(57)【要約】【課題】  容易に占積率を高めることができるモータコイルとその製造方法を提供する。【解決手段】  本発明コイルは、断面が扁平の長尺材3をエッジワイズ巻きにて螺旋状に巻いたコイルである。この長尺材3は、その一端側よりも他端側の方が、幅が大きく厚みが小さくなっている。そして、長尺材3の断面積は長手方向にわたって実質的に一定である。この構成により、モータ回転軸の周方向への長尺材の積層をなくして単層とし、占積率を高くできる。【選択図】図１
2006014530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面が扁平の長尺材をエッジワイズ巻きにて螺旋状に巻いたコイルであって、
この長尺材は、その一端側よりも他端側の方が、幅が大きく厚みが小さくなっており、その断面積は長手方向にわたって実質的に一定であることを特徴とするコイル。
【請求項２】
長手方向にわたって幅が増加し厚みが減少するが断面積は変わらない扁平断面の長尺材を準備する工程と、
前記長尺材を円錐ローラで連続的または断続的に圧延して屈曲部を形成し、長尺材を螺旋状のコイルに成形する工程とを有することを特徴とするコイルの製造方法。
【請求項３】
前記長尺材を準備する工程は、
長手方向に均一な断面形状を有する母材を準備する工程と、
圧下率を順次大きくして前記母材を圧延する工程とを含むことを特徴とする請求項２に記載のコイルの製造方法。
【請求項４】
前記長尺材を準備する工程は、
長手方向に均一な断面形状を有する母材を準備する工程と、
圧下率を順次変化させて前記母材を圧延する工程と、
得られた圧延材の長手方向に圧縮率を順次変化させて前記圧延材をプレスする工程とを含むことを特徴とする請求項２に記載のコイルの製造方法。
【請求項５】
前記長尺材を準備する工程は、
長手方向に均一な断面形状を有する母材を準備する工程と、
この母材の長手方向に圧縮率を順次変化させて前記母材をプレスする工程とを含むことを特徴とする請求項２に記載のコイルの製造方法。
【請求項６】
前記長尺材を準備する工程は、
母材を準備する工程と、
この母材に対し、母材材料の除去を伴う機械加工をする工程とを含むことを特徴とする請求項２に記載のコイルの製造方法。
【請求項７】
長手方向に均一な断面形状を有する母材を準備する工程と、
圧下率の昇順変化と降順変化を交互に繰り返して前記母材を圧延し、幅が狭く厚みが大きい狭幅部と幅が広くて厚みが小さい拡幅部とが交互に長手方向に繰り返し現われる圧延材を得る工程と、
この圧延材を円錐ローラで連続的または断続的に圧延して屈曲部を形成し、複数の螺旋体が連結した成形体を得る工程と、
この成形体における狭幅部と拡幅部とで切断して複数のコイルを得る工程とを有することを特徴とするコイルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイルとその製造方法に関するものである。特に、高い占積率を実現できるモータコイルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のモータにおいて、コアにコイルを設けたローターまたはステータが広く知られている。一般に、ローター又はステータは、リング部と、そのリング部の径方向に伸びる複数の突起部とを具える。コイルは、前記各突起部に導線を巻き付けて必要なアンペア・ターン数とすることで形成される。そして、この導線には、断面が丸または角の線材が用いられていた（例えば非特許文献１）。
【０００３】
【非特許文献１】「イラスト・図解  小型モータのすべて」見城尚志、佐渡友茂著  技術評論社  平成13年5月25日初版発行  P91  図3.29
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、このような導線を用いた場合、各導線間に隙間が生じ、占積率（コイル配置空間の断面における導線面積の比率）を高めることができない。
【０００５】
また、通常、導線はエナメル樹脂などの絶縁被覆が施されている。ところが、この絶縁被覆はモータ駆動時の発生熱の発散を妨げる。細径の導線を用いれば、リング部周方向（モータ回転軸の周方向）への導線の積層数が大きくなり、結果的に絶縁被覆の積層数も大きくなって放熱効率が低下し、モータ内部温度の上昇により、より効率低下を招いていた。
【０００６】
従って、本発明の主目的は、容易に占積率を高めることができるモータコイルとその製造方法を提供することにある。
【０００７】
また、本発明の他の目的は、放熱性に優れるモータコイルとその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、断面が扁平状の長尺材（導線）を用い、その長尺材の形態と屈曲の仕方に工夫を施すことで上記の目的を達成する。
【０００９】
本発明コイルは、断面が扁平の長尺材をエッジワイズ巻きにて螺旋状に巻いたコイルである。この長尺材は、その一端側よりも他端側の方が、幅が大きく厚みが小さくなっている。そして、長尺材の断面積は長手方向にわたって実質的に一定であることを特徴とする。
【００１０】
このコイルは、扁平板状の長尺材を用いてエッジワイズ巻きすること構成される。エッジワイズ巻きとは、長尺材の厚み方向がコイルの径方向に沿うのではなく、長尺材の幅方向がコイルの径方向に沿う巻き方である。この構成により、モータ回転軸の周方向への長尺材の積層をなくして単層とし、占積率を高くできる。加えて、モータ回転軸の周方向への長尺材の積層をなくして単層とすれば、長尺材に形成した絶縁被覆も積層されることがなく、放熱効果の高いコイルを得ることができる。
【００１１】
また、一端側よりも他端側の方が、幅が大きく厚みが小さくなっているが、断面積は長手方向にわたって実質的に一定の長尺材を用いることで、長尺材の抵抗を長手方向にわたって均一にでき、かつコアのスロット形状に対応した形のコイルを得ることができる。一般に、モータのコアは、リング部と、リング部の径方向に伸びて長尺材が巻き付けられる突起部とを具える。この各突起部の間に形成されて長尺材が配置される空間がスロットである。このスロットは、通常、リング部外周側の方が内周側よりも周方向の長さが長い。そのため、コアの外周域に配される長尺材の幅を内周域に配される長尺材の幅よりも広くすることで、スロットの形状に適合したコイルを得ることができ、スロットの周方向距離が内外周で異なる場合でも占積率を高めることができる。
【００１２】
一方、本発明コイルの製造方法は、長手方向にわたって幅が増加し厚みが減少するが断面積は変わらない扁平断面の長尺材を準備する工程と、前記長尺材を円錐ローラで連続的または断続的に圧延して屈曲部を形成し、長尺材を螺旋状のコイルに成形する工程とを有することを特徴とする。
【００１３】
この製造方法は、予め長手方向にわたって幅が増加し厚みが減少するが断面積は変わらない扁平断面の長尺材を準備しておく。代表的な長尺材の断面形状は長方形である。この長尺材を形成する手段としては、塑性加工と、材料の除去を伴う機械加工とが利用できる。塑性加工には、圧延、圧延とプレスの組合せ、プレスのみなどが挙げられる。材料の除去を伴う機械加工には、切削や研削が挙げられる。
【００１４】
圧延を用いる場合、長手方向に均一な断面形状を有する母材を準備し、圧下率を順次大きくしてこの母材を圧延すればよい。
【００１５】
圧延とプレスを組み合わせる場合、上記の圧下率を順次大きくした圧延の後、得られた圧延材の長手方向に圧縮率を順次変化させて圧延材をプレスすればよい。
【００１６】
プレスのみを行う場合、長手方向に均一な断面形状を有する母材を準備し、この母材の長手方向に圧縮率を順次変化させて母材をプレスすればよい。
【００１７】
切削や研削を行う場合、適宜な切削（研削）工具を用いて母材を切削（研削）し、長手方向にわたって幅が増加し厚みが減少するが断面積は変わらない扁平断面の長尺材を形成すれば良い。切削（研削）を行なう場合、母材の形状は特に限定されない。通常は長手方向に均一な断面形状を有する母材が利用される。
【００１８】
このような長尺材をエッジワイズ巻きするには円錐ローラを用いる。この長尺材を円錐ローラに通すと、長尺材の一方の側縁側が他方の側縁側よりも大きく圧潰されることになる。そのため、長尺材の一方の側縁側が他方の側縁側に比べて長手方向にも大きく伸ばされることになり、圧潰程度の小さい側縁側を内周、圧潰程度の大きい側縁側を外周として長尺材は屈曲されることになる。
【００１９】
従って、円錐ローラで連続的に長尺材を圧延すれば、ほぼ円筒状のコイルを形成することができる。また、所定時間だけ断続的に円錐ローラの間隔を閉じて円錐ローラによる圧延を行えば、円錐ローラで圧延されている間のみ長尺材が屈曲されて屈曲部を形成し、圧延されていないときは直線部が形成されるため、ほぼ楕円筒状のコイルを形成することができる。屈曲部の曲げ半径は、円錐ローラの一端側と他端側の径との差を変えることで、長尺材一方の側縁側と他方の側縁側の圧潰程度を変えて調整することができる。
【００２０】
ここで、直線部は長尺材の断面形状のままであるが、屈曲部は外周側が大きく圧壊されるため、その断面形状は台形状になる。この台形断面の屈曲部は、直線部の断面に比べて断面積が小さくなる傾向があるため、比較的電気抵抗が高く、占積率が下がって放熱面でも不利である。そのため、屈曲部は、リング部端面側（モータ軸方向端面側）になるべく短く設ける。この構成により、比較的電気抵抗が高く発熱の大きい部分の長さを最小限とでき、大きな発熱を避けられると共に、発熱の大きな部分を放熱に有利なモータ軸方向端面側に配置可能である。
【００２１】
一方、矩形断面の長尺材で構成される直線部は、コアの各突起部の間に形成された空間に配置されることになる。そのため、直線部は突起部と広範囲にわたって接触し、熱伝導による効率的な放熱が期待できる。
【００２２】
さらに、上記の本発明製造方法の変形例として、多数のコイルを効率よく製造することもできる。つまり、本発明の別の製造方法は、次の工程を含むことを特徴とする。
【００２３】
長手方向に均一な断面形状を有する母材を準備する工程。
圧下率の昇順変化と降順変化を交互に繰り返して前記母材を圧延し、幅が狭く厚みが大きい狭幅部と幅が広くて厚みが小さい拡幅部とが交互に長手方向に繰り返し現われる圧延材を得る工程。
この圧延材を円錐ローラで連続的または断続的に圧延して屈曲部を形成し、複数の螺旋体が連結した成形体を得る工程。
この成形体における狭幅部と拡幅部とで切断して複数のコイルを得る工程。
【００２４】
上述したように、一端側よりも他端側の方が、幅が大きく厚みが小さくなっており、断面積は長手方向にわたって実質的に一定の長尺材をエッジワイズ巻きすればコイルを一つずつ製造することができる。この長尺材を得る際に、圧下率の昇順変化と降順変化を交互に繰り返して母材を圧延すれば、幅が狭く厚みが大きい狭幅部と幅が広くて厚みが小さい拡幅部とが交互に長手方向に繰り返し現われる圧延材を得ることができる。この圧延材を、円錐ローラを用いてエッジワイズ巻きすれば、複数のコイルが連結した状態の成形体を得ることができる。このような成形体が得られれば、後に狭幅部と拡幅部とで切断することにより、複数のコイルを容易に得ることができる。
【発明の効果】
【００２５】
以上説明したように、本発明コイルによれば、モータを構成するコアのスロット形状に適合したコイルであるため、占積率を高めることができ、かつ放熱性にも優れる。特に、コイルを構成する長尺材の断面積が長手方向にわたって一定であるため、長尺材の抵抗を全長にわたって均一化できる。
【００２６】
また、本発明コイルの製造方法は、コアのスロット形状に適合したコイルを容易に形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【実施例１】
【００２８】
圧延による本発明コイルの製造方法を説明する。
まず、図１(A)に示すように、断面が正方形の棒状体からなる母材を用意する。ここでは銅製の母材を用意している。
【００２９】
次に、図１(B)に示すように、この母材1を圧延する。圧延は、母材1を厚み方向に押圧する上下ローラ2Aと、母材1を幅方向に押圧する左右ローラ2Bの合計２対のローラを用いる。上下ローラ2Aでは母材1の厚みを薄くし、左右ローラ2Bでは母材1の幅が円滑に広がるように圧延材の幅を規制する。
【００３０】
この圧延を多段階にわたって行い、図１(C)に示すように、一端側は厚みが大きく幅が小さいが、他端側は厚みが小さく幅が大きい長尺材3を形成する。このとき、長尺材3の長手方向にわたって断面積が一定となるように順次圧下率を変化させて圧延を行う。この圧延により、断面が長方形の扁平な長尺材3が形成される。図１(C)では長尺材の長手方向における厚みと幅の変化を誇張して示している（後述する図7C、図8C、図9Cでも同じ）が、実際の長尺材のサイズは、厚みの大きい側で厚さ2mm、幅2mm、厚みの小さい側で厚さ1mm、幅4mm程度である。
【００３１】
そして、得られた長尺材3を円錐ローラで押圧して屈曲させる。この円錐ローラで長尺材を圧延する状態を図２に示す。長尺材3を挟み込む円錐ローラ4は、同ローラ4軸方向の一端側が細径側、他端側が太径側となるように並列されている。この円錐ローラ4の間に断面が矩形の長尺材を挟みこむと、太径側の圧縮量が細径側の圧縮量よりも大きいため、太径側で圧延された箇所が長尺材3の長手方向に大きく伸び、結果的に長尺材3は屈曲される。つまり、円錐ローラ3の太径側で圧縮された箇所が屈曲の外周側、同ローラの細径側で圧縮された箇所が屈曲の内周側となる。従って、円錐ローラによる圧延を連続して行えば、長尺材は図1(D)に示すように屈曲し続けて円錐ローラ4から螺旋状に送り出され、コイルを構成することができる。
【００３２】
このような円錐ローラを用いた圧延により得られるコイルの概略形状を図３に示す。図３は本発明コイルを部分的に切欠いた模式図である。図３に示すように、このコイル10は、長尺材3を螺旋状にエッジワイズ巻きして、中空の円錐台状に形成されたものである。つまり、コイル10の細径側は、長尺材3の厚みが大きく幅が小さい。逆に、コイル10の太径側は長尺材3の幅が大きく厚みが小さい。また、長尺材3の断面積は長手方向のいずれの箇所でも実質的に同一である。そして、得られたコイル10にエナメルやセラミックス等の絶縁被覆（図示せず）を施せばよい。
【００３３】
このようなコイル10をコアに組み込んでステータを形成する。図４は一般的なモータの概略構成図である。図４に示すインナーローター型モータは、中心側にローター30となる磁石を具え、その外周にステータ40を具える。ステータ40は、ローターと同軸状に配されたリング部41と、このリング部41から中心に向かって突出する複数の突起部42とからなるコアを有する。各突起部42は、モータを軸方向から見た場合、ほぼT型の断面を有し、その外周には長尺材を巻きつけてコイル10が形成される。通常、コイル10と突起部42との間には絶縁材（図示せず）が介在されている。このモータでは、ホール素子50を使って磁石の回転位置を検出し、インバータ51にフィードバックしてコイル10への通電を制御する。
【００３４】
上記のステータに本発明コイルを用いた状態のステータの部分平面図を図５に示す。このコイル10は、リング部内周側における長尺材が幅狭・肉厚で、同外周側における長尺材が幅広・薄肉となっている。各突起部42の間に形成される空間は、モータ回転軸方向から見た場合、扇型に形成されている。そのため、突起部42における先端側（リング部内周側）に幅の狭い長尺材を配し、突起部根元側（リング部外周側）に幅の広い長尺材を配すれば、前記扇形の空間内に高い占積率でコイル10を収納することができる。さらに、長尺材の断面積が長手方向で実質的に同一であるため、電気抵抗も長手方向に均一で、全長にわたって均等な発熱をさせることができる。
【００３５】
本発明コイル10をステータの突起部42にはめ込むには、突起部42とリング部41とを別部品として用意しておけばよい。つまり、リング部41から取り外した状態の突起部42の外周にコイル10を嵌め、その状態で突起部42をリング部41に固定すれば良い。ステータを構成するリング部41と突起部42とを別部品として構成しておけば、コイル10をコアに容易に組み込むことができる。
【００３６】
なお、本例ではステータに本発明コイルを用いた場合を説明したが、もちろんロータとしても利用できる。例えば、リング部の外周側に突出する複数の突起部を形成し、この突起部の外側にコイルをはめ込む場合などである。その場合、ステータとなる磁石が突起部の外周側に配されることになる。
【実施例２】
【００３７】
実施例１では円錐ローラによる圧延を連続的に行ったため、コイルの１ターンの形状が円形のコイルが形成されたが、円錐ローラによる圧延を断続的に行えば、コイルの１ターンの形状が楕円状のコイルを形成することもできる。つまり、断続的に円錐ローラによる圧延を行えば、円錐ローラで圧延されている箇所は屈曲部となり、同ローラで圧延されていない箇所は直線部となる。このため、コイルの１ターンは直線部の両端部に屈曲部がつながって楕円状に構成される。
【００３８】
図６にコイルの１ターンが楕円状のコイルをコアに装着した状態を示す。図６に示すように、このコイル10は、直線部11の両端部に屈曲部12が連続して楕円状に形成されたターンを繰り返すことで螺旋状に形成され、コアの突起部42にはめ込まれる。この場合、屈曲部12のみ断面形状が台形状となり、断面形状が矩形のままである直線部12に比べて断面積も小さい。そのため、屈曲部12の電気抵抗は直線部11に比べて大きく発熱しやすいが、ステータの軸方向端面に屈曲部12を露出させることで効率的な発熱を可能にしている。
【実施例３】
【００３９】
実施例１では圧延のみにより長尺材を得たが、本例では圧延とプレスを組み合わせて長尺材を形成する方法を説明する。図７は本発明方法の説明図で、(A)は母材の斜視図、(B)は母材を圧延する状態を示す説明図、(C)はさらに圧延した母材をプレスする状態を示す説明図、（D）は得られた長尺材を円錐ローラで圧延する状態を示す説明図である。
【００４０】
本例でも、図７（A）、（B）に示すように、母材1を用意し、その母材1を圧延するところまでは実施例１と同様である。本例では、その圧延材をパンチ5でプレスすることで一端側は厚みが大きく幅が小さいが、他端側は厚みが小さく幅が大きい長尺材3を形成する。このとき、圧延材の長手方向にわたって断面積が一定となるように順次圧縮率を変えてプレスを行う。このプレスにより、断面が長方形の扁平な長尺材3が形成される。
【００４１】
このような長尺材3が形成できたら、実施例１と同様に円錐ローラ4で圧延して螺旋状に屈曲させ、コイルを形成する。
【実施例４】
【００４２】
実施例３では圧延とプレスの組合せにより長尺材を得たが、本例ではプレスのみにより長尺材を形成する方法を説明する。図8は本発明方法の説明図で、(A)は母材の斜視図、(B)は母材をプレスする状態を示す説明図、(C)はさらに母材をプレスする状態を示す説明図、（D）は得られた長尺材を円錐ローラで圧延する状態を示す説明図である。
【００４３】
本例でも、図8（A）に示すように、母材を用意する点は実施例１、２と同様である。本例では、この母材をパンチ5でプレスする。その際、順次プレスの圧縮率を変えてプレスを行う。つまり、順次長尺材3の厚みを小さくし、幅を広げるようにプレスを行なう。ただし、長尺材3の断面積は長手方向にわたって同一とする。このプレスにより、一端側は厚みが大きく幅が小さいが、他端側は厚みが小さく幅が大きく、長手方向にわたって断面積が一定となる長尺材3を形成する。
【００４４】
このような長尺材3が形成できたら、実施例１と同様に円錐ローラ4で圧延して螺旋状に屈曲させ、コイルを形成する。
【実施例５】
【００４５】
実施例１〜５では圧延やプレスといった塑性加工により長尺材を得たが、本例では切削により長尺材を形成する方法を説明する。図９は本発明方法の説明図で、(A)は母材の斜視図、(B)は母材を切削した状態を示す説明図、(C)はさらに母材を切削した状態を示す説明図、（D）は得られた長尺材を円錐ローラで圧延する状態を示す説明図である。
【００４６】
本例でも、図9（A）に示すように、母材を用意する点は実施例１、２と同様である。本例では、この母材を切削する（図9B、C）。その際、母材1の長手方向にわたって幅が増加し厚みが減少するが断面積は変わらないように切削を行なう。この切削により、一端側は厚みが大きく幅が小さいが、他端側は厚みが小さく幅が大きく、長手方向にわたって断面積が一定となる長尺材3を形成する。
【００４７】
このような長尺材3が形成できたら、実施例１と同様に円錐ローラ4で圧延して螺旋状に屈曲させ、コイルを形成する。
【実施例６】
【００４８】
次に、実施例１〜５では１本の長尺材から一つのコイルを作製する方法を説明したが、本例では１本の長尺材から複数のコイルを効率的に作製する方法を説明する。
【００４９】
本例でも実施例１と同様に圧下率を順次上げて母材の圧延を行う。この圧延により、圧延開始側は厚みが大きく幅が小さいが、圧延進行側は厚みが小さく幅が大きい状態に母材を加工できる。次に、このまま連続して圧下率を順次下げて圧延を行う。この圧延により、圧延進行側ほど厚みが大きく幅が小さい状態に母材が加工される。つまり、圧下率の昇順変化と降順変化とを交互に繰り返せば、図10に示すように、幅が狭く厚みが大きい狭幅部6Aと幅が広くて厚みが小さい拡幅部6Bとが交互に長手方向に繰り返し現われる圧延材6を得ることができる。
【００５０】
このような圧延材を実施例1と同様に円錐ローラで圧延すれば、圧延材6は螺旋状に屈曲され、複数のコイルが連結した成形体が形成される。この成形体における狭幅部6Aと拡幅部6Bとで切断すれば、多数のコイルを効率的に作製することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
以上説明したように、本発明によれば、占積率と放熱効率の高いモータを構成することができる。従って、本発明は電気自動車やハイブリッドカーなどの駆動モータなどに利用することが期待される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】図１(A)は母材の斜視図、(B)は母材を圧延する状態を示す説明図、(C)はさらに母材を圧延する状態を示す説明図、（D）は得られた長尺材を円錐ローラで圧延する状態を示す説明図である。
【図２】図２は円錐ローラを長尺材で圧延する状態を示す説明図である。
【図３】図３は本発明コイルを部分的に切欠いた模式図である。
【図４】図４は一般的なモータの概略構成図である。
【図５】図５は本発明コイルを用いたステータの部分平面図である。
【図６】コイルの１ターンが楕円状のコイルをコアに装着した状態を示す部分斜視図である。
【図７】図７は本発明方法の説明図で、(A)は母材の斜視図、(B)は母材を圧延する状態を示す説明図、(C)はさらに圧延した母材をプレスする状態を示す説明図、（D）は得られた長尺材を円錐ローラで圧延する状態を示す説明図である。
【図８】図8は本発明方法の説明図で、(A)は母材の斜視図、(B)は母材をプレスする状態を示す説明図、(C)はさらに母材をプレスする状態を示す説明図、（D）は得られた長尺材を円錐ローラで圧延する状態を示す説明図である。
【図９】図９は本発明方法の説明図で、(A)は母材の斜視図、(B)は母材を切削した状態を示す説明図、(C)はさらに母材を切削した状態を示す説明図、（D）は得られた長尺材を円錐ローラで圧延する状態を示す説明図である。
【図１０】図１０は狭幅部と拡幅部とを有する長尺材の平面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  母材  2A  上下ローラ  2B  左右ローラ  3  長尺材  4  円錐ローラ
5  パンチ  10  コイル  11  直線部  12  屈曲部  40  ステータ
41  リング部  42  突起部  50  ホール素子  51  インバータ
【図１】
2006014530.tif 000003
【図２】
2006014530.tif 000004
【図３】
2006014530.tif 000005
【図４】
2006014530.tif 000006
【図５】
2006014530.tif 000007
【図６】
2006014530.tif 000008
【図７】
2006014530.tif 000009
【図８】
2006014530.tif 000010
【図９】
2006014530.tif 000011
【図１０】
2006014530.tif 000012