JP2023147429A - コイルユニットの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 、モータに用いて好適なコイルユニットにおいて、生産性の向上が可能なコイルユニットの製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】 コイルユニット100の製造方法は、導体M0を巻回し、連結部300と、連結部300により連結される複数のコイル12を形成するコイル連結体形成工程と、複数のコイル12のうち少なくとも一のコイル12が他のコイル12に対して相対的に移動するように変形する変形工程を有する。【選択図】図2

Description

本発明は、コイルユニットの製造方法に関する。
従来、モータに用いて好適なコイルの製造方法として、複数のコイルをステータに取り付けた後に、コイル同士を接続部材で接続する方法が知られている。
特開2009-89456公報
しかしながら、従来の接続方法では、環状にコイルを並べた後に上方に突出したコイルの端部を円環状のバスバーに接続するため、接続の方法も溶接やネジ止めなどに限られ、接合部の構成が複雑になるため完成したステータの小型化には限界があった。また、接続のための装置が大型化し、接続の作業も煩雑となる問題もあった。
また、例えば電気自動車に用いられるモータは高出力、高性能が要求されるが、モータの用途によっては、高出力、高性能化より生産性(量産スピード)の向上が望まれる場合もある。
本発明は、このような課題に鑑み、モータに用いて好適なコイルユニットにおいて、生産性の向上が可能なコイルユニットの製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、導体を巻回し、連結部と、該連結部により連結される複数のコイルからなるコイル連結体を形成する工程と、前記複数のコイルのうち少なくとも一のコイルが他のコイルに対して相対的に移動するように変形する変形工程を有する、ことを特徴とするコイルユニットの製造方法に係るものである。
本発明によれば、モータに用いて好適なコイルユニットにおいて、生産性の向上が可能なコイルユニットの製造方法を提供することを目的とする。
本実施形態に係るコイルユニットの外観図である。 本実施形態に係るコイルユニットの製造方法の一例を示すフロー図である。 本実施形態に係るコイルを説明する概略図であり、(A)材料となる導体の外観図、(B)コイルの正面(平面)図、(C)コイルの断面図、(D)コイルの断面図である。 本実施形態に係るコイルユニットの製造方法の一例を示す概略図であり、(A)平面図、(B)上面図である。 本実施形態に係るコイルユニットの製造方法の一例を示す概略図である。 本実施形態に係るコイルユニットの製造方法の一例を示す概略図である。 本実施形態に係るコイルユニットの製造方法の一例を示す概略図であり、(A)上面図、(B)平面図、(C)平面図である。 本実施形態に係るコイルユニットの適用例を示す概略平面図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本図及び以降の各図において、一部の構成を適宜省略して、図面を簡略化する。そして、本図及び以降の各図において、部材の大きさ、形状、厚み等を適宜誇張して表現する。
図1は、本実施形態のコイルユニット100の一例を示す外観図であり、コイルユニット100を構成する或るコイル12の仮想軸(螺旋の軸)AX方向から視た正面図である。
本実施形態のコイルユニット100は、複数(ここでは3個)のコイル12(12A~12C)が連結部300によって連結されて構成される。3個のコイル12はそれぞれ、例えば導体を螺旋状に巻回した所謂集中巻きコイルである。3個のコイル12は例えば、その長手方向が隣り合うように並べて配置され、隣り合うコイル12同士が連結部300(300A,300B)により連結されている。また、コイルユニット100は、3個のコイル12と連結部300とが一体的に絶縁樹脂で覆われている。
図2は、本実施形態のコイルユニット100の製造方法の流れの一例を示すフロー図である。本実施形態のコイルユニット100の製造方法は、導体を巻回し、連結部300と、連結部300により連結される複数のコイル12を形成するコイル連結体形成工程(ステップS11)と、一のコイル12が他のコイル12に対して相対的に移動するように変形する工程(ステップS13)と、コイル連結体102を焼鈍する工程(ステップS15)と、コイル連結体102を一体的に樹脂材料により被覆する工程(ステップS17)を有する。
[コイル連結体形成工程(ステップS11)]
まず、導体を巻回して、連結部300と、該連結部300により連結される複数のコイル12からなるコイル連結体102を形成する。
図3は本実施形態の1つのコイル12を説明する図であり、同図(A)は材料となる導体M0(金属線材)の外観図、同図(B)はコイル12を仮想軸AX方向から視た正面(平面)図、同図(C)は同図(B)のX-X線断面図、同図(D)は同図(B)のY-Y線断面図である。
図3(A)に示すように、コイル12の材料は、例えば、長尺の導体M0であり、詳細には例えば、導体M0の延在方向(長手方向、螺旋進行方向)に交差(直交)する断面形状(以下、これを単に「導体の断面形状」という。)が略円形状である金属線(丸線導体)M0である。導体M0は一例としてアルミニウムを主原料とする金属線である。アルミニウムを主原料とする金属線とは、アルミニウムまたはアルミニウム合金により構成された金属線をいい、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金を50%以上含む金属の線状材料である。
図3(B)~同図(D)に示すように、まず導体M0を螺旋状に巻回してコイル12を形成する。コイル12は、或る仮想軸AXを中心に導体M0を周回させ、その1周回分の領域(以下、「1周分領域CR」という。)を、仮想軸AXの延在方向に重ねるように連続させた螺旋構造体であり、いわゆる集中巻きのコイルである。仮想軸AXは、螺旋(コイル)の軸であり、以下、螺旋軸AXと称する。また複数の1周分領域CRが重なり、螺旋構造を構成する領域をコイル12の周回領域という。
コイル12は例えば、同図(B)から同図(D)に示すように、巻回(螺旋)の1周(1ターン)分の領域(1周分領域CR)として短辺SSと長辺LSとが存在する略矩形状となるように巻回されている。なお、このコイル12は、図示の形状に限らず、導体M0を巻回したものであればよい。つまりコイル12の平面視形状は、(略)長円形状や(略)楕円形状や、略円形状であってもよい。例えば、モータの部品としてステータへの取り付けるコイル12を製造する場合、コイル12は平面視において一方向に長い形状に巻回すると好ましい。また、ここでは一例として、コイル12の両端は、導出部TOとして螺旋の周回領域(1周分領域CRが重なる部分)より外側に位置する。
図4は、複数(ここでは3個)のコイル12を連結部300で連結させたコイル連結体102(第一形状のコイルユニット)の外観図であり、同図(A)が螺旋軸AX方向から視た図(平面図)であり、同図(B)が同図(A)を図示上方から視た概略図(上面図)である。
コイル連結体102は、この例では3つのコイル12A~12Cが連結部300によって連結された構成である。以下、3つのコイル12A~12Cを区別する必要がある場合は、説明の便宜上、第一コイル12A,第二コイル12B,第三コイル12Cと称する。
コイル連結体102は、図3(A)に示す導体M0により形成する。より詳細には、導体M0を所望のターン数で巻回し、第一コイル12Aを形成する。第一コイル12Aの端部T1は導出部TO1となる。そして当該第一コイル12Aの他の端部T2を非巻回状態で所定の長さ確保し、それに連続して第二コイル12Bを巻回する。第二コイル12Bの端部T3と、第一コイル12Aの端部T2とは連続し、端部T2,T3間の非巻回状態の導体M0が連結部300(300A)となる。同様に、第二コイル12Bの他の端部T4を非巻回状態で所定の長さ確保し、それに連続して第三コイル12Cを巻回する。第三コイル12Cの端部T5と、第二コイル12Bの端部T4は連続し、端部T4,T5間の非巻回状態の導体M0が連結部300となる。第三コイル12Cの他の端部T6は、他の導出部TO2となる。
この例では、3つのコイル12A~12Cの平面視の配置として、図4(A)に示すように三角形状(略Y字状)に配置し、それぞれを連結部300で連結している。しかしながら、それぞれのコイル12が所定長さの連結部300で連結した構成であれば、3つのコイル12A~12Cの配置はこの例に限らない。例えば3つのコイル12A~12Cが互いに連結部300を介して接続され、長辺LS同士が平行となるように横並びになるように配置される構成であってもよい。
この例では図4(B)に示すように、螺旋軸AXをR方向から視た場合において、3つのコイル12A,12B,12Cは螺旋の巻き方向(巻回の方向)が同一であり、例えばいずれも反時計回り(左巻き)に巻回されている。3つのコイル12A,12B,12Cはいずれも時計回り(右巻き)に巻回されていてもよい。
このようにして、連結部300と、該連結部300により連結される複数(ここでは3つ)のコイル12A~12Cからなるコイル連結体102が形成される。導出部TO1、TO2と連結部300はいずれもコイル12A~12Cの螺旋の周回部分より外側に位置する。
[変形工程(ステップS13)]
次に、複数のコイル12のうち少なくとも一のコイル12が他のコイル12に対して相対的に移動するように変形する工程(変形工程)について、図5を参照して説明する。図5はコイル連結体102を螺旋軸AX方向から視た平面図である。コイル連結体102は、3つのコイル12A~12Cが導体M0の連結部300(300A,300B)により連結されている。
本工程では、複数のコイル12A~12Cのうち、少なくとも一のコイル12が他のコイル12に対して相対的に移動するように変形する。具体的には、少なくとも一のコイル12が、他のコイル12に隣接(近接)する位置に移動するように連結部300を変形する。連結部300の変形は、例えば、曲げ変形および/または捻じり変形であり、伸長が含まれてもよい。
具体的に説明すると、この例では、図5(A)に示すように、連結部300(300A,300B)は所定の長さを有し、3つのコイル12A~12Cが略Y字状の位置に離間して配置されている。本工程では連結部300を変形する(例えば、所定の方向に折り曲げる)ことで、離間している3つのコイル12A~12Cを互いの長辺LS同士が隣接または近接するような位置(例えば、横並びとなる位置)に移動させる。ここで図5(A)に示す状態では、3つのコイル12A~12Cは、例えばほぼ一の水平面内に配置されている。より厳密には、コイル12A~12Cのそれぞれの少なくとも最上層または最下層(最外周または最内周)の1周分領域CRは略同一面内に配置されている。
そして例えば、図5(B)に示すように、第三コイル12Cを、螺旋の軸AXの延在方向は維持したまま、第二コイル12Bの周りを回転させてその右側に隣接するように連結部300Bを折り曲げる(同図(C))。3つのコイル12A~12Cが、ほぼ一の水平面内に配置されている場合には、例えば同図(B)の変形に際し、第三コイル12Cの一部と第一コイル12Aの一部(例えば、破線丸印付近など)が干渉する場合がある。そのような場合は、第二コイル12Bの周りを回転するように第三コイル12Cを移動させつつ、第三コイル12Cをその螺旋軸AX方向にも移動させるように捻じる変形を加える。
そして同図(D)に示すように第一コイル12Aを、螺旋の軸AXの延在方向は維持したまま、第二コイル12Bの周りを回転させ、その左側に隣接するように連結部300Aを変形させる(同図(E))。なお、連結部300の変形の順は上記の例に限らない。例えば、連結部300Aの変形により第一コイル12Aの位置を移動させた後に連結部300Bを変形させて第三コイル12Cの位置を移動させてもよい。
これにより、それぞれの長辺LSが隣接すように3つのコイル12A~12Cが横並びとなったコイル連結体102が得られる。
図6は、図5(A)に示す状態から連結部300を変形させる他の例を示す図である。図6に示すように、第一コイル12Aを、螺旋の軸AXの延在方向は維持したまま、第二コイル12Bの右側に隣接するように連結部300Aを変形し(折り曲げ)、第三コイル12Cを、螺旋の軸AXの延在方向は維持したまま、第二コイル12Bの左側に隣接するように連結部300Bを変形し(折り曲げて)、図6(B)に示すように3つのコイル12A~12Cが互いに横並びで隣接したコイル連結体102を形成してもよい。
図7は、コイル12A~12Cの連結状態および、連結部300の変形の他の例を示す概要図である。図7(A)は図4(B)に対応するコイル連結体102の上面図であり、図7(B)、同図(C)はコイル連結体102を螺旋の軸方向から視た平面模式図である。
図7(A)に示す例では、螺旋軸AXをR方向から視た場合に、連結部300で連結される3つのコイル12A~12Cは、螺旋の巻き方向(巻回の方向)が互いに異なり、すなわち巻き方向が互いに逆方向になるように変化する。例えば、第一コイル12Aは時計回り(右巻き)に巻回され、第二コイル12Bは反時計回り(左巻き)に巻回され、第三コイル12Cは時計回り(右巻き)に巻回されている。なお、それぞれ上記と逆方向の巻回でもよい。
この場合は例えば、図7(B)に矢印で示すように連結部300Aを、連結部300A(導体M0)の軸周りに回転させるように捻じりながら、第一コイル12Aを第二コイル12Bの右側に位置するように移動させる。また連結部300Bを、連結部300B(導体M0)の軸周りに回転させるように捻じりながら、第三コイル12Cを第二コイル12Bの左側に位置するように移動させる。
これにより、同図(C)に示すようにそれぞれの長辺LSが隣接するように3つのコイル12A~12Cが横並びとなったコイル連結体102が形成される。
いずれの場合も、連結部300の変形後のコイル連結体102は、例えば、各コイル12の長辺LSを隣接(近接)するように並べて配置され、各コイル12の周回領域とは重ならない位置(この例では各コイル12の螺旋(周回領域)の上方)において連結部300(300A,300B)により連結されている。
なお、3つのコイル12A~12Cの巻き方(巻回方向)および/または連結部300の変形方法は一例であり、図示のものに限らず、他の巻き方、他の変形を行ってもよい。
また、連結部300の変形後の3つのコイル12A~12Cの位置関係は、図1、図5(E)、図6(B)、図7(C)などに示す横並びのものに限らない。コイル12A~12C間の距離は図示のものより離間していてもよいし、横並びではなく例えば、有るコイル12の長辺LSに対して他のコイルの長辺LSが傾斜するように配置するなど、任意の配置を選択できる。
[焼鈍工程(ステップS15)]
次に、必要に応じて、コイル連結体102を焼鈍し、所望の形状に変形する。この変形は例えば、後の被覆工程のための変形であり、コイル12A~12Cのそれぞれにおいて、各1周分領域CR周の間、および/または連結部300A、300Bの間に樹脂の付着(被覆)が可能な程度に離間させる。また、例えば所望の端子と接続するための導出部TO(TO1,TO2)の変形を行ってもよい。
なお、焼鈍工程は、本工程に加えて連結部300の曲げ工程の前に行ってもよいし、本工程に替えて、連結部300の曲げ工程の前に行ってもよい。
[被覆工程(ステップS17)]
次に、コイル連結体102の導体M0の表面を絶縁樹脂で被覆する。これにより、図1に示すようなコイルユニット(第二形状のコイルユニット)100が形成される。絶縁樹脂の被覆は例えば、電着塗装により行う。コイル12A~12Cの螺旋の各周は、焼鈍後の成型によって離間されており、螺旋構造の全体にわたって(長尺の1本の導体の表面が)、塗料液との十分な接触が可能となる。
コイルユニット100は、例えば3個のコイル12が一体的に絶縁樹脂で覆われている。コイルユニット100は、各コイル12の螺旋を展開した場合には1本の導体となるが、絶縁樹脂はその1本の導体の表面を覆う。つまり、それぞれのコイル12の周回領域部分において、それぞれの1周分領域CRは他の1周分領域CRと絶縁樹脂により絶縁される。
なお、絶縁樹脂の被膜は、絶縁樹脂材料の吹き付けや、絶縁樹脂のインジェクションモールドなどにより行ってもよい。
なお、本実施形態では3つのコイル12A~12Cを連結させる構成を例示したが、コイル12の接続数はこの例に限らない。例えば、5個のコイル12を連結部300にて連結させる構成であってもよい。
また、図示は省略するが、必要に応じてコイルユニット100(またはコイル連結体102)の導出部TO1、TO2の少なくとも一方に、外部接続部材を接続する。外部接続部材は、例えば、端子またはバスバーである。外部接続部材と導出部TO1,TO2の接合は例えば、両者の端面同士を突き合わせて押圧する圧接(冷間圧接)により行うことができる。この接合は例えば、溶接や、導電性接着剤による接着であってもよい。この外部接続部材は、導体M0(例えば、アルミニウムを主成分とする金属材料)と同じ金属材料(例えば、アルミニウムを主成分とする金属材料)であってもよいし、導体M0と異なる金属材料(例えば、銅を主成分とする金属材料(銅または銅合金など)であってもよい。例えば、導出部TO1、TO2を十分長く確保して連結部300の曲げ工程などで所望の形状に変形し、それを外部接続部材(例えば、バスバー)としてもよい。そのようにすることで別途、外部接続部材を接続することなく、バスバー付きのコイルユニット100を形成できる。
導出部TO1,TO2に後発的に外部接続部材を接続する場合は、例えば、絶縁樹脂の被覆前に行うとよい。あるいは絶縁樹脂の被覆後に、導出部TO1,TO2部分の絶縁樹脂を剥離し、接続してもよい。
<ステータ部材>
図8は、上記のコイルユニット100を複数組(ここでは4組)連続させて構成したステータ部材800の一例を示す平面概略図である。
4組のコイルユニット100(100A~100B)は、接続部(バスバー)400によって連結される。接続部400は例えば、4組のコイルユニット100に連続する導体で構成できる。それぞれのコイルユニット100は、例えば図1に示すものと同様である。具体的には、1本の導体M0を巻回し、例えば3個一組のコイルユニット100を4組形成する。各コイルユニット100はそれぞれ、3個のコイル12が所定長さの連結部300を介して連続するように巻回され、連結部300の変形により、3個のコイル12が隣接するように構成されている。またさらに、4組のコイルユニット100のそれぞれは所定長さの接続部(バスバー)400を介して連続するように巻回される。
これにより、同図に示すような4組のコイルユニット100(100A~100B)が接続部(バスバー)400により連結したステータ部材800が形成される。この場合接続部400は、コイルユニット100と例えば、同材料である。
あるいはまた、4組のコイル連結体102と、外部接続部材となる接続部400とを、圧接などによって接続して形成してステータ部材800を形成してもよい。この場合、接続部400(外部接続部材)は、4組のコイルユニット100(100A~100B)のそれぞれの導出部TOと接続する。この場合接続部400は、コイルユニット100と同材料であってもよいし異なる材料(例えば銅など)であってもよい。
なお、このようなステータ部材800を形成する場合には、連続する複数組のコイル連結体102を形成後(複数組のコイル連結体102を接続後)に、絶縁樹脂の被覆工程(ステップS17)を行うようにしてもよい。
このステータ部材800を更に複数形成し、円環状のステータコア(不図示)に取り付けることで、複数のコイル12が円環状に配置されたステータが構成される。例えば、一組のコイルユニット100を構成する3つのコイル12A~12C(あるいは、各コイルユニット100)の電流または電圧の位相をそれぞれ異ならせ、例えば、U相、V相、W相とすることで、三相モータのステータ部材800を製造できる。
なお、図8に示すステータ部材800は、コイル12の螺旋軸AX方向が、モータの軸方向に直交するラジアルギャップ型のモータに採用されるものである。しかしこれに限らず、本実施形態のコイルユニット100の製造方法によれば、コイル連結体102の形状(巻き方、配置)や、連結部300の変形の態様を適宜変更することで、コイル12の螺旋軸AX方向が、モータの軸方向と平行になるアキシャルギャップ型のモータに採用されるステータ部材を形成することもできる。
以上、本実施形態では、導体M0は、その断面形状が略円形状の丸線導体である場合を例に説明したが、導体M0の形状はこれに限らない。例えば、導体M0はその断面形状が長円(楕円)形状の平丸線であってもよいし、導体M0の断面形状が略角丸矩形状の角丸角線または角丸平角線であってもよいし、導体M0の断面形状が略矩形状(多角形状)の角線または平角線であってもよい。
以上本実施形態によれば例えば、モータ部品として好適なコイル12を複雑な工程や装置を必要とせず、シンプルな装置および工程で製造でき、製造コストを低減できるとともに、生産性(量産スピード)を向上させることができる。
繰り返しになるが、本実施形態の導体(例えば導体M0)は、例えば、銅を主成分とする金属材料やアルミニウムを主成分とする金属材料などである。導体は、複数の金属材料が長手方向に接続されて構成されてもよく、例えば、銅を主成分とする金属材料およびアルミニウムを主成分とする金属材料を端面同士で押圧して連続させて(これらを1回または複数回繰り返して)1本の導体としたものであってもよい。つまりコイル12の周回途中において異なる金属材料に変化するものであってもよい。また、コイルユニット100を構成する複数のコイル同士が、異なる金属材料で構成されてもよい。
さらに、上記の実施形態では、コイル12として、導体を螺旋状に巻回した集中巻きのコイルである場合を例示したが、これに限らず、仮想軸を中心とする周回領域(1周分領域CR)が、一方向(例えば、ステータの周方向)にずれるように巻回される、いわゆる分布巻き、波巻きのコイルであってもよい。
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。
12 コイル
12A 第一コイル
12B 第二コイル
12C 第三コイル
100 コイルユニット
102 コイル連結体
300 連結部
300A、300B 連結部
400 接続部(バスバー)
800 ステータ部材
AX 螺旋軸(仮想軸)
LS 長辺
M0 導体

Claims (4)

  1. 導体を巻回し、連結部と、該連結部により連結される複数のコイルからなるコイル連結体を形成する工程と、
    前記複数のコイルのうち少なくとも一のコイルが他のコイルに対して相対的に移動するように変形する変形工程を有する、
    ことを特徴とするコイルユニットの製造方法。
  2. 前記変形工程では、一のコイルが前記他のコイルに隣接するように前記連結部を変形する、
    ことを特徴とする請求項1に記載のコイルユニットの製造方法。
  3. 前記変形工程の後に、前記コイル連結体の焼鈍を行う、
    ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のコイルユニットの製造方法。
  4. 前記変形工程の後に、前記コイル連結体を樹脂で被膜する、
    ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のコイルユニットの製造方法。
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