JP2001231223A - コイル及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コイル全体の高さ寸法を小さくする。 【解決手段】 金属製の導線Ｌを高さ方向に複数段、巻
回して構成されるコイルにおいて、金属製の導線Ｌを高
さ方向に複数段、巻回してコイル６を製造する方法であ
って、前記導線Ｌを、前記各段の巻き始め部から巻き終
わり部までほぼ同一平面内で巻回させ、当該段の巻き終
わり部から次の段の巻き始め部への移行部分に傾斜部Ｋ
１〜Ｋ４を設ける。これにより、単に螺旋状に巻回して
形成したコイルに比較して、コイル６全体の高さを低く
することができる。したがって、高さ方向に制約がある
スペースに収容されるコイル６にとって占積率の向上が
達成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、コイル及びその
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電動機あるいは発電機等の回転機は、通
常、固定子（ステータ）と回転子（ロータ）とを備え、
さらにステータはコアとその内部に装着されるコイルと
からなっている。こうした回転機の性能は、コイルの導
線の密度（占積率）が高いほど高くなるため、回転機の
設計上、巻回数をいかに増加させるかは重要な課題とな
る。

【０００３】ところで、コイルの装着の方式として、次
のような方式が知られている。すなわち、ステータが、
コアバックと呼ばれる円筒状の部材と、このコアバック
内に組み込まれ、ティースと呼ばれる複数の歯を外方へ
放射状に有するティース部材とによって形成されている
ものにおいては、それぞれエレメント化された複数個の
コイルを各ティースに巻装してゆき、これらを隣接する
もの同士で順に接続してゆく方式である。そのようなも
のにあって、各ティース間とコアバックとで囲まれた空
間は、隣り合うコイル同士を収容する空間（スロット）
となるが、各スロットは外周側へいくにつれティース間
の間隔が拡大してゆくため、ティースに嵌合させたコイ
ルは、スロットの外周側へゆくにつれスロット内の空間
の空きが大きくなり、スロット内の空間占有率が徐々に
低下してゆく。したがって、このままでは、到底、占積
率の向上は達成されない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、導線を丸線の
まま使用するのでなく、導線を巻回時の積み上げ方向
（コイルの高さ方向）から圧潰して成形することが考え
られる。具体的には、スロットの外周側に行くに連れて
潰し率を増すようにすれば、スロットの外周側へ行くに
つれ導線の幅が増加し、このことが同時に巻回段数を増
やすことにもつながるため、占積率の向上が図れる。

【０００５】しかしながら、このような対策を施しても
未だ充分とは言えない。すなわち、導線は図１９に示す
ように螺旋状に巻回されてゆくため、コイルＣＯ全体と
しての巻回段数がＮであっても、全体の巻き始めから巻
き終わりまでの高さ（Ｈ）は（Ｎ＋１）段に相当する高
さ寸法となってしまう。したがって、このような巻回構
造は、コイルを高さ方向に制約がある収容スペース内に
組み込む場合には、不都合なものとなる。本発明は上記
した事情に鑑みて開発工夫されたものであり、その目的
はコイル全体の高さ寸法を小さくして占積率の向上に寄
与するコイル及びその製造方法を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの請求項１の発明は、金属製の導線を高さ方向に複数
段、巻回してコイルを製造する方法であって、前記導線
を、前記各段の巻き始め部から巻き終わり部までほぼ同
一平面内で巻回させ、当該段の巻き終わり部から次の段
の巻き始め部への移行部分を傾斜変形させることを特徴
とするものである。また請求項２の発明は、請求項１記
載のものにおいて、前記導線を、前記巻回の段の重なり
方向に沿って厚みが増加あるいは減少するように圧潰す
る圧延工程を含むことを特徴とするものである。さらに
請求項３の発明は、金属製の導線を高さ方向に複数段、
巻回してなるコイルであって、巻回の各段の巻き始め部
から巻き終わり部まではほぼ同一平面内で巻回され、当
該段の巻き終わり部から次の段の巻き始め部へ移行する
領域が傾斜して形成されていることを特徴とするもので
ある。さらにまた請求項４の発明は、請求項３記載のも
のにおいて、前記導線は、前記巻回の段の重なり方向に
沿って厚みが増加あるいは減少するように圧潰された部
分を含むことを特徴とするものである。

【０００７】

【発明の作用および効果】請求項１、３の発明によれ
ば、巻回の段の移行部を傾斜させることでつぎの段に連
続させるようにしている。このように製造することで、
コイル全体の高さ寸法を低く抑えることができ、したが
って、占積率の向上に寄与することができる。また請求
項２，４の発明によれば、導線の厚みが巻回の段の重な
り方向に沿って増加或いは減少するように圧潰されてい
るため、コイルを、幅方向にはゆとりがあるが高さ方向
にはゆとりの少ないスペースに収納させる場合に有益で
ある。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。但し、この実施形態においては、
自動車のステアリングの操舵をアシストするためのアシ
スト用モータに適用されたものを例にとって説明する。
しかし、この発明は種々のモータに適用することが可能
であり、またモータに限らず発電機を含んだ種々の回転
機にも適用できる。

【０００９】本実施形態におけるアシスト用モータは、
ステータ１と図示はしないがステータ１の中心部に組み
込まれるロータとを有してなる。図１に示すステータ１
はコア２とコイル成形体３とからなっており、さらに、
コア２はコアバック４とティース部材５とからなってい
る。コアバック４はほぼ円筒状に形成され、その内周面
には等角度毎にかつ全長にわたって多数のスリット７が
刻設されている。ティース部材５は、このコアバック４
内に同心で収容可能な円環状をなすとともに、その外周
面には上記スリット７と対応して同数本のティース８が
全長にわたって放射状に突出している。各ティース８の
先端面には各スリット７内に適合して嵌め込み可能な幅
狭の位置決め部８Ａが全長にわたって突出形成されてい
る。そして、各ティース８がスリット７にそれぞれ嵌め
込まれた状態で、ティース部材５がコアバック４内に収
容されると、隣接するティース８間とコアバック４の内
壁面とで囲まれた平面扇状をなす空間がスロット９にな
る。

【００１０】コイル成形体３は各ティース８に嵌合され
た状態でティース部材５に対する組付けがなされ、その
状態でティース部材５はコアバック４内に組み込まれ
る。これによって、コイル成形体３は当該ティース８の
両側に位置するスロット９にそれぞれ半分ずつが収容さ
れる。また、コイル成形体３は、この実施形態では導線
を５段に巻回してなるコイル６（図１０参照）の内周側
及び外周側のいずれをも、インサート成形によって所定
形状に成形された絶縁部１０内に埋め込んでなる（図１
１参照）。絶縁部１０は合成樹脂製であり、この実施形
態では流動性に優れかつ耐熱性に優れるＰＰＳ（ポリフ
ェニリンスルフィド）が使用された。コイル成形体３
は、スロット９の空間形状に対応して外周側に拡開する
平断面が扇形状をなすように形成され、かつその内周側
の側面から外周側の側面にかけて窓孔１１が貫通して形
成され、ティース８へ嵌合可能である。また、コイル成
形体３の下面にはコイル６の両端６ａ、６ｂが引き出さ
れている。各引き出されたものの端部は、コイル成形体
３がコア２内に装着されたときに、隣接するもの同士が
図示しない接続金具によって順次接続されるようになっ
ている。

【００１１】コイル成形体３内のコイル６は図１２に示
すように、巻回段毎に圧潰の程度が設定され、概略的に
はコア２の外周側に近づくにつれ平面状に潰される度合
いが強くしてある。この実施形態では、最も内周側に位
置する一段目は、導線Ｌの素材そのままで圧潰されない
ものとなっているが、２段目〜４段目にかけては徐々に
厚みが小さく、逆に幅広になるよう徐々に強く圧潰され
るようにしている。そして、４段目と５段目は同じ圧潰
率としてある。なお、導線Ｌは、銅等の金属線とその表
面を絶縁被覆する絶縁被膜とからなっている。

【００１２】コイル６は、具体的には、２．２mΦの導
線Ｌを加工したものであるが、コイル成形体３の一段目
の厚みは２．２mmのままであり、二段目では１．６mm、
三段面は１．４mm、四段目、五段目が共に１．３mmとし
てある。勿論、こうした圧潰の程度は要求される性能、
スロット９の形状に応じて種々変更されるべきものであ
り、ここに示したものは一例にしか過ぎない。

【００１３】また、コイル６の両端は共に同一方向に引
き出されており、かつ導線Ｌが巻回されている各段にお
いて、コイル６の両端６ａ，６ｂが引き出される側の縁
部はそれぞれヘの字状をなして形成されている。つま
り、コイル６の各段において、巻き始め部（図１０中、
Ｓ２は二段目の巻き始め部を表わしている）から巻き終
わり部（同じくＦ２は二段目の巻き終わり部を表してい
る）に至るまではほほ同一平面内で巻回されているが、
次の段への移行部においては上向き勾配の傾斜部Ｋ１〜
Ｋ４が形成され、少なくとも当該段の素線Ｌの厚み以上
の高さ分だけ持ち上げられるようになっている。これに
よって、コイル６の全高（ｈ）は、従来と異なり、巻回
の段数以上に増加してしまうことがなく、また上下の面
はそれぞれ全体として平坦面となるため、姿勢の安定化
も図れる。

【００１４】次に、コイル６の成形手順について説明す
る。コイル６は上記したように、丸線の導線Ｌを加工し
たものである。すなわち、導線Ｌはリール１２上に巻か
れており、成形ラインの途中に配された一対の繰り出し
ローラ１３によって繰り出し可能となっている。本実施
形態では、リール１２に近い箇所に導線Ｌにバックテン
ション（送り方向とは逆方向の引っ張り力）を作用させ
るためのテンションローラ１４も配されている。このよ
うにする理由は、繰り出された導線Ｌにはリール１２に
よる巻き癖がついているため、これを矯正して導線Ｌの
直線性を確保するためである。

【００１５】導線Ｌは、繰り出しローラ１３とテンショ
ンローラ１４との間で圧延工程を経る。圧延工程には開
閉可能な上下の型１５ａ，ｂが備えられており、型閉じ
によって一つのコイル６に相当する長さ分を一括して成
形できるよう、両型１５ａ，ｂの対向面は成形面となっ
ている。この成形面は図４に示すように、導線Ｌの送り
方向における前側（図示右側）から順に両型間の隙間寸
法が増すような成形凹部１６が複数段階に形成されてお
り、これによって巻回の各段に相当する長さ寸法の範囲
が、上記した厚み寸法で圧潰されることになる。つま
り、図４におけるＡに示す領域が上記したコイル６の
４，５段目を、Ｂに示す領域がコイル６の３段目を、Ｃ
に示す領域がコイル６の２段目をそれぞれ、Ｄに示す型
外の領域がコイル６の１段目をそれぞれ加工する領域と
して設定されている。図５はこうして加工された導線Ｌ
の平面図であり、図中Ａ’〜Ｄ’は前記したＡ〜Ｄの各
領域で成形された部分に対応している。なお、導線Ｌに
対する加工がなされる場合に、後述するコイリング工程
において巻回されるときの内周側となる縁部が長さ方向
に沿ってやや薄肉に圧潰されるよう、各成形凹部１６の
形状が設定されている。これについては、コイリング工
程の説明において改めて説明する。

【００１６】こうして成形がなされた導線Ｌは、コイリ
ング工程を経るが、この実施形態ではコイリング工程の
前に押さえ工程が設定されている。すなわち、圧延工程
では導線Ｌの上下の面が平面をなすように圧潰される部
分を含むが、これをコイリング工程で巻回する際に、導
線Ｌの平面を含む面内で巻回しようとするため、導線Ｌ
は巻回時の内周側から外周側にかけてテーパー面をなす
ように変形しようとする。したがって、そのままでは平
面状に積み上げて巻回できなってしまう。押さえ工程は
こうしたテーパー面を形成しようとする導線Ｌの変形を
コイリング工程に先立って規制しておくためのものであ
る。

【００１７】具体的には、図６に示すように、受け台１
７とホルダー部１８とよりなる規制装置が設けられてい
る。受け台１７の上面には、導線Ｌを通過させる溝部１
７Ａが導線Ｌの送り方向に沿って刻設されている。一
方、ホルダー部１８はこの溝部１７Ａを横切る方向に配
され、その一端部は受け台１７に対し傾動できるよう、
ヒンジによって取り付けられている。また、ホルダー部
１８の他端側は駆動シリンダ１９等の押圧手段が接続さ
れていて、導線Ｌに対する送りに支障を来さない程度で
押圧方向の力を作用するようになっている。これによっ
て、複数段階の厚み寸法をもって成形された導線Ｌがこ
こを通過するときに、コイリング中であれば反り上がり
を規制し、通常の送り動作中であれば溝部１７Ａからの
浮き上がりを規制するため、常に導線Ｌの水平状態が保
持される。

【００１８】コイリング工程では、成形された導線Ｌに
対し複数段（５段）の巻回がなされる。コイリング工程
には、導線Ｌの送りライン側方に密着して巻き軸２０が
配置されている。また、この巻き軸２０とは導線Ｌを挟
んだ外側位置には可動ローラ２１が配されている。可動
ローラ２１は、図７に示すように、導線Ｌに対する所定
ピッチの送り毎に、巻き軸２０周りに旋回するようにし
てあり、この可動ローラ２１が所定タイミングで旋回動
作を行うことによって、導線Ｌは巻き軸２０周りに順次
巻回されてゆく。この場合、可動ローラ２１が旋回した
ときの終端位置は図７に示す如く、導線ＬをＵターン状
態よりもさらに内側へ過剰な曲げがなされるようにして
いる。これは、導線Ｌのスプリングバックを見越して導
線Ｌの正しいＵターン状態が得られるようにしておくた
めである。なお、詳細に図示はしないが、巻回がなされ
た導線Ｌが次回の巻回がなされる部分と干渉しないよ
う、上方へ誘導するような斜面をもったガイド手段が適
宜配されている。

【００１９】コイリング工程においては、幅寸法が複数
段に異なる導線Ｌを巻回させる関係で、可動ローラ２１
は、図９に示すように、外径の異なるローラ部２１ａ〜
２１ｄが高さ方向に複数段（４段）積み上げられた構成
となっているとともに、可動ローラ２１は巻回段の導線
Ｌの幅寸法に対応して所定タイミング毎に軸方向に沿っ
て移動可能となっている。各ローラ部には、導線Ｌの縁
部を嵌め入れて導線Ｌの送りと巻回動作を案内する案内
溝２２が形成されている（必要に応じて巻き軸２０の周
面にも設けられる）。そして、各ローラとの巻き軸２０
の案内溝２２間の間隔は、前記した導線Ｌに設定された
複数段の幅寸法に対応した寸法となっている。

【００２０】圧延工程では、圧延加工がされた導線Ｌの
うちコイル６の内周側に位置する縁部はやや薄肉にして
あることは既に述べた（図８（Ａ）におけるＴ１＞Ｔ
２）。これは、コイリングがなされる場合に導線Ｌは、
可動ローラ２１によって巻き軸２０の周面に強く圧縮さ
れ、その場合には内周縁部Ｌ１が潰れ、このままでは導
線Ｌの厚みが幅方向に不均一となってしまうため、この
潰れ分を考慮して予め内周側縁部を薄肉にしておくわけ
である。こうすることで、導線Ｌが巻き軸２０に押し付
けられて通過して行く過程で、導線Ｌの内周縁部に潰れ
が生じ、コイリング後に全幅の厚みの均一化がもたらさ
れる。

【００２１】上記のようにして導線Ｌに対する所定回数
の巻回がなされたら、導線Ｌは巻き軸２０の手前に配置
された一対のカッター２３によって切断がなされ（カッ
ティング工程）。これによって、導線Ｌはコイル６とな
って取り出される。

【００２２】取り出されたコイル６は、次工程であるプ
レス工程へ移送される。プレス工程には、上下一対のプ
レス型３０，３１が備えられている。上下のプレス型３
０，３１の対向面（成形面）には、それぞれ成形用の凹
凸部３０ａ，３１ａが形成されている。図１３に示すよ
うに、上側のプレス型３０の成形面には成形凸部３０ａ
が形成され、下側のプレス型３１の成形面には成形凸部
３０ａに適合する成形凹部３１ａが形成されている。但
し、成形凹部３１ａ及び成形凸部３０ａは、両成形面の
うち前記した傾斜部Ｋ１〜Ｋ４（コイルの各段において
次の段への移行部）の成形に係る箇所にのみ形成されて
いる。

【００２３】コイリング、カッティング工程を経て得ら
れたコイル６は、まず下側のプレス型に位置決めされた
状態でセットされ（図１３参照）、その後、上側のプレ
ス型３０が閉じられるが、この過程で、成形凸部３０ａ
はコイル６の最上段における傾斜部対応箇所を押し込
む。図１４はコイル６に対する成形途上を示している。
さらに、上側プレス型３０が下降すると、コイル６の各
段における上記傾斜部対応箇所を一括して押し込み、最
下段の部分を下側プレス型３１の成形凹部３１ａ内に落
ち込んで押し付ける。これによって、各傾斜部対応箇所
は弾性限界を越えて変形するが、上側プレス型３０の上
昇によってプレス状態から解放されると、一定のスプリ
ングバックが生じる。その結果、塑性変形した各傾斜部
対応箇所は曲げ量が減じ、巻回の各段における傾斜部を
除く他の範囲がほぼ面一をなす状態にまで復元する。つ
まり、上下の成形凹部３１ａあるいは成形凸部３０ａの
深さあるいは突出高さは、上記したスプリングバックに
よる戻りにほぼ相当する量に等しく設定されているわけ
である。

【００２４】コイル６は、続いてインサート成形用金型
（図示しない）に仕掛けられ、型閉じされた状態でキャ
ビティ内に溶融樹脂（ＰＰＳ樹脂）が射出され、型開き
した後には前述した所定形状のコイル成形体３が得られ
る。

【００２５】以上のように、本実施形態ではコイルの各
段において次の段への移行部分に傾斜部を設けること
で、同一段ではほぼ同一面をなすように巻回させること
ができる。したがって、従来の単に螺旋巻きしているも
のと比較してコイル６の全高を低くすることができる。
これによって径方向への寸法が強く制約されるスロット
９内に収容されるコイル成形体３にとって、コイル６の
低背化は極めて有効であり、占積率の向上と共にモータ
の小型化に寄与することができる。

【００２６】さらに、本実施形態では圧延、コイリン
グ、カッティングの各工程を経てコイル６に至るまで、
導線Ｌを連続体のままで加工することができる。したが
って、工程間の移し替えの手間もなく、効率よくコイル
６及びコイル成形体３を製造することができる。また、
コイル６をそれぞれセグメント化した成形体としたた
め、コイル６単体でティース８へ装着する場合に比較し
て取付けが円滑であり、コイル６を損傷させてしまうこ
ともない。さらに、このように成形体としたことによっ
て放熱性にも優れたものとなる。

【００２７】図１６はコイル成形体３の他の実施形態を
示すものである。この実施形態におけるコイル成形体３
は絶縁部１０の外面および窓孔１１の内面に、それぞれ
幅方向に沿って、つまりティース８への嵌め込み方向に
沿って複数の凹凸部２４ａ，ｂ，２７ａ，ｂが形成され
ている。絶縁部１０の外面に設けられた凹凸部２４ａ，
ｂは、図１７に示すように、左右の側面で配列の位相が
ずれており、コイル成形体３がティース８へ装着された
場合に、隣接するコイル成形体３同士で噛み合うように
なっている。こうするとこで、コイル成形体３の装着が
案内されるとともに、相互の噛み合いによってコイル成
形体３の位置ずれも規制できる。また、窓孔１１に設け
た凹凸部２４ａ，ｂはティース８に対する接触面積を減
らすことで、嵌合抵抗を減少させて装着の円滑性を確保
できるようにしている。

【００２８】図１８は圧延工程の他の実施形態を示すも
のである。前記した実施形態では、導線Ｌの圧延をプレ
ス型によって行なったが、図示のような一対の圧延ロー
ラ２５によって行うことも可能である。その場合、圧延
ローラ２５の周面には、コイル６の巻回の段に対応した
幅及び深さの異なる成形溝２６が連続して形成されてい
る。なお、圧延ローラ２５は複数対設け、圧延工程を多
段に行うようにすることもある。

【図面の簡単な説明】

【図１】ステータの分解斜視図

【図２】コアの平断面図

【図３】コイルの製造工程を示す説明図

【図４】圧延工程を示す正断面図

【図５】圧延された後の導線を示す平面図

【図６】押さえ治具を示す断面図

【図７】コイリング工程の概要を示す平断面図

【図８】（ａ）はコイルが巻き軸に圧接される前の状況
を示す断面図、（ｂ）は圧接後の状況を示す断面図

【図９】可動ローラを示す斜視図

【図１０】コイルを引き出し端部側から見た正面図

【図１１】コイル成形体を示す斜視図

【図１２】コイル成形体の平断面図

【図１３】コイルをプレス型にセットした状態を示す断
面図

【図１４】成形途上を示す断面図

【図１５】上下のプレス型が閉じられた状態を示す断面
図

【図１６】他の実施形態におけるコイル成形体を示す斜
視図

【図１７】同じくティース部材への装着状態を示す正断
面図

【図１８】圧延工程の他の形態を示す斜視図

【図１９】従来のコイルを示す断面図

【符号の説明】

１…ステータ ２…コア ３…コイル成形体 ５…ティース部材 ６…コイル ８…ティース １５ａ，ｂ…型 Ｌ…導線

フロントページの続き (72)発明者 村瀬 道徳 愛知県愛知郡東郷町大字春木字蛭池１番地 株式会社東郷製作所内 Ｆターム(参考） 5E062 FF01 5H615 AA01 BB14 PP01 PP06 PP12 QQ02 QQ19 QQ25 SS02 SS03 SS11 SS13 SS44

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属製の導線を高さ方向に複数段、巻回
   してコイルを製造する方法であって、 前記導線を、前記各段の巻き始め部から巻き終わり部ま
   でほぼ同一平面内で巻回させ、当該段の巻き終わり部か
   ら次の段の巻き始め部への移行部分を傾斜変形させるこ
   とを特徴とするコイルの製造方法。
2. 【請求項２】 前記導線を、前記巻回の段の重なり方向
   に沿って厚みが増加あるいは減少するように圧潰する圧
   延工程を含むことを特徴とする請求項１記載のコイルの
   製造方法。
3. 【請求項３】 金属製の導線を高さ方向に複数段、巻回
   してなるコイルであって、 巻回の各段の巻き始め部から巻き終わり部まではほぼ同
   一平面内で巻回され、当該段の巻き終わり部から次の段
   の巻き始め部へ移行する領域が傾斜して形成されている
   ことを特徴とするコイル。
4. 【請求項４】 前記導線は、前記巻回の段の重なり方向
   に沿って厚みが増加あるいは減少するように圧潰された
   部分を含むことを特徴とする請求項３記載のコイル。