(57)【要約】【課題】平角線とティース部との間の隙間を最小限にすることで占積率をさらに向上させることができる平角線の巻線構造、電動機、平角線の巻装方法及び平角線の成形方法を提供する。【解決手段】電動機の固定子を構成する固定子鉄心の径方向に延びるティース部３３に巻装される平角線１２の巻線構造であって、平角線１２の断面形状を巻線層毎に変化させた。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機の固定子を構成する固定子鉄心の径方向に延びるティース部に巻装される平角線の巻線構造であって、前記平角線の断面形状を巻線層毎に変化させることを特徴とする平角線の巻線構造。
【請求項２】
前記平角線の断面形状を変化させる部位を、少なくとも前記ティース部の前記電動機の軸方向両端側に設定することを特徴とする請求項１に記載の平角線の巻線構造。
【請求項３】
前記平角線が二種類以上の断面形状を有していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の平角線の巻線構造。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れかに記載の平角線の巻線構造によって前記ティース部に前記平角線が巻装されている固定子と、前記固定子に対して回転自在に設けられた回転子とを有することを特徴とする電動機。
【請求項５】
前記固定子は、前記ティース部を含む部分を鉄心片として分割構成したことを特徴とする請求項４に記載の電動機。
【請求項６】
前記ティース部をスキューさせたことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の電動機。
【請求項７】
電動機の固定子の径方向に延びるティース部に平角線を巻回する平角線の巻装方法であって、前記平角線の幅寸法と厚さ寸法とを巻線層毎に変化させながら巻回することを特徴とする平角線の巻装方法。
【請求項８】
電動機の固定子の径方向に延びるティース部に平角線を巻回する平角線の成形方法であって、丸線を上下左右から押し潰して前記平角線を成形し、上下方向又は左右方向の何れか一方を少なくとも二回押し潰すことによって前記平角線の幅寸法と厚さ寸法を決定することを特徴とする平角線の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、固定子と回転子とを有する電動機、電動機の固定子鉄心のティース部に巻装される平角線の巻線構造、平角線の巻装方法及び平角線の成形方法に関するものである。  
【背景技術】
【０００２】
一般に、マグネットが設けられている回転子と巻線が巻装されている固定子鉄心とで構成されている電動機は、その固定子鉄心のティース部に巻装されている巻線の密度（占積率）が高いほど性能を高めることができる。そこで、ティース部に巻線を巻回しやすくするためにティース部を含む積層鉄心片を電動機の軸線に沿って周方向に分割したものがある。このようにすることで、分割された積層鉄心片毎に巻線を巻回してから固定子鉄心を組立てることができるので占積率を高めることができる。
【０００３】
ところで、巻線には断面円形のいわゆる丸線からなる巻線と、断面略長方形のいわゆる平角線からなる巻線とがある。平角線は、その形状の特徴から丸線と比較して固定子鉄心内での巻線間の隙間を小さくできるため、占積率をさらに向上させることができる。この平角線の製造方法や製造装置においては、さまざまな技術が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
また、平角線は、その形状の特性からティース部に巻装された際、丸線を巻装した場合のように俵巻き（俵を積み重ねていくような安定した巻き方）ができず、横ずれ（巻き崩れ）しやすい。このため、特許文献２に開示されているように、平角線に凸条を形成し、この凸条によってティース部に巻回して積層した際に上側となる平角線の動きを規制する技術が提案されている。これによって、平角線の横ずれによる巻き崩れを防止できるようになっている。
【特許文献１】特開２０００−８２６２８号公報
【特許文献２】特開２００１−３５９２５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の特許文献２に開示された技術では、平角線の横ずれを防止できるという点では優れているが、巻線を積み上げていくとティース部と巻線との隙間が大きくなってしまう。つまり、ティース部の平角線を収容できる幅（スロット幅）は、平角線の積層（巻線層）毎に異なる。このため、例えば、平角線のｎ層目の幅とその部位でのティース部のスロット幅とが合わず、これが隙間となって占積率が低下するという課題がある。
【０００５】
そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、平角線とティース部との間の隙間を最小限にすることで占積率をさらに向上させることができる平角線の巻線構造、電動機、平角線の巻装方法及び平角線の成形方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、電動機の固定子を構成する固定子鉄心の径方向に延びるティース部に巻装される平角線の巻線構造であって、前記平角線の断面形状を巻線層毎に変化させることを特徴とする。
この場合、請求項２に記載した発明のように、前記平角線の断面形状を変化させる部位を、少なくとも前記ティース部の前記電動機の軸方向両端側に設定してもよい。
このように構成することで、平角線を巻線層毎にその断面形状を変化させてティース部に巻装することができる。つまり、平角線の縦横比（平角線の幅寸法及び厚さ寸法）をティース部のスロット幅に対応して変化させ、これをティース部に巻装することができる。
【０００７】
請求項３に記載した発明は、前記平角線が二種類以上の断面形状を有していることを特徴とする。
このように構成することで、二種類以上の断面形状を適宜選択して平角線をティース部に巻装することができる。  
【０００８】
請求項４に記載した発明は、請求項１〜請求項３の何れかに記載の平角線の巻線構造によって前記ティース部に前記平角線が巻装されている固定子と、前記固定子に対して回転自在に設けられた回転子とを有することを特徴とする。
【０００９】
請求項５に記載した発明は、前記固定子は、前記ティース部を含む部分を鉄心片として分割構成したことを特徴とする。
【００１０】
請求項６に記載した発明は、前記ティース部をスキューさせたことを特徴とする。
【００１１】
請求項７に記載した発明は、電動機の固定子の径方向に延びるティース部に平角線を巻回する平角線の巻装方法であって、前記平角線の幅寸法と厚さ寸法とを巻線層毎に変化させながら巻回することを特徴とする。
【００１２】
請求項８に記載した発明は、電動機の固定子の径方向に延びるティース部に平角線を巻回する平角線の成形方法であって、丸線を上下左右から押し潰して前記平角線を成形し、上下方向又は左右方向の何れか一方を少なくとも二回押し潰すことによって前記平角線の幅寸法と厚さ寸法を決定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、平角線を巻線層毎にその断面形状を変化させてティース部に巻装することができる。つまり、平角線の縦横比（平角線の幅寸法及び厚さ寸法）をティース部のスロット幅に対応して変化させ、これをティース部に巻装することができる。このため、ティース部と平角線との間の隙間を最小限にすることができ、占積率を向上させることができる。
また、二種類以上の断面形状を適宜選択して平角線をティース部に巻装することができるため、製造コストを低く設定しつつ、容易に占積率を向上させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、電動機１は、ハウジング２に圧入された固定子３と、固定子３に対して回転自在に設けられた回転子４とを有するブラシレスタイプの電動機であって、例えば、電動パワーステアリング（ＥＰＳ；Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｔｅｅｒｉｎｇ）に用いられるものである。
ハウジング２は、有底筒形状を有し、筒状部分の内周に固定子３が圧入されている。ハウジング２のエンド部（底部）２Ａは、中央部に軸受け５を圧入してある。この軸受け５には、回転子４の回転軸６が回転自在に支持されている。ハウジング２の開口部は、ブラケット７で閉鎖されている。
【００１５】
固定子３は、略円筒状の固定子鉄心１０を有し、固定子鉄心１０に絶縁部材１１を装着してから巻線である平角線１２を巻装してある。この平角線１２は断面略矩形に形成された、いわゆる平角線である。
回転子４は、回転軸６に磁石１３と、位置検出用のレゾルバ１４のレゾルバ回転子１４Ａとを順番に配置してある。磁石１３は、周方向に磁極が順番に変わるように着磁されている。
【００１６】
ブラケット７は、円盤形状を有し、中央部に孔２０が形成されている。孔２０内には、軸受け２１が圧入固定されており、軸受け２１で回転軸６を回転自在に支持している。さらに、レゾルバ１４を構成するレゾルバ固定子１４Ｂがレゾルバ回転子１４Ａの位置に合わせて固定されており、回転軸６と一体に回転するレゾルバ回転子１４Ａの回転位置を検出可能になっている。また、ブラケット７のハウジング２側には、ターミナル２２が複数配設されている。ターミナル２２は、固定子３側の平角線１２の固定子巻線と、ブラケット７の外周から引き込まれたリード線２３とを電気的に繋ぐ役割を有し、リード線２３を介して接続される外部の電源から平角線１２に電流供給が可能になっている。この他にブラケット７の外周部には、電動機１を固定するときに使用されるボルト孔２４が突設されている。
【００１７】
ここで、固定子鉄心１０は、周方向に分割可能な分割コア方式が用いられている。図２〜図４に示すように、固定子鉄心１０から分割された積層鉄心片３０は、周方向に延びるコア本体３１を有する。コア本体３１は、固定子鉄心１０の環状の磁路を形成する部分であり、且つハウジング２の内周面に圧入される部分であって、平面視略円弧状に形成されている。また、コア本体３１は、固定子鉄心１０の長さ方向（電動機の軸線）に対して捩れつつ傾斜するように所定のスキュー角を有している。
【００１８】
コア本体３１の周方向の両端部は、他の積層鉄心片３０に圧入によって連結される連結部３２Ａ，３２Ｂになっている。一方の連結部３２Ａは凸形状を有し、他方の連結部３２Ｂは連結部３２Ａを受け入れ可能な凹形状を有している。コア本体３１の内周側で周方向の略中央部からは突極であるティース部３３が径方向で回転中心に向かって一体に延設されている。このティース部３３もコア本体３１と同様にスキューしている。これらティース部３３とコア本体３１とで平角線１２を巻装するためのスロット部６０を形成している。
【００１９】
また、ティース部３３の内周側の端部は、周方向に延びる内周部３４が形成されている。この内周部３４の内周面には、２条の凹部３５がティース部３３と同じスキュー角度で形成されており、２条の凹部３５によって一つの積層鉄心片３０に対して三つのティースが形成されている。一方、内周部３４の外周側は、スロット部６０の開口部に向かって徐々に広がるように斜壁部３４Ａが形成されている。
【００２０】
このように形成されたティース部３３を囲むように装着されている絶縁部材１１は、ティース部３３を積層鉄心片３０の長さ方向（軸方向）の両端部３０Ａ，３０Ａから挟み込むように一つずつ装着される一対の樹脂製のインシュレータ４０と、ティース部３３とコア本体３１が形成するスロット部６０に挿入され、可撓性を有する一対の紙状の絶縁紙４１とからなり、全体として略四角形状になっている。これらインシュレータ４０と絶縁紙４１から成る絶縁部材１１を介して平角線１２がティース部３３に巻装されている。
【００２１】
図４、図５に示すように、平角線１２は、スロット部６０の外周側からティース部３３の側面に沿って配索され、その後積層鉄心片３０の両端部３０Ａ，３０Ａに装着されたインシュレータ４０を経て再びスロット部６０へ、この順で複数回（この実施形態では３４回）ティース部３３に巻回され、複数の巻線層（この実施形態では６層）を形成している。具体的には、平角線１２は、巻線層が１、２層目においては３回巻回され、３、４層目においては４回巻回され、５層目においては２回巻回され、６層目においては１回巻回されている。
【００２２】
ここで、平角線１２は、２層目から３層目へと巻回していく間（１２番平角線１２から１３番平角線１２へと巻回していく間）で、その断面形状がスロット部６０の形状に対応して変化するようになっている。つまり、１２番平角線１２と１３番平角線１２との間であるインシュレータ４０上で１２番平角線１２の縦横（厚さ、幅）比を変化させ、１３番平角線１２のように、１２番平角線１２よりも厚さを厚くし、且つ幅を小さくしてスロット部６０の形状に対応して平角線１２が整列できるようになっている。
【００２３】
より詳しくは、図６に示すように、スロット部６０の形状は開口部に向かって徐々に広がるように形成されているため、巻線層の２層目のスロット幅Ｅ１と比較して３層目のスロット幅Ｅ２が大きくなっている。そのため、２層目の平角線１２（１２番平角線１２）の断面形状のまま３層目を巻回していくと（図６における二点鎖線）、平角線１２とティース部３３との間に隙間Ｓが生じてしまう。
【００２４】
そこで、３層目のスロット幅Ｅ２に対応して平角線１２を隙間なく整列するべく３層目の平角線１２（１３番平角線）の断面形状、すなわち、平角線１２の幅寸法、厚さ寸法を変化させ、平角線１２とティース部３３との間の隙間Ｓを最小限にするようになっている。尚、平角線１２の断面形状を変化させる部位は、特に限定されるものではないが、この断面形状を変化させる部位をスロット部６０上ではなく、積層鉄心片３０の両端部３０Ａ，３０Ａに装着されたインシュレータ４０上とすることで、より正確に平角線１２をスロット部６０内で隙間なく整列させることができ、より占積率を高めることができる。  
【００２５】
さらに、平角線１２は、１３番平角線の断面形状のまま３層目、４層目を巻回し、そして、４層目から５層目へと巻回していく間（２８番平角線１２から２９番平角線へと巻回していく間）で、再び平角線１２の断面形状が変化するようになっている。つまり、この実施形態においては、一つのティース部３３には、合計３種類の断面形状を有する平角線１２が巻装されていることとなる。このような巻線構造及び巻装方法とすることで、積層鉄心片３０の巻線範囲（図５における二点鎖線範囲）の隙間を最小限にすることが可能となり、固定子鉄心１０の巻線占積率を向上させることが可能となる。
【００２６】
次に、平角線１２の成形方法について図７、図８に基づいて説明する。
図７、図８に示すように、平角線成形装置７０は、断面円形の丸素線７１を巻装した巻線リール７２と、平角線を形成するための平角線成形ローラ７３を備えている。巻線リール７２は、回転自在に支持されている。平角線成形ローラ７３は、第一ローラ７４、第二ローラ７５及び第三ローラ７６の三つのローラ７４，７４，７６で構成されている。
【００２７】
第一ローラ７４は、丸素線７１を上下方向から押し潰すためのもので、上下一対のローラ７４Ａ，７４Ｂが回転自在に設けられている。第二ローラ７５は、丸素線７１を横方向から押し潰すためのもので、左右一対のローラ７５Ａ，７５Ｂが回転自在に設けられている。第三ローラ７６は、丸素線７１を再び上下方向から押し潰すためのもので上下一対のローラ７６Ａ，７６Ｂが回転自在に設けられている。これらローラ７６Ａ，７６Ｂは、それぞれ上下方向にスライド可能に設けられている。また、第三ローラ７６は不図示の制御部に電気的に接続されており、制御部の信号に基づいてローラ７６Ａ，７６Ｂ間の距離を適宜設定できるようになっている。また、平角線成形ローラ７３の下流側（図７における右側）には、固定子鉄心１０を構成する積層鉄心片３０が平角線１２の巻回方向に向かって回転可能にセットされている。
【００２８】
そして、巻線リール７２から引出された丸素線７１は、まず、第一ローラ７４を通過することによって上下方向に押し潰される。次に、第二ローラ７５を通過することによって横方向が押し潰され、断面略矩形の仮平角線１２Ａになる。尚、仮平角線１２Ａの厚さ寸法は積層鉄心片３０のスロット部６０に巻装可能な最大厚さとなっている。
【００２９】
その後、第三ローラ７６によって仮平角線１２Ａが所定の厚さに形成され、仮平角線１２Ａから平角線１２となる。つまり、第三ローラ７６によって、平角線１２の縦横比（平角線１２の厚さ寸法及び幅寸法）が決定するようになっている。そして、所定の縦横比に形成された平角線１２は、積層鉄心片３０のスロット部６０へと巻装されていく。尚、第三ローラ７６に電気的に接続されている制御部には、予め仮平角線１２Ａが第三ローラ７６を所定長さ通過するとローラ７６Ａ，７６Ｂ間の距離が変化するようにプログラムされている。
【００３０】
つまり、第三ローラ７６は、仮平角線１２Ａがスロット部６０に対して２ターン分（巻線層２層分）の長さだけ通過すると、ローラ７６Ａ，７６Ｂが互いに離反する方向にスライドするようにプラグラムされている。これによって、スロット部６０において巻線層３層目からの平角線１２の厚さが、１、２層目と比較して厚くなる。すなわち、平角線１２は、丸素線７１を横方向に１回、上下方向に２回押し潰すことによって、縦横比（厚さ寸法、幅寸法）が決定するようになっている。同様に、仮平角線１２Ａがスロット部６０に対して巻線層４層分の長さだけ通過すると、ローラ７６Ａ，７６Ｂが互いに接近する方向にスライドし、５層目以降の平角線１２が４層目の平角線１２より厚さを薄くなるように形成される。
【００３１】
したがって、上述の実施形態によれば、平角線１２をスロット部６０に巻装する際に、巻線層の２層目から３層目へと巻回していく間（１２番平角線１２から１３番平角線１２へと巻回していく間）で、平角線１２の断面形状がスロット部６０の形状に対応して変化するようになっているため、ティース部３３と平角線１２との間の隙間Ｓを最小限にすることができる。よって、平角線１２の占積率を向上させることができる。
また、断面形状の異なる３種類の平角線１２を適宜選択してティース部３３に巻回しているため、第三ローラ７６のローラ７６Ａ，７６Ｂ間の距離を少なくとも二種類設定しておけばよく、プログラムを簡易化することができる。よって、製造コストを低く設定しつつ、容易に平角線１２による占積率を向上させることができる。
【００３２】
尚、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
また、上述の実施形態では、ティース部３３に巻装された平角線１２は、巻線層が１、２層目においては３回巻回され、３、４層目においては４回巻回され、５層目においては２回巻回され、６層目においては１回巻回されている場合について説明したが、平角線１２の巻線構造はこれに限らず、ティース部３３のスロット部６０の形状に対応して適宜変更可能である。
【００３３】
さらに、上述の実施形態では、ティース部３３に合計３種類の断面形状を有する平角線１２が巻装されている場合について説明したが、一つのティース部３３に巻装される平角線１２の断面形状の種類は３種類に限るものではなく、２種類以上であればよい。
そして、上述の実施形態では、平角線１２の縦横比（厚さ寸法、幅寸法）が丸素線７１を横方向に１回、上下方向に２回押し潰すことによって決定する場合について説明したが、横方向に２回、上下方向に１回押し潰すことによって平角線１２の縦横比を決定してもよい。また、１方向を２回押し潰すことによって平角線１２の縦横比を決定する場合に限らず、１方向を押し潰す回数は３回以上であってもよい。この場合、平角線成形装置７０の第三ローラ７６の下流側（図７における右側）に、さらに第四ローラ、第五ローラ、…、を設ければよい。
【００３４】
また、上述の実施形態では、固定子鉄心１０が周方向に分割された積層鉄心片３０より構成されている、いわゆる分割コア方式の場合について説明したが、固定子鉄心１０が分割コアでない一体成形されたものであってもこの実施形態における平角線１２の巻線構造及び巻装方法を適用することができる。
さらに、上述の実施形態では、コア本体３１（ティース部３３）が固定子鉄心１０の長さ方向（電動機の軸線）に対して捩れつつ傾斜するように所定のスキュー角を有している場合について説明したが、コア本体３１（ティース部３３）がスキュー角を有さないものであっても、この実施形態における平角線１２の巻線構造及び巻装方法を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態における電動機の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態における固定子の構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施形態における積層鉄心片の構成を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施形態における積層鉄心片に平角線を巻装した状態を示す斜視図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図６】本発明の実施形態における平角線の巻線構造の説明図である。
【図７】本発明の実施形態における平角線成形装置の構成図である。
【図８】本発明の実施形態における平角線の成形方法を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  電動機        
３  固定子
４  回転子  
１０  固定子鉄心
１２  平角線
３０  積層鉄心片（鉄心片）
３０Ａ  端部
３３  ティース部
６０  スロット部
７１  丸素線（丸線）
７３  平角線成形ローラ
７４  第一ローラ
７５  第二ローラ
７６  第三ローラ  
【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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