JP2006158024A

JP2006158024A - コイル及びその製造方法

Info

Publication number: JP2006158024A
Application number: JP2004341746A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Hirano; 信行平野; Yasuhiro Endo; 康浩遠藤; Ryoji Mizutani; 良治水谷; Kenji Harada; 健司原田; Hiroshi Ishita; 寛史井下
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-11-26
Filing date: 2004-11-26
Publication date: 2006-06-15

Abstract

【課題】コイルの線材中に生じる渦電流を防止できるコイル及びその製造方法を提供する。
【解決手段】異形断面のコイル２１を構成する線材２３は、その周囲が絶縁層２５で覆われた銅等の金属からなる複数の薄い帯状の導体部２７を積層し、その積層した導体部２７の全体を最外絶縁層２９で覆って構成されている。絶縁層２５は、線材２３中に生じる渦電流Ｉｒを防止するためのもので、例えば銅の酸化膜などの化学的な被覆、導電性の低い樹脂をコーティングしたものなどが用いられる。最外絶縁層２９は線材２３のターン間の絶縁を図るためのものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド自動車や電気自動車のモータ等に適したコイル及びその製造方法に関する。

ハイブリッド車、電気自動車等の駆動用モータの高効率化、高出力化のためにモータ用コイルの占積率の向上が有効である。この占積率を向上させる方法として、従来の一定断面形状の線材を巻くのに対し、コイルの巻回経路上の位置に応じて線材の断面形状を変化させる方法が提案されている。

このようなコイル１は、図５に示すように、略切頭錐形の外観形態を有し、その線材３の断面形状（断面略平角形）が、小径側（図５の下側）の端部から大径側（図５の上側）の端部に向けて徐々に扁平に変化している。コイル１の両端部には、電気接続のための引出部５，７が設けられている。より詳細には、図５に示すコイル１は、ほぼ四角錐の頭部を切除したような外観形態（略切頭四角錐形の形態）を有しており、例えば図６に示すようにモータのステータコア８に外挿される。このとき、コイル１はその小径側がロータ側に向けられた状態で配設される。

このようなコイル１の製造方法としては、図７に示すように線材３を芯材９に略螺旋状に巻回して略柱形の中間コイル体１１を形成し、図８に示すようにその中間コイル体１１を成形型１３内にセットして軸方向にプレス成形して成形する方法が提案されている。

しかし、上述の提案例に係る技術のように、単純に断面略平角形の線材３を芯材９に巻回してプレス成形してコイル１を形成した場合、図５及び図６に示すようにコイル１の小径側の部分１ａはロータ１５の回転による磁界の変化の影響を受けやすいため、次のような問題が生じる。すなわち、図９に示すように、ロータ１５の周辺にはロータ１５に設けられる磁界発生源（永久磁石等）によって磁界Ｂが生成され、ロータ１５の回転位置によってはロータ１５の回転に伴って線材３中を通る磁束量が変化し、線材３中に渦電流Ｉrが生じる。コイル１の小径側の部分１ａは他の部分に比してロータ１５との距離が近くその部分１ａに生成される磁界Ｂの変化が大きいとともに、厚み（コイル１の軸方向の厚み）が大きいため、他の部分よりも渦電流Ｉｒの量が大きくなり、モータの効率が低下する。

そこで、本発明の解決すべき課題は、コイルの線材中に生じる渦電流を防止できるコイル及びその製造方法を提供することである。

上記の課題を解決するため、請求項１の発明では、断面略平角形の線材が巻回されて形成されたコイルであって、前記線材が、その長手方向に沿って設けられる絶縁層によって複数の導体部に分割されている。

また、請求項２の発明では、請求項１の発明に係るコイルにおいて、前記線材が、複数の薄い帯状の導体部を、その導体部間に絶縁層を介挿して積層して構成される。

また、請求項３の発明では、請求項１の発明に係るコイルにおいて、前記線材が、複数の細長い略針金状の導体部を、その導体部間に絶縁層を介挿して結合して構成される。

また、請求項４の発明では、請求項１ないし３のいずれかの発明に係るコイルは、略切頭錐形状の外観形態を有する異形断面コイルである。

また、請求項５の発明では、その長手方向に沿って設けられる絶縁層によって複数の導体部に分割された線材を、略螺旋状に巻回して中間コイル体を作製する工程と、前記中間コイル体をその軸方向にプレス成形する工程と、を備える。

請求項１に記載の発明によれば、コイルを構成する線材が、その長手方向に沿って設けられる絶縁層によって複数の導体部に分割されているため、絶縁層によって線材中に生じる渦電流を防止することができ、効率向上が図れる。

請求項２に記載の発明によれば、線材が、複数の薄い帯状の導体部をその導体部間に絶縁層を介挿して積層して構成されるため、線材中に生じる渦電流を防止できる。

請求項３に記載の発明によれば、線材が、複数の細長い略針金状の導体部をその導体部間に絶縁層を介挿して結合して構成されるため、線材中に生じる渦電流をより確実に防止できる。

請求項４に記載の発明によれば、コイルを異形断面コイルとすることにより、コイルの占積率を向上させることができる。

請求項５に記載の発明によれば、長手方向に沿って設けられる絶縁層によって複数の導体部に分割されてた線材を略螺旋状に巻回して中間コイル体を作製し、その中間コイル体を軸方向にプレス成形して異形断面コイルを製造するため、線材中に生じる渦電流を防止できる異形断面コイルを容易に作製することができる。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る異形断面のコイルの設置状態を示す断面図である。本実施形態に係る異形断面のコイル２１は、大略的には、前述の図５及び図６に示す異形断面のコイル１の場合とほぼ同様に、図２の線材２３を図７のように芯材９に巻回して図８の成形型１３によるプレス成形で略切頭四角推形に仕上げられるようになっている。

本実施形態では、図１で要部を拡大して示すように、コイル２１を構成する断面略平角形の線材２３が、その長手方向に沿って設けられる絶縁層２５によって複数の導体部２７に分割されている。より具体的には、プレス成形前の状態である図２に示すように、線材２３は、その周囲が絶縁層２５で覆われた銅等の金属からなる複数の薄い帯状の導体部２７を積層し、その積層した導体部２７の全体を最外絶縁層２９で覆って構成されている。なお、導体部２７を覆う絶縁層２５は、導体部２７が隣の導体部２７と対向する部分（図１の上下面部分）にのみ設けてあれば、コイル２１の内周側及び外周側の側面部分（図１の左右の側面部分）は省略してもよい。各導体部２７は積層された状態で互いに接着固定されているが、専用の接着剤を用いて固定を行ってもよく、絶縁層２５に接着機能を有するものを用いて接着を行うようにしてもよい。

絶縁層２５は、線材２３中に生じる渦電流Ｉｒを防止するためのもので、例えば銅の酸化膜などの化学的な被覆、導電性の低い樹脂をコーティングしたものなどが用いられる。その絶縁層２５の厚みは、占積率確保の観点より薄く設定（例えば、１〜１０μｍ程度）するのが望ましい。

最外絶縁層２９は、線材２３のターン間の絶縁等を確保するためのものであり、発熱による耐熱性等も考慮して適当な材料（例えば、エナメル等）、及び厚みが設定される。

コイル２１の製造は、次のようにして行われる。まず、絶縁層２５で被覆された導体部２７を積層状態で集合固定し、線材２３を形成する。続いて、その線材２３を前述の図７に示すように芯材９に螺旋状に巻回して中間コイル体１１を形成し、その中間コイル体１１を図８に示すように成形型１３内に設置してプレス成形することにより、異形断面のコイル２１を形成する。

このように、本実施形態に係る異形断面のコイル２１では、コイル２１を構成する線材２３が、複数の薄い帯状の導体部２７をその間に絶縁層２５を介挿して積層して構成されているため、ロータ１５と近接して配置され厚みが大きいコイル２１の小径側の部分２１ａにおける線材２３中に生じる渦電流を有効に防止でき、モータの効率化が図れる。

また、本実施形態に係るコイル２１は、略切頭錐形状の外観形態を有する異形断面のコイルであるため、コイル２１の占積率を向上させることができる。

なお、中間コイル体１１をプレス成形した際の線材２３の変形により、線材２３中の絶縁層２５が破壊されないかが問題であるが、渦電流Ｉｒが最も問題となるコイル２１の小径側の部分２１ａはプレス成形による変形の度合いが小さいため、絶縁層２５の破壊は生じない。コイル２１の大径側の部分２１ｂについては、プレス成形時の変形により絶縁層２５が破壊されるおそれがあるが、この部分２１ｂは小径側の部分２１ａに比してロータ１５との距離が遠く、ロータ１５の回転による磁界の変化が小さく、また、厚みも小さいため、渦電流Ｉｒは問題にならない。

＜第２実施形態＞
図３は、本発明の第２実施形態に係る異形断面のコイルの要部断面図である。本実施形態に係る異形断面のコイル２１が前述の第１実施形態に係る異形断面のコイル２１と実質的に異なっている点は、線材２３の構成のみであり、互いに対応する部分には同一の参照符号を付して説明を省略する。

本実施形態では、図３でコイル２１の要部を拡大して示すように、コイル２１を構成する線材２３が、外周が絶縁層２５で覆われた複数の細長い略針金状の導体部２７を互いに結合し、その係合した導体部２７の外周を最外絶縁層２９で覆って構成されている。各導体部２７は、専用の接着剤を用いて結合してもよく、絶縁層２５に接着機能を有するものを用いて結合するようにしてもよい。絶縁層２５及び最外絶縁層２９の構成は、実質的に上述の第１実施形態と同様である。

以上のように、本実施形態では、コイル２１を構成する線材２３の断面の構成を、縦横により細かく絶縁層２５により分割することができるため、線材２３中に生じる渦電流Ｉｒをより確実に防止できる。このため、本実施形態では、前述の図９に示すように線材２３中において略螺旋状に延設される線材２３の各ループの延設面に垂直な面に沿って生じる渦電流Ｉｒだけなく、図４に示すように線材２３中において線材２３の各ループの延設面に沿って生じる渦電流Ｉｒ’も有効に防止できる。

なお、渦電流Ｉｒ’成分のみを抑制すればよい場合には、図１に示すように絶縁層２５で覆われた導体部２７をコイル２１の軸方向に積層して線材２３を構成する代わりに、絶縁層２５で覆われた導体部２７をコイル２１の径方向に積層して線材２３を構成するようにしてもよい。

本発明の第１実施形態に係る異形断面のコイルの設置状態を示す断面図である。図１の異形断面のコイルにおけるプレス成形前の状態を示す要部断面図である。本発明の第２実施形態に係る異形断面のコイルの要部断面図である。図３のコイルによる渦電流抑制効果を説明するための図である。提案例に係る異形断面のコイルの斜視図である。図５のコイルの設置状態を示す断面図である。図５のコイルの製造工程を示す説明図である。図５のコイルの製造工程を示す説明図である。図５のコイルに渦電流が生じる状況を示す説明図である。

符号の説明

８ステータコア
９芯材
１１中間コイル体
１３成形型
１５ロータ
２１コイル
２３線材
２５絶縁層
２７導体部
２９最外絶縁層

Claims

断面略平角形の線材が巻回されて形成されたコイルであって、
前記線材が、その長手方向に沿って設けられる絶縁層によって複数の導体部に分割されていることを特徴とするコイル。
請求項１に記載のコイルにおいて、
前記線材が、複数の薄い帯状の導体部を、その導体部間に絶縁層を介挿して積層して構成されることを特徴とするコイル。
請求項１に記載のコイルにおいて、
前記線材が、複数の細長い略針金状の導体部を、その導体部間に絶縁層を介挿して結合して構成されることを特徴とするコイル。
請求項１ないし３のいずれかに記載のコイルは、略切頭錐形状の外観形態を有する異形断面コイルであることを特徴とするコイル。
その長手方向に沿って設けられる絶縁層によって複数の導体部に分割された線材を、略螺旋状に巻回して中間コイル体を作製する工程と、
前記中間コイル体をその軸方向にプレス成形する工程と、
を備えることを特徴とする異形断面コイルの製造方法。