接続されたＷ相コイルとをＹ結線して構成される。そして、三相電力が、外部電源から、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相の位相リングを介してステータコイルに供給される。
特開２００８－７９３６５号公報
　しかしながら、従来の電動機のステータでは、各相を構成する集中巻コイルの全てがそれぞれ単一の位相リングに結線されている。そこで、位相リングの電流密度が高くなり、位相リングでの発熱量が大きくなり、位相リングが過度に温度上昇するという課題があった。また、近年、電動機の高出力化が求められ、大電流化の傾向にあり、位相リングでの温度上昇の問題が顕著となる。
　そこで、位相リングの導体断面積を大きくして、位相リングの電流密度を低減し、位相リングでの温度上昇を抑えることが考えられる。しかしながら、導体断面積を大きくすることは、位相リングの太線化をもたらす。そして、位相リングは、ステータコアの軸方向一端面上の限られた配線スペースに配線されることから、位相リングの太線化にともない、電動機の径方法寸法および軸方向寸法が増大するという新たな課題があった。
　この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、給電線を複数本の口出し用電線で構成し、口出し用電線での温度上昇を抑えて、小型化を実現できる電動機のステータを得ることを目的とする。
　この発明に係る電動機のステータは、円環状のヨーク、およびそれぞれ上記ヨークから径方向に突出して周方向に配列された複数のティースを有するステータコアと、それぞれ、被覆導線を上記複数のティースに集中巻に巻回して作製された複数のコイルを有するステータコイルと、それぞれ、上記ステータコアの軸方向一端面に沿って環状に配設され、上記ステータコイルに外部から電力を供給するＵ相給電線、Ｖ相給電線およびＷ相給電線と、上記ステータコアの軸方向一端面に沿って環状に配設された中性点結線用電線と、を備えている。上記ステータコイルは、上記複数のコイルの中のＵ相を構成するコイルの一端を上記Ｕ相給電線に接続し、上記複数のコイルの中のＶ相を構成するコイルの一端を上記Ｖ相給電線に接続し、上記複数のコイルの中のＷ相を構成するコイルの一端を上記Ｗ相給電線に接続し、上記複数のコイルの他端を上記中性点結線用電線に接続して三相交流巻線に構成され、上記Ｕ相給電線、上記Ｖ相給電線および上記Ｗ相給電線は、それぞれ、複数本の口出し用電線により構成され、上記複数本の口出し用電線のそれぞれには、同じ数の上記コイルが接続されている。
　この発明によれば、Ｕ相給電線、Ｖ相給電線およびＷ相給電線のそれぞれが、複数本の口出し用電線により構成されているので、Ｕ相給電線、Ｖ相給電線およびＷ相給電線のそれぞれが１本の口出し用電線で構成されている場合に比べて、口出し用電線での発熱量を抑えつつ、導体断面積を小さくすることができる。そこで、口出し用電線での温度上昇を抑えて、ステータの小型化を図ることができる。
この発明の実施の形態１に係る電動機のステータを示す端面図である。 図１のＡ部を示す拡大図である。 図２のＩＩＩ－ＩＩＩ矢視断面図である。 この発明の実施の形態１に係る電動機のステータにおけるインシュレータおよび電線保持具を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る電動機のステータにおけるコイルの結線状態を説明する模式図である。 この発明の実施の形態１に係る電動機のステータにおけるコイルの結線部を説明する模式図である。 この発明の実施の形態１に係る電動機のステータにおけるステータコイルの結線図である。 従来の電動機のステータにおけるステータコイルの結線図である。
　以下、本発明の電動機のステータの好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
　実施の形態１．
　図１はこの発明の実施の形態１に係る電動機のステータを示す端面図、図２は図１のＡ部を示す拡大図、図３は図２のＩＩＩ－ＩＩＩ矢視断面図、図４はこの発明の実施の形態１に係る電動機のステータにおけるインシュレータおよび電線保持具を示す斜視図、図５はこの発明の実施の形態１に係る電動機のステータにおけるコイルの結線状態を説明する模式図、図６はこの発明の実施の形態１に係る電動機のステータにおけるコイルの結線部を説明する模式図、図７はこの発明の実施の形態１に係る電動機のステータにおけるステータコイルの結線図、図８は従来の電動機のステータにおけるステータコイルの結線図である。
　図１から図３において、ステータ１は、円環状のステータコア２と、ステータコア２に装着されたステータコイル５と、それぞれ、ステータコア２の軸方向の一端側に周方向に環状に配設された第１、第２および第３Ｕ相口出し用電線１０1，１０2，１０3、第１、第２および第３Ｖ相口出し用電線１１1，１１2，１１3、第１、第２および第３Ｗ相口出し用電線１２1，１２2，１２3および中性点結線用電線１３と、ステータコア２の軸方向一端側に環状に配設され、第１、第２および第３Ｕ相口出し用電線１０1，１０2，１０3、第１、第２および第３Ｖ相口出し用電線１１1，１１2，１１3、第１、第２および第３Ｗ相口出し用電線１２1，１２2，１２3および中性点結線用電線１３を保持する電線保持具２５と、を備えている。
　ここで、第１、第２および第３Ｕ相口出し用電線１０1，１０2，１０3がＵ相給電線１０を構成し、第１、第２および第３Ｖ相口出し用電線１１1，１１2，１１3がＶ相給電線１１を構成し、第１、第２および第３Ｗ相口出し用電線１２1，１２2，１２3がＷ相給電線１２を構成する。第１、第２および第３Ｕ相口出し用電線１０1，１０2，１０3、第１、第２および第３Ｖ相口出し用電線１１1，１１2，１１3、第１、第２および第３Ｗ相口出し用電線１２1，１２2，１２3および中性点結線用電線１３は、エナメル樹脂などで絶縁被覆された銅線などで作製される。
　ステータコア２は、例えば電磁鋼板を積層一体化して構成され、円環状のヨーク３と、それぞれ、ヨーク３の内周壁面から径方向内方に突出して周方向の等角ピッチで配列された７２本のティース４と、を備えている。
　インシュレータ２０は、絶縁性樹脂の樹脂成形体であり、図４に示されるように、筒状体部２１と、フランジ部２２と、を備える。筒状体部２１は、ティース４の径方向長さと略等しい長さを有する、断面コ字状の筒状に形成されている。フランジ部２２は、筒状体部２１の長さ方向両端部から外方に突出するように、筒状体部２１と一体に形成されている。また、嵌合凹部２３，２４がフランジ部２２の先端部に形成されている。インシュレータ２０は、筒状体部２１の断面コ字状の開口部を向き合わせて、ティース４の軸方向両側からティース４に装着される。
　ステータコイル５は、図４および図５に示されるように、例えば、エナメル樹脂で絶縁被覆された銅線やアルミニウム線などからなる被覆導線７を、ティース４とその軸方向の両端に配された一対のインシュレータ２０の筒状体部２１との周りに時計回りに多層多列に巻き回し、ついで隣のティース４とその軸方向の両端に配された一対のインシュレータ２０の筒状体部２１との周りに反時計回りに多層多列に巻き回して作製された３６個のコイル６を備えている。３６個のコイル６は、それぞれ、隣り合う２つのティース４のそれぞれに巻き回された集中巻コイル６’を直列に接続して構成され、周方向に、Ｕ相、Ｗ相、Ｖ相の順に１２回繰り返して配列されている。
　電線保持具２５は、それぞれ、絶縁性樹脂の樹脂成形体であり、図４に示されるように、平板リング状に作製された電線保持板２６と、断面扁平Ｕ字状に形成されたカバー２７と、を備えている。嵌合凸部２８，２９が、電線保持板２６の裏面の内径縁部および外径側縁部から突出して、周方向に延びて環状に形成されている。電線保持板２６は、嵌合凸部２８，２９を嵌合凹部２３，２４に嵌合させてインシュレータ２０に固着され、ステータコア２の軸方向一側にコイル６の群を覆うように配設される。
　そして、第１、第２および第３Ｕ相口出し用電線１０1，１０2，１０3、第１、第２および第３Ｖ相口出し用電線１１1，１１2，１１3、第１、第２および第３Ｗ相口出し用電線１２1，１２2，１２3および中性点結線用電線１３が、電線保持板２６の表面側に、周方向に環状に配設される。そして、各コイル６の端部が、第１、第２および第３Ｕ相口出し用電線１０1，１０2，１０3、第１、第２および第３Ｖ相口出し用電線１１1，１１2，１１3、第１、第２および第３Ｗ相口出し用電線１２1，１２2，１２3および中性点結線用電線１３のなかの接続対象の電線に結線され、カバー２７が結線部３０のそれぞれを覆うように、電線保持板２６に装着される。
　つぎに、コイル６の結線方法について図５および図６を参照しつつ説明する。
　ガラスチューブ３１が、Ｕ相を構成するコイル６から引き出された第１コイル端末７ａに装着され、ワニスにより固着される。そして、コイル端末７ａのガラスチューブ３１からの突出部の絶縁被膜が剥離される。また、第１Ｕ相口出し用電線１０1の結線領域の絶縁被膜が剥離される。そして、コイル端末７ａの端部を第１Ｕ相口出し用電線１０1の絶縁被膜剥離領域に沿わせ、圧着スリーブ３２を装着し、圧着スリーブ３２をカシメる。これにより、コイル端末７ａの端部が第１Ｕ相口出し用電線１０1の絶縁被膜剥離領域にカシメ固定され、電気的に接続状態となる。ついで、圧着スリーブ３２およびその周辺部を覆い隠すように自己融着テープ３３を巻き付ける。さらに、ガラスチューブ３４が自己融着テープ３３を覆い隠すように装着され、ワニスにより固着され、結線部３０が作製される。
　また、Ｕ相を構成するコイル６から引き出された第２コイル端末７ｂが、同様にして、中性点結線用電線１３に結線される。
　なお、コイル６が第１Ｕ相口出し用電線１０1と中性点結線用電線１３に結線される場合について説明したが、コイル６は、第２および第３Ｕ相口出し用電線１０2，１０3と中性点結線用電線１３にも、同様に結線される。また、Ｖ相およびＷ相を構成するコイル６についても、第１、第２および第３Ｖ相口出し用電線１１1，１１2，１１3、第１、第２および第３Ｗ相口出し用電線１２1，１２2，１２3および中性点結線用電線１３に同様に結線される。
　つぎに、ステータコイル５の結線について図７を参照しつつ説明する。
　この実施の形態１では、コイル６は、隣り合うティース４に巻回された２つの集中巻コイル６’を直列に接続して構成されている。そして、Ｕ1，Ｕ2・・・Ｕ11，Ｕ12の１２個のコイル６がＵ相を構成し、Ｖ1，Ｖ2・・・Ｖ11，Ｖ12の１２個のコイル６がＶ相を構成し、Ｗ1，Ｗ2・・・Ｗ11，Ｗ12の１２個のコイル６がＷ相を構成する。
　Ｕ1，Ｕ4，Ｕ7，Ｕ10の４個のコイル６の第１コイル端末７ａが、第１Ｕ相口出し用電線１０1に結線され、Ｕ1，Ｕ4，Ｕ7，Ｕ10の４個のコイル６の第２コイル端末７ｂが、中性点結線用電線１３に結線される。Ｕ2，Ｕ5，Ｕ8，Ｕ11の４個のコイル６の第１コイル端末７ａが、第２Ｕ相口出し用電線１０2に結線され、Ｕ2，Ｕ5，Ｕ8，Ｕ11の４個のコイル６の第２コイル端末７ｂが、中性点結線用電線１３に結線される。Ｕ3，Ｕ6，Ｕ9，Ｕ12の４個のコイル６の第１コイル端末７ａが、第３Ｕ相口出し用電線１０3に結線され、Ｕ3，Ｕ6，Ｕ9，Ｕ12の４個のコイル６の第２コイル端末７ｂが、中性点結線用電線１３に結線される。
　Ｖ1，Ｖ4，Ｖ7，Ｖ10の４個のコイル６の第１コイル端末７ａが、第１Ｖ相口出し用電線１１1に結線され、Ｖ1，Ｖ4，Ｖ7，Ｖ10の４個のコイル６の第２コイル端末７ｂが、中性点結線用電線１３に結線される。Ｖ2，Ｖ5，Ｖ8，Ｖ11の４個のコイル６の第１コイル端末７ａが、第２Ｖ相口出し用電線１１2に結線され、Ｖ2，Ｖ5，Ｖ8，Ｖ11の４個のコイル６の第２コイル端末７ｂが、中性点結線用電線１３に結線される。Ｖ3，Ｖ6，Ｖ9，Ｖ12の４個のコイル６の第１コイル端末７ａが、第３Ｖ相口出し用電線１１3に結線され、Ｖ3，Ｖ6，Ｖ9，Ｖ12の４個のコイル６の第２コイル端末７ｂが、中性点結線用電線１３に結線される。
　Ｗ1，Ｗ4，Ｗ7，Ｗ10の４個のコイル６の第１コイル端末７ａが、第１Ｗ相口出し用電線１２1に結線され、Ｗ1，Ｗ4，Ｗ7，Ｗ10の４個のコイル６の第２コイル端末７ｂが、中性点結線用電線１３に結線される。Ｗ2，Ｗ5，Ｗ8，Ｗ11の４個のコイル６の第１コイル端末７ａが、第２Ｗ相口出し用電線１２2に結線され、Ｗ2，Ｗ5，Ｗ8，Ｗ11の４個のコイル６の第２コイル端末７ｂが、中性点結線用電線１３に結線される。Ｗ3，Ｗ6，Ｗ9，Ｗ12の４個のコイル６の第１コイル端末７ａが、第３Ｗ相口出し用電線１２3に結線され、Ｗ3，Ｗ6，Ｗ9，Ｗ12の４個のコイル６の第２コイル端末７ｂが、中性点結線用電線１３に結線される。
　これにより、それぞれ、１２個のコイル６が並列接続されたＵ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルをＹ結線して構成された三相交流巻線のステータコイル５が得られる。
　つぎに、比較のための、従来のステータにおけるステータコイル５０の結線方法について図８を参照しつつ説明する。なお、従来のステータでは、各相口出し用電線が１本である点を除いて、実施の形態１と同様に構成されている。
　Ｕ1，Ｕ2，・・・Ｕ11，Ｕ12の１２個のコイル６の第１コイル端末７ａが、Ｕ相口出し用電線１０’に結線され、Ｕ1，Ｕ2，・・・Ｕ11，Ｕ12の１２個のコイル６の第２コイル端末７ｂが、中性点結線用電線１３に結線される。
　Ｖ1，Ｖ2，・・・Ｖ11，Ｖ12の１２個のコイル６の第１コイル端末７ａが、Ｖ相口出し用電線１１’に結線され、Ｖ1，Ｖ2，・・・Ｖ11，Ｖ12の１２個のコイル６の第２コイル端末７ｂが、中性点結線用電線１３に結線される。
　Ｗ1，Ｗ2，・・・Ｗ11，Ｗ12の１２個のコイル６の第１コイル端末７ａが、Ｗ相口出し用電線１２’に結線され、Ｗ1，Ｗ2，・・・Ｗ11，Ｗ12の１２個のコイル６の第２コイル端末７ｂが、中性点結線用電線１３に結線される。
　このように、実施の形態１によるステータコイル５では、第１、第２および第３Ｕ相口出し用電線１０1，１０2，１０3のそれぞれには、４個のコイル６が並列接続されているので、第１，第２および第３Ｕ相口出し用電線１０1，１０2，１０3のそれぞれに流れる電流は等しくなる。これに対し、従来のステータコイル５０では、１本のＵ相口出し用電線１０’には、１２個のコイル６が並列接続されている。
　そこで、各コイル６に一定の電流を流すとすると、実施の形態１によるステータコイル５では、第１、第２および第３Ｕ相口出し用電線１０1，１０2，１０3のそれぞれに流れる電流値は、従来のステータコイル５０における１本のＵ相口出し用電線１０’に流れる電流値の１／３となる。したがって、同じ導体断面積の電線を用いた場合、第１、第２および第３Ｕ相口出し用電線１０1，１０2，１０3のそれぞれにおける電流密度は、Ｕ相口出し用電線１０’の電流密度の１／３となり、第１、第２および第３Ｕ相口出し用電線１０1，１０2，１０3での発熱量が低減され、第１、第２および第３Ｕ相口出し用電線１０1，１０2，１０3の温度上昇が抑制される。同様に、第１、第２および第３Ｖ相口出し用電線１１1，１１2，１１3および第１、第２および第３Ｗ相口出し用電線１２1，１２2，１２3での発熱量が低減され、第１、第２および第３Ｖ相口出し用電線１１1，１１2，１１3および第１、第２および第３Ｗ相口出し用電線１２1，１２2，１２3の温度上昇が抑制される。
　また、第１、第２および第３Ｕ相口出し用電線１０1，１０2，１０3、第１、第２および第３Ｖ相口出し用電線１１1，１１2，１１3および第１、第２および第３Ｗ相口出し用電線１２1，１２2，１２3に流れる電流値が小さくなるので、第１、第２および第３Ｕ相口出し用電線１０1，１０2，１０3、第１、第２および第３Ｖ相口出し用電線１１1，１１2，１１3および第１、第２および第３Ｗ相口出し用電線１２1，１２2，１２3に細い電線を用いることができる。そこで、第１、第２および第３Ｕ相口出し用電線１０1，１０2，１０3、第１、第２および第３Ｖ相口出し用電線１１1，１１2，１１3および第１、第２および第３Ｗ相口出し用電線１２1，１２2，１２3をステータコア２の軸方向一端面上の限られた配線スペース内に配線することができるので、電動機の径方向寸法および軸方向寸法の増大がなく、電動機の小型化が図られる。
　従来のステータでは、口出し用電線の径が大きいので、大型のカシメ工具が必要となり、カシメの作業性が低下していた。この実施の形態１では、第１、第２および第３Ｕ相口出し用電線１０1，１０2，１０3、第１、第２および第３Ｖ相口出し用電線１１1，１１2，１１3および第１、第２および第３Ｗ相口出し用電線１２1，１２2，１２3に細い電線を用いることができるので、コイル６との結線に小径の圧着スリーブ３２を用いることができる。そこで、大径のカシメ工具を用いる必要がなく、カシメ作業性が向上する。
　ここで、口出し用電線には、安価な規格電線を用いることが望ましい。しかし、口出し用電線を規格電線から選ぶ場合には、規格電線の中から、電流密度が設計の狙い値より小さくなる規格電線を選ぶことになる。つまり、規格電線の中から、導体断面積が設計の狙い値より大きくなる規格電線を選ぶことになり、裕度のある設計となる。以下に、口出し用電線を規格電線から選ぶ観点から実施の形態１による効果について説明する。なお、電線規格としては、日本工業規格（ＪＩＳ規格）、電線工業界規格（ＪＣＳ）等の国内規格、ＣＳＡ規格、ＵＬ規格、欧州規格などの国際規格があるが、ここでは、ＪＩＳ規格の電線規格を用いて説明する。
　まず、ＪＩＳ規格における導体断面積（＝ｍｍ2）の電線規格は、・・・, ０．７５，　１．２５，　２．０，　３．５，　５．５，　８，　１４，　２２，　３８，・・・となっている。そして、設計の狙い値となる口出し電線の電流密度を７Ａ／ｍｍ2とし、給電線への給電電流値を１２６Ａとする。
　従来のステータコイル５０に給電する場合、例えば、図８において、給電部Ｕから給電された電流は、Ｕ相口出し用電線１０’を左右均等に分配されて流れ、Ｕ1～Ｕ12の１２個のコイル６に供給される。したがって、Ｕ相口出し用電線１０’に流れる電流値は６３Ａとなる。Ｕ相口出し用電線１０’として、導体断面積が８ｍｍ2の規格電線を用いると、電流密度は７．９Ａ／ｍｍ2となり設計の狙い値の電流密度（７Ａ／ｍｍ2）より大きくなる。そこで、設計の狙い値の電流密度（７Ａ／ｍｍ2）とするための最適な導体断面積は９ｍｍ2となるが、導体断面積が９ｍｍ2の規格電線はなく、導体断面積が１４ｍｍ2の規格電線を選択することになる。導体断面積が１４ｍｍ2の規格電線を用いた場合、電流密度は４．５Ａ／ｍｍ2となり、裕度の大きい設計となり、ステータの径方向寸法及び軸方向寸法が大きくなる。
　実施の形態１によるステータコイル５では、例えば、図７において、給電部Ｕから給電された電流は、第１、第２および第３Ｕ相口出し用電線１０1，１０2，１０3に均等に分配され、第１、第２および第３Ｕ相口出し用電線１０1，１０2，１０3のそれぞれを左右均等に分配されて流れ、Ｕ1～Ｕ12の１２個のコイル６に供給される。したがって、第１、第２および第３Ｕ相口出し用電線１０1，１０2，１０3のそれぞれに流れる電流値は２１Ａとなる。そこで、第１、第２および第３Ｕ相口出し用電線１０1，１０2，１０3のそれぞれに、導体断面積が３．５ｍｍ2の規格電線を用いると、電流密度は６．０Ａ／ｍｍ2となり、設計の狙い値（７Ａ／ｍｍ2）より小さく、かつ近い値となり、裕度の少ない設計、すなわち、最適な設計となる。
　このように、実施の形態１によるステータコイル５は、各相の給電線がそれぞれ第１、第２および第３口出し用電線、すなわち３本の口出し用電線で構成されているので、各相の給電線が１本の口出し用電線で構成されている従来のステータコイル５０に比べて、口出し用電線の細線化が可能となるとともに、安価な規格電線を用いても、電流密度を、設計の狙い値より小さい範囲で、設計の狙い値に近づけることができる。つまり、ステータコイル５の構成とすることにより、低コスト化が図られるとともに、ステータ１の径方向寸法及び軸方向寸法の拡大を抑制し、ステータ１の小型化を図ることができる。
　つぎに、規格電線の選択方法について説明する。
　各相の給電線がｎ本（ただし、ｎは２以上の整数）の口出し用電線で構成され、各給電線に給電される電流値をＩ（Ａ）、口出し用電線での電流密度の設計の狙い値をＪ（Ａ／ｍｍ2）としたとき、口出し用電線に要求される導体断面積Ｓは、式（１）で与えられる。
　Ｓ＝Ｉ／（２ｎ・Ｊ）　・・・（１）
　そこで、規格電線の中から、算出された導体断面積Ｓより大きく、かつ導体断面積Ｓに最も近い導体断面積を有する規格電線が選択される。
　このとき、各相の給電線を構成する口出し用電線の本数が変わると、口出し用電線に要求される導体断面積Ｓも変わる。そこで、各相の給電線を構成する口出し用電線の本数を変えて、規格電線を選択し、選択した規格電線の電流密度を算出する。そして、算出された電流密度が設計の狙い値より小さく、かつ設計の狙い値に最も近くなる本数が最適本数となる。そこで、この最適本数の口出し用電線で各相の給電線を構成することが、設計の裕度を小さくする観点から、好ましい。
　この構成されたステータ１は、電動パワーステアリング用電動機などの電動機に適用できるが、径方向および軸方向の小型化が可能であるので、設置スペースが制限される電動機、例えば機械室レスエレベータの巻上機用電動機に適用すれば、特に顕著な効果が得られる。
　なお、上記実施の形態１では、７２本のティースを有するステータコアを用いているが、ステータコアのティースの本数は７２本に限定されない。
　また、上記実施の形態１では、２つの集中巻コイルを直列に接続したコイルを各相の第１、第２および第３口出し用電線に並列に接続しているが、コイルは、１つの集中巻コイルで構成してよく、３つ以上の集中巻コイルを直列に接続して構成してもよい。
　また、上記実施の形態１では、各相の給電線が３本の口出し用電線で構成されているが、各相の給電線を構成する口出し用電線の本数は３本に限定されず、２本以上であればよい。つまり、各相の給電線を構成する口出し用電線の本数は、各相の給電線に接続されるコイル数の約数（ただし、２以上）とすればよい。このとき、各相の給電線を構成する口出し用電線のそれぞれに接続されるコイルの並列数を同一として、各口出し用電線に流れる電流を一定とする。
　また、上記実施の形態１では、ティースがそれぞれ円環状のヨークの内周面から径方向内方に突出して周方向に配列されたステータコアを用いているが、ティースがそれぞれ円環状のヨークの外周面から径方向外方に突出して周方向に配列されたステータコアを用いてもよい。

Claims (5)

  1. 　円環状のヨーク、およびそれぞれ上記ヨークから径方向に突出して周方向に配列された複数のティースを有するステータコアと、
    　それぞれ、被覆導線を上記複数のティースに集中巻に巻回して作製された複数のコイルを有するステータコイルと、
    　それぞれ、上記ステータコアの軸方向一端面に沿って環状に配設され、上記ステータコイルに外部から電力を供給するＵ相給電線、Ｖ相給電線およびＷ相給電線と、
    　上記ステータコアの軸方向一端面に沿って環状に配設された中性点結線用電線と、を備え、
    　上記ステータコイルは、上記複数のコイルの中のＵ相を構成するコイルの一端を上記Ｕ相給電線に接続し、上記複数のコイルの中のＶ相を構成するコイルの一端を上記Ｖ相給電線に接続し、上記複数のコイルの中のＷ相を構成するコイルの一端を上記Ｗ相給電線に接続し、上記複数のコイルの他端を上記中性点結線用電線に接続して三相交流巻線に構成され、
    　上記Ｕ相給電線、上記Ｖ相給電線および上記Ｗ相給電線は、それぞれ、複数本の口出し用電線により構成され、
    　上記複数本の口出し用電線のそれぞれには、同じ数の上記コイルが接続されている電動機のステータ。
  2. 　上記Ｕ相給電線、上記Ｖ相給電線および上記Ｗ相給電線のそれぞれを構成する上記口出し用電線の本数は、上記Ｕ相給電線、上記Ｖ相給電線および上記Ｗ相給電線のそれぞれに接続される上記コイルの数の約数（ただし、２以上）である請求項１記載の電動機のステータ。
  3. 　上記口出し用電線は、規格電線の中から選択された規格電線である請求項１又は請求項２記載の電動機のステータ。
  4. 　上記選択された規格電線は、上記規格電線の中で、上記Ｕ相給電線、上記Ｖ相給電線および上記Ｗ相給電線のそれぞれに給電する給電電流値と、上記Ｕ相給電線、上記Ｖ相給電線および上記Ｗ相給電線のそれぞれを構成する上記口出し用電線の本数と、上記口出し用電線の電流密度の設計の狙い値と、から算出された上記口出し用電線の導体断面積算出値より大きく、かつ上記導体断面積算出値に最も近い導体断面積を有している規格電線である請求項３記載の電動機のステータ。
  5. 　上記コイルは、上記口出し用電線および中性点結線用電線に、圧着スリーブによりカシメ固定されて、電気的に接続されている請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電動機のステータ。
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