(57)【要約】【課題】ステータコイル内部での渦電流の発生を抑制可能な電動機の巻線構造を提供する。【解決手段】電動機のステータコア１Ｂのティース部１Ａに集中巻されたステータコイル２を構成する導線が、巻回された状態で少なくともコイル表面側に位置する並列導線２Ａの導体断面積を、互いに絶縁された複数の導線２１〜２４を電気的に並列に接続することで、小さくした。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータコアのティース部に集中巻されたステータコイルを備える電動機の巻線構造において、
１つのコイルを構成する導線が、巻回された状態で少なくとも表面側に位置するコイル部分で互いに絶縁された複数の導線を電気的に並列に接続して構成することを特徴とする電動機の巻線構造。
【請求項２】
前記１つのコイルを構成する導線が、ティース部への巻始めから巻終りの間において互いに絶縁された複数の導線により形成し、前記巻始め部分および巻終り部分において前記複数の導線同士を電気的に接続して構成することを特徴とする請求項１に記載の電動機の巻線構造。
【請求項３】
前記互いに絶縁された複数の導線は、機械的に接合されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動機の巻線構造。
【請求項４】
前記互いに絶縁された複数の導線は、個々の導線形状をモータの径方向に短辺であり周方向に長辺である略長方形もしくは楕円形断面を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一つに記載の電動機の巻線構造。
【請求項５】
ステータコアのティース部に集中巻されたステータコイルを備える電動機の巻線構造において、
１つのコイルを構成する導線は、巻回された状態で少なくともコイル表面側に位置する導線の導体断面積をコイル内側の導線に対して小さく形成したことを特徴とする電動機の巻線構造。
【請求項６】
前記１つのコイルを構成する導線が、巻回された状態で表面側に位置するコイル表面側導線と、表面側導線とは導体断面積を異ならせてコイル内側に巻回されたコイル内側導線と、を巻始め部分および巻終り部分において電気的に接続して構成することを特徴とする請求項５に記載の電動機の巻線構造。
【請求項７】
前記１つのコイルを構成する導線が、巻回された状態でコイル内側導線と、前記コイル内側導線に直列接続されてコイル表面側に巻回されるコイル表面側導線とで構成し、コイル内側導線とコイル表面側導線との断面積を異ならせたことを特徴とする請求項５に記載の電動機の巻線構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機の巻線構造に関し、特に、ステータのティース部に集中巻される電動機の巻線構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から高トルク化および高出力化を狙い、しかも小型化の要求にも対応するため、回転子コア内部に永久磁石を埋設し、且つ、ステータコイルを集中巻とする永久磁石埋め込み型同期モータが提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−６９７１７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例のように集中巻されたステータコイルを備える永久磁石埋め込み同期モータにおいては、一般的な分布巻と比較して、ステータのティース数が少なくなる傾向にあり、ティース間距離が大きくなり、結果的にコイルが巻回されているスロット部を通過する漏れ磁束も大きくなる傾向にある。このため、スロット部を通過する磁束はそこに巻回されている導体であるコイル内部に損失となる渦電流を発生させ、コイル温度の上昇に伴う銅損増大と併せて、モータの効率を著しく悪化させる要因となっている。
【０００５】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、ステータコイル内部での渦電流の発生を抑制可能な電動機の巻線構造を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電動機のステータコアのティース部に集中巻されたステータコイルを構成する導線が、巻回された状態で少なくともコイル表面側に位置する導線の導体断面積を、互いに絶縁された複数の導線を電気的に並列に接続して構成するか、若しくは、コイル内側の導線に対して細く形成することで小さくした。
【０００７】
【発明の効果】
したがって、本発明では、巻回された状態で少なくともコイル表面側に位置する導線の導体断面積を小さく形成したため、漏れ磁束の時間的変化に対応して生ずる渦電流（損失）を小さく抑制でき、コイル内の渦電流損を大幅に抑制し、モータの効率向上が可能である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電動機の巻線構造を各実施形態に基づいて説明する。
【０００９】
（第１実施形態）
図１〜図３は、本発明を適用した電動機の巻線構造の第１実施形態を示し、図１は第１実施例のステータの部分断面図、図２は第２実施例のステータの部分断面図、図３は第３実施例のステータの部分断面図である。
【００１０】
電動機の巻線構造の第１実施例を示す図１において、ステータ１は、モータ内周側（ロータ側）に向かって凸形状のティース部１Ａを備える円筒状のステータコア１Ｂと、ステータコア１Ｂのティース部１Ａに集中巻によって巻回するステータコイル２とからなり、ステータコイル２を集中巻した３Ｎ個（Ｎは１以上の整数）以上のティース部１Ａを周方向に配置して備える。
【００１１】
前記ステータコア１Ｂは、円筒状のヨーク部１Ｃの内周側に突出させて前記周方向に複数配置したティース部１Ａを備え、通常は、ヨーク部１Ｃと複数のティース部１Ａとを含む形状の磁性鋼板を軸方向に複数枚積層した状態で一体化して構成する。
【００１２】
前記ステータコイル２（以下、コイルという）は、銅等の高導電材料の導体にエナメル等の絶縁材料で皮膜を施した導線により形成される。ティース部１Ａに集中巻により巻回するコイル２の巻始めから巻終りまでの間は、一般的な導線よりも導体断面積の小さい導線２１〜２４を複数、例えば、４本毎に束ねた状態の並列導線２Ａとし、図示しない巻始め端および巻終り端からの引き出し部分では、束ねた状態の並列導線２Ａ（２１〜２４）同士を互に電気的に接続して構成し、結果として、巻始めから巻終りまでの間の並列導線２Ａ（２１〜２４）同士は電気的に並列接続された状態とする。束ねた状態の並列導線２Ａ（２１〜２４）同士の間においても、互いの接触による直接的な電気的な導通を阻止するよう、エナメル等の絶縁材料で皮膜を施して導線毎に絶縁する。図１には、ステータコア１Ｂのティース部１Ａに集中巻されたコイル２の並列導線２Ａ（２１〜２４）が４本毎に束ねられた状態でその夫々が断面図示されている。
【００１３】
このステータのコイル２に所定の電流を流すと、ティース部１Ａとステータ１内周側にエアギャップを介して設置された、図示しないロータとの間に磁気作用を生じ、永久磁石を埋設したロータを回転させる。このとき、ステータ１の隣り合うティース部１Ａ間には、ロータとの磁気作用に関与しない漏れ磁束が生じることがある。この漏れ磁束はコイル２の内周側（ロータ側）部分で最も大きくなることが知られており、また、この漏れ磁束はコイル２の電流変化あるいはロータの回転によって時間的に変化する。即ち、前記漏れ磁束は励磁電流が大きいほど大きくなり、また励磁電流の周波数が高いほど時間変化が大きくなる。前記漏れ磁束の時間的変化が生じると、コイル２を形成する導線２１〜２４内に渦電流が発生することになる。
【００１４】
しかしながら、本実施形態の電動機の巻線構造においては、ステータコイル２のステータ１のティース部１Ａに集中巻により巻回する巻始めから巻終りまでの間の並列導線２Ａは、複数、例えば、４本毎に束ねた状態の、一般的な導線よりも導体断面積の小さい導線２１〜２４としているため、励磁電流に対する抵抗の増加を小さく抑えることができる。しかも、並列導線２Ａ（２１〜２４）は各導体断面積が小さいため、前記漏れ磁束の時間的変化に対応して生ずる渦電流（損失）を小さく抑制できる。このため、励磁電流に対する抵抗により生ずる銅損の増大なしにコイル内の渦電流損を大幅に抑制し、モータの効率向上が可能である。
【００１５】
なお、本実施例では、並列導線２Ａ（２１〜２４）として一般的な導線より導体断面積の小さい導線２１〜２４を４本毎に束ねる場合について説明したが、図示しないが、他の本数毎に束ねるものであってもよい。また、並列導線２Ａ（２１〜２４）を束ねた状態で巻回する場合について説明したが、図示しないが、束ねることなく、並列導線２Ａ（２１〜２４）の１本１本の導線２１〜２４を所定の回数巻く作業を、並列導線２Ａ（２１〜２４）の本数分、例えば、４回繰り返し、その後に各導線２１〜２４の端部を互に接続して並列とするものであってもよく、同様の効果を得ることができる。また、並列導線２Ａ（２１〜２４）を構成する導線２１〜２４の断面形状として、円形のものについて説明したが、図示しないが、四辺形の断面形状であってもよく、他の断面形状であってもよく、導線の断面形状はいかなるものであってもよい。
【００１６】
図２は、第１実施形態の第２実施例の電動機の巻線構造を示すステータの部分断面図である。本実施例においては、並列導線同士を予め機械的に結合させて巻線を容易としたものである。なお、図１と同一部品には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
【００１７】
図２において、ステータ１のティース部１Ａに巻回されるコイル２は、導体断面積の小さい複数の導線を束ねた並列導線２Ａの各導線２１〜２４は、予め接着剤による接着等により互に機械的に結合させて形成している。なお、図では、並列導線２Ａを構成する導線２１〜２４の断面として、四辺形の断面を備える導線を示すが、円形形状の導線であってもよく、他の断面形状であってもよく、導線の断面形状はいかなるものであってもよい。
【００１８】
この構成によれば、部分的にせよ複数導線２１〜２４を並列接続で巻回するためには、あたかも１本の導線であるかのようにティース部１Ａに巻回して集中巻することができる。従って、従来から使用している巻線のための設備等を変更することなく使用でき、また、巻線に要する時間も従来と変わらないという利点が生まれる。なお、このような構成を用いない場合には、並列導線２Ａの各導線２１〜２４を束ねる等して複数本の導線２１〜２４を揃えて一度に巻くかあるいは複数本の導線２１〜２４毎に所定巻数巻く作業を複数回繰り返して各端部を電気的に接合する作業が必要である。
【００１９】
図３は、第１実施形態の第３実施例の電動機の巻線構造を示すステータの部分断面図である。本実施例においては、渦電流を効果的に抑制可能な並列導線の導線形状を提供するものである。
【００２０】
図３において、ステータ１のティース部１Ａに巻回されるコイル２は、並列導線２Ａ（２１〜２４）の断面形状が、モータ径方向に短辺、周方向に長辺を持つような長方形あるいは楕円形状とするようにしている。
【００２１】
ティース部１Ａ側面からコイル２を通過する漏れ磁束は、隣のティース１Ａかロータへ向かうことになる。この漏れ磁束をモータの周方向と径方向の成分に分けて考察するに、コイル２部分では周方向成分の方が径方向成分より大きくなるのが普通であり、渦電流は磁束の向きと垂直方向に発生する。このため、本実施例のように、コイル２の導体形状を、磁束の向きと垂直方向に短辺があるような形状とすることにより、導体内に生ずる渦電流を効果的に抑制できる。
【００２２】
前記並列導線２Ａの各導線２１〜２４は、望ましくは、導体断面積の小さい薄い複数の導線２１〜２４を予め接着剤による接着等により互に機械的に結合させて形成する。即ち、このような薄い形状の導線２１〜２４を纏めてティース１Ａへ巻こうとすると、各々の導線２１〜２４の長辺がモータの半径方向に沿うような倒れを生じてティース部１Ａ回りに整列させることが非常に困難であるが、これら導線２１〜２４が複数纏めて機械的に結合されて、あたかも１本の導線であるかのように扱えるようにすることで、従来から使用している巻線のための設備等を変更することなく使用でき、また、巻線に要する時間も従来と変わらないという利点が生まれる。
【００２３】
本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。
【００２４】
（ア）電動機のステータコア１のティース部１Ａに集中巻されたステータコイル２を構成する導線２１〜２４が、巻回された状態で少なくともコイル２表面側に位置する導線２１〜２４の導体断面積を、互いに絶縁された複数の導線２１〜２４を電気的に並列に接続して構成するで小さくしたため、漏れ磁束の時間的変化に対応して生ずる渦電流（損失）を小さく抑制でき、コイル２内の渦電流損を大幅に抑制し、モータの効率向上が可能である。
【００２５】
（イ）１つのコイル２を構成する導線２１〜２４が、ティース部１Ａへの巻始めから巻終りの間において互いに絶縁された複数の導線２１〜２４により形成し、前記巻始め部分および巻終り部分において前記複数の導線２１〜２４同士を電気的に接続して構成するため、漏れ磁束の時間的変化に対応して生ずる渦電流損失を小さく抑制でき、コイル２内の渦電流損を大幅に抑制できる。しかも、励磁電流に対する抵抗の増加を小さく抑えることができ、励磁電流に対する抵抗により生ずる銅損の増大を抑えることができ、モータの効率向上が可能である。
【００２６】
（ウ）図２および図３に示す実施例においては、互いに絶縁された複数の導線２１〜２４を機械的に接合しているため、あたかも１本の導線であるかのようにティース部１Ａに巻回して集中巻することができ、従来から使用している巻線のための設備等を変更することなく使用でき、また、巻線に要する時間も従来と変わらないという効果がある。
【００２７】
（エ）図３に示す実施例においては、互いに絶縁された複数の導線２１〜２４個々の導線形状をモータの径方向に短辺であり周方向に長辺である略長方形もしくは楕円形断面を有するようにしたため、磁束の向きと垂直方向に短辺があるような形状とでき、導体内に生ずる渦電流をより一層効果的に抑制できる。
【００２８】
（第２実施形態）
図４〜図６は、本発明を適用した電動機の巻線構造の第２実施形態を示し、図４は第１実施例のステータの部分断面図、図５は第２実施例のステータの部分断面図、図６は第３実施例のステータの部分断面図である。本実施形態においては、コイルの渦電流損失が発生する部位の導線部分のみを導体断面積の小さい導線により形成するものである。なお、第１実施形態と同一部品には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
【００２９】
図４において、ステータ１のティース部１Ａに巻回されるコイル２は、巻回された状態で表面側に位置する部位の導線を導体断面積の小さい複数の導線２１〜２４を束ねた並列導線２Ａで形成し、巻回された状態で内部に位置する部位の導線２Ｂを導体断面積の大きい一本の導線２Ｂにより形成している。
【００３０】
ロータとの磁気作用に関与しない漏れ磁束は、前記したように、コイル２の内周側（ロータ側）部分で最も大きくなるため、コイル２の導線内部に発生する渦電流損失は、特に内周側（ロータ側）のコイル２に集中する傾向がある。従って、その渦電流が集中する部位に位置する導線に対して導体断面積の小さい複数の導線２１〜２４による並列導線２Ａを使用することにより、各導体断面積を小さくして、前記漏れ磁束の時間的変化に対応して生ずる渦電流（損失）を小さく抑制する。このため、コイル２内の渦電流損を大幅に抑制し、モータの効率向上が可能である。
【００３１】
しかも、導体断面積の小さい導線２１〜２４による並列導線２Ａの使用は、巻始めから巻終りまでの間の渦電流が集中する部位に位置する導線２Ａに対してのみに使用し、残りの導線２Ｂに対しては導体断面積の大きい一本の導線を使用するため、この部分の励磁電流に対する抵抗を小さくでき、銅損の増大を最小限に止めることができる。即ち、一般的に使用する１本の導線２Ｂと一般的な導線よりも導体断面積の小さい導線２１〜２４を束ねた状態の並列導線２Ａとでは、トータルの導体断面積を夫々同じとした場合に、絶縁皮膜の分量や束ねた際の隙間により、後者の同一面積上に導体が占める割合、即ち占積率がどうしても小さくなってしまう傾向がある。そのため、並列導線２Ａに僅かながら励磁電流によって生じる銅損が増大してしまうことになる。しかしながら、漏れ磁束による渦電流の影響が殆どないティース１Ａ根元部分やコイル２中心付近では、一般的な１本の導線２Ｂを使用するため、前記銅損の増大を最小限に止めることが可能である。
【００３２】
なお、一本の導線２Ｂおよび並列導線２Ａを構成する導線の断面形状として、円形のものについて説明したが、図示しないが、四辺形の断面形状であってもよく、他の断面形状であってもよく、導線の断面形状はいかなるものであってもよい。
【００３３】
図５は、第２実施形態の第２実施例の電動機の巻線構造を示すステータの部分断面図である。本実施例においては、ステータ１のティース部１Ａに巻回されるコイル２は、巻回された状態で表面側に位置する部位の導線２５を導体断面積の小さい一本の導線で形成し、巻回された状態で内部に位置する部位の導線２６を導体断面積の大きい一本の導線により形成し、２種類の導線２５、２６を並列に接続して構成する。なお、図では、各導線２５、２６の断面として、四辺形の断面を備える導線を示すが、円形形状の導線であってもよく、他の断面形状であってもよく、導線の断面形状はいかなるものであってもよい。
【００３４】
この実施例においても、渦電流はコイル２外周のうち、特にロータ側部分に大きく集中するから、それ以外の部位に比較的導体面積が大きい導線２６を使用し、コイル外側特にロータ側に導体面積の小さい導線２５を使用し、これらを並列に接続することで、励磁電流による銅損の増大なしに、コイル２の渦電流損失を効果的に抑制できる。
【００３５】
図６は、第２実施形態の第３実施例の電動機の巻線構造を示すステータの部分断面図である。本実施例においては、ステータ１のティース部１Ａに巻回されるコイル２は、巻回された状態で表面側に位置する部位の導線を導体断面積の小さい一本の導線２７で形成し、巻回された状態で内部に位置する部位の導線を導体断面積の大きい一本の導線２８により形成し、２種類の導線２７、２８を直列に接続して構成する。前記２種類の導線は、ティース部１Ａに、先ず、導体断面積が大きい方の導線２８をＮ１回巻き、次いで、導体面積が小さい方の導線２７をＮ２回巻くことになる。後から巻かれる細い方の導線２７は、コイル２のロータ側に集中するように巻付けることになる。トータルの巻回数（Ｎ１＋Ｎ２）を当初の所定巻数とすることで、前各実施例と同様に渦電流の抑制効果を得ることができる。なお、図では、各導線２７、２８の断面として、円形の断面を備える導線を示すが、四辺形断面の導線であってもよく、他の断面形状であってもよく、導線の断面形状はいかなるものであってもよい。
【００３６】
本実施形態においては、以下に記載した効果を奏することができる。
【００３７】
（オ）電動機のステータコア１Ｂのティース部１Ａに集中巻されたステータコイル２を構成する導線が、巻回された状態で少なくともコイル表面側に位置する導線２１〜２４、２５、２７の導体断面積を、コイル内側の導線２Ｂ、２６、２８に対して細く形成することで小さくしたため、漏れ磁束の時間的変化に対応して生ずる渦電流（損失）を小さく抑制でき、コイル２内の渦電流損を大幅に抑制し、モータの効率向上が可能である。
【００３８】
（カ）図４に示す実施例では、１つのコイル２を構成する導線を、巻回された状態で少なくとも表面側に位置するコイル部分で互いに絶縁された複数の導線２１〜２４を電気的に並列に接続して構成するため、励磁電流に対する抵抗の増加を小さく抑えることができ、しかも、並列導線２Ａは各導体断面積が小さいため、前記漏れ磁束の時間的変化に対応して生ずる渦電流（損失）を小さく抑制できる。このため、励磁電流に対する抵抗により生ずる銅損の増大なしにコイル２内の渦電流損を大幅に抑制し、モータの効率向上が可能である。
【００３９】
（キ）図５に示す実施例では、１つのコイル２を構成する導線が、巻回された状態で表面側に位置するコイル表面側導線２５と、表面側導線２５とは導体断面積を異ならせてコイル内側に巻回されたコイル内側導線２６と、を巻始め部分および巻終り部分において電気的に接続して構成する。即ち、渦電流はコイル２外周のうち、特にロータ側部分に大きく集中するから、それ以外の部位に比較的導体面積が大きい導線２６を使用し、コイル外側特にロータ側に導体面積の小さい導線２５を使用し、これらを並列に接続するものであるため、励磁電流は主として導体断面積の大きいコイル内側導線２６を流れて銅損の増大がなく、また、励磁電流の残余の量が流れるコイル表面側導線２５は導体断面積が小さくコイル２の渦電流損失を大幅に抑制できる。
【００４０】
（ク）図６に示す実施例では、１つのコイル２を構成する導線を、巻回された状態でコイル内側導線２８と、前記コイル内側導線２８に直列接続されてコイル表面側に巻回されるコイル表面側導線２７とで構成し、コイル内側導線２８とコイル表面側導線２７との断面積を異ならせている。即ち、ティース部１Ａに先ず導体断面積が大きい方の導線２８をＮ１回巻き、次いで導体面積が小さい方の導線２７をＮ２回巻くことになり、後から巻かれる細い方の導線２７は、コイル２のロータ側に集中するように巻付けることになるため、トータルの巻回数（Ｎ１＋Ｎ２）を当初の所定巻数とすることで、前各実施例と同様に渦電流の抑制効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の一実施形態を示す電動機の巻線構造の第１実施例のステータの部分断面図。
【図２】本発明の第１実施形態における電動機の巻線構造の第２実施例のステータの部分断面図。
【図３】本発明の第１実施形態における電動機の巻線構造の第３実施例のステータの部分断面図。
【図４】本発明の第２実施形態を示す電動機の巻線構造の第１実施例のステータの部分断面図。
【図５】本発明の第２実施形態における電動機の巻線構造の第２実施例のステータの部分断面図。
【図６】本発明の第２実施形態における電動機の巻線構造の第３実施例のステータの部分断面図。
【符号の説明】
１  ステータ
１Ａ  ティース部
１Ｂ  ステータコア
１Ｃ  ヨーク部
２  コイル、ステータコイル
２Ａ  並列導線
２１〜２４、２Ｂ、２５〜２８  導線
【図１】
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【図２】
2004208464.tif 000004
【図３】
2004208464.tif 000005
【図４】
2004208464.tif 000006
【図５】
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【図６】
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