JP2007135360A - モータコア部品及びモータ部品 - Google Patents

Abstract

【課題】収納部内の導線の占積率を高めることができるコア部品、及びこのコア部品を具えるモータ部品、並びにこのモータ部品の形成方法を提供する。
【解決手段】モータ部品は、横断面Ｔ字状のコア部品１０と、コア部品１０のティース１１に巻回された導線２００からなるコイルとを具える。コア部品１０は、ティース１１と、ティース１１の一端側に配される外周片１２と、同他端側に配される内周片１３とを具え、ティース１１の外周面、外周片１２における内周片との対向面１２ａ、内周片１３における外周片との対向面１３ａとで囲まれる空間がコイルの収納部１４である。ティース１１の外周面に、高さが{Ｄ×(√３／２)}×ｎ(Ｄ：導線の直径，ｎ：自然数)を満たす段差を設け、段差をつくる段差面１１ａ，１１ｂを収納部１４の外形をつくる仮想面１４ａに平行させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、外周に導線が巻回されるモータコア部品、及びこのコア部品に巻回された巻回導線からなるコイルを具えるモータ部品、並びにこのモータ部品の形成方法に関するものである。特に、コイルを収納するスロット(収納部)内における導線の占積率を従来よりも高めることができるモータコア部品、及び同占積率が従来よりも高いモータ部品に関するものである。

従来、モータの構成部材として、磁性材料からなるコアの外周にコイルを具えるローターやステーターが広く知られている。ローターやステーターは、円環状のものが汎用されており、例えば、リング状部と、このリング状部の径方向に放射状に伸びるように配される複数のコアと、各コアの外周に導線を巻回されてなるコイルとを具える構成が挙げられる(特許文献1図8参照)。上記各コアは、リング状部と一体に形成された一体型のものや、特許文献1に記載されるようにリング状部と分離可能で、個別に導線を巻回可能な分離型のものがある。後者分離型コアの場合、各コアに導線を巻回後、得られたコアとコイルとの一体化物(以下、モータ部品と呼ぶ)は、リング状部に組み付けられてステーターを構成する。

図7(A)は、従来の分離型コアの斜視図、(B)は、分離型コアを具える従来のモータ部品の横断面図である。なお、横断面とは、図7(A)に示すB-B断面に該当する。分離型コアとして、外周に導線200が巻回されるティース101と、このティース101の一端側に設けられ、リング状部300に配されてモータとして組み立てられた際、外周側に配される外周片102と、この外周片102と対向するようにティース101の他端側に設けられ、同様にモータとして組み立てられた際、内周側に配される内周片103とを具える横断面T字状のコア100が知られている。

この横断面T字状のコア100は、外周片102と内周片103とがティース101の外側に一部が突出するように設けられ、ティース101の外周面と、外周片102における内周片103との対向面102a、内周片103における外周片102との対向面103aとで囲まれる空間をコイルのスロット(収納部)104とする。コイルは、外周片102と内周片103との間でティース101の外周に沿って導線200を巻回されて形成される。コア100として、磁性材料からなるコア部100cと、コア部100cの外周に配置される絶縁材料からなるインシュレータ100iとからなるものもある。図7に示す例では、コア部100cのスロットに該当する箇所にインシュレータ100iを配置しており、実際のスロット104は、インシュレータ100iによりつくられる。

モータ部品では、従来よりスロットにおける導線の占積率を高めることが望まれている。そこで、スロット内のデッドスペース(導線を巻回することができないスペース)を低減して導線の占積率を高めるために、ティースを、特許文献1に示すような四角柱状とするのではなく、四角錘台状とすることが検討されている(特許文献2参照)。具体的には、図7(A)に示すように外周片側から内周片側に向かって幅が狭くなるような一対の第一台形状面101aと、外周片側から内周片側に向かって幅が広くなるような一対の第二台形状面101bとによりティース101を構成する。また、占積率を高めるために、導線200として図7に示す横断面円形状の丸線ではなく、横断面矩形状の平角線を利用することも検討されている(特許文献2参照)。なお、モータとして組み立てられた際、隣接するモータ部品に対向して配される側をコイルサイド側と呼び、同対向して配されない側をコイルエンド側と呼ぶ。ここでは、第一台形状面101aが配される側がコイルエンド側となり、第二台形状面101bが配される側がコイルサイド側となる。

モータ部品は、コアを回転可能な巻き線機にセットし、巻線ノズルから導線を連続供給しながら、回転するコアに導線を巻回してコイルを形成することで得られる。この巻回導線からなるコイルは、図7(B)に示すように横断面において、外周片102と内周片103との間でティース101の外周面に平行するように導線200を横並びに巻回して一つの層をつくり、このような層を、ティース101の外周面からスロット104の外形をつくる仮想面(図7(B)において細い二点鎖線で示す)に亘って複数積層させることで形成される。例えば、ティース101の外周面に接する第一層は、ティース101の外周面において外周片102の端部、又は内周片103の端部から導線200を巻き始め、外周片102と内周片103との間に亘ってティース101の外周面に沿って導線200を巻回していき、一方の片(巻き始めが外周片端部の場合、内周片103、巻き始めが内周片端部の場合、外周片102)の端部に達するまで巻回することで形成される。また、上記端部に達したら導線200を折り返し、第一層目の上に導線200を積み重ねるように巻回して第二層目を形成していく。このように外周片102又は内周片103の端部に達したら折り返して層を替え、導線を積層させてコイルを形成する。

特開2001-25198号公報 特開2002-369418号公報

しかし、従来のコアでは、導線の占積率の向上に限界がある。
上述のように従来は、ティースを四角錘台状としたり、更に導線として平角線を用いたりすることで、スロット内に生じるデッドスペースの低減を図り、導線の占積率の向上を図っている。しかし、このような手法を用いても、スロット内に比較的大きなデッドスペースが生じることがある。

従来の四角錘台状のティースにおいてその表面が段差のない平滑な面で構成されている場合、図7(B)に示すようにティースに巻回される導線数が外周片側から内周片側に向かうほど減少し、スロットに収納されたコイルの外形が階段状となることがある(特許文献2図10参照)。即ち、コイルをつくる導線のうち最外側に配された導線(コイルの外形をつくる導線)は、モータ部品の横断面において複数の異なる平行線上に配された状態となる。コイルの外形がこのような階段状となることで、スロット104内には、コイルの外形に対応した階段状のデッドスペース105がつくられる。そのため、従来の手法では、平角線を用いたとしても、占積率の更なる向上に限界がある。また、コイルの外形が階段状となっているモータ部品は、モータとして組み立てられた際、隣接するモータ部品間のギャップ精度を高めることが困難である。更に、デッドスペースには、保温効果がある空気が存在するため、デッドスペースが大きい従来のモータ部品では、通電により発熱したコイルの熱を放出させ難い。

そこで、本発明の主目的は、スロット内におけるデッドスペースを低減して、導線の占積率をより高めることができるモータコア部品を提供することにある。また、本発明の他の目的は、このコア部品を用いて、スロット内における導線の占積率がより高いモータ部品を提供することにある。更に、本発明の別の目的は、このモータ部品の形成方法を提供することにある。

本発明モータコア部品は、特に、ティースに特定の高さを有する段差を設けることで、上記目的を達成する。具体的な構成は、以下の通りである。
本発明モータコア部品は、外周に導線が巻回されるティースと、このティースの一端側に設けられ、モータとして組み立てられた際、外周側に配される外周片と、この外周片と対向するようにティースの他端側に設けられ、モータとして組み立てられた際、内周側に配される内周片とを具える。また、本発明モータコア部品は、上記ティースの外周面と、外周片における内周片との対向面と、内周片における外周片との対向面とで囲まれる空間を導線の収納部とする。そして、本発明モータコア部品では、上記ティースの外周面の少なくとも一部に段差を設け、この段差をつくる二つの段差面間の高さが以下の(1)及び(2)のいずれかを満たし（但し、nは自然数）、これら段差面と収納部の外形をつくる仮想面とが平行であることを特徴とする。
(1) 導線の直径をDとするとき {D×(√3/2)}×n
(2) 導線を角線とし、その厚さをtとするとき t×n

本発明モータ部品は、上記モータコア部品と、このコア部品の収納部に収納された巻回導線からなるコイルとを具え、このコイルの外形をつくる導線は、同一直線上に配されることを特徴とする。

本発明コア部品は、ティースに特定の高さの段差を設けると共に、この段差をつくる段差面を、収納部の外形をつくる仮想面に平行するように構成する。このような段差面に沿って横並びするように、つまり一直線上に並べられるように導線を巻回すると、これらの導線からなる層は、上記仮想面に平行するように配される。このティース上に配された層に沿って、この層の上に多層に導線を巻回してコイルを形成すると、各層をつくる導線は、ティース上（段差面上）に配された下層の導線と同様に一直線上に並べられ、上記仮想面に平行するように配される。このように段差面を有するティースに一連長の導線を巻回してコイルを形成し、このコイルを収納部に収納させると、コイルをつくる導線のうち最外側に配される導線、つまりコイルの外形をつくる導線は、同一直線上に配され、かつ、この直線は、上記仮想面に平行となる。図7に示すような従来の四角錘台状のティースを具えるモータ部品では、ティースに特定の高さの段差がないことから、コイルの外形が階段状となる、つまり段差を有する状態となっている。これに対し、本発明コア部品を用いたモータ部品では、ティースに特定の高さの段差があることから、コイルの外形を段差がない平滑な状態とすることができる。また、このモータ部品では、上記コイルの外形をつくる導線が収納部の仮想面と平行することから、収納部に階段状のデッドスペースが生じることがない。そのため、本発明コア部品を具えるモータ部品では、収納部におけるデッドスペースを従来のモータ部品よりも小さくすることができ、導線の占積率をより高めることができる。また、デッドスペースが小さいことで保温効果がある空気層を低減させることができるため、本発明コア部品を具えるモータ部品では、放熱性を高めることができる。以下、本発明をより詳細に説明する。

本発明コア部品は、外周に導線が巻回されるティースと、このティースの一端側に設けられる外周片と、この外周片と対向するようにティースの他端側に設けられる内周片とを具える。外周片と内周片とはそれぞれ、ティースの外側に一部が突出するように具え、ティースの外周面と、外周片における内周片との対向面と、内周片における外周片との対向面とで囲まれる空間ができるようにする。つまり、横断面形状及び縦断面形状がT字状となるように本発明コア部品を構成する。なお、コア部品(モータ部品)の横断面とは、ティースに巻回された巻回導線からなるコイルの中心軸(以下、コイル中心軸と呼ぶ)を含む面(以下、軸面と呼ぶ)であって、モータとして組み立てられた際にモータの回転軸と直交する面で切断したときの断面、縦断面とは、軸面のうち横断面と直交する面で切断したときの断面とする。また、導線の横断面とは、導線の軸方向に直交するように切断したときの断面とする。

上記ティースの外周面と、二つの対向面とで囲まれる空間は、コア部品をモータ部品に用いる際、導線を巻回してなるコイルの収納部として利用される。また、外周片の端部と内周片の端部とを結ぶ仮想の直線でつくられる面が、収納部の外形をつくる仮想面となる。モータ部品では、通常、この仮想面をはみ出さないようにコイルを収納部に収納させる。

外周片における内周片との対向面及び内周片における外周片との対向面は、互いに平行するように設けることが好ましい。特に、これらの対向面は、ティースの外周面に対して直交するように設けることが好ましい。導線をティースに多層に巻回する際、通常、外周片及び内周片の端部、つまり上記対向面で折り返し、次の層を巻回していく。そして、折り返した際、S撚りからZ撚り、或いはZ撚りからS撚りに巻回方向が入れ替わる。このような巻回を行う場合、上記対向面とティースの外周面とが直交していると、同対向面が導線を折り返すときに当て止めとなるため、次の層に導線を進行させる際に前の層の巻回方向(撚り)に倣って巻きずれが生じることを防止できる。

このような外周片及び内周片は、ティースの大きさ、コア部品を支持するリング状部の大きさなどに応じて適宜大きさを選択するとよい。外周片及び内周片の形状は、代表的には、四角柱状が挙げられる。外周片及び内周片を四角柱状とする場合、外周片においてティースと接する側の面に対向する面(モータとして組み立てられた際、最外側に配される面)、及び内周片においてティースと接する側の面に対向する面(同、最内側に配される面)は、平面としてもよいし、湾曲させた曲面としてもよく、コア部品を支持するリング状部の形状に合わせて適宜選択するとよい。

ティースの形状としては、特許文献1に記載されるような四角柱状(外形をつくる面がコイル中心軸に平行な面からなる形状のもの)がよく知られているが、四角柱状とすると、スロット内のデッドスペースが大きくなるため、スロット内における導線の占積率を向上させたり、放熱性を高めることが難しい。そこで、ティースの形状は、スロット内のデッドスペースをより低減できる形状とすることが好ましく、具体的には、傾斜面を有する形状とすることが挙げられる。傾斜面とは、その延長面がコイル中心軸に交差する面をいう。このような傾斜面を有するティースの形状としては、例えば、傾斜面が平面であるn角錘台状(n≧3の自然数)の他、傾斜面が湾曲面である円錐台状、楕円錘台状といった非角錐台状が挙げられる。ティースをn角錘台状とする場合、導線が巻回されるn個の面のうち少なくとも1面を傾斜面とし、好ましくは、対向する2面を傾斜面とし、より好ましくは、非角錐台状と同様に全面を傾斜面とする。傾斜面の傾斜角度(コイル中心軸に対する角度)は、収納部の容量を極力減少させないように考慮して、モータ部品に設けられる収納部(スロット)の数、モータ部品の大きさ、所望のモータ特性などに応じて適宜選択するとよく、例えば、5〜15°程度が挙げられる。傾斜面を有する形状のティースにしても、コイル中心軸に平行な面を有するティースにしても、本発明コア部品では、ティースの外周面を上記収納部の外形をつくる仮想面と平行になるようにする。

なお、占積率(％)とは、(導体断面積)/(収納部の断面積)×100をいう。導体断面積とは、コイルを形成する導線の断面積の総和をいう。導線が絶縁被覆を具える場合は、絶縁被覆を除いた断面積を導体断面積とする。導線及び収納部の断面はいずれも同じ方向の断面(横断面又は縦断面)とする。

n角錐台状としては、代表的には、四角錘台状が挙げられる。ティースを四角錐台状とする場合、I.導線が巻回される4面のうち、1面を傾斜面とし、残り3面をコイル中心軸と平行する面とする、II.2面を傾斜面とし、残り2面をコイル中心軸と平行する面とする、III.4面全てを傾斜面とする構成が考えられる。上記I,IIの構成の場合、対向する2面を外周片側から内周片側に向かって幅が狭くなる(或いは広くなる)台形状とし、残り2面を矩形状とすることが挙げられる。上記IIIの構成の場合、対向する2面を外周片側から内周片側に向かって幅が狭くなる第一台形状面とし、残りの対向する2面を外周片側から内周片側に向かって幅が広くなる第二台形状面とすることが挙げられる。このIIIの構成のように隣接する面の幅の広さを互い違いに変化させることで、コイル中心軸に直交するようにティースを切断したとき、その断面積(磁路面積)を実質的に等しくすることができる。ここで、モータ使用時、コア部品のティースには磁束が通過するが、外周片側から内周片側に向かって磁路面積が小さくなるような形状のティースの場合(上記IIの構成の一つ)、内周片側では、磁束密度が高くなり、磁束が飽和する可能性がある。従って、外周片側から内周片側に向かって磁路面積が等しくなるようにティースを構成することで、ティースの磁気特性を外周片側から内周片側に亘って均一的にすることができる。

本発明では、上記のようなティースの外周面の少なくも一部に段差を設ける。例えば、ティースをn角錘台状とする場合、導線が巻回されるn個の面のうち、少なくとも1面に段差を設け、好ましくは、対向する2面に、より好ましくは、外周面の全面に亘って段差を設ける。ティースを非角錘台状とする場合も外周面の全面に亘って段差を設けることが好ましい。n角錐台状のティースや非角錘台状のティースの全面に亘って段差を設けることで、コイル中心軸に直交するようにティースの断面をとったとき、その断面積(磁路面積)を実質的に等しくすることができ、磁気特性を外周片側から内周片側に亘って均一的にすることができる。

また、本発明では、上記段差の高さ(段差をつくる二つの段差面間の高さ)を規定する。具体的には、ティースに巻回する導線の形状に応じて段差の高さを規定する。モータ部品に具えるコイルを形成する導線には、横断面が円形状である丸線、横断面が矩形状である平角線がよく利用される。導線として丸線を用いて整列巻きを多層に亘って行う場合、図8に示すように隣接する2本の導線間がつくる空隙に次の層の導線が嵌るように導線を積み重ねていく。そのため、積み重ねられた導線の各層は、丸線の直径をDとすると、A＝{D×(√3/2)}ずつ高くなる。従って、ティースの外周面に高さが式1:{D×(√3/2)}×n(nは自然数)を満たす段差を適宜設けた場合、この段差を有するティースの外周面に沿って導線を巻回して形成されたコイルの外形は、段差がない平滑な状態とすることができる。そこで、本発明コア部品では、導線の直径をDとし、nを自然数とするとき、{D×(√3/2)}×nを満たす段差をティースの外周面に形成することを提案する。なお、{D×(√3/2)}ずつ高くなるように積み重ねられる導線であれば横断面円形状の丸線以外の導線であってもよい。

一方、導線として平角線といった角線を用いて整列巻きを多層に亘って行う場合、積み重ねられた導線の各層は、角線の厚さをtとすると、tずつ高くなるように積み重ねられる。従って、ティースの外周面に高さが式2:t×n(nは自然数)を満たす段差を適宜設けた場合、この段差を有するティースの外周面に沿って導線を巻回して形成されたコイルの外形は、段差がない平滑な状態とすることができる。そこで、本発明では、導線として角線を用いる場合、導線の厚さをtとし、nを自然数とするとき、t×nを満たす段差をティースの外周面に形成することを提案する。なお、tずつ高くなるように積み重ねられる導線であれば、横断面矩形状の平角線以外の導線でもよい。例えば、横断面六角形状の導線といった横断面多角形状の多角形線が挙げられる。

上記段差の高さは、上述のように式1：{D×(√3/2)}×n又は式2：t×nを満たすように設ければよく、n(自然数)は、奇数でもよいし、偶数でもよい。nを奇数とする場合、各段には、その奇数分の導線が積まれ、nを偶数とする場合、各段には、その偶数分の導線が積まれる。

nを奇数とし、高さが上記式1又は式2を満たす段差を具えるティースにコイルを形成するには、例えば、以下のように行う。外周片端部又は内周片端部を導線の巻き始めとしてティースの外周面に沿って導線を巻回し、外周片端部や内周片端部に導線が達したら折り返し、既に巻回された導線からなる層の上に新たな導線を積み重ねるようにして導線を巻回する。また、段差に導線が達したら、上述した外周片端部などでの折り返しと同様に導線を折り返したり、段差に沿って昇降させたりする。導線を多層に巻回してコイルを形成する場合、多くの層は、段差に沿って階段を昇降するように形成される。つまり、巻回途中において、外周片と内周片との間に亘って巻回された導線がつくる層の外形は、ティースの段差に沿った階段状となる。そのため、段を上がる際には、段上がり処理を行い、段を下がる際に段下がり処理を行う。段上がり(段下がり)処理とは、ある層(m)を形成する導線が段を上がる(下がる)とき、巻線ノズルの給線ピッチを調整する処理を言う。また、コイルの外形をつくる最終層の形成にあたり、必要に応じて線跳び処理を行う。線跳び処理とは、ある層(m)から次の層(m+1)に移行する際、m層目の終端とm+1層目の始端が離れている場合に同終端から同始端までを繋ぐために単に導線を渡す処理を言う。従って、この線跳び処理により渡された導線は、ティースの周方向に部分的に存在し、ティースの外周面に完全に巻回されない。

特に、最外層を形成するにあたり線跳び処理を行う場合、跳ばす導線の始め、つまりm層の終わりは、外周片端部又は内周片端部に位置する。従って、これら端部を当て止めとして利用でき、導線を移行させ易い。また、図9に矢印で示すように跳された導線の終端、つまりm+1層目の始まりとなる導線m+1_Sが配される箇所は、m層目をつくる導線mのうち、段上がり処理又は段下がり処理が行われて導線が階段状に配された箇所、即ち、三つの導線m₁,m₂,m₃で囲まれた箇所となる。そのため、跳された導線の終端となる導線m+1_Sは、これらの導線m₁,m₂,m₃により容易に位置決めされる。従って、本発明コア部品を用いてモータ部品を形成する場合、線跳び処理により渡す導線をより確実に所望の位置に配置させることができ、線跳び処理による導線の移行に伴う巻きずれを低減することができる。また、本発明コア部品では、段差面を収納部の外形がつくる仮想面vに平行させていることで、m層が同一直線上にかつ仮想面vと平行に配され、m層のうち最外層をつくらない導線m₂,m₃,m₄,m₅…と仮想面vとの間には、1本の導線を収納することが可能な高さHを有する空間Sが設けられる。そして、m+1層は、この空間Sを埋めるように導線を巻回することで容易に形成することができる。また、最外層をつくる導線は、容易に同一直線上に並べられ、仮想面vに平行に配される。従って、本発明コア部品は、導線の巻回性に優れ、コイルの形成を比較的容易に行うことができる。また、本発明コア部品を用いて上述のようにコイルを形成すると、ティースの外周面を形成する段差面を収納部の外形がつくる仮想面と平行するように設けているため、巻回途中において段差面に配される各層は、同一直線上に並んで同仮想面と平行に配されると共に、コイル外形をつくる最外層も同様に同一直線上に並んで同仮想面と平行に配される。このような段差面を有する本発明コア部品に導線を巻回してなるコイル外形は、段差が無く平滑な形状となる。そのため、本発明コア部品を用いたモータ部品では、デッドスペースを低減して、収納部を有効に利用することができ、占積率を高められると共に、発熱したコイルの放熱性も高めることができる。なお、図9において矢印は、線跳び処理により渡す導線の移動状態を示しており、この図では、左方から跳ばす場合を示しているが、右方から導線を跳ばす場合もある。また、図9において○は、導線を示し、その中の文字は、その導線が属する層の数を示す。

上記本発明コア部品に対して図7(B)に示す従来のコア100では、例えば、外周片102端部を巻き始めとした場合、第五層目の端部から第六層目の端部に亘って図7(B)の矢印で示すように導線201を跳ばすことになる。跳ばされる導線201の始まりは、当て止めとなるような外周片102端部又は内周片103端部に存在せずスロット104の中間部に位置する。また、跳ばされた導線201の終わりもスロット104の中間部に位置し、位置決めするようなものが存在しない。線跳び処理は、導線を大きく跳ばすため、導線の巻回方向に比較的大きな力が働き、この力は、ある層とその次の層との間が離れているほど大きくなる。従来のコア100では、跳ばす導線の始まり及び終わりにおいて導線が安定しないため、所望の位置に導線を配置させにくく、線跳び処理に伴って作用する力により巻きずれ(巻き乱れ)を生じやすい。この巻きずれを起こすことで、従来のコア100では、導線を緻密に巻回できず、占積率の低下を招く。巻きずれを防止するために線跳び処理を行うにあたり導線を移動させる際、コアの回転速度を低下させることが考えられるが、この場合、巻回作業に時間がかかる。また、場合によっては、コアの回転を止め、別途用意した治具などにより導線を強制的に変形させてから巻くこともある。この場合、線跳び処理ごとにコアを巻き線機から取り外したり、取り付けたりするため、時間がかかる。このように従来のコアでは、線跳び処理による不具合が多い。本発明コア部品では、上述のように線跳び処理の際に、導線の位置決めを確実に行うことができるため、線跳び処理による不具合を低減することができる。

一方、nを偶数とする本発明コア部品では、導線の巻回時に段下がり処理や段上がり処理、及び線跳び処理を行わなくてもよく、上述したnを奇数とするコア部品と比較して、導線の巻回作業性により優れる。nを偶数とし、高さが上記式1又は式2を満たす段差を有するティースを具える本発明コア部品では、外周片端部又は内周片端部を導線の巻き始めとし、ティースの外周面に沿って導線を巻回し、外周片端部や内周片端部、及び段差に導線が達したら折り返し、既に巻回された導線からなる層の上に新たな導線を積み重ねるようにして導線を巻回することでコイルを形成することができる。従って、このコア部品では、外周片と内周片との間に亘って巻回された導線がつくる層の外形が巻回途中においても最終的なコイル外形と同様に段差がなく平滑な形状である。そのため、このコア部品では、各層の形成にあたり、外周片側から内周片側に亘って巻線ノズルの給線ピッチを等ピッチとすることができるため、段上がり処理及び段下がり処理が不要であるだけでなく、線跳び処理も不要である。このようにnを偶数とする本発明コア部品は、線跳び処理がないため、導線の巻回をより簡単に行うことができ、従来のコアは言うに及ばず、上述したnを奇数とするコア部品と比較しても巻き時間を短縮することができる。また、nを偶数とする本発明コア部品は、線跳び処理による導線が存在しないことで、外観を損なうことがなく、美観に優れる。更に、線跳び処理により渡された導線は、スロットに収納されず、スロットから突出して配されることがあるが、スロットから突出していると、モータ部品間のギャップ管理が難しくなる。しかし、nを偶数とする本発明コア部品では、線跳び処理による導線が無いことから、ティースに巻回された導線を全てスロット内に収納させることができるため、モータ部品間のギャップ管理を比較的精度よく行うことができる。

加えて、nを偶数とする本発明コア部品では、巻き終えた導線の端部処理を行うときも線跳び処理を不要とすることができる。巻き終わった導線の端部は、通常、外周側片端部又は内周側片端部に配されて処理される。従って、巻き終わりの導線がスロットの中間部に位置する場合、端部処理を行うために外周側片端部又は内周側片端部にその端部を移行させるべく、導線を渡す必要がある。これに対し、nを偶数とする本発明コア部品では、外周側片端部又は内周側片端部で導線の巻回を終えることができるため、端部処理のための線跳び処理も必要ない。

外周片側から内周片側に亘って設ける段差の数は、収納部の容量を極力減少させないように考慮して、モータ部品の大きさ、所望のモータ特性などに応じて適宜選択するとよく、一つでもよいし、二つ以上でもよい。段差を複数設ける場合、隣接する段差の間隔も収納部の容量を極力減少させないように考慮して、ティースの大きさや収納部の大きさなどに応じて適宜選択するとよい。また、段差を複数設ける場合、各段差の高さは、等しくしてもよいし、異ならせてもよい。このような段差が設けられたティースの外周面には、段差数をNとするとき、N+1個の段差面がつくられる。これら複数の段差面は、段差が設けられたティースの外周面を上述のコイル中心軸に交差するように傾斜させた傾斜面とする場合、いずれも傾斜角度を等しくする。つまり、一つの傾斜面につくられる段差面は、いずれも平行するようにする。また、これら段差面は、上述した収納部の外形をつくる仮想面と平行になるように形成する。各段差面の大きさは、モータ部品の大きさや、一度に巻回する導線の本数などに応じて適宜選択するとよい。一度に複数本の導線を横並びに巻回させる場合、巻回させる導線の本数の自然数倍となるように段差面の大きさを設けると、このコア部品は、巻回作業が行い易い。一度に巻回させる導線の本数の自然数倍にあたる導線が段差面に配されるように段差面の大きさを調整すると、一度に巻回させる導線の本数分ずつ段上がり処理や段下がり処理、層替え処理を行うことができるため、巻回作業が行い易い。

ティースを四角錘台状とし、その横断面において外周片側から内周片側に向かって、幅が狭くなるように設けている場合、上記段差は、同横断面において、外周片側から内周片側に向かって高くなるように設けることが好ましい。一方、縦断面において、外周片側から内周片側に向かって低くなるように段差を設けることが好ましい。即ち、ティースをつくる四つの面、具体的にはコイルエンド側に配される一対の面及びコイルサイド側に配される一対の面の双方に段差を設ける場合、コイルサイド側に配される面は、外周片側から内周片側に向かって高くなるように(階段を上がるように)段差を設け、コイルエンド側に配される面は、外周片側から内周片側に向かって低くなるように（階段を下がるように）段差を設けることが好ましい。このように段差を設けることで、コア部品をより小型化し、延いてはモータを小型化することができる。例えば、コイル中心軸に直交するようにティースを切断したとき、その断面積(磁路面積)が等しくなるようにティースを形成し、かつ、横断面において外周片側から内周片側に向かって低くなるように段差を設けたコア部品を考える。このコア部品の横断面において内周片側の幅は、外周片側の幅よりも狭くなる。従って、このコア部品は、横断面において内周片側の磁路が短くなるため、磁路面積を等しくするには、縦断面において内周片側の磁路が長くなるようにティースを形成する必要がある。つまり、縦断面において内周片側の幅(軸長)をより長くする、端的に言うと、コイルサイド側の面の内周片側の幅を長くして、コイルエンド側の面の内周片側を外方に突出させる必要がある。縦断面において外周片側から内周片側に向かって高くなるように段差を設けたコア部品も同様のことが言える。ここで、磁路面積を均一的にしたコア部品は、均一的にしないコア部品と比較して、トルクを向上することができる。従って、同じトルクを得ようとすると、磁路面積を均一的にしたコア部品は、より小さくすることができる。従って、このようなコア部品は、モータの小型化に寄与する。

ティースに段差を設ける場合、段差をつくる二つの段差面を連結する連結面と、段の低い方の段差面の延長面とがつくる角度θ(以下、段差角度と呼ぶ)を90°としてもよいが、上記連結面を段差面に対して傾斜させることで、より占積率を高めることができる。具体的には、段差角度θを60°以下とすることが好ましい。図10に示すように二つの段差面Fd,Fuと連結面Fcとを直交するように設ける、つまり、段差角度θ₁を90°とすると、図10(A)に示すように連結面Fcと導線200'との間にデッドスペースSdが生じることがある。しかし、図10(B)に示すように段差角度θ₂を60°とすると、連結面Fcに近接して配される導線200"と連結面Fcとの間に、1本の導線(図10(B)において太い点線で示す導線)が嵌ることができる隙間が設けられ、この隙間に導線を配することでデッドスペースを低減できる。そのため、上記特定の段差角度を満たす段差を設けた本発明コア部品は、占積率を高めることができる。ただし、コア部品の寸法精度や導線の寸法精度によっては若干のずれが考えられるため、段差角度を60°とした場合に、上記隙間に導線が入り込めず、導線200"と連結面Fcとの間から飛び出して、導線が盛り上がる恐れがある。従って、上記隙間に余裕分を設けるために、段差角度θは、60°以下とすることが好ましく、55°程度が適切である。

また、上記連結面と、段の高い方の段差面とがつくる角部は、丸めてもよい。つまり、段差の角部をR形状としてもよい。導線としてエナメルなどの絶縁被覆を施したものを利用する場合、段差の角部を鋭利にしておくと、この角部に接することで絶縁被覆が剥離する恐れがある。従って、段差の角部を丸めておき、絶縁性の劣化を防止することが好ましい。Rの大きさは、適宜選択するとよい。

その他、ティースの外周面(段差面)には、導線を嵌合する溝を設けてもよい。溝を設けることでティースに対する導線の位置決めを安定して行うことができ、巻きずれを低減することができる。溝の形状は、導線の位置決めが行えるもので、巻回作業を妨げないような形状であれば特に問わない。例えば、複数の突起(突条)を設けて、突起間につくられる溝を利用してもよい。

上述の本発明コア部品は、磁性材料にてティース、外周片、内周片を一体に形成する。磁性材料としては、例えば、鉄系材料、より具体的には、珪素鋼などの鋼が挙げられ、このような磁性材料からなる板材や粉末を用いて本発明コア部品を形成するとよい。板材を用いてコア部品を形成する場合、例えば、磁性材料からなる板材をT形状に切断し、得られたT字状板を複数積層させて横断面及び縦断面T字状のコア部品を形成することができる。板材を用いる場合、その表面に絶縁被膜を具えるものを用いたり、積層する際に隣接する板材間に絶縁部材を配置させるようにして、渦電流の発生に伴う損失を低減できるようにすることが好ましい。また、板材を用いた場合、得られたコア部品は、強度に優れて好ましい。

一方、粉末を用いてコア部品を形成する場合、例えば、所定形状の金型に粉末を充填して加圧することでコア部品を形成することができる。粉末を用いた場合、複雑な形状のコア部品を簡単に一体形成することができる。複雑な形状のコア部品とは、例えば、ティースの全面に亘って段差が設けられ、コイル中心軸に交差するようにティースの断面をとったとき、その断面積が等しくなるように段差が設けられているコア部品の場合、より具体的には、例えば、ティースの形状が四角錘台状であり、その横断面において、外周片側から内周片側に向かって幅が狭くなるように設けられ、その縦断面において、内周片側から外周片側に向かって幅が狭くなるような形状のコア部品の場合が挙げられる。粉末を用いる場合、磁性材料からなる粉末に更に絶縁材料を混合して各粉末表面に絶縁被膜を形成したものを用いると、形成された圧粉成形体の電気抵抗を高めて、渦電流の発生に伴う損失を低減することができる。上記絶縁材料としては、例えば、リン酸塩系の無機材料や、ポリイミド、ポリアミドイミドなどの有機材料などが挙げられる。

本発明コア部品は、上述した磁性材料から形成したものでもよいが、磁性材料からなるコア部と、コア部の外周に配置され、絶縁材料からなるインシュレータとから構成してもよい。インシュレータは、通常、スロットに収納されるコイルとコア部とを絶縁するために配置される。従って、本発明においてもインシュレータを具える場合、コア部において収納部に該当する箇所の外周を少なくとも覆うようにインシュレータを形成することが好ましい。このとき、実際の収納部は、インシュレータによって形成される。もちろん、コア部の全周を覆うようにインシュレータを形成してもよい。インシュレータを具える場合、コア部及びインシュレータの双方に上述した段差や溝を有するようにしてもよい。つまり、コア部とインシュレータとを相似形としてもよし、コア部に段差や溝を設けず、インシュレータにのみ段差や溝を設けて、両者を非相似形としてもよい。インシュレータを形成する絶縁材料としては、例えば、PPS(Poly Phenylene Sulfide ポリフェニレンスルフィド)、LCP(Liquid Crystal Polymer 液晶ポリマー)などの樹脂が挙げられる。また、このような樹脂に無機充填剤を添加させてもよい。モータ部品では、使用時にコイルが発熱するため、コア部品を介してこの熱を外部に放出する。ティースに段差を具える本発明コア部品は、従来のコアと比較して、コア部品とコイルとの接触面積が大きいことから、コイルの熱をコア部品によく伝えることができ、放熱性に優れる。更に、無機充填剤を含有した樹脂によりインシュレータを形成することで、放熱性をより向上させることができる。無機充填剤としては、例えば、ガラス(二酸化珪素)、アルミナ(酸化アルミニウム)、酸化チタンなどの絶縁材料が挙げられる。より具体的には、ガラスは、直径数μm、長さ数百μmの繊維状(ファイバ状)のもの、アルミナや酸化チタンは、直径数μmから数十μmの円盤状(チップ状)のものが挙げられる。添加量は、適宜選択するとよい。このようなインシュレータは、分割片を組み合わせて一体となるように構成しておくと、コア部の外周に配置し易く好ましい。

上記構成を具える本発明モータコア部品と、このコア部品の収納部に収納された巻回導線からなるコイルとを具える本発明モータ部品では、コア部品において少なくとも段差を有する面に配されるコイルの外形が段差のない平滑な形状となる。特に、コア部品のティース全面に亘って段差を設けることで、コイル外形全体に亘り段差がなく平滑な形状となる。そして、これら段差面を仮想面と平行にしておくことでこのコイル外形は、収納部の外形をつくる仮想面と平行(或いは等しく)となる。そのため、本発明モータ部品では、デッドスペースを低減し、収納部における導線の占積率を従来よりも高めることができる。また、デッドスペースの低減により、本発明モータ部品は、発熱したコイルの熱をより効率よく放出することができる。なお、本発明においてコイルの外形をつくる導線とは、コイルを形成する各層をつくる導線とし、上述した線跳び処理によって渡された導線は含まないものとする。従って、本発明では、線跳び処理によって渡された導線が収納部から突出することは許容する。nを偶数とする場合、上述のように線跳び処理が無いため、コイルをつくる全ての導線が収納部に収納される。

上記本発明モータ部品は、上述した本発明コア部品を用意し、このコア部品のティースの外周片端部、又は内周片端部を巻き始めとし、外周片と内周片との間でティースの外周に沿って導線を整列巻きし、最外周側に配される導線が同一直線上に並ぶように導線を巻き終えることで得られる。外周片端部、又は内周片端部を巻き始めとすることで、導線の始端を外部に出し易くなる。また、整列巻きを行うことで、導線の巻き数を多くし、導線の占積率を高めることができる。巻き始めてから段差にきたら、上述のように折り返したり、段上がり処理又は段下がり処理を行う。また、巻き始めてから外周片端部(内周片との対向面)、又は内周片端部(外周片との対向面)に到達したら、折り返して、層を替える(層替え処理)。このとき、外周片における内周片との対向面及び内周片における外周片との対向面とをティースの外周面(段差面)に対して直交するように外周片、内周片を設けることで、巻きずれを防止し、導線を次の層に進行させ易い。そして、最外周側に配される導線が階段状とならないように、導線を巻回していく。nが奇数の場合は、適宜線跳び処理を行う。

上述のようにして形成された本発明モータ部品は、所定数をリング状部に組み付けてモータを構成することができる。組み付けた各モータ部品は、コイルをつくる導線端部を接続し、集中巻き構造としてもよいし、重ね巻き構造としてもよい。このようなモータは、例えば、アウターステータ型モータや、インナーステータ型モータに利用することができる。

上記構成を具える本発明コア部品は、従来のコアと比較して、デッドスペースを低減することができ、収納部における導線の占積率を高めることができる。従って、本発明コア部品を具える本発明モータ部品は、従来のモータ部品と比較して導線の占積率が高い。また、本発明モータ部品は、デッドスペースの低減により、通電により発熱したコイルの熱を逃げ易く、放熱性に優れる。更に、本発明モータ部品は、コイル外形が階段状ではなく平滑な形状であるため、モータとして組み立てた際、隣接するモータ部品間のギャップ管理が容易であり、ギャップ精度に優れるモータを提供することができる。

更に、本発明コア部品では、nを奇数とする場合、上記導線の占積率をより高めることができ、nを偶数とする場合、導線の巻回作業性に優れる。特に、nを偶数とする場合、従来必要であった線跳び処理を不要とすることができるため、本発明コア部品を用いると、作業性を向上するだけでなく、線跳び処理によって渡された導線がないため、美観もより優れたモータ部品を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
(実施例1 nが奇数の場合)
図1(A)は、本発明コア部品を模式的に示す斜視図、(B)は、(A)の上方からコア部品を見た状態においてティース部分を示す上面図、図2(A)は、本発明モータ部品の横断面図、(B)は、段差部分の拡大説明図である。なお、図1では、段差を省略している。また、図2(A)では、右半分に配される導線を省略しているが、実際には、右半分にも左半分と同様に導線が存在する。この点は、後述する図5についても同様である。

本発明モータ部品は、磁性材料からなるモータコア部品10と、コア部品10に巻回された導線200からなるコイルとを具える。このようなモータ部品は、複数組み合わせて円環状になるようにリング状部300に配置され、モータステーターに利用される。基本的な構成は、図7に示す従来のモータ部品と同様である。本発明モータ部品の最も特徴とする点は、コア部品10の形状にあり、具体的には、図2に示すように導線200が巻回されるティース11の外周面に特定の高さを有する段差を具えること、及びティース11の外周面(段差をつくる段差面11a,11b)をコイルが収納される収納部14の外形をつくる仮想面14aに平行させている点にある。以下、モータ部品10を中心に説明する。

コア部品10の基本的構成は、図7に示す従来のコア部品と同様である。具体的には、図1に示すように導線が巻回されるティース11と、ティース11の一端側に設けられ(図1(B)において面bcfg側)、リング状部300に配されてモータとして組み立てられた際、外周側に配される外周片12と、この外周片12と対向するようにティース11の他端側に設けられ(図1(B)において面adeh側)、モータとして組み立てられた際、内周側に配される内周片13とを具える。そして、横断面及び縦断面がT字状となるように、外周片12の一部、及び内周片13の一部がティース11の外側に突出するように設けられる。このティース11の外周面と、外周片12における内周片13との対向面12a、内周片13における外周片12との対向面13aとで囲まれる空間がコイルの収納部14となる。外周片12の端部と内周片13の端部とを結ぶ直線からなる面が、収納部14の外形をつくる仮想面14aとなる。

本例では、磁性材料からなるコア部10cと、絶縁材料からなるインシュレータ10iとでコア部品10を構成している。コア部10cは、横断面及び縦断面がT字状となるように金型に磁性材料粉末を充填し、圧粉成形して形成している。インシュレータ10iは、PPSやLCPなどといった樹脂により形成しており、コア部10cと導線とを絶縁するために設けている。従って、コア部10cにおいて導線が接触する箇所、具体的には、コア部10cにおける収納部に該当する箇所を覆うようにインシュレータ10iを配置している。従って、本例では、インシュレータ10iが実際の収納部14を形成する。また、本例では、インシュレータ10iのうちコア部10cにおけるティースに配される箇所は、コア部10cの外形に沿った薄肉形状とし、インシュレータ10iのうちコア部10cにおける外周片の対向面、及び内周片の対向面に配される箇所は、厚肉形状としている。そして、インシュレータ10iがつくる両対向面12a,13aは、ティース11の外周面に対して直交するように設けている。インシュレータ10iは、一対の分割片を組み合わせて一体となる構成としており、コア部10cに容易に配置できる。

ティース11は、図1(B)に示すように四つの傾斜面cfed,bgha,bcda,gfehを有する四角錘台状であり、横断面(図1においてx-x断面に該当)において、外周片側から内周片側に向かって幅が狭くなる一対の第一台形状面11A(図1(B)において面cfed,面bgha)と、縦断面(同y-y断面に該当)において外周片側から内周片側に向かって幅が広くなる一対の第二台形状面11B(図1(B)において面bcda,面gfeh)とで構成される。第一台形状面11Aが配される側をコイルエンド側、第二台形状面11Bが配される側をコイルサイド側と呼ぶ。コイルエンド側に配される面(ここでは、第一台形状面11A)は、リング状部300に配されてモータとして組み立てられた際、隣接するモータ部品に対向せず、図1に示すように正面から見える。コイルサイド側に配される面(ここでは、第二台形状面11B)は、リング状部300に配されてモータとして組み立てられた際、隣接するモータ部品と対向して配され、正面からは見えない。

上記各段差面11A,11Bは、ティース11に配されたコイルの中心軸(以下、コイル中心軸と呼ぶ)Cに対して傾斜角度α≒10°に傾斜させている(傾斜角度αについては図2(B)参照)。このように傾斜面にてティース11を形成することで、収納部の容量を大きくすることができると共に、隣接する面の幅の広さを互い違いに変化させることで、コイル中心軸Cに直交するようにティースの断面をとったとき、その断面積(磁路面積)を実質的に等しくできる。このようなコア部品10を用いることで、外周片側から内周片側に亘って均一的な磁気特性を有するモータ部品とすることができる。

更に、収納部における導線の占積率を高めるために、図2に示すようにティース11の外周面に複数の段差を設けており、これら各段差はいずれも、段差をつくる二つの面(段差面11a,11b)間の高さ(段差の高さ)hが導線200の直径をDとし、nを自然数とするとき、{D×(√3/2)}×n(式1)を満たす。なお、本例では、導線200として、直径Dを有する横断面円形状の丸線を用いている。

また、段差面11a,11bが仮想面14aに平行するように段差を設けている。本例では、3段の段差を設け、各段差の高さは、上記式1を満たすように設けた（いずれもn=1とした）。3段の段差は、横断面において、外周片側から内周片側に向かって高くなるように設け、図示していないが縦断面において、外周片側から内周片側に向かって低くなるように設けている。更に、コイル中心軸Cに直交するようにティース11の断面をとったとき、その断面積(磁路面積)が等しくなるようにティース11の全面に亘って段差を設けている。即ち、図2に示すようにコイルサイド側だけでなく、コイルエンド側にも段差を設けている。この構成によりコア部品10は、外周片側から内周片側に亘って均一的な磁気特性を有するモータ部品を形成することができる。磁路面積が均一的になるようにティースを形成することで、コア部品10は、トルクが向上する。従って、磁路面積を均一的にしていないコア部品と同じトルクを得ようとする場合、コア部品10をより小さくすることができる。そのため、このコア部品10を利用すると、より小型なモータを得ることができる。

上記構成を具えるコア部品10を用いることで、ティース11の外周に導線を整列巻きしてコイルを形成すると、コイルの外形をつくる導線は、横断面及び縦断面において同一直線上に配される。そして、この直線は、収納部14の外形をつくる仮想面14aと平行になる。つまり、コア部品10に配されたコイルは、図7に示す従来のモータ部品のようにコイル外形が階段状になることが無いため、コア部品10を具えるモータ部品は、図2に示すように収納部14に階段状のデッドスペースができることがない。従って、コア部品10を具えるモータ部品は、収納部14を最大限有効利用することができ、導線200の占積率を従来よりも高めることができる。

上記コア部品10に導線200を巻回して、モータ部品を形成する手順を説明する。図3は、コア部品に導線を巻回する状態を説明する説明図、図4は、本発明モータ部品の一部を拡大した横断面図であり、右半分のみを示す。導線中に示す数字は、その導線が属する層の数を示す。まず、上述したコア部品10を用意する。本例においてコア部品10は、上述のようにインシュレータ10iを具える構成としているため、コア部10cにおけるティースの外周にインシュレータ10iを配置して、コア部品10を形成する。

次に、図3に示すようにコア部品10を巻き線機(図示せず)にセットし、コア部品10を回転させながら、巻線ノズル400から供給される導線200を巻回させる。本例では、巻線ノズルから1本の導線を供給してコア部品10に巻回するようにした。また、本例では、内周片13端部を巻き始めとし(図4において「S」を付した導線200が巻き始めの導線)、整列巻きを行う。第一層目は、コイルサイド側の面では、段の高い側(内周片側)から低い側(外周片側)に段を下りていくように、コイルエンド側の面では、段の低い側(内周片側)から高い側(外周片)に段を上っていくように導線200をティース11の外周面(段差面)に沿って巻回して形成される。段差に到達したら、巻線ノズルを調整する段下がり処理を行い、図4の短い下向き矢印で示すように段を下りることを繰り返して、内周片13側から外周片12側に向かって導線200の巻回を進行させる。本例では、第一層目の形成に3回の段下がり処理を行う。ティース11上に配される第一層目は、ティース11の外周面である段差面が仮想面14aと平行するように配されているため、段差面に倣って仮想面14aと平行するように配される。

第一層目の導線200が外周片12の端部に到達したら、次の層(第二層)を形成するべく、層替え処理を行う。具体的には、第一層目をつくる導線200のうち、外周片12に最も近接する2本の導線200がつくる隙間に、第二層目の導線200が配されるように導線200を折り返す。本例では、上述のように段差面と対向面12a,13aとを直交するように設けているため、これら対向面12a,13aを当て止めとして利用することができ、折り返しを容易に行うことができる。また、この折り返しにより、第一層目と第二層目とは巻回方向が反対となる。

第二層目は、第一層目とは逆に段の低い側から高い側に段を上ぼっていくように導線200が巻回されて形成される。導線200が段差に到達したら、ノズルを調整して段上がり処理を行うことを繰り返し、外周片12側から内周片13側に向かって導線200の巻回を進行させる。本例では、第二層目の形成に3回の段上がり処理を行うことになる。第一層目上に配される第二層目は、仮想面14aと平行するように配されている第一層目に倣って仮想面14aと平行するように配される。以下、第一層目、第二層目と同様にして、段下がり処理、段上がり処理、層替え処理を繰り返して各層を形成していく。各層はいずれも、その下の層に倣って仮想面14aと平行するように配される。即ち、コイル形成途中において、各層は、仮想面14aと平行するように形成される。なお、第二層目の形成において3回目の段上がり処理により内周片13に最も近い位置にある2本の導線200がつくる隙間に上げられた導線は、第三層をつくる始めの導線となり、第三層以降の第八層までの形成において段下がり処理、段上がり処理は、2回ずつ繰り返される。

そして、コア部品10に巻回された導線のうち、第八層目を形成する導線200の一部(ティース11の中ほどから内周片13に至るまでに配される導線200)が、コイル外形をつくる導線となる。第八層目の終わりの導線となる導線200が内周片13に到達すると、次の第九層目を形成するにあたり、図4の破線矢印で示すように導線200をティース11の中ほどまで移送する線跳び処理を行う。線跳び処理を行う際、跳ばす導線の始まりは、内周片13に接しているため、内周片13を当て止めとして利用して、容易に外周片側に渡すことができる。また、第九層目の形成前において第八層目をつくる導線と仮想面14aとの間には、1本の導線200を配置させることができる程度の高さを有する空間が開いており、この空間の端部に存在する第八層目の三つの導線を跳ばす導線の終わりのあて止めとして利用することで、この導線の終わりを容易に位置決めすることができる。従って、このコア部品では、線跳び処理を容易に行うことができ、また、線跳び処理による巻きずれも生じ難い。跳ばされた導線の終わりは、第九層目の始めの導線ともなる。そこで、線跳び処理後、引き続いてティース11の中ほどから上記空間を埋めるように導線を巻回することで第九層目の一部(コイルの外形をつくる最外層となる部分)を容易に形成することができる。空間を埋めるように配される第九層目の導線は、コイルの外形をつくる第八層目の導線と同一直線上に並ぶように配される。途中で段下がり処理1回行って、外周片12に導線200が達するまで巻回して第九層目の形成を終え、外周片12で導線200を折り返して第十層目を形成する。

第十層目を形成する前において第九層目をつくる導線と仮想面14aとの間には、上述した第九層目の形成前と同様に、1本の導線200を配置させることができる程度の高さを有する空間が開いている。この空間を埋めるように導線を巻回することで、第十層目を容易に形成することができる。この第十層目は、ティース11の中ほどで終わる(図4において「E」を付した導線200が巻き終わりの導線)。また、第十層目をつくる導線は、コイルの外形をつくる第八層目の導線の一部、及び第九層目の導線の一部と同一直線上に並ぶように配され、コイルの外形をつくる。そして、これらの導線からなる直線は、仮想面14aに平行に配される。このように上述した段差を有するコア部品10に上述のように導線200を巻回することで、段差がなく平滑な外形を有するコイルを形成することができる。また、このコイルをつくる最外層の導線は、仮想面14aに平行に配されることから、このモータ部品は、収納部14を効率よく利用することができ、占積率を高めることができる。

なお、コイルは、一連長の導線を巻回することにて形成される。また、本例では、導線を1本ずつ巻回する場合について説明したが、2本以上の複数本をまとめて行ってもよい。複数本の導線を一度に巻回する場合、導線が横並びになるようにコア部品に供給するとよい。また、一度に複数本の導線をコア部品に巻回する場合、各段差面は、一度に巻回させる導線の本数の自然数倍の導線が配されるように大きさを調整すると、段上がり処理や段下がり処理、層替え処理を行い易い。この点は、後述する実施例2についても同様である。

本例で用いたコア部品は、一対の第一台形状面と一対の第二台形状面とで構成される四角錘台状としたが、一対の台形状面と、一対の矩形面とで形成される四角錘台状としてもよい。つまり、2面が傾斜面で、2面がコイル中心軸と平行な面としてもよい。更に、本例で用いたコア部品は、ティースの全面に亘って段差を設けたが、4面のうちいずれか1面にのみ設けてもよい。このとき、段差を設けた面に形成されるコイルの外形は、段差のない平滑な形状となる。加えて、本例では、コア部品としてインシュレータを具えるものを用いたが、絶縁被覆を具える導線を用いた場合、インシュレータを具えていなくてもよい。更にまた、本例では、磁性材料粉末を用いて圧粉成形によりコア部を形成したが、磁性材料からなる板材を複数積層させてコア部を形成してもよい。特に、一対の台形状面と、一対の矩形面とで形成される四角錘台状のコア部とする場合、磁性材料からなる板材の積層によりコア部を簡単に構成することができる。また、板材を用いたコア部は、圧粉成形からなるコア部よりも強度に優れる。これらの点は、後述する実施例2についても同様である。

その他、本例で用いたコア部品10は、段差をつくる二つの段差面11a,11bを連結する面11cと段の低い方の段差面11bの延長面とがつくる角度（段差角度）θ(図2(B)参照)を60°としている。段差角度を60°とすることでコア部品10は、連結面11cと導線との間に生じるデッドスペースを低減して占積率を高めることができる。また、段差角度θを55°程度とすると、連結面11cと導線との間に余裕ができるため導線を配置させ易く、このようなコア部品は、巻回作業性に優れる。また、本例で用いたコア部品10は、二つの段差面11a,11bを繋ぐ連結面11cと段差面とでつくられる角部を鋭利にしているが、同角部を丸めてもよい。同角部を丸めたコア部品は、絶縁被覆を具える導線を用いた場合、絶縁被覆が角部に接触して剥離するなどの不具合を防止することができる。この点は、後述する実施例2についても同様である。

更に、本例では導線として横断面円形状の丸線を用いた場合を説明したが、横断面矩形状の平角線を用いてもよい。この場合、平角線の厚みをt、nを自然数とするとき、段差の高さは、n×tとするとよい。この点は、後述する実施例2でも同様である。

(実施例2 nが偶数の場合)
上記実施例1では、nが奇数の場合を説明した。この例では、nが偶数の場合を説明する。図5は、本発明モータ部品の横断面図である。このモータ部品の基本的構成は、実施例1と同様であり、詳細は省略する。概略を述べると、本例に示すモータ部品は、モータコア部品20と、コア部品20に巻回された導線200とからなるコイルとを具える。コア部品20は、導線200が巻回される四角錘台状のティース21の外周面全面に亘って、つまり、コイルサイド側及びコイルエンド側の双方の面に特定の高さ{D×(√3/2)}×n(Dは導線200の直径)を有する段差を具えており、この段差をつくる段差面21a,21bを収納部24の外形をつくる仮想面24aに平行させている。また、コア部品20は、導線200が巻回されるティース21と、ティース21の一端側に設けられる外周片22と、この外周片22と対向するようにティース21の他端側に設けられる内周片23とを具える横断面及び縦断面がT字状である。また、ティース21は、コイル中心軸に直交するように断面をとったとき、その断面積(磁路面積)が均一的になるように形成している。このティース21の外周面と、外周片22における内周片23との対向面22a、内周片23における外周片22との対向面23aとで囲まれる空間がコイルの収納部24となり、外周片22の端部と内周片23の端部とを結ぶ直線からなる面が収納部24の外形をつくる仮想面24aとなる。このコア部材20は、磁性材料粉末を圧粉成形してなるコア部20cと、絶縁材料からなるインシュレータ20iとで構成している。インシュレータ20iは、コア部20cにおける収納部の外周を覆うように形成している。本例では、インシュレータ20iの外周面に複数の突起25を設けており、突起25間につくられる溝に導線200が嵌め込まれるようにした。この構成により、導線200を巻回する際、導線200の位置決めを簡単に行うことができ、導線200の巻きずれを防止することができる。

そして、本例で示すコア部品20が実施例1と大きく異なる点は、コア部品20のティース21の外周に設けられた段差の高さにある。本例では、{D×(√3/2)}×2としている。本例においても導線として、横断面が円形状の丸線を用いた。また、本例では、段差を1段設けている。更に、本例では、段差角度θを60°としている。

上記構成を具えるコア部品20を用いることで、ティース21の外周に導線を整列巻きしてコイルを形成すると、コイルの外形をつくる導線は、横断面及び縦断面において同一直線上に配され、この直線は、収納部24の外形をつくる仮想面24aと平行になる。従って、コア部品20を具えるモータ部品は、デッドスペースを低減して、実施例1に示すモータ部品と同様に導線200の占積率を従来よりも高めることができると共に、放熱性を向上することができる。

また、本例で示すコア部品20のように段差の高さ{D×(√3/2)}×nにおいてnを偶数とする場合、実施例1の構成と比較して導線の巻回作業性に優れる。以下、モータ部品の形成手順を説明する。図6は、本発明モータ部品の一部を拡大した横断面図であり、右半分のみを示している。導線中に示す数字は、その導線が属する層の数を示す。まず、上述したコア部品20を用意する。本例においてコア部品20は、上述のようにインシュレータ20iを具える構成としているため、コア部20cのティース21の外周にインシュレータ20iを配置して、コア部品20を形成する。

次に、コア部品20を巻き線機(図示せず)にセットし、コア部品20を回転させながら、巻線ノズル(図示せず)から供給される導線200を巻回させる。本例では、巻線ノズルから同時に2本の導線200を供給し、2本の導線200を同時にコア部品20に巻回するようにした。2本の導線は、横並びするように(進行方向に2本並ぶように)供給する。また、本例では、外周片22端部を巻き始めとし(図6において「S」を付した導線200が巻き始めの導線)、整列巻きを行う。第一層目は、導線が外周片22端部からティース21の外周面(段差面21b)に沿って同一直線上に並ぶように巻回していき、段差面を繋ぐ連結面21cに到達したら、第一層目の形成が終了する。ティース21上に配される第一層目は、ティース21の外周面である段差面が仮想面24aと平行するように配されているため、段差面に倣って仮想面24aと平行するように配される。次に、第二層目を形成するべく層替え処理を行う。層替え処理は、連結面21cに最も近接する導線200と連結面21cとがつくる隙間に、第二層目の始めの導線となる導線が配されるように導線を折り返して行う。この折り返しにより、第一層目と第二層目とは巻回方向が反対となる。

第二層目も第一層目と同様に、連結面21c側から外周片22まで同一直線上に導線200が並ぶように導線200を巻回していき、外周片22に導線200が到達したら、層替え処理を行って第三層目を形成する。第一層の上に配される第二層は、仮想面24aと平行するように配されている第一層に倣って仮想面24aと平行するように配される。以降、外周片22及び内周片23に導線200が到達したら層替え処理を行って各層を形成していく。各層はいずれも、その下の層に倣って仮想面24aと平行するように配される。つまり、コイル形成途中において、各層は、仮想面24aと平行するように形成される。上述した実施例1では、各層の形成にあたり、階段を昇降するように導線を移動させていた。しかし、nを偶数とする実施例2のコア部品では、上述のように同一直線上に並ぶように導線を移動させればよく、階段を昇降するように導線を移動させる必要がない。従って、実施例2に示すコア部品を用いてモータ部品を製造する場合、段上がり処理や段下がり処理が不要となる。

そして、本例では、第九層目を形成する導線200がコイルの外形をつくる導線となる。この第九層目は第三層目と同様に、外周片22端部から内周片23端部に亘って同一直線上に導線200が並ぶように導線200を巻回していき、内周片23に導線200が到達したら、巻き終える。本例に示すコア部品にこのように導線を巻回することで、最外側に配されてコイルの外形をつくる導線も同一直線上に並べられ、段差がなく平滑な外形を有するコイルを形成することができる。また、このコイルをつくる最外層の導線は、仮想面24aに平行に配されることから、このモータ部品は、収納部24を効率よく利用することができ、占積率を高めることができる。更に、本例に示すコア部品では、上述のように内周片23端部で巻き終えることができるため、実施例1で行ったような線跳び処理を不要とすることができ、巻回作業時間を短縮することができる。加えて、本例に示すコア部品では、上述のように内周片23端部で導線を巻き終えることができるため、導線200の端部処理も容易に行うことができ、端部処理に伴って導線を跳ばすことも不要である。

本発明コア部品は、ステーターといったモータを構成するモータ部品に利用することができる。また、本発明モータ部品は、上記モータの構成部材として利用することができる。このモータは、電気自動車やハイブリッド自動車などに利用することができる。更に、本発明モータ部品の形成方法は、上記本発明モータ部品の製造に利用できる。

(A)は、本発明コア部品を模式的に示す斜視図、(B)は、(A)に示すコア部品を矢印で示す方向から見た状態においてティース部分を示す上面図である。 (A)は、高さD×(√3/2)の段差を有するコア部品を具える本発明モータ部品の横断面図、(B)は、段差部分を説明する拡大図である。 コア部品に導線を巻回する状態を説明する説明図である。 高さD×(√3/2)の段差を有するコア部品を具える本発明モータ部品を形成する手順を説明する説明図であり、右側部分の横断面を示す。 高さD×(√3/2)×2の段差を有するコア部品を具える本発明モータ部品の横断面図である。 高さD×(√3/2)×2の段差を有するコア部品を具える本発明モータ部品を形成する手順を説明する説明図であり、右側部分の横断面を示す。 (A)は、従来の分離型コアを模式的に示す斜視図、(B)は、従来の分離型コアを具える従来のモータ部品の横断面図である。 横断面円形状の導線の積み重ね状態を説明する説明図である。 本発明コア部品のティースの外周面に導線を巻回してコイルを形成していくにあたり、線跳び処理を行う際の導線の状態を説明する説明図である。 本発明コア部品のティースの外周に導線を配した状態を説明する説明図であって、段差部分を拡大して示しており、(A)は、段差角度が90°の場合、(B)は、段差角度が60°の場合を示す。

符号の説明

10,20 コア部品 10c,20c コア部 10i,20i インシュレータ
11,21 ティース 11a,11b,21a,21b 段差面 11A 第一台形状面
11B 第二台形状面 11c,21c 連結面 12,22 外周片
12a,13a,22a,23a 対向面 13,23 内周片 14,24 収納部 14a,24a 仮想面
25 突起
100 コア 100c コア部 100i インシュレータ 101 ティース
101a 第一台形状面 101b 第二台形状面 102 外周片 102a,103a 対向面
103 内周片 104 収納部 105 デッドスペース
200 導線 300 リング状部 400 ノズル

Claims (14)

1. 外周に導線が巻回されるティースと、このティースの一端側に設けられ、モータとして組み立てられた際、外周側に配される外周片と、この外周片と対向するようにティースの他端側に設けられ、モータとして組み立てられた際、内周側に配される内周片とを具え、ティースの外周面と、外周片における内周片との対向面と、内周片における外周片との対向面とで囲まれる空間を導線の収納部とするモータコア部品において、
   前記ティースは、その外周面の少なくとも一部に段差が設けられ、
   この段差をつくる二つの段差面間の高さは、導線の直径をDとするとき、{D×(√3/2)}×n(但し、nは自然数)を満たし、
   前記段差面と収納部の外形をつくる仮想面とが平行であることを特徴とするモータコア部品。
2. 外周に導線が巻回されるティースと、このティースの一端側に設けられ、モータとして組み立てられた際、外周側に配される外周片と、この外周片と対向するようにティースの他端側に設けられ、モータとして組み立てられた際、内周側に配される内周片とを具え、ティースの外周面と、外周片における内周片との対向面と、内周片における外周片との対向面とで囲まれる空間を導線の収納部とするモータコア部品において、
   前記ティースは、その外周面の少なくとも一部に段差が設けられ、
   この段差をつくる二つの段差面間の高さは、導線を角線とし、その厚さをtとするときt×n(但し、nは自然数)を満たし、
   前記段差面と収納部の外形をつくる仮想面とが平行であることを特徴とするモータコア部品。
3. nは、偶数であることを特徴とする請求項1又は2に記載のモータコア部品。
4. モータコア部品は、磁性材料からなるコア部と、コア部の外周に配置され、絶縁材料からなるインシュレータとからなることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のモータコア部品。
5. 段差は、ティースの外周面全面に亘って設けられ、
   更に、この段差は、ティースに配された巻回導線からなるコイルの中心軸に直交するようにティースの断面をとったとき、その断面積が実質的に等しくなるように設けられていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のモータコア部品。
6. モータコア部品は、磁性材料からなるコア部と、コア部の外周に配置され、絶縁材料からなるインシュレータとからなり、
   コア部は、磁性材料を圧粉成形してなることを特徴とする請求項5に記載のモータコア部品。
7. ティースは、四角錘台状であって、その横断面において、外周片側から内周片側に向かって、幅が狭くなるように設けられていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のモータコア部品。
8. 段差は、ティースの横断面において、外周片側から内周片側に向かって高くなるように設けられていることを特徴とする請求項7に記載のモータコア部品。
9. ティースは、その縦断面において、内周片側から外周片側に向かって、幅が狭くなるように設けられていることを特徴とする請求項7又は8に記載のモータコア部品。
10. 段差をつくる二つの段差面を連結する連結面は、段の低い方の段差面の延長面に対して60°以下の傾きを有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のモータコア部品。
11. 段差をつくる二つの段差面を連結する連結面と、段の高い方の段差面とがつくる角部は、丸みを有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のモータコア部品。
12. ティースの外周面は、導線が嵌合する溝を具えることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のモータコア部品。
13. 請求項1〜12のいずれかに記載のモータコア部品と、このコア部品の収納部に収納された巻回導線からなるコイルとを具え、
    前記コイルの外形をつくる導線は、同一直線上に配されることを特徴とするモータ部品。
14. 請求項1〜12のいずれかに記載のモータコア部品を用意し、
    このコア部品のティースの外周片端部、又は内周片端部を巻線の巻き始めとし、外周片と内周片との間でティースの外周に沿って導線を整列巻きし、
    最外周側に配される導線が同一直線上に並ぶように導線を巻き終えることを特徴とするモータ部品の形成方法。

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