(57)【要約】コイルは、断面が四角形状の導線が螺旋状に巻回されて上下方向に積層された第１ターン〜第ｎターン（ｎは３以上の整数）からなるターン列を有し、第１ターン〜第ｎターンのうちの少なくとも一部の導線に他の部分と形状が異なる変形部が設けられている。また、第１ターン及び第ｎターンがターン列の両端部に位置する。また、変形部により、第１ターン及び第ｎターンにおいて、ターン列の中央と反対側に位置する外面が、ターン列と交差する平面に沿って面一状に延びている。
2018189979.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面が四角形状の導線が螺旋状に巻回されて上下方向に積層された第１ターン〜第ｎターン（ｎは３以上の整数）からなるターン列を有するコイルであって、前記第１ターン〜前記第ｎターンのうちの少なくとも一部の前記導線に他の部分と形状が異なる変形部が設けられており、
前記第１ターン及び前記第ｎターンが前記ターン列の両端部に位置し、
前記変形部により、前記第１ターン及び前記第ｎターンにおいて、前記ターン列の中央と反対側に位置する外面が、前記ターン列と交差する平面に沿って面一状に延びているコイル。
【請求項２】
前記変形部は、前記導線の前記第１ターン及び前記第ｎターンの部分、または前記導線の第２ターン及び前記第ｎターンの前記部分に設けられている請求項１に記載のコイル。
【請求項３】
前記変形部は、前記第２ターンの前記導線に前記第１ターンの一部が収容されるように設けられた第１の切欠部と、
前記第ｎターンの前記導線に前記第ｎターンの一部が収容されるように設けられた第２の切欠部と、を有している請求項２に記載のコイル。
【請求項４】
前記変形部は、第（ｉ−１）ターン（ｉは整数であり、３≦ｉ≦ｎ−１）の一部の前記導線が段差状に折り曲げられた第１の折り曲げ部と、第ｉターンの一部の前記導線が段差状に折り曲げられた第２の折り曲げ部とを有し、
前記第１の折り曲げ部及び前記第２の折り曲げ部は互いに当接した状態で係合している請求項２に記載のコイル。
【請求項５】
ステータコアと、
前記ステータコアから突出したティースと、
前記ティースに巻回された請求項１に記載のコイルと、を有するステータを備えているモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、断面が四角形状の導線を巻回してなるコイル及びそれを用いたモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、産業、車載用途でモータの需要が高まっている。その中で、モータの効率向上、低コスト化が要望されている。【０００３】
モータの効率向上の手法の一つとして、ステータのスロット内に配置されるコイルの占積率を向上させることが知られている。コイルの占積率を向上させることで、モータの駆動時に、コイルに流れる電流に起因する損失を抑制できる。【０００４】
コイルの占積率を向上させる手法として、断面が矩形状の銅材を用いた鋳造コイルをスロット内に配置する構成が提案されている（例えば特許文献１を参照）。【０００５】
コイルをスロット内に配置するにあたっては、ステータに設けられたティースに対してコイルを螺旋状に巻回する。しかし、通常、外部からの電流供給を受けるため、及び、外部に電流を供給するために、コイルの両端部は、コイルの外周側に延在する電流引出し部を構成している。この引出し部により、ティースとコイルとの間に、コイルが巻回されない領域、いわゆるデッドスペースが生じてしまう。一方、モータ効率を低下させる要因の１つに熱があり、ジュール熱の発生により、コイルに熱が溜まりやすい。よって、コイルからの放熱を促進するために、スロット内でのコイルの表面積を増やす必要がある。しかし、上記のようにコイルが巻回されない領域があることで、コイルの放熱効率向上を妨げる要因となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２０１２２１２６３７号明細書
【発明の概要】
【０００７】
本開示は、かかる点に鑑みてなされたもので、その目的は、放熱効率がより向上したコイル、及びそれを用いたモータを実現することである。
【０００８】
上記の目的を達成するために、本開示のコイルは、断面が四角形状の導線が螺旋状に巻回されて上下方向に積層された第１ターン〜第ｎターン（ｎは３以上の整数）からなるターン列を有するコイルであって、第１ターン〜第ｎターンのうちの少なくとも一部の導線に他の部分と形状が異なる変形部が設けられている。また、第１ターン及び第ｎターンがターン列の両端部に位置する。また、変形部により、第１ターン及び第ｎターンにおいて、ターン列の中央と反対側に位置する外面が、ターン列と交差する平面に沿って面一状に延びている。
【０００９】
この構成によれば、第１ターン〜第ｎターンのうちの少なくとも一部の導線に他の部分と形状が異なる変形部が設けられて、ターン列の両端部に位置する第１及び第ｎターンにおいて、ターン列の中央と反対側に位置する外面が、ターン列と交差する平面に沿って面一状に延びている。これにより、コイルを螺旋状に巻回する場合に生じる、導線が巻回されないデッドスペースを低減することができる。したがって、コイルの放熱効率を高めることができる。
【００１０】
本開示によれば、コイルの放熱効率をより高めることができる。よって、高効率なモータを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】実施形態に係るモータを示す上面図である。
【図１Ｂ】実施形態に係るモータを示す側面図である。
【図１Ｃ】図１Ｂにおける１Ｃ−１Ｃ線での断面図である。
【図２】実施形態に係るコイルを示す斜視図である。
【図３】実施形態に係るコイルを示す側面図である。
【図４】比較のためのコイルを示す斜視図である。
【図５】比較のためのコイルを示す側面図である。
【図６】変形例１に係るコイルを示す斜視図である。
【図７】変形例２に係るコイルを示す斜視図である。
【図８】変形例２に係るコイルを示す側面図である。
【図９】変形例３に係るコイルを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本開示の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは、全くない。
【００１３】
（実施形態）
［モータ構造］
図１Ａは、実施形態に係るモータ１を示す上面図である。図１Ｂは、実施形態に係るモータ１を示す側面図である。図１Ｃは、図１Ｂにおける１Ｃ−１Ｃ線での断面図である。ただし、いずれの図においても、カバーケース等は図示していない。モータ１は、カバーケース（図示せず）の内部に、シャフト２と、ロータ３と、ステータ４と、コイルＵ１１〜Ｕ４１、Ｖ１２〜Ｖ４２、Ｗ１１〜Ｗ４１と、バスバー５１〜５４と、を備えている。
【００１４】
ここで、シャフト２の長手方向（図１Ａの紙面に対して垂直な方向）をＺ軸方向と呼び、これに直交する方向（図１Ａの紙面に対して平行な方向）をＸ軸方向、Ｙ軸方向と呼ぶ。Ｘ軸方向とＹ軸方向は直交する。
【００１５】
「一体化」とは、複数の部品が、ボルト締め、または、かしめ等の機械的に接続されているだけでなく、共有結合、イオン結合、金属結合などの材料結合によって、部品が電気的に接続された１つの物体、または部品全体が溶融などによって材料結合され、電気的に接続された１つの物体の状態をいう。
【００１６】
シャフト２は、Ｚ軸方向に延びる中空部２ａを内部に有している。シャフト２の側面には複数の貫通孔２ｂが設けられている。中空部２ａはモータ１の内部を冷却するための冷媒Ｃの通路である。冷媒Ｃは中空部２ａ内をＺ軸方向に沿って流れており、モータ１の内部で循環して流れている。また、中空部２ａ内を流れる冷媒Ｃの一部は、複数の貫通孔２ｂから流れ出て、モータ１の中心側から外側、つまりロータ３からステータ４のある方向に向けても流れ、ロータ３及びステータ４を冷却する。
【００１７】
ロータ３は、シャフト２の外周に接して設けられている。ロータ３は、ステータ４に対向して、Ｎ極、Ｓ極がシャフト２の外周方向に沿って交互に配置された磁石３１を含んでいる。本実施形態で、ロータ３に用いられる磁石３１として、ネオジム磁石を使用しているが、磁石３１の材料、形状、及び材質については、モータの出力等に応じて、適宜変更しうる。
【００１８】
ステータ４は、実質的に円環状のステータコア４１と、ステータコア４１の内周に沿って等間隔に設けられた複数のティース４２と、ティース４２間にそれぞれ設けられたスロット４３とを有している。ステータ４は、Ｚ軸方向から見て、ロータ３の外側に、ロータ３と一定の間隔を持って、離間して配置されている。
【００１９】
ステータコア４１は、例えば、ケイ素等を含有した電磁鋼板を積層した後に、打ち抜き加工して形成される。
【００２０】
本実施形態において、ロータ３の磁極数は、ステータ４に対向するＮ極が５個、Ｓ極が５個の計１０極である。スロット４３の数は１２個である。しかし、ロータ３の磁極数とスロット４３の数は、特にこれに限定されるものではなく、その他の磁極数とスロット数との組合せについても適用される。
【００２１】
ステータ４は、１２個のコイルＵ１１〜Ｕ４１、Ｖ１２〜Ｖ４２、Ｗ１１〜Ｗ４１を有している。コイルＵ１１〜Ｕ４１、Ｖ１２〜Ｖ４２、Ｗ１１〜Ｗ４１の各々は、対応するティース４２に対して装着されて、Ｚ軸方向から見て、対応するスロット４３内に配置されている。つまり、コイルＵ１１〜Ｕ４１、Ｖ１２〜Ｖ４２、Ｗ１１〜Ｗ４１はティース４２に対して集中巻になっている。さらに、コイルＵ１１〜Ｕ４１がバスバー５１と、コイルＶ１２〜Ｖ４２はバスバー５２と、コイルＷ１１〜Ｗ４１はバスバー５３と、それぞれ一体化されて配置されている。
【００２２】
ここで、コイルを表わす符号ＵＰＱ、ＶＰＱ、ＷＰＱのうち、最初の文字はモータ１の各相（本実施形態の場合では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を表わす。２番目の文字は同相内のコイルの配列順を表わす。３番目の文字はコイルの巻回方向を表わし、本実施形態では、１は時計回り方向、２は反時計回り方向である。従って、コイルＵ１１は、Ｕ相の配列順が１番目のコイルで、巻回方向が時計回り方向であることを表わす。コイルＶ４２は、Ｖ相の配列順が４番目のコイルで、巻回方向が反時計回り方向であることを表わす。なお、「時計回り」とは、モータ１の中心から見て右回りをいい、「反時計回り」とはモータ１の中心から見て左回りをいう。
【００２３】
厳密には、コイルＵ１１，Ｕ４１はＵ相のコイルであり、コイルＵ２２，Ｕ３２はＵバー相（Ｕ相のコイルと発生する磁界の向きが逆）のコイルである。しかし、以降の説明では、特に断らない限り、Ｕ相のコイルと総称する。コイルＶ１２〜Ｖ４２及びコイルＷ１１〜Ｗ４１についても同様に、Ｖ相のコイル、Ｗ相のコイルとそれぞれ総称する。
【００２４】
［コイル構造］
図２は、実施形態に係るコイル５を示す斜視図である。図３は、実施形態に係るコイル５を示す側面図である。図４は、比較のためのコイル５０を示す斜視図である。図５は、比較のためのコイル５０を示す側面図である。なお、図３及び図５は、コイル５及びコイル５０の第１及び第５ターンにそれぞれ設けられた引出し部５ｃ，５ｄ及び引出し部５０ｃ，５０ｄの先端方向から見た側面を示している。また、図２及び図３に示すコイル５は、図１Ｃに示すモータ１のティース４２に装着されたコイルＵ１１〜Ｕ４１、Ｖ１２〜Ｖ４２、Ｗ１１〜Ｗ４１に適用される。
【００２５】
コイル５は、巻回された導線５ａと、導線５ａの表面に設けられた絶縁皮膜５ｂと、コイル５の第１ターン及び第５ターンにそれぞれ設けられた引出し部５ｃ，５ｄとを有している。コイル５の第２ターン〜第５ターンは、平面視で矩形状に巻回され、４つのコイル辺からなる。
【００２６】
導線５ａは、断面が四角形状の導電部材からなる線材である。導線５ａは、螺旋状に単層で５ターン巻回されて上下方向に積層されたターン列をなしている。導線５ａは、例えば、銅、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム、真鍮、鉄、またはＳＵＳ（Ｓｔｅｅｌ  Ｕｓｅ  Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ）等によって形成されている。
【００２７】
なお、以降の説明において、引出し部５ｃの先端から引出し部５ｄが設けられた位置の下方まで巻回された部分を第１ターンとする。以降の１周ずつ巻回された部分を順に第２ターン〜第５ターンとする。各ターンの始点の取り方は任意に定めることができる。コイル５の第１ターンが設けられた側を「下」、第５ターンが設けられた側を「上」と呼ぶ。
【００２８】
絶縁皮膜５ｂは、コイル５と外部の部材（図示せず）を絶縁するように、導線５ａの表面全体に設けられている。例えば、図１Ａ〜図１Ｃに示すモータ１において、絶縁皮膜５ｂ及び図示しない絶縁部材、例えば絶縁紙等によって、コイル５とステータコア４１との間、及び、コイル５とティース４２との間が絶縁されている。コイル５における隣接するターン間は絶縁皮膜５ｂによって絶縁されている。絶縁皮膜５ｂは、例えば、エナメルまたは耐熱樹脂等によって形成されている。絶縁皮膜５ｂの厚みは、数十μｍ程度、例えば、２０μｍから５０μｍの間の厚みである。
【００２９】
引出し部５ｃ，５ｄは、いずれも導線５ａの一部である。引出し部５ｃ，５ｄは、外部から電流の供給を受けるため、あるいは外部に電流を供給するために、コイル５の側面、言いかえると、導線５ａのターン列と交差する平面から外側に延在している。外部の部材、例えば、図１Ａ〜図１Ｃに示すバスバー５１〜５４のいずれかと接続するために、引出し部５ｃ，５ｄにおいて、絶縁皮膜５ｂが除去されている。絶縁皮膜５ｂは、引出し部５ｃ，５ｄの全領域で除去されている必要はなく、例えば、バスバー５１〜５４との接続に必要な部分のみ絶縁皮膜５ｂが除去されていればよい。
【００３０】
ここで、比較のためのコイル５０の形状と、本実施形態に係るコイル５の形状との違いについて図面を用いて説明する。
【００３１】
まず、図４，５に示すように、比較のためのコイル５０では、第５ターンの上面に、導線５０ａの厚みと絶縁皮膜５０ｂの２倍の厚みとの和に相当する段差が形成されている。同様に、第１ターンの下面に、導線５０ａの厚みと絶縁皮膜５０ｂの２倍の厚みとの和に相当する段差が形成されている。コイル５０は、第１ターンに引出し部５０ｃを、第５ターンに引出し部５０ｄをそれぞれ有している。このため、コイル５０において、第１ターン及び第５ターンにそれぞれ引出し部５０ｃ，５０ｄの厚みに相当する段差が生じる。その結果、図５に示すように、導線５ａが配置されないデッドスペースＳが生じる。デッドスペースＳがあると、空気層が生じ、コイル５の放熱効率を低下させる要因となる。また、例えば、コイル５０を図１Ｃに示すティース４２に巻回した場合、ステータ４内でのコイル５０の占積率は低下してしまう。
【００３２】
一方、図２及び図３に示すように本実施形態のコイル５では、コイル５の側面から見たとき、図５に示すようなデッドスペースＳが生じないように、第２ターンの一部のコイル辺に第２ターンの他のコイル辺の形状と異なる変形部が設けられている。具体的には、第２ターンのうち、引出し部５ｃと交差するコイル辺の断面積が他のコイル辺の断面積よりも大きい。また、引出し部５ｃと交差するコイル辺に第１の切欠部５ｅ（変形部）が設けられている。第１の切欠部５ｅは、第１ターンの一部が収容されるように設けられている。第１の切欠部５ｅにより、ターン列の下端部に位置する第１ターンにおいて、コイル５における導線５ａのターン列の中央と反対側に位置する一方の外面、つまり第１ターンの下面が、ターン列と交差する一の平面に沿って面一状に延びている。ここで、ターン列と交差する一の平面は、第１ターンの下面と第２ターンのうち第１の切欠部５ｅが設けられたコイル辺の下面とで構成される面、つまりコイル５の下面である。つまり、コイル５の下面は段差のない面として構成されている。
【００３３】
同様に、コイル５の側面から見たとき、図５に示すようなデッドスペースＳが生じないように、第５ターンの一部のコイル辺に第５ターンの他のコイル辺の形状と異なる変形部が設けられている。具体的には、第５ターンのうち、引出し部５ｄと交差するコイル辺の断面積が他のコイル辺の断面積よりも大きい。また、引出し部５ｄと交差するコイル辺に第２の切欠部５ｆ（変形部）が設けられている。第２の切欠部５ｆは、第５ターンの一部が収容されるように設けられている。第２の切欠部５ｆにより、ターン列の上端部に位置する第５ターンにおいて、コイル５における導線５ａのターン列の中央と反対側に位置する一方の外面、つまり第５ターンの上面が、ターン列と交差する別の平面に沿って面一状に延びている。ここで、ターン列と交差する別の平面は、第５ターンの上面であり、コイル５の上面である。つまり、コイル５の上面は段差のない面として構成されている。
【００３４】
ここで、「段差のない面」あるいは「ターン列に交差する平面に沿って面一状に延びている」とは、完全に段差のない状態の面またはターン列に交差する平面との段差が完全に無い状態をいうのではない。例えば、第１の切欠部５ｅの底面と、第１の切欠部５ｅに収容される第１ターンの一部の上面との間に組立公差または加工公差の範囲で隙間がある場合、この隙間に起因した段差が、コイル５の下面にあってもよい。また、第１ターンの厚みと第１の切欠部５ｅの段差とが加工公差の範囲で異なる場合は、この差に起因した段差が、コイル５の下面にあってもよい。同様に、第２の切欠部５ｆの底面と、第２の切欠部５ｆに収容される第５ターンの一部の下面との間に組立公差または加工公差の範囲で隙間がある場合、この隙間に起因した段差が、コイル５の上面にあってもよい。また、第５ターンの厚みと第２の切欠部５ｆの段差とが加工公差の範囲で異なる場合は、この差に起因した段差が、コイル５の上面にあってもよい。
【００３５】
コイル５を図２，３に示すような形状にすることで、図４，５に示すような段差を無くして、コイル５における導線５ａが巻回されないデッドスペースＳを低減することができる。これにより、コイル５の放熱効率を向上させることができる。また、図１Ａ〜図１Ｃに示すモータ１において、スロット４３内でのコイル５の占積率を向上させることができる。これにより、モータ１の効率を向上させることができる。特に、導線５ａの幅Ｗと厚みＴとの比（Ｔ／Ｗ）が１に近くなる程、また、コイル５のターン数が小さい程、本実施形態に係るコイル５を使用することは、放熱効率及び占積率の点で有利である。
【００３６】
本実施形態では、コイル５のターン数を５とした。しかし、コイル５のターン数は、特にこれに限定されず、他の値であってもよい。
【００３７】
以上のように、本実施形態のコイル５は、断面が四角形状の導線が螺旋状に巻回されて上下方向に積層された第１ターン〜第ｎターン（ｎは３以上の整数）からなるターン列を有するコイル５であって、第１ターン〜第ｎターンのうちの少なくとも一部の導線５ａに他の部分と形状が異なる変形部５ｅまたは５ｆが設けられている。また、第１ターン及び第ｎターンがターン列の両端部に位置している。また、変形部５ｅまたは５ｆにより、ターン列の両端部に位置する第１ターン及び第ｎターンにおいて、ターン列の中央と反対側に位置する外面が、ターン列と交差する平面に沿って面一状に延びている。
【００３８】
これにより、コイル５を螺旋状に巻回する場合に生じる、導線が巻回されないデッドスペースＳを低減することができる。したがって、コイルの放熱効率を高めることができる。
【００３９】
また、変形部は、導線５ａの第１ターン及び第ｎターンの部分、または導線５ａの第２ターン及び第ｎターンの部分に設けられていれてもよい。
【００４０】
この構成によれば、第１ターン〜第ｎターンのうちの少なくとも一部の導線に、他の部分と形状が異なる変形部が設けられている。変形部により、ターン列の両端部に位置する第１及び第ｎターン、または第２ターン及び第ｎターンにおいて、ターン列の中央と反対側に位置する外面がターン列と交差する平面に沿って面一状に延びるようにすることができる。
【００４１】
また、変形部は、第２ターンの導線５ａに第１ターンの一部が収容されるように設けられた第１の切欠部５ｅと、第ｎターンの導線５ａに第ｎターンの一部が収容されるように設けられた第２の切欠部５ｆと、を有していてもよい。
【００４２】
この構成によれば、コイル５の一部のターンを変形させる。これにより、導線５ａが巻回されないデッドスペースＳを低減し、コイル５の放熱効率を高めることができる。
【００４３】
また、本実施形態のモータ１は、ステータコア４１と、ステータコア４１から突出したティース４２と、ティース４２に巻回されたコイル５と、を有するステータ４を備えている。
【００４４】
この構成によれば、コイル５の放熱効率がより高まるとともに、ステータ４内でのコイル５の占積率が向上する。これにより、モータ１の効率を高めることができる。
【００４５】
（変形例１）
図６は、変形例１に係るコイル５を示す斜視図である。なお、説明の便宜上、図６において、引出し部５ｃ，５ｄの図示を省略している。
【００４６】
本変形例に係るコイル５と図２，３に示すコイル５とでは、導線５ａの断面の形状が異なっている。図２，３に示すコイル５では、各ターンの導線５ａの断面は矩形を斜めにした状態となる。これにより、コイル５の側面に段差が形成されないようにしている。一方、図６に示すコイル５では、各ターンの導線５ａの断面が実質的な矩形状である。このため、コイル５の側面において、隣接するターン間で段差が形成されている。
【００４７】
図６に示すように、本変形例においても、第１の切欠部５ｅにより、ターン列の下端部に位置する第１ターンにおいて、コイル５における導線５ａのターン列の中央と反対側に位置する一方の外面、つまり第１ターンの下面が、ターン列と交差する一の平面に沿って面一状に延びている。ここで、ターン列と交差する一の平面は、第１ターンの下面と第２ターンのうち第１の切欠部５ｅが設けられたコイル辺の下面とで構成される面、つまりコイル５の下面である。つまり、コイル５の下面は段差のない面として構成されている。
【００４８】
同様に、第２の切欠部５ｆにより、ターン列の上端部に位置する第５ターンにおいて、コイル５における導線５ａのターン列の中央と反対側に位置する一方の外面、つまり第５ターンの上面が、ターン列と交差する別の平面に沿って面一状に延びている。ここで、ターン列と交差する別の平面は、第５ターンの上面であり、コイル５の上面に相当する。つまり、コイル５の上面は段差のない面として構成されている。
【００４９】
本変形例においても、デッドスペースを低減し、コイル５の放熱効率を高めることができる。また、図１Ａ〜図１Ｃに示すモータ１において、スロット４３内でのコイル５の占積率を向上させることができる。これにより、モータ１の効率を向上させることができる。
【００５０】
なお、本変形例においては、コイル５の側面に段差が形成されているため、上記の占積率は図２，３に示す構成のコイル５と比べて若干低下する。しかし、第２ターン及び第５ターンの一部を除き、導線５ａとして一般的な、断面が矩形状の線材を用いることができるため、製造コストの面で有利である。
【００５１】
（変形例２）
図７は、変形例２に係るコイル５を示す斜視図である。図８は、変形例２に係るコイル５を示す側面図である。図８において、コイル５の第１ターン及び第５ターンにそれぞれ設けられた引出し部５ｃ，５ｄの先端方向から見た、コイル５の側面を示している。
【００５２】
本変形例に係るコイル５と図２，３に示すコイル５とでは、第２ターン〜第５ターンにおいて、引出し部５ｃ，５ｄと交差するコイル辺の形状が第２ターン〜第５ターンの他のコイル辺の形状と異なっている。
【００５３】
図７，８に示すように、第２ターン〜第５ターンにおいて、引出し部５ｃ，５ｄと交差するコイル辺にそれぞれ変形部である折り曲げ部が設けられている。折り曲げ部は、第２ターン〜第５ターンにおいて、引出し部５ｃ，５ｄと交差するコイル辺の導線５ａが段差状に折り曲げられて形成されている。具体的には、第２ターンに折り曲げ部５０２が、第３ターンに折り曲げ部５０３が、第４ターンに折り曲げ部５０４が、第５ターンに折り曲げ部５０５がそれぞれ設けられている。
【００５４】
第１ターンと第２ターンとの間では、第１ターンのうち引出し部５ｃを含むコイル辺と折り曲げ部５０２とが互いに当接した状態で係合している。第２ターンと第３ターンとの間では、折り曲げ部５０２と折り曲げ部５０３とが互いに当接した状態で係合している。第３ターンと第４ターンとの間では、折り曲げ部５０３と折り曲げ部５０４とが互いに当接した状態で係合している。第４ターンと第５ターンとの間では、折り曲げ部５０４と折り曲げ部５０５とが互いに当接した状態で係合している。第５ターンでは、第５ターンのうち引出し部５ｄを含むコイル辺と折り曲げ部５０５とが互いに当接した状態で係合している。
【００５５】
さらに、図７，８に示すように、本変形例においても、ターン列の下端部に位置する第１ターンにおいて、コイル５における導線５ａのターン列の中央と反対側に位置する一方の外面、つまり第１ターンの下面が、ターン列と交差する一の平面に沿って面一状に延びている。ここで、ターン列と交差する一の平面は、第１ターンの下面と第２ターンのうち第１の折り曲げ部５０２が設けられたコイル辺の下面とで構成される面、つまりコイル５の下面である。つまり、コイル５の下面は段差のない面として構成されている。
【００５６】
同様に、ターン列の上端部に位置する第５ターンにおいて、コイル５における導線５ａのターン列の中央と反対側に位置する一方の外面、つまり第５ターンの上面が、ターン列と交差する別の平面に沿って面一状に延びている。ここで、ターン列と交差する別の平面は、第５ターンの上面であり、コイル５の上面に相当する。つまり、コイル５の上面は段差のない面として構成されている。
【００５７】
本変形例においても、デッドスペースを低減し、コイル５の放熱効率を高めることができる。また、図１Ａ〜図１Ｃに示すモータ１において、スロット４３内でのコイル５の占積率を向上させることができる。これにより、モータ１の効率を向上させることができる。また、コイル５において、第２ターン〜第５ターンに折り曲げ部５０２〜５０５を設けることで、螺旋状に巻回されたコイル５において、側面形状を実質的に矩形状にすることができる。このことにより、コイル５をティース４２に巻回した場合、隙間無くコイルを配置できるため、占積率を向上することができる。
【００５８】
本変形例では、コイル５のターン数を５としたが、特にこれに限定されず、他の値であってもよい。
【００５９】
以上のように、本変形例の変形部は、第（ｉ−１）ターン（ｉは整数であり、３≦ｉ≦ｎ−１）の一部の導線５ａが段差状に折り曲げられた第１の折り曲げ部と、第ｉターンの一部の導線５ａが段差状に折り曲げられた第２の折り曲げ部とを有し、第１の折り曲げ部及び第２の折り曲げ部は互いに当接した状態で係合していればよい。
【００６０】
（変形例３）
図９は、変形例３に係るコイル５を示す斜視図である。なお、説明の便宜上、図９において、引出し部５ｃ，５ｄの図示を省略している。
【００６１】
本変形例に係るコイル５と図２，３に示すコイル５とでは、コイル５の第１ターンの一部のコイル辺の形状が、第１ターンの他のコイル辺の形状と異なっている。同様に、第５ターンの一部のコイル辺の形状が、第５ターンの他のコイル辺の形状と異なっている。つまり、第１ターンの一部のコイル辺に、第１ターンの他のコイル辺の形状と異なる変形部が設けられている。第５ターンの一部のコイル辺に、第５ターンの他のコイル辺の形状と異なる変形部が設けられている。
【００６２】
図２，３に示すコイル５では、第１ターンの下面と第２ターンのうち第１の切欠部５ｅが設けられたコイル辺の下面とでコイル５の下面を構成し、第５ターンの上面がコイル５の上面を構成している。これに対し、本変形例に係るコイル５では、デッドスペースをなくすように、第１ターンにおける巻き始め部を含むコイル辺は、他のコイル辺に対して断面積が変化しており、第１ターンの下面がコイル５の下面を構成している。同様に、デッドスペースをなくすように、第５ターンにおける巻き終わり部を含むコイル辺は、他のコイル辺に対して断面積が変化しており、第５ターンの上面がコイル５の上面を構成している。
【００６３】
図９に示すように、本変形例においても、ターン列の下端部に位置する第１ターンにおいて、コイル５における導線５ａのターン列の中央と反対側に位置する一方の外面、つまり第１ターンの下面が、ターン列と交差する一方の平面に沿って面一状に延びている。ここで、ターン列と交差する一方の平面は、第１ターンの下面であり、コイル５の下面に相当する。つまり、コイル５の下面は段差のない面として構成されている。
【００６４】
同様に、ターン列の上端部に位置する第５ターンにおいて、コイル５における導線５ａのターン列の中央と反対側に位置する他方の外面、つまり第５ターンの上面が、ターン列と交差する別の平面に沿って面一状に延びている。ここで、ターン列と交差する他方の平面は、第５ターンの上面であり、コイル５の上面に相当する。つまり、コイル５の上面は段差のない面として構成されている。また、図９に示すように、変形部は、第１ターン及び第５ターンの導線５ａに設けられている。
【００６５】
本変形例においても、デッドスペースを低減し、コイル５の放熱効率を高めることができる。また、図１Ａ〜図１Ｃに示すモータ１において、スロット４３内でのコイル５の占積率を向上させることができる。これにより、モータ１の効率を向上させることができる。
【００６６】
なお、変形例及び実施形態において、コイル５がモータ１のステータ４内に設けられた例を用いて説明した。しかし、ここに開示する技術は、特にこれに限定されることはない。ここに開示する技術は、他の用途、例えば、発電機内のコイル、または電力機器内のリアクトル等にも適用できる。
【００６７】
引出し部５ｃ，５ｄがコイル５の同じ側面から外周側に引き出されている例を示した。しかし、引出し部５ｃと引出し部５ｄとがコイル５の異なる側面から外周側に引き出されていてもよい。例えば、コイル５の互いに対向する側面から、引出し部５ｃ，５ｄがそれぞれ引き出されていてもよい。また、導線５ａの断面形状は四角形であればよく、矩形状でも、台形状でも、あるいは平行四辺形でもよい。
【００６８】
変形例及び実施形態において、コイル５の上面及び下面の両方において生じるデッドスペースをなくすように、コイル５に変形部を設けた。しかし、コイル５の上面または下面のいずれかのデッドスペースをなくすように、コイル５に変形部を設けてもよい。この場合も、コイル５の放熱効率を高めることができる。
【００６９】
コイル５は鋳造により形成することができる。この方法によれば、断面積の大きい導線を容易に螺旋状の巻回コイルに成形することができる。ただし、鋳造に限られず、他の方法で形成してもよい。例えば、銅、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム、鉄、ＳＵＳ、または真鍮などの固体物から削りだしを行ってもよい。また、例えば、個々に成形された部品同士を溶接等により接合して形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本開示に係るコイルは、放熱効率をより高めることができ、モータまたは電力機器に適用する上で有用である。
【符号の説明】
【００７１】
１    モータ
２    シャフト
２ａ    中空部
２ｂ    貫通孔
３    ロータ
４    ステータ
５    コイル
５ａ    導線
５ｂ    絶縁皮膜
５ｃ，５ｄ    引出し部
５ｅ    第１の切欠部（変形部）
５ｆ    第２の切欠部（変形部）
３１    磁石
４１    ステータコア
４２    ティース
４３    スロット
５０    コイル
５０ａ    導線
５０ｂ    絶縁皮膜
５０ｃ，５０ｄ    引出し部
５１〜５４    バスバー
５０２，５０４    折り曲げ部（第１の折り曲げ部）
５０３，５０５    折り曲げ部（第２の折り曲げ部）
Ｃ    冷媒
Ｓ    デッドスペース
Ｕ１１，Ｕ２２，Ｕ３２，Ｕ４１，Ｖ１２，Ｖ２１，Ｖ３１，Ｖ４２，Ｗ１１，Ｗ２２，Ｗ３２，Ｗ４１    コイル
【図１Ａ】
2018189979.tif 000003
【図１Ｂ】
2018189979.tif 000004
【図１Ｃ】
2018189979.tif 000005
【図２】
2018189979.tif 000006
【図３】
2018189979.tif 000007
【図４】
2018189979.tif 000008
【図５】
2018189979.tif 000009
【図６】
2018189979.tif 000010
【図７】
2018189979.tif 000011
【図８】
2018189979.tif 000012
【図９】
2018189979.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】令和1年9月5日(2019.9.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、断面が四角形状の導線を巻回してなるコイル及びそれを用いたモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、産業、車載用途でモータの需要が高まっている。その中で、モータの効率向上、低コスト化が要望されている。
【０００３】
モータの効率向上の手法の一つとして、ステータのスロット内に配置されるコイルの占積率を向上させることが知られている。コイルの占積率を向上させることで、モータの駆動時に、コイルに流れる電流に起因する損失を抑制できる。
【０００４】
コイルの占積率を向上させる手法として、断面が矩形状の銅材を用いた鋳造コイルをスロット内に配置する構成が提案されている（例えば特許文献１を参照）。
【０００５】
コイルをスロット内に配置するにあたっては、ステータに設けられたティースに対してコイルを螺旋状に巻回する。しかし、通常、外部からの電流供給を受けるため、及び、外部に電流を供給するために、コイルの両端部は、コイルの外周側に延在する電流引出し部を構成している。この引出し部により、ティースとコイルとの間に、コイルが巻回されない領域、いわゆるデッドスペースが生じてしまう。一方、モータ効率を低下させる要因の１つに熱があり、ジュール熱の発生により、コイルに熱が溜まりやすい。よって、コイルからの放熱を促進するために、スロット内でのコイルの表面積を増やす必要がある。しかし、上記のようにコイルが巻回されない領域があることで、コイルの放熱効率向上を妨げる要因となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２０１２２１２６３７号明細書
【発明の概要】
【０００７】
本開示は、かかる点に鑑みてなされたもので、その目的は、放熱効率がより向上したコイル、及びそれを用いたモータを実現することである。
【０００８】
上記の目的を達成するために、本開示のコイルは、断面が四角形状の導線が螺旋状に巻回されて上下方向に積層された第１ターン〜第ｎターン（ｎは３以上の整数）からなるターン列を有するコイルであって、第１ターン〜第ｎターンのうちの少なくとも一部の導線に他の部分と形状が異なる変形部が設けられている。また、第１ターン及び第ｎターンがターン列の両端部に位置する。また、変形部により、第１ターン及び第ｎターンにおいて、ターン列の中央と反対側に位置する外面が、ターン列と交差する平面に沿って面一状に延びている。
【０００９】
この構成によれば、第１ターン〜第ｎターンのうちの少なくとも一部の導線に他の部分と形状が異なる変形部が設けられて、ターン列の両端部に位置する第１及び第ｎターンにおいて、ターン列の中央と反対側に位置する外面が、ターン列と交差する平面に沿って面一状に延びている。これにより、コイルを螺旋状に巻回する場合に生じる、導線が巻回されないデッドスペースを低減することができる。したがって、コイルの放熱効率を高めることができる。
【００１０】
本開示によれば、コイルの放熱効率をより高めることができる。よって、高効率なモータを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】実施形態に係るモータを示す上面図である。
【図１Ｂ】実施形態に係るモータを示す側面図である。
【図１Ｃ】図１Ｂにおける１Ｃ−１Ｃ線での断面図である。
【図２】実施形態に係るコイルを示す斜視図である。
【図３】実施形態に係るコイルを示す側面図である。
【図４】比較のためのコイルを示す斜視図である。
【図５】比較のためのコイルを示す側面図である。
【図６】変形例１に係るコイルを示す斜視図である。
【図７】変形例２に係るコイルを示す斜視図である。
【図８】変形例２に係るコイルを示す側面図である。
【図９】変形例３に係るコイルを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本開示の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは、全くない。
【００１３】
（実施形態）
［モータ構造］
図１Ａは、実施形態に係るモータ１を示す上面図である。図１Ｂは、実施形態に係るモータ１を示す側面図である。図１Ｃは、図１Ｂにおける１Ｃ−１Ｃ線での断面図である。ただし、いずれの図においても、カバーケース等は図示していない。モータ１は、カバーケース（図示せず）の内部に、シャフト２と、ロータ３と、ステータ４と、コイルＵ１１〜Ｕ４１、Ｖ１２〜Ｖ４２、Ｗ１１〜Ｗ４１と、バスバー５１〜５４と、を備えている。
【００１４】
ここで、シャフト２の長手方向（図１Ａの紙面に対して垂直な方向）をＺ軸方向と呼び、これに直交する方向（図１Ａの紙面に対して平行な方向）をＸ軸方向、Ｙ軸方向と呼ぶ。Ｘ軸方向とＹ軸方向は直交する。
【００１５】
「一体化」とは、複数の部品が、ボルト締め、または、かしめ等の機械的に接続されているだけでなく、共有結合、イオン結合、金属結合などの材料結合によって、部品が電気的に接続された１つの物体、または部品全体が溶融などによって材料結合され、電気的に接続された１つの物体の状態をいう。
【００１６】
シャフト２は、Ｚ軸方向に延びる中空部２ａを内部に有している。シャフト２の側面には複数の貫通孔２ｂが設けられている。中空部２ａはモータ１の内部を冷却するための冷媒Ｃの通路である。冷媒Ｃは中空部２ａ内をＺ軸方向に沿って流れており、モータ１の内部で循環して流れている。また、中空部２ａ内を流れる冷媒Ｃの一部は、複数の貫通孔２ｂから流れ出て、モータ１の中心側から外側、つまりロータ３からステータ４のある方向に向けても流れ、ロータ３及びステータ４を冷却する。
【００１７】
ロータ３は、シャフト２の外周に接して設けられている。ロータ３は、ステータ４に対向して、Ｎ極、Ｓ極がシャフト２の外周方向に沿って交互に配置された磁石３１を含んでいる。本実施形態で、ロータ３に用いられる磁石３１として、ネオジム磁石を使用しているが、磁石３１の材料、形状、及び材質については、モータの出力等に応じて、適宜変更しうる。
【００１８】
ステータ４は、実質的に円環状のステータコア４１と、ステータコア４１の内周に沿って等間隔に設けられた複数のティース４２と、ティース４２間にそれぞれ設けられたスロット４３とを有している。ステータ４は、Ｚ軸方向から見て、ロータ３の外側に、ロータ３と一定の間隔を持って、離間して配置されている。
【００１９】
ステータコア４１は、例えば、ケイ素等を含有した電磁鋼板を積層した後に、打ち抜き加工して形成される。
【００２０】
本実施形態において、ロータ３の磁極数は、ステータ４に対向するＮ極が５個、Ｓ極が５個の計１０極である。スロット４３の数は１２個である。しかし、ロータ３の磁極数とスロット４３の数は、特にこれに限定されるものではなく、その他の磁極数とスロット数との組合せについても適用される。
【００２１】
ステータ４は、１２個のコイルＵ１１〜Ｕ４１、Ｖ１２〜Ｖ４２、Ｗ１１〜Ｗ４１を有している。コイルＵ１１〜Ｕ４１、Ｖ１２〜Ｖ４２、Ｗ１１〜Ｗ４１の各々は、対応するティース４２に対して装着されて、Ｚ軸方向から見て、対応するスロット４３内に配置されている。つまり、コイルＵ１１〜Ｕ４１、Ｖ１２〜Ｖ４２、Ｗ１１〜Ｗ４１はティース４２に対して集中巻になっている。さらに、コイルＵ１１〜Ｕ４１がバスバー５１と、コイルＶ１２〜Ｖ４２はバスバー５２と、コイルＷ１１〜Ｗ４１はバスバー５３と、それぞれ一体化されて配置されている。
【００２２】
ここで、コイルを表わす符号ＵＰＱ、ＶＰＱ、ＷＰＱのうち、最初の文字はモータ１の各相（本実施形態の場合では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を表わす。２番目の文字は同相内のコイルの配列順を表わす。３番目の文字はコイルの巻回方向を表わし、本実施形態では、１は時計回り方向、２は反時計回り方向である。従って、コイルＵ１１は、Ｕ相の配列順が１番目のコイルで、巻回方向が時計回り方向であることを表わす。コイルＶ４２は、Ｖ相の配列順が４番目のコイルで、巻回方向が反時計回り方向であることを表わす。なお、「時計回り」とは、モータ１の中心から見て右回りをいい、「反時計回り」とはモータ１の中心から見て左回りをいう。
【００２３】
厳密には、コイルＵ１１，Ｕ４１はＵ相のコイルであり、コイルＵ２２，Ｕ３２はＵバー相（Ｕ相のコイルと発生する磁界の向きが逆）のコイルである。しかし、以降の説明では、特に断らない限り、Ｕ相のコイルと総称する。コイルＶ１２〜Ｖ４２及びコイルＷ１１〜Ｗ４１についても同様に、Ｖ相のコイル、Ｗ相のコイルとそれぞれ総称する。
【００２４】
［コイル構造］
図２は、実施形態に係るコイル５を示す斜視図である。図３は、実施形態に係るコイル５を示す側面図である。図４は、比較のためのコイル５０を示す斜視図である。図５は、比較のためのコイル５０を示す側面図である。なお、図３及び図５は、コイル５及びコイル５０の第１及び第５ターンにそれぞれ設けられた引出し部５ｃ，５ｄ及び引出し部５０ｃ，５０ｄの先端方向から見た側面を示している。また、図２及び図３に示すコイル５は、図１Ｃに示すモータ１のティース４２に装着されたコイルＵ１１〜Ｕ４１、Ｖ１２〜Ｖ４２、Ｗ１１〜Ｗ４１に適用される。
【００２５】
コイル５は、巻回された導線５ａと、導線５ａの表面に設けられた絶縁皮膜５ｂと、コイル５の第１ターン及び第５ターンにそれぞれ設けられた引出し部５ｃ，５ｄとを有している。コイル５の第２ターン〜第５ターンは、平面視で矩形状に巻回され、４つのコイル辺からなる。
【００２６】
導線５ａは、断面が四角形状の導電部材からなる線材である。導線５ａは、螺旋状に単層で５ターン巻回されて上下方向に積層されたターン列をなしている。導線５ａは、例えば、銅、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム、真鍮、鉄、またはＳＵＳ（Ｓｔｅｅｌ  Ｕｓｅ  Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ）等によって形成されている。
【００２７】
なお、以降の説明において、引出し部５ｃの先端から引出し部５ｄが設けられた位置の下方まで巻回された部分を第１ターンとする。以降の１周ずつ巻回された部分を順に第２ターン〜第５ターンとする。各ターンの始点の取り方は任意に定めることができる。コイル５の第１ターンが設けられた側を「下」、第５ターンが設けられた側を「上」と呼ぶ。
【００２８】
絶縁皮膜５ｂは、コイル５と外部の部材（図示せず）を絶縁するように、導線５ａの表面全体に設けられている。例えば、図１Ａ〜図１Ｃに示すモータ１において、絶縁皮膜５ｂ及び図示しない絶縁部材、例えば絶縁紙等によって、コイル５とステータコア４１との間、及び、コイル５とティース４２との間が絶縁されている。コイル５における隣接するターン間は絶縁皮膜５ｂによって絶縁されている。絶縁皮膜５ｂは、例えば、エナメルまたは耐熱樹脂等によって形成されている。絶縁皮膜５ｂの厚みは、数十μｍ程度、例えば、２０μｍから５０μｍの間の厚みである。
【００２９】
引出し部５ｃ，５ｄは、いずれも導線５ａの一部である。引出し部５ｃ，５ｄは、外部から電流の供給を受けるため、あるいは外部に電流を供給するために、コイル５の側面、言いかえると、導線５ａのターン列と交差する平面から外側に延在している。外部の部材、例えば、図１Ａ〜図１Ｃに示すバスバー５１〜５４のいずれかと接続するために、引出し部５ｃ，５ｄにおいて、絶縁皮膜５ｂが除去されている。絶縁皮膜５ｂは、引出し部５ｃ，５ｄの全領域で除去されている必要はなく、例えば、バスバー５１〜５４との接続に必要な部分のみ絶縁皮膜５ｂが除去されていればよい。
【００３０】
ここで、比較のためのコイル５０の形状と、本実施形態に係るコイル５の形状との違いについて図面を用いて説明する。
【００３１】
まず、図４，５に示すように、比較のためのコイル５０では、第５ターンの上面に、導線５０ａの厚みと絶縁皮膜５０ｂの２倍の厚みとの和に相当する段差が形成されている。同様に、第１ターンの下面に、導線５０ａの厚みと絶縁皮膜５０ｂの２倍の厚みとの和に相当する段差が形成されている。コイル５０は、第１ターンに引出し部５０ｃを、第５ターンに引出し部５０ｄをそれぞれ有している。このため、コイル５０において、第１ターン及び第５ターンにそれぞれ引出し部５０ｃ，５０ｄの厚みに相当する段差が生じる。その結果、図５に示すように、導線５ａが配置されないデッドスペースＳが生じる。デッドスペースＳがあると、空気層が生じ、コイル５の放熱効率を低下させる要因となる。また、例えば、コイル５０を図１Ｃに示すティース４２に巻回した場合、ステータ４内でのコイル５０の占積率は低下してしまう。
【００３２】
一方、図２及び図３に示すように本実施形態のコイル５では、コイル５の側面から見たとき、図５に示すようなデッドスペースＳが生じないように、第２ターンの一部のコイル辺に第２ターンの他のコイル辺の形状と異なる変形部が設けられている。具体的には、第２ターンのうち、引出し部５ｃと交差するコイル辺の断面積が他のコイル辺の断面積よりも大きい。また、引出し部５ｃと交差するコイル辺に第１の切欠部５ｅ（変形部）が設けられている。第１の切欠部５ｅは、第１ターンの一部が収容されるように設けられている。第１の切欠部５ｅにより、ターン列の下端部に位置する第１ターンにおいて、コイル５における導線５ａのターン列の中央と反対側に位置する一方の外面、つまり第１ターンの下面が、ターン列と交差する一の平面に沿って面一状に延びている。ここで、ターン列と交差する一の平面は、第１ターンの下面と第２ターンのうち第１の切欠部５ｅが設けられたコイル辺の下面とで構成される面、つまりコイル５の下面である。つまり、コイル５の下面は段差のない面として構成されている。
【００３３】
同様に、コイル５の側面から見たとき、図５に示すようなデッドスペースＳが生じないように、第５ターンの一部のコイル辺に第５ターンの他のコイル辺の形状と異なる変形部が設けられている。具体的には、第５ターンのうち、引出し部５ｄと交差するコイル辺の断面積が他のコイル辺の断面積よりも大きい。また、引出し部５ｄと交差するコイル辺に第２の切欠部５ｆ（変形部）が設けられている。第２の切欠部５ｆは、第５ターンの一部が収容されるように設けられている。第２の切欠部５ｆにより、ターン列の上端部に位置する第５ターンにおいて、コイル５における導線５ａのターン列の中央と反対側に位置する一方の外面、つまり第５ターンの上面が、ターン列と交差する別の平面に沿って面一状に延びている。ここで、ターン列と交差する別の平面は、第５ターンの上面であり、コイル５の上面である。つまり、コイル５の上面は段差のない面として構成されている。
【００３４】
ここで、「段差のない面」あるいは「ターン列に交差する平面に沿って面一状に延びている」とは、完全に段差のない状態の面またはターン列に交差する平面との段差が完全に無い状態をいうのではない。例えば、第１の切欠部５ｅの底面と、第１の切欠部５ｅに収容される第１ターンの一部の上面との間に組立公差または加工公差の範囲で隙間がある場合、この隙間に起因した段差が、コイル５の下面にあってもよい。また、第１ターンの厚みと第１の切欠部５ｅの段差とが加工公差の範囲で異なる場合は、この差に起因した段差が、コイル５の下面にあってもよい。同様に、第２の切欠部５ｆの底面と、第２の切欠部５ｆに収容される第５ターンの一部の下面との間に組立公差または加工公差の範囲で隙間がある場合、この隙間に起因した段差が、コイル５の上面にあってもよい。また、第５ターンの厚みと第２の切欠部５ｆの段差とが加工公差の範囲で異なる場合は、この差に起因した段差が、コイル５の上面にあってもよい。
【００３５】
コイル５を図２，３に示すような形状にすることで、図４，５に示すような段差を無くして、コイル５における導線５ａが巻回されないデッドスペースＳを低減することができる。これにより、コイル５の放熱効率を向上させることができる。また、図１Ａ〜図１Ｃに示すモータ１において、スロット４３内でのコイル５の占積率を向上させることができる。これにより、モータ１の効率を向上させることができる。特に、導線５ａの幅Ｗと厚みＴとの比（Ｔ／Ｗ）が１に近くなる程、また、コイル５のターン数が小さい程、本実施形態に係るコイル５を使用することは、放熱効率及び占積率の点で有利である。
【００３６】
本実施形態では、コイル５のターン数を５とした。しかし、コイル５のターン数は、特にこれに限定されず、他の値であってもよい。
【００３７】
以上のように、本実施形態のコイル５は、断面が四角形状の導線が螺旋状に巻回されて上下方向に積層された第１ターン〜第ｎターン（ｎは３以上の整数）からなるターン列を有するコイル５であって、第１ターン〜第ｎターンのうちの少なくとも一部の導線５ａに他の部分と形状が異なる変形部５ｅまたは５ｆが設けられている。また、第１ターン及び第ｎターンがターン列の両端部に位置している。また、変形部５ｅまたは５ｆにより、ターン列の両端部に位置する第１ターン及び第ｎターンにおいて、ターン列の中央と反対側に位置する外面が、ターン列と交差する平面に沿って面一状に延びている。
【００３８】
これにより、コイル５を螺旋状に巻回する場合に生じる、導線が巻回されないデッドスペースＳを低減することができる。したがって、コイルの放熱効率を高めることができる。
【００３９】
また、変形部は、導線５ａの第１ターン及び第ｎターンの部分、または導線５ａの第２ターン及び第ｎターンの部分に設けられていれてもよい。
【００４０】
この構成によれば、第１ターン〜第ｎターンのうちの少なくとも一部の導線に、他の部分と形状が異なる変形部が設けられている。変形部により、ターン列の両端部に位置する第１及び第ｎターン、または第２ターン及び第ｎターンにおいて、ターン列の中央と反対側に位置する外面がターン列と交差する平面に沿って面一状に延びるようにすることができる。
【００４１】
また、変形部は、第２ターンの導線５ａに第１ターンの一部が収容されるように設けられた第１の切欠部５ｅと、第ｎターンの導線５ａに第ｎターンの一部が収容されるように設けられた第２の切欠部５ｆと、を有していてもよい。
【００４２】
この構成によれば、コイル５の一部のターンを変形させる。これにより、導線５ａが巻回されないデッドスペースＳを低減し、コイル５の放熱効率を高めることができる。
【００４３】
また、本実施形態のモータ１は、ステータコア４１と、ステータコア４１から突出したティース４２と、ティース４２に巻回されたコイル５と、を有するステータ４を備えている。
【００４４】
この構成によれば、コイル５の放熱効率がより高まるとともに、ステータ４内でのコイル５の占積率が向上する。これにより、モータ１の効率を高めることができる。
【００４５】
（変形例１）
図６は、変形例１に係るコイル５を示す斜視図である。なお、説明の便宜上、図６において、引出し部５ｃ，５ｄの図示を省略している。
【００４６】
本変形例に係るコイル５と図２，３に示すコイル５とでは、導線５ａの断面の形状が異なっている。図２，３に示すコイル５では、各ターンの導線５ａの断面は矩形を斜めにした状態となる。これにより、コイル５の側面に段差が形成されないようにしている。一方、図６に示すコイル５では、各ターンの導線５ａの断面が実質的な矩形状である。このため、コイル５の側面において、隣接するターン間で段差が形成されている。
【００４７】
図６に示すように、本変形例においても、第１の切欠部５ｅにより、ターン列の下端部に位置する第１ターンにおいて、コイル５における導線５ａのターン列の中央と反対側に位置する一方の外面、つまり第１ターンの下面が、ターン列と交差する一の平面に沿って面一状に延びている。ここで、ターン列と交差する一の平面は、第１ターンの下面と第２ターンのうち第１の切欠部５ｅが設けられたコイル辺の下面とで構成される面、つまりコイル５の下面である。つまり、コイル５の下面は段差のない面として構成されている。
【００４８】
同様に、第２の切欠部５ｆにより、ターン列の上端部に位置する第５ターンにおいて、コイル５における導線５ａのターン列の中央と反対側に位置する一方の外面、つまり第５ターンの上面が、ターン列と交差する別の平面に沿って面一状に延びている。ここで、ターン列と交差する別の平面は、第５ターンの上面であり、コイル５の上面に相当する。つまり、コイル５の上面は段差のない面として構成されている。
【００４９】
本変形例においても、デッドスペースを低減し、コイル５の放熱効率を高めることができる。また、図１Ａ〜図１Ｃに示すモータ１において、スロット４３内でのコイル５の占積率を向上させることができる。これにより、モータ１の効率を向上させることができる。
【００５０】
なお、本変形例においては、コイル５の側面に段差が形成されているため、上記の占積率は図２，３に示す構成のコイル５と比べて若干低下する。しかし、第２ターン及び第５ターンの一部を除き、導線５ａとして一般的な、断面が矩形状の線材を用いることができるため、製造コストの面で有利である。
【００５１】
（変形例２）
図７は、変形例２に係るコイル５を示す斜視図である。図８は、変形例２に係るコイル５を示す側面図である。図８において、コイル５の第１ターン及び第５ターンにそれぞれ設けられた引出し部５ｃ，５ｄの先端方向から見た、コイル５の側面を示している。
【００５２】
本変形例に係るコイル５と図２，３に示すコイル５とでは、第２ターン〜第５ターンにおいて、引出し部５ｃ，５ｄと交差するコイル辺の形状が第２ターン〜第５ターンの他のコイル辺の形状と異なっている。
【００５３】
図７，８に示すように、第２ターン〜第５ターンにおいて、引出し部５ｃ，５ｄと交差するコイル辺にそれぞれ変形部である折り曲げ部が設けられている。折り曲げ部は、第２ターン〜第５ターンにおいて、引出し部５ｃ，５ｄと交差するコイル辺の導線５ａが段差状に折り曲げられて形成されている。具体的には、第２ターンに折り曲げ部５０２が、第３ターンに折り曲げ部５０３が、第４ターンに折り曲げ部５０４が、第５ターンに折り曲げ部５０５がそれぞれ設けられている。
【００５４】
第１ターンと第２ターンとの間では、第１ターンのうち引出し部５ｃを含むコイル辺と折り曲げ部５０２とが互いに当接した状態で係合している。第２ターンと第３ターンとの間では、折り曲げ部５０２と折り曲げ部５０３とが互いに当接した状態で係合している。第３ターンと第４ターンとの間では、折り曲げ部５０３と折り曲げ部５０４とが互いに当接した状態で係合している。第４ターンと第５ターンとの間では、折り曲げ部５０４と折り曲げ部５０５とが互いに当接した状態で係合している。第５ターンでは、第５ターンのうち引出し部５ｄを含むコイル辺と折り曲げ部５０５とが互いに当接した状態で係合している。
【００５５】
さらに、図７，８に示すように、本変形例においても、ターン列の下端部に位置する第１ターンにおいて、コイル５における導線５ａのターン列の中央と反対側に位置する一方の外面、つまり第１ターンの下面が、ターン列と交差する一の平面に沿って面一状に延びている。ここで、ターン列と交差する一の平面は、第１ターンの下面と第２ターンのうち第１の折り曲げ部５０２が設けられたコイル辺の下面とで構成される面、つまりコイル５の下面である。つまり、コイル５の下面は段差のない面として構成されている。
【００５６】
同様に、ターン列の上端部に位置する第５ターンにおいて、コイル５における導線５ａのターン列の中央と反対側に位置する一方の外面、つまり第５ターンの上面が、ターン列と交差する別の平面に沿って面一状に延びている。ここで、ターン列と交差する別の平面は、第５ターンの上面であり、コイル５の上面に相当する。つまり、コイル５の上面は段差のない面として構成されている。
【００５７】
本変形例においても、デッドスペースを低減し、コイル５の放熱効率を高めることができる。また、図１Ａ〜図１Ｃに示すモータ１において、スロット４３内でのコイル５の占積率を向上させることができる。これにより、モータ１の効率を向上させることができる。また、コイル５において、第２ターン〜第５ターンに折り曲げ部５０２〜５０５を設けることで、螺旋状に巻回されたコイル５において、側面形状を実質的に矩形状にすることができる。このことにより、コイル５をティース４２に巻回した場合、隙間無くコイルを配置できるため、占積率を向上することができる。
【００５８】
本変形例では、コイル５のターン数を５としたが、特にこれに限定されず、他の値であってもよい。
【００５９】
以上のように、本変形例の変形部は、第（ｉ−１）ターン（ｉは整数であり、３≦ｉ≦ｎ−１）の一部の導線５ａが段差状に折り曲げられた第１の折り曲げ部と、第ｉターンの一部の導線５ａが段差状に折り曲げられた第２の折り曲げ部とを有し、第１の折り曲げ部及び第２の折り曲げ部は互いに当接した状態で係合していればよい。
【００６０】
（変形例３）
図９は、変形例３に係るコイル５を示す斜視図である。なお、説明の便宜上、図９において、引出し部５ｃ，５ｄの図示を省略している。
【００６１】
本変形例に係るコイル５と図２，３に示すコイル５とでは、コイル５の第１ターンの一部のコイル辺の形状が、第１ターンの他のコイル辺の形状と異なっている。同様に、第５ターンの一部のコイル辺の形状が、第５ターンの他のコイル辺の形状と異なっている。つまり、第１ターンの一部のコイル辺に、第１ターンの他のコイル辺の形状と異なる変形部が設けられている。第５ターンの一部のコイル辺に、第５ターンの他のコイル辺の形状と異なる変形部が設けられている。
【００６２】
図２，３に示すコイル５では、第１ターンの下面と第２ターンのうち第１の切欠部５ｅが設けられたコイル辺の下面とでコイル５の下面を構成し、第５ターンの上面がコイル５の上面を構成している。これに対し、本変形例に係るコイル５では、デッドスペースをなくすように、第１ターンにおける巻き始め部を含むコイル辺は、他のコイル辺に対して断面積が変化しており、第１ターンの下面がコイル５の下面を構成している。同様に、デッドスペースをなくすように、第５ターンにおける巻き終わり部を含むコイル辺は、他のコイル辺に対して断面積が変化しており、第５ターンの上面がコイル５の上面を構成している。
【００６３】
図９に示すように、本変形例においても、ターン列の下端部に位置する第１ターンにおいて、コイル５における導線５ａのターン列の中央と反対側に位置する一方の外面、つまり第１ターンの下面が、ターン列と交差する一方の平面に沿って面一状に延びている。ここで、ターン列と交差する一方の平面は、第１ターンの下面であり、コイル５の下面に相当する。つまり、コイル５の下面は段差のない面として構成されている。
【００６４】
同様に、ターン列の上端部に位置する第５ターンにおいて、コイル５における導線５ａのターン列の中央と反対側に位置する他方の外面、つまり第５ターンの上面が、ターン列と交差する別の平面に沿って面一状に延びている。ここで、ターン列と交差する他方の平面は、第５ターンの上面であり、コイル５の上面に相当する。つまり、コイル５の上面は段差のない面として構成されている。また、図９に示すように、変形部は、第１ターン及び第５ターンの導線５ａに設けられている。
【００６５】
本変形例においても、デッドスペースを低減し、コイル５の放熱効率を高めることができる。また、図１Ａ〜図１Ｃに示すモータ１において、スロット４３内でのコイル５の占積率を向上させることができる。これにより、モータ１の効率を向上させることができる。
【００６６】
なお、変形例及び実施形態において、コイル５がモータ１のステータ４内に設けられた例を用いて説明した。しかし、ここに開示する技術は、特にこれに限定されることはない。ここに開示する技術は、他の用途、例えば、発電機内のコイル、または電力機器内のリアクトル等にも適用できる。
【００６７】
引出し部５ｃ，５ｄがコイル５の同じ側面から外周側に引き出されている例を示した。しかし、引出し部５ｃと引出し部５ｄとがコイル５の異なる側面から外周側に引き出されていてもよい。例えば、コイル５の互いに対向する側面から、引出し部５ｃ，５ｄがそれぞれ引き出されていてもよい。また、導線５ａの断面形状は四角形であればよく、矩形状でも、台形状でも、あるいは平行四辺形でもよい。
【００６８】
変形例及び実施形態において、コイル５の上面及び下面の両方において生じるデッドスペースをなくすように、コイル５に変形部を設けた。しかし、コイル５の上面または下面のいずれかのデッドスペースをなくすように、コイル５に変形部を設けてもよい。この場合も、コイル５の放熱効率を高めることができる。
【００６９】
コイル５は鋳造により形成することができる。この方法によれば、断面積の大きい導線を容易に螺旋状の巻回コイルに成形することができる。ただし、鋳造に限られず、他の方法で形成してもよい。例えば、銅、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム、鉄、ＳＵＳ、または真鍮などの固体物から削りだしを行ってもよい。また、例えば、個々に成形された部品同士を溶接等により接合して形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本開示に係るコイルは、放熱効率をより高めることができ、モータまたは電力機器に適用する上で有用である。
【符号の説明】
【００７１】
１    モータ
２    シャフト
２ａ    中空部
２ｂ    貫通孔
３    ロータ
４    ステータ
５    コイル
５ａ    導線
５ｂ    絶縁皮膜
５ｃ，５ｄ    引出し部
５ｅ    第１の切欠部（変形部）
５ｆ    第２の切欠部（変形部）
３１    磁石
４１    ステータコア
４２    ティース
４３    スロット
５０    コイル
５０ａ    導線
５０ｂ    絶縁皮膜
５０ｃ，５０ｄ    引出し部
５１〜５４    バスバー
５０２，５０４    折り曲げ部（第１の折り曲げ部）
５０３，５０５    折り曲げ部（第２の折り曲げ部）
Ｃ    冷媒
Ｓ    デッドスペース
Ｕ１１，Ｕ２２，Ｕ３２，Ｕ４１，Ｖ１２，Ｖ２１，Ｖ３１，Ｖ４２，Ｗ１１，Ｗ２２，Ｗ３２，Ｗ４１    コイル
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面が四角形状の導線が螺旋状に巻回されて上下方向に積層された第１ターン〜第ｎターン（ｎは３以上の整数）からなるターン列を有するコイルであって、前記第１ターン〜前記第ｎターンのうちの少なくとも一部の前記導線に他の部分と形状が異なる変形部が設けられており、
前記第１ターン及び前記第ｎターンが前記ターン列の両端部に位置し、
前記変形部により、前記第１ターン及び前記第ｎターンにおいて、前記ターン列の中央と反対側に位置する外面が、前記ターン列と交差する平面に沿って面一状に延びているコイル。
【請求項２】
前記変形部は、前記導線の前記第１ターン及び前記第ｎターンの部分、または前記導線の第２ターン及び前記第ｎターンの前記部分に設けられている請求項１に記載のコイル。
【請求項３】
前記変形部は、前記第２ターンの前記導線に前記第１ターンの一部が収容されるように設けられた第１の切欠部と、
前記第ｎターンの前記導線に前記第ｎターンの一部が収容されるように設けられた第２の切欠部と、を有している請求項２に記載のコイル。
【請求項４】
前記変形部は、第（ｉ−１）ターン（ｉは整数であり、３≦ｉ≦ｎ−１）の一部の前記導線が段差状に折り曲げられた第１の折り曲げ部と、第ｉターンの一部の前記導線が段差状に折り曲げられた第２の折り曲げ部とを有し、
前記第１の折り曲げ部及び前記第２の折り曲げ部は互いに当接した状態で係合している請求項２に記載のコイル。
【請求項５】
ステータコアと、
前記ステータコアから突出したティースと、
前記ティースに巻回された請求項１に記載のコイルと、を有するステータを備えているモータ。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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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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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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