(57)【要約】【課題】抵抗損失の増大を抑制するとともに、コイルエンド部の強度を確保することができる回転電機用コイル導線およびコイル体を提供する。【解決手段】回転電機用コイル導線１は、それぞれ絶縁被覆された複数の素線を束ねて構成される素線集合体の周囲に導電性の被覆部材１６が被覆されている。コイル導線１のうち、回転電機のステータ３のスロット５内に配置されるスロット内部分２８の被覆部材１６には螺旋状スリット３２が形成され、他方、ステータ３のスロット５外に配置されてコイルエンドを構成するコイルエンド部分２６，３０の被覆部材１６には螺旋状スリットが形成されていない。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ絶縁被覆された複数の素線を束ねて構成される素線集合体の周囲に導電性の被覆部材が被覆される回転電機用コイル導線であって、
前記コイル導線のうち、回転電機のステータのスロット内に配置されるスロット内部分の被覆部材には螺旋状絶縁部が形成され、他方、前記ステータのスロット外に配置されてコイルエンドを構成するコイルエンド部分の被覆部材には螺旋状絶縁部が形成されていない、
回転電機用コイル導線。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機用コイル導線において、
前記被覆部材は金属製の管材からなることを特徴とする、回転電機用コイル導線。
【請求項３】
請求項２に記載の回転電機用コイル導線において、
前記螺旋状絶縁部は前記管材に形成された螺旋状のスリットであることを特徴とする、回転電機用コイル導線。
【請求項４】
請求項１に記載の回転電機用コイル導線において、
前記スロット内部分の被覆部材は前記素線集合体の外周面に螺旋状に巻かれた金属性の帯状部材によって形成され、前記スロット内部分と前記コイルエンド部分の各被覆部材は溶接によって連結されていることを特徴とする、回転電機用コイル導線。
【請求項５】
請求項４に記載の回転電機用コイル導線において、
前記スロット内部分における前記螺旋状絶縁部は、前記素線集合体を周回するごとに隣接する帯状部材同士の間に形成される隙間によって構成されることを特徴とする、回転電機用コイル導線。
【請求項６】
請求項４に記載の回転電機用コイル導線において、
前記帯状部材は一方表面に絶縁層を有し、前記スロット内部分における前記螺旋状絶縁部は、前記帯状部材が螺旋状に巻かれた帯状部材の幅方向縁部同士が前記絶縁層を介して重なり合った重なり部によって構成されることを特徴とする、回転電機用コイル導線。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の回転電機用コイル導線において、
２本の脚部と各脚部の一方端部に連設される連設部とを有する略Ｕ字状の導体セグメントとして形成され、該導体セグメントの連設部と前記脚部の先端部分とが前記コイルエンド部分を構成し、前記脚部における前記先端部分を除く中間部分が前記スロット内部分を構成することを特徴とする、回転電機用コイル導線。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の回転電機用コイル導線が回転電機のステータのティースに巻装されるようにコイル状に形成されている、回転電機用コイル体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の素線を束ねて構成される素線集合体の周囲に被覆部材が被覆されている回転電機用コイル導線、およびこれを用いたコイル体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば国際公開第２０１２／０４９７７５号（以下、特許文献１という）には、複数の導線を束ねてなる集合導線の外周面に帯状部材を螺旋状に巻き付けて構成されるモータ用導線が開示されている。このモータ用導線に用いられる帯状部材は金属製であって、その電気抵抗値は導線の電気抵抗値以上であると記載されている。これにより、このモータ用導線をコイルにするために曲げ加工する際の耐久性が高くなって複数の導線がばらけることなく結束した状態に維持できるとともに、コイルにおける渦電流の発生を低減できると述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１２／０４９７７５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載されるモータ用導線では、導線の長手方向の全体にわたって電気抵抗値が比較的高い帯状部材を螺旋状に巻くために帯状部材の全長が長くなり、その分、電流が流れる経路長が長くなることによる抵抗損失が大きくなって渦電流損失の低減分が相殺されてしまうことがある。
【０００５】
また、モータ用導線の全長にわたって集合導線の外周面に薄い金属箔からなる帯状部材を螺旋状に巻き付けることでは、モータ用導線の曲げ強度を高くする効果はそれほど期待できない。そのため、このモータ用導線がコイルに形成されてモータステータに装着されたときに、コイルエンド部を構成する部分のモータ用導線に十分な剛性が得られず、コイルエンド部の固定を強固なものにできないことがある。
【０００６】
本発明の目的は、抵抗損失の増大を抑制するとともに、コイルエンド部の強度を確保することができる回転電機用コイル導線およびコイル体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る回転電機用コイル導線は、それぞれ絶縁被覆された複数の素線を束ねて構成される素線集合体の周囲に導電性の被覆部材が被覆される回転電機用コイル導線であって、前記コイル導線のうち、回転電機のステータのスロット内に配置されるスロット内部分の被覆部材には螺旋状絶縁部が形成され、他方、前記ステータのスロット外に配置されてコイルエンドを構成するコイルエンド部分の被覆部材には螺旋状絶縁部が形成されていないことを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る回転電機用コイル導線において、前記被覆部材は金属製の管材からなってもよい。
【０００９】
この場合、前記螺旋状絶縁部は前記管材に形成された螺旋状のスリットであってもよい。
【００１０】
また、本発明に係る回転電機用コイル導線において、前記スロット内部分の被覆部材は前記素線集合体の外周面に螺旋状に巻かれた金属性の帯状部材によって形成され、前記スロット内部分と前記コイルエンド部分の各被覆部材は溶接によって連結されてもよい。
【００１１】
この場合、前記スロット内部分における前記螺旋状絶縁部は、前記素線集合体を周回するごとに隣接する帯状部材同士の間に形成される隙間によって構成されてもよい。
【００１２】
また、この場合、前記帯状部材は一方表面に絶縁層を有し、前記スロット内部分における前記螺旋状絶縁部は、前記帯状部材が螺旋状に巻かれた帯状部材の幅方向縁部同士が前記絶縁層を介して重なり合った重なり部によって構成されてもよい。
【００１３】
また、本発明に係る回転電機用コイル導線において、２本の脚部と各脚部の一方端部に連設される連設部とを有する略Ｕ字状の導体セグメントとして形成され、該導体セグメントの連設部と前記脚部の先端部分とが前記コイルエンド部分を構成し、前記脚部における前記先端部分を除く中間部分が前記スロット内部分を構成してもよい。
【００１４】
さらに、本発明に係る回転電機用コイル体は、上記いずれかの構成の回転電機用コイル導線が回転電機のステータのティースに巻装されるようにコイル状に形成されたものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る回転電機用コイル導線及びコイル体によれば、抵抗損失の増大を抑制できるとともに、コイルエンド部の固定状態を強固なものにできる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施の形態である平角導線の斜視図を示す図である。
【図２】図１の平角導線が略Ｕ字状の導体セグメントに形成されてステータに装着されるときの様子を示す図である。
【図３】図２中のＡ部の拡大図である。
【図４】平角導線のスロット内部分の変形例を示す図である。
【図５】平角導線のスロット内部分の別の変形例を示す図である。
【図６】図５における帯状部材同士の重なり部の断面図である。
【図７】図４または図５に示すスロット内部分が形成されている平角導線がＵ字状導体セグメントとして形成されているものを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明に係る実施の形態（以下、実施形態という）について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。また、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて用いることは当初から想定されている。
【００１８】
また、以下においてはモータ用導線として断面が四角形の平角導線を例に挙げて説明するが、これに限定されず、本発明は断面がその他の多角形の導線や断面が円形の導線などにも広く適用することができる。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態である平角導線１を示す斜視図である。図示するように、平角導線１は、複数の素線１０と被覆部材１６とを備える。
【００２０】
素線１０は、芯線１２の外周面に絶縁皮膜１４が設けられたものである。芯線１２は、導電体であり、例えば、銅、アルミニウム、銀、金、あるいはこれらの合金などの導電性を有する金属により線状に形成されている。絶縁皮膜１４は、例えば、エナメル樹脂または酸化金属などの絶縁物によって形成されている。
【００２１】
図１に示すように、平角導線１は、複数の素線１０を束ねて構成される素線集合体１８の外周面を被覆部材１６により被覆して形成されている。本実施形態の平角導線１では、縦に２本、横に４本の計８本の素線１０が配列されて素線集合体１８が構成される例が示されているが、これに限定されるものではない。また、本実施形態では、平角導線１の断面が短辺２０と長辺２２とからなる矩形状または長方形状に形成されている。
【００２２】
被覆部材１６は、導電性を有する管材によって形成されている。具体的には、被覆部材１６は、例えば、銅、アルミニウム、鉄またはこれらの合金などの金属製の管材によって構成される。被覆部材１６は、後述するように成形されることによって、矩形状に束ねられた素線集合体１８の外周面に密着した形状となるように形成されている。
【００２３】
このように平角導線１は、複数の素線１０を束ねて構成される素線集合体１８の外周面に金属製の管材からなる被覆部材１６が密着状態で被覆されているため、断面積に占める導体部分の割合を大きくすることができる。これにより、この平角導線１がコイルに形成されてモータステータのスロット内に配置されたときの占積率が向上し、モータ効率を高くすることができる利点がある。
【００２４】
図２は、図１の平角導線１が略Ｕ字状の導体セグメント２に形成されてモータステータ３に装着されるときの様子を示す図である。図３は、図２中の一点鎖線円Ａで囲んだ平角導線１のスロット内部分の拡大図である。ここで、図２には、筒状をなすモータステータ３の一部分を内周側から見た様子を平面的に示してあり、矩形状の端面を有するティース４と、各ティース４間に形成されたスロット５とが示されている。
【００２５】
図２に示すように、本実施形態において平角導線１は、略Ｕ字状をなす導体セグメント２として形成されて、モータステータ３に装着される。導体セグメント２は、互いに平行に延びる２本の脚部２４ａ，２４ｂと、各脚部２４ａ，２４ｂの一方端部（図２中の下側端部）に連設される連設部２６とを有する。導体セグメント２は、所定長さに切断された平角導線１を曲げ加工することによって形成することができる。
【００２６】
導体セグメント２の脚部２４ａ，２４ｂは、それぞれ、スロット内部分（中間部分）２８と先端部分３０とを含む。スロット内部分２８は、モータステータ３のスロット５内に導体セグメント２の２本の脚部２４ａ，２４ｂを挿入配置したときに、スロット５内に配置される部分である。これに対し、先端部分３０は、モータステータ３のスロット５内に導体セグメント２の２本の脚部２４ａ，２４ｂを挿入配置したときにモータステータ３のスロット５から軸方向（図２中の上下方向）外側へ突出し、コイルとして形成されたときにコイルエンド部を構成する部分である。導体セグメント２の連設部２６もまた、コイルとして形成されたときに軸方向他方側においてモータステータ３のスロット５外に配置されてコイルエンド部を構成する部分となる。
【００２７】
導体セグメント２の一方の脚部２４ａの先端部分３０は矢印Ａ方向に曲げ加工され、他方の脚部２４ｂは矢印Ｂ方向に曲げ加工される。すなわち、２本の脚部２４ａ，２４ｂの各先端部分３０は、互いに近づく方向に曲げ加工される。そして、上記一方の脚部２４ａの先端部分３０は、例えば、スロット５内に挿入されて径方向内側（図２の紙面垂直方向の手前側）に配列されている別の導体セグメント（図示せず）の曲げ加工された他方の脚部の先端部分に溶接やかしめ等によって接続される。また、上記他方の脚部２４ｂの先端部分３０は、例えば、スロット５内に挿入されて径方向外側（図２の紙面垂直方向の奥側）に配列されている更に別の導体セグメント（図示せず）の曲げ加工された一方の脚部の先端部分に溶接やかしめ等によって接続される。
【００２８】
このようにして複数の導体セグメント２が接続されることにより、スロット５を通してティース４の周囲にコイルが形成されることになる。この場合のコイルは、平角導線１の短辺２０側の両側面が内周側および外周側の側面として巻回されるコイルとなり、エッジワイズコイルとも称される。
【００２９】
導体セグメント２のスロット内部分２８の被覆部材１６には、図２及び図３に示すように、螺旋状のスリット３２が形成されている。このようなスリット３２は、被覆部材１６となる管材に例えばレーザ加工や切削加工等によって予め形成しておくことができる。なお、上記スリット３２が本発明における螺旋状絶縁部に相当する。
【００３０】
他方、導体セグメント２のうちコイルエンド部を構成することとなる脚部２４ａ，２４ｂの先端部分３０と連設部２６には、上記のような螺旋状のスリットが形成されていない。これにより、コイルエンド部を構成することとなる先端部分３０および連設部２６は、曲げ加工に対する強度が金属製管材からなる被覆部材１６の剛性によってスロット内部分２８に比べて適度に高くなっている。したがって、先端部分３０を曲げ加工して溶接するときの作業性が良くなるとともに、コイルとして形成されたときのコイルエンド部の固定状態がより強固になるという利点がある。
【００３１】
上記のような構成を有する導体セグメント２は、次のようにして製造される。
【００３２】
まず、複数の素線１０を２行４列に整列配置して束ねて素線集合体１８を形成する。そして、素線集合体１８を被覆部材１６となる金属製の管材に挿通する。ここで管材は円筒状パイプであってもよい。また、管材には、上述した螺旋状のスリット３２が予め形成されているのが好ましい。
【００３３】
次に、素線集合体１８を挿通した管材を圧延した後、所定の寸法に形成されたダイス（図示せず）を通して引き落とすことにより、断面を所望の寸法からなる矩形状に形成した平角導線１を製造することができる。
【００３４】
その後、平角導線１の絶縁性を確保するために、平角導線１の外周面に例えばエナメル樹脂を塗布して焼付けを行う。これにより、平角導線１の製造が終了する。そして、平角導線１を所定の長さごとに切断し、略Ｕ字状に曲げ加工することにより、導体セグメント２が出来上がる。
【００３５】
上述したように本実施形態の平角導線１によれば、交番磁束が鎖交するスロット内部分２８の被覆部材１６に螺旋状のスリット３２が形成されることによって、スロット内部分２８の被覆部材１６の磁束鎖交面積が小さくなり、その分、渦電流損失を低減できる。
【００３６】
また、平角導線１からなる略Ｕ字状の導体セグメント２を曲げ加工および接続して構成されるコイルにおいて、コイルエンド部を構成する連設部２６および脚部２４ａ，２４ｂの先端部分３０の被覆部材１６には螺旋状のスリットが形成されておらず、被覆部材１６が金属製の管材によって形成されている。これにより、平角導線１の全長にわたって螺旋状スリットを形成した場合に比べて抵抗増大を抑制することができる。
【００３７】
さらに、コイルエンド部を構成する導体セグメント２の先端部分３０は、螺旋状スリットがない金属製管材で覆われていることで適度な剛性を付与することができ、コイルエンド部の固定状態を強固なものにすることができる。
【００３８】
次に、図４〜図７を参照して平角導線の変形例について説明する。以下においては、上記平角導線１と同様の構成には同一又は類似の符号を付して重複する説明を行わない。
【００３９】
図４は、第１変形例の平角導線１Ａのスロット内部分２８Ａを示す図である。図示するように、この平角導線１Ａにおけるスロット内部分２８Ａの被覆部材１６ａは、複数の素線１０を束ねて構成される素線集合体１８の外周面に例えば金属製の帯状部材３４を螺旋状に巻き付けて構成されている。帯状部材３４は、例えば、銅、アルミニウム、鉄、またはこれらの合金等からなる金属製テープを用いることができる。また、帯状部材３４は、素線集合体１８を周回するごとに隣接する帯状部材３４同士の間に隙間３６が形成されるように巻かれている。なお、この隙間３６が本発明における螺旋状絶縁部に相当する。
【００４０】
この第１変形例の平角導線１Ａによっても、スロット内部分２８Ａの導電性の被覆部材１６ａが金属製の帯状部材３４が隙間３６を空けて螺旋状に巻き付けられて構成されるので、スロット内部分２８における磁束鎖交面積が減少することによって渦電流損失を抑制することができる。また、帯状部材３４を螺旋状に巻き付けて被覆部材１６ａを形成できるので、スロット内部分２８Ａを容易に形成できる利点もある。
【００４１】
なお、この変形例における隙間３６に代えて、螺旋状に巻かれて隣接する帯状部材３４同士の間を絶縁性の接着剤や布等で連結してもよい。
【００４２】
図５は、第２変形例の平角導線１Ｂのスロット内部分２８Ｂを示す図である。図示するように、この平角導線１Ｂにおけるスロット内部分２８Ｂの被覆部材１６ｂは、複数の素線１０を束ねて構成される素線集合体１８の外周面に例えば金属製の帯状部材３４を螺旋状に巻き付けて構成されている点は上記第１変形例と同じである。
【００４３】
ただし、第２変形例では、螺旋状に巻かれた帯状部材３４の幅方向縁部同士が重なり合った重なり部３７を形成するように巻かれている点で相違する。この場合、図６に示すように、帯状部材３４は金属層３８および絶縁層４０の二層構造を有しており、上記重なり部３７では絶縁層４０を介して帯状部材３４同士が重なり合っている。金属層３８は、例えば、銅、アルミニウム、鉄、またはこれらの合金等からなる金属製テープを用いることができる。なお、この変形例において螺旋状をなす重なり部３７が本発明における螺旋状絶縁部に相当する。
【００４４】
この第２変形例の平角導線１Ｂによっても、第１変形例の場合と同様に、帯状部材３４を螺旋状に巻き付けて被覆部材１６ｂを形成できるので、スロット内部分２８Ｂを容易に形成できる利点がある。また、上記のように重なり部３７を形成しつつ帯状部材３４を螺旋状に巻き付けることによって素線集合体１８の結束力が第１変形例の場合に比べて大きくなり、各素線１０がばらけることなく集合した状態で確実に保持することができる。
【００４５】
なお、この変形例では帯状部材３４の一方表面全体に絶縁層を設けたが、これに限定されず、重なり部に相当する部分だけに絶縁層を形成してもよい。
【００４６】
図７は、上記第１および第２変形例のスロット内部分２８Ａ，２８Ｂのいずれかを含む平角導線１Ａ，１Ｂで形成された略Ｕ字状の導体セグメント２Ａ，２Ｂを示す、図２に対応する図である。この場合、連設部２６および脚部先端部分３０は上述した導体セグメント２と同じものであり、スロット内部分２８Ａ，２８Ｂと連設部２６および脚部先端部分３０とは溶接部４２によって連結されている。これにより、導体セグメント２Ａ，２Ｂに含まれる各素線１０がそれぞれ導通するとともに、素線集合体１８の外周面を被覆する被覆部材１６，１６ａ，１６ｂもまた電気的に接続されている。
【００４７】
このように構成される導体セグメント２Ａ，２Ｂを用いてコイルを形成した場合にも、上記導体セグメント２の場合と同様の効果を奏することができる。すなわち、平角導線１Ａ，１Ｂからなる略Ｕ字状の導体セグメント２Ａ，２Ｂを曲げ加工および接続して構成されるコイルにおいて、コイルエンド部を構成する連設部２６および脚部先端部分３０の被覆部材１６には螺旋状のスリット等が形成されておらず、被覆部材１６が金属製の管材によって形成されているので、平角導線１Ａ，１Ｂの全長にわたって螺旋状スリット等を形成した場合に比べて抵抗増大を抑制することができる。
【００４８】
また、コイルエンド部を構成する導体セグメント２Ａ，２Ｂの先端部分３０は、螺旋状スリット等がない金属製管材で覆われていることで適度な剛性を付与することができ、これによりコイルエンド部の固定状態を強固なものにすることができる。
【００４９】
なお、本発明に係る回転電機用コイル導線は、上述した実施形態や変形例のものに限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項およびその均等な範囲内において種々の変更や改良が可能である。
【００５０】
例えば、上記においては、平角導線１をＵ字状の導体セグメントとして形成し、この導体セグメントを溶接等によって複数接続してコイルが構成されるとして説明したが、これに限定されるものではなく、所定の間隔でスロット内部分が形成されているコイル導体が連続的につながった状態でティースまたはボビンにコイル状に巻回することによってコイルが形成されてもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１，１Ａ，１Ｂ  平角導線、２，２Ａ，２Ｂ  導体セグメント、３  モータステータ、４  ティース、５  スロット、１０  素線、１２  芯線、１４  絶縁皮膜、１６，１６ａ，１６ｂ  被覆部材、１８  素線集合体、２０  短辺、２２  長辺、２４ａ，２４ｂ  脚部、２６  連設部、２８，２８Ａ，２８Ｂ  スロット内部分、３０  先端部分または脚部先端部分、３２  スリット、３４  帯状部材、３６  隙間、３７  重なり部、３８  金属層、４０  絶縁層、４２  溶接部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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