JP2009232650A

JP2009232650A - 回転電機

Info

Publication number: JP2009232650A
Application number: JP2008078130A
Authority: JP
Inventors: Masami Hagimura; 将巳萩村; Takanori Matsui; 孝典松井
Original assignee: Mitsuba Corp
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 2008-03-25
Filing date: 2008-03-25
Publication date: 2009-10-08

Abstract

【課題】中性点の設置の自由度を向上させることができるとともに、誤配線を防ぐことができる回転電機を提供する。
【解決手段】コイルは、各相毎に３つコイル群Ｖ１〜３，Ｕ１〜３，Ｗ１〜３で構成され、コイル群Ｖ１〜３，Ｕ１〜３，Ｗ１〜３は並列接続されてなり、各コイル群Ｖ１〜３，Ｕ１〜３，Ｗ１〜３はスター結線により結線され、各コイル群Ｖ１〜３，Ｕ１〜３，Ｗ１〜３の他端の端末部５４〜５６，６４〜６６，７４〜７６が一の中性点Ｃに接続されていることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば、自動二輪車に用いられる回転電機に関するものである。

従来から、回転電機として、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相で構成された電動モータや磁石発電機が知られている。
この種の回転電機は、ステータと、このステータに対して回転自在に設けられたロータを備えている。ステータは、円環状のステータコアと、このステータコアから径方向に突設された複数のティース部と、このティース部に巻装されたコイルとを備えている。一方、ロータは、ティース部に対向するように配置された永久磁石を備えている。
そして、回転電機を電動モータとして使用する場合には、コイルに給電することにより磁界が形成され、ロータの永久磁石との間に生じる磁気的な吸引力や反発力によってロータが駆動される。一方、磁石発電機として用いる場合には、ロータが回転することによりティース部に流れる磁束が変化し、これが起電力となってコイルに電流が流れるようになっている。

上述した回転電機におけるコイルの結線構造としては、例えばスター結線（Ｙ結線）が知られている。
図４にスター結線の一例を模式的に示す。
同図示すように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイルＵａ・Ｕｂ、Ｖａ・Ｖｂ、Ｗａ・Ｗｂは、並列に結線してある。そして、これらコイルＵａ・Ｕｂ、Ｖａ・Ｖｂ、Ｗａ・Ｗｂの中性点Ｃ１，Ｃ２同士、及び端末部Ｕａ・Ｕｂ、Ｖａ・Ｖｂ、Ｗａ・Ｗｂ同士を接続してある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１９９６３８号公報

ところで、上述した回転電機にあっては、各コイルＵａ・Ｕｂ、Ｖａ・Ｖｂ、Ｗａ・Ｗｂをそれぞれ一のコイル群として構成し、各相のコイル群毎にそれぞれスター結線を行っている。つまり、各相のコイル群の数に応じて中性点Ｃ１，Ｃ２が設けられている。そのため、コイル群の数を増加させることに伴い、中性点の数も増加する。また、中性点の結線部は通常、ステータコアの表面に設置されているが、中性点の数が増加することで、中性点の結線部の数も増加する。

しかしながら、ステータコアの表面において中性点の結線部の設置スペースは限られており、中性点が増加することで、それら結線部の設置スペースを確保することが難しく、レイアウト性が低下するという問題がある。また、中性点の結線部を増加させることに伴い、中性点を結線部へ結線する際に誤配線が生じる虞がある。

そこで、本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであって、中性点の設置の自由度を向上させることができるとともに、誤配線を防ぐことができる回転電機を提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、ステータに設けられた複数のティース部に複数相からなるコイルが巻装された回転電機において、前記コイルは、各相毎に複数のコイル群が並列接続されてなり、各コイル群はスター結線により結線され、各コイル群の一端の端末部が一の中性点に接続されていることを特徴とする。
この場合、前記コイル群は、複数の前記コイルが直列接続されてなることを特徴とする。
この構成によれば、複数のコイル群の端末部を一の中性点に結線することで、複数のコイル群をスター結線により接続する場合において、中性点を一括化することができる。つまり、従来のように各相のコイル群の数に応じて中性点を設置していた場合に比べて、コイル群を増加させても中性点を増加する必要がない。

請求項１，２に記載した発明によれば、コイル群を増加させても中性点を増加する必要がないため、中性点の設置の自由度を向上させることができる。したがって、例えばステータコアに中性点を設置する場合においても、中性点の設置スペースを小さく抑えることができ、レイアウト性を向上させることができる。
また、中性点を一括化することで、各コイル群を結線する際における誤配線を防ぐこともできる。

次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１、図２に示すように、磁石発電機（回転電機）１は、例えば自動二輪車に用いられるアウターロータ型の発電機であって、エンジンのクランクシャフト２の先端に固定されたロータ３と、エンジンのケース（不図示）に固定されるステータ４とを備えている。

ロータ３は、有底筒状に形成されたものであって、径方向略中央に設けられたロータボス５にクランクシャフト２が取り付けられている。
ロータ３の周壁７には、内周面側に複数の永久磁石８が周方向に磁極が交互となるように設けられている。また、外周面側には、複数の突起９が周方向に等間隔に設けられている。これら突起９は、クランクシャフト２やロータ３の回転位置を検出するためのものである。

ステータ４は、円環状のステータコア１７を有している。ステータコア１７は、磁性材料の板材を軸線方向に積層して形成したものであって、径方向中央にロータボス５が挿通可能なボス孔１５が形成されている。また、ステータコア１７には、ステータ４をエンジンのケースに締結固定するためのネジ孔２０が３箇所周方向に等間隔に形成されている。
さらに、ステータコア１７には、放射状に径方向外側に向かって延出するティース部１６が等間隔に１８個設けられている。

ステータ４の外周には、隣接するティース部１６間に蟻溝状のスロット１９が形成されている。このスロット１９は、ティース部１６に電機子コイル１８を巻装するためのコイル受け入れ口の役割を有する。スロット１９は軸線方向に沿って延びており、周方向に沿って等間隔に１８個形成されている。また、各ティース部１６には、それぞれ絶縁材であるインシュレータ２４が装着されている。そして、インシュレータ２４を介してコイル線材（不図示）が多数回巻回されることで、電機子コイル１８が構成されている。

ティース部１６は、それぞれＶ相，Ｕ相，Ｗ相が周回り方向にこの順で割り当てられていると共に、これらティース部１６に巻装される相毎の電機子コイル１８が任意に３分割されている。具体的には、電機子コイル１８は、３つのコイル群（第一コイル群Ｖ１，Ｕ１，Ｗ１と、第二コイル群Ｖ２，Ｕ２，Ｗ２と、第三コイル群Ｖ３，Ｕ３，Ｗ３）に振り分けられている。

すなわち、Ｖ相の第一コイル群Ｖ１は、ティース部１６を２個ずつ飛ばしながら存在するコイルＶ１−１と、コイルＶ１−２とから成る。そして、第二コイル群Ｖ２は、ティース部１６を２個ずつ飛ばしながら存在するコイルＶ２−１と、コイルＶ２−２とから成り、第三コイル群Ｖ３は、ティース部１６を２個ずつ飛ばしながら存在するコイルＶ３−１と、コイルＶ３−２とから成る。そして、これらコイルＶ１−１とコイルＶ２−１とコイルＶ３−１、コイルＶ１−２とコイルＶ２−２とコイルＶ３−２は、互いに周方向に沿って１２０度ずれた位置に存在している。

同様にして、Ｗ相の第一コイル群Ｗ１は、ティース部１６を２個ずつ飛ばしながら存在するコイルＷ１−１と、コイルＷ１−２とから成る。そして、Ｗ相の第二コイル群Ｗ２は、ティース部１６を２個ずつ飛ばしながら存在するコイルＷ２−１と、コイルＷ２−２とから成り、第三コイル群Ｗ３は、ティース部１６を２個ずつ飛ばしながら存在するコイルＷ３−１と、コイルＷ３−２とから成る。そして、これらコイルＷ１−１とコイルＷ２−１とコイルＷ３−１、コイルＷ１−２とコイルＷ２−２とコイルＷ３−２は、互いに周方向に沿って１２０度ずれた位置に存在している。

さらに、Ｕ相の第一コイル群Ｕ１は、ティース部１６を２個ずつ飛ばしながら存在するコイルＵ１−１と、コイルＵ１−２とから成る。そして、Ｕ相の第二コイル群Ｕ２は、ティース部１６を２個ずつ飛ばしながら存在するコイルＵ２−１と、コイルＵ２−２とから成り、第三コイル群Ｕ３は、ティース部１６を２個ずつ飛ばしながら存在するコイルＵ３−１と、コイルＵ３−２とから成る。そして、これらコイルＵ１−１とコイルＵ２−１とコイルＵ３−１、コイルＵ１−２とコイルＵ２−２とコイルＵ３−２は、互いに周方向に沿って１２０度ずれた位置に存在している。

このように、電機子コイル１８は、それぞれ２個のティース部１６（例えば、Ｕ相の第一コイル群のコイルは、コイルＵ１−１、コイルＵ１−２に対応する２個のティース部１６）にコイル線材が一連に巻装されることで形成されている。つまり、各コイル群Ｖ１〜３，Ｕ１〜３，Ｗ１〜３のコイル（例えば、Ｕ相の第一コイル群のコイルは、コイルＵ１−１、コイルＵ１−２）は、それぞれ直列接続されて構成されている。

ここで、図１，３に示すように、各コイル群Ｖ１〜３，Ｕ１〜３，Ｗ１〜３は、スター結線により結線されている。
具体的には、各相コイル群Ｖ１〜３，Ｕ１〜３，Ｗ１〜３の他端の端末部５１〜５３，６１〜６３，７１〜７３（例えば、Ｖ相の第１コイル群Ｖ１におけるコイルＶ１−２の端末部）は、それぞれスロット１９から引き出されて出力部５０，６０，７０として構成されている。すなわち、Ｖ相のコイル群Ｖ１〜３は、並列接続されており、それぞれの他端の端末部５１，５２，５３（コイルＶ１−２，Ｖ２−２，Ｖ３−２の端末部）が接続されて、Ｖ相の出力部５０として構成されている。

同様に、Ｕ相のコイル群Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３は並列接続されており、それぞれの他端の端末部６１，６２，６３（コイルＵ１−２，Ｕ２−２，Ｕ３−２の端末部）が接続されて、Ｕ相の端末部６０として構成されている。
さらに、Ｗ相のコイル群Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３も並列接続されており、それぞれの他端の端末部７１，７２，７３（コイルＷ１−２，Ｗ２−２，Ｗ３−２の端末部）が接続されて、Ｗ相の端末部７０として構成されている。
そして、これら端末部５０，６０，７０は、不図示の発電用出力リード線にそれぞれ接続され、発電出力用リード線を介して不図示のバッテリに蓄電されたり、付属電機機器に電力供給されたりする。

一方、各コイル群Ｖ１〜３，Ｕ１〜３，Ｗ１〜３の一端の端末部５４〜５６，６４〜６６，７４〜７６（例えば、Ｖ相の第１コイル群Ｖ１におけるコイルＶ１−１の端末部）は、一括化されて一の中性点Ｃに接続されている。
すなわち、Ｖ相のコイル群Ｖ１〜３のそれぞれの一端の端末部５４，５５，５６（コイルＶ１−１，Ｖ２−１，Ｖ３−１の端末部）は、同一の中性点Ｃに接続されている。同様に、Ｕ相のコイル群Ｕ１〜３のそれぞれの一端の端末部６４，６５，６６（コイルＵ１−１，Ｕ２−１，Ｕ３−１の端末部）は、同一の中性点Ｃに接続されている。さらに、Ｗ相のコイル群Ｗ１〜３のそれぞれの一端の端末部７４，７５，７６（コイルＷ１−１，Ｗ２−１，Ｗ３−１の端末部）も、同一の中性点Ｃに接続されている。

これにより、２個のコイル（例えば、Ｕ相の第一コイル群は、コイルＵ１−１，Ｕ１−２）が直列接続されてなる３個のコイル群（例えば、Ｕ相のコイル群Ｕ１〜３）が、並列接続された状態で一個の中性点Ｃに接続されている。これにより、図１に示すように、ステータ１７の表面には中性点Ｃの結線部３０が１個のみ配置されている。

このように、上述の実施形態によれば、各コイル群Ｖ１〜３，Ｕ１〜３，Ｗ１〜３の一端の端末部５４〜５６，６４〜６６，７４〜７６を一の中性点Ｃに結線する構成とした。
この構成によれば、複数のコイル群Ｖ１〜３，Ｕ１〜３，Ｗ１〜３をスター結線により接続する場合において、中性点Ｃを一括化することができる。つまり、従来のように各相のコイル群の数に応じて中性点を設置していた場合に比べて、コイル群を増加させても中性点を増加する必要がない。
これにより、ステータ１７の表面に中性点Ｃの結線部３０を設置する場合においても、結線部３０を１つのみ設置すればよい。よって、中性点Ｃの結線部３０の設置スペースを小さく抑えることができ、ステータ１７の表面における限られたスペースにおいて、中性点Ｃの結線部３０の設置箇所が制限されることがない。したがって、中性点Ｃの結線部３０のレイアウト性を向上させることができる。

また、中性点Ｃを一括化することで、各コイル群Ｖ１〜３，Ｕ１〜３，Ｗ１〜３を結線する際における誤配線を防ぐこともできる。

ところで、上述した磁石発電機１にあっては、低電圧でより多くの電流を流すことが求められている。そのため、本来であれば抵抗の低い比較的線径の太いコイル線材を用い、各相に対応するティース部間を一連に接続し、各相毎に１つのコイル群として構成することが考えられる。しかしながら、線径の太いコイル線材を用いる場合には、コイル線材の配索経路が長くなることで、コイルの巻線スペースが縮小し、コイル線材が巻回し難かったり、コイルの巻き太りが発生したりするという問題がある。

これに対して、本実施形態よれば、各相の電機子コイル１８をそれぞれ３つのコイル群Ｖ１〜３，Ｕ１〜３，Ｗ１〜３に分割して構成しているため、各相毎に１本の巻線でティースに巻回させる場合に比べて、コイル線材の配索経路も短縮することができる。そのため、コイルの巻線スペースを確保し、コイルの巻き太りを防止することができる。
そして、本実施形態では３つのコイル群Ｖ１〜３，Ｕ１〜３，Ｗ１〜３を並列接続しているため、各コイル群１〜３，Ｕ１〜３，Ｗ１〜３の抵抗を低減して、より多くの電流を流すことができる。

なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
例えば、上述の実施形態では、電動機が磁石発電機である場合について説明したが、これに限られるものではなく、電動機が電動モータであってもよい。
また、上述の実施形態では、スロットが１８個形成されている場合について説明したが、これに限られることはなく適宜設計変更が可能である。
さらに、上述の実施形態では、コイルがＶ相，Ｕ相，Ｗ相の３相で構成されている場合について説明したが、これに限られるものではなく、コイルが３相以上で構成されていてもよい。

本発明の実施形態における発電機の平面図である。図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。本発明の実施形態における電機子コイルの巻線構造を示す模式図である。従来のスター結線の一例を示す模式図である。

符号の説明

１…磁石発電機（回転電機）４…ステータ１６…ティース部１８…電機子コイル（コイル）Ｖ１…第一コイル群のＶ相コイルＵ１…第一コイル群のＵ相コイルＷ１…第一コイル群のＷ相コイルＶ２…第二コイル群のＶ相コイルＵ２…第二コイル群のＵ相コイルＷ２…第二コイル群のＷ相コイルＵ３…第三コイル群のＵ相コイルＶ１…第三コイル群のＶ相コイルＷ１…第三コイル群のＷ相コイル

Claims

ステータに設けられた複数のティース部に複数相からなるコイルが巻装された回転電機において、
前記コイルは、各相毎に複数のコイル群が並列接続されてなり、各コイル群はスター結線により結線され、各コイル群の一端の端末部が一の中性点に接続されていることを特徴とする回転電機。
前記コイル群は、複数の前記コイルが直列接続されてなることを特徴とする請求項１記載の回転電機。