JPH10290545A - 回転電機のステータおよびステータの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スロット内をコイルの占有スペースとして有
効利用すること。 【解決手段】 ボビン１５の外周側を巻回始端部とし
て、マグネットワイヤ１７ａを外周側から内周側，内周
側から外周側へ層毎に反転させながら巻回する。そし
て、マグネットワイヤ１７ａの奇数層（＝ｋ層）の巻回
数，偶数層（＝ｋ＋１層）の巻回数を（１），（２）式
に基づいて設定することに伴い、コイル１７を略階段状
に巻装する。 Ｎ−α（ｋ−１）／２
……（１） Ｎ−α（ｋ−１）／２−１
……（２） 但し、ｋは正の奇数，Ｎは１層目の巻回数，αは２以上
の自然数である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ヨーク鉄心の内周
部に複数の磁極ティースが突設された形態のステータコ
アを有する回転電機のステータおよびステータの製造方
法に関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】例えばインナーロータ
形ＤＣブラシレスモータのステータには、図９の（ａ）
に示すように、磁極ティース１にコイル２を俵状に巻回
したもの、（ｂ）に示すように、コイル２を片俵状に巻
回したものがある。しかしながら、この構成の場合、ス
ロット３の内面形状にコイル２が対応しておらず、スロ
ット３内に多くのデッドスペースが生じていたので、ス
ロット３内をコイル２の占有スペースとして有効利用で
きなかった。

【０００３】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、スロット内をコイルの占有スペース
として有効利用できる回転電機のステータおよび製造方
法を提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の回転電機
のステータの製造方法は、環状をなすヨーク鉄心の内周
部に複数の磁極ティースが突設された形態のステータコ
アと、前記各磁極ティースに装着されたコイルとを有す
るものにおいて、前記各コイルを、ｋ層目の巻回数が
「Ｎ−α（ｋ−１）／２」，ｋ＋１層目の巻回数が「Ｎ
−α（ｋ−１）／２−１」となるように巻回することに
より（但し、Ｎは基準層の巻回数，αは２以上の自然
数，ｋは正の奇数）、内周部から外周部へ向って略階段
状に膨らむ形態にするところに特徴を有する。上記手段
によれば、コイルが内周部から外周部へ向って略階段状
に膨らんでいる。このため、スロットの内面形状にコイ
ルが対応するようになるので、スロット内がコイルの占
有スペースとして有効利用される。

【０００５】請求項２記載の回転電機のステータは、環
状をなすヨーク鉄心の内周部に複数の磁極ティースが突
設された形態のステータコアと、前記各磁極ティースに
装着され、内周部から外周部へ向って略階段状に膨らむ
コイルとを備え、これら各コイルのｋ層目の巻回数が
「Ｎ−α（ｋ−１）／２」，ｋ＋１層目の巻回数が「Ｎ
−α（ｋ−１）／２−１」に設定されている（但し、Ｎ
は基準層の巻回数，αは２以上の自然数，ｋは正の奇
数）ところに特徴を有する。上記手段によれば、コイル
が内周部から外周部へ向って略階段状に膨らんでいる。
このため、スロットの内面形状にコイルが対応するよう
になるので、スロット内がコイルの占有スペースとして
有効利用される。

【０００６】請求項３記載の回転電機のステータは、各
磁極ティースの外面にコイルが巻装されたボビンが嵌合
され、これら各ボビンの外周部に一対のピン端子が間隔
をおいて設けられているところに特徴を有する。上記手
段によれば、コイルの端末部をピン端子に接続し、ピン
端子間に渡り線を接続することに伴い、異相コイルの端
末部を共通接続したり、同相コイルの端末部を直列接続
したりできるので、端末部の処理が容易になる。しか
も、一対のピン端子がボビンの外周部に配置されている
ので、スペースが有効利用される。

【０００７】請求項４記載の回転電機のステータは、一
方のピン端子が前記磁極ティースの延長領域内に配置さ
れ、各コイルの巻回始端部が一方のピン端子に接続さ
れ、コイルの巻回始端部が挿入された凹状の素線挿入部
が各ボビンの外周部に形成されているところに特徴を有
する。上記手段によれば、コイルの巻回始端部がボビン
の軸方向端面側に配置されるので、コイルがボビンの軸
方向端面側で層渡りするようになる。

【０００８】請求項５記載の回転電機のステータは、各
ボビンの内周面に外周側へ凹む円弧部が形成されている
ところに特徴を有する。上記手段によれば、ボビンの径
方向寸法を大きく設定することができるので、コイルの
巻回数が増大する。

【０００９】請求項６記載の回転電機のステータは、コ
イルが巻装されたボビンが各磁極ティースの外面に嵌合
され、前記ボビンとステータコアとの間に相間絶縁紙が
挟持されているところに特徴を有する。上記手段によれ
ば、既存のボビンとステータコアとの間で相間絶縁紙が
挟持されているので、相間絶縁紙を保持する専用部材を
設ける必要がなくなる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１実施例を図１
〜図５に基づいて説明する。尚、本実施例は、インナー
ロータ形の３相ＤＣブラシレス産業用モータに本発明を
適用したものである。まず、図２において、ステータコ
ア１１は、円筒状をなすヨーク鉄心１２と、ヨーク鉄心
１２の内周部に圧入されたティース鉄心１３とから構成
されたものであり、ティース鉄心１３は、６本の磁極テ
ィース１３ａの内周部を薄肉な円筒状の連結部１３ｂに
より連結した形態をなし、磁極ティース１３ａ相互間に
は略台形状（扇形状）のスロット１４が形成されてい
る。尚、ヨーク鉄心１２およびティース鉄心１３は、複
数枚の鋼板を積層することから形成されている。

【００１１】各磁極ティース１３ａの外面には、図３に
示すように、ボビン１５が嵌合されている。これら各ボ
ビン１５は、図１に示すように、角筒状をなす胴部１５
ａの両端部に枠状の鍔部１５ｂ，１５ｃを一体形成して
なるものであり、各鍔部１５ｂの外周面には、ヨーク鉄
心１２の内周面と略同一形状の円弧部１５ｄが形成さ
れ、図３に示すように、各円弧部１５ｄはヨーク鉄心１
２の内周面に密着している。尚、各ボビン１５は、ポリ
プロピレン，ナイロン，ＡＢＳ等の合成樹脂から形成さ
れている。

【００１２】各鍔部１５ｂの軸方向端面には、図１に示
すように、周方向中央部に位置してピン端子１６ａが取
着され、周方向一端部に位置してピン端子１６ｂが取着
されている。また、各ボビン１５の胴部１５ａにはコイ
ル１７が巻装されている。これら各コイル１７は、マグ
ネットワイヤ１７ａの巻回始端部をピン端子１６ａに巻
付けた後、矢印で示すように、巻回方向を外周側から内
周側，内周側から外周側へ層毎に反転させながら、略階
段状に巻装されたものであり、各コイル１７の巻回終端
部はピン端子１６ｂに巻付けられている。尚、マグネッ
トワイヤ１７ａは素線に相当するものであり、断面円形
状をなしている。

【００１３】図１の符号１〜ｎは、マグネットワイヤ１
７ａの巻回順序を示すものであり、マグネットワイヤ１
７ａの奇数層（＝ｋ層）の巻回数および偶数層（＝ｋ＋
１層）の巻回数は、下記（１）および（２）式に基づい
て設定されている。

【００１４】 Ｎ−α（ｋ−１）／２ ……（１） Ｎ−α（ｋ−１）／２−１ ……（２） 但し、ｋは正の奇数，Ｎは１層目（基準層）の巻回数
（図１ではＮ＝１０），αは２以上の自然数（図１では
α＝３）である。

【００１５】図４は６個のコイル１７の接続状態を示す
ものであり、６個のコイル１７の巻回始端部は、ピン端
子１６ａ相互間に渡り線（図示せず）を巻付けることに
伴い、共通接続されている。また、同相のコイル１７
は、ピン端子１６ｂ相互間に渡り線（図示せず）を巻付
けることに伴い、直列接続されている。

【００１６】各鍔部１５ｂの周方向中央部には、図１に
示すように、ピン端子１６ａに対応して凹状の素線収納
部１５ｅが形成されている。これら各素線収納部１５ｅ
の幅寸法Ｗは、マグネットワイヤ１７ａの直径寸法に略
等しく設定されており、各コイル１７の巻回始端部は、
素線収納部１５ｅ内に収納されている。従って、各コイ
ル１７の巻回始端部がボビン１５の軸方向端面側に配置
されるので、各コイル１７は、軸方向端面側で層渡りす
るように巻回されている。

【００１７】コイル１７相互間には、図３に示すよう
に、相間絶縁紙１８が介在されている。これら各相間絶
縁紙１８は、略Ｌ字状に折曲げられたものであり、ボビ
ン１５の内周側に位置する鍔部１５ｃとステータコア１
１の連結部１３ｂとの間で挟持されることに伴い、コイ
ル１７相互間に固定されている。

【００１８】各ボビン１５の鍔部１５ｃには、図１に示
すように、内周面に位置して円弧部１５ｆが形成されて
いる。これら各円弧部１５ｆは外周側へ凹むものであ
り、連結部１３ｂの外周面と略同一のＲ形状に設定さ
れ、図３に示すように、連結部１３ｂの外周面に密接し
ている。そして、ステータコア１１の内周部にはロータ
１９が収納されており、各円弧部１５ｆは、ロータ１９
の外周面に極力近ずけられている。尚、ロータ１９は、
ロータコアに複数のロータマグネット（永久磁石）を装
着してなるものである。

【００１９】次にステータの組立手順を図５に基づいて
説明する。ボビン１５の胴部１５ａにコイル１７を巻装
し、コイル１７の巻回始端部および巻回終端部をピン端
子１６ａおよび１６ｂに巻付けておく。この状態でティ
ース鉄心１３の各磁極ティース１３ａにボビン１５を嵌
合し、各ボビン１５の鍔部１５ｃとステータコア１１の
連結部１３ｂとの間で相間絶縁紙１８を挟持した後、ヨ
ーク鉄心１２の内周部にティース鉄心１３を圧入する。

【００２０】上記実施例によれば、ボビン１５にコイル
１７を巻回するにあたって、マグネットワイヤ１７ａの
巻回数を上記（１）および（２）式のように設定し、コ
イル１７を内周部から外周部へ向って略階段状に膨らま
せた。このため、特に３相６極形のステータにおいて、
コイル１７がスロット１４の内面形状に対応し、スロッ
ト１４内がコイル１７の占有スペースとして有効利用さ
れるので、モータが小形化および高トルク化される。

【００２１】また、スペース的に余裕がある各ボビン１
５の外周部に一対のピン端子１６ａおよび１６ｂを取付
けた。このため、各コイル１５の巻回始端部および巻回
終端部をピン端子１６ａおよび１６ｂに巻付け、ピン端
子１６ａ相互間に渡り線を接続することに伴い、異相コ
イル１７の端末部を共通接続したり、ピン端子１６ｂ間
に渡り線を巻付けることに伴い、同相コイル１７の端末
部を直列接続できるので、スペースを有効利用して端末
部を簡単に処理できる。

【００２２】また、一方のピン端子１６ａを磁極ティー
ス１３ａの周方向中央部に配置し、コイル１７の巻回始
端部を素線収納部１５ｅ内に収納したので、コイル１７
の巻回始端部がボビン１５の軸方向端面側に配置され
る。このため、コイル１７がボビン１５の軸方向端面側
で層渡りするので、コイル１７の相渡り部分がスロット
１４内で膨らんでしまうことが防止される。従って、こ
の点からもスロット１４内が有効利用され、スロット１
１内にコイル１７が一層高密度で充填されるので、モー
タが小形化および高トルク化される。

【００２３】また、ボビン１５の鍔部１５ｃに円弧部１
５ｆを形成したので、鍔部１５ｃを平板状に形成する場
合とは異なり、胴部１５ａの径方向長さ寸法を連結部１
３ｂの近くまで延長することができる。このため、コイ
ル１７の巻回数が増えるので、この点からも、モータが
小形化および高トルク化される。また、既存のボビン１
５とステータコア１１の連結部１３ｂとの間で相間絶縁
紙１８を挟持した。このため、相間絶縁紙１８を保持す
る専用部材を設ける必要がなくなるので、構成が簡素化
される。

【００２４】次に本発明の第２実施例を図６に基づいて
説明する。尚、上記第１実施例と同一の部材については
同一の符号を付して説明を省略し、以下、異なる部材に
ついてのみ説明を行う。コイル１７相互間には相間絶縁
紙２０が介在されている。これら各相間絶縁紙２０は、
略Ｔ字状に折曲げられたものであり、ボビン１５の鍔部
１５ｃとステータコア１１の連結部１３ｂとの間，隣接
するボビン１５の鍔部１５ｃとステータコア１１の連結
部１３ｂとの間で挟持されることに伴い、コイル１７相
互間に固定されている。

【００２５】上記実施例によれば、略Ｔ字状の相間絶縁
紙２０をボビン１５の鍔部１５ｃとステータコア１１の
連結部１３ｂとの間，隣接するボビン１５の鍔部１５ｃ
とステータコア１１の連結部１３ｂとの間で挟持したの
で、相間絶縁紙２０が抜難くなる。

【００２６】尚、上記第１および第２実施例において
は、ヨーク鉄心１２の内周部にティース鉄心１３を圧入
することによりステータコア１１を構成したが、これに
限定されるものではなく、例えば本発明の第３実施例を
示す図７のように、複数の単位コア２１Ａ〜２１Ｆを繋
ぎ桟２１ａにより連結した形態の展開コア２１を用い、
ボビン１５を各単位コア２１Ａ〜２１Ｆの磁極ティース
１３ａに嵌合した後、単位コア２１Ａおよび単位コア２
１Ｆ間を溶接してステータコア１１を形成しても良い。
または、本発明の第４実施例を示す図８のように、ボビ
ン１５を各単位コア２１Ａ〜２１Ｆの磁極ティース１３
ａに嵌合した後、６個の単位コア２１Ａ〜２１Ｆ相互間
を溶接してステータコア１１を形成しても良い。

【００２７】上記第３および第４実施例の場合、各ボビ
ン１５の内周側の円弧部１５ｆがロータ１９の外周面を
逃げるので、ボビン１５とロータ１９との間のギャップ
を極小の一定値に設定することができる。このため、胴
部１５ａの径方向長さ寸法を特に大きく設定することが
でき、コイル１７の巻回数が一層増えるので、モータの
一層の小形化および高トルク化が実現される。

【００２８】また、上記第１〜第４実施例においては、
一方のピン端子１６ａを磁極ティース１３ａの周方向中
央部に配置したが、これに限定されるものではなく、要
は、磁極ティース１３ａの延長領域内であれば良い。図
１の二点差線αは延長領域を画定するものである。

【００２９】また、上記第１〜第４実施例においては、
ボビン１５にマグネットワイヤ１７ａを直接巻回した
が、これに限定されるものではなく、例えば導電性シー
トを巻回しても良い。この構成の場合、導電性シートに
マグネットワイヤ１７ａを直列接続し、導電性シートの
上にマグネットワイヤ１７ａを（１）および（２）式に
基づいて巻回すれば良い。

【００３０】また、上記第１〜第４実施例においては、
６個のコイル１７をＹ結線したが、これに限定されるも
のではなく、例えば△結線しても良い。また、上記第１
〜第４実施例においては、（１），（２）式のαを
「３」に設定したが、これに限定されるものではなく、
要は「２」以上、好ましくは「３」以上にすれば、コイ
ル１７が綺麗な階段状に巻回される。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の回転電機のステータおよびステータの製造方法は次の
効果を奏する。請求項１および２記載の手段によれば、
コイルを内周部から外周部へ向って略階段状に膨らませ
た。このため、スロット内がコイルの占有スペースとし
て有効利用されるので、モータが小形化および高トルク
化される。請求項３記載の手段によれば、スペース的に
余裕があるボビンの外周部に一対のピン端子を設けたの
で、スペースを有効利用してコイルの端末部を簡単に処
理できる。

【００３２】請求項４記載の手段によれば、ボビンの外
周部に素線収納部を形成した。このため、コイルをボビ
ンの軸方向端面側で層渡りさせることができるので、ス
ロット内にコイルが一層高密度で充填される。請求項５
記載の手段によれば、ボビンの内周面に円弧部を形成し
た。このため、ボビンの径方向寸法を大きく設定するこ
とができるので、コイルの巻回数が増大する。請求項６
記載の手段によれば、既存のボビンとステータコアとの
間で相間絶縁紙を挟持したので、相間絶縁紙を保持する
専用部材を設ける必要がなくなり、構成が簡素化され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す図（ａはコイルの巻
装初期状態を示す図，ｂはコイルの巻装完成状態を示す
横断面図）

【図２】ステータコアを示す平面図

【図３】全体構成を示す平面図

【図４】コイルの結線状態を示す図

【図５】ヨーク鉄心，ティース鉄心，ボビンを示す分解
斜視図

【図６】本発明の第２実施例を示す図３相当図

【図７】本発明の第３実施例を示す平面図

【図８】本発明の第４実施例を示す図７相当図

【図９】従来例を示す図

【符号の説明】

１１はステータコア、１２はヨーク鉄心、１３ａは磁極
ティース、１４はスロット、１５はボビン、１５ｅは素
線挿入部、１５ｆは円弧部、１６ａおよび１６ｂはピン
端子、１７はコイル、１８は相間絶縁紙、１９はロー
タ、２０は相間絶縁紙、２１Ａ〜２１Ｆは単位コアを示
す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水谷 直樹 三重県三重郡朝日町大字繩生2121番地 株 式会社東芝三重工場内 (72)発明者 宮岡 金悟 三重県三重郡朝日町大字繩生2121番地 株 式会社東芝三重工場内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 環状をなすヨーク鉄心の内周部に複数の
   磁極ティースが突設された形態のステータコアと、 前記各磁極ティースに装着されたコイルとを有する回転
   電機のステータの製造方法において、 前記各コイルを、ｋ層目の巻回数が「Ｎ−α（ｋ−１）
   ／２」，ｋ＋１層目の巻回数が「Ｎ−α（ｋ−１）／２
   −１」となるように巻回することにより（但し、Ｎは基
   準層の巻回数，αは２以上の自然数，ｋは正の奇数）、
   内周部から外周部へ向って略階段状に膨らむ形態にする
   ことを特徴とする回転電機のステータの製造方法。
2. 【請求項２】 環状をなすヨーク鉄心の内周部に複数の
   磁極ティースが突設された形態のステータコアと、 前記各磁極ティースに装着され、内周部から外周部へ向
   って略階段状に膨らむコイルとを備え、 これら各コイルは、ｋ層目の巻回数が「Ｎ−α（ｋ−
   １）／２」，ｋ＋１層目の巻回数が「Ｎ−α（ｋ−１）
   ／２−１」に設定されている（但し、Ｎは基準層の巻回
   数，αは２以上の自然数，ｋは正の奇数）ことを特徴と
   する回転電機のステータ。
3. 【請求項３】 各磁極ティースの外面には、コイルが巻
   装されたボビンが嵌合され、 これら各ボビンの外周部には、一対のピン端子が間隔を
   おいて設けられていることを特徴とする請求項２記載の
   回転電機のステータ。
4. 【請求項４】 一方のピン端子は、前記磁極ティースの
   延長領域内に配置され、 各コイルの巻回始端部は、一方のピン端子に接続され、 各ボビンの外周部には、コイルの巻回始端部が挿入され
   た凹状の素線挿入部が形成されていることを特徴とする
   請求項３記載の回転電機のステータ。
5. 【請求項５】 各ボビンの内周面には、外周側へ凹む円
   弧部が形成されていることを特徴とする請求項２記載の
   回転電機のステータ。
6. 【請求項６】 各磁極ティースの外面には、コイルが巻
   装されたボビンが嵌合され、 前記ボビンとステータコアとの間には、相間絶縁紙が挟
   持されていることを特徴とする請求項２記載の回転電機
   のステータ。