JP4699961B2 - 回転電機用コイルとその製造方法、並びに回転電機とその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機用コイルとその製造方法、並びに回転電機とその製造方法に関し、特にアキシャル型の回転電機用コイルおよび回転電機とそれらの製造方法に関する。

従来、ディスク状の回転電機子コイル等を備えたアキシャル型の回転電機（電動機／発電機）が知られている。アキシャル型の回転電機は、ラジアル型（径方向空隙）の回転電機に比して軸方向の長さを短くすることができるため、オーディオ機器、ビデオレコーダ、コンピュータのディスクドライブ、自動車用ラジエータファン、ウィンドーリフト等、軸方向長さを抑制する必要のある用途で広く使用されている。

ところで、従来のアキシャル型回転電機に用いられるコイルとして、板状の導電材料（銅やアルミニウム）に、プレス等によってコイルパターンを形成し、そのコイルパターンを絶縁シート等に固定した上で、異なるコイルパターン同士をハンダ付けや溶接によって接続したディスク状コイルが知られている。このようなディスク状コイルの従来例としては、特許文献１〜３に記載されたものが知られている。

また、アキシャル型回転電機に用いられる別のタイプのコイルとして、マグネットワイヤを巻回した成形コイルユニットを周方向に必要数配設してディスク状コイルとする方法が知られている。

ここで、回転電機用コイル等やこれに関連する先行技術の公知文献として、以下の特許文献１〜１０を挙げる。
米国特許第３０９０８８０号公報 米国特許第３１８９７７０号公報 米国特許第３１４４５７４号公報 米国特許第３９４４８５７号公報 米国特許第６４１１００２号公報 特開昭５９−１６５９３５号公報 米国特許第３４８８５３９号公報 特公昭４８−４４２号公報 米国特許第３７９０８３５号公報 米国特許第５７４４８９６号公報

特許文献１〜３に記載されたディスク状コイルは、プリント基板の製造技術を応用して形成されるものであり、絶縁基板上に固定されるコイルパターンは非常に薄いものなので、必然的にコイルに流せる電流量が制限されてしまう。このため、特許文献１〜３に記載のコイルでは、数百Ｗ〜数ｋＷ程度の小出力の回転電機への適用に限られていた。

回転電機用コイルを高出力／高トルク用のものにするには、コイル断面積を増やしてその電流容量を高める必要がある。そこで、特許文献４〜６のように、プリント基板を多段に積層し、スルーホール等を介して異なるコイルパターン同士を電気的に結合させる方法も知られている。このようなコイルでは、プリント基板の多段化に伴ってコイル厚みが比例的に増加し電流容量が増加するが、同時にプリント基板の絶縁層部も多段化されるため、磁気的なギャップ量が増加し、磁束量の低下や回転電機の出力減少を招く。

特許文献７，８のように、曲げや抜き打ち等の機械加工を行って必要な断面積を備えたバー状のハーフコイル導体を２層用意し、その間に絶縁基材を備えたコイルも知られている。２層のハーフコイル導体の端部は、コイルループを形成するように、溶接等で接合することでディスク状コイルが形成される。しかし、このようなコイルにおいて、渦電流損低減や高電圧化等の目的で磁束と直交するハーフコイルの導体幅を細くし、導体本数を多くすると、ハーフコイル導体の剛性が低下し、ハーフコイル導体の形状を高精度に加工することや２層のハーフコイルを接続する際の位置合わせが困難になる。またハーフコイルの接続部幅は小さくなり、接続部の数も増えるため、溶接等の接合処理も難しくなる。

特許文献９および１０に記載の構成では、コイルユニットにおいてトルクに有効となるストレート状の２辺を、他のコイルユニットの２辺と相互に隣合うように配置させて、磁石と対向するコイル部の厚さを、コイルエンド渡り部の厚さよりも薄く保つことで、磁気的なエアギャップの増加による磁束量の低下を抑制している。このような構成では、コイルユニットが重なるコイルエンド渡り部を、磁石との対向領域外に配置させるために、コイルエンド渡り部を磁石対向面よりも内周側および外周側に余分に張出させる必要がある。この結果、コイルループの経路長が長くなり、コイルの抵抗値が増加する。

コイルエンド渡り部の径方向長さを抑制するため、コイルエンド渡り部を曲げ起こしたり、他のコイルユニットのコイルエンド渡り部と共に所望の形状に成形する等の処置がされるものもある。しかし、コイルユニットは、複数の素線が束ねられた構成のため、上述の成形を行うと、使用可能なコイルユニット用の素線径は制限されてしまう。すなわち、大電流に対応するために素線径を太くすると、コイルエンド渡り部の曲げや成形が困難になり、逆に細線を束ねて多数の素線を並列に接続して必要な胴体断面積を確保する構成にすると、個々の素線同士の電気的な接続が必要であり、素線数が増えるほど電気的接続部の信頼性は低くなる。また、通常用いられるマグネットワイヤは丸線であり整列巻が困難なため、特許文献９，１０の構成では、コイルにおける導体占積率が低くなってしまう。

特に、コイルがスロットレスやコアレス等の構成で使用される場合、コイルが占めるスペースは磁気回路のエアギャップ中となり、コイル厚さの増加はエアギャップの増加となって磁束量の低下を招くため、回転電機の出力およびトルクの低下につながる。この出力およびトルクの低下を抑えるためには、エアギャップ中の磁束量を増加させる必要があるが、磁束を増やすために磁石使用量を増やすと、回転電機の大型化や重量増、コストアップを生じさせてしまう。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、高い導体占積率と形状精度を備え、製作容易かつ大電流使用が可能な回転電機用コイルとその製造方法、並びに回転電機とその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の回転電機用コイルは、回転電機のステータに用いられる回転電機用コイルであって、回転電機用コイルは、それぞれにスリットによって配線パターンが形成された、少なくとも２層の、所定の径方向幅を有する環状のコイルプレート要素を有し、異なるコイルプレート要素同士は、中間部において離間しつつ内周部および外周部において接合されることで、コイル巻線パターンを形成するための前記配線パターンを有するコイルプレートを構成するものであって、コイルプレート要素は、エッチングによってスリットおよび配線パターンが形成された、所定数の薄型金属板を積層接合することで形成され、配線パターンは、周方向に等間隔で配列された複数の折れ線状コイルセグメントで構成され、対向して設けられた異なる前記コイルプレート要素の前記配線パターン同士は反転状態で接合される。

上記の回転電機用コイルでは、絶縁性と加工性を考慮した上で極力細い幅のスリットを形成することによって導体占積率が高められるため、コイルの低抵抗化が可能となる。また、ステータコイルを薄型プレートで製作することで、回転電機自体が非常に薄いアキシャルディスク型回転電機を実現する。

さらに、上記の回転電機用コイルでは、コイルプレート要素を層構造に接合するため、コイル全体形状をコンパクトにすることができる。本発明の回転電機を例えば、インホール型モータに適用する場合、モータがホイール内で占める軸方向サイズを抑えることができ、ブレーキやサスペンション、支持構造部材等、ホイール周りのレイアウトの自由度を高めることができる。

本発明に係る回転電機用コイルによれば、高い導体占積率と形状精度が実現でき、製造が容易であって大電流の使用も可能である。

以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。

本発明の回転電機用コイルは、電動機（モータ）および発電機の両方に使用することが可能であるが、以下の実施形態では、電動機（モータ）に適用した例を説明する。

最初に、図１〜図５を参照して、本発明に係る回転電機用コイルが適用されたアキシャル型モータの一例の全体構成を説明する。この実施形態では、モータ１０は、車両に装備される複数のホイール（車輪）の各々の内部に完全に収納されて各ホイールを直接に回転駆動するインホイール型の車両駆動用回転電機の例を示している。

なお本発明に係る回転電機用コイルは、インホイールモータには限定されず、同様な構造・形状を有するモータに一般的に適用できるのは勿論である。

図１はモータ１０の縦断面図を示し、図２はインナー側のモータ側面の外観斜視図を示し、図３はアウター側のモータ側面の外観斜視図を示し、図４はモータ１０の回転系部分を取り出した縦断面図を示し、図５はモータ１０の分解組立て図を示している。

モータ１０は上記の通りホイールに直接に組み込まれるモータである。従って図１において、線Ｌ１を境界線としてみなすと、境界線Ｌ１の右側が車両の車体側になり、左側がホイール側になる。車両の車体を基準にして考えると、図１中、境界線Ｌ１の右側がインナー側となり、その左側がアウター側となる。

モータ１０は、その構成要素を大きく分けると、車体側に固定される円柱形状を有するシャフト状センター部１００と、当該シャフト状センター部１００の周囲に固定される略円板形状のステータ２００と、ステータ２００の両側からステータ２００を覆うごとく配置されかつ上記シャフト状センター部１００の周囲に回転自在に設けられる略円板形状のロータ３００とから構成されている。

シャフト状センター部１００とステータ２００には、冷却システム４００と給電システム５００が組み付けられている。ステータ２００は、後述するごとく、その周囲環状領域に設けたステータコイル２０１を備える。さらにステータ２００は、その中央部にステータホルダアッセンブリ２０２が付設される。

上記のシャフト状センター部１００とステータ２００は、図示しない車両の車体に固定される。シャフト状センター部１００とステータ２００は静止系を構成している。

ロータ３００は、ステータ２００を基準にして、車体側に位置するインナーロータ３０１と、ホイール側に位置するアウターロータ３０２とから構成される。ステータ２００は、インナーロータ３０１とアウターロータ３０２により、両側面側から挟まれる位置関係にて配置されている。インナーロータ３０１は、インナー用シール付ボールベアリング軸受構造３０３によりシャフト状センター部１００の周りに回転自在に取り付けられている。アウターロータ３０２は、アウター用シール付ボールベアリング軸受構造３０４によりシャフト状センター部１００の周りに回転自在に取り付けられている。インナー用シール付ボールベアリング軸受構造３０３およびアウター用シール付ボールベアリング軸受構造３０４は、いずれも、その内輪部は固定静止され、かつその外輪部が回転するタイプの軸受構造である。

インナーロータ３０１とアウターロータ３０２は、その外周縁の円周部で嵌合されており、かつ結合されている。インナーロータ３０１とアウターロータ３０２は一体となってロータ３００として回転するように構成されている。インナーロータ３０１とアウターロータ３０２から成るロータ３００は、図示しないホイールに連結されている。

さらにインナーロータ３０１とアウターロータ３０２は、いずれも、上記ステータ２００のステータコイル２０１が設置された領域に対向する領域に、円周方向に配列させた複数の磁石３０５ａ，３０５ｂを備えている。磁石３０５ａ，３０５ｂはいわゆるハルバッハ配列構造で配列されている。この結果、漏れ磁束が最小化されるのと同時に、ヨーク無しによる軽量化も図られている。なお磁石３０５ａ，３０５ｂの材質は、例えばＮｄ−Ｆｅ−Ｂである。さらにインナーロータ３０１とアウターロータ３０２の材質には、その剛性および軽量化のため、アルミニウム合金（Ａ２０１７）を使用している。

ステータ２００のステータコイル２０１に対して各相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の電流を給電すると、ステータ２００のステータコイル２０１と、インナーロータ３０１およびアウターロータ３０２の各磁石３０５ａ，３０５ｂとの間に電磁誘導作用が生じ、ロータ３００が回転動作する。ロータ３００が回転すると、これに結合されたホイールが回転することになる。

図２や図３に示されるごとく、モータ１０は全体として薄い円盤の形状を有するように形成される。

特に図２に示されるごとく、モータ１０の中心部に位置する静止系のシャフト状センター部１００を利用して、冷却システム４００と給電システム５００の各インターフェイス部分（冷却液供給管４０１と冷却液排出管４０２、給電用端子部材５１１ａ等）を集約して設けている。図２に示されるように、モータ１０の車体側の側面の中央部、すなわちインナーロータ３０１側のシャフト状センター部１００の端面部には、それぞれ１本の冷却液供給管４０１と冷却液排出管４０２が突出しており、さらに６つの給電端子５１１ａが設けられている。なお図２で、符号５１０は給電バスバーモジュールを示している。

また図１において、符号５１１はインターフェイスバスバーを示し、符号５１２は絶縁カラーを示している。

図４において、ボールベアリング軸受構造３０３，３０４はボールベアリング３０３ａ，３０４ａと外輪部３０３ｂ，３０４ｂのみを示している。アウター用のボールベアリング軸受構造３０４では、組合せアンギュラ玉軸受を背面合わせで用いた軸受構造が設けられている。

さらに図４において、インナーロータ３０１はハウジング３０１Ａを有する。ハウジング３０１Ａは全体が略円板状形態を有し、中央筒部３０１Ａ−１は外方に突出している。中央筒部３０１Ａ−１の端部内側に上記外輪部３０３ｂが締結具３１１で結合されている。ハウジング３０１Ａの周囲リング状領域部３０１Ａ−２の内側面には上記の磁石３０５ａが円周方向に所定数固定して配置されている。アウターロータ３０２も同様にハウジング３０２Ａを有している。ハウジング３０２Ａは略円板状形態を有し、中央筒部３０２Ａ−１の内周部には上記外輪部３０４ｂが締結具３１２より結合されている。ハウジング３０２Ａの周囲リング状領域部３０２Ａ−２の内側面には上記の磁石３０５ｂが円周方向に所定数固定して配置されている。

図４において、３１３はインナーロータ３０１のハウジング３０１Ａとアウターロータ３０２のハウジング３０２Ａとの間の突合せ嵌合部である。突合せ嵌合部３１３は全周囲に渡って形成されている。

次に、図５を参照してモータ１０の分解組立て構造を説明する。中心軸部にシャフト状センター部１００が組み付けられたステータ２００が配置され、そのインナー側にインナーロータ３０１が配置され、そのアウター側にアウターロータ３０２が配置される。ステータ２００のインナー側には、シャフト状センター部１００の右端部をインナーロータ３０１のボールベアリング軸受構造３０３の内輪部３０３ｃの孔に固定することによりインナーロータ３０１を装着する。ステータ２００のアウター側には、シャフト状センター部１００の左端部をアウターロータ３０２のボールベアリング軸受構造３０４の内輪部３０４ｃの孔に固定することによりアウターロータ３０２を装着する。この時、インナーロータ３０１のハウジング３０１Ａとアウターロータ３０２のハウジング３０２Ａとの間の周縁突合せ部を突き合せて上記突合せ嵌合部３１３を形成し、インナーロータ３０１とアウターロータ３０２を結合する。突合せ嵌合部３１３におけるハウジング３０１Ａとハウジング３０２Ａとの嵌め合せ構造と、磁石３０５ａ，３０５ｂの間の吸引力を利用することで、ハウジング３０１Ａ，３０２Ａの接続に関してボルトレス化を図っている。

上記において、ステータ２００とインナーロータ３０１とアウターロータ３０２のそれぞれは、予めモジュール化して組み立てられている。

上記の組付け状態において、インナーロータ３０１からさらにインナー側に突き出たシャフト状センター部１００の右端部には軸受構造脱落防止部材３１４が固定される。またアウターロータ３０２からさらにアウター側に突き出たシャフト状センター部１００の左端部には、雌ネジ部３１５にリング部材３１６を介してナット３１７を螺着することにより、アウターロータ３０２がシャフト状センター部１００に回転可能に固定される。

なお図５において、インナーロータ３０１のアウター側の最外面部には実際には磁石飛散防止カバーが付設されているが、説明の便宜上、磁石３０５ａの配列が見え易いように取り外して示している。

以上のごとく、本実施形態に係るモータ１０は、非常に薄いステータ２００（コイルプレート２１１）、インナーロータ３０１およびアウターロータ３０２から成るアキシャルディスク型モータである。本実施形態のモータ１０では、ステータ２００のコイルホルダ２１２等のホルダアッセンブリをＧＦＲＰで構成することにより、ホルダ部材における磁石の渦損や循環損をゼロにすると共にステータ２００の軽量化を図っている。

次に、図６と図７に従ってステータ２００の構成を詳述する。図６はアウター側から見たステータ２００の全体の分解組立て図を示し、図７はインナー側から見たステータ２００の要部の分解組立て図を示す。

図６に示すごとく、全体として中央孔部を有する円板または円盤の形状をなすステータ２００は、軸２１０上で中央位置に存在する円板形状のコイルプレート２１１と、コイルプレート２１１のインナー側（図６中奥側、図７中手前側）に位置する円板形状のコイルホルダプレート２１２と、コイルプレート２１１のアウター側（図６中手前側）に位置する円板形状のコイルカバープレート２１３とを備えている。コイルホルダプレート２１２はコイルプレート２１１を保持する。この保持状態において、コイルカバープレート２１３をコイルホルダプレート２１２に締結具（図示せず）で取り付けることにより、コイルカバープレート２１３がコイルプレート２１１をカバーし、固定する。上記の構成において、さらに、コイルホルダプレート２１２のインナー側には円板形状のインナーカバープレート２１４が設けられ、コイルカバープレート２１３のアウター側にはアウターカバープレート２１５が設けられている。

上記において、コイルホルダプレート２１２、コイルカバープレート２１３、インナーカバープレート２１４、アウターカバープレート２１５の材質は絶縁体でありかつ非磁性体である材質、好ましくはＧＦＲＰ（ガラス繊維樹脂）である。

図６と図７に示されるように、コイルホルダプレート２１２のインナー側の側面部、およびコイルカバープレート２１３のアウタ側の側面部には、それぞれ、冷却流路構造２２１，２２２が形成されている。

コイルホルダプレート２１２の冷却流路構造２２１は、円周方向に配列された例えば１２個の単位冷却流路２２１ａによって形成される。これらの１２個の単位冷却流路２２１ａから成る冷却流路構造２２１は、コイルホルダプレート２１２のインナー側の側面部に凹凸を形成することによって形成される。１２個の単位冷却流路２２１ａの各々は、円板形状のコイルホルダプレート２１２の内周縁側から外周縁側に到り、再び内周縁側に戻ってくる流路形状を有している。従って１２個の単位冷却流路２２１ａの各々は、コイルホルダプレート２１２の内周縁側に冷却液供給孔２２１ａ−１と冷却液排出孔２２１ａ−２を有している。

コイルカバープレート２１３の冷却流路構造２２２の構造も、上記冷却流路構造２２１と基本的には同じである。冷却流路構造２２２は、円周方向に配列された例えば１２個の単位冷却流路２２２ａによって形成される。これらの１２個の単位冷却流路２２２ａから成る冷却流路構造２２２は、コイルカバープレート２１３のアウター側の側面部に凹凸を形成することによって形成される。１２個の単位冷却流路２２２ａの各々は、円板形状のコイルカバープレート２１３の内周縁側から外周縁側に到り、再び内周縁側に戻ってくる流路形状を有している。１２個の単位冷却流路２２２ａの各々は、コイルカバープレート２１３の内周縁側に冷却液供給孔２２２ａ−１と冷却液排出孔２２２ａ−２を有している。

図６において、コイルプレート２１１では円周方向に多数のコイル巻線パターン２１１ａが形成されている。これらのコイル巻線パターン２１１ａは例えば銅で形成され、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の各巻線に分類される。コイル巻線パターン２１１ａ内において隣り合う巻線同士は絶縁されている。コイル巻線パターン２１１ａは、後述するようにエッチング技術と拡散接合技術等によって形成される。なお、銅の代わりにアルミニウムでコイル巻線パターン２１１ａを形成してもよい。

図６で示されたコイルプレート２１１、コイルホルダプレート２１２、コイルカバープレート２１３、インナーカバープレート２１４、アウターカバープレート２１５は、重ね合わせて組み付けられ、全体として厚みの薄い環状のステータ２００が作られる。ステータ２００におけるコイルプレート２１１の上記コイル巻線パターン２１１ａの部分が、前述したステータコイル２０１に相当している。ステータ２００の当該組付け状態において、さらに、前述したステータホルダアッセンブリ２０２とシャフト状センター部１００が組み付けられる。

図６において、さらに、多数のボルト２２３は、コイルカバープレート２１３の冷却流路構造２２２の各単位冷却流路２２２ａに対して冷却液を流通させるための貫通ボルトである。これらの貫通ボルト２２３は、供給ラインにおいてはコイルホルダプレート２１２の冷却液排出孔２２１ａ−２からコイルカバープレート２１３の冷却液供給孔２２２ａ−１へ冷却液を流通させ、排出ラインにおいてはコイルカバープレート２１３の冷却液排出孔２２２ａ−２からコイルホルダプレート２１２の冷却液供給孔２２１ａ−１へ冷却液を流通させる。これらの多数の貫通ボルト２２３は、コイルカバープレート２１３の内周縁側に形成された冷却液供給孔２２２ａ−１と冷却液排出孔２２２ａ−２のそれぞれに対応して設けられ、これらの冷却液供給孔２２２ａ−１と冷却液排出孔２２２ａ−２のそれぞれに螺着される。すなわち、貫通ボルト２２３は、コイルプレート２１１を収納するコイルホルダ２１２とコイルカバープレート２１３とを結合する結合手段であると共に、その軸部に形成された冷却液流通孔によって冷却系セパレータ４１１とコイルカバープレート２１３の冷却流路構造２２２との間において冷却液の供給・排出（戻り）の流通路を形成する。

冷却液の流路は、コイルカバープレート２１２，２１３に凹凸を形成することによって形成される。モータ１０の組み立て完成時には、冷却流路構造２２１の凸部が対向するインナーカバープレート２１４に密着することで冷却流路２２１ａの密閉性が確保される。また、冷却流路構造２２１の凸部の形状は、冷却流路２２１ａ内の冷却液が滞留することなくスムーズに流れるような配置および形状とされている。なお、冷却流路構造２２１の凹部の深さ（本実施形態では約１ｍｍ）は、コイルホルダプレート２１２の厚みや冷却液の材質、モータ１０のサイズや出力等に応じて適宜決定される。

冷却液（例えば、水）は、モータ１０の外部からポンプ等によって供給され、シャフト状センター部１００の４０１→４１１（図１に図示）→２２１→４１１→４０１の順で流れることで、コイルプレート２１１を内部から冷却する。また、冷却液は４０１→４１１→２１１ａ−２→２２２ａ−１→２２３→２２２→２２３→２２２ａ−２→２２１ａ−１→４１１→４０１の順に流れることで、コイルプレート２１１を外側から冷却する。図１に示す冷却系セパレータ４１１は、シャフト状センター部１００やステータ２００と共に静止系を構成する。この冷却系セパレータ４１１は、上述の流れが実現するように冷却液供給流通路を分配する。

本実施形態では、インナーロータ３０１およびアウターロータ３０２でステータ２００を挟み込む構造のため、ロータ内部空間を全閉構造とすることができ、外部からの粉塵等の侵入を防ぐことが可能となっている。またステータ２００の冷却構造については、シャフト状センター部１００を介してすべての冷却液供給流通路が静止部品内に形成されており、上記のロータ内部空間の全閉化と合わせて、非常に高い防塵性を備えている。またコイルプレート２１１を両側から冷却する構造のため、主発熱部材であるコイルプレート２１１を効果的に冷却することができるようになっている。

通常のモータのように、外付けの複数のホースや配管等で冷却液供給流通路を構成する場合、振動により締結部の緩みや配管に亀裂が生じる等の不具合が生じるおそれがある。そして、このような不具合を回避するために、配管や締結部の強度を高めると重量が増加してしまう。これに対して、シャフト状センター部１００に冷却液供給流通路を集約した本発明の構造は、よりシンプルかつ高剛性であり、振動、粉塵等に対する強い耐性を備える。

次に、図８〜図１０を参照して、上記ステータ２００におけるステータコイル２０１についてさらに詳述する。図８はステータコイル２０１を構成するコイルプレート２１１のみの斜視図を示し、図９は正面図を示し、図１０は図９におけるＡ−Ａ線断面図を模式的に示している。図１０は第１および第２のコイルプレート要素２１１−１，２１１−２間のスペース２３４の位置関係の理解を容易にするため、スペース２３４およびコイルプレート２１１の厚みを誇張して図示している。図８等では、説明の便宜上、ステータコイル２０１の外周縁部および内周縁部に取り付けられる後述のインシュレータは取り外されている。

コイルプレート２１１は、所定の径方向幅を有する環状（リング状）の形状を有している。内周縁部には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相に対応した給電端子を構成する２本ペアのコイルバスバー２３１が、径方向に中心に向けて３セット設けられている。ただし、図８等に示すコイルバスバー２３１の配置は、これに限定されない。

なお、モータ１０には、前述の通り、ステータ２００のステータコイル２０１に対して三相交流を供給するための給電システム５００が付設される。給電システム５００の主要部はシャフト状センター部１００を利用してその内部に配置されている。外部の電源から供給される電流は、上記の給電バスバーモジュール５１０の外側の給電端子５１１ａに供給される。給電バスバーモジュールの内側の６つの接続端子は、シャフト状センター部１００の内側端子部に設けられている。これら６つの接続端子は、それぞれ、前述した６本のコイルバスバー２３１に接続される。以上の配線構造によって、ステータコイル２０１に対して磁界を発生させるための三相交流が供給される。給電システム５００の配線構造はシャフト状センター部１００の内部スペースを利用して設けられるため、モータ１０の給電システム５００を小型かつコンパクトな構成にすることができる。

コイルプレート２１１で形成されるステータコイル２０１は、コイル巻線パターン２１１ａを備えているが、既存のコイルの形状とは全く異なり、通常の意味での「巻線部材」ではない。詳細は後述する。本実施形態のステータコイル２０１は、銅等の導電性金属板材を使用している。使用される金属板材としては例えば、Ｃ１０２０（無酸素銅）やＣ１１００（タフピッチ銅）等の純銅系材料であり、より高い強度が必要な場合には、半導体リードフレーム等に用いられる高導電性銅合金、例えばＣｕ−Ｃｒ系、Ｃｕ−Ｚｒ系、Ｃｕ−Ａｇ系、Ｃｕ−Ｆｅ系、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ系、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系銅合金等を使用することもできる。またアルミニウムやアルミニウム合金（ジュラルミン等）でステータコイル２０１を構成してもよい。

図１０に示すごとく、コイルプレート２１１は、第１コイルプレート要素２１１−１と第２コイルプレート要素２１１−２を拡散接合することにより形成されている。線２３３は接合面を示す。第１コイルプレート要素２１１−１と第２コイルプレート要素２１１−２は略同形である。第１コイルプレート要素２１１−１と第２コイルプレート要素２１１−２を拡散接合技術で接合して形成されたコイルプレート２１１では、その厚み方向の中間部に、所定の径方向幅を備えたスペース２３４が形成されている。第１コイルプレート要素２１１−１と第２コイルプレート２１１−２のそれぞれは、コイルプレート２１１のコイル巻線パターン２１１ａを形成するための配線パターンを有している。この実施形態では、第１と第２の２つのコイルプレート要素２１１−１，２１１−２を用いたが、コイルプレート要素の数は、配線パターンの接続関係を工夫することにより３以上であってもかまわない。

図１０において、コイルプレート２１１の厚みＤ１は例えば７．８ｍｍであり、第１および第２のコイルプレート要素２１１−１，２１１−２の厚みＤ２は３．７ｍｍである。従って上記スペースの厚みは０．４ｍｍ程度になる。

図８および図９で、コイルプレート２１１の表面に径方向で折れ線状態で示された多数の細かい線、すなわち前述のコイル巻線パターン２１１ａは、コイル巻線に相当するコイル配線の配列状態を示している。

次に、上記コイルプレート２１１の製作方法を説明し、さらにコイルプレート２１１のコイル巻線パターン２１１ａ等について詳細な構造を説明する。

図１１は、コイルプレート２１１の製作工程の全体を４つの工程（１）〜（４）に分解して示している。

第１工程（１）は、第１コイルプレート要素２１１−１と、第２コイルプレート要素２１１−２とを製造する工程である。両コイルプレート要素の製造には、好ましくは銅またはアルミニウムの板材が利用される。第１および第２コイルプレート要素２１１−１，２１１−２には、それぞれの銅板材に対してエッチング等が施されて配線パターン２４１が刻設されている。第１および第２のコイルプレート要素２１１−１，２１１−２は略同形状であり、配線パターン２４１がほぼ裏返しの関係となっている。

第２工程（２）は、第１および第２のコイルプレート要素２１１−１，２１１−２を接合する工程である。第１および第２のコイルプレート要素２１１−１，２１１−２を対向させ、互いの配線パターン２４１が対応する位相関係を保った状態で拡散接合等を用いて接合することで、所定のコイル巻線パターン２１１ａ（コイルループ）を実現している。以下、第１および第２のコイルプレート要素２１１−１，２１１−２が接合された直後のものを基礎コイルプレート２１１’と称す。第１及び第２のコイルプレート要素２１１−１，２１１−２の製作においてエッチング処理を用いることで、コイルプレート２１１の高精度な加工と大量生産が可能となり、安価で高占積率のコイルプレート２１１が実現した。

第３工程（３）は、基礎コイルプレート２１１’に対して絶縁処理を施す工程である。図１１（３）に示した細かい点々は、基礎コイルプレート２１１’の表面に施工された絶縁コーティングのイメージを示している。

第４工程（４）は、絶縁処理が施された基礎コイルプレート２１１’のコイル束支持部分を切除し、コイルプレート２１１を完成させる工程である。コイル束支持部材とは、具体的には、基礎コイルプレート２１１’の外周縁支持部材２３５と内周縁支持部材２３６である。銅材またはアルミニウム製のコイルバスバー２３１は別に用意され、コイルプレート要素２１１−１，２１１−２が接合された後、６本のコイルバスバー２３１が所定の位置に拡散接合、熱圧着、ロウ付け等で接合されて図１１の（２）の状態になる。その後、第３工程（３）の絶縁処理、第４工程（４）の支持部材切除処理が行われる。

次に、上記の第１から第４の工程（１）〜（４）の各々の内容を詳述する。

先ず、図１２と図１３を参照して、第１および第２のコイルプレート要素２１１−１，２１１−２について説明する。第１コイルプレート要素２１１−１と第２コイルプレート要素２１１−２は互いに裏返しの関係となっているが、略同形・同構造であるので、第１コイルプレート要素２１１−１についてのみ説明する。

図１２は、第１コイルプレート要素２１１−１の正面形状を示し、図１３は、図１２における矩形領域Ａを拡大して示した図である。図１２および図１３では、比較的精密に第１コイルプレート要素２１１−１の形状および構造を示している。

図１２に示すごとく、第１コイルプレート要素２１１−１は、環状の平面形状を有する。第１コイルプレート要素２１１−１の板厚は、例えば３．７ｍｍである。第１コイルプレート要素２１１−１の外周縁および内周縁には、それぞれ外周縁支持部材２３５と内周縁支持部材２３６が形成されている。外周縁支持部材２３５、内周縁支持部材２３６は、それぞれ外周縁側と内周縁側で配線パターン２４１を支持する。

拡大図である図１３に示されるごとく、配線パターン２４１が形成されている環状領域には、全域にわたって多数の折れ線状コイルセグメント２４１ａが形成されている。折れ線状コイルセグメント２４１ａ全体でコイル束となっている。折れ線状コイルセグメント２４１ａの各々は、外周縁支持部材２３５と内周縁支持部材２３６に支持されている。隣接する折れ線状コイルセグメント２４１ａの間にはスリット２４２が形成されている。スリット２４２の幅は例えば０．２ｍｍである。

本実施形態では、スリット２４２の幅は一定である。これを実現するために、折れ線状コイルセグメント２４１ａの周方向幅は、外周側では太く、内周側では細くなっている。エッチング処理やワイヤカット等によって、銅板から第１および第２のコイルパターン要素２１１−１，２１１−２を製造する場合、スリット２４２の幅が一定である方が加工が容易である。但し、折れ線状コイルセグメント２４１ａの幅を一定にして、スリット２４２の周方向幅が外周側で太く、内周側で細くなるように構成してもよい。

導体である折れ線状コイルセグメント２４１ａの周方向幅を一定にした場合、折れ線状コイルセグメント２４１ａの径方向位置に拘わらず、折れ線状コイルセグメント２４１ａの導体断面積が一定になるので抵抗値のむらによる部分的な発熱のばらつきが回避される。

図１３に示すごとく、折れ線状コイルセグメント２４１ａは、第１コイルプレート要素２１１−１の中心方向を向いた状態で配列された接合部２４１ｂ、中心方向直線部２４１ｄ、接合部２４１ｆと、斜め方向に配列された斜め方向部２４１ｃ，２４１ｅとからなる。

第１コイルプレート要素２１１−１の接合部２４１ｂ，２４１ｆは、第２コイルプレート要素２１１−２の対応する接合部２４１ｂ，２４１ｆと接合される部分であり、比較的に短くても接続可能な長さだけ確保すれば十分である。

斜め方向部２４１ｃ，２４１ｅは、接合部２４１ｂ，２４１ｆが接合されたときにコイルループとなるように、中心方向から所定角度で傾いた斜め方向に配列されている。中心方向直線部２４１ｄ（中間部）は、コイルプレート２１１に生じる磁束と直交し、モータ１０のトルク発生に主として貢献する部分なので、可能な限り長くなるように構成することが望ましい。斜め方向部２４１ｃ、２４１ｅ、中心方向直線部２４１ｄの長さは、コイルプレート２１１のサイズ、折れ線状コイルセグメント２４１ａの数、相数などに応じて適宜決定される。

コイル束支持部分である外周縁支持部材２３５と内周縁支持部材２３６の形状は、図１２と図１３に示されたものに限定されず、任意の形状に形成することができる。

第１工程（１）では、第１および第２のコイルプレート要素２１１−１，２１１−２を製造する。第１コイルプレート要素２１１−１は、厚み３．７ｍｍの銅板状態となっているが、これは、より薄い銅板に対して例えば、エッチングと拡散接合を施すことで形成されたものである。本実施形態では、厚み０．１ｍｍの非常に薄い銅板に対してエッチング処理を施して、配線パターン２４１を備えた基礎部材２２１−１’（請求項の薄型金属板に相当）を作り、この基礎部材２１１−１’を３７枚重ねて拡散接合で一体化し、第１コイルプレート要素２１１−１とした。配線パターン２４１間のスリット幅は小さいほどコイルプレート２１１の導体占積率（＝コイルプレート２１１の体積中において銅材が占める割合）が高くなり、ステータスコイル２０１の抵抗値を低減させることができる。しかし、スリット幅が小さいと銅板の深さ方向へのエッチングの量も小さくなってしまい、その分多数の薄い銅板を重ねなくてはならなくなる。すなわち、重ねる銅板の枚数は、エッチング技術、スリット幅および最終的な１枚のコイルプレート２１１の厚み等を考慮して決められる。なお拡散接合の代わりに熱圧着などの他の接合方法を利用してもよい。

上記のエッチングによりスリットを形成する手法は、スリット幅が０．５ｍｍ以下の細いスリットを形成する場合に好適であるが、スリット幅が０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度の広いスリットを形成する場合には、周知のワイヤカットやレーザカット、ノッチングプレス加工等を用いることも有効的である。この場合、上述のように薄い銅板から基礎部材２１１−１’を製造し、それらを複数枚積層して一枚のコイルプレート要素２１１−１を形成する必要はなく、最終的な厚さのコイルプレート要素２１１−１に対してそのまま加工することでスリット２４２（結果として配線パターン２４１）を形成することができる。

上記のようにして第１コイルプレート要素２１１−１が製造され、同様にして第２コイルプレート要素２１１−２が製造される。

次に、図１４〜図１８を参照して第２工程（２）を詳述する。
第２工程（２）では、互いに略同形で、ほぼ裏返しの関係の配線パターンを備えた第１および第２のコイルプレート要素２１１−１，２１１−２を重ね合わせて接合する。この際、各コイルプレート要素の配線パターン２４１が対応する位相関係を維持するように接合することで所定のコイルループを備えた基礎コイルプレート２１１’が完成する。図１４は、第１および第２のコイルプレート要素２１１−１，２１１−２の接合直前の様子を示す斜視図である。

図１４において、板状かつ環状の第１コイルプレート要素２１１−１と第２コイルプレート要素２１１−２は、位置決めして重ね合わせられ、拡散接合技術によって接合される。第１コイルプレート要素２１１−１と第２コイルプレート要素２１１−２との接合によって基礎コイルプレート２１１’が形成される。図１５は、図１４に示した第１および第２のコイルプレート要素２１１−１，２１１−２の接合後のＢ−Ｂ線断面図を模式的に示すものである。図１５では、第１および第２のコイルプレート要素２１１−１，２１１−２をそれぞれ簡略化して図示している。（図１６〜図１８も同様）。図１５では図１０と同様に厚み方向（特にスペース２３４の厚み）を誇張して示している。なお図１４〜図１５では、２つの第１コイルプレート要素２１１−１、第２コイルプレート要素２１１−２の接合関係または接合構造を説明することが目的であるので、接合の関係および構造が理解できる程度に図示され、基礎部材自体の形状・構造は概略的に図示している。

図１５において接合線２３３は拡散接合技術による接合部を示している。図１０および図１５において第１コイルプレート要素２１１−１と第２コイルプレート要素２１１−２との間にはスリット状スペース２３４が形成されている。これは、上記の第１工程（１）において、第１コイルプレート要素２１１−１と第２コイルプレート要素２１１−２のそれぞれに対して、接合時に対向面になる部分に凹部２４３が予め形成されているからである。この凹部２４３は例えば、第１および第２のコイルプレート要素２１１−１，２１１−２に対してエッチングや放電加工を施すことで形成できる。

第１および第２のコイルプレート要素２１１−１，２１１−２との接合は拡散接合に限らず、ろう付け等他の方法を用いてもよい。図１６は、導電材である周知のろう材を利用して接合する実施例を示す。この実施例では、ろう材が接合部からスリット状スペース２３４内等に流れ込むことを防止するため、接合部の形状は図１６に示すごとく変更するとよい。すなわち、第１コイルプレート要素２１１−１は凹部２４３が深くなるように形成され、他方の第２コイルプレート要素２１１−２は凹部２３４がなくなって全体としてフラットに形成されかつ接合部になる段差部２４４が形成される。図１６の構造の場合、下側に位置する第２のコイルプレート要素２１１−２の段差部２４４および上側に位置する第１のコイルプレート要素２１１−１の凹部２４３は、例えば、厚みを有する１枚の銅板に対して直接エッチングや放電加工等を施して形成することができる。導電材料である「ろう」は、第１および第２のコイルプレート要素２１１−１，２１１−２の接合時にはある程度の流動性を有している。この「ろう」が第１および第２のコイルプレート要素２１１−１，２１１−２間のスペース２３４に入ってしまうと、隣接するコイル配線パターン間の絶縁性が維持されなくなってしまう。このような事態を防止するため、図１６に示すごとく「ろう」がスリット状スペース２３４に流れ出さないようなインロー状の勘合構造とした。

第１および第２のコイルプレート要素２１１−１，２１１−２に対して図１５に示す凹部２４３を形成せずに、中間プレートを介在させて接合することもできる。

図１７は、中間プレート２４５，２４６を介在させて第１および第２のコイルプレート要素２１１−１，２１１−２を拡散接合した後の断面を簡略化して示すものである。中間プレート２４５，２４６によってスペース２３４が確保され、位置決めされた各部材間では拡散接合（または熱圧着）が行われる。最終的にコイル巻線パターン２１１ａ（コイルループ）が完成するように、中間プレート２４５，２４６についても第１および第２のコイルプレート要素２１１−１，２１１−２の配線パターン２４１に対応させたスリット２４２が形成されている。この中間プレート２４５，２４６の素材は第１および第２のコイルプレート要素２１１−１，２１１−２と同じものが用いられる。この構造を採用する場合には、凹部２４３を形成せず、第１および第２のコイルプレート要素２１１−１，２１１−２を構成する折れ線状コイルセグメント２４１ａによって、コイル巻線パターン２１１ａが完成するように、必要な箇所のみ拡散接合が行われる。

第１および第２のコイルプレート要素２１１−１，２１１−２を作製する第１工程（１）で「エッチング＋拡散接合」が採用される場合には、通常では平板状のプレート部材しか作れないので、中間プレート２４５，２４６を利用する接合方法が採用される。

なお上記において、第１および第２のコイルプレート要素２１１−１，２１１−２を接合して一体化するとき、接合温度が高く、かつ材質も銅材であるので、上側に位置する第１コイルプレート要素２１１−１が自重等で若干落ち込み、スリット状スペース２３４の中央部等の間隔が狭くなる場合がある。そこで、この状態を避けるため、図１８の（Ａ）に示すごとく、２つのコイルプレート要素の間にセラミックシート２４７を設けたり、図１８（Ｂ）に示すごとく、第１および第２のコイルプレート要素２１１−１，２１１−２の凹部２４３を形成する底面にセラミック溶射皮膜２４８を付設するようにしてもよい。

本実施形態では、給電用コイルバスバー２３１は、図１１に示す第２工程（２）で別部材として付設される。ここで、第１工程（１）において、第１および第２のコイルプレート要素２１１−１，２１１−２と共にコイルバスバー２３１がパターニングによって同時に形成されるようにしてもよい。この場合、コイルバスバー２３１は、第２工程（２）において第１および第２のコイルプレート要素２１１−１，２１１−２と一緒に接合される。

また第１および第２のコイルプレート要素２１１−１，２１１−２のそれぞれには外周縁支持部材２３５と内周縁支持部材２３６（図１３に示す）が接合される。これらの外周縁支持部材２３５と内周縁支持部材２３６は、接合処理後、それぞれ、基礎コイルプレート２１１’の外周縁支持部材２３５と内周縁支持部材２３６となる。外周縁支持部材２３５と内周縁支持部材２３６のそれぞれに形成される孔付き出っ張り部は、各プレート部材のエッチング処理や積層等を行う際の位置合せや把持に用いられる。

次に、図１９Ａ、図１９Ｂ、図２０を参照して第３工程（３）を説明する。図１９Ａは、図１１の（３）に示した基礎コイルプレート２１１’の部分拡大図であり、図１９Ｂは図１９Ａ中のＣ−Ｃ断面を拡大して模式的に示している。

なお図１９Ｂでは、基礎コイルプレート２１１’の表面絶縁処理を説明することが目的であるので、その処理内容が理解できる程度に図示され、基礎コイルプレート２１１’自体の形状・構造は基本的要素のみを示し簡略化して図示している。

図１９Ｂにおいて、上側層が第１コイルプレート要素２１１−１であり、下側層が第２コイルプレート２１１−２である。

上記構造を有する基礎コイルプレート２１１’において、その外側の全表面および内部の全表面には絶縁膜２５１によるコーティングが施される。この実施形態で、絶縁膜２５１は例えばポリイミド膜である。絶縁膜２５１は他の有機系あるいは無機系コーティング（例えばポリパラキシレン、ＤＬＣ：ダイヤモンドライクカーボン等）でもよい。絶縁膜２５１による内部表面のコーティングは、スリット２４２からコーティング材が基礎コイルプレート２１１’の内部に入り込み、被膜を形成することで実現する。本実施形態ではスリット２４２の幅は０．２ｍｍ程度であるが、この程度のスリット幅があれば内部表面も十分にコーティングすることができる。

この実施形態では、表面絶縁処理として「蒸着重合ポリイミドコーティング」法が採用された。表面絶縁処理として、電着によるコーティングを行うことも可能である。

第１および第２のコイルプレート要素２１１−１，２１１−２を製造する際にエッチング処理等を用いることで、微細かつ高精度にスリット２４２を形成することが可能であり、また複数の基礎部材２１１−１’，２１１−２’を積層した構造を採用したことにより、スリット２４２は非常に高いアスペクト比を備えている。すなわち、図１９Ｂにおいて、ｂ／ａが非常に高い値（本実施形態では、２０程度）となっている。このため、ステータコイル２０１の導体占積率が向上し、結果として抵抗値が低減し、ステータコイル２０１の銅損の低減やモータ１０の出力効率の向上が実現する。

図２０は、第３工程（３）の他の実施形態を説明するためのものであり、図１９Ｂと同様に、基礎コイルプレート２１１’の部分断面を拡大した模式図である。図２０において、図１９Ｂで説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付し、説明を省略する。図２０に示した実施形態で特徴的なことは、絶縁膜２５１がコーティングされた上に、残りのすべての隙間に充填絶縁材として絶縁性樹脂２５２を注入・含浸させ、モールドとして設けている点である。

なお、スリット２４２およびスペース２３４に対する充填処理に用いられる絶縁材には、充填時の流動性が高く、硬化時には十分な強度を持つ熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、紫外線硬化樹脂等が使用される。例えば、エポキシ、フェノール、ＤＡＰ（フタル酸ジアル）、ポリエステル、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタート）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタート）、ＰＰＳ（ポリフェニルサルファイド）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、シリコーン（珪素樹脂）等である。ここで、スリット２４２およびスペース２３４内へのこれらのモールド材（充填材）のみで十分な絶縁性が確保できる場合は、上述の絶縁膜２５１による表面コーティングは不要となる。

次に、図２１を参照して第４工程（４）を説明する。図２１は、基本的に図１３と同様な図である。

図２１において、基礎コイルプレート２１１’の外周縁支持部材２３５と内周縁支持部材２３６を切除するための切断線２５３，２５４が示されている。その他の細部の構成については、図１３と同様である。

破線で示された外周縁側の切断線２５３で切断を行うことにより、コイル束を支持する外周縁支持部材２３５が取り除かれる。また破線で示された内周縁側の切断線２５４で切断を行うことにより、コイル束を支持する内周縁支持部材２３６が取り除かれる。これによってコイルプレート２１１が完成する。コイルプレート２１１が完成するとき、配線パターン２４１に存在する多数の折れ線状コイルセグメント２４１ａの各々でコイルループが形成される。

また上記の切除を行う手段としては、例えばワイヤカット放電加工機、ウォータジェット加工機、コンタマシン等の切断加工機、プレス打ち抜き機等が使用される。

なお第４工程（４）の切断により、切断された部分で絶縁膜２５１が剥がれることになるが、後述するようにインシュレータ（絶縁枠体）を取り付けることにより絶縁状態は確保される。

次に図２２Ａ〜図２４を参照して、上記のごとくして製作されたコイルプレート２１１におけるコイル巻線パターン２１１ａの構造（コイル構造）について説明する。

図２２Ａは、完成したコイルプレート２１１の斜視図である。図２２Ｂは、図２２Ａにおける四角枠部を拡大した斜視図である。図２３Ａは、コイルプレート２１１を構成する三相のコイルループ２６１，２６２，２６３の配列関係を示す平面図である。図８のコイル巻線パターン２１１ａは、コイルループ２６１，２６２，２６３で構成されている。

図２２Ｂでは、第１コイルプレート要素２１１−１と第２コイルプレート要素２１１−２の接続関係が理解しやすいように、図中右半分では第１コイルプレート要素２１１−１を除去した状態で示している。

図２２Ｂに示すように、第１コイルプレート要素２１１−１の配線パターン２４１と第２コイルプレート２１１−２の配線パターン２４１は裏返しの関係になっている。各配線パターン２４１を構成する複数の折れ線状コイルセグメント２４１ａは、コイルバスバー２３１と接続される給電端子部（後述）を除いて基本的に同一形状であり、周方向に同一間隔で配列されている。既述のごとく、隣接する折れ線状コイルセグメント２４１ａは互いに絶縁されている。また、各折れ線状コイルセグメント２４１ａは、対向面側の対応する折れ線状コイルセグメント２４１ａと、内周縁側端部および外周縁側端部（図１３の部分２４１ｂ，２４１ｆ）の接合面２３３において接合されている。図２２Ｂでは、折れ線状コイルセグメント２４１ａ’の形態を代表させて明示している。なお図２２Ｂにおいてハッチングで示した領域２４３は、図１５で示した凹部２４３の形成領域である。

上述の折れ線状コイルセグメント２４１ａの接合によって、第１コイルプレート２１１−１側と第２コイルプレート２１１−２側との間を交互に行き来する、扁平螺旋形のコイルループ２６１，２６２，２６３が完成する。

図２３Ａに示すように、同一の形状および構成を備えたＵ相コイルループ２６１、Ｖ相コイルループ２６２、およびＷ相コイルループ２６３は、周知の三相巻線と同様にロータ磁極１極対分を電気角２π（ｒａｄ）として、各相コイルループ間は電気角（２／３）・π（ｒａｄ）の位相差を備えるように配置されている。

図２３Ｂは、ループ形態の理解を容易にするために、三相のコイルループのうちの一相分のＵ相コイルループ２６１のみを取り出して示した図である。図２３Ｂではコイルバスバー２３１を除去した状態を示している。コイルループ２６１は、第１コイルループ要素２６１Ａと第２コイルループ要素２６１Ｂの２つのコイルループ要素から成る。両コイルループ要素２６１Ａ，２６１Ｂは同一形状であり、コイルループの１ピッチ分（図２３Ｂ中の位相角θに相当）周方向に位相をずらした状態で配置されている。また、第１コイルループ要素２６１Ａの４本の折れ線状コイルセグメント２４１ａにおける中心方向直線部２４１ｄと、第２コイルループ要素２６１Ｂの４本の折れ線状コイルセグメント２４１ａにおける中心方向直線部２４１ｄとは、正対した状態でスペース２３４を介して重なっている。

続いて、Ｕ相コイルループ２６１の詳細を述べる。
図２４Ａは、図２３Ｂにおける四角枠部を拡大した斜視図である。また図２４Ｂは、コイルループ２６１の一部正面図であり、ロータ側磁極面との関係を説明するための図である。

図２４Ａと図２４Ｂでは、内周縁側に第１コイルループ要素２６１Ａの給電端子２７１Ａ、および第２コイルループ要素２６１Ｂの給電端子２７１Ｂも示している。また図２４Ｂでは、コイルループ２６１に対して、図示しないロータ上に配置された永久磁石によって形成されるＮ極およびＳ極の磁極面が、最大限ラップした瞬間の位相関係を示している。

図２４Ａを参照して、給電端子２７１Ａの端子Ａ１に流れ込んだ電流ｉ１の経路などを説明する。

先ず、端子Ａ１を含む折れ線状コイルセグメント２４１ａ内を流れた電流ｉ１は、外周側の接続部分２４１ｂを経て、４本並んでいる折れ線状コイルセグメント２４１ａのうち、最初のターンを構成する最右列の折れ線状コイルセグメント２４１ａＲ内を外周側から内周側に向かって流れる。そして内周側の接続部２４１ｆを経て、最右列の折れ線状コイルセグメント２４１ａＲ内を内周側から外周側に向かって流れていく。このような経路で順次、内周側→外周側→内周側→外周側…と電流ｉ１が流れ、第１コイルループ要素２６１Ａ内を時計回りに一周すると、今度は、端子Ａ１の左隣に位置する、２番目のターンを構成する右から２列目の折れ線状コイルセグメント２４１ａへと電流ｉ１が流れていく。２列目の折れ線状コイルセグメント２４１ａ内を上記と同様に周回した後は、３列目および４列目の折れ線状コイルセグメント２４１ａ内を周回し、最終的には給電端子２７１Ａの端子Ａ２から電流ｉ１が流れ出す。

一方、給電端子２７１Ｂの端子Ｂ２に流れ込んだ電流ｉ２は、外周側の接続部分２４１ｂを経て、最初のターンを構成する最左列の折れ線状コイルセグメント２４１ａＬ内を外周側から内周側に向かって流れる。そして、内周側の接続部２４１ｆを経て、最左列の折れ線状コイルセグメント２４１ａＬ内を内周側から外周側に向かって流れていく。このような経路で順次、内周側→外周側→内周側→外周側…と電流ｉ２が流れ、第２コイルループ要素２６１Ｂ内を反時計回りに一周すると、今度は端子Ｂ２の右隣に位置する、２番目のターンを構成する左から２列目の折れ線状コイルセグメント２４１ａへと電流ｉ２が流れていく。２列目の折れ線状コイルセグメント２４１ａ内を上記と同様に周回した後は、３列目および４列目の折れ線状コイルセグメント２４１ａ内を周回し、最終的には給電端子２７１Ｂの端子Ｂ１から電流ｉ２が流れ出す。

以上のような電流経路の説明で明らかなように、第１コイルループ要素２６１Ａおよび第２コイルループ要素２６１Ｂは、平面的にはいわゆる波巻状のコイルパターンを有する。

図２４Ａ中の大矢印で示すように、第１コイルループ要素２６１Ａに電流Ｉ１が通電され、第２コイルループ要素２６１Ｂに電流Ｉ２が通電されるとき、両コイルループを径方向に流れる電流Ｉ１，Ｉ２の向きは同一となる。この結果、同極性の磁界が両コイルループ要素により生成され、その合成磁界は足し合わされて強め合う。

端子Ａ１を給電入力端子とし、端子Ａ２と端子Ｂ２とをバスバー等により接続し、端子Ｂ１を給電出力端子とすれば、両コイルループ要素が直列に接続された状態のＵ相コイルループ２６１が実現する。Ｖ相コイルループ２６２、Ｗ相コイルループ２６３は、Ｕ相コイルループ２６１と同形状、同構成であり、コイルプレート２１１内での配置関係のみが異なるので、その詳細な説明を省略する。

ここで、位相角θについて説明する。

図２３Ｂに示すように、第１コイルループ要素２６１Ａと第２コイルループ２６１Ｂとの位相角θは、図示しないロータ上に配置された永久磁石が形成するＳ極磁極面３５１およびＮ極磁極面３５２がそれぞれ周方向に占める位相角と一致している。このため、第１コイルループ要素２６１ＡがＳ極と対向している瞬間には、第２コイルループ要素２６１ＢはＮ極と対向することになる。すなわち、両コイルループ要素２６１Ａ，２６１Ｂは、互いに電気角でπ（ｒａｄ）の位相差を持つ逆極性のコイルループ要素となっている。

また図２４Ｂに示すように、Ｕ相コイルループ２６１が周方向に占める範囲は、磁極ピッチ角θの１／３の位相角範囲であり、残りの２／３の位相角範囲に、前述の図２３Ａで説明した配置関係でＶ相コイルループ２６２およびＷ相コイルループ２６３が配置され、全体としてコイルプレート２１１が形成されている。なお、図２４Ｂはロータ側磁極面との関係を説明するためのものであるが、説明の便宜上、周方向の折れ線状コイルセグメント２４１ａの幅や位相角の幅は簡略化あるいは誇張して図示している。

本実施形態においては、図２４Ｂに示すように、１つのコイルループ要素は、一極対当たり４ターンを備えた波巻状の構成となっており、上述のように両コイルループが直列接続されることで、一相、一極当たり８ターンの構成となっている。なおターン数は、本発明のモータ１０の出力、相電流値およびコイルの相抵抗値、有効磁束量のパラメータを考慮して、コイルに生じる銅損が最小値になり、かつコイルのターン数を大きくし過ぎることで電源電圧の上限を超える電圧が必要となってしまうことが無いように決定した。但し、トルクや回転数等の出力要求やモータ寸法等に対する要求パラメータが変更されれば、当然ながら最適なターン数等も変わってくる。また、本実施形態のコイルループ２６１Ａ，２６１Ｂは、磁極面と対向した亀甲形状の領域２６５を形成するが、この領域内を通過する磁束がモータ出力に有効な磁束となる。従って、亀甲形状の領域２６５における種々のサイズや角度は、この領域内を通過する磁束量が極力多くなり、かつコイルの相抵抗が極力低い値に抑えられるように適宜決定されるのが望ましい。

最後に、図２５と図２６を参照して、完成したコイルプレート２１１の外周縁部および内周縁部に取り付けられるインシュレータについて説明する。図２５はコイルプレート２１１の正面図を示し、図２６は図２５の一部を拡大して示した図である。

２８１はコイルプレート２１１の外周縁部に固定されたインシュレータであり、２８２はコイルプレート２１１の内周縁部に固定されたインシュレータである。１つのリング状部材になるよう形成されたインシュレータ２８１，２８２は、絶縁性を有する剛性部材（例えばガラスファイバー入りナイロン）で形成され、周縁部においてコイルプレート２１１としっかりと噛み合うように三角形状の凹凸が設けられている。ステータ内に設けられたコイルプレート２１１は、インシュレータ２８１，２８２によってホールドされ、ロータの磁石による反トルクに対抗して動かないように設けられている。

また、インシュレータ２８１，２８２は、取り付けられる箇所の形状に応じて湾曲形状に形成され、かつ外周縁および内周縁に形成されたコイル巻線パターン２１１ａのギザギザ端部に嵌め込むように形成されている。コイルプレート２１１に上記インシュレータ２８１，２８２を固定することにより、コイルプレート２１１の外周縁部と内周縁部を保持し、その強度を高めることが可能となる。さらに、ステータコイル２０１の側には、大きなトルク反力を受けるが、上記の構成によって、大きなトルク反力にも耐えることができる。

上記のおいて、エッチングやワイヤカットなどで精度よくパターニングを行う本発明では、コイル１０における無駄なスペースを最小にすることができ、この結果、コイルの占積率を最大化できる。さらにコイルには銅板を用いるため、通常、知られている巻線構造とは異なり、強度も高くすることができる。

以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成の組成（材質）については例示にすぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。

本発明は、車両のホイール等に組み込まれるインホイール型モータ等の回転電機用コイルとして利用される。

本発明に係る回転電機用コイルを内蔵する電動機（モータ）の実施形態を示す縦断面図である。 図１に示したモータのインナー側モータ側面を示す斜視図である。 図１に示したモータのアウター側モータ側面を示す斜視図である。 図１に示したモータの回転系部分を示す縦断面図である。 図１に示したモータの分解組立て図である。 アウター側から見たステータの全体の分解組立て図である。 インナー側から見たステータの要部の分解組立て図である。 ステータコイルの斜視図である。 ステータコイルの正面図である。 図９におけるＡ−Ａ線断面図である。 本発明に係る回転電動用コイルの製造方法を示す工程図である。 第１工程における第１ステータコイルの基礎部材を示す正面図である。 図１２における矩形領域Ａを拡大して示す拡大図である。 第２工程で第１ステータコイルの基礎部材と第２ステータコイルの基礎部材を接合した状態を示す斜視図である。 図１４におけるＢ−Ｂ線断面図である。 他の変形実施例を示す図１５と同様な断面図である。 他の変形実施例を示す図１５と同様な断面図である。 他の変形実施例を示す図１５と同様な断面図である 第３工程を説明するためのステータコイル基礎部材の要部の拡大正面図である。 図１９ＡにおけるＣ−Ｃ線縦断面図である。 第３工程でのステータコイル基礎部材の他の変形実施例を示す縦断面図である。 第４工程における切断線を示すステータコイル基礎部材の部分正面図である。 完成したステータコイルの斜視図である。 図２２Ａにおける四角枠部を拡大した斜視図である。 完成したステータコイルでの３つのコイルループの関係を示す正面図である。 完成したステータコイルでのＵ相コイルループのみを示す正面図である。 図２３Ｂにおける四角枠部を拡大して示した斜視図である。 ロータ側磁極面との関係を説明するためのコイルループ（２６１）の一部正面図である。 インシュレータが取り付けられたステータコイルの正面図である。 図２５における部分拡大図である。

符号の説明

１０ モータ
１００ シャフト状センター部
２００ ステータ
２０１ ステータコイル
２１１ コイルプレート
２１１−１ 第１コイルプレート要素
２１１−２ 第２コイルプレート要素
２１１ａ コイル巻線パターン
２３４ スペース
２３５ 外周縁支持部材
２３６ 内周縁支持部材
２４１ 折れ線状配線パターン
２４２ スリット
２５１ 絶縁膜
２８１ インシュレータ
２８２ インシュレータ
３００ ロータ
３０１ インナーロータ
３０２ アウターロータ
３０５ａ 磁石
３０５ｂ 磁石
４００ 冷却システム
５００ 給電システム

Claims (31)

1. 回転電機のステータに用いられる回転電機用コイルであって、
   前記回転電機用コイルは、それぞれにスリットによって配線パターンが形成された、少なくとも２層の、所定の径方向幅を有する環状のコイルプレート要素を有し、
   異なる前記コイルプレート要素同士は、中間部において離間しつつ内周部および外周部において接合されることで、コイル巻線パターンを形成するための前記配線パターンを有するコイルプレートを構成するものであって、
   前記コイルプレート要素は、エッチングによって前記スリットおよび前記配線パターンが形成された、所定数の薄型金属板を積層接合することで形成され、
   前記配線パターンは、周方向に等間隔で配列された複数の折れ線状コイルセグメントで構成され、対向して設けられた異なる前記コイルプレート要素の前記配線パターン同士は反転状態で接合されることを特徴とする回転電機用コイル。
2. さらに絶縁部を有し、前記絶縁部は、前記コイルプレート要素に被覆された絶縁コーティングと、前記コイルプレート要素の隙間に充填された充填絶縁材の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１記載の回転電機用コイル。
3. 前記絶縁コーティングの材料は、ポリイミド、ポリパラキシレン、ＤＬＣ（ダイアモンドライクカーボン）のいずれかであることを特徴とする請求項２記載の回転電機用コイル。
4. 前記充填絶縁材は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂または紫外線硬化樹脂のいずれかであることを特徴とする請求項２または３記載の回転電機用コイル。
5. 前記熱硬化性樹脂、前記熱可塑性樹脂または前記紫外線硬化樹脂は、エポキシ、フェノール、ＤＰＡ（フタル酸ジアリル）、ポリエステル、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニルサルファイド）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、シリコーン（珪素樹脂）のいずれかであることを特徴とする請求項４記載の回転電機用コイル。
6. 前記コイルプレートは環状のプレート部材であり、前記コイルプレートの内周縁および外周縁をそれぞれ保持する内周縁インシュレータおよび外周縁インシュレータを有することを特徴とする請求項１記載の回転電機用コイル。
7. 前記コイルプレートの内周縁側に通電用のコイルバスバーを設けた請求項１〜６のいずれか１項記載の回転電機用コイル。
8. 前記折れ線状コイルセグメントの周方向幅は内周側よりも外周側で大きくなっており、前記スリットの周方向幅は一定であることを特徴とする請求項１記載の回転電機用コイル。
9. 前記スリットの周方向幅は内周側よりも外周側で大きくなっており、前記折れ線状コイルセグメントの周方向幅は一定であることを特徴とする請求項１記載の回転電機用コイル。
10. 前記折れ線状コイルセグメントは、前記コイルプレートの中心を向いて設けられた中心方向直線部分と、斜め方向を向いて設けられた斜め方向直線部分と、内周部および外周部における接合部分とを有することを特徴とする請求項１、８、９のいずれか１項に記載の回転電機用コイル。
11. 前記コイル巻線パターンは、２相以上のｎ相に対応した数のコイルループを備えていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の回転電機用コイル。
12. 前記コイルループのそれぞれが周方向に占める位相角範囲は、前記コイルプレートに対応して周方向に配列される磁石における極間隔１ピッチ分（磁極ピッチ角θ）の１／ｎであることを特徴とする請求項１１記載の回転電機用コイル。
13. 前記コイルループは、同一形状の第１および第２のコイルループ要素を備え、前記第１および第２のコイルループ要素は、前記極間隔１ピッチ分に相当する周方向位相差を有するように設けられていることを特徴とする請求項１１または１２記載の回転電機用コイル。
14. 前記第１および第２のコイルループ要素は、それぞれ波巻状の形状を有し、前記第１および第２のコイルループ要素には互いに逆方向に周回電流が流れ、かつ、前記第１および第２のコイルループ要素が備える折れ線状コイルセグメントにおいて前記コイルプレートの中心を向いて設けられた中心方向直線部分は互いに対向して同方向に電流が流れるように配置されていることを特徴とする請求項１３記載の回転電機用コイル。
15. 少なくとも２層の前記コイルパターン要素同士は、拡散接合、熱圧着接合またはろう付け接合によって接合されていることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の回転電機用コイル。
16. 少なくとも２層の前記コイルパターン要素の間の隙間にセラミックシートが設けられていることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の回転電機用コイル。
17. 少なくとも２層の前記コイルパターン要素の各々で、それらの間の隙間に面する表面にセラミック溶射皮膜が設けられていることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の回転電機用コイル。
18. ステータとロータを有し、前記ステータのコイルとして請求項１〜１７のいずれかの回転電機用コイルを用いて構成されることを特徴とする回転電機。
19. 前記ロータは前記ステータの片側または両側に配置され、全体がアキシャルディスク型の構造を有することを特徴とする請求項１８記載の回転電機。
20. 前記ステータの中心部と前記ロータの中心部に共通なシャフト状センター部が設けられ、当該シャフト状センター部に冷却系構成部と給電系構成部の少なくとも一方が集約して設けられていることを特徴とする請求項１９記載の回転電機。
21. 前記回転電機は、ホイールの内部に組み込まれ、当該ホイールを回転駆動するインホイル型モータであることを特徴とする請求項１８〜２０のいずれか１項記載の回転電機。
22. 回転電機のステータに用いられる回転電機用コイルの製造方法であって、
    スリットによって所定の配線パターンが形成された、少なくとも２層の、所定の径方向幅を有する環状のコイルプレート要素を形成する工程と、
    異なる前記コイルプレート要素同士を、中間部において離間しつつ内周部および外周部において接合し、コイル巻線パターンを形成するための前記配線パターンを有するコイルプレートを形成する工程と、を有し、
    前記コイルプレート要素を形成する前記工程は、エッチングによって薄型金属板に前記スリットおよび前記配線パターンを形成する工程と、所定数の前記薄型金属板を積層接合する工程を含むことを特徴とする回転電機用コイルの製造方法。
23. 前記コイルプレート要素に被覆された絶縁コーティングと、前記コイルプレート要素の隙間に充填された充填絶縁材の少なくとも一方とを含む絶縁部を形成する工程を有することを特徴とする請求項２２記載の回転電機用コイルの製造方法。
24. 前記絶縁コーティングの材料は、ポリイミド、ポリパラキシレン、ＤＬＣ（ダイアモンドライクカーボン）のいずれかであることを特徴とする請求項２３記載の回転電機用コイルの製造方法。
25. 前記充填絶縁材は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂または紫外線硬化樹脂のいずれかであることを特徴とする請求項２３または２４記載の回転電機用コイルの製造方法。
26. 前記熱硬化性樹脂、前記熱可塑性樹脂または前記紫外線硬化樹脂は、エポキシ、フェノール、ＤＰＡ（フタル酸ジアリル）、ポリエステル、ポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニルサルファイド）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、シリコーン（珪素樹脂）のいずれかであることを特徴とする請求項２５記載の回転電機用コイルの製造方法。
27. 前記コイルプレートを形成する前記工程で、前記コイルプレートは環状のプレート部材として形成され、さらに前記コイルプレートを形成する前記工程は、前記コイルプレートの内周縁および外周縁に、それぞれを保持する内周縁インシュレータおよび外周縁インシュレータを取り付ける工程を含むことを特徴とする請求項２２〜２６のいずれか１項記載の回転電機用コイルの製造方法。
28. 前記コイルプレートの内周縁側に通電用のコイルバスバーを設ける工程を有することを特徴とする請求項２２〜２７のいずれか１項に記載の回転電機用コイルの製造方法。
29. 前記コイルプレートを形成する前記工程は、少なくとも２層の前記コイルパターン要素同士を、拡散接合、熱圧着接合またはろう付け接合によって接合する工程を含むことを特徴とする請求項２２〜２８のいずれか１項に記載の回転電機用コイルの製造方法。
30. 前記コイルプレートを形成する前記工程は、少なくとも２層の前記コイルパターン要素の間の隙間にセラミックシートを設ける工程を含むことを特徴とする請求項２２〜２９のいずれか１項に記載の回転電機用コイルの製造方法。
31. 少なくとも２層の前記コイルパターン要素の各々で、それらの間の隙間に面する表面にセラミック溶射皮膜を設ける工程を有することを特徴とする請求項２２〜３０のいずれか１項に記載の回転電機用コイルの製造方法。

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