(57)【要約】【課題】巻線密度を高くしてモータ特性を向上させることができるＡＣモータの固定子を提供する。【解決手段】外周部鉄心３とティース部鉄心２とに分割される分割鉄心で構成され、前記ティース部鉄心２に巻線が施されて成るＡＣモータの固定子において、前記巻線は平角状断面を持つ絶縁被覆電線を、内側を巻き始めとして一層重ね巻きしたものを二つ（Ａ，Ｂ）一組として、各々の巻き始め部を接続したものを基本コイルとし、前記基本コイルの外形が前記モータの外径部にいくほど大きくなったものを複数個重ね合わせることにより、断面形状が台形状のコイルで構成されていることを特徴とする。【選択図】　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周部鉄心とティース部鉄心とに分割される分割鉄心で構成され、前記ティース部鉄心に巻線が施されて成るＡＣモータの固定子において、
前記巻線は平角状断面を持つ絶縁被覆電線を、内側を巻き始めとして一層重ね巻きしたものを二つ一組として、各々の巻き始め部を接続したものを基本コイルとし、前記基本コイルの外形が前記モータの外径部にいくほど大きくなったものを複数個重ね合わせることにより、断面形状が台形状のコイルで構成されていることを特徴とするＡＣモータの固定子。
【請求項２】
前記の複数枚重ねられた基本コイル同士を、直列に接続したことを特徴とする請求項１記載のＡＣモータの固定子。
【請求項３】
前記の複数枚重ねられた基本コイルの巻回数を同一として基本コイル同士を並列に接続したことを特徴とする請求項１記載のＡＣモータの固定子。
【請求項４】
前記の複数枚重ねられた基本コイル同士を接続する際に、プリント基板を用いることを特徴とする請求項２または３記載のＡＣモータの固定子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、いわゆるＡＣモータに関し、特にその固定子構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
産業用に使用されるＡＣモータは固定子に固定子鉄心と電機子巻線、回転子に永久磁石を備えている。図１２は産業用に使用される典型的なＡＣモータの一例である。図１２において、１は固定子鉄心、１４は永久磁石、１５はシャフト、１７は電機子巻線、１８はティース、１９はスロットである。図のように、固定子鉄心１はけい素鋼板などの薄板材を多数枚積層して形成し、固定子の内側は放射状のティース１８となっており、そのティース１８にそれぞれ絶縁被覆電線が巻装されている。固定子の中に、表面に永久磁石１４が接着された回転子が配置されている。前記の電機子巻線１７に３相交流を流すことにより回転磁界が発生し、回転子を回転させている。
モータ特性を向上させるためには、スロット内の巻線密度を上げることが特に有効である。従来の固定子構造では、巻線を固定子の内側から行う必要があり、巻線密度を上げることには限界があった。
この問題を解決するために、固定子鉄心を分割する方法が考え出された。
図１３はその一例である。図１３において、１は固定子鉄心、２はティース部鉄心、３は外周部鉄心である。図１３のように、固定子鉄心１を２分割構造とし、外側に開放部を持つ放射状ティース部鉄心２とその外側に嵌合される外周部鉄心３とを備えている。
図１４は図１３の巻線部Ａの拡大図である。図１４において、２はティース部鉄心、３は外周部鉄心、１３は丸線コイル、１６は樹脂ボビンである。図において、巻線は絶縁物を兼ねた樹脂製のボビン１６に丸線の絶縁被覆電線をスロットの形状に合わせてきれいに整列巻されている。
巻線が巻装された後、前記の放射状のティース部鉄心２の外側から装着される。巻線をすべて装着された後、外周部鉄心３を嵌合して固定子が構成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述した分割鉄心構造を持つ従来技術によるＡＣモータの固定子は、一体型鉄心を持つＡＣモータの固定子に比較すれば格段の巻線密度を実現しているが、近年モータ特性向上の要求からさらなる巻線密度の向上が必要になってきている。しかしながら、従来技術では丸線の絶縁被覆電線を使用しているため隣接する線間には必ず隙間が生じ、巻線密度を上げることに限界があった。
また、従来技術では巻き始めから巻き終りまで連続した線を用いており、内層側から外層側に向かって線同士が交差しながら巻き上げられていき、また、整列巻においては各層内の巻線はきれいに整列していても各層の一部には次層が乗り上げる交差部が必ず生じた。線同士が交差する交差部では、コイルに盛り上がりが生じるようになり、この盛り上がりのため巻層が乱れる結果となり、巻線密度を低下させる結果となった。
また、従来技術では巻き始めから巻き終りまで連続した線を用いているため、巻き始め部が当然コイルの内側になるので、巻き始め部を引き出すために余分なスペースが必要となり、これがデッドスペースとなり、巻線密度を低下させる要因となった。
したがって、本発明の目的は、上記の欠点を解決するもので、極めて高い巻線密度を持つＡＣモータの固定子を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、請求項１記載のＡＣモータの固定子の発明は、外周部鉄心とティース部鉄心とに分割される分割鉄心で構成され、前記ティース部鉄心に巻線が施されて成るＡＣモータの固定子において、前記巻線が平角状断面を持つ絶縁被覆電線を、内側を巻き始めとして一層重ね巻きしたものを二つ一組として、各々の巻き始め部を接続したものを基本コイルとし、前記基本コイルの外形が前記モータの外径部にいくほど大きくなったものを複数個重ね合わせることにより、断面形状が台形状のコイルで構成されていることを特徴とする。
以上の構成によれば、巻線を多数回巻く際に生じる巻層の乱れが発生することがなく、巻線密度を向上できるため、モータ特性を向上させることができる。
また、平角状断面を持つ絶縁被覆電線を一層重ね巻にしたものを二つ一組とし、その内側の巻き始め部を接続したものを基本コイルとしているため、コイル端部が両方コイルの外側に出ているため、巻き始め部を引き出すためのデッドスペースを完全に無くすことができる。
さらに、巻線が高密度に巻かれているため、熱伝導性が向上する。このことにより、従来技術によるモータと同出力を発生する場合には、モータの温度上昇を低く抑えることができる。
そして、温度上昇を同等にする場合には、従来技術によるモータと比較して小型化が可能になる。
請求項２記載の発明は、請求項１記載のＡＣモータの固定子において、前記の複数枚重ねられた基本コイル同士を、直列に接続したことを特徴とする。
以上の構成によれば、基本コイルを直列に接続しているため、１コイル当りの巻数が大きくなり、高電圧低電流の電源装置に適したモータとすることができる。
請求項３記載の発明は、請求項１記載のＡＣモータの固定子において、前記の複数枚重ねられた基本コイルの巻回数を同一として基本コイル同士を並列に接続したことを特徴とする。
以上の構成によれば、基本コイルの巻回数を同一にした基本コイル同士を、並列に接続しているため、１コイル当りの巻数を小さく抑えることができ、また、巻線の電気抵抗を小さくすることができるため、低電圧大電流の電源装置に適したモータとすることができる。
請求項４記載の発明は、請求項２または３記載のＡＣモータの固定子において、前記の複数枚重ねられた基本コイル同士を接続する際に、プリント基板を用いることを特徴とする。
以上の構成によれば、基本コイル同士を接続する際に、プリント基板を用いているため、基本コイル同士の接続が、簡潔かつ強固に接続できるため、コイル接続部の接続不良を防ぐことができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明のＡＣモータの実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は本発明の実施形態の一例によるＡＣモータの固定子の横断面図を示す図であり、図２は図１のＡ部拡大図である。
図１において、１は固定子鉄心、２はティース部鉄心であり、３は外周部鉄心である。９は基本コイルである。図１のように、ここでも固定子鉄心１を２分割構造とし、外側に開放部を持つ放射状ティース部鉄心２とその外側に嵌合される外周部鉄心３とを備えている。図２において、２はティース部鉄心、３は外周部鉄心、９は本発明に係る基本コイル、１６は樹脂ボビンである。
次に基本コイル９の構成について説明する。
図３および図４は基本コイルを構成する一層重ね巻コイルをそれぞれ示す斜視図である。図５は図３と図４の一層重ね巻コイルをそれぞれ重ねて成る基本コイルを示す斜視図である。
図３において４は一層重ね巻コイルであり、６はその巻き始め、７は巻き終りである。図４において、５は図３の一層重ね巻コイル４と対となる一層重ね巻コイルである。９は基本コイルである。図３に示すように、平角の絶縁被覆電線を単純に一層に重ねて巻いていく平角線の一層重ね巻であるので、巻線の交差などは全くなく、コイル間の隙間がほとんどなく巻くことができる。
図３と同様にして、図４とは逆方向に巻いた平角線の一層重ね巻を作製する。図５で一層重ね巻コイル４，５を重ね合せて固着し、コイル内側にある巻き始め同士を接続部８で接続し、基本コイル９を構成する。
ここで、一層重ね巻コイル４と５は巻き方向が逆方向に巻いているが、基本コイルとしては、巻方向が同一方向のコイルを重ね合せたことになる。
以上のようにして、コイル端が両方外側に出ている基本コイルが構成できる。巻き始め同士の接続は、例えば半田付けによるものとし、半田付けの後、絶縁のために接続部を絶縁チューブなどで覆う必要がある。
接続部８は、ティース部鉄心に挿入する際に邪魔にならない様に、極力小さくまとめることが望ましい。なお、上記のような一層重ね巻コイルを２つ使って、その内側の巻き始め同士を接続する代わりに、コイル中央から巻き始めて、接続処理を実施することなく、上記の基本コイルと同等品を得ることができることは勿論である。
【０００６】
図６は基本コイルを積み重ねた状態の斜視図を示している。図７および図８は図６の断面図を示すもので、図７は図６の積み重ね基本コイルの狭幅方向の縦断面図、図８は図６の積み重ね基本コイルの広幅方向の縦断面図である。図において、９１〜９４はそれぞれ順に外形寸法が最大から最小となる各基本コイルであり、このようにが外形寸法が漸次異なるものを複数枚積み重ねていくことにより、断面形状が台形状のコイルを得ることができる。
図１に示すようにスロット内でのコイルの収納できる空間が台形状であるため、上記の基本コイルを積み重ねて形成された台形状コイルを装着すれば、スロット内におけるコイル占積率を向上させることができる。
このように、従来の丸線で形成していたコイルに比べて、本発明により形成されたコイルは、隣接する線間の隙間がほとんどないため、大幅に巻線密度を上げることができる。
なお、台形状コイルと鉄心との絶縁に関しては、例えば、台形状コイルと鉄心との隙間に絶縁紙を挿入する方法や、台形状コイルを予め、絶縁樹脂でできた樹脂ボビンに装着した後、鉄心に装着する方法がある。図１および図２は樹脂ボビンを用いた場合の実施形態を示している。
【０００７】
図９は基本コイルを直列接続した構成を示す図である。
図において、２はティース部鉄心、８は各基本コイルの終端と次の基本コイルの始端とを接続して成る直列接続部、１０はコイル端である。このように直列接続することにより、コイル全体としての巻回数が大きくなり、高電圧低電流の電源装置に適したモータとすることができる。
図１０は基本コイルを並列接続した構成を示す図である。
図において、２はティース部鉄心、８’は各基本コイルの始端同士、終端同士を接続して成る並列接続部、１０はコイル端である。このように並列接続することにより、１コイル当りの巻数を小さく抑えることができ、また巻線の電気抵抗を小さくすることができるため、低電圧大電流の電源装置に適したモータとすることができる。
図１１は図９の直列接続をプリント基板を用いて基本コイルの終端と次の基本コイルの始端とを接続した例で、（ａ）はプリント基板のランド側斜視図、（ｂ）は（ａ）のプリント基板をコイルに取り付けた正面図、（ｃ）は（ｂ）の側面図である。
（ａ）において、１１は絶縁基板より成るプリント基板で、図２の基本コイル９で積層された台形コイルの形状とほぼ同様の形状をしている。
プリント基板１１を取り付けた状態で各基本コイル９のコイル端の位置に対応するプリント基板１１の位置に切り欠き１１ａを設け、台形対辺の隣接切り欠き１１ａとの間を銅箔パターン１２で繋いでそれぞれランドを形成している。
（ｂ）において、プリント基板１１が基本コイル９に取り付けられた状態で、各切り欠き１１ａには対応するコイル端１０がそれぞれ納まっている状態が示されている。この後、各銅箔パターン１２のランドにコイル端１０を半田付けすればよい（図では、銅箔パターン１２とコイル端１０を解りやすく見せるため、半田づけは示されていない。）。
（ｃ）において、２はティース部鉄心、３は外周部鉄心、９は基本コイル、１０はコイル端、１１はプリント基板、１６は樹脂ボビンを示している。ここではプリント基板１１は樹脂ボビン１６に固定されている。切り欠き１１ａに納まった各コイル端１０は各ランドとそれぞれ半田１１ｂで半田付けされている。これにより各基本コイル９の直列接続が得られる。
以上のように、基本コイル９同士を接続する際に上記のようなプリント基板１１を用いているため、基本コイル９同士の接続が、簡潔かつ強固に接続できるため、コイル接続部の接続不良を防ぐことができる。
なお、図１１では直列接続に適用した実施例のみ示しているが、並列接続にも適用できることは当然である。
なお、本発明のＡＣモータの固定子は、いわゆる同期型のＡＣモータに限定するものではなく、誘導型、リラクタンス型も含めて、回転磁界を利用するＡＣモータすべてに適用できる。
【０００８】
【発明の効果】
以上述べたように、請求項１記載のＡＣモータの固定子によれば、巻線を多数回巻く際に生じる巻層の乱れが発生することがなく、巻線密度を向上できるため、モータ特性を向上させることができる。
また、平角状断面を持つ絶縁被覆電線を一層重ね巻にしたものを二つ一組とし、その内側の巻き始め部を接続したものを基本コイルとしているため、コイル端部が両方コイルの外側に出ているので、巻き始め部を引き出すためのデッドスペースを完全に無くすことができる。
さらに、巻線が高密度に巻かれているため、熱伝導性が向上する。このことにより、従来技術によるモータと同出力を発生する場合には、モータの温度上昇を低く抑えることができる。また、温度上昇を同等にする場合には、従来技術によるモータと比較して小型化が可能になる。
請求項２記載のＡＣモータの固定子によれば、基本コイルを直列に接続しているため、１コイル当りの巻数が大きくなり、高電圧低電流の電源装置に適したモータとすることができる。
請求項３記載のＡＣモータの固定子によれば、基本コイルの巻回数を同一にした基本コイル同士を並列に接続しているため、１コイル当りの巻数を小さく抑えることができ、また巻線の電気抵抗を小さくすることができるため、低電圧大電流の電源装置に適したモータとすることができる。
請求項４記載のＡＣモータの固定子によれば、基本コイル同士を接続する際にプリント基板を用いているため、基本コイル同士の接続が、簡潔かつ強固に接続できるため、コイル接続部の接続不良を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す横断面図である。
【図２】図１のＡ部拡大図である。
【図３】一層重ね巻コイルＡ（左巻き）の斜視図である。
【図４】一層重ね巻コイルＢ（右巻き）の斜視図である。
【図５】図３と図４のコイルＡ、Ｂを重ねて成る基本コイルの斜視図である。
【図６】大きさの異なる図５の基本コイルを複数個積み重ねて成る状態の斜視図である。
【図７】図６の積み重ね基本コイルの狭幅方向の縦断面図である。
【図８】図６の積み重ね基本コイルの広幅方向の縦断面図である。
【図９】積み重ね基本コイルの直列接続状態を示す正面図である。
【図１０】積み重ね基本コイルの並列接続状態を示す正面図である。
【図１１】図９の直列接続をプリント基板を用いて実施した例で、（ａ）はプリント基板のランド側斜視図、（ｂ）は（ａ）のプリント基板をコイルに取り付けた正面図、（ｃ）は（ｂ）の側面図である。
【図１２】従来のＡＣモータの一例を示す横断面図である。
【図１３】従来のＡＣモータの図１２と異なる一例を示す横断面図である。
【図１４】図１３のＡ部拡大図である。
【符号の説明】
１：固定子鉄心
２：ティース部鉄心
３：外周部鉄心
４：一層重ね巻コイルＡ
５：一層重ね巻コイルＢ
６：巻き始め
７：巻き終り
８：接続部
９：基本コイル
１０：コイル端
１１：プリント基板
１１ａ　切り欠き
１１ｂ　半田部
１２：銅箔パターン
１３：丸線コイル
１４：永久磁石
１５：シャフト
１６：樹脂ボビン
１７：電機子巻線
１８：ティース
１９：スロット
９１、９２、９３、９４　基本コイル
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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