JPH09121488A - 回転電機のステータコイル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 導体のスペースファクタの向上ができ、接続
が容易かつ小型軽量化が可能な回転電機のステータコイ
ルを提供する。 【解決手段】 円周方向に異極が交互に現れるように複
数個の永久磁石を設けたロータと、複数個のコイルを前
記ロータの磁極に対向させて設けたステータとからなる
回転電機のステータコイルにおいて、導電材料からなる
裸線を複数本集合させて成形してなる導体の外周に、絶
縁材料からなる被覆を設け、この導体を巻回してコイル
を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、永久磁石式の回転
電機において、ステータコイル（電機子巻線）に微小直
径の電線の集合体からなる導体を使用すると共にコアレ
スとし、磁気回路中における磁束が時間的に変化するこ
とによって発生する渦電流損を減少させ、回転電機の効
率を向上させるようにした回転電機のステータコイルに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】モータや発電機の回転電機機械、例えば
直流機または同期機など、界磁コイルに電流を流して磁
界を作る方式のものでは、界磁電流を大きくすると効率
が低下してしまうため、又永久磁石で磁界を作る方式の
ものでは、これまでエネルギー密度の大きな磁石が無か
ったため、鉄など磁気抵抗の小さい材料を用いて磁気回
路を構成するが、磁界が交番する部分ではこの鉄の部分
に鉄損が発生し、効率が低下してしまう。

【０００３】これを防ぐため、磁界が交番する部分につ
いては相互に絶縁した薄い鉄板を積層して用いたり、そ
の材料も珪素鋼板など鉄損の少ない材料を使用してい
る。近年、特にエネルギー密度の高い磁石が開発され、
大きな空隙を持つ回転機でも大きな磁界が作り得るよう
になってきており、鉄心（コア）が無い方がむしろ有利
といえる状況になってきている。

【０００４】そこで大容量の回転電機においては電流容
量を大きくとるために、ステータコイルを横断面が長方
形状の平角銅線によって形成していた。しかしながら、
従来の回転電機ではステータコイルの導体中も平均的に
磁束が通るため、導体中に渦電流が発生して効率を低下
させていた。

【０００５】このような欠点を解決するために、ステー
タコイルの導体にリッツ線、すなわち多数本の油性エナ
メル銅線またはポリウレタン銅線を、その各線が適当に
内外層に転位するように撚り合わせ、その上に１重また
は２重に絹糸を横巻きにして形成したものを使用し、渦
電流損の発生を減少させるようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記のようなリ
ッツ線をステータコイルの導体とするには、複数本を集
合させて横断面が長方形状になるように成形して一体化
する必要がある。リッツ線においては、前記のように各
素線に油性エナメルまたはポリウレタン等の絶縁材料が
被覆されているため、横断面が長方形状になるように成
形した場合のスペースファクタが低くなり、従ってステ
ータコイルが大型化するという問題点がある。

【０００７】またステータコイル間における導体相互の
接続には通常はんだ等のろう材を使用するが、この場合
ポリウレタン等の絶縁被覆材が熱によって溶融しても、
導体が横断面長方形状に形成されているため、導体の中
心部においては上記絶縁被覆材が外に流出しにくく、素
線の周囲に残留してしまうことがある。このため導体中
心部における接続が不完全となるという問題点がある。

【０００８】本発明は、上記のような問題点を解決し、
導体のスペースファクタの向上を図ると共に、接続時の
作業性を図り、小型軽量化が可能である回転電機のステ
ータコイルを提供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明においては、円周方向に異極が交互に現れる
ように複数個の永久磁石を設けたロータと、複数個のコ
イルを前記ロータの磁極に対向させて設けたステータと
からなる回転電機のステータコイルにおいて、導電材料
からなる裸線を複数本集合させて成形してなる導体の外
周に、絶縁材料からなる被覆を設け、この導体を巻回し
てコイルを形成する、という技術的手段を採用した。

【００１０】被覆を構成する絶縁材料としては、油性エ
ナメル、ポリウレタン等の他に、外装用の絶縁テープ等
を使用することができる。本発明において、裸線の外周
表面に酸化膜を形成することができる。

【００１１】また本発明において、裸線の外周表面に低
融点絶縁材料からなる被膜を形成することができる。こ
の場合の絶縁材料の融点は、接続に使用されるはんだ等
のろう材の融点より低いものがよく、ワニス、接着剤等
を使用することができ、好ましくは２００℃以下のもの
がよい。

【００１２】更に上記の発明において、裸線の直径を0.
2 ｍｍ以下に形成することが好ましい。上記直径が0.2
ｍｍを超えると渦電流損が大になるため不都合である。
なお本発明における導体の横断面形状は、例えば１ｍｍ
×２ｍｍのような長方形状に形成することが好ましい
が、円形、楕円形、正方形その他の幾何学的形状として
もよい。

【００１３】

【実施例】図１は本発明の実施例における回転電機を示
す要部縦断面正面図、図２は図１におけるＡ−Ａ線断面
図である。図１および図２において、円筒ケース１の両
端にブラケット２がねじ３で固定される。それぞれのブ
ラケット２にはベアリング４が嵌め込まれ、シャフト５
が両側のブラケット２で回転自在に軸支されている。シ
ャフト５には、４枚の円板状のフラット型ロータ８が、
それぞれ空隙９を隔てて配設され固着されている。そし
て当該円板状のフラット型ロータ８には、極性を異にし
て順に複数個の永久磁石６が固着されている。空隙９を
隔てて配設された２枚の各フラット型ロータ８の各永久
磁石６は、その極性を異にし相対向している。これらの
永久磁石６は、マグネットホルダ１９、非磁性体のリン
グ２０等で固定されている。

【００１４】なお、７はヨークであり、ロータ１５は４
枚のフラット型ロータ８で構成されている。上記の永久
磁石６は、磁気エネルギー積の大なる希土類系磁石材
料、例えばＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の磁石材料によって形成さ
れる。

【００１５】２枚の各フラット型ロータ８によって形成
される各空隙９には、フラット型に形成された中空円板
状のステータコイル１０がそれぞれ配設されている。こ
れらのステータコイル１０は、平面への投影形状を略台
形状に巻線されたＵ，Ｖ，Ｗ各相のコイル１１を、円周
方向に６個配置すると共に、各相間の電気角を偏位させ
て形成し、層間および表面を絶縁紙（図示せず）を介し
て絶縁した３層構造であり、絶縁ワニスや合成樹脂材で
モールド一体化したものである。ステータコイル１０の
外周部には、固定用の穴１３が形成されている。

【００１６】ステータコイル１０は、円形のスペーサ１
６を介してサンドイッチ状に挟まれ、ボルト１８によっ
てブラケット２の一方に固定される。このときステータ
コイル１０のコイル１１の部分が、上記永久磁石６の位
置に配置されるようになっていることは言うまでもな
い。

【００１７】なおシャフト５の中心軸には通風ダクト穴
５−１が穿設されると共に、当該通風ダクト穴５−１に
連通して放射状の通風ダクト穴５−２が穿設されてい
る。またシャフト５に固着されているマグネットホルダ
１９には、当該放射状の通風ダクト穴５−２に連通した
通風ダクト穴１９−１が設けられ、さらに上記スペーサ
１６に通風ダクト穴が設けられると共に、当該スペーサ
１６の通風ダクト穴に連通して円筒ケース１の軸方向に
通風ダクト穴を形成する複数個の通風ダクト溝１−１が
穿設されている。

【００１８】これらシャフト５、マグネットホルダ１
９、スペーサ１６にそれぞれ設けられた通風ダクト穴５
−１，５−２，１９−１や円筒ケース１に設けられた通
風ダクト穴を形成する通風ダクト溝１−１によって、冷
却風が通り抜け、ステータコイル１０に発生する熱が放
散される。

【００１９】図３は図１および図２におけるステータコ
イル１０を形成する導体の例を示す説明図である。まず
図３（ａ）において、導体２１は例えば直径が0.16ｍｍ
の細い銅裸線２２を複数本集合させて、横断面が例えば
1.2 ｍｍ×2.3 ｍｍの長方形になるように成形して形成
される。そして導体２１の外周には例えば油性エナメル
からなる被覆２３を設ける。なお銅裸線２２は、例えば
図３（ｂ）に示すように７本撚りにして集合させてもよ
い。

【００２０】上記の構成による導体２１を巻回して、図
２に示すようなコイル１１を形成する。この場合、小さ
い磁界または周波数の低い交番磁界においては、導体２
１内に発生する渦電流起電力は極めて小であるため、銅
裸線２２，２２間の絶縁はあまり考慮に入れなくてもよ
いため、図３に示すものであっても充分に対応できる。
なお導体２１相互間は被覆２３によって絶縁が確保され
ている。

【００２１】図３に示す導体２１の構成において、銅裸
線２２の外周表面の絶縁は、酸化被膜を形成する程度の
低い絶縁強度で充分である。これは渦電流を発生させる
ための渦電流起電力が非常に低いことによるものであ
り、前記の鉄損を防止するために、薄い鉄板を積層する
場合においても、鉄板の表面の絶縁処理が軽微なもので
充分であることと同様である。このような酸化被膜は、
銅裸線２２を大気中において、例えば２００℃前後ない
しはそれ以上の温度に加熱することによって容易に形成
され得る。この場合、酸化被膜の厚さは極めて小である
ため、導体２１のスペースファクタに及ぼす影響は全く
ない。なお、更に磁界または周波数の大なるものに対応
させる場合には、銅裸線２２の外周表面に予めワニス、
接着剤等による低融点の絶縁材料からなる被膜を形成す
る。この場合においても被膜の厚さは数μｍに留まるた
め、導体２１のスペースファクタには全く影響がない。

【００２２】上記の構成により、コイル間の接続作業に
おいても、導体２１の接続が容易となるのみならず確実
となり、信頼性を向上させ得る。すなわち銅裸線２２の
外周に被膜が形成されている場合においても、加熱によ
りはんだ等のろう材より低温度で溶融し、導体２１外に
容易に流出し得るためである。

【００２３】本実施例においては、ステータコイルをロ
ータの軸線と直交する平面上に配設する例について記述
したが、本発明のものは上記軸線と同一の軸線を有する
円筒面上に配設するものにも適用可能である。またコイ
ルの平面への投影形状は、台形状のものの他に、円形
状、楕円形状、方形状等、他の幾何学的形状に形成する
こともできる。

【００２４】

【発明の効果】本発明は、以上記述のような構成および
作用であるから、下記の効果を奏することができる。 （１）リッツ線からなるものと比較して導体のスペース
ファクタを向上させ得るため、コイルを小型軽量化でき
る。 （２）コイルを構成する導体間の接続作業が容易、確実
であり、接続の信頼性を向上させ得る。 （３）導体内における渦電流損を低減し、回転電機の効
率を向上させ得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における回転電機を示す要部縦
断面正面図である。

【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図である。

【図３】図１および図２におけるステータコイル１０を
形成する導体の例を示す説明図である。

【符号の説明】

１１ コイル ２１ 導体 ２２ 銅裸線 ２３ 被覆

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円周方向に異極が交互に現れるように複
   数個の永久磁石を設けたロータと、複数個のコイルを前
   記ロータの磁極に対向させて設けたステータとからなる
   回転電機のステータコイルにおいて、 導電材料からなる裸線を複数本集合させて成形してなる
   導体の外周に、絶縁材料からなる被覆を設け、この導体
   を巻回してコイルを形成したことを特徴とする回転電機
   のステータコイル。
2. 【請求項２】 裸線の外周表面に酸化膜を形成したこと
   を特徴とする請求項１記載の回転電機のステータコイ
   ル。
3. 【請求項３】 裸線の外周表面に低融点絶縁材料からな
   る被膜を形成したことを特徴とする請求項１記載の回転
   電機のステータコイル。
4. 【請求項４】 裸線の直径を0.2 ｍｍ以下に形成したこ
   とを特徴とする請求項１ないし３何れかに記載の回転電
   機のステータコイル。