JP2000324739A

JP2000324739A - 回転電機および回転電機のコイルの結線方法

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Publication number: JP2000324739A
Application number: JP11218743A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Haga; 正宜芳賀; Yasuhiko Ishimaru; 泰彦石丸; Tetsuya Miura; 徹也三浦; Ryuji Fuji; 隆地藤; Yasumi Kawabata; 康己川端
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-03-09
Filing date: 1999-08-02
Publication date: 2000-11-24
Also published as: EP1035630A2

Abstract

(57)【要約】【課題】インピーダンスの異なるコイルを有する電動
機において、循環電流を生じない結線を行う。【解決手段】Ｕ相のコイルについて、長方形コイル１
４U-1，１４U-2と台形コイル１６U-1，１６U-2のインピ
ーダンスは異なる。インピーダンスの異なるコイルどう
しで第１組（１４U-1，１６U-1）と、第２組（１４U-
2，１６U-2）を作る。これらの組を並列に接続する。第
１組と第２組はインピーダンスが等しく、よってこれら
を接続しても循環電流は発生しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発電機や電動機な
ど、回転電機の主電流が流れる複数のコイルの接続に関
する。

【０００２】

【従来の技術】発電機や電動機などの回転電機は、コア
に導線が巻回されて形成されたコイルを有する。コアは
櫛歯状の凹凸を有し、凸部に対して前記の導線が巻回さ
れ、この凸部が磁極となる。導線は、凸部すなわち磁極
の間の、いわゆるスロットに納められる。回転電機の性
能は、導線の巻回数、すなわちコイルの巻線数が増加す
れば向上する。コアの外形寸法、すなわち回転電機の外
形寸法を大きくせずにコイル巻線数を増加させるために
は、スロット内に効率よく導線を納める必要がある。す
なわち、スロットの断面積に対するコイル導線の断面積
の総和の比である、占積率を向上する必要がある。

【０００３】コイルを容易に形成し、かつ占積率を高め
る方法が各種提案されている。特開平１０−１７４３３
１号公報には、長方形断面のコイルと、台形断面のコイ
ルを組み合わせた回転電機が開示されている。隣合う磁
極に長方形断面のコイルと台形断面のコイルを設けるこ
とにより、互いに干渉しないようにして、占積率と作業
性の向上を図っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】断面形状が異なるコイ
ルを有する場合、これらのコイルのインピーダンスは異
なる。よって、前記の公報のように断面形状が異なるコ
イルを有する回転電機において、これらのコイルを並列
に接続すると、インピーダンスの異なるコイル間を循環
する電流が流れる。この循環電流は、回転電機の出力に
全く寄与せず、効率が低下する。前記公報に開示された
回転電機においては、同一の相のコイルを全て直列に接
続しているために、循環電流が発生することはない。

【０００５】しかし、直列接続されるコイル数が多くな
ると、回転電機の設計において最適な電気定数を得るこ
とが困難となるという問題がある。電気定数は、例えば
コイルの抵抗、インダクタンスや、永久磁石電動機であ
れば永久磁石磁束がコイルと鎖交する数などである。回
転電機においては、これらの定数を調整することによ
り、効率が向上する。一方、１個のコイルの巻き数は自
然数であるから、直列接続されているコイルが多けれ
ば、これらの総巻き数は接続コイル数の倍数となり、中
間的な値はとれない。例えば、４個のコイルが直列に接
続されている場合の、総巻き数は４の倍数、コイルが８
個であれば８の倍数となる。すると、直列接続されるコ
イルの抵抗、インダクタンスなど、電気定数が離散的な
値しか選択できなくなり、回転電機の設計に制約を生
じ、最適化を困難なものとする。すなわち、直列接続さ
れるコイル数は、少ないことが望まれる。

【０００６】さらに、１相当たりの電流が一定であれ
ば、前記公報の場合、１相の電流が全てのコイルを流れ
ることになる。このため太い導線を用いる必要がある
が、太い導線は曲げづらくコイルの製作を難しいものと
するという問題がある。この場合もコイルを並列に接続
することで、１個のコイル当たりの電流を低減すること
ができるので導線を細くすることができる。なお、この
場合、１個のコイルの発生する磁束を維持するために、
巻き数は増加させる必要がある。

【０００７】以上のように、形状の異なるコイルを用い
ることにより占積率の向上が図れるが、１相のコイルを
全て直列に接続するのでは、回転電機の設計上の制約が
多く、また製造について困難が生じる。また、全てのコ
イルを並列に接続すれば、循環電流が生じ、回転電機の
効率が低下する。

【０００８】本発明は、前記の課題を解決するためにな
されたものであり、回転電機において、インピーダンス
の異なるコイルを用いる場合に好適なコイル結線がなさ
れた回転電機を提供する。さらに、本発明は、インピー
ダンスの異なるコイルの結線を効率的に行える方法を提
供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、本発明にかかる回転電機は、各相のコイルは複数
の組に分けられ、個々のコイルの組のインピーダンスは
互いに実質的に等しく、このコイルの組が並列に接続さ
れている。並列に接続されているコイルの組どうしのイ
ンピーダンスが等しいので循環電流を抑制でき、これに
よる効率低下を抑えることができる。さらに、前記のコ
イルの組に属するコイルは、全て直列に接続することが
できる。また、前記のコイルの組に属するもののうち少
なくとも二つのコイルは、共通の１本の導線を巻回して
形成したものとすることができる。

【００１０】さらに、前述の回転電機のコイルは、以下
の方法によって結線することができる。すなわち、コイ
ルが形成されたコアの端部に、相に応じた数の環状の相
結線導体を配置する工程と、前記相結線導体と、対応す
る相のコイルの導線の端とを接続する工程と、前記相結
線導体の一部を切断する工程と、を有し、前記接続する
工程と、前記切断する工程とにより、各相のコイルを、
互いに実質的に等しいインピーダンスの複数の組に分
け、これらのコイルの組を並列に接続する。さらに、前
記相結線導体は、各相共通の形状とすることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以下
実施形態という）を、図面に従って説明する。図１は、
本実施形態の回転電機の結線方法の説明図である。本実
施形態の回転電機は、１２個の磁極１０が設けられたコ
ア１２を有する三相交流電動機である。磁極１０には、
導線が巻回されてコイルが形成されているが、図示する
ように、隣り合う磁極どうしで、コイルの断面形状が異
なっている。すなわち、略長方形の断面の長方形コイル
１４と略台形断面のコイルと台形コイル１６が交互に配
置されている。図においては、コイルの符号１４，１６
の後に、そのコイルの属する相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）と、後述
する組（１，２）を添えて、例えばＵ相、第１組に属す
る長方形コイルであれば、「１４U-1」と示している。

【００１２】コイルの断面形状が異なるのは、スロット
断面積に対するコイル導線の断面積の総和の比である占
積率を向上させるためである。本実施形態の電動機にお
いては、外部で完成時とほぼ同一の形状のコイルを形成
し、これを磁極１０に挿入している。まず、台形コイル
１６を磁極１２に装着し、その後台形コイル１６と磁極
１２の間に形成された隙間に長方形コイル１４を挿入す
る。外部においてコイルを形成することにより、容易
に、密に導線を巻回することができ、また入り口が狭く
奥が広くなっているスロットに対しても、隙間なくコイ
ルを配置することができる。

【００１３】しかし、断面形状の異なるコイルは、一般
的にインピーダンスが異なり、もしこれらのコイルを図
２に示すように並列に配置すると、異なるインピーダン
スのコイルの間で、電流Ｃが流れる。この電流Ｃは、循
環電流と呼ばれ、電動機の出力には全く寄与しない無効
な電流であり、この分、電動機の効率が低下する。

【００１４】本実施形態においては、図３に示すように
コイルを接続することにより、循環電流の発生を抑えて
いる。すなわち、合成されたインピーダンスが等しくな
るようにコイルの組を形成し、このインピーダンスが等
しい組どうしを並列に接続している。具体的に、Ｕ相を
例に挙げて説明する。Ｕ相の長方形コイル１４U-1と台
形コイル１６U-1を直列接続してＵ相の第１組を形成
し、長方形コイル１４U-2と台形コイル１６U-2を直列接
続してＵ相の第２組を形成する。そして、第１組と第２
組を並列に接続する。それぞれの組のインピーダンスは
等しくなるので、これらの組間を流れる循環電流は発生
しない。したがって、電動機の効率が向上する。図４に
は、図３に示す結線を行ったときの電動機の損失が実線
で、また図２に示す結線を行ったときの電動機の損失が
破線で示されている。図から理解されるように、本発明
に従う結線（図３の結線）を行う場合、損失が低減され
る。

【００１５】次に、図１に示すように各コイルを結線す
る方法について説明する。図５および図６は、コア１２
の各磁極１０にコイル１４，１６が装着された状態を示
している。コイルの断面形状については、符号１４，１
６を付すことによって示す。図５は、コアの円筒軸方向
から見た状態を示す。また、図６はコア円筒軸を含む、
またはこれに平行な平面で切断した状態を示し、上半分
は隣接するコイルの境界面で切断した状態を、下半分は
磁極１０を切断する面での切断状態を示す。それぞれの
コイル１４，１６は、これを形成する導線の両端１８，
２０が、同一のコイル端側に配置される。図５に示す状
態において、各コイル１４，１６は、互いに未結線の状
態である。

【００１６】これらのコイル１４，１６を結線するため
に、図７および図８に示す略環状の相結線導体２２およ
び中性点結線導体２４を用いる。相結線導体２２は、Ｕ
相、Ｖ相、Ｗ相の結線に対して、それぞれ一つが適用さ
れ、中性点結線導体２４は中性点（Ｎ点）の結線に対し
て適用される。したがって、一つのモータに、相結線導
体２２は３個、中性点結線導体２４は１個が使用され
る。相結線導体２２には、対象となるコイルの導線端１
８，２０と接続するための６個の接続点２２１〜２２６
が設けられている。また、中性点結線導体２４にも、対
象となるコイルの導線端２０と接続するための６個の接
続点２４１〜２４６が設けられている。

【００１７】図９には、前記の合計４個の結線導体２
２，２４がコアの端部に配置され、導線端１８，２０と
接続された状態が示されている。図示されるように、３
個の相結線導体２２は、対応する相に応じて位相をずら
して配置されている。すなわち、図９において、Ｕ相の
相結線導体は符号２２Ｕで、Ｖ相の相結線導体は符号２
２Ｖで、Ｗ相の相結線導体は符号２２Ｗで示されてい
る。図９の状態において、各相の相結線導体２２Ｕ，２
２Ｖ，２２Ｗを位相をずらさずに抜き出した状態が、そ
れぞれ図７、図１０、図１１に示されている。

【００１８】図１２は、図９のコイルの結線状態を模式
的に表したものである。コイル１６U-2の両端に、それ
ぞれ相結線導体２２Ｕの接続点２２１，２２２が接続さ
れる。また、コイル１４U-2の両端にそれぞれ相結線導
体２２Ｕの接続点２２３、中性点結線導体２４の接続点
２４３が接続される。コイル１４U-1の両端に、それぞ
れ相結線導体２２Ｕの接続点２２５，２２６が接続され
る。また、コイル１６U-1の両端にそれぞれ相結線導体
２２Ｕの接続点２２４、中性点結線導体２４の接続点２
４５が接続される。他の相についても同様に接続されて
いる。

【００１９】前記の接続後、図１２において「×」印で
示す位置で、各相結線導体２２Ｕ，２２Ｖ，２２Ｗを切
断する。具体的には図９、または図７、図１０および図
１１の各相結線導体２２Ｕ，２２Ｖ，２２Ｗの二重斜線
の部分を除去する。これによって、相結線導体２２は、
３個の部分２２-1，２２-2，２２-3に分割される。これ
によって、図１３および図３に示される結線状態とな
る。

【００２０】以上の方法により、Ｕ相のコイルをインピ
ーダンスの等しい二つの組、すなわち第１組（１４U-
1，１６U-1）と第２組（１４U-2，１６U-2）に分け、さ
らにこれらの組を並列に接続することができる。Ｖ相お
よびＷ相についても同様に結線される。

【００２１】図１４には、本発明の他の実施形態のコイ
ルの構成が示されている。図示するように長方形コイル
１１４と台形コイル１１６は、１本の導線を巻回して形
成されている。すなわち、長方形コイル１１４の導線端
１２０から台形コイル１１６の導線端１１８まで、１本
の導線が連続している。また、これらのコイル１１４，
１１６をステータに組み付けたときの間隔を考慮して、
接続線１２６の長さが決定されている。長方形コイル１
１４と台形コイル１１６は、前述の実施形態の長方形コ
イル１４と台形コイル１６に相当し、その形状はステー
タに組み込んだときに図５などに示される場合と同様
に、ステータの磁極の間隙をほぼ隙間なく埋めるものと
なっている。

【００２２】図１５には、図１４に示されたコイル１１
４，１１６をコア１１２に組み込んだ状態が示されてい
る。前述の実施形態と同様、各コイルは、コイルを示す
符号１１４，１１６の後に、そのコイルの属する相
（Ｕ，Ｖ，Ｗ）と、組（１，２）を添えて示してある。
図に示されるとおり、長方形コイル１１４と台形コイル
１１６は、周方向に交互に配置され、これによって占積
率の向上が図られている。各コイルの組の導線の一端は
相ごとに相結線導体１２２Ｕ，１２２Ｖ，１２２Ｗに接
続され、他端は中立点結線導体１２４に接続されてい
る。このように、１本の導線で形成した二つのコイルを
結線することにより、図３に示す結線状態となる。した
がって、前述の実施形態と同様に、インピーダンスが異
なるコイルを用いても、循環電流の発生を抑えることが
できる。

【００２３】また、相結線導線１２２についても、除去
する部分がないので、材料に無駄が無く、作業工程もそ
の分少なくなる。なお、図１４および図１５に示す実施
形態においては、１本の導線で二つのコイルを形成した
場合を示したが、より多くの数のコイルを１本の導線で
作ることも可能である。例えば、極数がより多くなった
場合、これに対応してコイル数も増加するが、このとき
に１本の導線で作るコイル数を増加することも可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の電動機のコイルの結線状態を示
す図である。

【図２】従来のコイルの結線方法を示す模式図であ
る。

【図３】本実施形態の結線方法を示す模式図である。

【図４】図２および図３に示される結線方法の違いに
よる損失の差を示す図である。

【図５】コアにコイルを取り付けた状態を示す図であ
り、コイル間については未結線の状態を示す図である。

【図６】コアにコイルを取り付けた状態を示す図であ
り、コイル間については未結線の状態を示す図である。

【図７】相結線導体２２の形状を示す図であるととも
に、Ｕ相の相結線導体２２Ｕを示す図である。

【図８】中立点結線導体２４の形状を示す図である。

【図９】結線導体とコイル導線を接続した状態を示す
図である。

【図１０】Ｖ相の相結線導体２２Ｖを示す図であり、
特に図７のＵ相の相結線導体２２Ｕに対する位相位置関
係を示す図である。

【図１１】Ｗ相の相結線導体２２Ｗを示す図であり、
特に図７のＵ相の相結線導体２２Ｕに対する位相位置関
係を示す図である。

【図１２】コイルと結線導体の接続状態を示す模式図
である。

【図１３】結線導体を図１２の×印の位置で切断した
後の結線状態を示す図である。

【図１４】一つの組を構成するコイルの一例であり、
二つの形状の異なるコイルが１本の導線を巻回して形成
されている。

【図１５】図１４に示すコイルをコアに取り付けた状
態および結線導体との接続を示す図である。

【符号の説明】

１０磁極、１２コア、１４長方形コイル、１６
台形コイル、２２相結線導体、２４中性点結線導
体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者三浦徹也愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者藤隆地愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者川端康己愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内Ｆターム(参考） 5H603 AA00 AA09 BB12 CA01 CA05 CB02 CB04 CB11 CB17 CC05 CC11 CC17 CD21 CE01 5H615 AA01 BB14 PP01 PP12 PP15 QQ02 SS05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】相ごとに複数種のインピーダンスを有す
るコイルを含む回転電機であって、各相のコイルは複数の組に分けられ、個々のコイルの組
のインピーダンスは互いに実質的に等しく、このコイル
の組が並列に接続されている、回転電機。
【請求項２】請求項１に記載の回転電機であって、前
記一つのコイルの組に属するコイルは全て直列に接続さ
れている、回転電機。
【請求項３】複数種のインピーダンスを有するコイル
を含む回転電機のコイルを相ごとに結線する方法であっ
て、コイルが形成されたコアの端部に、相に応じた数の環状
の相結線導体を配置する工程と、前記相結線導体と、対応する相のコイルの導線の端とを
接続する工程と、前記相結線導体の一部を切断する工程と、を有し、前記接続する工程と、前記切断する工程とにより、各相
のコイルを、互いに実質的に等しいインピーダンスの複
数の組に分け、これらのコイルの組を並列に接続する回
転電機のコイルの結線方法。
【請求項４】請求項３に記載の回転電機のコイル結線
方法において、前記相結線導体は、各相共通の形状のも
のを用いる、回転電機のコイル結線方法。
【請求項５】請求項１または２に記載の回転電機にお
いて、前記一つのコイルの組に属するコイルのうち少な
くとも二つは、共通の１本の導線を巻回して形成されて
いる、回転電機。