(57)【要約】【課題】集中巻と分布巻のメリットを有した巻線構造を構成するコイルを製造する場合、従来技術では巻線を作成してから金型を用いてコイル形状を成形するため、コイル形状が変わるとその都度金型を製作しなければならず、コスト増となる他、導体の絶縁を強化する必要があった。【解決手段】コイルの製造方法において、導体を周回する方向に曲げ加工する工程（主曲げ工程）と、コイルエンド配置部にクランク形状に成形する工程（クランク曲げ工程）とを有し、導体を周回する方向に曲げ加工する工程を順次行いながらスロット内配置部とコイルエンド配置部を交互に作成しながら周状に巻き、コイルエンド配置部にクランク形状に成形する工程逐次行いながら隣り合う導体の間に導体の厚み幅の大きさの隙間を備えることで、コストを抑制しながら導体の絶縁強化を省略することができる。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体を周状に巻きながら積層して成形され、ステータコアもしくはロータコアのスロットの内部に配置するスロット内配置部と、前記スロットの外部に配置するコイルエンド配置部と、を備えるコイルの製造方法において、導体を周回する方向に曲げ加工する工程（主曲げ工程）と、コイルエンド配置部にクランク形状に成形する工程（クランク曲げ工程）とを有し、導体を周回する方向に曲げ加工する工程を順次行いながらスロット内配置部とコイルエンド配置部を交互に作成しながら周状に巻き、コイルエンド配置部にクランク形状に成形する工程を逐次行いながら、隣り合う導体の間には導体１本が通る幅の大きさの隙間を備えることを特徴とするコイル。
【請求項２】
請求項１に記載のコイルを複数個組み合わせて構成され、その構成方法は、前記コイルを、コイルにおける巻装方向に対して垂直な方向から、コイルの螺旋状の導体間に別の相のコイルの螺旋状の導体を挿入して複数個組み合わせることを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機及び発電機等の回転機器、変圧器といった電気機器の巻線に使用する巻線構造及びそれを用いた電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機、発電機等の回転機器では回転子又は固定子に巻線が巻装されて用いられており、また、リニアモータでは固定子または可動子に巻線が巻装されて用いられており、変圧器等の電気機器では第一次及び第二次コイルまたは第三次コイルとして巻線が巻装されて用いられている。  
【０００３】
こうした電気機器の巻線方法には、１つの鉄心に集中して巻装する集中巻方式や、複数の鉄心に巻装する分布巻方式がある。集中巻の場合、他の相の巻線とコイルエンドにおいて交差することがないため、コイルエンドの高さを低くすることができる。しかし、コギングトルクが大きいといった問題や体積当たりの出力が分布巻と比べて小さいといったデメリットがある。一方、分布巻の場合、コギングトルクが小さく、体積当たりの出力が集中巻より大きいといったメリットがあるが、他の相の巻線とコイルエンドにおいて複数回交差する必要があり、この導体による空間干渉によりコイルエンドの高さが高くなるデメリットがある。こうした分布巻のデメリットを解決するため、コイルエンドの高さを抑えた様々な方法が提案されている。  
【０００４】
例えば、集中巻と分布巻を組み合わせた巻線構造が提案されている。この巻線構造では、巻線となる導体を周状に巻きながら成形され、ステータコアのスロットの内部に配置するスロット内配置部と、スロットの外部に配置するコイルエンド配置部と、を備えており、コイルエンド配置部にはクランク形状のレーンチェンジ部を形成している。この巻線構造を構成する単体は、集中巻の構造になっているが、単体を組み合わせた巻線構造は分布巻の構造をしており、集中巻及び分布巻のそれぞれのメリットを備える巻線構造になっている。  
【０００５】
前記の集中巻と分布巻のメリットを有した巻線構造を構成する巻線構造は、産業用途として主に使用されているラジアルギャップ型モータに関するものについて先行技術文献が明示されており、従来技術として、特許文献１には前述のコイル製造方法について記載されている。具体的には、周状に巻きながら隣り合う導体間に導体幅の隙間を有して積層した楕円型の巻線を、一対のコイルエンド配置部を凸形状に成形する工程と、コイルエンド配置部にクランク形状の成形を行う工程と、スロット内配置部の位置をラジアルギャップ型モータのスロット位置に合わせて成形する工程と、コイルエンド配置部を円弧状に成形する工程と、を加えることでコイルを製造することが記載されている。特許文献２には、ラジアルギャップ型モータにおいて、特許文献１に記載のコイル形状を使用するモータが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許５６３１３４５号  公報
【特許文献２】特許５５６０１７６号  公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した特許文献１や２では、ラジアルギャップ型のモータに限定しているが、モータの用途としてはアキシャルギャップ型のモータの方がトルクを大きくすることができる。また、アキシャルギャップ型モータは、外径に対し軸長が短い扁平とした方が一般的に効率は良くなるため、大トルク、扁平といった用途にはアキシャルギャップ型モータが使用される。  
【０００８】
アキシャルギャップ型モータのコイルについて、一対のスロット内配置部のそれぞれの導体は平行ではなく、特許文献１のような周状に巻きながら積層した巻線に、コイルエンド配置部を凸形状に成形するためには複雑な構造を有し、容易にコイルを製造できない。  
【０００９】
本発明は、こうした従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、集中巻コイルによる導体加工手間の低減と、分布巻構造によるコギングトルク低減を実現する巻線構造をアキシャルギャップ型モータに提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るコイルは、導体を周状に巻きながら積層して成形され、ステータコアもしくはロータコアのスロットの内部に配置するスロット内配置部と、前記スロットの外部に配置するコイルエンド配置部と、を備えるコイルの製造方法において、導体を周回する方向に曲げ加工する工程（主曲げ工程）と、コイルエンド配置部にクランク形状に成形する工程（クランク曲げ工程）とを有し、導体を周回する方向に曲げ加工する工程を順次行いながらスロット内配置部とコイルエンド配置部を交互に作成しながら周状に巻き、コイルエンド配置部にクランク形状に成形する工程を逐次行いながら、隣り合う導体の間には１本の導体が通る幅の大きさの隙間を備えることを特徴とする。  
【００１１】
また、前記作成されたコイルを複数個組み合わせて構成され、その構成方法は、前記コイルを、コイルにおける巻装方向に対して垂直な方向から、コイルの螺旋状の導体間に別の相のコイルの螺旋状の導体を挿入して複数回組み合わせたアキシャルギャップ型モータを構成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るコイル製造方法およびそれを用いた電気機器は、集中巻と分布巻のそれぞれメリットであるコギングトルクの少ない、コイルエンドの小型化を可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】コイルの外観斜視図である。
【図２】コイルを積層方向に見た正面図である。
【図３】コイルをコイルエンド側より見た側面図である。
【図４】コイル成形における主曲げ工程前の巻線の外観斜視図である。
【図５】コイル成形における主曲げ工程後の巻線の外観斜視図である。
【図６】コイル成形におけるクランク曲げ工程前の巻線の外観斜視図である。
【図７】コイル成形におけるクランク曲げ工程後の巻線の外観斜視図である。
【図８】コイルを組み合わせる様子を示した図である。
【図９】アキシャルギャップ型モータのステータ巻線図である。
【図１０】アキシャルギャップ型モータのステータコアの外観斜視図である。
【図１１】アキシャルギャップ型モータのステータコアとステータ巻線を組み合わせたステータの外観斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
ここでは、まず、最終的に製造されるコイルの構造および当該コイルの製造方法、その後、コイルの組立方法と組み立てたコイルを組み込んだモータについて説明する。
【００１５】
〔コイルの構造〕
まず、最終的に製造されるコイル１の構造について説明する。図１はコイル１の外観斜視図であり、図２はコイル１の正面図であり、図３はコイル１の内径側コイルエンド配置部から見た側面図である。コイル１は、平角導体１０からなるものである。ここで、平角導体１０は、導電性の高い銅やアルミニウム等の金属を矩形断面のワイヤとして形成したものであり、その周囲はエナメル等の絶縁被覆材で覆われている。そして、この平角導体１０に対してエッジワイズ曲げ加工やフラットワイズ曲げ加工を行って、コイル１を製造する。ここで、「エッジワイズ曲げ加工」とは、平角導体１０の矩形断面における短辺側の一方の面を内径面とし他方の面を外径面として、平角導体１０を長辺方向に曲げ加工することである。また、「フラットワイズ曲げ加工」とは、平角導体１０の矩形断面における長辺側の一方の面を内径面とし他方の面を外径面として、当該平角導体１０を短辺方向に曲げ加工することである。
【００１６】
図１から図３に示すように、コイル１は、平角導体１０を周状に巻きながら積層して成形されるものである。本実施形態では、平角導体１０が周回する方向をコイル１の周回方向とし、コイル１が螺旋状に引き伸ばされる方向を軸方向として説明する。このコイル１は、長辺側の面が互いに対向するように螺旋状に成形されており、軸方向に間隔ｈを空けて平角導体１０が配列されている。この間隔ｈは、別のコイルの平角導体１０が挿入可能なサイズに設定されており、平角導体１０の厚さ（短辺方向の幅）分よりわずかに広くなっている。
【００１７】
コイル１は、スロット内配置部１１およびコイルエンド配置部１２が形成されている。スロット内配置部１１は、コイル１をステータコア３（図１０参照）に配置するときにティース３１（図１０参照）間（スロットという）に配置される部分である。このスロット内配置部１１では、図１や図２に示すように、平角導体１０は直線形状に成形されている。
【００１８】
コイルエンド配置部１２は、コイル１をステータコア３（図１０参照）に配置する場合にスロットの外部に配置される部分である。このコイルエンド配置部１２は、図１から図３に示すように、レーンチェンジ部１３を備えている。こうした形状のレーンチェンジ部１３を備えることで、ステータ４のコイルエンドの小型化を可能とする。
【００１９】
図１から図３のコイル１には、渡り線が記載されていないが、渡り線も同時に成形加工しても良い。
【００２０】
〔コイルの製造方法〕
前述コイル１の製造方法は、コイル１の周回方向にエッジワイズ曲げ加工、もしくはフラットワイズ曲げ加工である主曲げ工程を繰り返し行い、逐次コイルエンド配置部においてはクランク曲げ加工を行う。コイル１に必要な巻数に応じてこれを繰り返し行い、コイル１を製造する。
【００２１】
主曲げ工程は、コイル製造において周回方向に沿って順次行われ、ある時点の主曲げ工程前（図４参照）の状態において、平角導体１０の主曲げ加工予定部１５の曲げ加工が行われ、図５のように主曲げ加工部１６は周回方向に曲げ加工される。  
【００２２】
なお、周回方向以外の方向に平角導体１０が捻れるとスロットへの収まりが悪くなるため、主曲げ加工が行われる際には、平角導体１０を拘束しながら曲げ加工するのが望ましい。  
【００２３】
クランク曲げ工程は、主曲げ工程が周回方向に沿って順次行われる途中に、コイルエンド配置部において逐次行われる工程である。ある時点のクランク曲げ工程前（図６参照）の状態において、平角導体１０のクランク曲げ加工予定部１７のクランク曲げ加工が行われ、図７のようにクランク曲げ加工部１８はクランク曲げ加工される。クランク曲げ加工によって、平角導体１０の軸方向に隣り合う平角導体１０の間隔ｈは、別のコイルの平角導体１０の厚さ分よりわずかに広くなっている。  
【００２４】
〔モータ〕
モータにコイル１を使用する場合、図８のように複数個のコイル１を組み合わせて使用する。具体的には、軸方向に隣り合う平角導体１０の間に平角導体１０の厚さ分よりわずかに広がった間隔ｈがあるので、その間隔ｈに別のコイル１の平角導体１０を図８矢印の方向に挿入し通過させる。これを繰り返し、複数個重ねていくと、コイル１のスロット内配置部１１の平角導体１０の隙間に、別のコイル１のスロット配置部１１の平角導体１０が収まる。
【００２５】
このようにコイル１を組み上げていくと、ステータ巻線２ができる。図９はアキシャルギャップ型モータのステータ巻線である。コイル１を３６個用意することでステータ巻線２を形成することが可能である。
【００２６】
ステータ巻線２はステータコア３と組み合わせると、アキシャルギャップ型モータのステータ４となる。
【００２７】
なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。
【符号の説明】
【００２８】
１    コイル
２    ステータ巻線（組み合わせたコイル）
３    ステータコア
４    ステータ
１０  平角導体
１１  スロット内配置部
１２  コイルエンド配置部
１３  レーンチェンジ部
１４  コイルエンド配置部（レーンチェンジ部以外）
１５  主曲げ加工予定部
１６  主曲げ加工部
１７  クランク曲げ加工予定部
１８  クランク曲げ加工部
３１  ステータコア（ティース）
３２  ティース鍔
３３  ステータヨーク
ｈ    隙間       
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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