JPH0739097A - 電動機 - Google Patents

電動機

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JPH0739097A
JPH0739097A JP5178331A JP17833193A JPH0739097A JP H0739097 A JPH0739097 A JP H0739097A JP 5178331 A JP5178331 A JP 5178331A JP 17833193 A JP17833193 A JP 17833193A JP H0739097 A JPH0739097 A JP H0739097A
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JP
Japan
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coil
phase
coils
electric motor
forming
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JP5178331A
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English (en)
Inventor
Yasumi Kawabata
康己 川端
Tetsuya Miura
徹也 三浦
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Priority to US08/266,869 priority patent/US5623178A/en
Publication of JPH0739097A publication Critical patent/JPH0739097A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00Details of windings
    • H02K3/46Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/50Fastening of winding heads, equalising connectors, or connections thereto
    • H02K3/505Fastening of winding heads, equalising connectors, or connections thereto for large machine windings, e.g. bar windings
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00Details of windings
    • H02K3/04Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/12Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2203/00Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the windings
    • H02K2203/09Machines characterised by wiring elements other than wires, e.g. bus rings, for connecting the winding terminations

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)
  • Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】 スロット30に挿入される成形コイル20と
他の同相スロット30に属する成形コイル20とを、連
結部材(10U、10V、10W、12U、12V、1
2W)中の絶縁層を介して電動機の回転軸方向に積層さ
れた電導材によって個別に接続する。 【効果】 コイルエンドの回転軸方向への突出量を低減
して電動機の小型化及び軽量化が可能となる。更に、簡
単な構成・製造工程で渡りコイルの寸法精度を向上させ
電動機の特性を飛躍的に向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電動機のコイルの構造
に関し、特に電気定数のバラツキを低減し出力向上を図
ると共に、電動機の回転軸方向へのコイル端の突出を低
減させるための電動機のコイル構造に関する。
【0002】
【従来の技術】図10に従来例に係る電動機のステータ
の端面におけるコイル構造を示す。
【0003】この従来例に係る電動機は3相モータであ
り、ステータ鉄心24には所定個数のスロット30が形
成されている。このスロット30内には各相のコイル1
1U,11V及び11Wが挿入されている。これらのコ
イル11U,11V及び11Wはそれぞれ複数本の導線
が束ねられた構造を有しており、対応するスロット30
間を引き回されている。なお、各コイル11U,11V
及び11Wのうち、ステータ鉄心24の端面に引き回さ
れている部分(コイルエンド)を、特にスロット間の渡
りコイルと呼ぶ。
【0004】これらのコイル11U,11V及び11W
に3相電流が供給されると、3相交番磁界が発生する。
図10においては、ステータ鉄心24及びロータ27は
直線状に描かれているが、実際にはステータ鉄心24及
びロータ27は円筒状である。ステータ鉄心24の内側
に形成される円筒状の空間には、ロータ27が配置され
ている。ロータ27のステータ鉄心24対向面には永久
磁石26が取り付けられている。従って、コイル11
U,11V及び11Wの励磁によって3相交番磁界が発
生すると、ロータ27にトルクが発生し回転する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このようなコイル構造
においては、いわゆる線績率が小さくなってしまうとい
う問題があった。
【0006】即ち、複数の導線を束ねたコイルをステー
タ鉄心のスロットに巻回する構成は、電動機の組み立て
にあたってその作業性を向上させる上で都合が良いが、
反面で、スロット内におけるコイルの占有体積比率(線
績率)を50%以下としてしまい、その結果、電動機の
小型化が制限されていた。また、複数の導線を束ねてコ
イルを構成すると、渡りコイルの寸法が大きくなってし
まい、この面からも電動機の小型化は不利であった。更
に、導線の巻回を手巻きにより行うと、インダクタンス
のばらつきも生じてしまう。
【0007】(関連技術)これを解決するために、コイ
ルの各スロット内に挿入される部分(コイル辺)と、ス
テータ鉄心の端面を引き回される部分(コイルエンド)
とを別の部材で構成して1つのコイルとすることが本願
出願人が先に出願した特願平5−1227号に提案され
ている。図11を用いて、以下にこの構成を説明する。
【0008】図11において、コイルは、各スロット内
に挿入可能にバー形状に成形された成形コイル20d
(コイル辺)と、屈曲を有するバー形状の一対の渡りコ
イル13,13´(コイルエンド)とから構成されてい
る。ここで、成形コイル20dは、それぞれ対応するス
ロット30内に積層組み込みされている。この積層方向
は電動機の径方向である。
【0009】スロット30間の渡りコイル13,13´
は、屈曲を有するバー形状であって、電動機の径方向に
互いに所定間隔離されて配置され、対応する成形コイル
20dの端面に接合されている。配置の間隔は、渡りコ
イル13,13´を成形コイル20dに接合する際、一
つの相間の渡りコイル13,13´の間隔空間に、他の
相の渡りコイル13,13´を引き回し可能とするため
の間隔である。なお、成形コイル20d及び渡りコイル
13,13´の表面は、成形コイル20dと渡りコイル
13,13´との接合部を除き絶縁処理されている。
【0010】なお、図11においては図10と同様にス
テータ鉄心24及びロータ27が直線状に描かれている
がこれは図示の簡略化のためであり、実際には円筒状で
ある。
【0011】しかしながら、図11に示したごとき構成
では、スロット内の線積率は向上するものの、渡りコイ
ルとしてバー形状に成形しているので、重い上に渡りコ
イルの寸法のばらつきが大きかった。この寸法のばらつ
きは電動機のインダクタンスのばらつきとなり、電動機
の性能を低下させる原因となってしまう。また、渡りコ
イルは、成形コイルとの接合部を除いたその表面を絶縁
処理しているだけであるので、スロット間の渡り部分に
おける絶縁信頼性が低かった。
【0012】本発明は、これらの課題を解消するために
なされたもので、スロット内におけるコイル辺の高い線
積率を実現し、またコイルエンドの回転軸方向への突出
量を低減して電動機の長さの短縮化及び軽量化を可能と
しつつ、渡りコイルの寸法精度の向上及びスロット間の
渡り部分における絶縁信頼性を簡単な構成、簡単な製造
工程で向上させ、特性の極めて高い電動機を提供するこ
とを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る電動機は、複数個のスロットが形成さ
れたステータ鉄心を有するN相(N:自然数)駆動電動
機であって、各スロットに挿入されるL個(L:自然
数)の成形コイルと、前記スロット内のL個の前記成形
コイルと前記スロットと同相の他の前記スロット内のL
個の前記成形コイルとをそれぞれ個別に接続し、前記ス
テータ鉄心の端部に配置され、電動機の回転軸方向に絶
縁層を介して積層された電導材から構成される連結部材
とを有することを特徴とする。
【0014】さらに、前記連結部材は複数の電通管を有
し、前記電通管は、成形コイルの端部が嵌入可能であっ
て、前記嵌入される成形コイル及び前記成形コイルに対
応する前記電導材と電気的に接続され、他の成形コイル
に対応する電導材とは絶縁されることを特徴とする。
【0015】また、前記成形コイルは、前記成形コイル
が嵌入される電通管に、はんだ付け又はカシメ部材によ
る方法又は溶接によって電気的に接続されることを特徴
とする。
【0016】電動機がN相M極(N,M:自然数)であ
る場合において、N×M/2が偶数の時は、前記成形コ
イル間を接続する前記電動機の径方向の外周側と内周側
とに配される同相の前記連結部材の数が等しいことを特
徴とする。
【0017】
【作用】本発明に基づく電動機では、各スロットに挿入
される所定本数の成形コイルと他の同相スロットに属す
る成形コイルとを、連結部材(以下渡りコイル)中の絶
縁層を介して電動機の回転軸方向に積層された電導材に
よって個別に接続する。従って、複数の導体を束ねるこ
となしに、各相のコイルが構成される。このため、イン
ダクタンスのばらつきやトルク変動等が小さくなり電動
機の効率が向上し、連結部材の使用によってコイルエン
ドの回転軸方向への突出量を低減できるのでこの軸方向
への電動機の長さの短縮化が可能となる。また、各成形
コイルを連結部材の電通管に嵌入し電気的接続すること
により1つのコイルを構成できるので、製造時の作業性
が確保される。そして、複数の導線を束ねて各相コイル
としていた場合に発生していたスロット内空間の遊びを
低減でき、線績率が向上する。
【0018】
【実施例】以下、この発明の実施例を図を用いて説明す
る。
【0019】(実施例1)図1は、本発明の実施例に係
る3相駆動の電動機の要部を回転軸方向からみた図であ
る。また、図2(a)は図1のI −I ´線、図2(b)
は図1のII−II´線に沿った断面図であり、図3は成形
コイルと連結部材(以下渡りコイル)との接合部の拡大
図である。なお、図10及び図11と同一部材には同一
符号を付し説明を省略する。
【0020】積層構造のステータ鉄心24には、複数の
スロット30が形成されている。スロット30内には成
形コイル20が挿入され、ロータ27のステータ鉄心2
4対向面には永久磁石26が4つ取り付けられ、4極の
電動機を構成している。ここで図には1スロット30内
に3本の成形コイル20が挿入されている例を示した
が、数はこれに限らず、また成形コイル20を板状と
し、図11に示したように電動機の径方向に積層組み込
みしても良い。
【0021】本実施例における電動機は、互いに120
゜位相のずれたU相V相W相の3相電流によって駆動さ
れている。
【0022】U相では、ステータ鉄心24の端部であっ
て電動機の径方向に対して外側に配置されたU相外コイ
ル10U,10U´によって、スロット30+U,30
−U内の成形コイル20間が接続され1つのU相コイル
が構成され、径方向に対して内側に配置されたU相内コ
イル12U,12U´によって、スロット30+U,3
0−U内の成形コイル20間が接続されもう1つのU相
コイルが構成されている。
【0023】一方、U相と同様にV相及びW相も、V相
外コイル10V,V相内コイル12V,W相外コイル1
0W,W相内コイル12Wによってそれぞれ対応する成
形コイル20間が接続され、2つのV相コイルと、2つ
のW相コイルとが構成されている。
【0024】各相の外コイルと内コイルとは図2に示す
ように、電動機の径方向及び回転軸方向にずらして配置
されている。図2(a)に示すようにU相スロット部分
では、U相外コイル10U,10U´が径方向の外側で
あって、回転軸方向に対してステータ鉄心24端部上の
低い位置に絶縁スペーサ28によって位置決めされてい
る。これに対しV相の成形コイル(図示されず)間を接
続するV相内コイル12V,12V´は、U相外コイル
10Uとできるだけ交差しないように、径方向の内側で
あって、回転軸方向に対してステータ鉄心24端部上の
高い位置に絶縁スペーサ28によって位置決めされてい
る。
【0025】また、図2(b)に示すようにV相スロッ
ト部分では、U相外コイル10U,10U´は、径方向
の外側であって、回転軸方向に対してステータ鉄心24
端部上の低い位置に絶縁スペーサ28によって位置決め
されている。これに対しV相の成形コイル(図示され
ず)を接続するV相内コイル12V,12V´は、U相
外コイル10Uとできるだけ交差しないように、径方向
の内側であって、回転軸方向に対してステータ鉄心24
端部上の高い位置に絶縁スペーサ28によって位置決め
されている。
【0026】なお、各相間でインダクタンス等のモータ
定数のばらつきが生じないように、各相において設けら
れる外コイルと内コイルの数は等しくされ、ステータ鉄
心24の端部に均等配置されている。
【0027】本実施例では3相4極の電動機の例を示し
ているが、N相M極(N,M:自然数,≦1)の場合、
N×M/2が偶数であれば各相の外コイルと内コイルの
数が各相ごとに異ならず、各相間のモータ定数のアンバ
ランスが抑制され電流損失が低減できる。
【0028】渡りコイル(外コイル及び内コイル)は、
各スロット30内に挿入される成形コイル20の数に対
応した総数の電導材14と絶縁層16とが交互に積層さ
れて構成されている。電導材14は、同相スロット30
(U相ではスロット30+U,30−U、V相ではスロ
ット30+V,30−V、W相ではスロット30+W,
30−W)間のそれぞれの成形コイル20に対応してこ
れらの成形コイル20を個別に接続している。本実施例
では1スロット30当たりの成形コイル20の数は3本
であるので電導材14も間に絶縁層を介して3層形成さ
れている。
【0029】更に、本実施例による渡りコイル10U´
には、W相の2つのコイル、即ち、W相内コイル12W
に係るコイルとW相外コイル10Wに係るコイルとを接
続するための電導材32Wが設けられている。この電導
材32Wよって、W相の2つのコイルが接続されてい
る。具体的には、図1のW相のスロット30−W内の成
形コイル20の一つと、W相のスロット30+W内の成
形コイル20の1つが電導材32Wによって接続されて
いる。図には示されていないがU相、V相でも同様に、
電導材32U、32Vによって、U相V相の複数のコイ
ルがそれぞれ接続されている。
【0030】渡りコイルと成形コイルとの接合部分は、
例えば図3に拡大して示すような構造になっている。渡
りコイル10には、成形コイル20を1対1で嵌入可能
な電通管18が形成されている。この電通管18には、
電通管18に嵌入される成形コイル20に対応する電導
材14のみが接続され、他の成形コイル20に対応する
電導材14とは絶縁層16によって絶縁されている。従
って、図中の2本の成形コイル20にはそれぞれ別の電
導材14が接続されている。
【0031】電通管18と成形コイル20とは、電通管
18に成形コイル20を嵌入した後、両者の間隙に注入
されるはんだ部材22によってその電気的接続が行われ
ている。
【0032】ここで、成形によって製造されたバー形状
の渡りコイルの寸法精度はmm単位であるが、本実施例
の連結部材(渡りコイル)は、電動機の回転軸方向に絶
縁層を介して電導材を積層または張合わせプロセスによ
って製造されるので、精密なプリント配線基板等の製造
技術が適用可能であって、その寸法精度はμm単位と非
常に高い。従って、本実施例によれば、簡単な構成でコ
イルエンドを小さくかつ電動機のインダクタンスのばら
つきをより一層低減することが可能である。また、各成
形コイルを接続する連結部材内の電導材は精度の高い積
層技術によってその間に絶縁層が形成され絶縁されるの
で、電導材間の絶縁性も良好である。
【0033】はんだ部材22による電気的接続をさらに
向上させるためには、成形コイル20の構造を、例えば
図4(a)(b)に示すようすれば良い。
【0034】なぜならば、図3の成形コイル20はその
熱容量が大きいためはんだ付けの品質確保に多少の難が
ある。これに対し、図4(a)の成形コイル20aは全
体に穴36が設けられた中空パイプ形状をしている。図
4(b)の成形コイル20bは、渡りコイル10に嵌入
される端部のみに穴34を設けて中空としている。
【0035】従って、図4に示すように、少なくともは
んだ付けが行われる成形コイル端部を中空とすればその
熱容量を下げることができ、比較的短時間で品質の安定
したはんだ付けが可能となる。また、必要な成形コイル
材料が減るので、電動機の軽量化や材料コストの削減が
できる。
【0036】成形コイルと渡りコイルとの電気的接続方
法の他の例は、図5に示すようなカシメ材50を用いる
ことである。中空部52が設けられた成形コイル20c
にカシメ材50をかしめ、これによって成形コイル20
cの径を拡張させて渡りコイル10に成形コイル20c
を密着させて電気的接続をとっている。カシメ材50を
かしめるだけで電気的接続ができるので製造時の組み立
て作業性は極めて高い。更に、他の方法として超音波溶
接等の溶接法を用いることもできる。
【0037】(実施例2)次に、本発明の電動機の別の
実施例について説明する。
【0038】図6は、本実施例に係る3相駆動の電動機
の要部を回転軸方向からみた図である。また、図7は図
6の側面及びIII −III ´線に沿った一部断面図、図8
は図7の成形コイルとステータ鉄心の一端側の渡りコイ
ルとの接合部の拡大図、図9は図7の成形コイルとステ
ータ鉄心の他方端側の渡りコイルとの接合部の拡大図で
ある。なお、図1、図2、図3及び図4と同一部材には
同一符号を付し説明を省略する。
【0039】本実施例における電動機も実施例1と同様
に、互いに120゜位相のずれたU相V相W相の3相交
流によって駆動される電動機である。積層構造のステー
タ鉄心24には、複数のスロット30が形成されてい
る。スロット30内には成形コイル20bが挿入され、
図示しないロータのステータ鉄心24対向面には永久磁
石が取り付けられる。ここで、図には1スロット30内
に3本の成形コイル20bが挿入されている例を示した
が、数はこれに限らず、また成形コイル20bを板状と
して図11に示したように電動機の径方向に積層組み込
みしても良い。
【0040】本実施例で特徴的なことは、1つの渡りコ
イル48によってU相V相W相の成形コイル20bがそ
れぞれ接続されていることである。
【0041】この渡りコイル48は、1スロット30内
に挿入される成形コイル20bの数をLとすると電導材
14が絶縁層16を介してL×2層積層されて構成され
ている。本実施例のように3相の電動機であって1スロ
ット30に挿入される成形コイル20bが3本の場合、
図8のようにU相のスロットにおいては、3層の電導材
14U,14U´によってこのスロット30内の3本の
成形コイル20bが他のU相スロット30の3本の成形
コイル20bにそれぞれ接続される。同一断面にはV相
の成形コイル(図示しない)20bを個別に接続する電
導材14V,14V´もそれぞれ3層積層され引き回さ
れている。
【0042】また、渡りコイル48には、成形コイル2
0bを1対1で嵌入可能な電通管18が設けられてい
る。図8においては、各電通管18は嵌入されるU相の
成形コイル20bに対応する1層の電導材14U,14
U´と接続され、他の成形コイル20bに対応する電導
材14U,14U´及びV相の電導材14V,14V´
とは絶縁されている。
【0043】電通管18と成形コイル20bとは、電通
管18に成形コイル20bを嵌入した後、両者の間隙に
注入されるはんだ部材22によってその電気的接続が行
われている。本実施例では端部が中空の成形コイル20
bを用いたが、図4(a)のごとき中空パイプ形状に成
形された成形コイル20bであっても良く、また、中空
部のないものであっても良い。さらに、電通管18と成
形コイル20bとの電気的接続を図5に示すようにカシ
メ部材50を用いる方法、または超音波溶接等の溶接法
を用いても良い。
【0044】U相と同様に、V相及びW相のスロット内
の成形コイルも渡りコイル48,48´内の対応する電
導材14によってそれぞれ接続されている。
【0045】このようにして同相の対を成すスロット3
0(U相ではスロット30+U,30−U、V相ではス
ロット30+V,30−V、W相ではスロット30+
W,30−Wに相当する)内に挿入された成形コイル2
0bと、この成形コイル20をそれぞれ接続する渡りコ
イル48の電導材14とによって1つのコイルが構成さ
れている。
【0046】更に、図9の渡りコイル48´には、電導
材14U´,14V´とは別に、W相の2のコイルを接
続するための電導材32Wが設けられている。図示して
いないがU相V相の複数のコイルも同様にしてそれぞれ
接続されている。
【0047】なお、図7及び図8の46は3相のコイル
をスター(Y)接続するための中性点結合リング、4
0,42,44は各相への接続点である。この中性点結
合リング46は、実施例1の構成にも適用可能である。
【0048】以上述べたような構造の渡りコイルを用い
れば、少ない工程数で電導材の寸法精度が高く、特性の
極めて高い電動機を製造することが可能である。また、
コイルに使用する材料を低減でき、同時にコイルエンド
を小さくすることができるので電動機の小形化・軽量化
が実現できる。
【0049】なお、実施例1及び実施例2には3相4極
型の電動機について説明したが、本発明の構成は、この
型の電動機に限らず効果を有する。
【0050】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る電動
機によれば、スロット内におけるコイル辺の高い線積率
が実現され、またコイルエンドの回転軸方向への突出量
を低減して電動機の長さの短縮化及び軽量化が可能とな
る。更に、簡単な構成・製造工程で渡りコイルの寸法精
度及びスロット間の渡り部分における絶縁信頼性を向上
させ、電動機の特性を飛躍的に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る電動機の要部を回転軸方
向からみた図である。
【図2】図1のI −I ´線、及びII−II´線に沿った断
面図である。
【図3】本発明の実施例に係る成形コイルと連結部材と
の接合部の拡大図である。
【図4】本発明の実施例に係る成形コイルの構造を示す
図である。
【図5】本発明の実施例に係る成形コイルと渡りコイル
との電気的接続方法を示す図である。
【図6】本発明の別の実施例に係る電動機の要部を回転
軸方向からみた図である。
【図7】図6の側面及びIII −III ´線に沿った断面図
である。
【図8】図7の成形コイルとステータ鉄心の一端側の渡
りコイルとの接合部の拡大図である。
【図9】図7の成形コイルとステータ鉄心の他方端側の
渡りコイルとの接合部の拡大図である。
【図10】従来例に係る電動機のステータ鉄心の端面に
おけるコイルの構造を示す図である。
【図11】別の従来例に係る電動機の同相のコイルの構
造を示す図である。
【符号の説明】
10 渡りコイル 10U U相外コイル 10V V相外コイル 10W W相外コイル 12U U相内コイル 12V V相内コイル 12W W相内コイル 14 電導材 16 絶縁層 18 電通管 20、20a、20b、20c、20d 成形コイル 22 はんだ部材 24 ステータ鉄心 26 永久磁石 27 ロータ 28 絶縁スペーサ 30 スロット 30+U、30−U U相スロット 30+V、30−V V相スロット 30+W、30−W W相スロット 50 カシメ部材

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数個のスロットが形成されたステータ
    を有するN相(N:自然数)駆動電動機であって、 各スロットに挿入されるL個(L:自然数)の成形コイ
    ルと、 前記スロット内のL個の前記成形コイルと前記スロット
    と同相の他の前記スロット内のL個の前記成形コイルと
    をそれぞれ個別に接続し、前記ステータの端部に配置さ
    れ、電動機の回転軸方向に絶縁層を介して積層された電
    導材から構成される連結部材と、 を有することを特徴とする電動機。
  2. 【請求項2】 前記連結部材は複数の電通管を有し、 前記電通管は、成形コイルの端部が嵌入可能であって、
    前記嵌入される成形コイル及び前記成形コイルに対応す
    る前記電導材と電気的に接続され、他の成形コイルに対
    応する電導材とは絶縁されることを特徴とする請求項1
    記載の電動機。
  3. 【請求項3】 前記成形コイルは、前記成形コイルが嵌
    入される電通管に、はんだ付け又はカシメ部材による方
    法又は溶接によって電気的に接続されることを特徴とす
    る請求項1記載の電動機。
  4. 【請求項4】 電動機がN相M極(N,M:自然数)で
    ある場合において、N×M/2が偶数の時は、前記成形
    コイル間を接続する前記電動機の径方向の外周側と内周
    側とに配される同相の前記連結部材の数が等しいことを
    特徴とする請求項1記載の電動機。
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