(57)【要約】【課題】複数のコイル線を集合させて分割コイル線構造を採りつつ、配電部材との接続処理の容易なコイル部材およびステータを提供する。【解決手段】  分割平角線１０の端部である各端子２１，２２は、まっすぐに延びる２本のコイル線１１を含む第１分岐端子２１ａ，２２ａと、ほぼ９０°に曲げられた第２分岐端子２１ｂ，２２ｂと、にＬ字状に分岐されている。そして、第１，第２分岐端子２１ａ，２１ｂの分岐部、および第１，第２分岐端子２２ａ，２２ｂの分岐部において、各分岐端子によりバスバーが挟持される構造となっている。バスバーなどの配電部材が安定して挟持されるので、配電部材と端子２１，２２とを溶接などで接続する処理の容易化を図ることができる。【選択図】図２
2009225514.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のコイル線を集合させてなる分割コイル線が巻回されたコイル部材であって、
前記分割コイル線の端部において、前記複数のコイル線の少なくとも一部のコイル線が配電部材を支持するように曲げられている、コイル部材。
【請求項２】
請求項１記載のコイル部材において、
前記分割コイル線の端部において、前記複数のコイル線の一部のコイル線と他部のコイル線とは互いに異なる方向に分岐している、コイル部材。
【請求項３】
請求項１記載のコイル部材において、
前記分割コイル線は、１つの平角線を構成するように集合された分割平角線である、コイル部材。
【請求項４】
請求項１〜３のうちいずれか１つに記載のコイル部材において、
前記分割コイル線の端部を除く部分が樹脂によってモールドされている、コイル部材。
【請求項５】
請求項１〜４のうちいずれか１つに記載のコイル部材と、
前記コイル部材が装着されるコアと、
前記コイル部材の前記分割コイル線の端部同士を接続するバスバーを備えているステータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転モータ、リニアモータ、発電機などに用いられるコイル部材、コイル部材を備えた分割ステータおよびステータに関する。
【背景技術】
【０００２】
モータ，発電機，リアクトル，トランスなどに配置されるコイル部材は、一般には、細い銅線を多数回巻いて構成されている。たとえば、モータのステータでは、断面がほぼ円形のコイルをコアまたは分割コアのティース部に巻き付けた構造が一般的であるが、最近では、平角線と呼ばれる断面が平板状のコイルを用いた構造も提案されてきている。
【０００３】
たとえば、特許文献１には、複数の銅線を平面形状の多心線に組み込んでなる分割平角線を形成し、分割平角線をエッジワイズ形状に巻回した構造が開示されている。すなわち、エッジワイズコイルの構造により、大電流を流すことが可能となり、モータのトルク増大を図ることができ、かつ、分割平角線の構造により、渦損の低減と、曲げの容易化を図っている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３２７８３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、複数のコイル線によって、分割平角線などの分割コイル線を構成した場合、モータへの入力電力を供給する配電部材（バスバー）との接続が問題となる。すなわち、1本のコイル線だけをバスバーと溶接などによって接合する場合とは異なり、複数のコイル線を個別にバスバーに接合する場合には、複雑な処理が必要となるので、組立が簡易にできるようなコイル線の構造が求められるが、上記特許文献１には、何の対策も講じられていない。また、配電部材とコイル端末の接続は、コイル端末の位置決めが難しいため、接合タクト上がらないなど、生産性の向上が難しいという課題がある。
【０００６】
本発明の目的は、コイルの構造として、複数のコイルを集合させた分割コイル線構造を採用しつつ、組立を円滑に行いうるコイル部材，およびこのコイル部材を備えたステータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のコイル部材は、複数のコイル線を集合させた分割コイル線構造を有するととともに、分割コイル線の端部において、複数のコイル線の少なくとも一部のコイル線が配電部材を支持するように曲げられている構造となっている。
【０００８】
これにより、複数のコイル線を配電部材（バスバーなど）に接続する際に、曲げられた部分に、配電部材を安定して設置することが可能となるので、各コイル線と配電部材とを接続する処理（溶接など）が簡単になる。
【０００９】
また、分割コイル線の構造を採用することにより、コイル電流の周波数をｆ、コイル線幅をｄ、磁束密度振幅をBmax、コイル材料の抵抗率をρとしたとき、コイル渦損ｗは、下記式（１）
ｗ＝π２ｆ２ｄ２Ｂmax２／６ρ                                （１）
によって表され、コイル線幅が（１／コイル線の本数）に低減されるので、コイル渦損ｗが低減される。
【００１０】
分割コイル線の端部において、複数のコイル線の一部のコイル線と他部のコイル線とが互いに異なる方向に分岐していることが好ましい。その場合には、側方から見ると、Ｌ字状，Ｕ字状，Ｙ字状などの形状に分岐されており、この分岐部において、バスバーなどの配電部材を、より安定して挟持することができるからである。
【００１１】
分割コイル線が、１つの平角線，つまりいわゆる分割平角線を構成していることにより、コイル線を下層から上層へ多層巻きする際の隙間をできるだけ小さくすることができ、より高密度に巻回されたコイル線が得られる。
【００１２】
分割コイル線の端部を除く部分が樹脂によってモールドされていることにより、コイル部材をカセットコイルとして利用することが可能になる。
【００１３】
上述のコイル部材をコアに装着し、分割コイル線の端部同士をバスバーで接続してなるステータは、組立てが容易で、損失の小さなモータ，発電機，リアクトル，トランスなどの部品として、高い利便性を発揮する。ステータは、分割ステータであってもよいし、一体化されたステータであってもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のコイル部材またはステータによると、複数のコイル線を集合させた分割コイル線の構造を採用しつつ、組立を円滑に行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
−コイルの組立工程−
図１は、本発明の実施形態に係るコイル部材の組立方法を示す斜視図である。
同図に示すように、本実施形態の組立装置は、４つの個別巻きだし部１４ａ〜１４ｄが設けられたコイル巻きだしローラ１４と、集合ローラ１５と、ピンチローラ１６と、板厚矯正ローラ１７と、曲げローラ１８とを備えている。コイル巻きだしローラ１４の個別巻きだし部１４ａ〜１４ｄは、互いに独立して回転する構造となっている。
【００１６】
コイル巻きだしローラ１４の個別巻きだし部１４ａ〜１４ｄから巻き出される４本のコイル線１１は、集合領域Ｒａで次第に集められ、集合ローラ１５で１つの平角線状に束ねられて、２つの仮想平板面Ｐim（包絡面）を有する分割平角線１０が形成される。図１の左下図に拡大詳示するように、分割平角線１０は、４本のコイル線１１が平板状に集合して構成され、両端で各コイル線１１が互いに導通していることで、実質的には１本の平角線として機能する。各コイル線１１は、断面がほぼ矩形状の銅線１２と、銅線１２を被覆する，ポリイミド，ポリアミドイミド，ポリエステルイミド等に代表されるイミド系樹脂からなる被覆膜１３とを有している。銅線１２の断面寸法は、短辺が約０．９５ｍｍで長辺が約１．２０ｍｍであり、被覆膜１３の厚みは約０．０３ｍｍである。
図示されていないが、集合ローラ１５からピンチローラ１６に向かう領域には、分割平角線１０を仮想平板面Ｐimおよび両端面に沿って挟持するガイド部材が設けられており、ガイド部材がとぎれた領域で固定処理が行われる。
【００１７】
ピンチローラ１６の軸方向と板厚矯正ローラ１７の軸方向とは、互いにほぼ直交する関係にあり、分割平角線１０は、ピンチローラ１６と板厚矯正ローラ１７との間の曲げ領域Ｒｂで、曲げローラ１８によってほぼ直角に曲げられる。図示されていないが、ピンチローラ１６から曲げローラ１８を経て板厚矯正ローラ１７に至る領域には、分割平角線１０を仮想平板面Ｐimおよび両端面に沿って挟持するガイド部材が設けられており、分割平角線１０は、仮想平板面Ｐimが曲げローラ１８のローラ面にほぼ直交する（交差する）方向に、つまりエッジワイズ形状に曲げられる。
【００１８】
そして、曲げられた分割平角線１０は、巻き重ね領域Ｒｄで、仮想平板面Ｐim同士が重ね合わせられ、折りたたんだ状態で樹脂によりモールドされる。これにより、後述するコア（ティース部）の周囲を覆う形状を有するコイル部材２０が形成される。これにより、分割平角線１０を１本の平角線と見たときに、いわゆるエッジワイズコイル形状が形成されることになる。なお、図示されていないが、組立装置には、コイル部材２０を回転させる機構が装備されている。
【００１９】
−コイル部材の端子構造−
図２は、本実施の形態におけるコイル部材２０と分割コア５１とを示す斜視図である。図２では、端部付近の領域を除き、分割平角線１０を１本の平角線として表示しているが、上述のように４本のコイル線を集合させた構造を有している。図１に示す工程で完成されたコイル部材２０の各コイル線１１は、２つの端子２１，２２の部分で導通している。
【００２０】
そして、分割平角線１０の端部である各端子２１，２２は、まっすぐに延びる２本のコイル線１１からなる第１分岐端子２１ａ，２２ａと、ほぼ９０°に曲げられた２本のコイル線１１からなる第２分岐端子２１ｂ，２２ｂとに分岐されている。そして、第１，第２分岐端子２１ａ，２１ｂの分岐部、および第１，第２分岐端子２２ａ，２２ｂの分岐部において、各分岐端子２１ａ，２１ｂ（および２２ａ，２２ｂ）により、バスバーが挟持される構造となっている。
【００２１】
図２に示すように、分割コア５１は、ヨーク部５１ａと、ティース部５１ｂとを有している。本実施形態では、圧粉コア構造を採用しているが、積層鋼板を用いてもよい。圧粉構造の場合は、ヨーク部5１ａに、図２に示す破線部分を上下に設けてもよい。
図２に示す破線は、コイル部材２０の分割平角線１０をモールドしている樹脂の外形を示している。モールド樹脂には、分割コア５１のヨーク部５１ａの上面および下面に嵌合する部分が設けられている。そして、モールド樹脂をティース部５１ｂに嵌め込み、さらにヨーク部５１ａの上下面を挟むことにより、コイル部材２０がティース部５１ｂを囲むように取り付けられる。
【００２２】
図３は、本実施の形態におけるモータのステータ５０の概略的な構造を示す断面図である。図３において、見やすくするために、モールド樹脂の表示は省略されている。図３に示すように、ステータ５０は、複数の分割コア５１を環状に組み合わせた後、図示しないリング部材等を用いて外側から囲み込んで組み付けられる。本実施形態では、コアとして分割コア５１を集合させたものを用いているが、コアが分割されずに一体化されたものであってもよい。
【００２３】
ステータ５０の内方には、永久磁石を設けたロータ（図示せず）が配置される。分割コア５１は、ヨーク部５１ａと、ヨーク部５１ａからロータ側に突出したティース部５１ｂとを有し、本実施の形態では、絶縁被膜を有する磁性粉末を圧縮成形して形成されている。ただし、多数の珪素鋼板を樹脂絶縁層を挟んで積層したものであってもよい。
【００２４】
そして、分割コア５１のティース部５１ｂには、樹脂モールドされたコイル部材２０がセットされている。なお、コイル部材２０が樹脂モールドされていることで、ティース部５１ｂを被覆するインシュレータは不要となっている。
【００２５】
−バスバーとの接続構造−
図４は、本実施の形態のステータ５０であって、３相交流モータのステータの平面図でる。図５は、３相交流モータのステータ５０の等価回路を示す図である。
図５に示すように、分割ステータ５１のコイル部材２０は、Ｕ相電力が供給されるもの、Ｖ相電力が供給されるもの、およびＷ相電力が供給されるもの、に分かれて配置される。それぞれの相では、４個のコイル部材２０が直列配置され、各コイル部材２０の端子は、バスバー３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗによって電気的に接続されている。各相の最も中心側の端部に位置するコイル部材２０の端子（各分岐端子２１ａ，２１ｂ）は、各相共通に中性点（基準点）用バスバー３３に接続されている。また、直列接続の最も外側に位置するコイル部材２０の端子（各分岐端子２２ａ，２２ｂ）は、電源側接続導体３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗに接続されて、インバータモジュール等から変換された交流電力の供給を受ける。図４においては、バスバー３２Ｕ，３２ｖ，３２Ｗのみ断面構造を示しており、バスバー３２Ｕ，３２ｖ，３２Ｗは、端子部分を除き絶縁膜で被覆されているが、必ずしも絶縁膜で被覆されている必要はない。
【００２６】
図４左上方の拡大断面図（第２分岐端子２２ｂを通る断面図）に示すように、電源側接続導体３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗと端子２２との接続部において、第２分岐端子２２ｂと第１分岐端子２２ａとによって挟まれるように、電源側接続導体３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗが設置され、電源側接続導体３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗと第２分岐端子２２ａ，２２ｂとが溶接等によって互いに電気的に導通するように接合されている。溶接に代えて、ろう付けでもよい。
【００２７】
図４下方の拡大断面図（第２分岐端子２２ｂを通る断面図）に示すように、バスバー３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗと端子２２との接続部においては、第２分岐端子２２ｂと第１分岐端子２２ａとによって挟まれるように、バスバー３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗが設置され、バスバー３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗと第１，第２分岐端子２２ａ，２２ｂとが溶接等によって互いに電気的に導通するように接合されている。溶接に代えて、ろう付けでもよい。
【００２８】
同様に、バスバー３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗと端子２１との接続部においても、第２分岐端子２１ｂと第１分岐端子２１ａとによって挟まれるように、バスバー３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗが設置され、バスバー３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗと第１，第２分岐端子２１ａ，２１ｂとが溶接等によって互いに電気的に導通するように接合されている（拡大断面図省略）。
【００２９】
また、中性点用バスバー３３と端子２１との接続部においても、第２分岐端子２１ｂと第１分岐端子２１ａとによって挟まれるように、中性点用バスバー３３が設置され、中性点用バスバー３３と第１，第２分岐端子２１ａ，２１ｂとが溶接等によって互いに電気的に導通するように接合されている（拡大断面図省略）。
【００３０】
（変形例−バスバーモジュール）
図６は、各バスバーをモジュール化したバスバーモジュール３６を用いたステータ５０の平面図である。同図に示すように、各バスバー３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗと、中性点用バスバー３３とが、これらを互いに束ねる接続部材３５によって、バスバーモジュール３６として一体化されている。
【００３１】
−実施の形態の効果−
本実施形態のコイル部材２０またはステータ５０によると、複数のコイル線１１を集合させた分割コイル線（本実施の形態では、分割平角線１０）の構造を採用しつつ、コイル部材２０の端子２１，２２において、一部のコイル線１１を第１分岐端子２１ａ（又は２２ａ）とし、他のコイル線１１を第２分岐端子２１ｂ（又は２２ｂ）として分岐させたので、分岐部において、図４に示すように、配電部材（本実施の形態では、電源側接続導体３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗ、バスバー３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗおよび中性点バスバー３３）を、各分岐端子により安定して挟持することができ、溶接などの処理が容易になる。
【００３２】
ここで、コイル電流の周波数をｆ、コイル線幅をｄ、磁束密度振幅をBmax、コイル材料の抵抗率をρとしたとき、コイル渦損ｗは、下記式（１）
ｗ＝π２ｆ２ｄ２Ｂmax２／６ρ                                （１）
によって表される。
【００３３】
例として、短辺が０．９５ｍｍで長辺が４．７９ｍｍの断面寸法を有する平角線と、これを４分割して、各コイル線１１の短辺が０．９５ｍｍで長辺が１．２０ｍｍの断面寸法を有する本実施形態の分割平角線１０とを比較する。従来の平角線のコイル渦損ｗを１００とすると、本実施形態のコイル渦損ｗは２５となる。すなわち、本発明の分割コイル線（本実施の形態では、分割平角線１０）の構造を採用したことにより、コイル渦損ｗを１／４まで低減することができる。
なお、従来の平角線のコイル渦損ｗを１００とすると、２分割した分割平角線のコイル渦損ｗは５０となり、３分割した分割平角線のコイル渦損ｗは３３となる。
【００３４】
また、上述の断面寸法の場合、平角線６０のアスペクト比（長辺／短辺）は５．２であり、本実施形態の各コイル線１１のアスペクト比は１．３となる。このアスペクト比の低減により、コイル線１１の線引き加工も容易となるので、製造コストの低減を図ることができる。
【００３５】
−変形例−
上記実施の形態においては、分割平角線１０の４本のうち２本のコイル線１１と他の２本のコイル線１１とを、側方から見るとＬ字状の分岐部を構成するように分岐させたが、本発明の構成はこれに限定されるものではない。図７（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態の変形例に係るコイル線の曲げ方を示す図である。
【００３６】
図７（ａ）に示す曲げ方では、側方から見るとＵ字状に分岐させており、図７（ｂ）に示す曲げ方では、側方から見るとＹ字状に分岐させている。
図７（ａ），（ｂ）に示す構造であっても、実施の形態と同様に、分岐部において、配電部材を各分岐端子２１ａ，２１ｂ（または２２ａ，２２ｂ）により、安定して挟持することができ、実施の形態と同じ効果を発揮することができる。
【００３７】
また、図７（ｃ）に示す曲げ方では、分割平角線１０の４本のコイル線１１をすべて配電部材の形状に沿って曲げている。図７（ｃ）に示す曲げ構造であっても、実施の形態と同様に、配電部材を曲げ部において安定して支持することができ、実施の形態と同じ効果を発揮することができる。特に、図１に示す曲げローラ１８を利用して、分割平角線１０の端部も曲げることで、分割平角線１０の巻回時に端部構造も形成することができ、組立工程の簡素化を図ることができる。
【００３８】
特に、上記実施の形態のごとく、コイル部材１０を樹脂でモールドされたカセットコイル構造を採用することにより、図６の変形例に示すバスバーモジュール３６などと共にモジュール化された部材を利用して、組立や商品化の便宜を図ることができる。
【００３９】
（他の実施の形態）
上記開示された本発明の実施の形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。
【００４０】
上記実施の形態では、コア５０を多数の分割コア５１に分割した構造を採用したが、コア５０が一体でもよいし、複数の分割コア５１が一体化されたものであってもよい。
【００４１】
上記実施の形態では、各コイル線１１の断面形状をほぼ矩形状としたが、円形やその他の形状であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明のコイル部材およびステータは、産業用モータ、ハイブリッド車、電気自動車、燃料電池車，ロボットなどに配置されるモータ（リニアモータを含む）、発電機、リアクトル、トランスなどに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施形態に係るステータの組立方法のうちコイルの組立工程を示す斜視図である。
【図２】実施の形態におけるコイル部材および分割コアの構造を示す斜視図である。
【図３】実施の形態におけるステータの概略的な構造を示す断面図である。
【図４】実施の形態に係る３相交流モータのステータの平面図でる。
【図５】実施の形態に係る３相交流モータのステータの等価回路を示す図である。
【図６】変形例に係るバスバーモジュールを用いたステータの平面図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、変形例に係るコイル線の曲げ方を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０    分割平角線
１１    コイル線
１２    銅線
１３    被覆膜
１４    コイル巻きだしローラ
１４ａ〜１４ｄ  個別巻きだし部
１５    集合ローラ
１６    ピンチローラ
１７    板厚矯正ローラ
１８    曲げローラ
２０    コイル部材
２１，２２  端子
２１ａ，２２ａ  第１分岐端子
２１ｂ，２２ｂ  第２分岐端子
３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗ  電源側接続導体
３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗ  バスバー
３３    中性点用バスバー
５０    コア
５１    分割コア
５１ａ  ヨーク部
５１ｂ  ティース部
Ｐim    仮想平板面
Ｒａ    集合領域
Ｒｂ    曲げ領域
Ｒｃ１，Ｒｃ２  固定領域
Ｒｄ    巻き重ね領域  
【図１】
2009225514.tif 000003
【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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