JP3480317B2 - 電気回転機および回転機コイル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気回転機および
回転機コイルに関し、特に、回転機のティース（凸極）
間におけるコイル線の占積率の向上に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より各種の構成の電気回転機（モー
タおよび発電機）が周知であり、例えば、あるタイプの
モータでは、円筒形のステータの内部にロータが配置さ
れ、ステータの内周に等間隔をおいて複数のティースが
突設され、ティースにコイル線を卷回することによりモ
ータコイルが形成されている。

【０００３】モータの性能向上のため、ティースへのコ
イル線の巻付回数を増やし、ティース間の領域において
コイル線が占める面積を増大すること（占積率の増大）
が望まれる。巻数の増加によりモータ出力を増大でき、
コイル線間の隙間の低減によりモータのエネルギ効率を
向上でき、さらには、これらの利点を活用することによ
る設計の自由化、モータの小型化などを図ることができ
る。

【０００４】例えば、特開平７−２７４４２２号公報で
は、その図１に示されるように、各ティースにコイル線
を層状に卷回するモータが開示されており、同モータで
は、コイル外側にいくほど（すなわち、上層のコイル線
ほど）コイル線の幅を狭くすることにより、コイル間の
隙間を低減し、占積率の向上を図っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報をはじめとして、従来のモータでは、隣り合うコイル
が同一の断面形状を有しており、そのために隣接コイル
間に無駄な隙間が生じるのを避けられず、従って、この
無駄な空間をなくすことによってコイル線の占積率を向
上する余地がある。

【０００６】なお、ここではモータを取り上げて説明し
たが、上記の問題は、発電機においても同様に生じるも
のである。

【０００７】本発明は上記課題に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、コイル線の占積率を向上できる電気
回転機および回転機コイルを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、所定枚数の電磁鋼板（２０）を積層して
形成されるステータブロック（１２）と、前記ステータ
ブロック（１２）のティース部にコイル線（４）を巻き
付けることによって形成される回転機コイル（１５，１
６）と、を有し、前記回転機コイル（１５，１６）を備
えるステータブロック（１２ａ，１２ｂ）を環状に配置
して隙間無く組付け、ステータブロック（１２ａ，１２
ｂ）の接触箇所を溶接接合することによって形成される
ステータ（１０）を有する電気回転機であって、隣り合
うティースに設けられた回転機コイル（１５，１６）が
互いに異なる断面形状を有しており、各回転機コイル
（１５，１６）は、隣の回転機コイル（１６，１５）が
ティース間領域を占有したあとの残りの領域を補填する
ような断面形状を有すること、もしくは、コイル間の隙
間の異なる部分を埋めるように配置されていることを特
徴とする。

【０００９】 また、本発明の一態様は、所定枚数の電
磁鋼板（２０）を積層して形成されるステータブロック
（１２）のティース部に、コイル線（４）を巻き付ける
ことによって形成される回転機コイル（１５，１６）で
あって、隣り合うティースに設けられた回転機コイル
（１５，１６）が互いに異なる断面形状を有しており、
各回転機コイル（１５，１６）は、隣の回転機コイル
（１６，１５）がティース間領域を占有したあとの残り
の領域を補填するような断面形状を有すること、もしく
は、コイル間の隙間の異なる部分を埋めるように配置さ
れていることを特徴とする。

【００１０】 本発明において、好ましくは、２種類の
異なる断面形状の回転機コイル（１５，１６）が交互に
配置される。

【００１１】なお、本発明は、ステータおよびロータの
一方または両方に適用できる。電気回転機は、モータで
もステータでも、その両方として用いられるものでもよ
い。さらに回転機は、ステータの内部にロータが配置さ
れるタイプでも、その逆のタイプでも、その他の任意の
タイプでもよい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
（以下、実施形態という）について、図面を参照し説明
する。

【００１３】図１は、分割ステータタイプの集中巻モー
タの構成を示しており、図１（ａ）は、従来技術が適用
されたモータの構成であり、図１（ｂ）は、本発明が適
用されたモータの構成である。

【００１４】図１（ａ）において、円筒形のステータ１
は、円形に配置された複数のステータブロック２を有し
ている（図では一部のみが示されている）。各ステータ
ブロック２は、中心方向に突設されたティース（凸極）
３を有する。各ティース３に長方形の断面形状を有する
平角コイル線４を卷回することにより、ステータコイル
５が形成されている。図示のように、すべてのステータ
コイル５は同一の断面形状を有する。ステータ１の内部
にはロータ（図示せず）が挿入され、ロータはステータ
に対して回転可能に支持されている。

【００１５】ここで、図１（ａ）では、平角コイル線４
を採用することで、従来の丸形コイル線を適用した構成
と比較すると、個々のコイル線間の隙間が小さくなり、
占積率が向上している。しかしながら、隣り合う２つの
コイル５の間には比較的大きな隙間が形成されており、
この隙間が無駄な空間となって占積率を低下させてい
る。従って、この無駄な空間をできるだけなくすことが
望まれる。しかし、隣接するステータコイル５が同一の
断面形状を有している限り、隣同士のコイル５の干渉を
生じることなくコイル線４の巻付回数を増大することは
難しい。言い換えれば、隣接するコイル５が同一形状を
有する従来の構成では、コイル間の干渉を避けるため
に、コイル線４の巻付回数が低く制限され、コイル間に
は比較的大きな隙間が開いている。

【００１６】これに対して、図１（ｂ）の構成のステー
タ１０では、本発明の特徴として、隣り合うステータブ
ロック１２のティース１３に設けられたステータコイル
１５、１６が異なる断面形状を有している。そして、ス
テータコイル１５、１６は、隣のコイルがティース間領
域１７を占有したあとの残りの領域を補うような断面形
状を有している。これにより、コイル間の干渉を生じる
ことなく、コイル間の隙間部分にコイル線の巻付けを追
加して、占積率を向上することができる。

【００１７】より具体的には、ステータコイル１５、１
６では、それぞれ、符号１５ａ、１６ａを付した部分に
コイル線４を追加的に卷回することにより、巻付回数が
従来構成よりも増大している。ここで、両コイル１５、
１６では、異なる場所にコイル線の追加巻付けが行われ
ている。すなわち、２つの追加巻付け部分１５ａ、１６
ａは、コイル間の隙間の異なる部分を埋めるように配置
されている。これにより、コイル間の干渉を回避しつ
つ、巻付回数が増加している。もちろん、巻付回数の増
分はコイル１５、１６とで同じであり、両コイルの巻付
回数、断面積は同等に維持されている。

【００１８】また、図１（ｂ）の構成では、２種類の断
面形状のステータコイル１５、１６が、交互に配置され
ている。すなわち、１つおきに同じ断面形状のコイルが
配置されている。これにより、各コイルの断面形状が異
なっていても、すべてのコイルの集合で見た場合、その
重心をステータの中央に位置させることが容易であり、
従って、モータの回転バランスを取りやすいという利点
が得られる。この利点は、本発明がロータに適用される
場合に特に有効である。

【００１９】次に、図２〜図７を参照し、本実施形態の
モータの製造方法を説明する。図２（ａ）に示すよう
に、プレス加工等により所定形状に打ち抜かれた電磁鋼
板２０が用意される。図２（ｂ）に示すように、所定枚
数の電磁鋼板２０が積層され、溶接箇所２０ａにて溶接
（Ｔｉｇ溶接、レーザ溶接等）により接合され、ステー
タブロック１２が形成される。なお、溶接箇所の数や位
置は、図２（ｂ）には限定されず、任意である。

【００２０】図３には、ステータコイルを形成するため
の巻線機が示されている。ステータブロック１２は、巻
線機のテーブル２２上に配置された開閉自在なチャック
２４により保持される。テーブル２２は、送り機構（図
示せず）により、矢印Ｅ方向へ、平角コイル線４の卷回
ピッチに応じて移動される。さらに、テーブル２２は、
モータ２６により、矢印Ｆ方向に回転される。これによ
り、平角コイル線４がステータブロック１２のティース
部に巻き付けられ、ステータコイルが形成される。

【００２１】なお、ステータブロック１２と平角コイル
線４の間には、絶縁紙２８が挿入されており、これによ
り、コイル線４の表面（エナメル皮膜等）の傷つきが防
止されるとともに絶縁が確保される。

【００２２】また、図３の巻線機では、丸形の断面形状
をもつ素線材４ａが、変形ロータ３０を通過すること
で、長方形の断面形状をもつ平角コイル線４に整形され
る。さらに、逆反りローラ３２によって平角コイル線４
の巻癖（素線材がボビンに巻かれていたときの癖）が矯
正され、矯正後のコイル線４がそのままステータブロッ
ク１２に巻き付けられる。このような方法により、低コ
ストでステータコイルを形成できる。

【００２３】上記の工程では、巻線機の送り移動量の制
御により、図１を用いて説明した２種類の異なる断面形
状のステータコイルが形成される。本実施形態では、後
述するように、ステータは１２個のステータブロックに
分割されている。従って、同じ断面形状のコイルを設け
たステータブロックが６個ずつ、合計１２個のステータ
ブロックが用意される。すなわち、図１のコイル１５を
備えたステータブロックと、コイル１６を備えたステー
タブロックとが、６個ずつ用意される。

【００２４】１２個のステータブロックは、図４に示す
ように環状に配置される。図示のように、それぞれコイ
ル１５、１６を備えたステータブロック１２ａ、１２ｂ
が交互に配置される。隣接するステータブロック１２
ａ、１２ｂの間には、絶縁部材（相間絶縁材）３４が挿
入される。絶縁部材３４は、例えば厚さ０．５ｍｍ程度
の絶縁紙、または、樹脂製絶縁シート（ポリイミド、ポ
リアミド等）であり、コイル間の絶縁を確保する。

【００２５】図４の状態では、隣り合うステータブロッ
ク１２が多少の隙間を開けて配置されている。これらの
ステータブロック１２は、図５の組合せ治具３６を用い
て互いに組み付けられる。組付け前には直径Ｇの円形に
配置されていたブロック群が、治具３６のテーパ部３６
ａを通るときに径方向に圧縮され、最終的にブロック群
の直径はＨとなり、この状態で隣り合うステータブロッ
ク１２は隙間無く接触する。なお、図４では、ステータ
ブロック１２の上下にコイルエンド部、すなわちステー
タブロックの上下にはみ出た部分のコイルが見えてい
る。

【００２６】図６は、組み付け直前のステータブロック
を拡大して示している。ステータブロック１２のハウジ
ング部（外周円筒部）には、隣のステータブロックとの
接合面に係合凸部３８と係合凹部４０が設けることが好
ましい。組付け時、係合凸部３８が係合凹部４０にはま
り込むことにより、ステータブロックの位置合わせが確
実に行われ、また、組付け後の位置ずれが防止される。
組み付けられた後の１２個のステータブロックは、溶接
等によって互いに接合され、これによりステータが完成
する。

【００２７】さらに、図７に示すように、ステータ１０
には、別途用意されたロータが５０が挿入され、ロータ
５０はステータ１０に回転可能に軸支され、これにより
本実施形態のモータが完成する。

【００２８】本実施形態では、モータの仕様としては、
三相交流式であり、ステータの外径が２１０ｍｍ、高さ
が約９０ｍｍ、ステータブロックの数、すなわちティー
スの数は１２である。また、平角コイル線４の断面形状
は、例えば約２ｍｍ×約３ｍｍの略長方形であり、平角
コイル線４を形成する前の丸形素線材の直径は約２．７
ｍｍである。もちろん、本発明はこのような仕様のモー
タには限定されない。

【００２９】また、本実施形態では、本発明が平角コイ
ル線を用いたモータコイルに適用されたが、従来の丸形
コイル線を用いたモータコイルにも、本発明を同様に適
用可能である。

【００３０】さらに、本発明は、上記の実施形態には限
定されず、他の任意の構成の電気回転機に適用可能であ
る。回転機はモータでも、発電機でも、それらの両方に
用いられるモータジェネレータでもよい。また、本発明
はステータおよびロータのどちらに適用されても、両方
に適用されてもよい。回転機は、ステータの中にロータ
を挿入するタイプでも、その逆のタイプでもよい。

【００３１】

【発明の効果】上記のように、本発明によれば、各コイ
ルが、隣のコイルによって形成されるティース間領域の
隙間を補填する形状を有しているので、コイル線の占積
率を増大でき、これによりモータ性能の向上を図ること
ができる。また、同じ巻数のモータであれば、本発明を
適用することにより、モータをコンパクト化することも
可能である。

【００３２】また、本発明によれば、２種類の異なる断
面形状のコイルを交互に配置することによって、電気回
転機の回転バランスをとりやすいという利点が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態のモータを、従来技術を適
用したモータの構成と比較して示す図である。

【図２】 図１のモータのステータブロックの製造方法
を示す図である。

【図３】 図２のステータブロックにステータコイルを
形成する方法を示す図である。

【図４】 ステータブロックを組み合わせて分割型ステ
ータを形成する方法を示す図である。

【図５】 図４の組み付けに使われる治具を示す図であ
る。

【図６】 図４のステータブロックの拡大図である。

【図７】 本実施形態のモータの完成状態を示す図であ
る。

【符号の説明】

４ 平角コイル線、１０ ステータ、１２ ステータブ
ロック、１３ ティース、１５，１６ ステータコイ
ル、１７ ティース間領域、３４ 絶縁部材、５０ ロ
ータ。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02K 3/18

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定枚数の電磁鋼板（２０）を積層して
   形成されるステータブロック（１２）と、 前記ステータブロック（１２）のティース部にコイル線
   （４）を巻き付けることによって形成される回転機コイ
   ル（１５，１６）と、 を有し、 前記回転機コイル（１５，１６）を備えるステータブロ
   ック（１２ａ，１２ｂ）を環状に配置して隙間無く組付
   け、ステータブロック（１２ａ，１２ｂ）の接触箇所を
   溶接接合することによって形成されるステータ（１０）
   を有する 電気回転機であって、 隣り合うティースに設けられた回転機コイル（１５，１
   ６）が互いに異なる断面形状を有しており、各回転機コ
   イル（１５，１６）は、隣の回転機コイル（１６，１
   ５）がティース間領域を占有したあとの残りの領域を補
   填するような断面形状を有することを特徴とする電気回
   転機。
2. 【請求項２】 所定枚数の電磁鋼板（２０）を積層して
   形成されるステータブロック（１２）のティース部に、
   コイル線（４）を巻き付けることによって形成される回
   転機コイル（１５，１６）であって、 隣り合うティースに設けられた回転機コイル（１５，１
   ６）が互いに異なる断面形状を有しており、各回転機コ
   イル（１５，１６）は、隣の回転機コイル（１６，１
   ５）がティース間領域を占有したあとの残りの領域を補
   填するような断面形状を有することを特徴とする回転機
   コイル。
3. 【請求項３】 ２種類の異なる断面形状の回転機コイル
   （１５，１６）が交互に配置されていることを特徴とす
   る請求項１に記載の電気回転機または請求項２に記載の
   回転機コイル。
4. 【請求項４】 所定枚数の電磁鋼板（２０）を積層して
   形成されるステータブロック（１２）と、 前記ステータブロック（１２）のティース部にコイル線
   （４）を巻き付けることによって形成される回転機コイ
   ル（１５，１６）と、 を有し、 前記回転機コイル（１５，１６）を備えるステータブロ
   ック（１２ａ，１２ｂ）を環状に配置して隙間無く組付
   け、ステータブロック（１２ａ，１２ｂ）の接触箇所を
   溶接接合することによって形成されるステータ（１０）
   を有する電気回転機であって、 隣り合うティースに設けられた各回転機コイル（１５，
   １６）は、コイル間の隙間の異なる部分を埋めるように
   配置されていることを特徴とする電気回転機。
5. 【請求項５】 所定枚数の電磁鋼板（２０）を積層して
   形成されるステータブロック（１２）のティース部に、
   コイル線（４）を巻き付けることによって形成される回
   転機コイル（１５，１６）であって、 隣り合うティースに設けられた各回転機コイル（１５，
   １６）は、コイル間の隙間の異なる部分を埋めるように
   配置されていることを特徴とする回転機コイル。
6. 【請求項６】 ２種類の異なる断面形状の回転機コイル
   （１５，１６）が交互に配置されていることを特徴とす
   る請求項４に記載の電気回転機または請求項５に記載の
   回転機コイル。