JP5299515B2

JP5299515B2 - モータ

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Publication number: JP5299515B2
Application number: JP2011536691A
Authority: JP
Inventors: 敦渡辺; 正宜芳賀; 伸吾橋本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-10-14
Filing date: 2010-10-14
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2030-10-14
Also published as: CN102577035B; WO2012049759A1; JPWO2012049759A1; US20120217836A1; CN102577035A; US9712010B2

Description

平角導線を用いた波巻コイルとステータコアを備えるステータと、中心軸を備えるロータとを有するモータに関する発明である。

特許文献１には、次の技術が開示されている。すなわち、つづら折り状に連続して形成された平角導線を、順次ずらして重ね合わせて２組の組導線を構成、２組の組導線を重ね合わせて重ね合わせ導線を構成する。そして、重ね合わせ導線を複数周巻き取ることによりコイル籠を形成する。次に、コイル籠に対して、外周から内周方向に向かって分割された分割コアを挿入する。そして、分割コアの外周に焼き嵌めリングを嵌めて固定子コアとして固定する。

一方、特許文献２においては、スロット内に挿入される導線を重ね巻きしてコイルを構成し、それを円筒状のコイル挿入治具に装着し、コイル挿入治具をステータコア内に配置し、コイル挿入治具からステータコアのスロットに、コイルを挿入する方法が開示されている。

また、特許文献３には、分布巻きコイルにおいて、挿入する先端部を軸心側に折り曲げることが開示されている。

特開２０１０−１５４６５８号公報特開２００８−１６７５６７号公報国際公開公報９２／０１３２７号

しかしながら、特許文献１の技術には、次のような問題があった。すなわち、分割コアに焼き嵌めリングを嵌めて一体的な固定子コアを構成した場合に、始めから一体として構成された一体固定子コアと比較して、鉄損が大きくなり、モータの効率が低下する問題があった。このことは、小型化が強く要求されるハイブリッド自動車用モータにおいて、特に問題となっていた。

また、特許文献２のように、コイル挿入治具を用いた場合、コイル挿入時にコイルの弾性変形をさせるため、コイルを形成する導線に内部応力が蓄積された状態で固定子コアに組み付けられるものと考えられる。このため、コイル挿入治具内で弾性変形されていたコイルをスロット内に挿入した後で、コイルがスプリングバックにより変形し、導線の一部がスロットから外に飛び出す虞があると考えられる。

そこで、波巻コイルを一体固定子コアに挿入する方法として、コイルを軸心方向からスロット内に挿入できれば、上記問題を解決できるということに、本出願人は思い至った。しかし、集中巻きのコイルならば、挿入する先端部を軸心側に折り曲げれば、残りの部分をスロット内に挿入することは容易であるが、波巻コイルでは、折り曲げる部分の形状が複雑であり、折り曲げること自体が困難であるという問題があった。

分布巻きコイルで、挿入する先端部を折り曲げる技術として、特許文献３の技術が開示されている。しかし、特許文献３の技術では、折り曲げ箇所の異なる複数の導体を、個別に製造して、１つずつ組み合わせていく必要があると考えられるため、製造に時間がかかり、コストが高い問題があった。

また、波巻コイルにおいては、組導線を複数周巻き取ることによりコイル籠を形成する構成となる。しかし、折り曲げ部が形成された組導線を複数周巻き取るときに、後から巻き取る導線部分の折り曲げ部が、既に巻かれている導線の折り曲げ部と干渉するため、波巻導線で折り曲げ部を形成することが困難であった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、折り曲げ部を有する波巻導線を複数周巻き取ることができ、折り曲げ部が形成されたコイル籠を、一体固定子コアに挿入したモータを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様によるモータは以下のような特徴を有する。

（１）平角導線を用いた波巻コイルとステータコアを備えるステータと、中心軸を備えるロータとを有するモータにおいて、前記波巻コイルが、つづら折り状で順次、直線部の長さが長くなるように連続して形成され、一方のコイルエンド部が、前記ステータコアのスロット内導線部に対して、前記ロータ側に折り曲げられている複数の波巻導線を、順次ずらして重ね合わせて形成された波巻導線組立体を、複数周巻き取ることにより形成されたコイル籠を有すること、前記波巻導線の折り曲げ半径が、順次大きく成形されていること、前記波巻導線のコイルエンド部に、前記平角導線の厚み分の段差部が形成されており、前記コイル籠のスロット内導線の半径方向の位置が、順次ずれていること、前記一端のコイルエンド部が、前記ステータコアの内周面より前記ロータの軸心側に位置していること、を特徴とする。

（２）（１）に記載するモータにおいて、前記波巻導線の一端に形成されるターン部と他端に形成されるターン部とが、前記コイル籠の前記一端のコイルエンド部で前記ステータコアの軸方向に重なり合うこと、を特徴とすることが好ましい。
（３）（１）に記載するモータにおいて、複数の前記波巻導線組立体の先端を、渦巻状に同時に巻き込むことにより、前記コイル籠が成形されること、を特徴とすることが好ましい。

上記構成を有する本発明のモータの一態様により、次のような作用、効果が得られる。

前記（１）に記載される発明の態様は、平角導線を用いた波巻コイルとステータコアを備えるステータと、中心軸を備えるロータとを有するモータにおいて、波巻コイルが、つづら折り状で順次、直線部の長さが長くなるように連続して形成され、一方のコイルエンド部が、ステータコアのスロット内導線部に対して、ロータ側に折り曲げられている複数の波巻導線を、順次ずらして重ね合わせて形成された波巻導線組立体を、複数周巻き取ることにより形成されたコイル籠を有すること、波巻導線の折り曲げ半径が、順次大きく成形されていること、波巻導線のコイルエンド部に、平角導線の厚み分の段差部が形成されており、コイル籠のスロット内導線の半径方向の位置が、順次ずれていること、一端のコイルエンド部が、ステータコアの内周面よりロータの軸心側に位置していること、を特徴とするので、一端のコイルエンド部リード側を先頭として、ステータのスロットに対して、軸心側からコイルを挿入しようとするときに、一端のコイルエンド部となる反リード側に形成されたターン部は、ステータコアの内周面の内側を通過する構成となる。

このため、ステータコアに形成されるティースがコイル籠と干渉せず、コイル籠を軸心方向からステータコアのスロット内に容易に挿入することができる。波巻コイルをステータコアのスロットに挿入するときに、波巻コイルを弾性変形させる必要がないので、課題に示したようなコイルを弾性変形することで生じるスプリングバックにより、コイルの一部がステータコアのスロット内から飛び出すことがない。

（２）（１）に記載するモータにおいて、波巻導線の一端に形成されるターン部と他端に形成されるターン部とが、コイル籠の一端のコイルエンド部でステータコアの軸方向に重なり合うこと、を特徴とするので、各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の隣接する波巻導線の端部の位置を、径方向において同じ位置にできる。このため、端部同士の接続が容易となる。

本実施形態の、ステータの斜視図である。本実施形態の、モータの側面図である。本実施形態の、ステータコアの平面図である。本実施形態の、コイル籠の側面図である。本実施形態の、コイル籠の上面図である。本実施形態の、コイル籠の下面図である。本実施形態の、波巻導線の平面図である。本実施形態の、波巻導線の上面視図である。本実施形態の、波巻導線の側面図である。本実施形態の、段付波巻導線の平面図である。本実施形態の、段付波巻導線の上面視図である。本実施形態の、段付波巻導線の側面図である。本実施形態の、端折波巻導線の平面図である。本実施形態の、端折波巻導線の下面図である。本実施形態の、端折波巻導線の側面図である。本実施形態の、端折波巻導線を３枚重ね合わせて円筒状となるように形成した模擬コイル籠の斜視図である。本実施形態の、端折波巻導線を円筒状にした模擬コイル籠の側面図である。本実施形態の、端折波巻導線を円筒状にした模擬コイル籠の上面視図である。本実施形態の、端折波巻導線を円筒状にした模擬コイル籠の下面視図である。本実施形態の、端折波巻導線の巻き取りイメージを平面図である。本実施形態の、ステータコアにコイル籠の半分を挿入した状態の平面図である。本実施形態の、ステータコアにコイル籠の半分を挿入した状態のリード側からの斜視図である。本実施形態の、ステータコアにコイル籠の半分を挿入した状態の反リード側からの斜視図である。本実施形態の、ステータの側面図である。本実施形態の、ステータの上面視図である。本実施形態の、ステータの下面視図である。本実施形態の、ステータに端子部を接続する際の概念図である。本実施形態の、ステータにロータを挿入する様子を示した側面図である。

以下に、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。

図１に、本実施形態のステータＧの斜視図を示す。図２に、モータＭの側面図を示す。本実施形態のステータＧは、モータＭに備えられる波巻コイルを用いて形成されたコイル籠１４を適用した固定子である。ステータＧの内周側には、後述するロータシャフト４１を備えたロータ４２が回転子として備えられている。ステータＧはステータコアＨとコイル籠１４とを有している。

図３に、ステータコアＨの平面図を示す。ステータコアＨは、プレス加工などにより略ドーナツ状に打ち抜き加工された電磁鋼板を複数枚積層して形成されている。

ステータコアＨの内周側には、ティースＨ２が櫛歯状に軸に向けて内側に突出するように形成されている。隣り合うティースＨ２の間に、スロットＨ１が形成されている。スロットＨ１及びティースＨ２の数は４８である。ステータコアＨの外周部分には、リブ部Ｈ４が３カ所設けられている。リブ部Ｈ４には、ボルトを通すボルト孔Ｈ３が各１つずつ設けられている。このボルト孔Ｈ３は、例えばステータＧを図示しないエンジンブロックに固定したり、他の補機に固定したり、或いはモータＭのカバーなどを取り付けたりするのに利用することができる。ティースＨ２の先端には内周面Ｈ５が形成される。図示はしないがモータＭのステータＧには外部接続端子等も備えられる。

図４Ａに、コイル籠１４の側面図を示す。図４Ｂに、コイル籠１４の平面図を示す。図４Ａのコイル籠１４をリード側ＥＬ側から見た状態の平面図である。図４Ｃに、コイル籠１４の平面図を示す。図４Ａのコイル籠１４を反リード側ＥＲ側から見た状態の平面図である。

コイル籠１４は、平角導体Ｄを波巻きした導線を複数重ね円筒状に配置して形成されている。コイル籠１４の形成過程については詳しくは後述する。平角導体Ｄは、矩形断面を有する銅等の導電性の高い金属の周囲にエナメル等の絶縁被覆を施して形成されたものである。

リード側ＥＬ側には、図４Ｂに示されるように平角導体Ｄの端部が配置される。平角導体Ｄの端部である曲げ端部ＳＳ１１は、コイル籠１４の外周方向に凸となるように放射線状に配置される。なお、曲げ端部ＳＳ１１が配置されない端子結束部ＳＳ３には、後にバスバが溶接されステータＧの図示しない外部接続端子と接続される部分である。詳しくは後述する。

反リード側ＥＲには、図４Ａ及び図４Ｃに示されるように平角導体Ｄの端部が配置されず円周導線部Ｅのみが配置される。この円周導線部Ｅがコイル籠１４の内周側に曲げられて内周側突出部Ｆを形成する。詳しくは後述する。

次に、コイル籠１４の形成過程について説明する。

図５Ａに、波巻導線Ａの平面図を示す。図５Ｂに、波巻導線Ａの上面視図を示す。図５Ａの波巻導線Ａを第１導体端部ＳＳ１及び第２導体端部ＳＳ２側から見た上面視図である。図５Ｃに、波巻導線Ａの側面図を示す。図５Ａの波巻導線Ａを第２導体端部ＳＳ２及び直線導線部ＰＳ１０側から見た側面図である。波巻導線Ａは、図５Ａ等に示すように平角導体Ｄをエッジワイズ曲げ加工して九十九折りに形成したものである。端部に設けられた第１導体端部ＳＳ１は図５Ｂ及び図５Ｃに示されるように図５Ａの紙面奥方向に折り曲げられて曲げ端部ＳＳ１１が形成されている。

第１導体端部ＳＳ１に続いて形成されるのは直線導線部ＰＳ１で、ステータコアＨのスロットＨ１に挿入される。直線導線部ＰＳ１に続いて形成されるのはスロットＨ１の外に配置されて円周を形成する円周導線部Ｅ１である。円周導線部Ｅは九十九折れに形成された平角導体Ｄのターン部を形成することになる。そして、円周導線部Ｅ１の隣に順に直線導線部ＰＳ２、円周導線部Ｅ２、直線導線部ＰＳ３、円周導線部Ｅ３……と形成され、直線導線部ＰＳ１０まで形成された後、第２導体端部ＳＳ２と繋げられる。第２導体端部ＳＳ２にも図５Ｂ及び図５Ｃに示されるような折り曲げ端部ＳＳ２１が形成されている。

なお、波巻導線ＡはステータコアＨに挿入されるために４８セット形成されるが、そのうち６セットには第１導体端部ＳＳ１に曲げ端部ＳＳ１１が形成されず、第２導体端部ＳＳ２に曲げ端部ＳＳ２１が形成されない。すなわち、図４Ｂのコイル籠１４の端子結束部ＳＳ３においては、第１導体端部ＳＳ１及び第２導体端部ＳＳ２が九十九折りにエッジワイズ曲げ加工された平角導体Ｄの端部となる。

円周導線部Ｅ１は、段差未形成部ＫＡ１により円周導線部前部Ｅ１Ｍと円周導線部後部Ｅ１Ｎに分けられている。同様に円周導線部Ｅ２は段差未形成部ＫＡ２により円周導線部前部Ｅ２Ｍと円周導線部後部Ｅ２Ｎに分けられ、他の円周導線部Ｅ３乃至円周導線部Ｅ９についても同様の構成となっている。なお、段差未形成部ＫＡ１、段差未形成部ＫＡ２…は、波巻導線Ａの状態では未だ段差が形成されていない。

また、直線導線部ＰＳ１乃至直線導線部ＰＳ１０は、図５Ａでは分かりにくいが、直線導線部ＰＳ１に比べて直線導線部ＰＳ２が長く、直線導線部ＰＳ２に比べて直線導線部ＰＳ３が長く…、と言った具合に、直線導線部ＰＳ１０が一番長くなるように徐々に長くなる様にエッジワイズ曲げ加工されている。

図６Ａに、段付波巻導線Ｂの平面図を示す。図６Ｂに、段付波巻導線Ｂの上面視図を示す。図６Ａの第１導体端部ＳＳ１及び第２導体端部ＳＳ２側から見た段付波巻導線Ｂである。図６Ｃに、段付波巻導線Ｂの側面図を示す。図６Ａの第２導体端部ＳＳ２及び直線導線部ＰＳ１０側から見た段付波巻導線Ｂである。波巻導線Ａの段差未形成部ＫＡ１乃至段差未形成部ＫＡ９にて折り曲げ加工し、段差部Ｋ１乃至段差部Ｋ９を形成することで図６Ａ乃至図６Ｃに示されるような段付波巻導線Ｂが形成される。

段差部Ｋ１乃至段差部Ｋ９に形成される段付き部分は、直線導線部ＰＳ１と直線導線部ＰＳ２とが図６Ｂに示されるように平角導体Ｄの厚み分だけ段差ができるように形成される。したがって、図６Ｂに示されるように上面から見ると直線導線部ＰＳ１乃至直線導線部ＰＳ１０のそれぞれの端部が階段状に並ぶように配置される。

また、前述したように直線導線部ＰＳ１乃至直線導線部ＰＳ１０は、直線導線部ＰＳ１０が一番長くなる様にエッジワイズ曲げ加工して形成される。このため、段差部Ｋ１乃至段差部Ｋ９に形成される段付き部分によって、図６Ｃに示されるように、段付波巻導線Ｂを側面から観察すると略台形に見える。段付波巻導線Ｂを側面から見た幅は、段差部Ｋ１乃至段差部Ｋ９の９カ所が曲げられることで平角導体Ｄの厚みの１０倍相当となる。

図７Ａに、端折波巻導線Ｃの平面図を示す。図７Ｂに、端折波巻導線Ｃの下面図を示す。これは図７Ａの図面下方向から端折波巻導線Ｃを見た様子である。図７Ｃに、端折波巻導線Ｃの側面図を示す。これは図７Ａの図面側方から端折波巻導線Ｃを見た様子である。

次に段付波巻導線Ｂを更に折り曲げ加工する。図７Ａ乃至図７Ｃに示すように、段付波巻導線Ｂの反リード側（第１導体端部ＳＳ１及び第２導体端部ＳＳ２が無い側）を、図示しない曲げ治具を用いて、曲げ端部ＳＳ１１及び曲げ端部ＳＳ２１とは反対方向にフラットワイズ曲げ加工する。

具体的には、円周導線部Ｅ１が直線導線部ＰＳ１を延長した直線と直交するように直線導線部ＰＳ１と直線導線部ＰＳ２をフラットワイズ曲げ加工して内周側突出部Ｆ１を形成する。フラットワイズ曲げ加工される部分は、直線導線部ＰＳ１及び直線導線部ＰＳ２である。この際、図７Ｃに示すようにフラットワイズ曲げ方向の内周側となる第１コーナー部Ｒ１及び第２コーナー部Ｒ２を形成する。つまり、直線導線部ＰＳ１をフラットワイズ曲げ加工することでスロット内導線部Ｓ１及び第１コーナー部Ｒ１を形成し、直線導線部ＰＳ２をフラットワイズ曲げ加工することでスロット内導線部Ｓ２及び第２コーナー部Ｒ２を形成する。

この結果、円周導線部前部Ｅ１Ｍは円周導線部上部Ｆ１Ｍとなり、円周導線部後部Ｅ１Ｎは円周導線部下部Ｆ１Ｎとなる。また、第２コーナー部Ｒ２は第１コーナー部Ｒ１に対して第１コーナー部Ｒ１を形成する平角導体Ｄの外周面に沿うような形状にフラットワイズ曲げ加工される。ただし、図７Ｃではコーナー部Ｒがそれぞれ重なっているように見えるが、実際には図７Ａ及び図７Ｂに示されるように第１コーナー部Ｒ１と第２コーナー部Ｒ２とが重なり合う訳ではない。また、スロット内導線部Ｓ１及びスロット内導線部Ｓ２は長さが等しくなる。

次に、円周導線部Ｅ３も直線導線部ＰＳ３を延長した直線と直交するように、直線導線部ＰＳ３及び直線導線部ＰＳ４をフラットワイズ曲げ加工して内周側突出部Ｆ３を形成する。直線導線部ＰＳ３がフラットワイズ曲げ加工されることでスロット内導線部Ｓ３及び第３コーナー部Ｒ３が形成され、直線導線部ＰＳ４がフラットワイズ曲げ加工されることでスロット内導線部Ｓ４及び第４コーナー部Ｒ４が形成される。この結果、円周導線部前部Ｅ３Ｍは円周導線部上部Ｆ３Ｍとなり、円周導線部後部Ｅ４Ｎは円周導線部下部Ｆ４Ｎとなる。

同様にして円周導線部Ｅ５はスロット内導線部Ｓ５、第５コーナー部Ｒ５及びスロット内導線部Ｓ６、第６コーナー部Ｒ６が形成されることで内周側突出部Ｆ５となり、円周導線部Ｅ７はスロット内導線部Ｓ７、第７コーナー部Ｒ７及びスロット内導線部Ｓ８、第８コーナー部Ｒ８が形成されることで内周側突出部Ｆ７となり、円周導線部Ｅ９はスロット内導線部Ｓ９、第９コーナー部Ｒ９及びスロット内導線部Ｓ１０、第１０コーナー部Ｒ１０が形成されることで内周側突出部Ｆ９となる。

ここで、コーナー部Ｒは図７Ｃに示されるように第１コーナー部Ｒ１から第１０コーナー部Ｒ１０に行くにつれて曲げ半径が平角導体Ｄ同士重ならないように順に大きくなるように形成される。直線導線部ＰＳ１乃至直線導線部ＰＳ１０は前述したように徐々に長くなる様に形成されているのは、この第１コーナー部Ｒ１乃至第１０コーナー部Ｒ１０を形成した結果形成されたスロット内導線部Ｓ１乃至スロット内導線部Ｓ１０の長さが等しくなるようにするためである。

このため、図６Ｃに示されるように直線導線部ＰＳ１に比べて直線導線部ＰＳ２は長くなっており、直線導線部ＰＳ１乃至直線導線部ＰＳ１０は順に長く形成されることで、コーナー部Ｒ部分の長さの差を吸収できるように設定されている。

次に、端折波巻導線Ｃを円筒状に配置する手順について説明する。

図８Ａに、端折波巻導線Ｃを３枚重ね合わせて円筒状となるように形成した模擬コイル籠ＣＸの斜視図を示す。図８Ｂに、端折波巻導線Ｃを円筒状にした模擬コイル籠ＣＸの側面図を示す。図８Ｃに、端折波巻導線Ｃを円筒状にした模擬コイル籠ＣＸの上面視図を示す。図８Ｄに、端折波巻導線Ｃを円筒状にした模擬コイル籠ＣＸの下面視図を示す。図９に、端折波巻導線Ｃの巻き取りイメージを平面図に示す。

便宜上、重ね合わせるコイルを第１端折波巻導線Ｃ１、第２端折波巻導線Ｃ２及び第３端折波巻導線Ｃ３と呼ぶ。本実施形態のコイル籠１４は、図７Ａ乃至図７Ｃで示された端折波巻導線Ｃを複数枚重ねて図９に示すように第１波巻導線組立体ＲＣと第２波巻導線組立体ＬＣを１８０度位相がずれた点を始点として巻き取り開始する。図８Ａ乃至図８Ｄはこれを視覚的に説明するために３枚だけ端折波巻導線Ｃを重ねた状態で円筒状に形成し模擬コイル籠ＣＸとして、第１端折波巻導線Ｃ１乃至第３端折波巻導線Ｃ３の平角導体Ｄの通る位置を説明するものである。なお、図８Ａ乃至図８Ｄでは説明のため曲げ端部ＳＳ１１及び曲げ端部ＳＳ２１は省略したもの描いているが、曲げ端部ＳＳ１１及び曲げ端部ＳＳ２１がある場合でも同様の構成となる。

端折波巻導線Ｃを３枚重ねて円筒状にしたものを模擬コイル籠ＣＸと呼ぶことにする。模擬コイル籠ＣＸは、第１端折波巻導線Ｃ１、第２端折波巻導線Ｃ２及び第３端折波巻導線Ｃ３を順に重ねて円筒状に丸めている。この際、図８Ａ示されるように第１端折波巻導線Ｃ１、第２端折波巻導線Ｃ２及び第３端折波巻導線Ｃ３の内周側突出部Ｆは、模擬コイル籠ＣＸの内周側を向くように配置される。

また、模擬コイル籠ＣＸのリード側ＥＬには、第１導体端部ＳＳ１及び第２導体端部ＳＳ２が配置され、円周導線部Ｅ２、円周導線部Ｅ４、円周導線部Ｅ６、及び円周導線部Ｅ８はほぼ同じ高さに形成される。一方、反リード側ＥＲには、内周側突出部Ｆ１、内周側突出部Ｆ３、内周側突出部Ｆ５、内周側突出部Ｆ７及び内周側突出部Ｆ９が異なる高さに配置される。なお、内周側突出部Ｆ１と内周側突出部Ｆ９は模擬コイル籠ＣＸの軸方向から観察すると重なって見える位置に配置される。このため、図８Ｃでは内周側突出部Ｆ１が、図８Ｄでは対応する位置に内周側突出部Ｆ９が配置されている。

また、第１端折波巻導線Ｃ１の第１導体端部ＳＳ１は、円周導線部Ｅ８の内周側に配置される。円筒状に一周とちょっと巻回された後に、第２導体端部ＳＳ２が円周導線部Ｅ２の外周側に配置される構成となる。したがって、第１端折波巻導線Ｃ１のスロット内導線部Ｃ１Ｓ１とスロット内導線部Ｃ１Ｓ９が同じスロットＨ１の最内周と最外周より１つ手前に配置されることになる。第２端折波巻導線Ｃ２のスロット内導線部Ｃ２Ｓ１及びスロット内導線部Ｃ２Ｓ９についても、第１端折波巻導線Ｃ１のスロット内導線部Ｃ１Ｓ１及びスロット内導線部Ｃ１Ｓ９が納められるスロットＨ１の隣のスロットＨ１に同様の位置に納められる。第３端折波巻導線Ｃ３のスロット内導線部Ｃ３Ｓ１及びスロット内導線部Ｃ３Ｓ９についても同様となる。

また、第１端折波巻導線Ｃ１のスロット内導線部Ｃ１Ｓ２とスロット内導線部Ｃ１Ｓ１０も同一のスロットＨ１内に配置される。スロット内導線部Ｃ１Ｓ２はスロットＨ１の最内周より１つ外側、スロット内導線部Ｃ１Ｓ１０はスロットＨ１の最外周に配置される。第２端折波巻導線Ｃ２のスロット内導線部Ｃ２Ｓ２とスロット内導線部Ｃ２Ｓ１０についてもスロット内導線部Ｃ１Ｓ２とスロット内導線部Ｃ１Ｓ１０の納められるスロットＨ１の隣のスロットＨ１に同様の位置に納められる。第３端折波巻導線Ｃ３のスロット内導線部Ｃ３Ｓ２及びスロット内導線部Ｃ３Ｓ１０についても同様となる。

このような手順によって模擬コイル籠ＣＸは形成されるが、コイル籠１４を形成する際には、端折波巻導線Ｃを２４枚ずつ１スロット分ずつ順次ずらして重ねられ第１波巻導線組立体ＲＣ及び第２波巻導線組立体ＬＣが形成され、図９に示すように第１波巻導線組立体ＲＣと第２波巻導線組立体ＬＣとを１８０度位相をずらした状態で１つの円筒となる様に巻回を開始する。

端折波巻導線Ｃを２４枚ずつ１スロット分ずつ順次ずらして重ねるため、第１波巻導線組立体ＲＣ及び第２波巻導線組立体ＬＣは、図９に示すように両端が薄く中央が厚くなっている。また、第１波巻導線組立体ＲＣ及び第２波巻導線組立体ＬＣの厚みはスロットＨ１に入る平角導体Ｄの数と同じく、平角導体Ｄの厚み１０枚分と等しく、図９では分かりにくいが、巻き始め側がコイル籠１４の内側に、巻き終わり側がコイル籠１４の外側に配置されるため、第１波巻導線組立体ＲＣ及び第２波巻導線組立体ＬＣの形状は、コイル籠１４の上面から見て略菱形となる。なお、図９では曲げ端部ＳＳ１１及び曲げ端部ＳＳ２１、及び内周側突出部Ｆを省いて示している。

図１０Ａに、ステータコアＨにコイル籠１４の半分を挿入した状態の平面図を示す。図１０Ｂに、ステータコアＨにコイル籠１４の半分を挿入した状態のリード側からの斜視図を示す。図１０Ｃに、ステータコアＨにコイル籠１４の半分を挿入した状態の反リード側からの斜視図を示す。説明のため、コイル籠１４の半分だけ、すなわち第１波巻導線組立体ＲＣ又は第２波巻導線組立体ＬＣの片方を用いて円筒状に形成したものをステータコアＨに挿入したのが、図１０Ａ乃至図１０Ｃである。便宜上、コイル籠１４の半分だけで円筒形状を形成したものを半コイル籠ＣＹと呼ぶことにする。

半コイル籠ＣＹは、図１０Ａに示すように第１波巻導線組立体ＲＣが渦巻き状に配置されて形成されている。第２波巻導線組立体ＬＣは図示されないが図１０Ａの網掛けした第１波巻導線組立体ＲＣの間に渦巻き状に巻かれることとなる。

第１導体端部ＳＳ１はステータＧの外周方向に向かって凸になるように配置され、第２導体端部ＳＳ２は第１導体端部ＳＳ１と重ねて配置されることとなる。その様子は図１０Ａに示されている。なお、部分的に第１導体端部ＳＳ１及び第２導体端部ＳＳ２が形成されず、スロット内導線部Ｓ１及びスロット内導線部Ｓ２がステータＧの軸方向に凸となる状態になっている部分がある。この部分は端子結束部ＳＳ３であり、図１に示す状態のステータＧを形成した後に図示しないバスバによってステータＧの外部に接続する端子と接続し、またはバスバによって連結することで中性点を形成する部分である。

半コイル籠ＣＹは反リード側ＥＲを示す図１０Ｃに示される通り、反リード側ＥＲにおいてもコイル籠１４が形成された段階で第１波巻導線組立体ＲＣと第２波巻導線組立体ＬＣとが交互に積み重なる。このため、第１波巻導線組立体ＲＣのみで形成される半コイル籠ＣＹの反リード側ＥＲには、第２波巻導線組立体ＬＣが配置される隙間ＣＹＤが螺旋状に形成されている。

また、半コイル籠ＣＹにおいても模擬コイル籠ＣＸと同様に円周導線部Ｅ１、円周導線部Ｅ３、円周導線部Ｅ５、円周導線部Ｅ７、及び円周導線部Ｅ９が内周側に向けて曲げられているために、ステータコアＨの内周面Ｈ５よりも内側にこれらの円周導線部Ｅが突出する形状となっている。

また、第１導体端部ＳＳ１と第２導体端部ＳＳ２はリード側ＥＬで重ね合わされて溶接されることで接合されるが、図１０Ｂには第２導体端部ＳＳ２が第１導体端部ＳＳ１と重ね合わされず単体で、図１０Ｃには第１導体端部ＳＳ１が第２導体端部ＳＳ２と重ね合わされず単体で示されている部分がある。この部分は、図示されない第２波巻導線組立体ＬＣの第１導体端部ＳＳ１及び第２導体端部ＳＳ２と重ね合わされて接合されることになり、これによって第１波巻導線組立体ＲＣと第２波巻導線組立体ＬＣとが電気的に接続されることになる。

以上、模擬コイル籠ＣＸ及び半コイル籠ＣＹを用いてステータＧについて説明したが、実際には、図９に示すような位置に第１波巻導線組立体ＲＣと第２波巻導線組立体ＬＣを１８０度位相が異なる配置して、同時に巻き込むような状態で渦巻き状に複数周巻き取ることで、第１波巻導線組立体ＲＣと第２波巻導線組立体ＬＣとで円筒状のコイル籠１４を形成する。こうして図４Ａ乃至図４Ｃに示す状態のコイル籠１４を形成する。特に言及していないが第１波巻導線組立体ＲＣ及び第２波巻導線組立体ＬＣを巻回する際には中央に円筒状の保持治具を用いている。この保持治具に第１波巻導線組立体ＲＣ及び第２波巻導線組立体ＬＣの一端を保持させ、保持治具を回転させることで、コイル籠１４を形成するのである。なお、本実施形態でのコイル籠１４を形成するに当たって用意した波巻導線組立体の数は第１波巻導線組立体ＲＣと第２波巻導線組立体ＬＣの２つであるが、これを３つ以上にすることを妨げない。

このように形成されたコイル籠１４は図４Ａ乃至図４Ｃに示される状態であり、これを図３に示すステータコアＨに挿入することで図１に示すステータＧを形成する。図１１Ａに、ステータＧの側面図を示す。図１１Ｂに、ステータＧの上面視図を示す。図１１Ａのリード側ＥＬ側から見た図である。図１１Ｃに、ステータＧの下面視図を示す。図１１Ａの反リード側ＥＲ側から見た図である。

ステータＧは図１１Ａ乃至図１１Ｃに示すような形状となる。なお、既に説明した図１は図１１Ａ乃至図１１Ｃで示すステータＧの斜視図である。ステータコアＨに対してコイル籠１４を反リード側ＥＲ側から挿入し、ステータＧが形成される。ステータコアＨのスロットＨ１には平角導体Ｄが１０本配置される。本実施形態のステータＧはＵ相Ｖ相Ｗ相の３相を有し、端子結束部ＳＳ３にコイル端子ＴＣを溶接して外部と電気的に接続するための接続端子部分を形成する。

図１２に、ステータＧにコイル端子ＴＣを接続する際の概念図を示す。曲げ端部ＳＳ１１と曲げ端部ＳＳ２１との接合、及び端子結束部ＳＳ３における第１導体端部ＳＳ１及び第２導体端部ＳＳ２とのバスバの溶接工程は、コイル籠１４を形成した段階で溶接しても良いし、ステータコアＨと組み合わせた後溶接しても良い。

ステータＧの内周側に配置される第１導体端部ＳＳ１は、バスバと溶接などの手法で接続されて中性点ＮＰを形成する。ステータＧの外周側に配置される第２導体端部ＳＳ２は、相毎に接続されてＵ相端子ＴＵ、Ｖ相端子ＴＶ、Ｗ相端子ＴＷを形成する。図１２に示されるようにＵ相の場合は、Ｕ相の４つの第２導体端部ＳＳ２が結合されてＵ相端子ＴＵと繋げられる。Ｖ相端子ＴＶ及びＵ相端子ＴＵについても同様である。このようにコイル端子ＴＣは形成される。

この後、曲げ端部ＳＳ１１と曲げ端部ＳＳ２１、第１導体端部ＳＳ１と中性点ＮＰ系西洋に用いられたバスバ、及び第２導体端部ＳＳ２とＵ相端子ＴＵ、Ｖ相端子ＴＶ、Ｗ相端子ＴＷを構成するバスバの溶接部分を、絶縁性の高い樹脂材料を用いて絶縁保護する。

図１３に、ステータＧにロータ４２を挿入する様子を示した側面図を示す。前述したように、ステータＧにはステータコアＨの内周面Ｈ５よりも内側に内周側突出部Ｆが配置されている。このため、ステータＧにロータ４２を挿入する際には図１３に示すようにリード側ＥＬ側から挿入することとなる。

ロータ４２はロータシャフト４１とロータコア４３とからなり、ステータコアＨの内周面Ｈ５の内側にロータコア４３が納められるようにステータＧに挿入されて図示しないモータカバーに備えるベアリングに保持される。このようにロータ４２とステータＧを組み合わせることでモータＭが形成される。

本実施形態のモータＭは上記構成であるので、以下に説明するような作用及び効果を奏する。

まず、モータＭの組み立て性の向上を図ることが可能となる点が上げられる。本実施形態のモータＭは、平角導体Ｄを用いた波巻コイルとステータコアＨを備えるステータＧと、中心軸を備えるロータ４２とを有するモータＭにおいて、波巻コイルが、つづら折り状に連続して形成された複数の端折波巻導線Ｃを、順次ずらして重ね合わせて形成された第１波巻導線組立体ＲＣ及び第２波巻導線組立体ＬＣを、複数周巻き取ることにより形成されたコイル籠１４を有すること、コイル籠１４の一端のコイルエンド部が、ステータコアＨのスロット内導線部Ｓに対して、ロータ４２側に折り曲げられていること、一端のコイルエンド部が、ステータコアＨの内周面よりロータ４２の軸心側に位置することを特徴とする。

端折波巻導線Ｃを積層して第１波巻導線組立体ＲＣ及び第２波巻導線組立体ＬＣを形成し、これを複数周巻き取ることで円筒状に形成しコイル籠１４を形成する。このコイル籠１４の反リード側ＥＲは内周側突出部Ｆが段付波巻導線Ｂを内側に曲げることで形成されている。

コイル籠１４はステータコアＨに対して反リード側ＥＲ側を近接するようにして挿入が可能である。これはコイル籠１４のコイルエンドが内周側突出部Ｆとして折り曲げられているため、反リード側ＥＲからステータコアＨが備えるスロットＨ１に挿入する分には干渉する部分が無い。したがって、コイル籠１４に無理な力をかけることなくコイル籠１４をステータコアＨに組み付けが可能である。

よって、課題に示したようなコイルを弾性変形させたことで生じたスプリングバックによりステータコアＨのスロットＨ１から平角導体Ｄが飛び出す虞を低減することが可能となる。

また、コイル籠１４が内周側突出部Ｆを有し、ステータコアＨと組み付けが容易な構造となっているために、ステータコアＨに分割型のステータコアを採用する必要がなくなる。波巻コイルにはその構造上分割型コアを用いるしかなかったが、分割型のステータコアは一体型のステータコアＨと比べて鉄損が大きいと言う問題があった。しかしながらコイル籠１４のような構造を採用することで一体型のステータコアＨをモータＭに用いることができ、モータＭの鉄損を低減させることで性能向上に寄与することが可能となる。

また、コイル籠１４が、第１波巻導線組立体ＲＣと第２波巻導線組立体ＬＣを有すること、第１波巻導線組立体ＲＣと第２波巻導線組立体ＬＣが、コイル籠１４の円周上で１８０度異なる位置から同時に複数周巻き取られているので、内周側突出部Ｆが形成された端折波巻導線Ｃを、複数周巻き取るときに、容易にコイル籠１４を形成することが可能となる。

端折波巻導線Ｃを４８枚重ねて円筒状に形成する場合には、例えば端折波巻導線Ｃの直線導線部ＰＳ１と直線導線部ＰＳ２とが段差部Ｋ１付近を起点として遠ざかるように変形される必要がある。このため、端部同士を重ねる際に若干変形させる必要が出てくる。しかしながら、第１波巻導線組立体ＲＣ及び第２波巻導線組立体ＬＣの２つに巻線導体組立体を分け、１８０度位相をずらして巻回することで、変形量を低減することができ、組み付け易さを向上させることができる。なお、本実施形態に示すように第１波巻導線組立体ＲＣと第２波巻導線組立体ＬＣの２つに分けるのではなく、３つ以上に分けても同様の効果がある。

また、ステータＧにおいて曲げ端部ＳＳ１１及び曲げ端部ＳＳ２１をコイル籠１４の外周に配置したことで、ステータＧの軸方向の体格を低減することが可能である。曲げ端部ＳＳ１１及び曲げ端部ＳＳ２１をステータＧの軸方向側に延長して接合するのではなく、コイル籠１４の外周に配置していることで、コイル籠１４のリード側ＥＬの軸方向への突出量を低減しコイルエンドを小さくすることが可能となる。なお、コイル籠１４の外周側に配置された曲げ端部ＳＳ１１及び曲げ端部ＳＳ２１は、図１１Ｂ等に示される通りステータコアＨの外周よりも小さくなる。したがって、ステータＧの径方向にも大きくなることはない。

また、波巻導線が一端のコイルエンド部のうち最終のコイルエンド部が一番目のコイルエンド部と径方向で重なり合う構成となっている、すなわち、図５Ａに示される波巻導線Ａの直線導線部ＰＳ１、及び直線導線部ＰＳ２が、直線導線部ＰＳ９、及び直線導線部ＰＳ１０と径方向に重なり合うことを特徴としているので、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の隣接する端折波巻導線Ｃの端子の位置を、近接させて配置させることができる。

コイル籠１４で考えれば、端折波巻導線Ｃが反リード側ＥＲにおいて内周側突出部Ｆ１と内周側突出部Ｆ９とが軸方向で重なり合い、ステータコアＨに挿入された場合には、スロット内導線部Ｓ１とスロット内導線部Ｓ９とが同じスロットＨ１に、スロット内導線部Ｓ２とスロット内導線部Ｓ１０とが同じスロットＨ１に挿入される状態となる。このため、端子結束部ＳＳ３として１カ所に集約させ、Ｕ相端子ＴＵ、Ｖ相端子ＴＶ、Ｗ相端子ＴＷ、及び中性点ＮＰの構造を単純化することができる。また、ステータＧのコイルエンドを軸方向に短縮することができる。

また、コイル籠１４の反リード側ＥＲのコイルエンド部では、第２端折波巻導線Ｃ２が第１端折波巻導線Ｃ１に対してステータコアＨに近い方向で重ね合わされていること、を特徴とするので、コイルエンド部の体積をコンパクトにすることができる。

波巻導線Ａを段付波巻導線Ｂのように加工し、段差未形成部ＫＡ１乃至段差未形成部ＫＡ９を段差部Ｋ１乃至段差部Ｋ９とすることで、端折波巻導線Ｃに加工した際の内周側突出部Ｆ部分の乗り越え部分を形成することが可能となる。この乗り越え部は、図８Ａに示すように第１端折波巻導線Ｃ１を第２端折波巻導線Ｃ２が乗り越えるような状況に組み合わされる。したがって、第２端折波巻導線Ｃ２が第１端折波巻導線Ｃ１よりステータコアＨに近い方向で重ね合わされることとなる。この結果、平角導体Ｄ同士を綺麗に重ね合わせることが可能となり、ステータコアＨのコイルエンド部の体積をコンパクトにすることが可能となる。

以上、本実施形態に則して発明を説明したが、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更することにより実施することもできる。

例えば、本実施形態のステータＧは４８スロットのステータコアＨを用いているが、設計上の要件から決定される構成であるため、これを変更することを妨げない。同様に波巻導線Ａの九十九折れの折り返しの数や、スロットＨ１に入る平角導体Ｄの数などを変更することを妨げない。

１４コイル籠
４２ロータ
Ａ波巻導線
Ｂ段付波巻導線
Ｃ端折波巻導線
Ｄ平角導体
Ｅ円周導線部
Ｆ内周側突出部
Ｇステータ
Ｈステータコア
Ｍモータ
Ｓスロット内導線部

Claims

平角導線を用いた波巻コイルとステータコアを備えるステータと、中心軸を備えるロータとを有するモータにおいて、
前記波巻コイルが、つづら折り状で順次、直線部の長さが長くなるように連続して形成され、一方のコイルエンド部が、前記ステータコアのスロット内導線部に対して、前記ロータ側に折り曲げられている複数の波巻導線を、順次ずらして重ね合わせて形成された波巻導線組立体を、複数周巻き取ることにより形成されたコイル籠を有すること、
前記波巻導線の折り曲げ半径が、順次大きく成形されていること、
前記波巻導線のコイルエンド部に、前記平角導線の厚み分の段差部が形成されており、前記コイル籠のスロット内導線の半径方向の位置が、順次ずれていること、
前記一端のコイルエンド部が、前記ステータコアの内周面より前記ロータの軸心側に位置していること、
を特徴とするモータ。
請求項１に記載するモータにおいて、
前記波巻導線の一端に形成されるターン部と他端に形成されるターン部とが、前記コイル籠の前記一端のコイルエンド部で前記ステータコアの軸方向に重なり合うこと、
を特徴とするモータ。
請求項１に記載するモータにおいて、
複数の前記波巻導線組立体の先端を、渦巻状に同時に巻き込むことにより、前記コイル籠が成形されること、
を特徴とするモータ。