JP2009134891A - コイル用線材、コイル用線材の巻線構造、分割ステータおよびステータ - Google Patents

Abstract

【課題】線材を巻いてコイルを形成する際に生じる線材のねじれを抑制し、線材の配置がずれることなく精度良く整列巻を行うことができる。
【解決手段】断面六角形の単芯線１２と、該単芯線１２に被覆されて外形が六角形とされている絶縁層１３とからなる六角線１１を複数本備え、前記複数本の六角線１１は、各六角線１１の同一長さの一辺同士が全面固着されて並列されていることを特徴とするコイル用線材を提供している。
【選択図】図１

Description

本発明は、コイル用線材、コイル用線材の巻線構造、該巻線構造のコイルを備えた分割ステータおよび該分割ステータを円環形状に連結したステータに関し、詳しくは、コイル用線材を巻いてコイルを形成する際に生じるコイル用線材のねじれを抑制して、精度良く整列巻を行うものである。

一般に、モータはステータとロータから構成されており、ステータ又はロータは、ロータコア又はステータコアの径方向に突設させたティース部と、ティース部にコイル用線材を巻いたコイルとを備えている。
前記コイル用線材としては、通常、断面形状が円形の芯線を絶縁被覆した丸電線が用いられている。
しかし、コイル用線材として丸電線を用いると、コイル用線材をコイルとして多層に巻く際に、隣接する層間のコイル用線材に間隙が生じ、占積率が低下するという問題がある。ここで、占積率とはコイル配置空間の断面における線材面積の比率を指す。

このため、占積率を向上させる種々の提案がなされている。例えば、特開２００３−３１７５４７号公報（特許文献１）には断面形状が六角形であるマグネットワイヤが開示されている。図８（Ａ）に示すように、該マグネットワイヤ１は六角形断面の導体２と、導体２の外周を被覆する絶縁被膜３と、絶縁被膜３の外周に形成された融着被膜４とを備えている。マグネットワイヤ１をティース部に巻いてコイルを形成する際には、図８（Ｂ）に示すようにマグネットワイヤ１を千鳥格子状に配置することで、マグネットワイヤ１間の層間に間隙を無くし、占積率を向上させている。

特開２００３−３１７５４７号公報

コイルを形成する際には、コイル用線材を長さ方向に張力を掛けながらティース部に巻いていく。
コイル用線材の断面形状が円形の丸電線の場合には、コイルを巻く際にコイル用線材が断面の周方向に回転し、ねじれが生じやすい。
同様に、特許文献１に開示されたマグネットワイヤにおいても、導体の断面が正六角形であり円状に近い形状であるため、マグネットワイヤが断面の周方向に回転し、ねじれが生じやすいという問題がある。さらに、ねじれが生じると整列巻きを行う際にマグネットワイヤの配置にずれが生じ、コイルの占積率が低下し、モータ効率や出力などモータの諸特性が低下するという問題がある。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたもので、線材を多層巻きしてコイルを形成する際に層間に生じる線材のねじれを抑制し、線材の配置がずれずに精度良く整列巻を行うことができるコイル用線材を提供することを第１の課題としている。
また、前記コイル用線材を用いて占積率を向上させることのできるコイル用線材の巻線構造を提供することを第２の課題としている。
かつ、前記巻線構造により巻回されたコイルを備えてモータの諸特性を向上させる分割ステータを提供することを第３の課題としている。
さらに、前記分割ステータを円環形状に連結したステータを提供することを第4の課題としている。

前記課題を解決するため、第１の発明として、
断面六角形の単芯線と、
前記単芯線を被覆する絶縁層と
からなる六角線を複数本備え、
前記複数本の六角線は、各六角線の同一長さの一辺同士を全面固着して、並列状態で一体化させていることを特徴とするコイル用線材を提供している。

前記構成によれば、各六角線の同一長さの一辺同士が全面固着されて並列されているため、前記複数本の六角線を並列させている方向を横方向、該横方向と直交する方向を縦方向とすると、コイル用線材の縦方向と横方向の長さの比が大きくなる。
特許文献１の断面形状が正六角形のマグネットワイヤや従来の円状のコイル用線材は、縦方向の長さと横方向の長さが略同一であり、コイル用線材が回転してねじれが生じやすいが、縦方向と横方向の長さの比が大きいコイル用線材を用いると、コイル用線材が回転しにくく周方向の制御がしやすくなり、ねじれが生じにくくなると共に精度良く整列巻きを行うことができる。

前記六角線の断面形状が、正六角形、前記固着されている一辺と対向辺が他の辺より長い偏平六角形、あるいは前記固着されている一辺と対向辺が他の辺より短い偏平六角形とされていてもよい。

前記複数本の六角線を並列させている方向を横方向、該横方向と直交する方向を縦方向とすると、横方向の長さが縦方向の長さに対して１．５倍以上４倍以下とされていることが好ましい。
横方向の長さが縦方向の長さに対して１．５倍未満であると、特許文献１に示したような横方向の長さと縦方向の長さが略同一のコイル用線材に近い形状となり、コイル線材が断面周方向に回転してねじれが発生しやすくなる。また、横方向の長さが縦方向の長さに対して４倍より大きいと、コイル用線材は縦方向又は横方向に長くなり、コイル用線材をティース部に巻く際に、コイル用線材をティース部の端から端まで一層分巻き終わり次の層に移動するときに、コイル用線材に生じるよじれが大きくなり、空隙が発生して占積率低下の原因となる。

前記並列状態で一体化させる六角線は２本以上５本以下であることが好ましい。
六角線を６本以上とすると、コイル用線材は縦方向又は横方向に長くなり、コイル用線材を巻く際にティース部の端でよじれが発生しやすくなる。また、コイル用線材の縦方向又は横方向に長くならないように、各六角線の単芯線の断面積を小さくして六角線を６本以上配置すると、単芯線に流すことのできる電流容量が小さくなると共に単芯線の抵抗が大きくなり発熱しやすくなる。
一方、六角線を1本とすると、コイル用線材の縦方向と横方向の長さの比を大きくすることができず、コイル用線材を巻く時にねじれが生じやすくなる。

前記各六角線の絶縁層はエナメル層であり、
前記固着されている辺は接着剤を介して固着され、あるいは前記エナメル層が融着されて固着されていていることが好ましい。

第２の発明として、前記複数本の六角線を並列させて一体化させたコイル用線材が複数層巻き付けられ、該コイル用線材の隣接する六角線の両側に形成される断面三角形状の凹部に、隣接する層の六角線の断面三角形状の凸部が内嵌した状態で整列巻きされていることを特徴とするコイル用線材の巻線構造を提供している。

コイル用線材は複数の六角線から構成され、各六角線の同一長さの一辺同士を全面固着しているので、コイル用線材の横方向の側面には断面三角形状の凹部と凸部が存在する。
コイル用線材の隣接する六角線の両側に形成される断面三角形状の凹部に、隣接する層の六角線の断面三角形状の凸部が内嵌するように整列巻きすることで、コイル用線材の間に間隙ができず、占積率を高めることができる。

第３の発明として、円環状に連結されてステータを構成する分割ステータであって、
径方向に延在するティース部の外周端にバックヨーク部、内周端に鍔部が設けられ、これらティース部とバックヨーク部と鍔部に囲まれたコイル収容用のスロット部が周方向に対称に設けられている分割ステータコアと、
前記スロット部内に積層状態で収容されるコイル用線材を備え、
前記コイル用線材として前記複数本の六角線を並列させて一体化させたコイル用線材が用いられ、該コイル用線材は整列巻きされていることを特徴とする分割ステータを提供している。

前記構成によれば、分割ステータは前記複数本の六角線を並列させて一体化したコイル用線材を整列巻きしたコイルを備えているので、分割ステータのコイルの占積率を向上させることができる。

第４の発明として、前記した分割ステータを複数個備え、これら分割ステータが円環形状に連結されていることを特徴とするステータを提供している。
前記構成によれば、コイル用線材の占積率が向上した分割ステータを複数個円環形状に連結してステータとしているので、モータの高効率化、高出力化を図ることができる。
なお、モータのステータに変えて、ロータにコイル用線材を収容するスロット部を設け、前記複数の六角線を並列させて一体化したコイル用線材をスロット部に整列巻してもよい。

また、コイル用線材は、単芯線を断面四角形とした四角線を複数本備えたものであってもよい。前記四角線の断面形状は正方形でもよく、矩形状であってもよい。
前記複数本の四角線からなるコイル用線材を整列巻きし、前記分割ステータのスロット部内に収容されていてもよい。
コイル用線材の単芯線が断面四角線であっても、コイル用線材の縦方向と横方向の長さの比を大きくすることで、コイルを形成する際に、コイル用線材が回転しにくく周方向の制御がしやすくなり、ねじれが生じにくくなると共に精度良く整列巻きを行うことができる。

前述したように、縦方向と横方向の長さの比が大きいコイル用線材を用いることで、コイル用線材が回転しにくく周方向の制御がしやすくなり、ねじれが生じにくくなると共に精度良く整列巻きを行うことができる。さらに、占積率が向上し、モータの諸特性を高めることができる。

本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１（Ａ）（Ｂ）に本発明の第１実施形態のコイル用線材１０を示す。
コイル用線材１０は２本の六角線１１Ａ、１１Ｂからなり、六角線１１Ａ、１１Ｂは、断面が正六角形の単芯線１２と、該単芯線１２に被覆されて外形が正六角形とされている絶縁層であるエナメル層１３とからなる。

単芯線１２の対角線の長さは０．６ｍｍ以上１．０ｍｍ未満が好ましく、本実施形態では０．９ｍｍである。０．６ｍｍ未満の場合は単芯線に流すことのできる電流容量が小さくなると共に単芯線の抵抗が大きく発熱しやすくなり、１．０ｍｍ以上の場合は渦電流が流れて銅損が大きくなる。
被覆されたエナメル層１３の厚さは約２０〜５０μｍである。

２本の六角線１１は、各六角線１１の一辺１１Ａ−ａ、１１Ｂ−ａ同士を接着剤で全面固着して並列に配置している。
２本の六角線１１が並列している方向を横方向ｘ、該横方向と直交する方向を縦方向ｙとすると、横方向ｘの長さを縦方向ｙの長さに対して概ね２倍としている。
コイル用線材１０は、横方向の上下面には断面三角形状の凹部１０ａと断面三角形状の凸部１０ｂを備えている。

コイル用線材１０の製造方法について説明する。
まず、丸電線を一本ずつ断面正六角形に連続押し出し形成して、断面正六角形の単芯線１２とし、単芯線１２にエナメル層１３を被覆する。次に、六角線１１の一辺のエナメル層１３の表面に融着材（接着剤）を塗布し、融着材が塗布された辺が互いに接するように２本の六角線１１を並列に並べ、加熱する。すると、融着材が２本の六角線１１を固着し、２本の六角線１１を一体としてコイル用線材１０とする。
なお、各六角線１１に被覆されたエナメル層１３を融着させて、２本の六角線１１を固着してもよい。
また、エナメル層を被膜した丸電線を一本ずつ断面正六角形に連続押し出し形成し、融着材を塗布して固着させてもよい。
なお、コイル用線材１０の製造方法は一例であり、上記方法に限定されるものではない。

前記コイル用線材１０は、図２に示すように、整列巻きして多層のコイルを形成する場合に好適に用いられる。
即ち、円筒体からなるボビン１５の軸線方向Ｌ１−Ｌ２に１列目を巻き付けた後に、折り返してＬ２−Ｌ１へと２列目を巻き、この往復を第３列目、第４列目…と整列巻きして多層のコイル２１を形成している。
整列巻きは、内層の１列目のコイル用線材１０−１の外面側の凹部１０ａに外層の２列目のコイル用線材１０−２の下頂角部凸部１０ｂが嵌合していく。
これを繰り返すことで各層間には隙間がない状態で高密度にコイル用線材１０を巻き付けることができる。
なお、コイル用線材とコアとの絶縁を保ち、かつ１列目のコイル用線材の向きを確実に制御するために、インシュレータ（図示せず）を装着することが好ましい。

図３は本発明の第２実施形態のコイル用線材１０を示す。
コイル用線材１０を構成する六角線１１の断面形状を、並列配置した隣り合う六角線１１と固着されている一辺１１Ａ−ａ、１１Ｂ−ａと対向辺が、他の辺１１Ａ−ｂ、１１Ｂ−ｂより長くした縦長の偏平六角形としている。
本実施形態では、断面形状が前記縦長の扁平六角形の六角線１１を用いて、コイル用線材１０の横方向ｘの長さを、縦方向ｙの長さに対して概ね１．５倍としている。
前記コイル用線材１０によっても、コイル用線材１０を巻いてコイルを形成する際に、コイル用線材１０の断面周方向の制御がしやすくなり、ねじれが生じにくくなる。
なお、他の構成および作用効果は第１実施形態と同様のため、同一の符号を付して説明を省略する。
また、コイル用線材１０の横方向ｘの長さは、縦方向ｙの長さに対して概ね１．５倍に限定されるものではなく、六角線１１の辺の長さ、頂角の大きさを調整することにより、コイル用線材１０の横方向ｘの長さが縦方向ｙの長さに対して１．５倍以上４倍以下であればよい。

図４は本発明の第３実施形態のコイル用線材１０を示す。
コイル用線材１０を構成する六角線１１の断面形状を、並列配置した隣り合う六角線１１と固着されている一辺１１Ａ−ａ、１１Ｂ−ａと対向辺が、他の辺１１Ａ−ｂ、１１Ｂ−ｂより短い横長の偏平六角形としている。
本実施形態では、断面形状が前記横長の扁平六角形の六角線１１を用いて、コイル用線材１０の横方向ｘの長さを縦方向ｙの長さに対して概ね４倍としている。
六角線１１の断面形状を前記横長の扁平六角形とすると、コイル用線材１０の横方向の長さと縦方向の長さの比を大きくしやすくなる。
前記コイル用線材１０によっても、コイル用線材１０を巻いてコイルを形成する際に、コイル用線材１０の断面周方向の制御がしやすくなり、ねじれが生じにくくなる。
第３実施形態の横方向を大とした偏平六角線を用いると、前記図２に示すコイルとした場合に、層間密度を大とすることができると共に、コイル用線材をより安定した姿勢で巻き付けることができる。
なお、他の構成および作用効果は第１実施形態と同様のため、同一の符号を付して説明を省略する。
また、コイル用線材１０の横方向ｘの長さは、縦方向ｙの長さに対して概ね４倍に限定されるものではなく、六角線１１の辺の長さ、頂角の大きさを調整することにより、コイル用線材１０の横方向ｘの長さが縦方向ｙの長さに対して１．５倍以上４倍以下であればよい。

図５（Ａ）は本発明の第４実施形態のコイル用線材１０を示す。
該コイル用線材１０は、断面形状を正六角形とした六角線１１を３本並列に配置したものである。
六角線１１を３本並列に配置することで、コイル用線材１０の横方向の長さを縦方向ｙの長さに対して１．５倍以上とすることができる。なお、他の構成および作用効果は第１実施形態と同様のため、同一の符号を付して説明を省略する。

図５（Ｂ）は第４実施形態の第１変形例を示し、断面形状を並列配置した隣り合う六角線１１と固着されている一辺と対向辺が他の辺より長い偏平六角形とした六角線１１を３本並列に配置したものである。
図５（Ｃ）は第４実施形態の第２変形例を示し、断面形状を並列配置した隣り合う六角線１１と固着されている一辺と対向辺が他の辺より短い偏平六角形とした六角線１１を３本並列に配置したものである。

第４実施形態の第１変形例、第２変形例のいずれにおいても、六角線１１を３本並列に配置することで、コイル用線材１０の横方向の長さを縦方向の長さに対して１．５倍以上とすることができる。なお、他の構成および作用効果は第１実施形態と同様のため、同一の符号を付して説明を省略する。

なお、第４実施形態では、六角線１１を３本並列に配置しているが、４本または５本配置してもよい。六角線１１を4本または５本配置することでコイル用線材１０の横方向の長さを縦方向の長さに対して１．５倍以上とすることができる。

図６および図７は、モータ１００の分割ステータ２０のコイル２１として前記第１実施形態の正六角形の２本の六角線を並列に一体化したコイル用線材１０を用いた第５実施形態を示す。

モータ１００はロータ２２と、ロータの外周に所定のギャップをあけて配置するステータ２０を備え、ステータ２０は中心点Ｐ１を中心に複数個の分割ステータコア２３を円環形状に連結して構成している。

分割ステータコア２３は、径方向に延在するティース部２３ａと、ティース部２３ａの外周端に設けられているバックヨーク部２３ｂと、ティース部２３ａの内周端に設けられている鍔部２３ｃを備えており、ティース部２３ａとバックヨーク部２３ｂと鍔部２３ｃに囲まれたコイル２１収容用のスロット部２４を設けている。

正六角形の２本の六角線を並列に一体化したコイル用線材１０を、図７（Ａ）に示すように、ティース部２３ａに被覆した絶縁樹脂層（図示せず）に鍔部２３ａ側よりバックヨーク部２３ｂへと巻き付けて一層目を形成し、バックヨーク部２３ｂ側に達すると、一層目の外周側に整列巻きして鍔部２３ａ側へと巻き付け、二層目を形成している。

このとき図７（Ｂ）に示すように、一層目のコイル用線材１０の六角線１１の上部に形成される断面三角形状の凹部１０ａに、二層目のコイル用線材１０の六角線１１の断面三角形状の下部の凸部１０ｂが内嵌するように巻き付けていくことで、整列巻きを行う。このような巻線構造で三層目、四層目とコイル用線材１０を整列巻きし、コイル２１を形成する。形成されたコイル２１はスロット部２４内に積層状態で収容されることになる。

前記のように、横方向の長さと縦方向の長さの比を大きくしたコイル用線材１０を用いてコイル２１を形成することで、コイル用線材１０が回転しにくく周方向の制御がしやすくなり、ねじれが生じにくくなると共に精度よく整列巻きを行うことができる。整列巻を精度良く行うことで、コイル２１の占積率が向上し、モータ１００の諸特性を向上させることができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の特許請求の範囲内の種々の形態が含まれるものである。

（Ａ）は本発明であるコイル用線材の第１実施形態を示す断面図、（Ｂ）斜視図である。 第１実施形態のコイル用線材の巻線構造を示す断面図である。 第２実施形態のコイル用線材を示す断面図である。 第３実施形態のコイル用線材を示す断面図である。 （Ａ）第４実施形態のコイル用線材を示す断面図、（Ｂ）は第４実施形態の第１変形例を示す断面図、（Ｃ）は第４実施形態の第２変形例を示す断面図である。 本発明のコイル用線材を用いたコイルを備えたステータを組み込んだモータの斜視図である。 （Ａ）分割ステータコアのスロット部にコイル用線材を巻線している斜視図、（Ｂ）コイルが巻かれた分割ステータコアの断面図である。 従来例を示す図である。

符号の説明

１０ コイル用線材
１０ａ 断面三角形状の凹部
１０ｂ 断面三角形状の凸部
１１Ａ、１１Ｂ 六角線
１２ 単芯線
１３ エナメル層
２１ コイル
２０ ステータ
２２ ロータ
２３ 分割ステータコア
２３ａ ティース部
２３ｂ バックヨーク部
２３ｃ 鍔部
２４ スロット部

Claims (8)

1. 断面六角形の単芯線と、
   前記単芯線を被覆する絶縁層と
   からなる六角線を複数本備え、
   前記複数本の六角線は、各六角線の同一長さの一辺同士を全面固着して、並列状態で一体化されていることを特徴とするコイル用線材。
2. 前記六角線の断面形状が、正六角形、前記固着されている一辺と対向辺が他の辺より長い偏平六角形、あるいは前記固着されている一辺と対向辺が他の辺より短い偏平六角形である請求項１に記載のコイル用線材。
3. 前記複数本の六角線を並列させている方向を横方向、該横方向と直交する方向を縦方向とすると、横方向の長さが縦方向の長さに対して１．５倍以上４倍以下である請求項１または請求項２に記載のコイル用線材。
4. 前記並列状態で一体化させる六角線は２本以上５本以下である請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のコイル用線材。
5. 前記各六角線の絶縁層はエナメル層であり、
   前記固着されている辺は接着剤を介して固着され、あるいは前記エナメル層が融着されて固着されている請求項１乃至請求項４のいずれか１項の記載のコイル用線材。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のコイル用線材が複数層巻き付けられ、該コイル用線材の断面三角形状の凹部に、隣接する層の六角線の断面三角形状の凸部が内嵌した状態で整列巻きされていることを特徴とするコイル用線材の巻線構造。
7. 円環状に配置されてステータを構成する分割ステータであって、
   ステータ径方向に延在するティース部の外周端にバックヨーク部、内周端に鍔部が設けられ、これらティース部とバックヨーク部と鍔部に囲まれたコイル収容用のスロット部が設けられている分割ステータコアと、
   前記スロット部内に積層状態に巻き付けられて収容されるコイル用線材を備え、
   前記コイル用線材として請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のコイル用線材が整列巻きされていることを特徴とする分割ステータ。
8. 請求項７に記載の分割ステータを複数個備え、これら分割ステータが円環状に配置されていることを特徴とするステータ。

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