JP6990638B2 - シート状波巻コイル - Google Patents

Description

本発明は、蛇腹状に折り畳まれることにより複数層を有する波巻コイルを構成するシート状波巻コイルに関する。

従来、ステータコアのスロット内に配置される複数のストレート部を第一方向に並列させると共に、第一方向に直交する第二方向に複数列配置させ、これらを蛇腹状に折り畳むことにより、複数層のコイルを構成するシート状波巻コイルが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許第５２４３２５８号公報

上記従来のシート状波巻コイルは、隣り合う層のストレート部同士が、ステータコアの周方向に蛇行するように連結されている。このため、蛇腹状に折り畳んだ後にスロットに挿入するために円筒状に丸めた際、周方向端部が層の厚み方向に凹凸状となり、その周方向端部同士をステータコアのスロット内で重ね合わせることが困難であった。

また、連結部を折り返して成形されるターン部は、精度良く曲げ起点を設ける必要があり、エッジの鋭い治具を用いる必要がある。しかし、そのような治具を使用すると、コイルの外周に設けられている絶縁被膜を傷つけてしまうという問題点があった。

そこで、本発明は、円筒状に丸めた際の周方向端部を、容易に重ね合わせることができるシート状波巻コイルを提供することを目的とする。

（１） 本発明に係るシート状波巻コイルは、複数並列されてステータコア（例えば、後述のステータコア５０）のスロット（例えば、後述のスロット５２）に挿入されるストレート部（例えば、後述のストレート部１１）と、隣り合う前記ストレート部の端部（例えば、後述の上端部１１ａ、下端部１１ｂ）同士を連結する複数のターン部（例えば、後述の折り返された連結部１２、ターン部１３）と、を有し、円筒状に丸めることにより、前記ストレート部が前記スロット内の径方向に複数本並んで配置されて複数の層（例えば、後述の第１層Ｌ１～第８層Ｌ８）を構成するシート状波巻コイル（例えば、後述のシート状波巻コイル１）であって、同じ前記層の異なる前記スロットに配置される前記ストレート部が、同一平面上の第１方向（例えば、後述のＤ１方向に沿う方向）に並ぶと共に、同じ前記スロットの異なる前記層に配置される前記ストレート部が、前記第１方向に直交する第２方向（例えば、後述のＤ３方向に沿う方向）に並んでおり、隣り合う前記層に配置される前記ストレート部同士が、前記ストレート部に対して同一方向に傾斜する連結部（例えば、後述の連結部１２）によって連結され、前記連結部において、前記第２方向に蛇腹状に折り畳まれることにより、隣り合う前記層に配置される前記ストレート部の前記端部同士を連結する第１のターン部（例えば、後述の折り返された連結部１２）が構成される。

上記（１）に記載のシート状波巻コイルによれば、蛇腹状に折り畳まれた後に、周方向端部が階段形状になるため、丸めた後に周方向端部同士を容易に重ね合わせることができる。

（２） （１）に記載のシート状波巻コイルにおいて、蛇腹状に折り畳まれる前記連結部に、絶縁紙（例えば、後述の絶縁紙１５）が挟持されてもよい。

上記（２）に記載のシート状波巻コイルによれば、連結部で折り返す際に、絶縁被膜の損傷を抑制し、コイルの絶縁を図ることができる。絶縁紙は、平面上で容易にセット可能である。

（３） （２）に記載のシート状波巻コイルにおいて、前記絶縁紙は、前記連結部の折り曲げ位置と対応する位置で、前記第２方向に折り曲げられていてもよい。

上記（３）に記載のシート状波巻コイルによれば、折り畳む前のシート状波巻コイルの連結部に、絶縁紙を置いた状態で、絶縁紙も一緒に折り曲げられることで、折り曲げの際に使用する治具による絶縁被膜の損傷を更に抑制することができる。

（４） （１）～（３）のいずれかに記載のシート状波巻コイルにおいて、前記第２方向の両端部において前記第１方向に沿って隣り合う前記ストレート部の前記端部同士を連結する第２のターン部（例えば、後述のターン部１３）を有し、前記第２のターン部は、前記ストレート部と同一平面上で曲げ加工されていてもよい。

上記（４）に記載のシート状波巻コイルによれば、折り畳む前のシート形状をコンパクトに構成することができる。

本発明によれば、円筒状に丸めた際の周方向端部を、容易に重ね合わせることができるシート状波巻コイルを提供することができる。

本発明に係るシート状波巻コイルが挿入されるステータコアの一実施形態を示す平面図である。 本発明のシート状波巻コイルの一実施形態を示す平面図である。 図２に示すシート状波巻コイルを構成するコイル線材のうちの１本のみを示す平面図である。 図２中のＡ部の拡大図である。 図２に示すシート状波巻コイルを蛇腹状に折り畳む様子を説明する斜視図である。 蛇腹状に折り畳んだ状態のシート状波巻コイルを模式的に示す平面図である。 折り曲げられた絶縁紙を有する連結部を示す図である。 蛇腹状に折り畳んだ状態のシート状波巻コイルにおける図２中のＡ部と同一部位を示す拡大図である。 図２に示すシート状波巻コイルを円筒状に丸めた状態を模式的に示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
先ず、本発明に係るシート状波巻コイルが挿入されるステータコアの一実施形態について、図１を用いて説明する。
ステータコア５０は、中央に円形の軸孔５１を有する六角柱状に形成される。軸孔５１の内周側には、後述のシート状波巻コイル１が装着される複数のスロット５２が、ステータコア５０の周方向（Ｄ１方向）に沿って均等間隔で放射状に配列されている。各スロット５２は、ステータコア５０の軸方向（図１における紙面に対する垂直方向）に貫通している。また、各スロット５２は、径方向（Ｄ２方向）の内側の軸孔５１に開放する開口部５２１から、径方向の外側に配置される底部５２２に向けて凹設された溝状にそれぞれ形成されている。このステータコア５０は、７２個のスロット５２を備え、各スロット５２に後述のシート状波巻コイル１が円筒状に丸められた状態で挿入されることにより、７２スロットのステータを構成する。

次に、シート状波巻コイルについて、図２～図８を用いて説明する。
図２は、ステータコア５０に装着される前の一平面上に展開された状態のシート状波巻コイル１を示している。本実施形態に示すシート状波巻コイル１は、図２に示すように、複数本のコイル線材１０をＤ１方向にステータコア５０の１スロット分ずつずらして並列させることにより構成される。このシート状波巻コイル１は、Ｕ１及びＵ２の２つのＵ相と、Ｖ１及びＶ２の２つのＶ相と、Ｗ１及びＷ２の２つのＷ相と、に対応する３相６本のコイル線材１０により構成される。６本のコイル線材１０は同一構造であるため、そのうちの１本のコイル線材１０について、図３を用いて説明する。

コイル線材１０は、銅やアルミ等の断面が略矩形状の導体と、その導体の外表面を覆う絶縁被覆とからなる平角線により形成され、図３中のＤ１方向に沿って所定の間隔をおいて並列される複数のストレート部１１を有する。ストレート部１１は、ステータコア５０のスロット５２内に挿入される部位であり、スロット５２の軸方向の長さと同一又は僅かに長く形成される。このコイル線材１０は、Ｄ１方向に観察した場合、平行に配置される１２本のストレート部１１を有する。

Ｄ１方向に沿う１２本のストレート部１１は、隣り合うストレート部１１、１１の間に５スロット分の間隔をおいて配置される。各ストレート部１１は、図３中のＤ１方向と直交するＤ３方向に沿ってストレート状に延びている。また、１本のコイル線材１０は、Ｄ１方向に沿って並列される１２本のストレート部１１を１つの組とした場合、この組が、図３中のＤ３方向に沿って８組並んで配置される。

なお、図３中のＤ１方向は、ステータコア５０の周方向に対応する方向であり、本発明の「第１方向」に対応する。Ｄ３方向は、ステータコア５０の軸方向に対応する方向であり、本発明の「第２方向」に対応する。

図３に示すコイル線材１０の全てのストレート部１１は、同一平面上（図３における紙面上）に配置される。Ｄ１方向に沿う１２本ずつのストレート部１１は、ステータコア５０の５スロットおきの１２個のスロット５２に１本ずつ挿入される。各スロット５２に挿入された１２本のストレート部１１は、スロット５２内の径方向（スロット５２の深さ方向）の同一位置に配置され、ステータコア５０の周方向に沿う１つの層を構成する。即ち、Ｄ１方向に沿う１２本ずつのストレート部１１は、ステータコア５０の同じ層の異なるスロット５２に配置される。

本実施形態に示すシート状波巻コイル１は、図２、図３に示すように、Ｄ１方向（第１方向）に沿う１２本のストレート部１１の組（層）が、Ｄ３方向（第２方向）に沿って８組（層）設けられ、図２、図３における上側から下側に向けて順に、第１層Ｌ１～第８層Ｌ８を構成する。従って、１本のコイル線材１０は、全体で９６本のストレート部１１を有する。

１本のコイル線材１０において、Ｄ３方向に隣り合う層に配置されるストレート部１１、１１同士は、連結部１２によってそれぞれ一体に連結されている。即ち、いずれか１本のストレート部１１は、隣り合う層の１本のストレート部１１と、連結部１２によって連結される。このコイル線材１０は、各層に１２本のストレート部１１を有するため、隣り合う層間にそれぞれ１２本ずつ、合計８４本の連結部１２を有する。

１本のコイル線材１０における全ての連結部１２は、ストレート部１１に対して同一方向に傾斜して設けられる。図３に示すコイル線材１０の連結部１２は、第１層Ｌ１から第８層Ｌ８にかけて、右斜め下方向に同一角度で傾斜している。このため、各層内のストレート部１１は、それぞれ５スロット分の間隔を維持したまま、第１層Ｌ１から第８層Ｌ８に向かうに従って、Ｄ１方向に沿って徐々に右側にずれるように配置されている。

Ｄ３方向に隣り合う層において、共通の連結部１２によって連結されるストレート部１１、１１同士は、Ｄ１方向に沿って５スロット分の間隔をおいてずれている。このため、コイル線材１０をＤ３方向に観察した場合、各層のストレート部１１は同一直線上に配置される。隣り合う層においてＤ３方向（第２方向）に沿う同一直線上に配置される各ストレート部１１は、同じスロット５２の異なる層に配置される。

連結部１２は、図４に示すように、ストレート部１１の上端部１１ａ又は下端部１１ｂと連結される２本の斜行部１２１、１２１と、これら２本の斜行部１２１、１２１の先端同士を連結する１本の中間部１２２と、を有する。２本の斜行部１２１、１２１は同一の角度で傾斜している。１本の中間部１２２は、ストレート部１１に対して十分に短く、且つ、ストレート部１１に対して平行に配置されている。

図３に示すように、第１層Ｌ１においてＤ１方向に沿って隣り合うストレート部１１、１１の上端部１１ａ、１１ａ同士、及び、第８層Ｌ８においてＤ１方向に沿って隣り合うストレート部１１、１１の下端部１１ｂ、１１ｂ同士は、２本一組ずつ山型状のターン部１３によって一体に連結されている。各ターン部１３は、ストレート部１１の上端部１１ａ又は下端部１１ｂと連結される２本の斜行部１３１、１３１を有する。２本の斜行部１３１、１３１の先端部同士は一体に連結されている。

ターン部１３は、ストレート部１１と同一平面上で、該平面に対して平行に曲げ加工されている。即ち、ターン部１３は、コイル線材１０を同一平面上で山型状に屈曲させることによって形成されている。このため、図２、図３に示すようにシート状波巻コイル１を一平面状に展開した状態では、Ｄ３方向に沿う幅は第１層Ｌ１～第８層Ｌ８に制限され、折り畳む前のシート形状がコンパクトになる。このターン部１３は、本発明おける「第２のターン部」に対応する。

なお、図３に示すように、第１層Ｌ１におけるＤ１方向に沿う両端に配置されるストレート部１１、１１の上端部１１ａ、１１ａには、ターン部１３が設けられず、それぞれ１本ずつのコイル端末部１４、１４が一体に連結されている。コイル端末部１４は、図示しない駆動回路と電気的に接続される部位である。コイル端末部１４、１４は、連結部１２の斜行部１２１と同一方向に略同一角度で傾斜している。

以上のように構成されるコイル線材１０は、図３に示すように、一方のコイル端末部１４（図３における左端のコイル端末部１４）から、他方のコイル端末部１４（図３における右端のコイル端末部１４）にかけて、斜めに傾斜しながら上下方向に蛇行するように形成される。即ち、コイル線材１０は、第１層Ｌ１の図示左端のコイル端末部１４から第８層Ｌ８に向けて、右斜め下方にストレート部１１及び連結部１２を交互に連続させて延びた後、第８層Ｌ８のターン部１３で第１層Ｌ１に向けて、左斜め上方に向けてストレート部１１及び連結部１２を交互に連続させて延びる形状を、第１層Ｌ１の図示右端のコイル端末部１４に至るまで繰り返すことにより形成される。

図２に示すシート状波巻コイル１は、以上説明した同一構造のコイル線材１０を６本使用し、各層のＤ３方向に沿う位置を一致させて順次積層すると共に、Ｄ１方向にステータコア５０の１スロット分ずつ平行にずらして並列させることにより構成される。これにより、第１層Ｌ１～第８層Ｌ８の各層には、ステータコア５０の１周分の７２個のスロット５２に対応する７２本ずつのストレート部１１が、Ｄ１方向に沿って並列して配置される。また、Ｄ３方向に隣り合う層間には、各層のストレート部１１と同じ７２本の傾斜状の連結部１２が、Ｄ１方向に沿って並列して配置される。

６本のコイル線材１０により構成されるシート状波巻コイル１は、各層間の連結部１２においてＤ３方向に交互に折り返されることにより、編み込むことなく、蛇腹状に折り畳まれる。即ち、シート状波巻コイル１は、図２に示すように、各層間の連結部１２の並び方向（Ｄ１方向）に沿う折り返し線ｆ１～ｆ７に沿って、図５に示すように、Ｄ３方向に交互に山折り又は谷折りすることにより、蛇腹状に折り畳まれる。折り返し線ｆ１～ｆ７は、各連結部１２における中間部１２２の略中央部に沿って仮想的に設定される。

各層間の連結部１２が折り返し線ｆ１～ｆ７に沿って折り返されることにより、図６に示すように、連結部１２によって、隣り合う層に配置されるストレート部１１、１１の端部同士（上端部１１ａと下端部１１ｂ）を山型状に連結するターン部が形成される。このターン部は、本発明の「第１のターン部」に対応する。この第１のターン部は、第１層Ｌ１及び第８層Ｌ８を除く第２層Ｌ２～第７層Ｌ７の各ストレート部１１の上端部１１ａ側及び下端部１１ｂ側にそれぞれ設けられる。

シート状波巻コイル１が折り返し線ｆ１～ｆ７に沿って蛇腹状に折り畳まれる際、図５に示すように、蛇腹状に折り畳まれる各層間の連結部１２に沿って、即ち、各折り返し線ｆ１～ｆ７に沿って、絶縁紙１５を配置させることにより、折り畳まれる連結部１２間に絶縁紙１５が挟持されるようにしておくとよい。これにより、絶縁被膜の損傷等のコイル線材１０の損傷を抑制することができ、異なるコイル線材１０同士の絶縁を図ることができる。絶縁紙１５は、図２に示すように一平面上に展開されたシート状波巻コイル１に対してセットすることができるため、容易にセット可能である。

絶縁紙１５は、図７に示すように、連結部１２の折り曲げ位置と対応する位置で、Ｄ３方向（第２方向）に二つに折り曲げられる。このため、折り畳む前のシート状波巻コイルの連結部１２に、絶縁紙１５を置いた状態で、絶縁紙１５も一緒に折り曲げられることで、折り曲げの際に使用する治具による絶縁被膜の損傷を更に抑制することができる。

シート状波巻コイル１が各折り返し線ｆ１～ｆ７に沿って蛇腹状に折り畳まれることにより、図８に示すように、第１層Ｌ１～第８層Ｌ８が互いに積層される８層構造のシート状波巻コイル１が得られる。８層構造のシート状波巻コイル１には、それぞれ８本ずつのストレート部１１が積層されたストレート部１１の組が、Ｄ１方向に沿って７２組並列される。また、図２においてＤ３方向に隣り合う層のストレート部１１、１１同士は、５スロット分の間隔でＤ１方向にずれたまま互いに重なり合う。このため、図８に示すように、折り畳まれた後のシート状波巻コイル１のＤ１方向に沿う両端部１６、１６は、階段状に形成される。

第１層Ｌ１～第８層Ｌ８が積層されたシート状波巻コイル１は、円筒状に丸められてステータコア５０の軸孔５１内に挿入された後、スロット５２の開口部５２１に向けて拡径される。拡径されたシート状波巻コイル１の各ストレート部１１は、対応するスロット５２内に挿入される。このとき、円筒状に丸められるシート状波巻コイル１の周方向端部（Ｄ１方向に沿う両端部１６、１６）は階段状であるため、図９に示すように、シート状波巻コイル１を丸めた後の周方向端部（両端部１６、１６）には実質的に凹凸を繰り返すような段差部が形成されない。従って、シート状波巻コイル１の両端部１６、１６は、スロット５２内で容易に重ね合わせることができる。図９では、第１層Ｌ１がステータコア５０の最も外周側に配置される場合を示すが、シート状波巻コイル１は、第１層Ｌ１がステータコア５０の最も内周側に配置されるように丸められてもよい。

ところで、従来の波巻コイルの挿入方法は、シート状波巻コイルをステータコア内径側スペースに収まるところまで縮径した後、拡径してステータコアのスロット内に挿入する方法であった。しかし、この方法では、円筒状に丸めた状態のシート状波巻コイルを縮径させるときの変形量、変形応力、必要変形推力が大きく、また、絶縁被膜の損傷も大きいという課題があった。この課題を解決するために、渦巻状の波巻コイルをステータコアの軸孔に収まるところまで周方向端部から順に円筒状に丸めた後、丸めた渦巻状の波巻コイルの端部から順次繰り出してステータコアのスロット内に挿入する方法があった。しかし、何重にも丸められた渦巻状の波巻コイルを位置決めしながら、そのコイルの端部を順次繰り出していく工程が煩雑で難しいという問題点があった。

これに対し、本発明に係るシート状波巻コイル１は、蛇腹状に折り畳んだ後の全長が、ステータコア５０の略１周分であるため、コイルの位置決め及びそのハンドリングを容易にすることが可能であり、且つ、繰り出し長さも短くなるため、生産性をも向上させることが可能になる。

以上の実施形態に示すシート状波巻コイル１は、８層構造としたが、シート状波巻コイル１の層数は複数層であればよく、８層に限定されない。また、ステータコア５０のスロット数も７２スロットに限定されない。

１ シート状波巻コイル
１１ ストレート部
１１ａ （ストレート部の）上端部
１１ｂ （ストレート部の）下端部
１２ 連結部（第１のターン部）
１３ ターン部（第２のターン部）
１５ 絶縁紙
５０ ステータコア
５２ スロット
Ｌ１～Ｌ８ 第１層～第８層

Claims (4)

1. 複数並列されてステータコアのスロットに挿入されるストレート部と、隣り合う前記ストレート部の端部同士を連結する複数のターン部と、を有し、円筒状に丸めることにより、前記ストレート部が前記スロット内の径方向に複数本並んで配置されて複数の層を構成するシート状波巻コイルであって、
   同じ前記層の異なる前記スロットに配置される前記ストレート部が、同一平面上の第１方向に並ぶと共に、
   同じ前記スロットの異なる前記層に配置される前記ストレート部が、前記第１方向に直交する第２方向に並んでおり、
   隣り合う前記層に配置される前記ストレート部同士が、前記ストレート部に対して同一方向に傾斜する連結部によって連結され、
   前記連結部において、前記第２方向に蛇腹状に折り畳まれることにより、隣り合う前記層に配置される前記ストレート部の前記端部同士を連結する第１のターン部が構成される、シート状波巻コイル。
2. 蛇腹状に折り畳まれる前記連結部に、絶縁紙が挟持される、請求項１に記載のシート状波巻コイル。
3. 前記絶縁紙は、前記連結部の折り曲げ位置と対応する位置で、前記第２方向に折り曲げられている、請求項２に記載のシート状波巻コイル。
4. 前記第２方向の両端部において前記第１方向に沿って隣り合う前記ストレート部の前記端部同士を連結する第２のターン部を有し、
   前記第２のターン部は、前記ストレート部と同一平面上で曲げ加工されている、請求項１～３のいずれか１項に記載のシート状波巻コイル。
   

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