(57)【要約】【課題】コイルの占積率を高めることができ、スロット開口部に面した導線に生じ得る渦損を抑制でき、もってトルク性能に優れたモータ用のステータと、このステータを具備するモータを提供する。【解決手段】平面視が略環状もしくは弧状のヨーク１２と、該ヨーク１２から径方向内側に突出するティース１１と、からなる、ステータコア１０において、該ティース１１外周に導線２０が巻装されてなるコイルが形成されたステータ１００であり、このコイルは、断面寸法が相違する２種以上の分割導線同士が繋げられた一本ものの導線からなり、相対的に断面寸法の小さな分割導線（円形断面導線２２）がティース１１の径方向先端側に配され、断面寸法の大きな分割導線（平角線２１）がヨーク側に配されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面視が略環状もしくは弧状のヨークと、該ヨークから径方向内側に突出するティースと、からなる、ステータコアにおいて、該ティース外周に導線が巻装されてなるコイルが形成された、ステータであって、
前記コイルは、断面寸法が相違する２種以上の分割導線同士が繋げられた一本ものの導線からなり、相対的に前記断面寸法の小さな分割導線がティースの径方向先端側に配されている、ステータ。
【請求項２】
双方の端部が導電性部材を介して突き合わされ、該端部および該導電性部材の周囲に圧着端子が配され、該圧着端子が潰された姿勢で、前記分割導線同士が繋がれている、請求項１に記載のステータ。
【請求項３】
前記分割導線のうち、前記導電性部材と突き合わされる前記端部が凹凸面を呈している、請求項２に記載のステータ。
【請求項４】
前記断面寸法が相違する２種以上の分割導線において、ティースのヨーク側に巻装される分割導線は平角線からなり、ティースの径方向先端側の分割導線は断面円形の導線からなる、請求項１〜３のいずれかに記載のステータ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のステータと、その内部で回転するロータと、からなるモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステータコアのティース外周に導線が巻装されてなるコイルが形成された、ステータと、該ステータを備えたモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータ（電動機）を構成するステータは、円環状のヨークと、該ヨークから径方向内側に突出する複数のティースと、隣接するティース間に形成されるスロットとを備えた鋼板が積層されてなるステータコアから形成されており、導線がこのスロット内に挿入されながら、ティース間に巻装されることによってコイルを具備するステータが製造される。
【０００３】
ここで、コイル用の導線は一般に、断面円形であって、たとえば銅素材の導線とその周囲に形成された絶縁皮膜とから構成されている。そして、その巻装形態として集中巻き方式と分布巻き方式のいずれか一方が適用されており、集中巻き方式の場合には、ティースごとに導線が巻装されて１つのティース周りに一巻きのコイルが形成され、分布巻き方式の場合には、複数のティースに跨ってたとえばＵ相、Ｖ相、Ｗ相をなす異相コイルが形成される。いずれの巻き線方式においても、スロット壁面とコイルとの間の絶縁性を確保する観点からそれらの間にはスロット絶縁紙が介装され、分布巻き方式の場合にはさらに、コイルエンドにおける異相コイル間の絶縁のための相間絶縁紙が介装されており、導線を構成する絶縁皮膜と絶縁紙により、導線間の絶縁、スロット絶縁、相間絶縁が図られている。
【０００４】
ところで、コイルの占積率を高めることを一つの目的として、たとえば特許文献１に開示の回転子を構成する断面円形の導線の代わりに、断面視が略矩形の導線である平角線を使用し、これをティース周りに整列配置してなるコイルも知られるところであり、この平角線（角形導線）からなるコイルを具備するステータが特許文献２に開示されている。
【０００５】
一方、モータ駆動時においては、コイルを形成する導線に生じる渦損の問題がある。これを、集中巻き形態のコイルを示す図５を参照して説明する。図示例のモータは、ティースＴがヨークＹから径方向に突出してなるステータＳを有し、隣接するティースＴ，Ｔ間に画成されたスロットＳＬ間およびティースＴ周りに上記する平角線Ｗが巻装され、コイルが形成されている。
【０００６】
ここで、モータ駆動時にロータＲが回転した際に（Ｚ方向）、ロータＲとステータＳの間で生じる磁界変動により、本来ティースＴからロータＲ内の永久磁石Ｅに流れるべき磁束の一部が、漏れ磁束Ｍ１としてスロット開口部ＳＫに臨む平角線Ｗに回り込むようにして流れてしまう。また、永久磁石ＥからティースＴに流れる磁束の一部も、該ティースＴに流れ込まずに、その一部が漏れ磁束Ｍ２として、スロット開口部ＳＬに臨む平角線Ｗに流れてしまう。
【０００７】
このように、本来、ティースやロータの永久磁石に直接的に流れ込むべき磁束の一部が漏れ磁束としてスロット開口部に位置する導線に流れ込むことが往々にして起こり得るが、このような漏れ磁束はモータトルクに寄与できず、渦損の原因になっていることが分かっている（銅素材の導線が一般に使用されているが、導線自体に電流が流れた際のジュール熱の発生による銅損と区別するべく、銅渦損と称されることもある）。
【０００８】
そして、占積率を向上させるべく、上記する平角線を使用した場合には、スロット開口部に臨む（ロータに臨む）導線の面積、すなわち、漏れ磁束が交差する面積が広いために、相対的に小径の断面円形の導線に比して渦損が大きくなり易く、これに起因するモータトルク性能の低下が危惧されている。
【０００９】
上記する種々の課題より、ティース周りに巻装される導線の占積率の向上と、ティース先端やロータからの漏れ磁束に起因する銅損低減の双方を満足し、もって、トルク性能に優れたモータの開発が、当該分野において切望されている急務の課題となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平５−１１１２０２号公報
【特許文献２】特開２００２−２２３５４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、コイルの占積率を高めることができ、しかも、スロット開口部に面した導線に生じ得る渦損を抑制でき、もってトルク性能に優れたモータ用のステータと、このステータを具備するモータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成すべく、本発明によるステータは、平面視が略環状もしくは弧状のヨークと、該ヨークから径方向内側に突出するティースと、からなる、ステータコアにおいて、該ティース外周に導線が巻装されてなるコイルが形成された、ステータであって、前記コイルは、断面寸法が相違する２種以上の分割導線同士が繋げられた一本ものの導線からなり、相対的に前記断面寸法の小さな分割導線がティースの径方向先端側に配されているものである。
【００１３】
本発明のステータは、平面視が略環状のヨークから径方向内側へ複数のティースが突出してなるステータや、平面視が弧状のヨークからその径方向内側へ１つのティースが突出してなる分割コアを周方向に組み付け、たとえばその組み付け体の外周に筒体を嵌め込み、焼き嵌め処理等して形成される分割ステータ、の双方を対象とするものである。
【００１４】
また、このステータコアは、電磁鋼板等を積層してなる鋼板積層体から形成されるもののほかに、鉄、鉄−シリコン系合金、鉄−窒素系合金、鉄−ニッケル系合金、鉄−炭素系合金、鉄−ホウ素系合金、鉄−コバルト系合金、鉄−リン系合金、鉄−ニッケル−コバルト系合金および鉄−アルミニウム−シリコン系合金などの軟磁性金属粉末、もしくは軟磁性金属酸化物粉末がシリコーン樹脂等の樹脂バインダーで被覆された磁性粉末などからなる圧粉磁心、高密度圧粉磁心（ＨＤＭＣ）などから形成されるものをもその対象としている。
【００１５】
そして、断面寸法（横断面寸法）が相違する２種以上の分割導線同士が繋げられた一本ものの導線がティース外周に巻装されてコイルを形成しており、相対的に断面寸法の小さな分割導線がティースの径方向先端側に配されて、本発明のステータが形成されている。ここで、分割導線の断面形状は、円形、楕円形、矩形、正方形など、の中から適宜の断面形状を選定できる。また、接続される分割導線双方の断面寸法の比率も、小断面寸法／大断面寸法が、０．５，０，３、０．２など、任意の比率のものを選定できる。
【００１６】
たとえば、断面寸法の異なる２種類の導線が繋がれた導線が使用され、ティースのヨーク側には相対的に大断面の導線が配され、ティース先端側（ロータ側）には相対的に小断面の導線が配されたコイル形態や、断面寸法の異なる３種以上の導線が繋がれた導線が使用され、チィースのヨーク側から先端側に向かって、断面寸法が除々に小さくなっているコイル形態など、その形態は多様に存在する。
【００１７】
断面寸法が異なる分割導線同士の接合に関し、たとえば双方の分割導線がともに、銅素材の導線本体とその周りに形成されたエナメル絶縁皮膜からなる場合において、双方の端部領域の絶縁皮膜の一部を取り除くことで内部導線の露出部を形成し、双方の分割導線の導線露出部同士を当接させ、熱圧着等することで、断面寸法が途中から変化する連続したコイル用の導線を形成することができる。
【００１８】
本発明によるステータによれば、ティースのヨーク側には相対的に大断面の導線が配されることでその占積率を高め、ティース先端側には相対的に小断面の導線が配されることで、既述する漏れ磁束の通過面積を可及的に小さくし、発生し得る銅損（銅渦損）を抑制することができるものであり、これらの作用が相俟って、トルク性能に優れたモータを構成するステータとなるものである。
【００１９】
上記する分割導線の組み合わせとして、たとえば、ティースのヨーク側に巻装される分割導線は平角線からなり、ティースの径方向先端側の分割導線は断面円形の導線からなるものを挙げることができる。
【００２０】
この形態は、ティースのヨーク側に配された分割導線に平角線を用いることで、コイル全体の占積率を高めることができ、さらには、ティース先端側に従来一般の断面円形（平角線に比して相対的に小断面である）の分割導線を用いることで、この部位に平角線を適用した場合に比して漏れ磁束の交差する面積を格段に小面積とでき、銅損を最小限に抑制できるものである。しかも、双方の分割導線はともに従来一般の導線であり、たとえば２種の導線の端部領域を繋ぐ加工が追加されるのみであることから、その製造コストが高騰する虞はない。
【００２１】
また、本発明によるステータの好ましい実施の形態において、双方の端部が導電性部材を介して突き合わされ、該端部および該導電性部材の周囲に圧着端子が配され、該圧着端子が潰された姿勢で、前記分割導線同士が繋がれている、ものである。
【００２２】
この形態は、導電性部材を介して分割導線の端部同士を突き合わせることにより、たとえばコイルエンドでこの接合部が配される場合において、当該コイルエンドの高さ増を可及的に抑制できるステータである。
【００２３】
分割導線の端部間には、たとえば導線と同素材の導電性部材が配されることで、双方の端部を直接的に突き合わせた際に生じ得る突き合わせ不良を解消しながら、連続した導線を形成することができる。さらに、その突き合わせ領域をその外周の圧着端子で包囲し、さらにこの圧着端子を潰すことで、接続姿勢の確保とその強度確保を図ることができる。なお、この導電性部材は、相対的に大断面寸法の導線と同程度の断面寸法を有し、導線と同様の素材から形成されるのがよい（導線が銅素材の場合は銅素材の導電性部材）。
【００２４】
また、より好ましい実施の形態として、前記分割導線のうち、前記導電性部材と突き合わされる端部が凹凸面を呈しているのがよい。
【００２５】
この形態によれば、接続される双方の分割導線の端部を導電性部材に確実に噛み合いさせ、分割導線端部と当該導電性部材との接続（当接）をより確実に保障することができる。
【００２６】
また、本発明者等によれば、本発明のステータを具備するモータでは、従来構造のステータを具備するモータに比して、上記する銅渦損を５％程度も低減できること、さらに、分割導線の端部同士を導電性部材を介して突き合わせた形態においては、コイルエンドの高さ増を１０％程度に抑制できること、が実証されている。
【００２７】
本発明のステータを備えたモータ（電動機）を製作することで、コイル占積率を可及的に高め、かつ、ティースやロータからの漏れ磁束に起因する銅渦損を可及的に抑制でき、もって、トルク性能に優れたモータが得られる。したがって、本発明のステータを具備するモータは、近時その量産が盛んになっており、かつ高い出力性能が期待されるハイブリッド自動車や電気自動車の駆動用モータに好適である。
【発明の効果】
【００２８】
以上の説明から理解できるように、本発明のステータによれば、断面寸法が相違する２種以上の分割導線同士が繋げられた一本ものの導線がティース外周に巻装されてコイルを形成し、相対的に断面寸法の小さな分割導線がティースの径方向先端側に配されてステータが形成されていることにより、断面寸法の相対的に大きな分割導線によってコイルの占積率を高めることができ、断面寸法の相対的に小さな分割導線によって漏れ磁束の交差面積を可及的に小さくでき、双方の作用により、トルク性能に優れたモータを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明のステータの一部を取り出した横断面図である。
【図２】（ａ）は、分割導線の接続構造の一実施の形態の断面図であり、（ｂ）は、図２ａのｂ−ｂ矢視図である。
【図３】（ａ）は、分割導線の接続構造の他の実施の形態の平面図であり、（ｂ）は、図３ａのｂ−ｂ矢視図である。
【図４】分割導線の接続構造のさらに他の実施の形態の平面図である。
【図５】従来のステータを構成するコイルに、ティースからの漏れ磁束およびロータからの漏れ磁束が流れ込んでいる状況を説明した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、図示例は、断面寸法が異なる２種類の分割導線から一本ものの導線が形成されている形態であるが、３種以上の異なる断面寸法の分割導線を相互に接続してなる一本ものの導線を適用してもよいことは勿論のことである。また、図示例は導線が集中巻きされてなるステータであるが、導線が分布巻きされてなるステータであってもよいことは勿論のことである。さらに、図示するステータ以外にも、分割ステータコアが周方向に組み付けられてなる分割ステータであってもよいことは勿論のことである。なお、ティース側面やスロット面に介層されるスロット絶縁紙、コイルを巻装してティースに嵌め込まれるボビンなどの図示は省略している。
【００３１】
図１は、本発明のステータの一部を取り出した横断面図である。まず、このステータコア１０は、電磁鋼板をはじめ、冷延鋼板（ＳＰＣＣ）や熱延鋼板（ＳＰＨＣ）、炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）などの鋼板を積層してなる鋼板積層体や、軟磁性金属粉末または軟磁性金属酸化物粉末がシリコーン樹脂やシリカ等の樹脂バインダーで被覆された磁性粉末を加圧成形してなる圧粉磁心から形成されるものである。
【００３２】
そして、このステータコア１０は、略円環状のヨーク１２と、このヨーク１２から径方向内側に突出する複数のティース１１，…と、からなり、このティース１１，…の内側に、たとえば複数の永久磁石を埋設してなる不図示のロータが配されて、モータ（ＩＰＭモータなど）が構成されるものである。
【００３３】
そして、各ティース１１周りには、平角線２１（平角導線）と、該平角線２１に比して断面寸法が格段に小さな円形断面導線２２が繋がれてなるコイル用導線２０が巻装されてコイルが形成され、ステータ１００が構成される。
【００３４】
この巻装形態に関してより詳細に説明すると、コイル用導線２０は、ティース１１のヨーク１２側に相対的に大断面寸法の平角線２１が多段に配され、次いで、ティース１１の途中から該ティース１１の先端に向かって、相対的に小断面寸法の円形断面導線２２が多段に配されており、これらが隣接するティース１１，１１間で画成されたスロット１３内を閉塞している。
【００３５】
このように、平角線２１がスロット１３のヨーク側の領域を閉塞することで、コイル占積率を可及的に高めることができる。
【００３６】
図１からも明らかなように、スロット開口部１３に臨んでいる導線が、相対的に小断面寸法の円形断面導線２２であることより、不図示のロータ側からの漏れ磁束やティース１１先端からの漏れ磁束がこのスロット開口部１３ａに入り込んできた際に、これが交差する導線面積を可及的に小さくすることができる。このことは、漏れ磁束に起因して導線内で生じ得る銅渦損の低減に繋がるものであり、たとえば、スロット開口部に平角線が臨んでいる場合に比して、格段に小さな渦損量に抑制できるものである。
【００３７】
なお、図示例では、円形断面導線２２が多段（図では３段）に巻装されているが、スロット開口部１３ａに臨む１段のみの円形断面導線２２を有する形態であってもよい。この形態では、コイル占積率を最大限に高めながら、スロット開口部１３ａに臨む導線の面積のみを小さくすることができる。
【００３８】
図２〜４は、コイル用導線２０を構成する２つの断面寸法の異なる導線同士の接続構造を説明したものである。
【００３９】
まず、図２に関し、図２ａは、分割導線の接続構造の一実施の形態の断面図であり、図２ｂは、図２ａのｂ−ｂ矢視図である。
【００４０】
この接続構造３０は、一つの平角線２１と、３本の円形断面導線２２，２２，２２が、双方の端部領域で繋がれた構造である。より具体的には、銅線２１ａとその周囲のエナメル皮膜２１ｂからなる平角線２１において、その端部領域のエナメル皮膜２１ｂの一部を取り除いて銅線２１ａの露出部２１ａ’を形成し、同様に、銅線２２ａとその周囲のエナメル皮膜２２ｂからなる円形断面導線２２において、その端部領域のエナメル皮膜２２ｂの一部を取り除いて銅線２２ａの露出部２２ａ’を形成し、双方の露出部同士が当接され、熱圧着されて接続したものである。
【００４１】
なお、実際のコイル形成の際には、この接続構造３０がコイルエンドにくるように調整されるのがよく、このようなコイル姿勢とすることで、スロット内にこの接続構造３０が配された際の占積率の低減を抑止することができる。
【００４２】
一方、図３には別途の接続構造を示しており、図３ａは、その分割導線の接続構造の平面図を、図３ｂは、図３ａのｂ−ｂ矢視図をそれぞれ示している。
【００４３】
この接続構造３０Ａにおいても、一つの平角線２１と、３本の円形断面導線２２，２２，２２が接続されるものであるが、これは、例えば銅素材で定型の導電性部材４０を挟んで平角線２１と円形断面導線２２が間接的に接続され、これら導電性部材４０、平角線２１と円形断面導線２２双方の端部の周囲に管状の圧着端子５０が配され、これが潰されて接続構造３０Ａが形成されている。
【００４４】
なお、圧着端子５０は、多様な形態のものを使用することができるが、一般には、接続箇所を上下の絶縁性端子で挟み、これを押し潰して管状姿勢を形成することで、分割導線同士の接続を図るものであり、通常のカセット型の接続端子に比して、その体格が格段に小さく、この接続構造３０Ａがコイルエンドに形成される場合においては、そのコイルエンド高の増加を効果的に抑制できるものである。
【００４５】
また、図４には、さらに別途の接続構造を示している。この接続構造３０Ｂは、平角線２１の端面を凹凸面２１’とし、円形断面導線２２の端面も同様に凹凸面２２’とし、これら凹凸面２１’、２２’が導電性部材４０を挟み、圧着端子５０がそれらの周囲に形成されたものである。
【００４６】
この接続構造３０Ｂによれば、接続される双方の分割導線の端部（凹凸面２１’、２２’）を導電性部材４０に確実に噛み合いさせ、分割導線２１，２２双方の端部と当該導電性部材４０との接続をより確実に保障することができる。
【００４７】
[本発明のステータを具備するモータ（実施例）と、従来構造のステータを具備するモータ（比較例）で、銅渦損とコイルエンドの高さを比較した解析とその結果]
本発明者等は、たとえば特許文献２で開示する従来構造のステータ（コイルが平角線からなるもの）を具備するモータ（比較例）と、図１で示す構造のステータであって、図２で示す分割導線の接続構造を有するステータを具備するモータ（実施例１）、図３で示す分割導線の接続構造を有するステータを具備するモータ（実施例２）、図４で示す分割導線の接続構造を有するステータを具備するモータ（実施例３）の各モデルをコンピュータ内で作成し、それぞれの銅渦損とコイルエンドの高さを比較する解析を実施した。
【００４８】
この解析において、円形断面の導線はその径がφ１ｍｍとし、平角線は１ｍｍ×１．５ｍｍの矩形断面とし、銅線抵抗率を１．６７μΩｃｍとし、キャリア周波数を５ｋＨｚとし、ロータ回転数を６０００Ｈｚ定格トルク一定とした。解析結果を以下の表１に示す。
【表１】
2011147312.tif 000003
【００４９】
表１において、銅渦損、コイルエンドの高さ、および接続部抵抗ともに、比較例の解析結果を１に正規化し、実施例１〜３の結果はこの比較例に対する比率で示している。
表１より、銅渦損は、比較例に比して実施例１，２，３ともに、５％程度低下することが実証された。
【００５０】
これは、比較例におけるコイルの全体が大断面寸法の平角線から形成され、そのスロット開口部に臨む導線面積も大きいために、当該平角線で発生する銅渦損が各実施例に比して相対的に大きくなり、コイルの発熱による損失に繋がっていること、によるものである。
【００５１】
また、コイル用銅線が既述する接続構造を呈することにより、この接続部がコイルエンドに配される場合の、コイルエンドの高さの増分をコンピュータモデル内で確認した。
【００５２】
表１より、図２で示す接続構造３０を有するコイルを具備する実施例１は３０％程度の高さ増となる一方で、図３で示す接続構造３０Ａ，図４で示す接続構造３０Ｂを有するコイルを具備する実施例２，３では１０％程度の高さ増となっており、実施例２，３ではコイルエンドの高さ増加が格段に抑制されている。
【００５３】
また、接続部抵抗比に関しては、実施例２の１０％増に対して実施例３が５％増に留まっており、分割導線の端面を凹凸面にした効果が実証されている。
【００５４】
以上の解析結果より、図示する接続構造と導線配置を備えたコイル用導線からなるコイルを具備するステータを用いることで、コイルエンドの体格増を可及的に抑制しながら、トルク性能に優れたモータを得ることができる。
【００５５】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５６】
１０…ステータコア、１１…ティース、１２…ヨーク、１３…スロット、１３ａ…スロット開口部、２０…コイル用導線（一本ものの導線）、２１…平角線（分割導線）、２２…円形断面導線（分割導線）、２１’、２２’… 凹凸面、３０，３０Ａ，３０Ｂ…接続構造、４０…導電性部材、５０…圧着端子、１００…ステータ
【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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