JP2020184832A - コイル、ステータ部材、ステータおよびモータ - Google Patents

Abstract

【課題】 バスバーとコイルの端子とを接合（接続）する場合において、位置合わせ等の接合に係る制御を簡素化し、装置（溶接装置、またはステータの製造装置）の小型化を実現するとともに、接合作業の効率化を向上することができる、コイル、ステータ部材、ステータおよびモータを提供する。【解決手段】 コイルは、導体を巻回して構成され、その第一の端子と第二の端子とはコイルの一の面側に導出されている。【選択図】 図２

Description

本発明は、コイル、ステータ部材、ステータおよびモータに関する。

従来、プレス打ち抜きで製造された鋼板を積層して構成されたエッジワイズコイルが知られている。当該エッジワイズコイルは、一例を挙げるとモータのステータ（固定子）などに採用されている。

この場合のステータは、環状のステータコアの内周面に設けられた複数のスロット（ティース）に、成形済みのコイル（エッジワイズコイル）を順次装着し、環状に配置されたコイルのそれぞれの一端を、バスバーに接続して形成される。

より詳細には、環状に配置されたコイルはそれぞれ、一対の端子（長端末）を有している。一対の端子は、コイルの巻き始めと巻き終わりとなる一対の端部を螺旋進行方向に沿って螺旋構造部分（周回部分）より導出させた部分である。一対の端子は、コイルの周回部分の一辺側（例えば、一方の短辺側）に揃え、且つ、一方の端子は、環状に配置されたコイルの内周面となる側に、他方の端子は環状に配置されたコイルの外周面となる側に導出される。そして、両端子は、ステータコアの円周方向に延在する棒状（弧状）または環状のバスバーに溶接等により接続する（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−８９４５６公報

しかしながら、従来のコイルでは、ステータコアに取り付けてバスバーと端子とを接合（接続）する場合、環状に配置されたコイル（ステータコア）の内周面となる側の端子と外周面となる側の端子の間で接合手段（例えば溶接装置、接合装置など）を移動させなければならず、位置合わせ等の接合に係る制御が煩雑となり、接合手段（溶接装置等）の可動域が大きくなることから装置（接合手段、、またはステータの製造装置）の小型化も阻む上、接合作業の効率化にも限界があった。

本発明は、斯かる実情に鑑み，バスバーとコイルの端子とを接合（接続）する場合において、位置合わせ等の接合に係る制御を簡素化し、装置（接合手段）またはステータの製造装置）の小型化を実現するとともに、接合作業の効率化を向上することができる、コイル、ステータ部材、ステータおよびモータを提供しようとするものである。

本発明は、螺旋構造の導体からなる本体部と、該本体部から導出する第一の端子と、第二の端子とを有するコイルであって、前記第一の端子と前記第二の端子とを前記本体部の一の面側に導出させたことを特徴とするコイルである。

また、本発明は、上記のコイルを複数並べたステータ部材である。

また、本発明は、上記のコイルと、前記コイルを取り付けるステータコアと、を有するステータである。

また、本発明は、上記のステータ部材を備えたモータである。

また、本発明は、上記のステータを備えたモータである。

本発明によれば、バスバーとコイルの端子とを接合（接続）する場合において、位置合わせ等の接合に係る制御を簡素化し、装置（接合手段、またはステータの製造装置）の小型化を実現するとともに、接合作業の効率化を向上することができる、コイル、ステータ部材、ステータおよびモータを提供することができる。

本実施形態のコイルを示す図であり、（Ａ）正面図、（Ｂ）上面図、（Ｃ）側面図、（Ｄ）側面図である。 本実施形態のステータ部材を示す上面図である。 本実施形態のステータを示す図であり、（Ａ）コイルにカセットを取り付ける状態を示す側面図であり、（Ｂ）上面図である。 本実施形態のステータ部材の他の形態を示す上面図である。 本実施形態のモータの分解側面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

＜コイル＞
図１は、本実施形態のコイル１０を示す図であり、同図（Ａ）が螺旋構造の軸方向から見た正面図であり、同図（Ｂ）が端子の導出側（同図（Ａ）の上方）から見た上面図であり、同図（Ｃ）が同図（Ａ）を左方向から見た側面図であり、同図（Ｄ）が同図（Ａ）を右方向から見た側面図である。

図１に示すように、本実実施形態のコイル１０は、本体部１１と、第一の端子１２と、第二の端子１３とを有する。本体部１１は、螺旋構造の導体により構成される。また導体は、例えば螺旋構造の進行方向に直交する断面が略矩形状の平導体（平角導体）である。

本体部１１は、長尺の帯状の平導体を例えば巻回して螺旋構造体を形成したものであってもよいし、コイル１０(完成形の螺旋構造体)より短い複数の帯状の平導体（単位平導体）を、帯長手方向に連続するように接続（圧接または溶接など）して螺旋構造体を形成したものであってもよい。具体的に、圧接により接続する場合には、例えば、接合螺旋構造体の１周分領域の長さ以下（または１周分領域を超える長さ）の複数の単位平導体の端面同士をそれぞれ直線部分において帯長手方向に沿って押圧して周分領域を形成し、これを連続させて螺旋構造体を形成することができる。

ここで、本明細書においては、螺旋構造の軸に沿う第一の方向をコイル１０（螺旋構造体）の軸方向Ｃといい、軸方向Ｃに直交し螺旋構造の進行方向の一方向に沿う第二の方向をコイル１０（螺旋構造体）の幅方向Ｗといい、第一の方向と第二の方向に直交し、螺旋構造の進行方向の他の方向に沿う第三の方向をコイル１０（螺旋構造体）の長さ方向Ｌという。

本体部１１の形状は、図１に示す例では、螺旋構造体（巻回）の軸方向Ｃから見た正面図（同図（Ａ））において短辺ＳＳと長辺ＬＳを有する略矩形状であり、幅方向Ｗは短辺ＳＳの延在方向であり、長さ方向Ｌは長辺ＬＳ方向である。

また、螺旋構造体は、同図（Ａ）に破線矢印で示す略矩形状の１周分の領域（以下、「１周分領域ＣＲ」という。）を複数、積層（重畳）した積層体ということもでき、軸方向Ｃは１周分領域ＣＲの積層方向、または厚み方向である。

このように、この例のコイル１０は連続する帯状の平導体によって螺旋構造体を形成した本体部１１を有するいわゆるエッジワイズコイルである。しかしこれに限らず、例えば螺旋構造の進行方向に直交する断面が略円形状の丸導体（丸線導体）を巻回し、または帯状の複数の丸導体を接続（圧接または溶接等）して螺旋構造体を形成したものであってもよい。つまり、本体部１１の形状は、同図（Ａ）に示す正面図において楕円形状（長円形状）であってもよい。

第一の端子１２と第二の端子１３は、１つの本体部１１に対して一対で設けられる。第一の端子１２と第二の端子１３は、コイル１０の巻き始めと巻き終わりとなる一対の端部を螺旋進行方向に沿って本体部１１（螺旋構造部分、周回部分）より外側に導出させた部分（図１においてドットハッチングで示す部分）であり、いずれも本体部１１の幅方向Ｗまたは長さ方向Ｌに沿う同じ一辺側に導出される。図１の例では、略矩形状の螺旋構造体の幅方向Ｗに沿う、一方の短辺ＳＳ側（同図（Ａ）の上側の短辺ＳＳ側）に導出される。第二の端子１３は延在部１４（後述する）を含む。

この例では、第一の端子１２および第二の端子１３は、平導体（単位平導体）の一部として構成され、それぞれ本体部１１と例えば圧接などにより接合される。つまり、第一の端子１２および第二の端子１３をそれぞれ含む平導体と本体部１１（螺旋構造体）との接合部ＣＰは、１周分領域ＣＲの直線部分に設けられる。第一の端子１２および第二の端子１３は、それぞれ本体部１１と溶接などにより接合されてもよい。溶接での接続の場合は、図１に示すように第一の端子１２および第二の端子１３は、平導体（単位平導体）の一部であってもよいし、第一の端子１２および第二の端子１３（ドットのハッチングで示す領域のみの導体）を螺旋構造体に接合する構成であってもよい。

さらに、本実施形態の第一の端子１２と第二の端子１３は、本体部１１の幅方向Ｗと長さ方向Ｌで定義される一の面側に導出される。具体的には、螺旋構造体を１周分領域ＣＲの積層体とした場合、第一の端子１２と第二の端子１３はいずれも、積層体の軸方向Ｃ（厚み方向）の一方の最外周となる１周分領域ＣＲが存在する面側（同図（Ｂ）〜同図（Ｄ）に示す最上面側または最下面側）に位置するように、導出される。

具体的に同図の例では、第一の端子１２は、同図（Ｂ）〜同図（Ｄ）における軸方向Ｃの一方の最外面（例えば、最上層となる１周分領域ＣＲが存在する面）側から導出するように構成され、第二の端子１３は、他方の最外面（例えば、最下層となる１周分領域ＣＲが存在する面）側から、本体部１１の螺旋構造の軸方向Ｃに沿って延びる延在部１４を介して、一方の最外面（最上層となる１周分領域ＣＲが存在する面）側に導出する。つまり、延在部１４は、積層される複数の１周分領域ＣＲを軸方向Ｃ（厚み方向）に渡るように設けられ、本体部１１（積層体）の積層方向の一方の最外面（以下、第一の面Ｓｆ１という）側から導出する第二の端子１３を、積層方向の他方の最外周面（以下、第二の面Ｓｆ２という）側に引き出す部位である。なお、第一の端子１２と第二の端子１３とは説明の便宜上別称しているに過ぎず、これらを入れ替えても同様である。つまり第一の端子１２が延在部１４を有する構成であってもよい。

同様に、積層体の最上層と最下層（上面と下面）とは説明の便宜上別称しているに過ぎず、これらを入れ替えても同様である。

同図（Ｄ）に示すように、延在部１４は、第一の面Ｓｆ１の１周分領域ＣＲの一の長辺ＬＳから導出するように設けられ、積層される複数の１周分領域ＣＲを渡るように螺旋構造体の軸方向Ｃに延びるように曲折し、第二の面Ｓｆ２側で再び螺旋構造体の螺旋進行方向（周回方向）に延びるように曲折する。これにより第一の端子１２と第二の端子１３が第二の面Ｓｆ２側に並ぶように導出する。

＜ステータ部材＞
図２を参照して、本実施形態のステータ部材５０について説明する。同図は環状のステータ部材５０をその軸方向から見た上面概要図である。

ステータ部材５０は、図１に示すコイル１０を複数、互いに長辺ＬＳ部分が隣接するように並べ、環状体を構成したものである。

具体的には各コイル１０（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ・・・）は、それぞれの螺旋構造体の軸（仮想線として破線で示す）が、環状体の中心軸ＣＣ（紙面表裏方向に延びている）上の１点に収束するように配置される。

そして、各コイル１０は上述の如く、第一の端子１２と第二の端子１３とが本体部１１の一の面側（例えば、第二の面Ｓｆ２側）に導出されている。すなわち、複数のコイル１０の全ての第一の端子１２と第二の端子１３は、環状体であるステータ部材５０の同じ周面側（この例では外周面Ｓｆ２側）に、導出される。換言すると、各コイル１０は、それぞれの第一の端子１２と第二の端子１３の導出方向が各コイル１０の長さ方向Ｌ（環状体の中心軸ＣＣに沿う方向）の同じ一方側（同図では外周側）に位置するように揃えて配置される。

従来のコイルおよびそれにより構成されたステータ部材は、第一の端子が環状体であるステータ部材の例えば外周面側に導出され、第二の端子がステータ部材の内周面側に導出されていた。従って、第一の端子および第二の端子を、バスバーなどに接続する際には、バスバーとの接続手段（例えば、接合（圧接）装置（溶接装置）など）をステータ部材の内周面側と外周面側に移動させなければならず、接続に係る制御（例えば位置合わせなどの制御）が複雑・煩雑になったり、接合装置（溶接装置）の可動域が大きくなるために装置（接合装置（溶接装置）や、ステータ（部材）の製造装置など）の小型化も阻む上、接続の作業効率が向上できない問題があった。

しかしながら、本実施形態によれば、複数のコイル１０の全ての第一の端子１２と第二の端子１３が、環状体であるステータ部材５０の同じ周面側（例えば外周面Ｓｆ２側）に導出されるため、バスバーと接合（接続）する場合において、位置合わせ等の接合に係る制御を簡素化し、装置（接合装置（溶接装置）、またはステータ（部材）の製造装置など）の小型化を実現するとともに、接合作業の効率化を向上することができる。

更に、本実施形態では、複数のコイル１０の周方向に隣り合う（周方向に並ぶ）全ての第一の端子１２と第二の端子１３とは、略等間隔となるように配置される。具体的には、一のコイル１０の第一の端子１２と第二の端子１３間の距離が、当該一のコイル１０の第一の端子１２と、隣り合う他のコイル１０の第二の端子１３間の距離と同等（略等間隔）となるように設けられる。

例えば、図１（Ｄ）を参照して、第二の端子１３は、延在部１４が第一の面Ｓｆ１（ステータ部材５０として環状に並べた場合の例えば内周面）の１周分領域ＣＲの一の長辺ＬＳ２から、当該長辺ＬＳ２の延在方向（図１（Ｄ）の右方向）に導出するように設けられ、積層される複数の１周分領域ＣＲを渡るように第二の面Ｓｆ２（ステータ部材５０として環状に並べた場合の例えば外周面）側に向かって、螺旋構造体の軸方向Ｃに延びるように曲折し、外周面Ｓｆ２側で再び螺旋構造体の螺旋進行方向（周回方向）に延びるように（外周面側の１周分領域ＣＲの対応する長辺ＬＳ２に沿って延びるように）曲折して、螺旋構造体から外部に導出される。

また、図１（Ａ），同図（Ｃ）に示すように第一の端子１２は、第二の面（外周面）Ｓｆ２の１周分領域ＣＲの一の長辺ＬＳ１（第二の端子１３が導出している長辺ＬＳ２に対向する長辺ＬＳ１）から、当該長辺ＬＳ１の延在方向に導出する。

そして、図２に示すように、或る一つのコイル１０Ｂにおける第一の端子１２Ｂと第二の端子１３Ｂ間の距離（環状体の周方向に沿う距離）Ｄ２と、コイル１０Ｂの第二の端子１３Ｂと、これと隣り合うコイル１０Ａの第一の端子１２Ａ間の距離（環状体の外周の周方向に沿う距離）Ｄ１とが略等間隔になるように構成されている。同様に、コイル１０Ｂにおける第一の端子１２Ｂと、これと隣り合うコイル１０Ｃの第二の端子１３Ｃ間の距離（環状体の外周の周方向に沿う距離）Ｄ３が距離Ｄ１，Ｄ２と略等間隔になるように構成されている（全てのコイル１０において同様）。

このようにすることで、バスバーと接合（接続）する場合において、より一層、位置合わせ等の接合に係る制御を簡素化し、接合作業の効率化を向上することができる。

なお、上記の例における第一の端子１２および第二の端子１３の導出形状は一例であり、コイル１０の形状に応じて適宜、ステータ部材５０を構成するコイル１０の第一の端子１２と第二の端子１３の間隔Ｄ１，Ｄ２、Ｄ３・・・が等間隔になるように構成すればよい。従って、例えば第一の端子１２が、螺旋構造体の短辺ＳＳ方向に沿う延在部を有し、螺旋構造体の短変ＳＳに沿って一端折り曲げられた後に螺旋構造体から導出させる構造にしてもよいし、第二の端子１３の延在部１４が第一の端子１２に近接又は離間するように、短辺ＳＳ方向に沿って折り曲げた後に螺旋構造体から導出させるようにしてもよいし、第一の端子１２と第二の端子１３のそれぞれの延在部を互いに短辺ＳＳ方向に折り曲げてから螺旋構造体から導出させるようにしても良い。

また、複数のコイル１０の全ての第一の端子１２と第二の端子１３は、環状体であるステータ部材５０の第一の面Ｓｆ２（内周面）側に導出するように構成してもよい。しかしながら、内周面Ｓｆ１側の場合、外周面Ｓｆ２側よりも円周が小さくなるため、第一の端子１２と第二の端子１３間の距離を同等に配置する場合の自由度が狭まる。そして第一の端子１２と第二の端子１３の間隔も狭まり、また、通常は、ステータ部材５０の外側に配置されるバスバーとの接合手段（接合（圧接）装置、溶接装置）の移動距離も長くなる。このため、第一の端子１２と第二の端子１３は、ステータ部材５０の外周面Ｓｆ２側に導出することが好ましい。一方、接合手段をステータ部材５０の内側に配置する場合には、第一の端子１２と第二の端子１３をステータ部材５０の内周面Ｓｆ１側に導出するようにしてもよい。

＜ステータ＞
図３は、本実施形態のコイル１０（ステータ部材５０）を用いたステータ６０の概略を示す図である。同図（Ａ）はコイル１０の取り付け方法の一例を示す図であり、コイル１０をステータ６０の周方向から見た側面図であり、同図（Ｂ）はステータ６０の軸方向から見た上面概略図である。
る。

本実施形態のステータ６０は、ステータコア６１に帯状の導体を巻回するのではなく、環状（円筒状）のステータコア６１の内周面に設けられた複数のカセット（スロット、ティースともいう）６２に、成形済みのコイル（エッジワイズコイル）１０を順次装着し、あるいは、ステータ部材５０を一体的に装着し、環状に配置されたコイル１０のそれぞれの一端をバスバー（不図示）に接続して形成される。

具体的には、同図（Ａ）に示すように複数のコイル１０のそれぞれにカセット６２を取り付ける。

カセット６２は、例えば、ステータ部材５０を構成する複数のコイル１０のそれぞれに対して（１つのコイル１０に対して）２個１組で用意される。２個１組のカセット６２（６２Ａ，６２Ｂ）は、コイル１０の第一の面Ｓｆ１側および第２の面Ｓｆ２側にそれぞれ、鍔部６２Ｃ，６２Ｄを有する。そして、一方のカセット６２Ａの鍔部６２Ｃが形成されていない面側から１つのコイル１０を挿入し、他方のカセット６２Ｂを鍔部６２Ｄが形成されていない面側から重ねて両者を係合し、コイル１０にカセット６２を取り付ける。ステータ部材５０を構成するコイル１０の全てに対して同様にカセット６２を取り付ける。その後、同図（Ｂ）に示すようにカセット６２付きのコイル１０をステータコア６１に取り付ける。カセット６２は例えば、不図示の係合部（嵌合部）などによってステータコア６１に係合（嵌合）される。

あるいは、例えば不図示のバスバーなどによって環状に並ぶ複数のコイル１０が接続されて一体化されたステータ部材５０において、各コイル１０のそれぞれに上述のようにカセット６２を取り付け、カセット６２付きのステータ部材５０をステータコア６１に取り付ける。

バスバーの図示は省略するが、例えば円環状の配線部と、コイル接続端部とが金属部材（例えば、銅板）などの打ち抜き加工にて一体的に構成される。そして、コイル接続端部とコイル１０の第一の端子１２および第二の端子１３とが圧接、溶接、あるいはねじ止めなどにより接合される。

図４は、本実施形態のステータ部材５０の他の形態を示す上面図である。なお、同図においてはカセット６２の記載を省略している。本実施形態のコイル１０の螺旋構造体の形状は、図１に示すものに限らない。例えば、図４に示すように上面視において略台形状、すなわち略四角錘台形状に構成されていてもよい。この場合コイル１０は、螺旋進行方向に向かうにつれて、平導体の幅（螺旋進行方向に交差する方向の長さ）が徐々に狭くなる一方で厚み（螺旋構造体の軸方向の長さ）が徐々に厚くなり、且つ螺旋進行方向に垂直な断面積が螺旋進行方向において等しくなるような平導体で構成するとよい。

また、この例では、第一の端子１２と第二の端子１３は環状体の同一の周面（例えば、外周面）に揃えて導出されていればよく、一のコイル１０の第一の端子１２と第二の端子１３間の距離は、当該一のコイル１０の第一の端子１２と、隣り合う他のコイル１０の第二の端子１３間の距離と同等でなくてもよい。

＜モータ＞
図５は、本実施形態のステータ６０（またはステータ部材５０）を用いたモータ７０の概略を示す分解側面図である。

同図に示すように、上記のステータ６０に対してロータ７３が回転可能となるように組み付けられてモータ（単相モータ、三相モータなど）７０が得られる。具体的には、モータ７０は、例えば、シャフト７１、ハウジング７２、ロータ７３、ステータ６０（図３に示す）等を有する。シャフト７１は柱状部材であり、例えばハウジング７２に設けられたベアリング７４に支持されながら、その中心軸を中心として回転する。シャフト７１の一端には、ギア等の動力伝達機構を介して、駆動対象となる装置(不図示)が連結される。

ロータ７３はその周方向にマグネット(不図示)が配置され、シャフト７１とともに回転する。ステータ６０は例えば、ロータ７３の径方向外側に配置され、ロータ７３を回転させるための力を発生させる。ステータ６０の外部端子（不図示）は、例えばリード線などを介してモータへ電力を供給する駆動回路あるいは電源（いずれも不図示）に接続される。

モータ７０は、電源あるいは駆動回路から、バスバー（不図示）を介してコイル１０に駆動電流を与えると、ステータ６０のカセット６２に磁束が生じる。そして、カセット６２とマグネット(不図示)の間の磁束の作用により、周方向のトルクが発生する。その結果、ステータ６０に対してロータ７３が中心軸を中心として回転する。

また、図示は省略するが、本実施形態のモータ７０は、図３に示すステータ６０により構成されるものに限らず、図１に示したコイル１０または図２に示したステータ部材５０を含んで構成されたものであればよい。

尚、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明は、ステータ及びモータに適用することができる。

１０（１０Ａ，１０Ｂ、１０Ｃ・・・） コイル
１１ 本体部
１２、１２Ａ、１２Ｃ 第一の端子
１３，１３Ａ、１３Ｂ 第二の端子
１４ 延在部
５０ ステータ部材
６０ ステータ
６１ ステータコア
６２、６２Ａ、６２Ｂ カセット
６２Ｃ，６２Ｄ 鍔部
７０ モータ
７１ シャフト
７２ ハウジング
７３ ロータ
７４ ベアリング

Claims (11)

1. 螺旋構造の導体からなる本体部と、該本体部から導出する第一の端子と、第二の端子とを有するコイルであって、
   前記第一の端子と前記第二の端子とを前記本体部の一の面側に導出させた、
   ことを特徴とするコイル。
2. 前記第一の端子と前記第二の端子の一方は、前記本体部の螺旋構造の軸方向に延びる延在部を有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のコイル。
3. 前記本体部は連続する帯状の平導体により螺旋構造体を形成したものであり、前記第一の端子および前記第二の端子のそれぞれと前記螺旋構造体との接合部は、前記平導体の直線部分に設けられる、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のコイル。
4. 前記コイルは、
   前記螺旋構造体の１周分領域の長さ以下の複数の単位平導体が、それぞれの前記直線部分において端面同士を帯長手方向に沿って押圧されることにより略矩形状の前記１周分領域が形成されている、
   ことを特徴とする請求項３に記載のコイル。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のコイルを複数並べたステータ部材。
6. 前記複数のコイルの隣り合う前記第一の端子と前記第二の端子とは、略等間隔に配置される、
   ことを特徴とする請求項５に記載のステータ部材。
7. 前記複数のコイルは環状体を構成するように配置され、
   前記第一の端子と前記第二の端子は、前記環状体の内周面側または外周面側に導出される、
   ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載のステータ部材。
8. 前記第一の端子と前記第二の端子は、前記環状体の外周面側に導出される、
   ことを特徴とする請求項７に記載のステータ部材。
9. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のコイルと、
   前記コイルを取り付けるステータコアと、を有するステータ。
10. 請求項５から請求項８のいずれか一項に記載のステータ部材を備えたモータ。
11. 請求項９に記載のステータを備えたモータ。

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