JPH11187598A - 電動機の電機子巻き線 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 線材間の結線を容易に行うことができる電動
機の電機子巻き線を提供する。 【解決手段】 電動機が備える磁気コア１の軸方向に沿
って形成されるスロット溝２内に貫通した状態で存在
し、その少なくとも一方の端部が磁気コア１の端部から
突出する線材３と、突出する線材３と個々に電気的に接
続すると共に接続した線材間を選択的に電気接続する配
線パターン４２が形成された接続用基板４とを備え、こ
の接続用基板４によって、線材３の挿入と同時に配線パ
ターン４２による電気的接続を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動機に関し、特
に電機子の巻き線構造に関し、巻き回数の少ない電機子
に好適な電機子巻き線に関する。

【０００２】

【従来の技術】電動機の電機子巻き線は、従来、断面形
状が円形の線材を用いている。この制線材電機子コアに
巻回する方法として、あらかじめ設定された巻く数や束
数で巻いた単位コイルを、電機子コアのスロットの開口
部に挿入する方法や、電機子コアに線材を直接巻き付け
る方法が知られている。

【０００３】一般に、電動機では小型で高出力を得るた
めに、スロットの開口部に対する巻き線の占積率が高い
ものが求められている。

【０００４】この占積率は、例えば、前記した単位コイ
ルをスロットの開口部に挿入する方法では、直径を一辺
とする正方形の断面積に対しする円形断面の各巻き線
（素線）の断面積で占積率を定め、さらに素線の絶縁被
覆を考慮すると、計算上の占積率の上限は一般に７０％
である。これをスロットの開口部での実質導体断面積の
占積率は、被覆の厚さにも依存するが約５０％程度とな
る。

【０００５】図１５は、従来の巻き線方法によるスロッ
トの断面形状を示している。この巻き線仕様では、φ
１．０ｍｍの線材３０を並列に１０回巻いた束を巻き線
３で巻いた例であり、同一断面に３０本の線材が入るこ
とになる。φ１．０ｍｍと呼ばれる線材の絶縁皮膜９０
を含む線径は、第一種線材の場合、約１．０７６ｍｍで
ある。又、図１５中のスロット断面積（絶縁紙８０を除
く）は、約５２ｍｍ² である。

【０００６】素線の絶縁皮膜を含む直径を一辺とする正
方形断面を基準として占積率を求めると、（１．０７６
×１．０７６×３０）／５２＝０．６７となる。この場
合の実質導体面積の占積率は（（π／４）×１．０² ×
３０）／５２＝０．４５となり、スロット断面積の約半
分しか導体が占めないことになる。

【０００７】又、電機子コアに線材を直接巻き付ける方
法では、直接巻き付けることによって前記した方法より
占積率を高めることができるが、巻き線作業を行うため
の、巻き線ノズルと言われる線材を通過させるための作
業空間が必要があり、又、完全な整列巻きは困難である
ため、実用的な占積率の上限は、７０〜８０％程度であ
る。

【０００８】図１６は、仮に理想的に巻き線が挿入でき
たときのスロットの断面形状を示している。この場合に
は、同じφ１．０ｍｍの線材が４４本入っている。同様
にして占積率を求めると、（１．０７６×１．０７６×
４４）／５２＝０．９８となり、この場合の実質導体面
積の占積率は（（π／４）×１．０² ×４４）／５２＝
０．６５となる。

【０００９】この占積率を高めるためには、コアを分割
して線材を巻回し、その後分割したコアを接続して電機
子を構成する構造のものも知られているが、製造方法が
複雑となるという問題がある。

【００１０】又、占積率を高めるためには、生産性や歩
留まりを犠牲にしなければならず、生産性や歩留まりの
向上を考慮すると、占積率は低めに設定する必要があ
る。

【００１１】上記のような問題点を解決する一つとし
て、巻き線の断面形状とスロットの形状をほぼ一致させ
ることによって、デッドスペースを減少させ、これによ
って占積率を高めることが知られている。

【００１２】図１７は、スロット形状に合わせた断面の
線材を用いた場合のスロットの断面形状を示している。
図では、同じ断面形状を有する３つの単位線材を合わせ
たものを線材とし、スロットに挿入可能な最大面積の断
面を用いた場合である。この場合の実質上の導体断面積
の占積率は（１４．７×３）／５２＝０．８５となり、
前記図１５の場合の約２倍の占積率が可能となる。

【００１３】占積率を高めることによって、巻き線抵抗
を小さくして銅損を減少させることができ、電動機の小
型化や、同じ大きさの電動機であれば、高出力化をはか
ることができる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】従来の電動機の電機子
巻き線において、スロット形状に合わせた断面の線材を
用いる場合には、線材を電機子コアに取り付けた段階で
は、単に電機子コアの両端から突出した状態にあり、線
材間において結線を行い、所定の位相関係の電流を供給
する必要がある。

【００１５】この線材間の結線を行うには、結線用の導
線を線材の端部に半田付け等によって取り付ける必要が
ある。この結線では、所定の位相関係となるように、複
数の配線を行わなければならないという作業の手間の問
題があり、又、狭い空間での作業であるため、作業時間
が長時間化するという作業時間の問題もある。

【００１６】そこで、本発明は従来の電動機の電機子巻
き線の持つ問題点を解決し、線材間の結線を容易に行う
ことができる電動機の電機子巻き線を提供することを目
的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の電動機の電機子
巻き線は、電動機が備える磁気コアの軸方向に沿って形
成されるスロット溝内に貫通した状態で存在し、その少
なくとも一方の端部が磁気コアの端部から突出する線材
と、突出する線材と個々に電気的に接続すると共に接続
した線材間を選択的に電気接続する配線パターンが形成
された接続用基板とを備えた構成とするものである。

【００１８】ここで、電機子の磁気コアは回転子側とす
ることも、又、固定子側とすることもできる。又、線材
は電機子の巻き線を構成するものであり、導電体と、そ
の外周面の少なくとも磁気コア及び隣接する線材と接触
する面に絶縁層を備える。

【００１９】この構成によれば、線材を磁気コアのスロ
ット溝内に挿入することによって、その線材をスロット
溝内に貫通した状態で存在させ、その線材の少なくとも
一方の端部を磁気コアの端部から突出させる。線材が突
出した側に接続用基板を設け、この接続用基板に形成さ
れた配線パターンと突出する線材とを電気的に接続す
る。配線パターンには、接続した線材間を選択的に電気
接続する結線パターンが形成されているため、これによ
って、各線材には配線パターンで定められた所定の位相
関係で電流が流れる。

【００２０】線材間の結線は、接続用基板により行うこ
とができるため、線材間の結線を容易に行うことができ
る。

【００２１】なお、線材の一方側をあらかじめ結線して
おき、他方の端部のみを接続用基板で結線する構成とす
ることも、又、線材の両端を接続用基板で結線する構成
とすることもできる（請求項１，２に対応）。

【００２２】本発明の電動機の電機子巻き線の他の態様
では、接続用基板は線材を挿入する開口部を備え、その
該開口部を配線パターンの一部とする構成とするもので
あり、これによって、開口部内に線材を挿入することに
よって、線材と配線パターンとの電気的接続を同時に行
うことができる（請求項３に対応）。

【００２３】本発明の電動機の電機子巻き線の別の態様
では、接続用基板は線材を差し込むソケットを備え、そ
のソケットに配線パターンに接続する構成とするもので
あり、これによって、ソケットに線材を差し込むことに
よって、線材と配線パターンとの電気的接続を同時に行
うことができる（請求項４に対応）。

【００２４】本発明の電動機の電機子巻き線のさらに別
の態様では、線材の断面形状をスロット溝の断面形状と
ほぼ同形状で、その大きさをスロット溝内に挿入可能な
大きさとする。なお、線材は、任意の形状及び個数に分
割することができる。これによって、占積率を高めるこ
とができる（請求項５に対応）。

【００２５】本発明の電動機の電機子巻き線によれば、
接続用基板による結線を行うことができるため、線材を
接続用基板を取り付けると同時に電気的接続を行うこと
ができ、線材間の結線が容易となる。

【００２６】又、線材の断面形状をスロット溝の断面形
状とほぼ同形状とすることによって、占積率を高め、巻
き線抵抗を小さくして銅損を減少させ、電動機の小型化
や、同じ大きさの電動機であれば、高出力化をはかるこ
とができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照しながら詳細に説明する。本発明の実施の構成例に
ついて図１の斜視図を用いて説明する。なお、図１は電
動機の電動機に一部のみを示し、固定側の磁気コアに巻
き線を設ける構成について示している。

【００２８】図１において、電動機の固定側の磁気コア
１は、その内側において軸方向に沿ってスロット溝２が
形成され、該スロット溝２内に導電体を含む線材３を設
けることによってコイルを形成する。なお、線材３は、
導電体の外周に絶縁層を設け、この絶縁層によって、磁
気コア１あるいは隣接する線材３間での絶縁を行う。

【００２９】又、線材３の断面形状は、スロット溝２の
断面形状とほぼ同形状で、その大きさをスロット溝２内
に挿入可能な大きさとする。これによって、スロット溝
２内に対して線材３を軸方向に挿入して貫通させ、スロ
ット溝２内に貫通した状態でとどめることができる。線
材３は、任意の形状及び個数に分割することができ、図
３では、放射方向に三つに分割した構成を示している。

【００３０】さらに、本発明は、接続用基板４を少なく
とも一方の磁気コア１に備える。この接続用基板４に
は、線材３と電気的に接続する部分と、配線パターン４
２を備える。線材３と電気的に接続する部分は、例え
ば、接続用基板４に形成した開口部及び接点部を含む構
成とすることができ、開口部に線材を挿入することによ
って、線材と接点との電気的接続を同時に行うことがで
きる。

【００３１】又、配線パターン４２は、接続用基板４上
において、複数の開口部間を所定の接続パターンで接続
するものであり、接続用基板４に取りつけた線材３間を
所定のパターンで電気的に接続する。これによって、線
材３に所定の位相関係の電流を供給することができる。
配線パターン４２はケーブル６を介して電源等の外部と
接続している。

【００３２】なお、図１では、磁気コア１，線材３，及
び接続用基板４との位置関係を明瞭とするために、磁気
コア１と接続用基板４との間隔を広くして示している。

【００３３】次に、線材の磁気コアへの取り付けについ
て図２，３の斜視図、及び図４，５の断面図を用いて説
明する。なお、図２，３の斜視図は一つの線材のみを示
している。図４に示す線材３は、放射方向に３つの分割
した構成例であり、外周側から内周側に向かって線材３
ａ，３ｂ，３ｃを備える。線材３ａ，３ｂ，３ｃは、順
に長さを短くして形成し、磁気コア１のスロット溝２内
に軸方向に挿入することによって、図５に示すように、
スロット溝２内に貫通した状態で取り付けることができ
る。

【００３４】図２は、磁気コア２内に線材３ａ，３ｂ，
３ｃを挿入し、その端部を磁気コア２の端面から突出さ
せた状態を示している。線材３ａ，３ｂ，３ｃの長さを
順に短くしておくことによって、突出した線材３ａ，３
ｂ，３ｃの端部３ａ’，３ｂ’，３ｃ’は、外周側ほど
突出量が大きくなっている。

【００３５】この突出した線材の端部３ａ’，３ｂ’，
３ｃ’を外周側に湾曲させ、各線材３ａ，３ｂ，３ｃの
端部３ａ’，３ｂ’，３ｃ’間に間隔を形成する。この
間隔は、線材３ａ，３ｂ，３ｃを接続用基板４において
電気的に分離した状態で接続するものである。

【００３６】なお、線材３ａ，３ｂ，３ｃの長さは任意
に異ならせることができ、順に長くなるよう、あるい
は、両側を長く、中央を短くする構成とする等の任意の
組み合わせで長さを異ならせることができる。この長さ
を異ならせた線材の端部を折り曲げることによって各線
材の端部間に所定の間隔を形成し、これによって、接続
用基板において電気的に分離した状態で接続する。

【００３７】又、線材を周方向に分割する場合には、周
方向で異なる長さとし、長さを異ならせた線材の端部を
折り曲げることによって各線材の端部間に所定の間隔を
形成し、接続用基板での電気的に分離した状態での接続
を可能とする。又、線材を放射方向及び周方向に分割す
る場合には、両向で異なる長さとし、同様とすることが
できる。

【００３８】図６は接続用基板の一構成例を説明するた
めの斜視図であり、図７は線材を接続用基板に取り付け
た状態を説明するための斜視図である。なお、図６，７
とも一部のみを示している。

【００３９】図６において、接続用基板４は線材３を挿
入する位置に開口部４１を備え、該開口部４１におい
て、線材３を挿入したときに線材３と接触する位置に接
点部４３を備える。なお、接点部４は、線材３と接続用
基板４とが接触する全ての面に形成することも、あるい
は一部のみに形成することもできる。

【００４０】又、接続用基板４には配線パターン４２が
形成される。この配線パターン４２は各開口部４１に形
成される接点部４を所定のパターンで結合し、挿入した
線材に所定の位相関係に電流を供給する。したがって、
配線パターン４２は、供給する電流の位相関係を満足す
るようなパターンをあらかじめ形成しておく。

【００４１】なお、接続用基板４はプリント基板とし、
配線パターン４２は該プリント基板上に形成される導電
パターンとすることができる。

【００４２】図７において、接続用基板４の各開口部に
線材３ａ，３ｂ，３ｃを挿入し、その先端３ａ’，３
ｂ’，３ｃ’を突出させた状態を示している。開口部の
接点部４において、各線材３ａ，３ｂ，３ｃは配線パタ
ーン４２と電気的に接触し、各線材３間の結線が行われ
る。

【００４３】なお、接続用基板４において、線材を取り
付ける開口部は貫通口に限らず、底部を有する構成とす
ることもできる。

【００４４】図８，９は接続用基板の他の構成例を説明
するための斜視図であり、図７は磁気コア側から見た面
を示し、図８は磁気コアと反対側から見た面を示してい
る。なお、図８，９とも一部のみを示している。

【００４５】図８において、接続用基板５は線材３を挿
入する位置にソケット５１を備え、該ソケット５１にお
いて、線材３を挿入したときに線材３と接触する位置に
接点を備える。

【００４６】又、図９において、接続用基板５には配線
パターン５２が形成される。この配線パターン５２は各
ソケット５１の接点部を所定のパターンで結合し、挿入
した線材に所定の位相関係に電流を供給する。配線パタ
ーン５２は、供給する電流の位相関係を満足するような
パターンをあらかじめ形成しておく。

【００４７】なお、接続用基板５はプリント基板とし、
配線パターン５２は該プリント基板上に形成される導電
パターンとすることができる。

【００４８】接続用基板５の各ソケットに線材３ａ，３
ｂ，３ｃの先端３ａ’，３ｂ’，３ｃ’を挿入すること
によって、各線材３ａ，３ｂ，３ｃは配線パターン５２
と電気的に接触し、各線材３間の結線が行われる。

【００４９】図１０，１１は本発明の他の構成例を説明
するための断面図であり、図１０は線材を磁気コア側に
挿入する前の状態を示し、図１１は線材を磁気コア側に
挿入した後の状態を示している。

【００５０】図１０に示す線材３の一方の端部はあらか
じめ所定のパターンで結線しておき（図１０，１１中の
７）、他方の端部は外周側から内周側に向かって順に長
さを短くして形成した線材３ａ，３ｂ，３ｃを備える。
線材３ａ，３ｂ，３ｃは、磁気コア１のスロット溝２内
に軸方向に挿入することによって、図１１に示すよう
に、スロット溝２内に貫通した状態で取り付けることが
でき、さらの突出した端部３ａ’，３ｂ’，３ｃ’に接
続用基板４を取り付けることによって結線を行う。

【００５１】これによれば、挿入前に一方の側の結線を
行うことができ、又、接続用基板の個数を減少させるこ
とができる。

【００５２】図１２，１３，１４は線材の他の構成例を
説明するための断面図である。図１２の断面図は、スロ
ット溝２’の形状を線材３の導体断面形状に合わせて形
成した構成例であり、絶縁皮膜を除いた導体断面積の占
積率は９０〜９５％とすることができる。この占積率は
絶縁皮膜の厚さに依存するが、絶縁皮膜を含めた線材の
スロット断面積に対する占積率は１００％に近づけるこ
とができる。

【００５３】なお、線材の断面形状は、矩形に限らず、
台形や角が丸い矩形等とすることができる。

【００５４】図１３の断面図は、線材３の分割を周方向
とする構成であり、これによって、突出した線材の端部
を周方向に湾曲させた形状とすることができる。

【００５５】又、図１３の断面図は、線材３を周方向に
分割する構成であり、これによって、突出した線材の端
部を周方向に湾曲させた形状とすることができる。

【００５６】図１４は、巻き線が多い場合の構成例であ
り、巻き線は９の場合を示している。巻き線が多い場合
には、周方向及び放射方向に分割した線材３Ａ〜３Ｉを
束ねる構成とすることができる。

【００５７】本発明のスロット溝の開口部は必要最小限
の隙間で十分であり、このスロット溝の開口部を狭くす
ることによって、電動機の特性を向上させることができ
る。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電動機の
電機子巻き線によれば、線材間の結線を容易に行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の構成例を説明するための斜視図
である。

【図２】本発明の線材の磁気コアへの取り付けを説明す
るための斜視図である。

【図３】本発明の線材の磁気コアへの取り付けを説明す
るための斜視図である。

【図４】本発明の線材の磁気コアへの取り付けを説明す
るための断面図である。

【図５】本発明の線材の磁気コアへの取り付けを説明す
るための断面図である。

【図６】本発明の接続用基板の一構成例を説明するため
の斜視図である。

【図７】本発明の線材を接続用基板に取り付けた状態を
説明するための斜視図である。

【図８】本発明の接続用基板の他の構成例を説明するた
めの斜視図である。

【図９】本発明の接続用基板の他の構成例を説明するた
めの斜視図である。

【図１０】本発明の他の構成例を説明するための断面図
である。

【図１１】本発明の他の構成例を説明するための断面図
である。

【図１２】本発明の線材の他の構成例を説明するための
断面図である。

【図１３】本発明の線材の他の構成例を説明するための
断面図である。

【図１４】本発明の線材の他の構成例を説明するための
断面図である。

【図１５】従来の巻き線方法によるスロットの断面形状
を示す図である。

【図１６】理想的に巻き線が挿入できたときのスロット
の断面形状を示す図である。

【図１７】スロット形状に合わせた断面の線材を用いた
場合のスロットの断面形状を示す図である。

【符号の説明】

１ 磁気コア ２ スロット溝 ３，３ａ，３ｂ，３ｃ，３ａ’，３ｂ’，３ｃ’ 線材 ４，５ 接続用基板 ６ ケーブル ７ 結線 ４１ 開口部 ４２，５２ 配線パターン ４３ 接点部 ５１ ソケット

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電動機が備える磁気コアの軸方向に沿っ
   て形成されるスロット溝内に貫通した状態で存在し、そ
   の少なくとも一方の端部が磁気コアの端部から突出する
   線材と、前記突出する線材と個々に電気的に接続すると
   共に、接続した線材間を選択的に電気接続する配線パタ
   ーンが形成された接続用基板とを備えた電動機の電機子
   巻き線。
2. 【請求項２】 前記線材は磁気コアの両端で突出し、前
   記接続用基板は磁気コアの両端において、突出した線材
   と電気接続する請求項１記載の電動機の電機子巻き線。
3. 【請求項３】 前記接続用基板は線材を挿入する開口部
   を備え、該開口部には配線パターンの一部が形成される
   請求項２記載の電動機の電機子巻き線。
4. 【請求項４】 前記接続用基板は線材を差し込むソケッ
   トを備え、該ソケットは配線パターンに接続する請求項
   ２記載の電動機の電機子巻き線。
5. 【請求項５】 前記線材の断面形状はスロット溝の断面
   形状とほぼ同形状であり、スロット溝内に挿入可能な大
   きさである請求項１，２，３，又は４記載の電動機の電
   機子巻き線。