JP3735250B2 - 電機子の巻線構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電機子の巻線構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電動モータを用いた自動車用スタータ（ＡＣＧスタータを含む）において、始動に必要な高トルクを優先させるためには太いコイル素線を巻いてコイルを形成することが考えられる。しかしながら、太いコイル素線を巻く場合には、スロット（ティース間隔）を拡張したり、コイル巻線の巻き太りが生じたりして、モータが大型化し、また太いコイル素線の取り扱い難さから生産性も悪くなる。
【０００３】
上記不具合を解消するためには、細いコイル素線を用いかつ各相毎にコイルを２群に分けることが考えられる。なお、巻線装置としては、例えば図６に示されるフライヤ式巻線装置を用いることが考えられる。この図６ではティース１１ａにコイル素線Ｌを巻線する場合を示すものであり、そのフライヤ式巻線装置により、フライヤ１２とワイヤガイド１３とを用い、矢印Ａの方向に回転するフライヤ１２から繰り出されるようになるコイル素線Ｌをワイヤガイド１３により、巻線対象のティース１１ａに導いて巻回することができる。そのティース１１ａに対する巻回が終わったら、三相の場合には３つ先のティース１１ａを対象とするべく、コア（ステータ）１１を矢印Ｂの向きに所定角度３θ回転して、続けて上記と同様に巻回する。
【０００４】
また、各相毎にコイルを２群に分けて三相モータに巻線する場合には、図７に示されるように、各Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相毎に各コイル群Ｕａ・Ｕｂ、Ｖａ・Ｖｂ、Ｗａ・Ｗｂを並列に結線（中性点Ｃ１・Ｃ２同士、及び各外部入出力線Ｕ１・Ｕ２、Ｖ１・Ｖ２、Ｗ１・Ｗ２同士を接続）して、各相毎に１本の太いコイル素線を巻いた場合と等価の巻線を形成することが考えられる。例えば上記巻線装置によりコア１１に対して２群に分けた各コイル群を巻線する場合には、コア１１を２回転させて各コイル群を各ティース１１ａに巻線することにより、１つのティース１１ａに対して各コイル群をそれぞれ巻くことができる。
【０００５】
しかしながら、ティース１１ａに対する巻線状態を見ると、例えば代表としてＵ相について示す図８に示されるように、一方のコイル群Ｕａの外周に他方のコイル群Ｕｂを重ね巻きする場合には、両コイル群Ｕａ・Ｕｂの重ね巻きによりティース１１ａの根元部分で隣り合うコイルＵｂ同士が互いに干渉し合うようになり、それを回避するためには各ティース１１ａの間隔を拡張する（周方向に離す）ことになる。
【０００６】
また、同様にＵ相について示す図９に示されるように一方のコイル群Ｕａに続けてティース１１ａの延出方向に他方のコイル群Ｕｂを巻いていくことにより上記ティースの間隔を拡張する必要が無いが、この場合にはティース１１ａの長さを両コイル群Ｕａ・Ｕｂを続けて巻くことができる長さにすることになり、ティース１１ａが長くなる。また、両コイル群Ｕａ・Ｕｂ間に隙間が生じる部分があり、それによってもティース１１ａが長くなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記した重ね巻きする場合や続けて巻いていく場合であっても、上記した各理由によりモータが大型化するという問題が生じる。さらに、各ティースには図８に示されるように２本のコイル引き出し線があり、巻線時の障害になることからその防止のための引き回し策を講じて巻線しなければならないばかりでなく、上記いずれの巻線構造にあっても、ステータを２回転させなければならず、生産性が悪化するという問題がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決して、生産性を向上し得る電機子の巻線構造を実現するために、本発明に於いては、多相のモータまたは発電機の電機子に環状に配設された複数のティースに対して当該コアを周方向にインデックスしてコイル素線を巻線するための電機子の巻線構造であって、前記相毎にコイル数が互いに同数となる少なくとも２つのコイル群に分割すると共に、前記分割数に応じて前記複数のティースを周方向に複数の領域に分けて、前記各コイル群を前記各領域に配設し、前記相毎に１本の前記コイル素線を用いて前記複数のティースに対するコイルの巻回方向を全て同一方向にして並列巻線した。また、多相のモータまたは発電機の電機子に環状に配設された複数のティースに対して当該コアを周方向にインデックスしてコイル素線を巻線するための電機子の巻線構造であって、前記相毎にコイル数が互いに同数となる偶数のコイル群に分割すると共に、前記分割数に応じて前記複数のティースを周方向に複数の領域に分けて、前記各コイル群を前記各領域に配設し、前記相毎に１本の前記コイル素線を用いて前記各コイル群の対となるもの同士の前記各ティースに対する巻回方向を互いに逆方向にして並列巻線した。
【０００９】
これによれば、各相毎に複数のコイル群を並列に巻線したことになり、細いコイル素線を用いて、１本の太いコイル素線を巻いた場合と等価の巻線を形成することができると共に、各コイル群を各領域別に巻回することから、１つのティースには１本のコイル素線のみが巻回され、ティース毎の引き出し線の数を最小限とすることができる。
【００１０】
また、前記各コイル群の前記各ティースに対する巻回方向が全て同一方向であることによれば、例えばフライヤ式巻線装置におけるフライヤの回転方向を常に同一方向に回転させつつ巻線を行うことができ、巻線工程を簡素化し得る。さらに、第１のコイル群を巻回した後、前記第１のコイル群を巻き始めたティースに隣接するティースから第２のコイル群を巻回していることによれば、各コイル群の巻き始め同士が隣接し、コイルの端末線の処理が容易になる。
【００１１】
また、前記電機子が三相スター結線されていることによれば、１つのコイル群の巻き始めと別のコイル群の巻き終わりとをスター結線の中性点及び入出力端のいずれか一方にすると共に、他の巻き終わりと巻き始めとをスター結線の中性点及び入出力端のいずれか他方にすることができ、好適である。
【００１２】
あるいは、前記相毎に偶数のコイル群に分割されていると共に、前記各コイル群の対となるもの同士の前記各ティースに対する巻回方向が逆方向であることによれば、対となる一方の巻き始め及び他方の巻き終わりと、両者の移り変わる部分の渡り線との一方を中性点とし、他方を入出力端とすることにより、各ティースのコイル軸回りに対する電流の流れる方向を同じにすることができ、かつ中性点及び入出力端となる各半周分の各端末線がそれぞれ近接するため、コイル巻線の端末処理を容易に行うことができる。
【００１３】
その前記対となるコイル群の一方を巻回した後、他方を前記一方の巻回方向とは逆方向に巻回していることによれば、例えばフライヤ式巻線機により巻線する場合に、一方の巻線後にフライヤの回転方向を逆転させるのみで、電機子を同一の方向（インデックス方向）にのみ回転させて巻線することができ、途中で戻す巻線方法に対して巻線時間を短縮することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面に示された具体例に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明が適用された電機子１の巻線状態を示す正面図である。本電機子１は、車両用エンジンに取り付けられるＡＣＧスタータの固定子として適用されるものであって良く、その環状のコア２が、例えば図示されないエンジンのクランクシャフトに対して同軸をなすようにエンジン端壁にボルト止めされるようになっている。なお、コア２の半径方向外方には、図示されない例えば円筒状のロータが同軸的に回転するように設けられる。
【００１６】
コア２には、放射状に突設された１８個のティース２ａが周方向に等ピッチ（角度θ）に配設されている。本電機子１にあっても、従来例の図７で示したものと同様に、三相コイルにおける巻線を各ティース２ａに対して並列巻線にて行うものであり、以下に、その巻線方法について説明する。なお、巻線機には、図６に示したフライヤ式巻線機を用いるものとする。
【００１７】
まず、各ティース２ａを半周ずつの領域Ｄ１・Ｄ２に分け、一方の半周分Ｄ１に対して、巻き始めを中性点Ｃ１として、コイル素線Ｌを図３のものと同様にＵ相に対応する各ティース２ａに巻回していく。各コイルＵ１１・Ｕ１２・Ｕ１３に対して続けて巻回した後、コイルＵ１３に対する巻き終わりを入出力線部Ｕ１としてコア外方に引き出し、そのまま続けて他方の半周部分Ｄ２のコイルＵ２３に対応するティース２ａに巻回していく。この一方の半周部分Ｄ１から他方の半周部分Ｄ２に移ったら、フライヤ１２を矢印Ａとは逆方向に回転させて、他方の半周分Ｄ２の各ティース２ａに対してコイル素線Ｌを巻回していく。
【００１８】
このようにして、図２に示されるように各コイルＵ１１〜Ｕ１３からなる第１のコイル群Ｕａと、各コイルＵ２１〜Ｕ２３からなる第２のコイル群Ｕｂとが構成され、かつ連続する１本のコイル素線ＬによりＵ相の各コイルＵ１１〜Ｕ１３・Ｕ２１〜Ｕ２３が形成される。そして、コイルＵ１３の外部入出力線Ｕ１とコイルＵ２３の外部入出力線Ｕ２とが両者間の渡り線であり、その渡り線の中間部をコア２の図示されない外部接続端子に結合する。なお、他の各Ｖ相・Ｗ相についても同様であり、その説明を省略する。
【００１９】
なお、フライヤ１２による巻回が、コイル素線Ｌをティース２ａの根元（コア２の半径方向内側）から突出端側に至るように巻いていくことから、外部入出力線Ｕ１・Ｕ２の中間部に電圧を印加した際には、コイルＵ１１〜Ｕ１３に対してはティース２ａの突出端側から根元に向けて電流が流れ、コイルＵ２１〜Ｕ２３に対してはティース２ａの根元から突出端側に向けて電流が流れる。上記したようにコイルＵ１１〜Ｕ１３とコイルＵ２１〜Ｕ２３とは逆向きに巻回されていることから、各ティース２ａの軸線（コイル軸）に対しては図の矢印φ１・φ２に示されるように同一方向に磁束が形成されることになり、電機子におけるコイル通電として何ら問題がない。
【００２０】
このように、電機子１に対して半周分ずつ分けてフライヤ１２を逆転させて巻回することにより、並列巻きにおける各中性点Ｃ１・Ｃ２同士が近接すると共に、外部入出力線Ｕ１・Ｕ２（Ｖ１・Ｖ２、Ｗ１・Ｗ２）同士も近接しており、端末処理が容易である。また、外部入出力線となる渡り線を、巻線工程において一方の半周部分Ｄ１から他方の半周部分Ｄ２に移る際に切断せずにコア２の軸線方向にある程度の長さまで引き出して例えば治具により固定しておくことにより、その後の巻線時における巻き込みを何ら問題なく防止することができる。このとき、コイル素線Ｌを一旦切断して次の半周分Ｄ２に対する巻線を行う必要がないことから、巻線中の切断工程を減らすことができ、生産性をより一層向上し得る。
【００２１】
次に、本発明に基づく第２の例を図３に示す。この第２の例にあっては、上記と同様に各ティース２ａを図に示されるように電機子の半周分ずつの領域Ｄ１・Ｄ２に分け、各コイルＵ１１・Ｖ１１・Ｗ１１の巻き始めを中性点Ｃ１とし、その中性点Ｃ１からそれぞれ巻き始めて一方の半周分Ｄ１に対する巻回が終了したら、他方の半周分Ｄ２に対する巻線を行うために、コイルＷ１３で巻き終わった位置から図３の矢印Ｃに示される向きにコア２を略半周分戻し、フライヤ１２によりコイルＵ２１を巻き始めることができるようにする。
【００２２】
そして、各コイルＵ２１・Ｖ２１・Ｗ２１の巻き始めを中性点Ｃ２とし、コア２を矢印Ｃの向きに上記と同様に所定の角度ずつ送りながら各コイルＵ２１〜Ｕ２３・Ｖ２１〜Ｖ２３・Ｗ２１〜Ｗ２３を巻回する。これにより、一方の半周分Ｄ１に三相巻きのコイルＵ１１〜Ｕ１３・Ｖ１１〜Ｖ１３・Ｗ１１〜Ｗ１３がそれぞれ巻回され、他方の半周分Ｄ２にも三相巻きのコイルＵ２１〜Ｕ２３・Ｖ２１〜Ｖ２３・Ｗ２１〜Ｗ２３がそれぞれ巻回されている。
【００２３】
このようにして巻線されたコイルＵ１１〜Ｕ１３・Ｖ１１〜Ｖ１３・Ｗ１１〜Ｗ１３・Ｕ２１〜Ｕ２３・Ｖ２１〜Ｖ２３・Ｗ２１〜Ｗ２３の配線状態を、各相に対する巻線がそれぞれ同様であることから、Ｕ相のみについて図４に示す。この巻線方法によっても、図に示されるように、各半周分ずつの各中性点Ｃ１・Ｃ２同士と、各入出力端子Ｕ１・Ｕ２（Ｖ１・Ｖ２、Ｗ１・Ｗ２）同士とがそれぞれ近接しており、外部配線ケーブルとの結線に好適である。
【００２４】
また、上記巻線方法による生産性の低下を改善するためには、コア２を途中で戻さずに巻回するようにすれば良く、第３の例として図５を参照して次に示す。なお図５は上記図３と同様の図であり、同様の部分には同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。この図示例にあっては、一方の半周分Ｄ１に対して上記と同様にコア２のインデックス方向を図の矢印Ｂの向きとして巻線を行い、その巻線後にもコア２を同一方向（矢印Ｂの向き）に送りつつ、他方の半周分Ｄ２に対して巻線を行うようにしたものである。このようにすることにより、コア２を途中で戻さずに巻回することができ、生産性を向上し得る。
【００２５】
なお、本図示例では固定子について示したが、回転子であっても良く、並列巻線を行うものに適用可能である。また、フライヤ式巻線機により巻線する場合について示したが、巻線機を限定するものではなく、他の種々の巻線機を用いることができる。また、フライヤを１つのみ用いた場合を示したが、例えば一対のフライヤを設け、各フライヤを互いに相反する方向に回転させつつ各半周分をそれぞれ同時に巻線するようにしても良い。また、各相毎に二分割したコイル群を用いた例について示したが、本発明は、二分割に限られるものではなく、複数分割に適用可能である。
【００２６】
【発明の効果】
このように本発明によれば、各相毎に細いコイル素線を用いて複数のコイル群を並列に巻線することができ、１本の太いコイル素線を巻いた場合と等価の巻線を形成することができると共に、各コイル群を各領域別に巻回することから、１つのティースには１本のコイル素線のみが巻回され、ティース毎の引き出し線の数を最小限とすることができる。また、各コイル群の各ティースに対する巻回方向を全て同一方向にすることにより、例えばフライヤ式巻線装置におけるフライヤの回転方向を常に同一方向に回転させつつ巻線を行うことができ、巻線工程を簡素化し得る。さらに、第１のコイル群を巻き始めたティースに隣接するティースから第２のコイル群を巻回することにより、各コイル群の巻き始め同士が隣接し、コイルの端末線の処理が容易になる。また、電機子が三相スター結線されていることにより、１つのコイル群の巻き始めと別のコイル群の巻き終わりとをスター結線の中性点及び入出力端のいずれか一方にすると共に、他の巻き終わりと巻き始めとをスター結線の中性点及び入出力端のいずれか他方にすることができ、好適である。
【００２７】
あるいは、偶数のコイル群に分割された各コイル群の対となるもの同士の巻回方向を逆方向にすることにより、対となる一方の巻き始め及び他方の巻き終わりと、両者の移り変わる部分の渡り線との一方を中性点とし、他方を入出力端とすることにより、各ティースのコイル軸回りに対する電流の流れる方向を同じにすることができると共に、中性点及び入出力端となる各半周分の各端末線がそれぞれ近接するため、コイル巻線の端末処理を容易に行うことができる。その対となるコイル群間で逆方向に巻回していることにより、例えばフライヤ式巻線機により巻線する場合に、一方の巻線後にフライヤの回転方向を逆転させるのみで、電機子を同一の方向（インデックス方向）にのみ回転させて巻線することができ、途中で戻す巻線方法に対して巻線時間を短縮することができ、これらにより、電機子の生産性を向上し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく電機子の巻線状態を示す平面図。
【図２】各コイルの配線をＵ相について示す説明図。
【図３】第２例を示す図１に対応する図。
【図４】第２の例における図２に対応する図。
【図５】第３の例を示す図３に対応する図。
【図６】巻線機の一例を示す模式的説明図。
【図７】並列巻線を示す説明図。
【図８】２コイル群をティースに重ね巻きした例を示す要部拡大図。
【図９】２コイル群をティースに続けて巻いた例を示す要部拡大図。
【符号の説明】
１ 電機子
２ コア、２ａ ティース
１１ コア、１１ａ ティース
１２ フライヤ
１３ ワイヤガイド
Ｌ コイル素線

Claims (4)

1. 多相のモータまたは発電機の電機子のコアに環状に配設された複数のティースに対して当該コアを周方向にインデックスしてコイル素線を巻線するための電機子の巻線構造であって、
   前記相毎にコイル数が互いに同数となる少なくとも２つのコイル群に分割すると共に、前記分割数に応じて前記複数のティースを周方向に複数の領域に分けて、前記各コイル群を前記各領域に配設し、前記相毎に１本の前記コイル素線を用いて前記複数のティースに対するコイルの巻回方向を全て同一方向にして並列巻線したことを特徴とする電機子の巻線構造。
2. 第１のコイル群を巻回した後、前記第１のコイル群を巻き始めたティースに隣接するティースから第２のコイル群を巻回していることを特徴とする請求項１に記載の電機子の巻線構造。
3. 多相のモータまたは発電機の電機子のコアに環状に配設された複数のティースに対して当該コアを周方向にインデックスしてコイル素線を巻線するための電機子の巻線構造であって、
   前記相毎にコイル数が互いに同数となる偶数のコイル群に分割すると共に、前記分割数に応じて前記複数のティースを周方向に複数の領域に分けて、前記各コイル群を前記各領域に配設し、前記相毎に１本の前記コイル素線を用いて前記各コイル群の対となるもの同士の前記各ティースに対する巻回方向を互いに逆方向にして並列巻線したことを特徴とする電機子の巻線構造。
4. 前記対となるコイル群の一方を巻回した後、他方を前記一方の巻回方向とは逆方向に巻回していることを特徴とする請求項３に記載の電機子の巻線構造。

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