JP2008167593A - モータの固定子及びモータのコイル製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】極数の制約が少なく一体コアを採用可能なモータの固定子及びモータのコイル製造方法の提供。
【解決手段】内周に複数の凹状のスロット３２と凸状のティース３１とが形成されてなる固定子コア３０と、矩形断面の平角導体１５が螺旋状に形成された第１コイル１０及び第２コイル２０と、を有するモータの固定子５０において、ティース３１は、固定子コア３０の中心に向かって先細りとなる台形状に形成され、第１コイル１０は、平角導体１５の矩形断面の長辺が固定子コア３０の中心に向かって徐々に幅広に変化するように積層されて形成され、第２コイル２０は、平角導体１５の矩形断面の長辺が固定子コア３０の中心に向かって徐々に幅狭に変化するように積層されて形成され、第１コイル１０はティース３１に１つおきに配置され、第２コイル２０はその間に配置される。
【選択図】図３

Description

本発明は、極数に制約の少ない一体コアに平角導体を用いたコイルを配置したモータの固定子、及びモータの固定子に用いられた場合に、占積率を高めることができるモータのコイル製造方法の技術に関する。

モータに用いられる固定子は、円筒断面の導体を巻回してコイルを形成した固定子が多く用いられている。近年、モータの高効率化及び小型軽量化の要請が高まってきたために、固定子のスロットにおける導体の占積率を高めることが求められている。

特許文献１には、巻き線式の固定子の占積率に関する技術が開示されている。
円筒断面の導体を、巻き枠を用いてインシュレータとなる絶縁材に巻回した後、加圧成形して台形断面のコイルと、平行四辺形断面のコイルの２種類の異形断面のコイルを作り、この２種類のコイルを交互に固定子のスロットに配置していくことで、占積率を高める技術である。
図８に、特許文献１の固定子の断面図を示す。
固定子１００は、固定子コア１１０と、第１コイル１２０ａ及び第２コイル１２０ｂからなり、固定子コア１１０はティース１１１とスロット１１２を交互に備えている。第１コイル１２０ａは台形断面に成形したコイルであり、第２コイル１２０ｂは平行四辺形断面に成形したコイルである。
このように２種類の異形断面を持ったコイルに、Ｕ相の接続線、Ｖ相の接続線、Ｗ相の接続線及び中性線を接続するにあたり、第１コイル１２０ａ及び第２コイル１２０ｂを交互に同数繋いで固定子１００とすることで、電動機の損失低減を図ることが可能になる。

また、特許文献２には、特許文献１同様に、２種類の異形断面のコイルを用いて固定子を製作している。台形断面のコイルと長方形断面のコイルを製作し、交互に固定子のスロットに配置したうえで、Ｕ相の接続線、Ｖ相の接続線、Ｗ相の接続線、及び中性線を接続するにあたって、各相のインピーダンスを等しくなるよう異形断面のコイルを組み合わせて結線して固定子を製作することで、循環電流が発生せず効率が低下しない技術について開示されている。
また、特許文献３には、分割コアに台形断面になるよう矩形断面の巻線を巻回して、固定子とすることで、占積率の向上と小型化を図ったモータを実現する技術について開示されている。

このような特許文献１乃至特許文献３に示されるような巻線を巻回してコイルを形成した固定子では、占積率は高められるものの、モータとしての出力上げるために通電電流を高めることが難しいという問題がある。高出力化に対応するために、コイルに通電する電流を高めるには、導線を太く、絶縁被覆を厚くする必要があるが、絶縁被覆が厚くなることで放熱性が悪化するからである。また、絶縁被覆が厚くなることで占積率も低下してしまう。
このような問題から、近年では矩形断面の平角導体にエッジワイズ曲げ加工を施して巻回しコイルを形成する固定子も用いられるようになっている。巻き線式の固定子に比べ、占積率の向上が可能であり、放熱性に優れるというメリットがあるためである。
特許文献４には、コイルとその製造方法として、矩形断面を有する平角導体を、予めプレスやローラ圧延などを行って一端側よりも他端側の方が幅大きく厚みが小さくなるように成形し、エッジワイズ曲げすることで、台形断面のコイルを形成する技術が開示されている。
特開２０００−４１３６５号公報 特開２００２−１９９６４０号公報 特開２００２−３６９４１８号公報 特開２００６−１４５３０号公報

しかしながら、特許文献４については固定子コアに分割コアを採用する必要があるという課題がある。
特許文献４に示されるように、エッジワイズ曲げコイルを固定子コアに配置していく場合、同一断面形状のコイルを固定子に組み付けるため、別途巻回したコイルにティースを差し込んで固定子コアに勘合させて一体の固定子として組み立てる必要がある。つまり、占積率を向上可能な形状にコイルの断面を形成する代わりに固定子コアを分割コアとし、後に一体的に組み立てる組立工程を必要とする。
そして、分割コアを採用する場合、最終的に一体的に組み付けられる際に接合面ができるため、高回転仕様のモータの固定子とする場合には、振動やノイズを低減することが難しい。
つまり、分割コアを用いた固定子を高回転域で使用すると、重量バランスや接合強度の確保が難しいために振動やノイズが発生しやすく、これを抑えるためには分割コアの外側に高剛性のリングを設けて固定する方法が考えられるが、体格が大きくなってしまうという問題がある。

一方、特許文献４に特許文献１及び特許文献２に示されるような２種類以上の異形断面を持ったコイルを固定子に用いる方法を組み合わせた場合は、一体コアを用いることはできるが、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相が同じインピーダンスになるように結線する必要がある。
異形断面を持ったコイルは、スロット内にコイルを配置する上で占積率を上げる手法として有効であるが、スロット内に収めなければならないという制約があるため、同一断面積にすることが困難である。したがって、特許文献１及び特許文献２では、３相とも同じインピーダンスとなるようにコイルを結線することで、各相のインピーダンスが等しくなるように配慮している。各相のインピーダンスが等しくないと、循環電流を生じたりトルクバランスを崩したりする等の問題が起こる虞があるためである。

しかし、異形断面で断面積の異なるコイルをＵ相、Ｖ相、Ｗ相のインピーダンスが等しくなるように組み合わせる必要があるため、固定子の極数に制約が生じる。
このような極数の制約は搭載する車に合わせたモータを設計するにあたり、設計上の制約となり、モータの大きさや出力を制限してしまう等の問題が起こる虞があるので好ましくない。

そこで、本発明は、このような課題を解決するために、極数の制約が少なく一体コアを採用可能なモータの固定子及びモータのコイル製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明によるモータの固定子は以下のような特徴を有する。
（１）内周に複数の凹状のスロットと凸状のティースとが形成されてなる固定子コアと、前記スロットに配置される導体が巻回されたコイルと、を有するモータの固定子において、
前記ティースは、前記固定子コアの中心に向かって先細りとなる台形状に形成され、第１のコイルは、前記導体の前記固定子コアの径方向の幅が前記固定子コアの中心に向かって徐々に幅広に変化するように積層されて形成され、第２のコイルは、前記導体の前記固定子コアの径方向の幅が前記固定子コアの中心に向かって徐々に幅狭に変化するように積層されて形成され、前記ティースに、前記第２のコイルは１つおきに配置され、前記第１のコイルは前記第２のコイルが配置された前記ティースに挟まれた他のティースに配置されることを特徴とする。

（２）（１）に記載のモータの固定子において、
前記第１のコイル及び前記第２のコイルとして巻回される前記導体が、矩形断面の平角導体であり、前記第１のコイルは、前記平角導体の矩形断面の短辺が前記固定子コアの中心に向かって徐々に薄く変化するように積層されて形成され、前記第２のコイルは、前記平角導体の矩形断面の短辺が前記固定子コアの中心に向かって徐々に厚く変化するように積層されて形成されることを特徴とする。

（３）（２）に記載のモータの固定子において、
前記平角導体は、前記第１のコイル及び前記第２のコイルのターン毎に幅と厚みが異なり、一端側よりも他端側の方が幅は大きく厚みは小さく、前記平角導体の全域に渡って均一断面積であり、前記第１のコイル又は前記第２のコイルは、前記平角導体がエッジワイズ曲げされて螺旋状に巻回され形成されたことを特徴とする。

また、前記目的を達成するために、本発明によるモータのコイル製造方法は以下のような特徴を有する。
（４）平角導体が螺旋状に形成されるモータのコイルを製造するコイル製造方法において、
同一断面積で幅と厚みが異なる成形空間を連続して有する型に、均一断面積の導体を供給し、加圧圧延することで前記平角導体を成形することを特徴とする。

このような特徴を有する本発明によるモータの固定子により、以下のような作用、効果が得られる。
まず（１）に記載する発明は、ティースは、固定子コアの中心に向かって先細りとなる台形状に形成され、第１のコイルは、導体の固定子コアの径方向の幅が固定子コアの中心に向かって徐々に幅広に変化するように積層されて形成され、第２のコイルは、導体の固定子コアの径方向の幅が固定子コアの中心に向かって徐々に幅狭に変化するように積層されて形成され、ティースに、第２のコイルは１つおきに配置され、第１のコイルは第２のコイルが配置されたティースに挟まれた他のティースに配置されるので、第２のコイルは、導体の固定子コアの径方向の幅が固定子コアの中心に向かって徐々に幅狭に変化して形成されていることで、導体の固定子コアの径方向の幅が固定子コアの中心に向かって徐々に幅広に変化して形成される第１のコイルを配置する際に第２のコイルの一部が干渉するようなことがなく、一体の固定子コアに組み付け可能であるため分割コアとする必要がない。
つまり、特許文献４の矩形断面の平角導体に代表されるような幅広の導体をエッジワイズ曲げしてコイルを形成するような場合にも、第１のコイルと第２のコイル、そして固定子コアのティースの形状によって、コイル同士が干渉することなく、一体の固定子コアに内周側からコイルを配置可能となる。
よって、一体の固定子コアを用いることができるので、高速化仕様のモータに固定子を用いる場合には、分割コアを採用する場合のようにティース毎に接合部分を設ける必要が無い。その結果、振動低減やノイズ低減にメリットがある。
また、一体の固定子コアを用いることが可能になることで分割コアを一体に組み付ける手間を省くことが可能となるので、コスト低減にも効果がある。

また、固定子コアのスロット内に収められる第１のコイルと第２のコイルの断面積を等しくすることができるので、コイルを結線した時に各相のインピーダンスは第１のコイルと第２のコイルを組み合わせなくても等しくすることができ、固定子コアの極数を偶数にすること以外の極数の制限は無くなる。また、このように固定子に同一断面コイルを用いることで、固定子のトルクバランスを良くできる。
また、第１のコイルは固定子コアの中心に向かって徐々に幅広に変化して形成されているので、第２のコイルと第１のコイルの隙間は僅かで済み、固定子の占積率を高めることが可能である。
したがって、極数の制限の少ない一体コアを用いたモータの固定子を提供することが可能となる。

また、（２）に記載の発明は、（１）に記載のモータの固定子において、第１のコイル及び第２のコイルとして巻回される導体が、矩形断面の平角導体であり、第１のコイルは、平角導体の矩形断面の短辺が固定子コアの中心に向かって徐々に薄く変化するように積層されて形成され、第２のコイルは、平角導体の矩形断面の短辺が固定子コアの中心に向かって徐々に厚く変化するように積層されて形成されるので、平角導体の矩形断面の長辺が固定子コアの中心に向かって徐々に幅広に、かつ平角導体の矩形断面の短辺が固定子コアの中心に向かって徐々に薄く変化するように積層されて形成される第１のコイルと、平角導体の矩形断面の長辺が固定子コアの中心に向かって徐々に幅狭に、かつ平角導体の矩形断面の短辺が固定子コアの中心に向かって徐々に厚く変化するように積層されて形成される第２のコイルを構成する平角導体の断面積をコイル全体に渡って一定にすることができる。
コイルの断面積を全域に渡って等しくなれば、通電した際のコイルの抵抗値を全域に渡って等しくすることができ、固定子に組み込んで通電した際に発生する熱を均一化し、モータの高効率化に貢献することができる。

また、（３）に記載の発明は、（２）に記載のモータの固定子において、平角導体は、第１のコイル及び第２のコイルのターン毎に幅と厚みが異なり、一端側よりも他端側の方が幅は大きく厚みは小さく、平角導体の全域に渡って均一断面積であり、第１のコイル又は第２のコイルは、平角導体がエッジワイズ曲げされて螺旋状に巻回され形成されているので、ターン毎に幅と厚みが異なることで固定子コアのスロット内で平角導体の幅と厚みが変化せず、スロット外で幅と厚みを変化させて、占積率の向上に貢献することができる。また、平角導体の全域に渡って均一断面であるため、第１のコイル又は第２のコイル全域に渡って抵抗値が変化せず、固定子に組み込んで通電した際には、放熱性を高めることができる。

また、このような特徴を有する本発明によるモータのコイル製造方法により、以下のような作用、効果が得られる。
（４）に記載の発明は、同一断面積で幅と厚みが異なる成形空間を連続して有する型に、均一断面積の導体を供給し、加圧圧延することで平角導体を成形するので、平角導体の矩形断面の長辺が固定子コアの中心に向かって徐々に幅広に、かつ平角導体の矩形断面の短辺が固定子コアの中心に向かって徐々に薄く変化するように積層されて形成される（２）に記載の第１のコイルを容易に形成可能である。
また、平角導体の矩形断面の長辺が固定子コアの中心に向かって徐々に幅狭に、かつ平角導体の矩形断面の短辺が固定子コアの中心に向かって徐々に厚く変化するように積層されて形成される（２）に記載の第２のコイルを形成可能である。
このようなコイルを固定子に組み付けることで占積率の高い固定子を提供することができる。

次に、本発明の実施例について、図面を参照しつつ説明する。
図１に、本実施例の第１コイル１０を固定子コア３０に配置する様子を示した立体斜視図を示す。また、図２に固定子コア３０に第１コイル１０及び第２コイル２０を挿入した固定子５０の断面図を示す。また、図３に第１コイル１０及び第２コイル２０を固定子コア３０のティース３１に配置する際の拡大図を示す。
第１コイル１０及び第２コイル２０は、平角導体１５を巻回して構成されている。平角導体１５は、銅などの導電性の良い金属で構成され、周囲には絶縁被覆が施されている。絶縁被覆はエナメル被覆か、或いはポリイミド、アミドイミドなどの絶縁性を確保可能な樹脂で形成されている。

第１コイル１０は、固定子コア３０の内周側に位置する平角導体１５の厚みは薄く幅は広く、固定子コア３０の外周側にいくにつれて平角導体１５の厚みは厚く幅は狭くなっている。また、第１コイル１０は、図３に示すように固定子コア３０のスロット３２に収納される部分を切断した場合、第１コイル１０の断面の外側は平行な２本の直線上に整列し、断面の内側はティース３１の外面に沿って整列している。また、第１コイル１０の長辺は図３に示す通り内側に倒れた形状となっている。
第２コイル２０は、固定子コア３０の内周側に位置する平角導体１５の厚みは薄く幅は広く、固定子コア３０の外周側にいくにつれて平角導体１５の厚みは厚く幅は狭くなっている。また、第２コイル２０は、図３に示すように固定子コア３０のスロット３２に収納される部分を切断した場合、第２コイル２０の断面の外側はハの字の直線上に整列し、断面の内側はティース３１の外面に沿って整列している。また、第２コイル２０の長辺は図３に示す通り内側に倒れた形状となっている。
なお、第１コイル１０及び第２コイル２０の形成方法については、後で詳しく説明する。

固定子コア３０は、中空円盤状の金属の板を積層して形成されており、固定子コア３０にはティース３１とスロット３２が交互に形成されている。ティース３１は、固定子コア３０の内側に向けて先端が細くなるような台形形状に形成されている。また、スロット３２は略コの字状に切り掛かれて形成されている。スロット３２の内面の内、対向する側面は平行に形成されている。
このような固定子コア３０に、まず第２コイル２０をティース３１に配置する。第２コイル２０は固定子コア３０の内面に形成されるティース３１に対して１つおきに配置される。そして、次に第１コイル１０を第２コイル２０の配置されたティース３１の間に配置していく。このようにして図２に示すような断面の固定子５０が形成される。
固定子コア３０のスロット３２に収められた第１コイル１０の長辺の片側と、第２コイル２０の長辺の片側の断面は図３に示すように、同一形状の台形断面となっている。つまり同一スロット３２に収められる第１コイル１０と第２コイル２０の断面積は同じで、このような第１コイル１０と第２コイル２０が、互い違いにスロット３２に挿入されることで、占積率を高めることに貢献する。

こうして、図２に示すように第１コイル１０及び第２コイル２０が固定子コア３０に配置された後、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に分かれるように接続線を接合する。第１コイル１０及び第２コイル２０には、内側コイル端部１０ａ、２０ａ、及び外側コイル端部１０ｂ、２０ｂが形成されているので（内側コイル端部２０ａ、外側コイル端部２０ｂは図示しない）、接続線を接合してＵ相、Ｖ相、Ｗ相を形成する。そして、Ｕ相端子４１Ｕ、Ｖ相端子４１Ｖ、Ｗ相端子４１Ｗを接合し、固定子コア３０の端部に樹脂モールド部４５を形成して図４に示すような固定子５０が形成される。

次に、第１コイル１０及び第２コイル２０を構成する平角導体１５を加圧圧延することで形成する形成工程について説明をする。
＜平角導体形成工程＞
上述したように、第１コイル１０及び第２コイル２０の平角導体１５は、ターン毎に幅と厚みが異なる。したがって、連続した平角導体１５を用いるためには、平角導体１５はターン毎に幅と厚みが異なる形状である必要がある。
図５は、平角導体１５を加圧圧延する様子を表した模式図である。また、図６は、平角導体１５を模式的に斜視図に表した図である。
成形型５５は、図５に示すように段付溝５５ａが形成されており、段付溝５５ａは、第１コイル１０のターン毎に平角導体１５の幅と厚みを変化させるように、同一断面積で幅と厚みが変化するように成形空間が連続して形成されている。ただし、段付溝５５ａの一方の面は平面で形成され、他方の２面は段付き形状に形成されている。
また、段付溝５５ａの幅と厚みが変化する部分はテーパ状に形成されている。
なお、図５の上段に示されている成形型５５は、分かりやすいように短く表されているが、実際には第１コイル１０を形成するために必要な長さであるので、例えば２ｍ程度の長い型となる。また、段付溝５５ａの幅は数ｍｍ程度であるので、実際の段付溝５５ａはもっと細長い形状をしている。

このように形成された図５の上段に示される成形型５５に、図５の中段に示されるように素線１４を段付溝５５ａに投入する。この時に投入する素線１４の形状は、矩形断面でなくとも良い。例えば、円形断面の素線１４でも良いし、ある程度加圧圧延して、段付溝５５ａの形状に沿って扇形に変形している素線１４でも良い。素線１４は平角導体１５の原料であり、銅等の導電性の高い金属で構成されている。この際に絶縁被覆はされていない。
このように図５の中段に示されるように段付溝５５ａに素線１４が投入された後、図５の下段に示されるように成形型５５の上面側から加圧し素線１４を平角導体１５の形状に形成する。加圧方法は上型でプレスしても良いし、ローラ状のプレスを段付溝５５ａの幅が狭い側から幅が広いが側に向けて転がして加圧圧延しても良い。また、一発で加工を行う場合は、鍛造によって成形しても良い。なお、鍛造は熱間鍛造でも冷間鍛造でもどちらでも良い。

このようにして図６に示すような段付き形状の平角導体１５が形成される。なお、図６に関しても平角導体１５の形状を分かりやすく表すために、長さを短く、幅を広く模式化されて示されている。また、段数も第１段目ｔ１、第２段目ｔ２、第３段目ｔ３、第４段目ｔ４、及び第５段目ｔ５、としているが、本実施例では図１に示すように第１コイル１０は１０ターンであるので１０段の段付き形状となるため段数が合わないが、作図上の問題で省略している。もちろん、ターン数は固定子５０の設計によって適宜変更可能である。
また、加圧成形時には、加熱成形を行うと素線１４の流動性が向上するため加工性が上がる。

一方、第２コイル２０についても同様に形成するが、第１コイル１０と第２コイル２０では、平角導体１５の形状が若干異なるため、成形型５５は別途用意する必要がある。
つまり、固定子コア３０のティース３１が固定子コア３０の中心に向かって先細りとなる台形形状となっており、第１コイル１０は、固定子コア３０の内周側から平角導体１５の幅が広く厚みが薄い構成となっているが、第２コイル２０は、固定子コア３０の内周側から平角導体１５の幅が狭く厚みが厚い構成となっている。
このため、第１コイル１０及び第２コイル２０のターン数が５ターンであるとすると、第１コイル１０は、１ターン目が平角導体１５の第１段目ｔ１、２ターン目が平角導体１５の第２段目ｔ２となるが、第２コイル２０は、１ターン目が平角導体１５の第５段目ｔ５、２ターン目が第４段目ｔ４となる。
したがって、第１コイル１０と第２コイル２０では、第１段目ｔ１乃至第５段目ｔ５の長さが異なるので、それに対応した段付溝５５ａを備える成形型５５を必要とする。

次に、第１コイル１０及び第２コイル２０を螺旋状に巻回する巻回工程について説明をする。
＜巻回工程＞
平角導体形成工程で素線１４から段付き形状の平角導体１５に成形された後、平角導体１５は螺旋状に巻回される。
図７に、巻回装置６０を模式的に示した立体斜視図を示す。
巻回装置６０は、ベース６１と回転治具６２とからなり、ベース６１に回転可能に保持された回転治具６２が、図示しないモータなどの駆動機構によって回転しながら平角導体１５を巻回する装置の一例である。
回転治具６２には、図示しない平角導体１５を保持する機構があり、平角導体１５を回転治具６２に保持した後、回転治具６２を数十ｒｐｍ程度の速度でゆっくりと巻回する。平角導体１５は、エッジワイズ曲げされるので、左右に倒れやすく、実際には図示しないガイドが必要であるが、ここでは省略する。必要であれば、特許第３５８５４３８号公報等の従来技術を参照されたい。

巻回装置６０で巻回される際に、平角導体１５は図６に示すように段付き形状に成形されているので、１ターン巻き終わる際に、回転治具６２の短辺部分の幅及び厚みが変化する変化部１５ａで若干幅と厚みが変化する。そして、２ターン目は１ターン目よりも若干幅が狭く、厚みが厚くなる。
このように巻回されることで、第１コイル１０が螺旋状に成形される。
なお、回転治具６２は図７では断面がトラック形状の円筒形をしているが、回転治具６２の短辺は平行であり、長辺は固定子コア３０のティース３１の形状に合わせて傾斜している。つまり、長辺を切断すると、先細りする台形形状の断面となる。言い換えれば、回転治具６２の長辺はティース３１の長辺と同じ形状であるといえる。
一方、第２コイル２０についても巻回装置６０で巻回することで成形可能である。第２コイル２０は第１コイル１０とは異なり、平角導体１５の幅が狭く、厚みが厚い方から巻回し始めるという点で異なる。

なお、本実施例では成形型５５を用いて素線１４を平角導体１５に成形することで、段付き形状の平角導体１５とし、第１コイル１０及び第２コイル２０を形成しているが、テーパ形状の平角導体１５を用いて第１コイル１０及び第２コイル２０を形成しても良い。
厳密に言えば、図６に示すような段付き形状の平角導体１５を用いた方が、より占積率の向上に貢献できる。しかし、固定子コア３０のスロット３２に収まるような形状で、平角導体１５の断面積を全域に渡って均一とすることを目的とするので、平角導体１５の一方の端部と、他方の端部での厚みと幅の差は設計によってはそれ程大きくしなくて済む場合がある。
このような場合には、平角導体１５をテーパ状の形状にして、徐々に厚みと幅が変化するように構成することで、第１コイル１０及び第２コイル２０の平角導体１５を共通の形状で使用できるメリットがある。厳密に言えば若干占積率は落ちるが、使用上は殆ど支障がないことを出願人は実験によって確認している。

このように平角導体１５を巻回装置６０で巻回した後、電着塗装やディッピングなどの方法で、第１コイル１０及び第２コイル２０の表面に絶縁皮膜を形成する。
電着塗装やディッピング等の方法で絶縁皮膜を形成すれば、平角導体１５の表面に均一な絶縁皮膜を形成しやすい。
また巻回装置６０で巻回する際に、絶縁被覆されていない平角導体１５を用いれば、巻回時に絶縁被覆が傷つく虞もないし、エッジ部分の曲げＲをきつくすることで絶縁被覆が部分的に薄くなってしまったり、割れを生じてしまったりする虞もない。

本実施例は、以上に説明した構成であるので、以下に説明するような作用効果を奏する。
まず、図３に示すように固定子コア３０のスロット３２に挿入されている第１コイル１０は、平角導体１５の長辺が固定子コア３０の中心に向かって徐々に幅広に変化し、かつ平角導体１５の短辺が固定子コア３０の中心に向かって徐々に薄く変化するように積層され、第２コイル２０は、平角導体１５の長辺が固定子コア３０の中心に向かって徐々に幅狭に変化し、かつ平角導体１５の短辺が固定子コア３０の中心に向かって徐々に厚く変化するように積層されて形成されているので、スロット３２に対する平角導体１５の占積率を高くすることができる。
つまり、第１コイル１０と第２コイル２０を図３のような断面で切断した場合に、第１コイル１０の断面形状と、第２コイル２０の断面形状が同一で、スロット３２に互い違いに挿入されていることで、第１コイル１０と第２コイル２０の隙間を殆ど生じない。
さらに、第１コイル１０及び第２コイル２０は平角導体をエッジワイズ曲げして形成されていることから、図３と図８を比較すると分かるように、導体の周囲に必要な絶縁被覆の絶対量が少なくて済む。つまり、スロット３２に対する導体の割合を多くすることができるので、占積率を高めることができる。

また、第１コイル１０を構成する平角導体１５の断面積と、第２コイル２０を構成する平角導体１５の断面積は全体に渡って均一であり、固定子コア３０のスロット３２に挿入される第１コイル１０の断面積と第２コイル２０の断面積は同一であり、同一断面形状とできるので、発生するインピーダンスが同じとなり、循環電流を生じない。
循環電流は、モータの仕事とならないため、発生することでモータの効率を悪化させてしまう。したがって、循環電流を生じない固定子５０を用いたモータは効率が良くなる。よって、モータの小型化、高出力化に貢献をする。

また、第１コイル１０及び第２コイル２０を一体的な固定子コア３０に組み付けることのできる形状にしたことで、一体的な固定子コア３０を用いて固定子５０を構成できる。
分割コア方式を用いる場合には、必ずティース３１毎に接合部分が必要となる。このような接合部分は、溶接や、接着、カシメ等の接合方法を用いて接合することになるが、固定子コア３０の重量のバランスをくず原因となりやすい。
特に、固定子５０を高速で回転させる用の場合には、分割コア方式では振動やノイズなどの原因を生じる虞があるので、一体的な固定子コア３０を用いることが望ましい。
そして、分割コア方式を用いた場合には、第１コイル１０及び第２コイル２０を組み付けた後に、一体化する工程が必要となるために手間やコストがかかるが、一体化した固定子コア３０を用いることができるので、コスト削減に効果がある。

また、このように、エッジワイズ曲げ加工した第１コイル１０及び第２コイル２０を用いることは、放熱性も高めることが可能である。通常、絶縁被覆材に使用される樹脂やエナメルは、絶縁性が高いが放熱性は高くない。したがって、スロット３２の占積率を高めることで、固定子５０として組み付けたときに放熱性の向上を図ることが可能である。
さらに、第１コイル１０と第２コイル２０を構成するそれぞれの平角導体１５の断面積が全体に渡って等しいので、断面積に比例する平角導体１５の抵抗値は、全域に渡って等しく、すなわち通電した際に発熱の偏りが無くなる。したがって、固定子５０として組み付けた際に放熱性が良くなる。
モータの寿命は、色々な要因によって決定されるが、その一因に通電時に発生するジュール熱で被覆材等がダメージを受けて絶縁を確保できなくなるという現象がある。したがって、発熱を押さえることはモータを製造する上で重要なテーマとなるが、このように固定子５０の放熱性を高めることで、固定子５０の発熱を抑え、固定子５０を用いたモータの寿命が延ばすことに貢献する。

また、第１コイル１０及び第２コイル２０は、固定子コア３０の内周側から組付けが可能であるので、固定子コア３０のような一体コアを使用可能である。
第１コイル１０と第２コイル２０は、スロット３２に挿入されるにあたって、第２コイル２０を先に、第１コイル１０をその後組み付けることで、お互いに干渉することなく固定子コア３０の内側から挿入可能である。したがって、一体的に形成された固定子コア３０を用いることができ、固定子コア３０の組立工程を別途必要としないので、コストダウンに貢献する。
さらに、前述した通り、平角導体１５はテーパ形状としてもそれ程ロスは大きくないため、テーパ形状の平角導体１５を用いて第１コイル１０と第２コイル２０に共用すれば、コストダウンに貢献できる。この場合、巻回装置６０も同一設備で良く、設備的にもコストメリットがある。
このように第１コイル１０及び第２コイル２０のコストダウンが可能で、固定子コア３０も分割形のコアに比べてコストダウンになるため、トータルで固定子５０のコストダウンをすることができる。

また、第１コイル１０及び第２コイル２０は、成形型５５を用いて加圧圧延して平角導体１５が形成されるため、容易に段付き形状の平角導体１５を形成することが可能である。
素線１４から平角導体１５を形成するためには、段付き形状に形成しなければならないが、切削加工などを用いて成形しては材料の無駄が大きく時間もかかる。素線１４は銅などの伝導率の高い金属を用いているが、銅やアルミニウムなどの金属は、比較的柔らかく成形しやすいため、鍛造やプレスなどの方法で加圧圧延して加工してやれば容易に成形可能である。さらに加熱成形して流動性を良くしてやれば、加工性は更に良好になる。

以上に説明したように、本実施例では以下に示すような、構成、作用、効果が得られる。
（１）内周に複数の凹状のスロット３２と凸状のティース３１とが形成されてなる固定子コア３０と、矩形断面の平角導体１５がエッジワイズ曲げされて螺旋状に巻回して形成された第１コイル１０及び第２コイル２０と、を有するモータの固定子５０において、0ティース３１は、固定子コア３０の中心に向かって先細りとなる台形状に形成され、第１コイル１０は、平角導体１５の矩形断面の長辺が固定子コア３０の中心に向かって徐々に幅広に変化するように積層されて形成され、第２コイル２０は、平角導体１５の矩形断面の長辺が固定子コア３０の中心に向かって徐々に幅狭に変化するように積層されて形成されるので、第１コイル１０と第２コイル２０の断面形状を同じとすることが可能である。固定子コア３０のスロット３２内の第１コイル１０と第２コイル２０の断面が同一形状であることにより、第１コイル１０と第２コイル２０のインピーダンスを等しくすることが可能であり、特許文献１及び特許文献２のような異形断面を持つコイルとは異なり、同一断面を持つコイルとすることで固定子コア３０の極数を偶数にすること以外の極数の制限は無くなる。
また、このように固定子５０に同一断面コイルを用いることで、固定子５０のトルクバランスを良くできる。

また、固定子コア３０のティース３１に第２コイル２０は１つおきに配置され、第１コイル１０は第２コイル２０が配置されたティース３１に挟まれた他のティース３１に配置されるので、第２コイル２０は、固定子コア３０の中心に向かって徐々に幅狭に変化して形成されていることで、第１コイル１０を配置する際に第２コイル２０の一部が干渉するようなことがない。さらに、一体の固定子コア３０に組み付け可能であるため分割コアとする必要がないので、固定子５０のコストダウンに貢献することができる。
一体の固定子コア３０を用いることができれば、振動やノイズの原因を生じにくいので、固定子５０を用いたモータの高速化に対応可能である。
また、第１コイル１０は固定子コア３０の中心に向かって徐々に幅広に変化して形成されているので、第２コイル２０と第１コイル１０の隙間は僅かで済み、占積率を高めることが可能である。
したがって、極数の制限の少ない一体コアを用いたモータの固定子５０を提供することが可能となる。

（２）（１）に記載のモータの固定子５０において、第１コイル１０及び第２コイル２０を構成する導体が、矩形断面の平角導体１５であり、第１コイル１０は、平角導体１５の矩形断面の短辺が固定子コア３０の中心に向かって徐々に薄く変化するように積層されて形成され、第２コイル２０は、平角導体１５の矩形断面の短辺が固定子コア３０の中心に向かって徐々に厚く変化するように積層されて形成されることを特徴とするので、第１コイル１０と第２コイル２０を構成する平角導体１５の断面積をコイル全体に渡って一定にすることができる。第１コイル１０及び第２コイル２０のそれぞれの断面積を全域に渡って等しくなれば、通電した際の第１コイル１０及び第２コイル２０の抵抗値を全域に渡って等しくすることができ、発熱を均一化し、モータの高効率化に貢献することができる。

（３）（２）に記載のモータの固定子５０において、平角導体１５は、第１コイル１０及び第２コイル２０のターン毎に幅と厚みが異なり、一端側よりも他端側の方が幅は大きく厚みは小さく、平角導体１５の全域に渡って均一断面積であり、第１コイル１０又は第２コイル２０は、平角導体１５がエッジワイズ曲げされて螺旋状に巻回され形成されるので、ターン毎に幅と厚みが異なることで、固定子コア３０のスロット３２内で平角導体１５の幅と厚みが変化せず、スロット３２外で幅と厚みを変化させて、占積率の向上に貢献することができる。また、平角導体１５の全域に渡って均一断面であるため、第１コイル１０又は第２コイル２０全域に渡って抵抗値が変化せず、固定子に組み込んで通電した際には、放熱性を高めることができる。

（４）平角導体１５が螺旋状に巻回され形成されるモータのコイルを製造するコイル製造方法において、同一断面積で幅と厚みが異なる成形空間を連続して有する成形型５５に、均一断面積の素線１４を供給し、加圧圧延することで平角導体１５を成形するので、平角導体１５の矩形断面の長辺が固定子コア３０の中心に向かって徐々に幅広に、かつ平角導体１５の矩形断面の短辺が固定子コア３０の中心に向かって徐々に厚く変化するように積層されて形成されるような（２）に記載の第１コイル１０を容易に形成可能である。
また、平角導体１５の矩形断面の長辺が固定子コア３０の中心に向かって徐々に幅狭に、かつ平角導体１５の矩形断面の短辺が固定子コア３０の中心に向かって徐々に厚く変化するように積層されて形成されるような（２）に記載の第２コイル２０を形成可能である。
このような第１コイル１０及び第２コイル２０を固定子５０に組み付けることで占積率の高い固定子を提供することができる。

以上において、実施例に即して説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。
例えば、本実施例で用いる平角導体１５は図５や図６に示されるように段付き形状であるが、上述したようにテーパ形状であっても良いし、段付き形状も図５や図６に示した形状に限定されない。平角導体１５が同一断面積に形成されていれば良い。
また、本実施例では巻回装置６０を用いて平角導体１５を巻回しているが、特に巻回装置６０のような機械で巻回し無くとも、第１コイル１０及び第２コイル２０が形成できれば、本実施例に示す方法以外の方法で巻回されても良い。

また、成形型５５の段付溝５５ａは、第１コイル１０又は第２コイル２０を巻回するために必要な長さの平角導体１５を得る形状になっているが、複数本の平角導体１５を得られる連続した形状であっても良い。加圧圧延した後に、必要な長さに切り出して平角導体１５を形成すれば良いからである。
また、本実施例では、平角導体１５をエッジワイズ曲げして第１コイル１０及び第２コイル２０としているが、薄板のコイルエンドを接続用薄板で接合することでコイルを形成したものを用いることを妨げない。
また、本実施例では、矩形断面の平角導体１５を第１コイル１０及び第２コイル２０として巻回しているが、平角導体１５が最初から矩形断面である必要はない。例えば楕円断面の素線１４を巻回して、コイル状にした上でプレスで成型するなどの方法を採ったり、巻回する過程で矩形断面の平角導体１５に成形していく等の方法を採ったりすることを妨げない。

本実施例の、第１コイル１０を固定子コア３０には位置する様子を表した立体斜視図を示している。 本実施例の、固定子コア３０に第１コイル１０及び第２コイル２０を挿入した固定子５０の断面図を示している。 本実施例の、第１コイル１０及び第２コイル２０を固定子コア３０のティース３１に配置する際の拡大図を示している。 本実施例の、固定子５０の立体斜視図を示している。 本実施例の、平角導体１５を加圧圧延する様子を表した模式図を示している。 本実施例の、平角導体１５を模式的に表した斜視図を示している。 本実施例の、巻回装置６０を模式的に示した立体斜視図を示している。 特許文献１の、固定子の断面図を示す。

符号の説明

１０ 第１コイル
１０ａ、２０ａ 内側コイル端部
１０ｂ、２０ｂ 外側コイル端部
１４ 素線
１５ 平角導体
１５ａ 変化部
２０ 第２コイル
３０ 固定子コア
３１ ティース
３２ スロット
４１Ｕ、４１Ｖ、４１Ｗ 端子
４５ 樹脂モールド部
５０ 固定子
５５ 成形型
５５ａ 段付溝
６０ 巻回装置
６１ ベース
６２ 回転治具

Claims (4)

1. 内周に複数の凹状のスロットと凸状のティースとが形成されてなる固定子コアと、前記スロットに配置される導体が巻回されたコイルと、を有するモータの固定子において、
   前記ティースは、前記固定子コアの中心に向かって先細りとなる台形状に形成され、
   第１のコイルは、前記導体の前記固定子コアの径方向の幅が前記固定子コアの中心に向かって徐々に幅広に変化するように積層されて形成され、
   第２のコイルは、前記導体の前記固定子コアの径方向の幅が前記固定子コアの中心に向かって徐々に幅狭に変化するように積層されて形成され、
   前記ティースに、前記第２のコイルは１つおきに配置され、前記第１のコイルは前記第２のコイルが配置された前記ティースに挟まれた他のティースに配置されることを特徴とするモータの固定子。
2. 請求項１に記載のモータの固定子において、
   前記第１のコイル及び前記第２のコイルとして巻回される前記導体が、矩形断面の平角導体であり、
   前記第１のコイルは、前記平角導体の矩形断面の短辺が前記固定子コアの中心に向かって徐々に薄く変化するように積層されて形成され、
   前記第２のコイルは、前記平角導体の矩形断面の短辺が前記固定子コアの中心に向かって徐々に厚く変化するように積層されて形成されることを特徴とするモータの固定子。
3. 請求項２に記載のモータの固定子において、
   前記平角導体は、前記第１のコイル及び前記第２のコイルのターン毎に幅と厚みが異なり、一端側よりも他端側の方が幅は大きく厚みは小さく、前記平角導体の全域に渡って均一断面積であり、
   前記第１のコイル又は前記第２のコイルは、前記平角導体がエッジワイズ曲げされて螺旋状に巻回され形成されたことを特徴とするモータの固定子。
4. 平角導体が螺旋状に形成されるモータのコイルを製造するコイル製造方法において、
   同一断面積で幅と厚みが異なる成形空間を連続して有する型に、均一断面積の導体を供給し、加圧圧延することで前記平角導体を成形することを特徴とするコイル製造方法。
   

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