JP2002233095A

JP2002233095A - 電気機器

Info

Publication number: JP2002233095A
Application number: JP2001029126A
Authority: JP
Inventors: Noriaki Yamamoto; 典明山本; Koki Taneda; 幸記種田; Takashi Yasuhara; 隆安原; Toshiaki Ueda; 俊明植田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-02-06
Filing date: 2001-02-06
Publication date: 2002-08-16

Abstract

(57)【要約】【課題】結線部が軸方向に小さく、組立性に優れた配
線構成のステータコイルを有するモータや発電機等の電
気機器を提供する。【解決手段】複数のティース３２を有するステータコ
ア３と、ステータコア３に巻線した２相以上のステータ
コイル４とからなるステータ２を備えた電気機器１にお
いて、ステータコイル４の少なくとも一つは、複数の単
位コイル４１からなり、そして、単位コイル４１の少な
くとも一つは、ステータコイル４の内側をステータ２の
内周部から外周部まで通る導体５により、別の単位コイ
ル４１と接続される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気機器であり、
特に各種産業用モータ及び発電機、例えば電気自動車、
ハイブリット車等に使用されるモータ及び発電機、並び
にオルタネータ、スタータ、及びサーボモータ、ブラシ
レスモータ、インダクションモータのステータに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】モータの巻線形式を大別すると、複数の
スロットを跨いでコイルを構成する分布巻線と、一つの
ティースに一つのコイルを巻く集中巻線とがある。近
年、製品の小形化、高性能化、低コスト化の要求に応え
るため、ステータを構成する各コイルの結線の短縮、及
び接続部の占める体積、特に、ステータ軸方向の短縮が
重要な課題になっている。

【０００３】ステータ巻線の各相のコイルは、Ｙ結線又
は△結線等の形式で、各相毎にコイルを接続する必要が
ある。各コイルの端末処理を合理化する手段としては、
以下の方法が行われている。一つは、図８に示した特開
平１１−１８３３１号公報のように、各相毎に所定数連
続巻線したコイルの渡り線をコア外周部に設けた絶縁体
７１ａ、７１ｂの各相毎の溝７２ａ、７２ｂに沿って渡
り線７０を配置することで、各コイルの結線を不要にし
ている。また、別の方式では、図９に示した特開平６−
２３３４８３号公報のように、個々に独立して巻線した
コイルの端末線７４を別途設けた配線基板７５に接続す
る方式で各コイルの結線を行っている。

【０００４】しかし、前者の場合、渡り線をコア外周部
の絶縁体の溝内に配置し、相間の絶縁を確保する必要が
あるため、コア外周部及びコア軸方向に配線のためだけ
に大きな領域が必要となる。特に、電気自動車やハイブ
リット車に代表される高出力モータにおいて、高効率
化、小形軽量化が課題であり、高出力を要求するモータ
仕様に対して、コイルの導体面積を大きくしている。例
えばコイル１ターンあたりの導体断面積として、４．０
〜５．０ｍｍ^２程度を必要としている。したがって、外
周部のみに集中して渡り線を配置する従来方式では、各
相の太い渡り線を干渉しないように配置することが困難
となり、コア外径が大きなモータ又は軸方向に大きなモ
ータとなる。一方、燃費向上の点から、車両全体の小形
化、軽量化とともに、搭載するモータの小形化、軽量化
が必要であるため、従来方法では小形化に限界が生じて
いる。

【０００５】また、後者の場合、各コイルの端末をそれ
ぞれ絶縁処理した配線基板上の導体に接続し、軸方向に
積層する構成としているため、導体のジュール熱を放熱
しにくいという課題がある。このため、配線基板での発
熱を避けるため、必要最低限の導体断面積に対し１．５
〜３倍程度大きくすることで抵抗を下げる必要となり、
モータの出力向上とともに、導体断面積も大きくなり、
配線基板全体が大きくなる。また、モータ外径が大きく
なると、中空構造の配線板ではコスト面からデメリット
があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来の
課題を解決するものであり、結線部が軸方向に小さく、
組立性に優れた配線構成のステータコイルを有するモー
タや発電機等の電気機器を提供することを目的としてい
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数のティー
スを有するステータコアと、該ステータコアに巻線した
２相以上のステータコイルとからなるステータを備えた
電気機器において、前記ステータコイルの少なくとも一
つは、複数の単位コイルからなり、そして、該単位コイ
ルの少なくとも一つは、ステータコイルの内側をステー
タの内周部から外周部まで通る導体により、別の単位コ
イルと接続される電気機器である。

【０００８】また、本発明は、上記導体は、ステータコ
アに取付けた位置決め部材に保持される電気機器であ
る。

【０００９】そして、本発明は、上記単位コイルは、一
つのティースに集中的に巻線された集中巻線で構成され
る電気機器である。

【００１０】更に、本発明は、上記ステータコアは、少
なくとも一つのティース部とコアバック部とに分割して
組立てたコアである電気機器である。

【００１１】また、本発明は、上記ステータコアは、周
方向に分割して組立てたコアである電気機器である。

【００１２】

【発明の実施の形態】発明の実施の形態を説明する。以
下、本発明の電気機器の実施例について、図１〜図７を
用いて説明する。図１は、実施例のモータのステータ平
面説明図である。図２は、実施例における配線用導体の
説明図である。図３は、実施例のモータの概略説明図で
ある。図４は、実施例のコイル結線説明図である。図５
は、実施例における配線用導体の変形例の説明図であ
る。図６は、実施例におけるティース部とコアバック部
を分割したステータの説明図である。図７は、実施例に
おける周方向分割コアの説明図である。

【００１３】実施例を説明する。実施例の電気機器であ
るモータ１は、図３に示すように、ステータ２、ロータ
１１、フレーム１２、シャフト１３、軸受け１４、永久
磁石１５等から構成される。ステータ２は、図１に示す
ように、ステータコア３及びステータコイル４を有して
おり、ステータコア３に設けた複数のスロット３１内に
ステータコイル４が所定の規則に従って配置され、そし
て、ステータ２内に回転自在にロータ１１を配置してい
る。ステータコア３は、例えば厚さ０．３５ｍｍ、０．
５ｍｍの薄い電磁鋼板を打ち抜き積層したものであり、
かしめ又は溶接等により固定している。ステータコイル
４は、各相とも複数の単位コイル４１を接続して構成さ
れる。フレーム１２は、内径側にステータ２を固定して
おり、また、ロータ１１と固定されたシャフト１３を軸
受け１４で支持している。本実施例では、図３に示すよ
うに、ロータ１１に所定極数をもつ永久磁石１５が配置
された磁石モータである。極数とスロット数は、例えば
８極９スロット、８極１２スロット、１０極１２スロッ
ト、１６極２４スロット等、様々な組み合わせの中から
モータの要求性能に応じて設計する。

【００１４】実施例のモータは、図１に示すように、３
相２４スロットの集中巻ステータを使用する。図１にお
いて、左側はステータ平面図を、そして、右側は配線用
導体を配置した位置のステータ断面図を、それぞれ示し
ている。図１の場合、１相８個の単位コイル４１からな
るステータコイル４で構成されており、例えば８直列Ｙ
結線とするには、図４（ａ）に示す結線回路となり、各
相の単位コイル４１が直列に接続されてステータコイル
４となり、そして、中性点Ｎで３相のステータコイル４
を接続する結線構成となる。このとき、例えば、１相あ
たりの巻数を６４ターンと設計した場合、１単位コイル
あたりの巻数は８ターンとなる。一方、１相の巻数を同
じとして、図４（ｂ）に示すように、並列回路とした場
合、１直列８並列の結線となり、１ステータコイルあた
りの巻数は６４ターンとなる。図１に示した例は、８直
列Ｙ結線である。

【００１５】実施例のモータにおける単位コイル間の接
続について説明する。１つの単位コイルについて、巻始
点が内径側、そして、巻終点が外径側となるように巻線
する場合、１つの単位コイルの巻終点を次の単位コイル
の巻始点と接続する必要が有る。そのため、単位コイル
間の接続は、図１に示すように、１つの単位コイル４１
ａの巻終点４３ａと４５度離れた単位コイル４１ｂの巻
始点４２ｂとを配線用導体５で接続する。この配線用導
体５は、図２に示すように、ステータコア３の端部に配
置しており、ステータコイル４の内側をステータの内周
部から外周部まで通る導体である。この配線用導体５
は、例えば、表面を絶縁コーティングした銅製の線材を
所定の形状に曲げ成形したものである。コーティングす
る絶縁材料としては、耐熱性に優れたエポキシ系、フッ
素系絶縁材を用いると良い。また、一般のエナメル被覆
電線、エナメル被覆平角線でも良い。また、薄い銅板か
ら所定形状に打ち抜いた後、所定の角度に成形し、表面
の絶縁処理をしても良い。このとき、配線用導体５の端
末は、予め絶縁皮膜の剥離を行うか、又は、端末部のみ
マスキング処理を施した上で、絶縁処理を行い、接続端
部のみ銅を剥き出しにしておくと、接続が容易となる。
接続方法としては、モータ仕様に応じて、ヒュージン
グ、ＴＩＧ溶接、レーザ溶接、ハンダ付け等を選定し
て、機械的、電気的に信頼性の高い接続を行うことがで
きる。

【００１６】図１に示した２４スロット８直列Ｙ結線の
場合、単位コイル４１間の接続用の配線用導体５を２１
個と、中性点接続用導体を１個、出力線用導体を３個製
作して組み立てる。単位コイル間接続用導体５は、すべ
て同じ形状となるため、曲げ成形の場合、同じ型で製作
可能である。また、銅板から打ち抜く場合、高い材料歩
留まりで製作できる。

【００１７】次に、実施例のモータにおける巻線及び配
線用導体の組立方法について、図１及び図２を用いて説
明する。一体に打ち抜いた電磁鋼板を積層したステータ
コア３とステータコイル４との絶縁を確保するために、
図２に示すように、ステータコア３の端部に各ティース
３２毎に合成樹脂等で製作した端部部材６を取付ける。
そして、その端部部材６上に、配線用導体５を端部部材
６の溝６１に沿って配置した後、各単位コイル４１の巻
線を行う。この巻線において、図１に示すように、単位
コイル４１ａの巻始点４２ａを配線用導体５ａの内径側
端部５１ａに仮固定あるいはヒュージング接続した後、
巻線を開始し、単位コイル４１ａの巻線終了後、巻終点
４３ａを隣の配線用導体５ｂの外径側端部５２ｂに接続
する。これにより、巻線と同時に端末処理作業が終了す
る。したがって、あらかじめ配置された配線用導体５
に、巻線と同時に単位コイル４１の端末線接続すること
ができるため、従来の方法では別工程で行う必要が有っ
た端末処理の作業を大幅に合理化できる。

【００１８】なお、図５に示すように、ステータコア３
の端部に各ティース３２毎に合成樹脂等で製作した、孔
６２ｂを設けた端部部材６ｂを取付け、そして、配線用
導体５を端部部材６ｂの孔６２ｂに挿入した後、配線用
導体５の先端部を折曲して配置した後、各単位コイルの
巻線を行うことも可能である。

【００１９】以上、各ティース３２毎に端部部材６を配
置する構成を説明したが、小径のステータの場合は、端
部部材６として円環状に一体成形したものを使用してス
テータコア３に組み立てた構成、あるいは、ステータコ
ア３端部にモールド等で端部部材６を一体成形しても良
い。更に、一体で成形する場合、配線用導体５を組み立
てた状態で端部部材６を成形することで、配線用導体５
の組み立て工数を削減することもできる。

【００２０】実施例のモータにおけるステータコアとし
て、ティース部とコアバック部とに分割して組立てたコ
アを使用する場合における巻線方法の例について、図６
を用いて説明する。ティース部７３２とコアバック部３
３に分割したステータコアとして、１２スロットのステ
ータを図６に示す。図６（ａ）は、ティース部とコアバ
ック部の打抜きレイアウトを示し、図６（ｂ）は、積層
されたティース部３２、コアバックブロック３４を示
し、図６（ｃ）は、分割コアの組み立て方法を示す。テ
ィース部３２は、各ティース毎分割されており、所定の
積厚分、型内で打抜き積層されている。また、コアバッ
ク部３３は、円周方向で６分割されたコアバックブロッ
ク３４を組み立てた構造としている、このコアバックブ
ロック３４は、所定枚数毎、型内で打抜き積層後、レン
ガ状に組み立てることで、円環状にコアバック部３３を
組み立てている。この分割方法により、コアの材料利用
率が向上でき、一体で打抜く方法に比べて、材料費を４
０〜６０％低減できる。また、ティース部を分割した構
成により、単位コイル４１は、コア外部でほぼ整列に巻
線した後で、組み立てることができる。図６（ｃ）に示
すように、単位コイル４１は所定形状の巻枠で予め巻線
しておく。巻線後、巻枠を型として、スロットに収納さ
れるコイル断面を成形し、巻線密度を高めることもでき
る。また、巻線形状を維持するために、自己融着電線を
用いて通電固着することで、単位コイル４１を一体化し
て部品として扱うこともできる。巻線後、ティース部３
２に単位コイル４１を挿入する前に、単位コイル４１内
側とティース３２端部の間に合成樹脂等で製作した端部
部材を配置する。この端部部材には、予め配線用導体を
組み立てておくと良い。ティース部３２に単位コイル４
１及び配線用導体付き端部部材を挿入した後、図６に示
したように、コアバック部３３に各ティース部３２を挿
入する。組み立てた後、単位コイルの巻始点４２、巻終
点４３と予め配置した配線用導体の端部とを接続する。
このように、ティース部３２とコアバック部３３とを分
割することで、単位コイル４１をコア外部で高密度に巻
線することができるため、巻線占積率を向上でき、モー
タの高効率、小形軽量化を図ることができる。

【００２１】次に、実施例のモータのステータコアとし
て、ステート周方向に分割した例における巻線方法につ
いて、図７を用いて説明する。図７は、ステータコアを
周方向に１ティース単位毎分割した場合の、１つの周方
向分割コア３５の端部概略を示す。この周方向分割コア
３５は、前記同様に、薄い電磁鋼板を打ち抜き積層した
ものであり、かしめ、あるいは、溶接によって、固定し
ている。この周方向分割コア３５の端部に合成樹脂等で
製作した端部部材６を組み立て、その上に配線用導体５
を組み立てる。この後、コアを巻線機にセットして、配
線用導体５を含めたティースに巻線する。巻線端部は、
端部部材６に仮固定しておく。所定数の巻線後、周方向
分割コア３５を円管状に組み立て、図１と同様に、各巻
線端部を所定の配線用導体５と接続する。このように、
単位コイルとの接続により所定の結線回路となる配線用
導体を、予めコアに組み立てておき、その上に巻線する
ことができるため、端末処理の合理化ができる。

【００２２】なお、特に大出力が必要なモータの場合、
コイルの導体断面積が大きくなり、線径の太い巻線が必
要となる。一般に巻線で使用されるエナメル被覆の電線
の場合、絶縁を保証できる最小曲げ半径は、線径の１／
２であり、好ましくは、線径以上を必要としている。そ
のため、モータの高出力化に伴い、線径が太くなり、コ
イルとティースとの間には、巻線のために必要な空間が
できる。このとき、従来の方法では、巻線ボビンの端部
を厚くしたり、あるいは、ティースとコイル間に隙間を
設けていた。実施例では、この空間を利用して、配線用
導体をコイルの内側に配置することができ、巻線の絶縁
確保のためだけに必要であった空間を有効に活用するこ
とができる。これにより、ステータ全長の短縮及びモー
タの小形化を実現できる。

【００２３】また、以上の実施例において巻線に使用す
る線材は、丸線に限らず、巻線前に成形した略平角状の
線材、或いは市販の平角線を利用するができ、これによ
り、巻線占積率の向上を図ることができる。

【００２４】なお、本発明は、電機機器におけるステー
タの結線構造に関するものであり、ロータに磁石を配置
した磁石モータとして説明したが、その他のロータ構
造、また、他の形式のモータ、発電機でも同様の効果が
ある。また、実施例において、集中巻線を説明したが、
分布巻線においても、太線化に伴う最小曲げＲは、前記
同様であるため、実施例の配線用導体を用いることで、
同様の効果を得ることができる。

【００２５】また、ステータコアに少なくとも２相以上
のコイルを備えたステータで構成した電機機器におい
て、各コイルの端末線を、各コイルの結線仕様に応じ
て、ステータの内径側と外径側に分散して配置し、その
端末の接続をコイルの内側を通った導体部品を介して別
のコイルと接続することにより、配線部の集中配置を避
けることができ、結線部の高さを抑制できる。また、予
め配線用導体を配置した状態で巻線と同時に結線処理を
行うことができるため、結線作業の合理化をすることが
できる。また、特に、集中巻線のコイルの場合、１つの
ティースに１つのコイルを巻線する構成であり、配線用
導体部品の配置が容易である。更に、ステータコアを、
分割した構成とすることで、コイルをコア外部で高密度
に巻線することができるため、巻線占積率を向上でき、
モータの高効率、小形軽量化を図ることができる。ま
た、剛体の配線用部品に接続すべきコイルの端末をから
げて溶接したり、コイル端末と配線用部品を重ねて溶接
したり、熱かしめ又はろう付けする接続方法によって接
続するため、配線用導体部品の組立を容易に行うことが
できる。

【００２６】本発明の電機機器として、主に回転型モー
タについて説明したが、これに限らず、直線型モータ
（リニアモータ）に適用しても同様の効果が得られる。
また、発電機についても同様である。また、モータや発
電機は、セット製品のキーパーツであるため、本発明を
用いたセット製品の高効率、小形軽量化、低価格化が実
現できる。また、特に、高出力モータの搭載スペースが
小さく、導体断面積が大きなコイルを用いたステータ巻
線が必要となる電気自動車、ハイブリット車等におい
て、効果が大きい。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、結線部が軸方向に小さ
く、組立性に優れた配線構成のステータコイルを有する
モータ及び発電機等の電気機器を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例のモータのステータ平面説明図。

【図２】実施例における配線用導体の説明図。

【図３】実施例のモータの概略説明図。

【図４】実施例のコイル結線説明図。

【図５】実施例における配線用導体の変形例の説明図。

【図６】実施例におけるティース部とコアバック部を分
割したステータの説明図。

【図７】実施例における周方向分割コアの説明図。

【図８】従来例１のモータのステータ構造説明図。

【図９】従来例２のモータのステータ構造説明図。

【符号の説明】

１モータ２ステータ３ステータコア３１スロット３２ティース部３３コアバック部３４コアバックブロック３５周方向分割コア４コイル４１単位コイル４２巻始点４３巻終点５配線用導体５１配線用導体内径側端部５２配線用導体外径側端部６、６ｂ端部部材６１溝６２ｂ孔１１ロータ１２フレーム１３シャフト１４軸受け１５永久磁石

フロントページの続き (72)発明者安原隆茨城県ひたちなか市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者植田俊明茨城県ひたちなか市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器グループ内Ｆターム(参考） 5H002 AA06 AA07 AB04 AC08 AE07 5H603 AA01 AA03 AA09 BB01 BB02 BB05 BB12 CA01 CA05 CA10 CB02 CB03 CB22 CB26 CC11 CC15 CC18 CD01 CD04 CD21 CE01 5H604 AA05 AA08 BB01 BB03 BB08 BB14 CC01 CC05 CC16 PB01 PB03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のティースを有するステータコア
と、該ステータコアに巻線した２相以上のステータコイ
ルとからなるステータを備えた電気機器において、前記ステータコイルの少なくとも一つは、複数の単位コ
イルからなり、そして、該単位コイルの少なくとも一つ
は、ステータコイルの内側をステータの内周部から外周
部まで通る導体により、別の単位コイルと接続されるこ
とを特徴とする電気機器。
【請求項２】請求項１記載の電気機器において、上記導体は、ステータコアに取付けた位置決め部材に保
持されることを特徴とする電気機器。
【請求項３】請求項１記載の電気機器において、上記単位コイルは、一つのティースに集中的に巻線され
た集中巻線で構成されることを特徴とする電気機器。
【請求項４】請求項１記載の電気機器において、上記ステータコアは、少なくとも一つのティース部とコ
アバック部とに分割して組立てたコアであることを特徴
とする電気機器。
【請求項５】請求項１記載の電気機器において、上記ステータコアは、周方向に分割して組立てたコアで
あることを特徴とする電気機器。