JP2019075970A - セグメントコイル用分割導体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 分割導体の端部同士を容易に溶接することが可能であり、取扱いが容易なセグメントコイル用分割導体及びその製造方法を提供する。【解決手段】 分割導体５は、両方の端部９以外の部位に、複数の素線部７からなる分割部８を有する。素線部７は、それぞれ、導体部１１と、導体部１１を被覆する絶縁層１３とを有する。すなわち、分割部８は、複数の導体部１１とそれぞれの導体部１１同士の間に形成される絶縁層１３とからなる。分割導体５の両方の端部９は、導体部１１が一体化されている。すなわち、分割導体５の少なくとも両方の端部９においては、絶縁層１３が形成されておらず、導体部１１が複数に分割されずに導体部１１が露出する。【選択図】図３

Description

本発明は、モータに用いられるセグメントコイル用分割導体及びその製造方法に関するものである。

例えば、車載用モータのステータに使用される巻線としては、従来は断面丸型のエナメル線が使用されていた。しかし、近年は占積率を高めるために矩形断面の平角巻線が使用されるようになってきている。また、従来はステータのコアに巻線を巻いてゆく製造方法が採られる場合が多かったが、平角巻線の採用に伴い、巻線を短尺のセグメントコイルとして構成し、ステータに組み付けた後でセグメントコイルの端部同士を溶接して繋いでゆくことで、コイルを形成する方法が採られるようになってきている。

ところが、平角巻線は巻線１本当たりの断面積が大きいため、モータ回転数が大きくなり周波数が大きくなった場合には、渦電流の発生により巻線損失が大きくなるという問題がある。

これに対し、複数の導線を一体化した分割導体が提案されている。すなわち、セグメントコイルとして、複数の導線によって構成された分割導体を用いることで、渦電流の影響を抑制することができる。

分割導体は、例えば、表面に酸化被膜などの絶縁層を有する素線を複数束ねて一体化し、断面が略矩形に成形される。このような分割導体によれば、ステータのスロットに対する導体の充填効率を高めることができるとともに、各素線が酸化被膜によって絶縁され、表皮効果および渦電流による交流抵抗の増加を抑制することができる。

このような分割導体としては、例えば、矩形状の導体素線と、導体素線の外周に設けられる被覆層を有する導体線が、複数一体化された集合導体がある（特許文献１）。

また、複数の線状導体からなる集合線と、単線を長手方向に交互に接合して、ステータのスロットから露出する部位を単線で構成したコイルがある（特許文献２）。

特開２００７−２２７２６６号公報 特開２０１３−３９０００号公報

しかし、特許文献１のように、通常の分割導体を用いたのでは、各導体線が取扱い時にばらけてしまうなどの問題がある。特に、ステータコアに分割導体を配置する際には、分割導体を所定の形状に曲げ加工する必要があるため、曲げ加工時に、各導体線同士が滑り、ずれやばらけの要因となる。

また、分割導体をモータのセグメントコイルとして使用する際には、それぞれの分割導体の端部同士を溶接によって接合する必要がある。この際、溶接部において、各導体素線の外周の被覆層が不純物となり、溶接部の信頼性を低下させる恐れがある。

一方、特許文献２の方法では、単線と集合線とを長手方向に接合する必要があるため、製造が極めて困難である。例えば、普通の方法で両者を溶接すると、特に、集合線の溶接時の引けなどによって、接続部の断面積が減少して破断の恐れがある。また、両者の溶接時において、表面張力による球状化が生じ、接合部が部分的に膨らみ、スロットへ挿入することが困難となる場合もある。

また、スロットから露出する部位の全てが単線で構成されるため、スロットの上下において、各導線が単線部で導通してループが形成され、渦電流による交流抵抗の増加の恐れがある。このように渦電流が発生してしまうと、分割導体を使用するメリットである渦電流損失低減効果が小さくなる。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、分割導体の端部同士を容易に溶接することが可能であり、取扱いが容易なセグメントコイル用分割導体及びその製造方法を提供することを目的とする。

前述した目的を達するために第１の発明は、セグメントコイル用の分割導体であって、前記分割導体は、複数の素線部からなる分割部を具備し、前記素線部は、導体部と、前記導体部を被覆する絶縁層とを有し、前記分割導体は、長手方向に前記導体部をつなぐ接合部を有さずに一体で形成され、前記分割導体の少なくとも両端部において、樹脂タイプの絶縁層が形成されずに前記導体部が露出することを特徴とするセグメントコイル用分割導体である。

前記分割導体の両端部において、前記樹脂タイプの絶縁層が形成されていない範囲は、前記導体部が一体化されていることが望ましい。

前記分割導体の両端部においてのみ前記樹脂タイプの絶縁層が形成されず、前記分割導体の両端部を除く部位が前記分割部であってもよい。

前記分割導体の両端部から３０ｍｍ以下の範囲で前記樹脂タイプの絶縁層が形成されずに前記導体部が露出してもよい。

前記分割導体の両端部の前記導体部は、複数の導体が互いに接合された接合部を有さず、前記分割導体は、長手方向、厚さ方向および幅方向のいずれも、導体同士の接合部を有さない一体構造であってもよい。

前記分割部の長手方向の中央部の分割数が、前記分割部の他の部位よりも少なくてもよい。

前記分割部は、複数の前記素線部が前記絶縁層を介して一体化されており、前記分割導体の両端部において、前記素線部の前記絶縁層が除去されていてもよい。

第１の発明によれば、分割導体が、長手方向において接合部を有さずに一体で形成されるため、複数種類の導線を接合する必要がない。このため、分割導体の長手方向に接合部がなく、長手方向の全長にわたって信頼性が高い。また、長手方向に複数の導線を接合する必要がないため、製造が容易である。

また、分割導体の少なくとも両端部においては、絶縁層が除去されているため、分割導体の端部同士を溶接して接合する際に、絶縁層の混入などがなく、接続部の信頼性も高い。

また、分割導体の両端部において、導体部が一体化されていれば、溶接時に、端部のばらけなどが生じることがなく、分割導体の曲げ加工時における導体部のずれやばらけを抑制し、取扱い性が良好である。

また、分割導体の両端部においてのみ絶縁層を形成しないことで、他の部位において、渦電流による交流抵抗の増加を抑制することができる。

この際、分割導体の両端部から３０ｍｍ以下の範囲で絶縁層が除去されていれば、溶接には十分であり、素線部を分割した効果が小さくなることを抑制することができる。

また、分割導体の長手方向、厚さ方向および幅方向のいずれも、導体同士の接合部を有さない一体構造とすることで、複数の素線を束ねて一体化する必要がない。また、両端部は、元から一体であるため、端部において、内部に絶縁層が巻き込まれることがない。

また、分割部の長手方向の中央部の分割数を他の部位よりも少なくすることで、分割導体の長手方向の略中央部近傍におけるばらけを抑制することができる。

分割部において、複数の素線部が絶縁層を介して一体化されたリッツ線の両端部において、絶縁層を除去しても、同様の効果を得ることができる。

第２の発明は、セグメントコイル用の分割導体の製造方法であって、一体の導体素材の両端部を除く少なくとも一部を、長手方向に沿って分割して、複数の導体部を形成し、分離された前記導体部の表面に絶縁層を形成して複数の素線部を構成し、前記分割導体は、長手方向の少なくとも両端部において導体が一体で形成されることを特徴とするセグメントコイル用分割導体の製造方法である。

第２の発明によれば、両端部が一体化された分割導体を容易に製造することができる。この際、分割導体の長手方向に対して、接合部がないため、信頼性も高い。

本発明によれば、分割導体の端部同士を容易に溶接することが可能であり、取扱いが容易なセグメントコイル用分割導体及びその製造方法を提供することができる。

ステータコア１を示す部分斜視図。 分割導体５を示す平面図。 分割導体５を示す断面図であって、（ａ）は、図２のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は、図２のＢ−Ｂ線断面図。 スロット３へ分割導体５を配置した状態を示す概念図。 （ａ）は、端部９同士を溶接した状態を示す概念図、（ｂ）は、分割部８同士を溶接した状態を示す概念図。 （ａ）、（ｂ）は、導体部１１を分割する方法を示す図。 分割導体５ａを示す平面図。 分割導体５ａを示す断面図であって、（ａ）は、図７のＣ−Ｃ線断面図、（ｂ）は、図７のＤ−Ｄ線断面図。 スロット３へ分割導体５ａを配置した状態を示す図。 分割導体５ｂを示す平面図。 分割導体５ｂを示す断面図であって、（ａ）は、図１０のＧ−Ｇ線断面図、（ｂ）は、図１０のＨ−Ｈ線断面図。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１は、ステータコア１を示す部分斜視図である。ステータコア１は、略円筒形であり、例えば、電磁鋼板が積層されて形成される。ステータコア１の内周側には、複数のスロット３が設けられる。それぞれのスロット３には、導体が配置されて導体同士を接合することでコイルが形成される。

図２は、スロット３に配置されるセグメントコイル用の分割導体５の平面図である。分割導体５は、少なくとも、両方の端部９以外の部位において、複数の素線部７からなる分割部８を有する。図示した例では、端部９を除く、端部９同士の間の全体が分割部８となる。

図３（ａ）は、図２のＡ−Ａ線断面図である。素線部７は、それぞれ、導体部１１と、導体部１１を被覆する絶縁層１３とを有する。すなわち、分割部８は、複数の導体部１１とそれぞれの導体部１１同士の間に形成される絶縁層１３とからなる。導体部１１は、例えば銅または銅合金製であり、絶縁層１３は、導体の酸化物からなる酸化被膜タイプの絶縁層、または、エナメルなどの樹脂または接着剤からなる樹脂タイプの絶縁層のいずれかである。すなわち、絶縁層１３は、導体部１１に対して、より導電率の低い材質で構成される。なお、分割部８における絶縁層１３としては、導体部１１同士の絶縁性、およびこれによる渦電流抑制効果の観点から、樹脂タイプの絶縁層であることが望ましい。分割部８は、例えば、全体が略矩形である。なお、分割部８における、素線部７の数、形状および配置は、図示した例には限られない。

図３（ｂ）は、図２のＢ−Ｂ線断面図である。分割導体５の両方の端部９は、導体部１１が一体化されている。すなわち、分割導体５の少なくとも両方の端部９においては、絶縁層１３が形成されておらず、導体部１１は複数に分割されずに導体部１１が露出する。なお、本発明における端部９は、分割導体５の最先端部を含むものであり、「端部９が一体化されている」とは、分割導体５の先端面が、複数の素線部７に分割されていないことを意味する。また、「端部９において絶縁層１３が形成されていない」とは、端部９においては、前述した樹脂タイプの絶縁層１３が形成されていないことを意味し、導体部１１の表層に形成される酸化被膜が完全に除去されていることを意味するものではない。すなわち、「導体部１１が露出する」とは、導体部１１の表層に形成されている酸化被膜が露出していることも含むものとする。

図４は、ステータコア１を内面側から見た際における、スロット３へ分割導体５を配置した状態を示す概念図である。なお、図においては、ステータコア１の一部のみを示す。前述したように、分割導体５は、所定の形状に曲げられてセグメントコイルが形成されて、スロット３へ配置される。この際、分割導体５の端部９は、ステータコア１の上部に突出し、ステータコア１の下部には、分割導体５の曲げ部が露出する。

この際、ステータコア１の上方に突出する分割導体５の端部９以外は、全て分割部８となる。すなわち、スロット３の内部に配置される分割導体５は、全て分割部８であり、また、ステータコア１の下方に露出する分割導体５の曲げ部も、全体が分割部８となる。

ステータコア１の上方に突出する分割導体５の端部９は、隣り合う他の分割導体５（図示せず）の端部９と溶接によって接合される。全ての分割導体５同士が接続されることで、コイルが形成される。

図５（ａ）は、端部９同士を溶接する状態を示す概念図である。前述したように、端部９は、導体部１１のみで構成され、絶縁層１３を有さない。このため、接続対象の分割導体５の端部９同士を溶接すると、導体部１１を略一体とすることができる。このため、接合部の信頼性が高く、確実に端部９同士を接続することができる。

一方、図５（ｂ）に示すように、仮に分割導体５の先端部（端面）に分割部８が存在すると、両者を溶接した際、接続部の内部に絶縁層１３に由来する残渣１３ａが混入する。特に、樹脂に由来するこのような残渣１３ａが存在すると、接続部の電気抵抗が高くなり、また、接続部の破断等の恐れがある。また、分割導体５を曲げた際などにおいて、分割導体５の端部の素線部７がばらけてしまい、溶接作業が困難となるおそれもある。このように、端部９に樹脂タイプの絶縁層１３が設けられないようにすることで、接続作業が容易となり、接続部の信頼性を高めることができる。

なお、十分な溶接性を得るためには、端部９は先端から３０ｍｍ程度あれば十分である。これ以上、導体部１１が一体化している部位を長くすると、渦電流による交流抵抗の増加を抑制する効果が小さくなる。したがって、端部９は、先端から３０ｍｍ以下とすることが望ましい。また、確実に溶接するためには、導体部１１が一体化された端部９は、先端から５ｍｍ以上であることが望ましい。

次に、分割導体５の製造方法の一例について説明する。まず、所定の長さに切断された導体素材を用意する。導体素材は、一体で構成された部材である。導体素材の断面形状は、例えば矩形であり、例えば銅製または銅合金製の線材を切断して製造される。

次に、一体の導体素材の両端部を除く部位の少なくとも一部を、長手方向に沿って分割する。分割された範囲が分割部８となる。このため、例えば、両端部以外の全体を分割部８とする場合には、両端部を除く部位の全体を長手方向に沿って分割する。

図６（ａ）は、導体素材をレーザ１２で切断した状態を示す概念図である。例えばレーザ１２によって、導体素材を分割することで、互いに分割された複数の導体部１１を形成することができる。なお、導体部１１の分割方法としては、レーザ１２には限定されず、機械的な切断や化学的なエッチングなど、いずれの方法を用いてもよい。

また、レーザ１２の方向や位置を変えることで、導体部１１の分割方法は任意に変更することができる。例えば、図６（ｂ）に示すように、レーザ１２を斜めに照射することで、導体部１１を斜めに分割してもよい。

次に、分離された導体部１１の表面に絶縁層１３を形成し、複数の素線部７を構成する。絶縁層１３は、例えば、エナメルなどの樹脂を各導体部１１の表面に塗布することで形成される。以上により、分割導体５を製造することができる。

以上、本実施の形態によれば、分割導体５の端部９以外が分割部８となるため、高い渦電流損失低減効果を得ることができる。特に、ステータコア１の下方に露出する折曲げ部にも分割部８が連続するため、この効果が大きい。

また、元の導体素材が長手方向で一体であるため、得られた分割導体５は、長手方向に対して導体部１１をつなぐ接合部を有さない、また、両方の端部９の導体部１１も、複数の導体が互いに接合された接合部を有さない。すなわち、分割導体５は、その長手方向、厚さ方向および幅方向のいずれも、導体同士の接合部を有さない一体構造である。このため、複数の部材を、長手方向に接合して、所定長さの分割導体を製造する場合と比較して、信頼性が高く、接合部の形状（断面積）変化や、溶接不良などによる断線などの影響を受けることがない。また、長手方向に対して、均一な導体抵抗を得ることができるため、得られるセグメントコイルの品質が安定する。

また、元の導体素材が一体で構成されているため、分割導体５の長手方向の少なくとも両方の端部９の導体部１１も一体で形成される。このため、製造過程において、溶接などによって端部９を一体化する必要がない。したがって、製造が容易であるとともに、端部９の品質を高めることができる。

次に、第２の実施形態について説明する。図７は、第２の実施形態にかかる分割導体５ａを示す図である。なお、以下の説明において、分割導体５と同一の機能を奏する構成については、図１〜図６と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

分割導体５ａは、分割導体５とほぼ同様の構成であるが、分割部８の態様が異なる。分割導体５ａは、分割導体５と同様に、端部９のみにおいて、導体部１１が一体化されており、分割部８では、複数の素線部７に導体部１１が分割されている。

分割部８は、素線部７の分割数の異なる複数の領域に区分される。図７において、分割導体５ａの略中央部近傍（図中Ｆ）と、その両側であって、端部９と領域Ｆとで挟まれた領域Ｅとでは、素線部７の分割数が異なる。

図８（ａ）は、図７のＣ−Ｃ線断面図であって、領域Ｅにおける断面図であり、図８（ｂ）は、図７のＤ−Ｄ線断面図であって、領域Ｆにおける断面図である。図８（ａ）に示すように、分割部８の領域Ｅにおいては、分割導体５ａの断面は、前述した分割導体５と同様である。一方、図８（ｂ）に示すように、分割部８の領域Ｆにおける導体部１１の分割数（素線部７の本数）は、領域Ｅにおける導体部１１の分割数（素線部７の本数）よりも少ない。すなわち、分割部８の長手方向の中央部の分割数が、他の部位よりも少ない。

図９は、分割導体５ａをステータコア１のスロット３に配置した状態を示す概念図である。本実施形態では、分割導体５ａの端部９が、ステータコア１の上方に突出し、スロット３の内部に配置される部位は、分割部８の領域Ｅとなる。また、ステータコア１の下方に露出する分割導体５ａの曲部に、分割部８の領域Ｆが位置する。

第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、分割導体５ａの長手方向の略中央部には、分割数の少ない領域Ｆが形成されるため、曲げ加工の際に、素線部７がばらけにくい。また、当該部位が、完全に一体化されているわけではないため、前述した渦電流の影響も抑制することができる。

なお、相対的に分割数の少ない領域Ｆは、スロット３の下方から露出する範囲の略全体にわたって形成される必要はなく、例えば、分割導体５ａの長手方向の略中央の一部のみであってもよい。また、このように一部のみであれば、さらに分割数を減らして、導体部１１を一体化してもよい。なお、この場合であっても、当該部位の一体化された導体部１１の最外周には、絶縁層１３が形成される。すなわち、端部９以外では、絶縁層１３によって導体部１１は外部に露出しない。

次に、第３の実施形態について説明する。図１０は、第３の実施形態にかかる分割導体５ｂを示す図である。分割導体５ｂは、分割導体５とほぼ同様の構成であるが、各部の構造が異なる。

図１１（ａ）は、図１０のＧ−Ｇ線断面図であり、分割部８の断面図であり、図１１（ｂ）は、図１０のＨ−Ｈ線断面図であり、端部９の断面図である。分割部８は、複数の素線部７が束ねられる。また、複数の素線部７のバンドル構造の最外周には、さらに絶縁層１４が設けられる。すなわち、分割部８は、複数の素線部７が絶縁層１３を介して一体化されている。

一方、端部９においては、絶縁層１３、１４が全て除去されて、導体部１１のみで構成される。なお、導体部１１同士は、互いに接触して導通可能であるが、金属組織的に一体化はしていない。また、「導体部１１のみで構成される」とは、前述した樹脂タイプの絶縁層を有さないという意味であり、表層に酸化被膜を有するものも含むものとする。

分割導体５ｂは、例えば以下のようにして製造される。まず、複数の素線部７が束ねられて、例えば金型などによって全体形状が形成されるとともに、押出などによって、最外周に絶縁層１４が被覆される。絶縁層１４は、例えば樹脂である。この場合でも、それぞれの素線部７は、長手方向に対して一体であるため、分割導体５ｂの長手方向に対して、接合部は形成されない。

次に、両方の端部９のみにおいて、絶縁層１３、１４を除去する。絶縁層１３、１４は、例えば研削などの機械的方法や、エッチングなどの化学的手法によって除去される。このように、端部９において、絶縁層１３、１４が除去されることで、前述したように、分割導体５ｂ同士を接続する際、接続部に絶縁層１３、１４の残渣１３ａが混入することを抑制することができる。このように、分割導体５ｂにおいては、端部９は、導体部１１のみで形成されれば、必ずしも、導体部１１が金属組織的に一体化していなくてもよい。

なお、図１１（ｃ）に示すように、このように絶縁層１３、１４が除去された端部９において、導体部１１同士を溶融して一体化してもよい。すなわち、端部９においては、幅方向または厚み方向に対して導体同士の接合部を有してもよい。このようにすることで、分割導体５とほぼ同様の構造とすることができる。このように、導体部１１を一体化した状態で、分割導体５ｂの曲げ加工等を行うことで、素線部７（導体部１１）同士のばらけを抑制することができる。

第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。このように、分割導体５ｂの少なくとも端部９において、絶縁層１３、１４が形成されずに導体部１１が露出すれば、端部９において、必ずしも導体部１１同士が一体化していなくてもよい。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１………ステータコア
３………スロット
５、５ａ、５ｂ………分割導体
７………素線部
８………分割部
９………端部
１１………導体部
１２………レーザ
１３、１４………絶縁層
１３ａ………残渣

Claims (8)

1. セグメントコイル用の分割導体であって、
   前記分割導体は、複数の素線部からなる分割部を具備し、
   前記素線部は、導体部と、前記導体部を被覆する絶縁層とを有し、
   前記分割導体は、長手方向に前記導体部をつなぐ接合部を有さずに一体で形成され、
   前記分割導体の少なくとも両端部において、樹脂タイプの絶縁層が形成されずに前記導体部が露出することを特徴とするセグメントコイル用分割導体。
2. 前記分割導体の両端部において、前記樹脂タイプの絶縁層が形成されていない範囲は、前記導体部が一体化されていることを特徴とする請求項１記載のセグメントコイル用分割導体。
3. 前記分割導体の両端部においてのみ前記樹脂タイプの絶縁層が形成されず、前記分割導体の両端部を除く部位が前記分割部となることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセグメントコイル用分割導体。
4. 前記分割導体の両端部から３０ｍｍ以下の範囲で前記樹脂タイプの絶縁層が形成されずに前記導体部が露出することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のセグメントコイル用分割導体。
5. 前記分割導体の両端部の前記導体部は、複数の導体が互いに接合された接合部を有さず、前記分割導体は、長手方向、厚さ方向および幅方向のいずれも、導体同士の接合部を有さない一体構造であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のセグメントコイル用分割導体。
6. 前記分割部の長手方向の中央部の分割数が、前記分割部の他の部位よりも少ないことを特徴とする請求項５記載のセグメントコイル用分割導体。
7. 前記分割部は、複数の前記素線部が前記絶縁層を介して一体化されており、前記分割導体の両端部において、前記素線部の前記の絶縁層が除去されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のセグメントコイル用分割導体。
8. セグメントコイル用の分割導体の製造方法であって、
   一体の導体素材の両端部を除く少なくとも一部を、長手方向に沿って分割して、複数の導体部を形成し、分離された前記導体部の表面に絶縁層を形成して複数の素線部を構成し、
   前記分割導体は、長手方向の少なくとも両端部において導体が一体で形成されることを特徴とするセグメントコイル用分割導体の製造方法。
   

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