(57)【要約】【課題】複数銅線間でのインダクタンスの差を極力なくすことで銅損をほとんど発生させることのない電動機の巻線構造を提供する。【解決手段】ロータの周囲に配置され、そのロータに対向する複数のティース１ａを有するステータ１と、１つのティースには電気的に１相の巻装コイル２が巻回されている集中巻構造のステータコイルと、を有する電動機の巻線構造であって、巻装コイル２は、複数のコイル２ａ，２ｂ，・・・を直列接続する複数のコイル群２−１，２−２，・・・が並列接続されることで形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータの周囲に配置され、そのロータに対向する複数のティースを有するステータと、
１つのティースには電気的に１相の巻装コイルが巻回されている集中巻構造のステータコイルと、
を有する電動機の巻線構造であって、
前記巻装コイルは、複数のコイルを直列接続する複数のコイル群が並列接続されることで形成されている、
ことを特徴とする電動機の巻線構造。
【請求項２】
前記各コイルは、ティース長さ方向に沿って巻回されて形成されたコイルであって、前記ティースの表面から順次積層されて形成されており、
前記各コイル群は、互いに隣接しないコイル同士が直列接続されて形成されている、
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】
前記各コイルは、ティース長さ方向に沿って巻回されて形成されたコイルであって、前記ティースの表面から順次積層されて形成されており、
前記各コイル群は、ティース側からｎ番目のコイルと、最外側からｎ番目のコイルとが直列接続されて形成されている、
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４】
前記各コイルは、ティース長さ方向において一定の場所で巻回されて形成されたコイルであって、前記ティースの付根から先端に向けて順次並べられて形成されており、
前記各コイル群は、互いに隣接しないコイル同士が直列接続されて形成されている、
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５】
前記各コイルは、ティース長さ方向において一定の場所で巻回されて形成されたコイルであって、前記ティースの付根から先端に向けて順次並べられて形成されており、
前記各コイル群は、ティース付根側からｎ番目のコイルと、ティース先端側からｎ番目のコイルとが直列接続されて形成されている、
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６】
前記各コイル群は、２個のコイルを有する、
ことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の電動機の巻線構造。
【請求項７】
ロータの周囲に配置され、そのロータに対向する複数のティースを有するステータと、
１つのティースには電気的に１相の巻装コイルが巻回されている集中巻構造のステータコイルと、
を有する電動機の巻線構造であって、
前記巻装コイルは、互いに絶縁された複数の電線を帯状にした帯状電線がティース長さ方向に２段巻きで巻回されて形成され、１段目から２段目へ電線束が移行する際に捻られて順列が反転されている、
ことを特徴とする電動機の巻線構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機（モータ、ジェネレータ又はモータ兼ジェネレータなど）の巻線構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ステータのティースにコイルを巻回した電動機では、漏れ磁束などの影響によってコイル内部に渦電流損失が発生することがある。この渦電流損失はコイルの温度を上昇させ、モータの効率を低下させるので、モータの高出力化を妨げる要因の１つとなっている。
【０００３】
このような問題に対して、１つのティースに巻回されるコイルを複数銅線の束とする構成が例えば特許文献１に開示されている。このようにコイルを並列に結線するのは発生する磁束の方向から巻線を見たときに巻線の幅が小さいほど渦電流損失も小さくなることに基づくものである。
【特許文献１】特開２００２−３０５８４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、このような従来の巻線構造にあっては、複数本の銅線からなるコイル線を使用した上で占積率を高くするには、複数の銅線を整列させた状態で巻線を形成する必要がある。
【０００５】
しかし、そのようにすると複数銅線間でインダクタンスの差が顕著になってしまう。インダクタンスの異なる銅線に同一の電圧を印加した場合には、電流の位相、ピーク値ともばらつきが発生し、その結果、銅損が大きくなってしまう。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、複数銅線間でのインダクタンスの差を極力なくすことで銅損をほとんど発生させることのない電動機の巻線構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は以下のような解決手段により前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００８】
本発明は、ロータの周囲に配置され、そのロータに対向する複数のティース（１ａ）を有するステータ（１）と、１つのティースには電気的に１相の巻装コイル（２）が巻回されている集中巻構造のステータコイルと、を有する電動機の巻線構造であって、前記巻装コイル（２）は、複数のコイル（２ａ，２ｂ，・・・）を直列接続する複数のコイル群（２−１，２−２，・・・）が並列接続されることで形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ティースに巻回する巻装コイルを、複数のコイルを直列接続された複数のコイル群を並列接続することで形成した。このようにしたので、あるコイルで発生するインダクタンスのバラツキを他のコイルで吸収することができ、巻装コイル全体では、各部においてほとんどインダクタンスのバラツキがない状態にすることができる。そのため銅損を抑制することができるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面等を参照して本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明による電動機の巻線構造の第１実施形態を示す図であり、ステータのティース付近の巻装コイルの様子を示している。また図２は巻装コイルの電気的な結線方法を示す図である。
【００１１】
図で１はモータのステータであり、内周側にステータティース１ａを有する。このステータティース１ａの周囲には巻装コイル２が巻回されている。巻装コイル２は図示しないインバータ等の駆動回路から見たときには１つの相コイルであるが、実際には図２の構成を有する複数のコイル２ａ〜２ｄが直列、並列に接続されているものである。この実施形態では、巻装コイル２の最も内側（ティース側）にコイル２ａが巻回され、その外周にはそれぞれ２ｂ、２ｃ、２ｄが順に巻回されている。そしてそれぞれのコイルは図２のように、２ａ及び２ｃが直列に接続されて第１コイル群２−１が形成され、２ｂ及び２ｄが直列に接続されて第２コイル群２−２が形成され、これらが並列接続されて巻線コイル２が形成されている。
【００１２】
本実施形態では４個のコイル２ａ〜２ｄを使用しているが、各コイルのインダクタンスに着目せず、単純にコイルを２並列にするだけであるならば、内周側の２ａ及び２ｂで１つのコイル、外周側の２ｃ及び２ｄで１つのコイルとみなして、両者を並列接続にすればよい。
【００１３】
しかしながら実際には、コイルの内周側と外周側とでは、たとえ同一の線材を使用して同数だけ巻回したコイルであっても、漏れ磁束等の影響により、インダクタンスに差異が生じてしまう。このため、並列接続して形成した巻装コイルの端子部分にモータ駆動用の電圧を印加した場合に、コイル間で電流の位相やピーク値が異なるという現象が生じ、電流が均等でないために結果的として銅損が増大してしまうという問題点がある。このインダクタンスの差異には形状（位置）的な傾向が存在する。例えば、同一線材、同一巻数のコイルであっても、コイルがティース側にあるほどインダクタンスは小さくなり、またティース先端側よりもティース付根側の方がインダクタンスが大きい。
【００１４】
したがって、本実施形態では、単純に２個の並列コイルを使用するのではなく、４個のコイル２ａ〜２ｄを使用し、互いに隣接しない位置関係にあるコイル（２ａと２ｃ、２ｂと２ｄ）を直列接続することで、第１コイル群２−１及び第２コイル群２−２を形成し、これらを並列接続して巻線コイル２を形成したのである。
【００１５】
このように構成することで、インダクタンスの差異をできるだけ小さくすることができ、銅損を増大させないのである。
【００１６】
（第２実施形態）
図３は、本発明による電動機の巻線構造の第２実施形態を示す図であり、第１実施形態の図２に相当する図である。なお本実施形態においてもティース付近の巻装コイルの様子は、図１と同一であるので省略する。また以下では前述した第１実施形態と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。
【００１７】
本実施形態では、図１のコイル構成のうち、最も内側のコイル２ａと最も外側のコイル２ｄとを直列に接続することで第１コイル群２−１を形成し、内側から２番目のコイル２ｂと外側から２番目のコイル２ｃとを直列に接続することで第２コイル群２−２を形成し、これらを並列接続することで巻線コイル２を形成している。
【００１８】
このようにしたのは、同じ巻回数のコイルであっても、ティースから見たときのコイルの位置やコイル径の違いによって、インダクタンス差が生じることを利用したためである。すなわち、最もインダクタンスの大きいコイルと最もインダクタンスの小さいコイル、２番目にインダクタンスの大きいコイルと２番目にインダクタンスの小さいコイル・・・となるように各々を直列接続してコイル群を形成するようにしているのである。
【００１９】
このように構成することで、コイル群間のインダクタンスの差異をほとんどなくすことができ、したがって、銅損の増大を一層防止することができるのである。
【００２０】
（第３実施形態）
図４は、本発明による電動機の巻線構造の第３実施形態を示す図であり、ステータのティース付近の巻装コイルの様子を示している。また図５は巻装コイルの電気的な結線方法を示す図である。
【００２１】
本実施形態では、１つのティース１ａに巻回される巻装コイル２を８個のコイル２ｅ〜２ｍで構成した。前述の第１実施形態等では各コイル２ａ〜２ｄはティース長さ方向にわたって巻回されていたが、本実施形態では各コイル２ｅ〜２ｍはティースの幅方向に巻回（すなわち、ティース長さ方向において一定の場所で太るように巻回）されているのが特徴である。
【００２２】
そして、最もティース付根側のコイル２ｅと最もティース先端側のコイル２ｍとを直列に接続することで第１コイル群２−１を形成し、ティース付根側から２番目のコイル２ｆとティース先端側から２番目のコイル２ｋとを直列に接続することで第２コイル群２−２を形成し、ティース付根側から３番目のコイル２ｇとティース先端側から３番目のコイル２ｊとを直列に接続することで第３コイル群２−３を形成し、ティース付根側から４番目のコイル２ｈとティース先端側から４番目のコイル２ｉとを直列に接続することで第４コイル群２−４を形成し、これらを並列接続することで巻線コイル２を形成している。
【００２３】
コイルのインダクタンスは、ティース長さ方向の位置によって勾配が発生するので、最もティース付根側にあるコイル２ｅと最もティース先端側にあるコイル２ｍ、ティース付根から２番目にあるコイル２ｆとコイル先端から２番目の位置にあるコイル２ｋ・・・というようにそれぞれを直列接続してコイル群を形成し、これら４本のコイル群を並列に接続しているのである。
【００２４】
このように構成することによって、並列に接続された４本のコイル群２−１〜２−４の間でインダクタンスの相違が小さくなり、巻装コイル２の端子部に電圧を印加した場合、すなわち４本のコイル群２−１〜２−４に同一の電圧が加えられた場合に、電流の偏りが抑制されて４倍の導体面積を有するコイルが１つだけ存在する場合とほぼ同等の銅損に抑制される。
【００２５】
この様子を図６及び図７に示す。図６は図４のコイル構成で２ｅと２ｉ、２ｆと２ｊ・・・というように、上段と下段でコイルの配列を同じにしたときに、４本のコイル群に流れる電流波形を示した図である。一方図７は本実施形態の接続方法による電流波形を示した図である。両図を比べると、図７の方が図６に比べて明らかに電流の偏りが抑制されていることがわかる。このように、本実施形態によれば、電流の偏りを抑制し、銅損を減少することができるのである。
【００２６】
また、本実施形態は第１実施形態に比べて、電気的に並列に接続される複数のコイルを作成するために銅線を複数本同時に巻回する場合や、あらかじめ複数本が帯状に固定されているような銅線束を巻回するような場合に、優れた製造性を呈する。
【００２７】
（第４実施形態）
図８は、本発明による電動機の巻線構造の第４実施形態を示す図であり、ステータのティース付近の巻装コイルの様子を示している。
【００２８】
本実施形態では図４のコイル構成を極めて簡単な巻線方法で実現している。本実施形態では、あらかじめ４本の銅線２１〜２４を帯状に固定した帯状銅線２０を使用する。その帯状銅線２０をまずはじめにティース１ａの付根側に巻回する。１段目として所定回数巻回した後、ティース先端側へ移行して２段目として巻回する。そして、その移行の際、帯状銅線２０を捻ることによって、電気的に図４及び図５と同じコイル構成を実現できているのである。
【００２９】
このように、並列接続される複数の銅線を２段に重ねる際に、１段目から２段目へ移行する過程でコイル順列を反転させることで、より簡単な構成で電流のばらつきを抑制している。そして、帯状銅線２０を捻るのは１回だけでよいので、複数の銅線を捩りながら巻回することに比べて占積率の低下は低い。また、捻る場所を直接モータ性能に寄与しないコイルエンド部とすればスペース的な不利も生じない。
【００３０】
なお本実施形態では銅線をあらかじめ帯状に固定した帯状銅線を使用するとして説明したが、帯状に固定されていなくても、複数の銅線を同時に巻進める場合であっても有効であることは言うまでもない。
【００３１】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。
【００３２】
例えば、各実施形態の説明では、１のコイル群は、２つのコイルを直列接続することで形成しているが、さらに多くのコイルを直列接続して形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明による電動機の巻線構造の第１実施形態を示す図である。
【図２】巻装コイルの電気的な結線方法を示す図である。
【図３】本発明による電動機の巻線構造の第２実施形態を示す図である。
【図４】本発明による電動機の巻線構造の第３実施形態を示す図である。
【図５】巻装コイルの電気的な結線方法を示す図である。
【図６】第３実施形態の銅損について説明する図である。
【図７】第３実施形態の銅損について説明する図である。
【図８】本発明による電動機の巻線構造の第４実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  ステータ
１ａ  ステータティース
２  巻装コイル
２−１，２−２，・・・  コイル群
２ａ，２ｂ，・・・  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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