(57)【要約】【課題】ステータコアの巻線に発生する渦電流損及び循環電流損を低減するモータの巻線構造を提供する。【解決手段】細径素線６を束ねた素線束７をステータコア４に巻回して得られるモータの巻線構造１において、その断面形状が略円形である細径素線６を束ねた素線束７の断面の縦列の幅とその縦列に略直交する横列との比が略１となるように素線束７を形成する。また、素線束７は、芯となる細径素線６及びそれを取り囲む複数の細径素線６から構成される。【選択図】図１
2008136300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
細径素線を束ねた素線束をステータコアに巻回して得られるモータの巻線構造において、細径素線を束ねた素線束の断面の縦列の幅とその縦列に略直交する横列との比が略１となるように素線束を形成することを特徴とするモータの巻線構造。
【請求項２】
請求項１に記載のモータの巻線構造において、細径素線はその断面形状が略円形であることを特徴とするモータの巻線構造。
【請求項３】
請求項２に記載のモータの巻線構造において、細径素線を束ねた素線束の断面において、縦列の細径素線の数と、その縦列に略直交する横列の細径素線の数とが同じであることを特徴とするモータの巻線構造。
【請求項４】
請求項３に記載のモータの巻線構造において、素線束を構成する細径素線の数は、２以上の数の乗数であることを特徴とするモータの巻線構造。
【請求項５】
細径素線を束ねた素線束をステータコアに巻回して得られるモータの巻線構造において、素線束は、芯となる細径素線及びそれを取り囲む複数の細径素線から構成されることを特徴とするモータの巻線構造。
【請求項６】
請求項５に記載のモータの巻線構造において、芯となる細径素線及びそれを取り囲む複数の細径素線は、それぞれその断面形状が略円形であることを特徴とするモータの巻線構造。
【請求項７】
請求項５又は６に記載のモータの巻線構造において、芯となる細径素線は１つであり、それを取り囲む細径素線は６つであることを特徴とするモータの巻線構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの巻線構造に係り、特に、細径素線を束ねた素線束をステータコアに巻回して得られるモータの巻線構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、モータは、モータ内に回転磁界を発生させるステータ（固定子）とその回転磁界により回転するロータ（回転子）とから構成される。ステータは、回転磁界を形成するために、磁性材料からなる円筒形状のコアからなる。そして、そのコアの内周には、凸部であるステータコアと凹部であるスロット部とが円周方向に交互に配置される。さらに、そのスロット部には、ステータコアに巻く巻線が配置されてステータコアは磁極となる。
【０００３】
図５に、一般的なモータのステータコアにおける巻線構造を示す。このモータの巻線構造１０は、モータ全体のうち、回転するロータ（回転子）３に対向するステータ（固定子）２の巻線部分の部分断面のみを示す。凹部であるスロット部５において、細径素線１６を束ねた素線束１７を、凸部であるステータコア４に複数回にわたり回巻することでコイルが形成される。なお、図５では、従来の巻線構造の例として、素線束１７をステータコア４に対して２回だけ巻回した場合を示すがこの回数に限らない。
【０００４】
図５に示すように、横一列に並べられた複数の細径素線１６を１組のターンとして素線束１７が形成され巻回される。これは、ステータコア４にコイルを形成する際に作業性が良いからである。なお、図５では、第１層目のターンと第２層目のターンとは隣り合わせに並べられているが、ターンごとに俵状に相互にずらして並べられる場合もある。
【０００５】
このように、太径導線を用いずに複数の細径素線１６を束ねて素線束１７とするのは、コイルに発生する渦電流損を低減するためである。図２（ａ）を用いてその原理を説明する。図２（ａ）は、太径導線８を単独で用いた場合である。モータの負荷が高くなり過電流が流れると、磁束（Φ１）が漏れて図２（ａ）に示すように太径導線８に差交する。このとき太径導線８には、電磁誘導現象により、この磁束（Φ１）の変化を妨げるように渦状の渦電流９が流れる。この渦電流９は、太径導線８のもつ電気抵抗により熱を生じる。従って、コイルを流れている電流のエネルギの一部が熱として失われ、いわゆる渦電流損となる。この渦電流９の大きさは、後述するように、太径導線８の直径の２乗に比例して大きくなる。
【０００６】
また、図５に示すような従来の巻線構造の場合、素線束１７にはモータ内に発生した漏れ磁束（Φ２）により循環電流が発生して循環電流損が生じる。図３（ａ）にその原理を示す。並列された複数の細径素線１６の束である素線束１７は、コイルの内側と外側で繋がっている。この素線束１７に、図５に示すような漏れ磁束（Φ２）が通過すると、図３（ａ）に示すように、磁束の変化を妨げるように循環電流１２が発生する。この循環電流１２の大きさは、渦電流９と同様に、素線束１７の幅の２乗に比例して大きくなる。
【０００７】
一方、特許文献１には、スロット部に細径導線を束ねた導線束を複数回だけ巻回してコイルを挿入して得られるステータが開示されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−４２５２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、図５に示す従来のモータの巻線構造は、渦電流損を低減するために、太径導線ではなく細径素線を用いている。しかし、コイルとしての作業性から細径素線を横一列に並べた構成としている。このため、過大な循環電流損が発生するという問題がある。
【００１０】
本願の目的は、かかる課題を解決し、ステータコアの巻線に発生する渦電流損及び循環電流損を低減するモータの巻線構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明に係るモータの巻線構造は、細径素線を束ねた素線束をステータコアに巻回して得られるモータの巻線構造において、細径素線を束ねた素線束の断面の縦列の幅とその縦列に略直交する横列との比が略１となるように素線束を形成することを特徴とする。また、この細径素線は、その断面形状が略円形であることが好ましい。
【００１２】
また、モータの巻線構造は、細径素線を束ねた素線束の断面において、縦列の細径素線の数と、その縦列に略直交する横列の細径素線の数とが同じであることが好ましい。
【００１３】
また、モータの巻線構造は、素線束を構成する細径素線の数が、２以上の数の乗数であることが好ましい。
【００１４】
また、本発明に係るモータの巻線構造は、細径素線を束ねた素線束をステータコアに巻回して得られるモータの巻線構造において、素線束は、芯となる細径素線及びそれを取り囲む複数の細径素線から構成されることを特徴とする。また、芯となる細径素線及びそれを取り囲む複数の細径素線は、それぞれその断面形状が略円形であることが好ましい。
【００１５】
さらに、モータの巻線構造は、芯となる細径素線が１つであり、それを取り囲む細径素線が６つであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
上記構成により、モータの巻線構造は、細径素線を束ねた素線束を一つのターンとすることから、太径導線と比較して細径素線に生じる渦電流が小さくなる。これにより、コイルに発生する渦電流損を低減することが可能となる。
【００１７】
また、細径素線を束ねた素線束の断面の縦列の幅とその縦列に略直交する横列との比が略１となるような細径素線の束として素線束を形成することから、後述するように、漏れ磁束による循環電流が小さくなる。これにより、コイルに発生する循環電流損を低減することが可能となる。
【００１８】
以上のように、本発明に係るモータの巻線構造によれば、ステータコアの巻線に発生する渦電流損及び循環電流損を低減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。
【００２０】
図１に、モータの巻線構造の一つの実施形態の概略構成を示す。モータの巻線構造１は、ロータ３に対向するステータ２のスロット部５において、細径素線６を束ねた素線束７をステータコア４に巻く構造である。この素線束７は、細径素線６を束ねた素線束７の断面の縦列の幅とその縦列に略直交する横列との比（アスペクト比）が略１となるように形成される。本実施の形態では、素線束７は４本の細径素線６の束とする。この場合には、素線束７の断面のアスペクト比は略１となる。
【００２１】
図２に示す渦電流の発生原理を用いて説明する。図２（ｂ）に示すように、細径素線６に磁束（Φ１）が差交すると、磁束の変化を妨げるように渦電流１１が各細径素線６に流れる。この渦電流１１により生じる渦電流損（Ｐe）は次式で表される：
Ｐe＝ｋe（ｔｆＢm）2／ρ
ここに、ｔ：板厚
ｆ：周波数
Ｂm：最大磁束密度
ρ：磁性体の抵抗率
ｋe：比例定数
である。このように、渦電流損は、細径素線６の板厚の２乗に比例する。すなわち細径素線６の直径に比例することになる。例えば、図２（ａ）に示す直径ｄ１である太径導線８に代えて、図２（ｂ）に示す直径ｄ２である細径素線６を用いた場合には、渦電流損は（ｄ２／ｄ１）2だけ低減されることになる。従って、図２（ａ）のように太径導線８を単独で用いた場合に比べて、図２（ｂ）に示す本実施形態での細径素線６の束とした構成は、渦電流損を大幅に減少することが可能となる。
【００２２】
また、図３に、細径素線６を束ねた素線束７に発生する循環電流について示す。図３（ａ）は、従来の細径素線１６を横並びに並べた素線束１７に、図５に示すように漏れ磁束（Φ２）が差交した場合に発生する循環電流１２を示す。図３（ｂ）は、本発明に係る素線束７の一面に、図１に示すように漏れ磁束（Φ２）が差交した場合に発生する循環電流１３を示す。これらの場合には、循環電流損は素線束７、１７の幅（ｗ）の２乗に比例する。従って、図３（ａ）のように細径素線１６を横並びに並べた場合に比べて、図３（ｂ）に示す本実施形態での細径素線６の束とした構成は、循環電流損を大幅に減少することが可能となる。
【００２３】
図４に、細径素線６を束ねた素線束７の断面を示す。図４（ａ）は、本実施形態での細径素線６の束とした構成である。また、図４（ｂ）は、従来の細径素線１６を横並びに並べた素線束１７である。上述した循環電流１２，１３を発生させる漏れ磁束（Φ２）が任意の方向から素線束７，１７に差交する場合を比較する。図４（ａ）に示す本実施形態での細径素線６の束の場合には、その幅の最小値（Ｌ１）と最大値（Ｌ２）は図に示す方向となり、循環電流損の最小値（Ｌ１）に対する最大値（Ｌ２）の比は略２である。つまり、どの方向から漏れ磁束（Φ２）が差交しても循環電流損は最小値での損失の略２倍以内となる。一方、図４（ｂ）に示す従来の細径素線１６を横並びに並べた素線束１７の場合、その幅の最小値（Ｌ１）と最大値（Ｌ２）は図に示す方向となり、循環電流損の最小値（Ｌ１）に対する最大値（Ｌ２）の比は略１６となる。この図４（ｂ）の最大値（Ｌ２）での循環電流損は、図４（ａ）の場合の最大値（Ｌ２）の循環電流損と比較しても略２倍となる。この図４（ｂ）の従来の細径素線１６を横並びに並べた素線束１７の場合には、最小値（Ｌ１）の近傍の方向を除き、その幅はほとんどの方向で最大値（Ｌ２）に近い値となる。つまり、ほとんどの方向から漏れ磁束（Φ２）が差交した場合に、循環電流損は大きな値となる。
【００２４】
このことは、本実施形態での細径素線６による束の構成のように、コンパクトにした束とすることで、任意の方向から差交する漏れ磁束（Φ２）に対して循環電流損を一様に低減することが可能であることを示す。
【００２５】
図４（ａ）に示すように、本実施形態では素線束７は４本の細径素線６を略正方形になるように並べた束であるが、縦列の細径素線６の数とその縦列に略直交する横列の細径素線６の数が同じであれば、同様に略正方形となる。例えば、縦３本及び横３本で総数が９本であっても良い。つまり、素線束７を構成する細径素線６の総数が２以上の数の乗数であれば良い。
【００２６】
また、図４（ｃ）に、細径素線６を束ねた素線束７の構成の他の実施例を示す。素線束７は、芯素線１４及びそれを取り囲む複数の外周素線１５から構成される。本実施例では、芯素線１４が１本であり、外周素線１５が６本の場合である。このように細径素線６を束ねることで素線束７の断面形状は円形に近くなる。従って、その幅の最小値（Ｌ１）と最大値（Ｌ２）は図に示す方向となり、ほとんど差がない。すなわち、循環電流１３の大きさに関係する素線束７の幅はほとんど方向性がなくなる。つまり、この素線束７の構成によれば、漏れ磁束の方向にかかわらず、循環電流損を一定の範囲内に押えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係るモータの巻線構造の一つの実施形態の概略構成を示す断面図である。
【図２】太径導線及び細径素線に発生する渦電流を示す説明図である。
【図３】細径素線を束ねた素線束に発生する循環電流を示す説明図である。
【図４】細径素線を束ねた素線束の構成を示す断面図である。
【図５】一般的なモータのステータコアにおける巻線構造の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１，１０  モータの巻線構造、２  ステータ（固定子）、３  ロータ（回転子）、４  ステータコア、５  スロット部、６  細径素線、７  素線束、８  太径導線、９，１１  渦電流、１２，１３  循環電流、１４  芯素線、１５  外周素線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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