JP2012257362A - 回転電機のカセットコイル - Google Patents

Abstract

【課題】導線を予め巻回して形成された状態で磁極に装着されるカセットコイルを用いる回転電機において、磁極の断面積を増加させる。
【解決手段】コイル２２は、磁極１６に装着される前に、長方形断面の導線２０を巻回して所定形状に形成されている（２２Ａ）。磁極１６に装着された際の、回転電機の最も内側となる１周の導線２０ａが、断面の長方形の長辺が、磁極１６の側面２４に対向するように配置される。他の部分の導線２０ｂは、短辺が磁極の側面２４に対向するように配置される。これにより、スロット１８の幅を狭め、磁極の幅ａを増加させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機の磁極に装着されるコイル、特に予め導線を巻回して所定形状に形成した後に磁極に装着されるカセットコイルに関する。

電気エネルギを回転の運動エネルギに変換する電動機、回転の運動エネルギを電気エネルギに変換する発電機、さらに電動機と発電機どちらにも機能する電気機器が知られている。以下において、これらの電気機器を回転電機と記す。

回転電機は、回転磁界を形成するために電流を流すコイル、または回転磁界により電流が流れるコイルを有する。コイルは、導線を巻回して磁極に装着されて形成され、このコイルに電流を流すことによって磁極が磁化される。磁極は、周方向に間隔をあけて配列され、磁極の間の空間はスロットと呼ばれている。コイルを形成する導線は、このスロット内に配置される。磁極をより強く磁化するためには、コイルの導線の巻き数を増加する、あるいは導線に流れる電流を増加する必要がある。このためには、スロットを大きくすることが有利であるが、これは、磁極が磁気飽和を起こさないようにするための磁極の断面積の確保と背反する。したがって、小形で強力な回転電機を製作するためには、占積率、つまりスロットの断面積に対するコイルを形成する導線の断面積の割合を高くする技術が必要となる。

下記特許文献１には、長方形の断面を有する導体により形成されたコイルが開示され、スロットの形状に応じて、長方形の長辺の向きを変える技術が開示されている。特許文献１において、スロットはモータの内側に向けて細くなっている。そして、この形状に対応して、導線は、スロットの外側においては長方形の長辺が周方向に向き、コイルエンド部分でひねられ、スロットの内側においては長辺が半径方向に向いて配置されている。

特開２０１０−３５３８１号公報

予め導線を複数回巻回して所定の形状にコイルを形成した後、これを磁極に装着するカセットコイルが知られている。このカセットコイルにおける占積率の向上および磁極の断面積の増加が求められている。

本発明は、回転電機に用いられるカセットコイルであって、当該回転電機の占積率の向上および磁極の断面積の増加の少なくとも一方に寄与するカセットコイルを提供することを目的とする。

本発明のカセットコイルは、コイルを形成する導線が長方形断面を有し、当該カセットコイルが回転電機の磁極に装着された際の回転電機の内側から１周または複数周の導線が断面の長辺が磁極の表面に対向するように配置され、残りの導線が断面の短辺が磁極の表面に対向するように配置されている。

スロットの幅が狭くなる回転電機の内側において、導線の断面の長辺が磁極の表面に対向するよう配置することで、隣接するカセットコイル同士をより接近させることができる。これにより、磁極の断面積を増加することが可能となる。

回転電機のステータの一部の軸線直交断面を示す図である。 比較のためのステータの一部の軸線直交断面を示す図である。

以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図１は、回転電機のステータ１０の回転電機の軸線（以下、単に軸線と記す。）に直交する断面の一部を示す図である。ステータ１０のコア１２は、略円筒形状のヨーク部１４と、ヨーク部１４の内周面から円筒の軸線に向けて延びる磁極１６を有する。磁極１６は、ヨーク部１４の内周面に周方向に沿って間隔をあけて配置される。磁極１６の間の空間はスロット１８と呼ばれる。スロット１８内には、導線２０が配置され、この導線２０は一つの磁極１６の周囲を回り、磁極１６に巻き付いた導線２０によりコイル２２が形成されている。

ステータコア１２の軸線直交断面の形状は、軸線方向においてほぼ一定の形状である。磁極１６は、根元から先端に向け、すなわち回転電機の半径方向の外側から内側に向け、ほぼ一定の幅ａを有する。これに対し、スロット１８は、半径方向の内側が狭くなっている。

コイル２２は、磁極１６に装着する以前に、図１中符号２２Ａで示すように巻回され、磁極１６に装着された際の形状に形成されている。この巻回された状態で、図１中の矢印Ａで示すように、磁極１６に装着される。つまり、コイル２２は、いわゆるカセットコイルである。

コイルを形成している導線２０は、図示するように断面が長方形の、いわゆる平角線である。導線２０は、磁極１６に対して一重に巻回されている。コイル２２Ａにおいては、導線２０が、図１中の上から下に向けて順次巻回されている。隣接する導線は、ほぼ隙間のない状態で詰めて巻回される。巻き始めにおいて、導線２０は、断面の長方形の短辺が、磁極１６の側面２４、すなわちスロット１８に向いた面に対向するように巻き付けられる。最後の周回になる前に、導線２０は、一つのスロット１８から隣のスロット１８に移る間にひねられて、最後の周回において、長辺が磁極の側面２４に対向するようにされて巻き付けられる。したがって、コイル２２の導線２０は、磁極１６に装着されたとき、回転電機の最も内側の１周の導線２０ａが、長辺が磁極の側面２４に対向する横向きの状態に、他の周の導線２０ｂが、短辺が磁極の側面２４に対向する縦向きの状態となっている。導線２０を巻き付ける順序は限定されるものではなく、例えば、下から上へと巻かれてもよい。

コイル２２が磁極１６に装着されたとき、隣接するコイル２２が接触しないように、コイル２２の間隔、すなわちスロットの幅が決定される。また、前述のように、コイル２２は、予め所定の形状に巻回された後に、磁極１６に挿入される。よって、挿入する時に隣接するコイル２２同士が干渉しないように、コイル２２間に所定の隙間を設ける必要がある。図１中にこの隙間ｇが示されている。隣接コイル間の隙間は、スロット１８が回転電機の半径方向内側で狭くなっているため、内側に巻回された導線２０の間隔で規定される。しかし、このコイル２２においては、最も内側の導線２０ａは横向きとされており、このため縦向きの導線２０ｂの最も内側に位置する導線２０ｂ-1の間隔が最も近接し、隣接コイル間の隙間ｇは、この導線２０ｂ-1の間隔で規定される。

図２は、比較のために、平角線である導線５０を、全ての周回において断面の短辺が磁極の側面５２に対向するように巻き付けて形成されたコイル５４の例を示す図である。隣接するコイル５２間の必要な間隙ｇを確保するために、図１に示すステータ１０に比較して、スロット５６の幅を広くされ、その分磁極５８の幅ｂが狭くされている。したがって、ステータ１０は、コイル２２の、回転電機の半径方向内側の導線２０ａを横向きに配置したことにより、スロットの幅を狭くし、占積率（スロット断面積に対する導線の総断面積の割合）を相対的に増加させている。また、スロットの幅が狭くされた分、磁極１６の幅もｂからａに広くされており、この結果、磁極１６の、磁極を通る磁束に直交する断面積を増加させている。これにより、磁気飽和が発生する磁束を高くすることができる。

コイル２２においては、最も内側の周の導線のみ横向きの配置としたが、内側の２周以上を横向きとすることもできる。また、コイル２２においては、導線２０は１層に巻いたが、これに重ねて多層に巻いてもよい。この場合、各層の最も内側の周の導線の全てを横向きに配置することもできるし、また一部の層の導線を横向きに配置することもできる。更に、導線を多層に巻く場合、回転電機の半径方向内側の層のうち下層、すなわち磁極に近い層の導線を横向きに配置してもよい。

１０ ステータ、１２ ステータコア、１６ 磁極、１８ スロット、２０ 導線、２２ コイル、２４ 磁極側面。

Claims (1)

1. 予め導線を複数回巻回して所定の形状に形成され、その後回転電機の磁極に装着されるカセットコイルであって、
   前記導線は長方形断面を有し、
   磁極に装着された際の回転電機内側から１周または複数周の前記導線は、断面の長辺が磁極の表面に対向するように配置され、残りの導線は、断面の短辺が磁極の表面に対向するように配置される、
   カセットコイル。

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