JP2004080860A - モーター部品とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】占積率を高めることができるモーター部品とその製造方法を提供する。
【解決手段】コアと、コアに導線を巻いて連続的に形成された複数のコイル１０とを有するモーター部品である。前記コアは、リング部と、リング部の径方向に伸びて前記導線が巻き付けられる突起部とを具える。前記コイルは直線部１１と屈曲部１２とを有する。前記直線部の導線断面形状は矩形板状で、前記屈曲部の導線断面形状は屈曲の外周側の厚みが内周側の厚みに比べて小さい台形状である。そして、複数のコイルのうち、同相のコイルは前記導線を折り曲げた折り曲げ部を介して互いに連結され、その折り曲げ部８０の断面形状は、折り曲げの外周側の厚みが内周側の厚みに比べて小さい台形状である。
【選択図】　図７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モーター部品とその製造方法に関するものである。特に、高い占積率を実現できるモーター部品とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のモーターにおいて、コアにコイルを設けたローターまたはステーターが広く知られている。一般に、ローター又はステーターは、リング部と、そのリング部の径方向に伸びる複数の突起部とを具える。コイルは、前記各突起部に導線を巻き付けて必要なアンペア・ターン数とすることで形成される。そして、この導線には、断面が丸または角の線材が用いられていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような導線を用いた場合、各導線間に隙間が生じ、占積率（コイル配置空間の断面における導線面積の比率）を高めることができない。特に占積率を改善でき、かつ連続する複数のコイルを容易に製造する手段が要望されていた。
【０００４】
また、通常、導線はエナメル樹脂などの絶縁被覆が施されている。ところが、この絶縁被覆はモーター駆動時の発生熱の発散を妨げる。細径の導線を用いれば、リング部周方向（モーター回転軸の周方向）への導線の積層数が大きくなり、結果的に絶縁被覆の積層数も大きくなって放熱効率が低下し、モーター内部温度の上昇により、より効率低下を招いていた。
【０００５】
従って、本発明の主目的は、複数のコイルを連続的に形成し、容易に占積率を高めることができるモーター部品を提供することにある。
【０００６】
また、本発明の他の目的は、前記モーター部品の形成に最適なモーター部品の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明では、コイル用に断面が矩形板状の導線を用い、その屈曲の仕方に工夫を施すことで上記の目的を達成する。
【０００８】
すなわち、本発明モーター部品は、コアと、コアに導線を巻いて連続的に形成された複数のコイルとを有するモーター部品である。前記コアは、リング部と、リング部の径方向に伸びて前記導線が巻き付けられる突起部とを具える。前記コイルは直線部と屈曲部とを有する。前記直線部の導線断面形状は矩形板状で、前記屈曲部の導線断面形状は屈曲の外周側の厚みが内周側の厚みに比べて小さい台形状である。そして、複数のコイルのうち、同相のコイルは前記導線を折り曲げた折り曲げ部を介して互いに連結され、その折り曲げ部の断面形状は、折り曲げの外周側の厚みが内周側の厚みに比べて小さい台形状であることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明モータ部品の製造方法は、以下の工程を具えることを特徴とする。
▲１▼圧延で形成された断面が矩形板状の導線を直線状に搬送して直線部を形成すると共に、断続的に前記導線における一方の側縁側を他方の側縁側に比べて大きく圧延して断面が台形状の屈曲部を形成して、直線部と屈曲部とからなるコイルを形成する工程
▲２▼前記コイルを形成後、断続的に前記導線における一方の側縁側を他方の側縁側に比べて大きく圧延し、断面が台形状の折り曲げ部をコイル端部に連続して形成する工程
▲３▼折り曲げ部の形成後、断続的に前記導線における一方の側縁側を他方の側縁側に比べて大きく圧延して断面が台形状の屈曲部を形成して、直線部と屈曲部とからなる別のコイルを連続的に形成する工程
▲４▼前記各コイルの内側に突起部をはめ込む工程
【００１０】
このように、矩形板状の導線に対し、幅方向に圧潰程度の異なる圧延を断続的に施すことで、屈曲部と直線部が連続するコイルを製造することができる。
【００１１】
矩形板状の導線を用いることで、リング部の径方向、つまりモーター回転軸の周方向への導線の積層をなくして単層とし、占積率が高く、かつ放熱効果の高いモーター部品を得ることができる。
【００１２】
導線における台形断面部分は、矩形平板断面部分に比べて断面積が小さくなる傾向があるため、比較的電気抵抗が高く、占積率が下がって放熱面でも不利である。そのため、導線の断面が台形である屈曲部は、リング部端面側（モーター軸方向端面側）になるべく短く設ける。この構成により、比較的電気抵抗が高く発熱の大きい部分の長さを最小限とでき、大きな発熱を避けられると共に、発熱の大きな部分を放熱に有利なモーター軸方向端面側に配置可能である。
【００１３】
一方、矩形平板断面の導線で構成される直線部は、各突起部の間に形成された空間に配置されることになるが、突起部と広範囲にわたって接触しているため、熱伝導による効率的な放熱が期待できる。
【００１４】
断面が矩形平板状の導線部分は、従来と同様に一対の円筒ローラーの間に被圧延材を通して圧延することで得ることができる。断面が台形状の導線部分は、一対の円錐ローラーの間に断続的に矩形平板状の導線を通すことで得ることができる。そして、この円筒ローラーによる圧延に続いて、円錐ローラーによる圧延を断続的に組み合わせることで、屈曲部と直線部が連続するコイルを得ることができる。つまり、円筒ローラーを経て送られてきた矩形平板状の導線を円錐圧延ローラーに通すと、導線の一方の側縁側を他方の側縁側よりも大きく圧潰されることになる。そのため、導線の一方の側縁側が他方の側縁側に比べて長手方向にも大きく伸ばされることになり、圧潰程度の小さい側縁側を内周、圧潰程度の大きい側縁側を外周として導線は屈曲されることになる。従って、所定時間だけ断続的に円錐ローラーの間隔を閉じて円錐ローラーによる圧延を行えば、矩形平板断面の導線を用いて直線部と屈曲部とを有するコイルを製造することができる。屈曲部の曲げ半径は、円錐ローラーの一端側と他端側の径との差を変えることで、導線一方の側縁側と他方の側縁側の圧潰程度を変えて調整することができる。
【００１５】
さらに、コイルが多相モーターに用いられる複数のコイルであれば、同相のコイルは前記屈曲部を形成する方法と同様の手法により折り曲げ部を形成し、複数のコイルを連続的に形成することができる。この折り曲げ部の断面形状も、折り曲げの外周側の厚みが内周側の厚みに比べて小さい台形状である。
【００１６】
つまり、一つのコイルを上述した圧延によって成形後、同一の導線を用いて連続して次のコイルを成形する。その際、コイル間に、導線の折り曲げ外周側を内周側よりも大きく圧延して薄くすることで複数のコイルを連結する折り曲げ部を形成すれば、容易に複数のコイルを連続成形することができる。
【００１７】
コイルの内側にコアをはめ込む工程は、コアにおける突起部とリング部とを分割可能に構成しておくことが好適である。通常、突起部の先端はリング側に比べて広がった構成であるため、突起部の先端よりコイルをはめ込むことはできない。そのため、リング部に対して突起部を着脱可能に構成しておけば、一旦突起部をリング部から外してコイルを嵌め込み、その後、突起部をリング部に固定することで、ローター又はステーターを構成することができる。
【００１８】
また、前記導線は、モーターの回転軸を中心として内周側より外周側に向かうにしたがって、幅を広く厚みを薄く構成することが望ましい。コアにおいて、各突起部の間に形成されて導線が配置される空間は、リング部径方向の外周側の方が内周側よりも周方向の長さが長い。そのため、コアの外周域に配されるコイル部分は、内周域に配されるコイル部分に比べて導線の幅を広くすることで、コイルを配置する空間がリング部の内外周で幅が異なる場合でも占積率を高めることができる。
【００１９】
このように、内周側で幅狭肉厚の導線とし、外周側で幅広薄肉の導線とするには、導線を圧延する際に連続的に圧下率を上げて、圧延し始めよりも圧延し終わりの方が厚さの薄い導線を形成する。続いて、断続的に前記導線における一方の側縁側を他方の側縁側に比べて大きく圧延して断面が台形状の屈曲部を形成すれば良い。
【００２０】
以上のようなモーター部品は、モーターのローター又はステーターとして利用することができる。一般に、ローターは、リング部と、そのリング部から外周に向かって放射状に形成された複数の突起部とを具える。ステーターは、リング部と、その中心に向かって突出する複数の突起部とを具える。いずれの場合も、導線は突起部の外周に巻き付けられてコイルを構成する。一般に、突起部はモーター軸方向に長い矩形の断面形状をしていることが多い。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
（コイルの基本構成）
連続する複数のコイルを説明する前に、本発明モーター部品を構成する単一のコイルについて説明する。図１（Ａ）はモーター部品に用いるコイルの斜視図、（Ｂ）は（Ａ）図におけるＸ部断面図、（Ｃ）は（Ａ）図におけるＹ部断面図である。
【００２２】
図１に示すように、このコイル１０は導線１をらせん状に巻いて形成したもので、導線１が直線状に伸びる直線部１１と、導線１が屈曲された屈曲部１２とを具えている。この直線部１１は断面が矩形平板の導線で構成され（図１Ｃ）、屈曲部１２は導線幅方向の一方の側縁側が他方の側縁側に比べて厚みの小さいほぼ台形状に形成されている。この屈曲部１２において、厚みの小さい側縁側がコイルの外周側に位置している。
【００２３】
このようなコイルは、図２に示すように、まず一対の円筒ローラー２０に被圧延材を通して断面が矩形平板状の導線を形成する。続いて、円筒ローラー２０を経て送られてきた導線を、円錐ローラー２１を用いて断続的に圧延する。ここでは、導体側縁のうち、コイル外周に相当する側の側縁から幅方向に一部分のみを圧潰するように円錐ローラー２１を配置する。円錐ローラー２１で圧延された部分は、厚みが小さくなると共に、長手方向にも伸ばされるため、導線は円錐ローラー２１で圧延された側を外周として屈曲される。そして、円錐ローラー２１を開閉して断続的に導線の圧延を行うようにすれば、矩形平板断面の直線部と、台形断面の屈曲部とを有するコイルを得ることができる。上記の方法によれば、屈曲部の内周側に肉厚部分やしわなどが生じることなく矩形平板状の導線を屈曲させることができる。そして、得られたコイルにエナメルやセラミックス等の絶縁被覆２（図１）を施せば良い。
【００２４】
このようなコイルをコアに組み込んでステーターを形成する。図３は一般的なモーターの概略構成図である。
【００２５】
図３に示すインナーローター型ブラシレスＤＣモーターは、中心側にローター３０となる磁石を具え、その外周にステーター４０を具える。ステーター４０は、ローターと同軸状に配されたリング部４１と、このリング部４１から中心に向かって突出する複数の突起部４２とからなるコアを有する。各突起部４２は、モーターを軸方向から見た場合、ほぼＴ型の断面を有し、その外周には導線を巻きつけてコイル１０が形成される。通常、コイル１０と突起部４２との間には絶縁材（図示せず）が介在されている。このモーターでは、ホール素子５０を使って磁石の回転位置を検出し、インバータ５１にフィードバックしてコイル１０への通電を制御する。
【００２６】
このようなステーター４０に図１のコイル１０を装着した状態の部分斜視図を図４に示す。図４における上下方向への矢印はモーター回転軸を示している。この図に示すように、隣接する突起部４２同士の間に形成される空間内にコイルの直線部１１が配置され、ステーターの端面、つまり前記空間外にコイルの屈曲部１２が形成される。Ｔ型の突起部にコイルをはめ込むには、リング部４１と突起部４２とを分割式とすればよい。つまり、リング部４１から一旦取り外した突起部４２の外周にコイル１０を嵌め込み、その後、突起部４２をリング部４１に固定することでステーター４０を構成すれば良い。
【００２７】
上述のようにステーターを構成すれば、屈曲部１２は直線部１１に比べ導線断面積が小さいため発熱しやすいが、突起部４２で囲まれる空間の外部に配することで効率的な放熱を行うことができる。また、突起部４２と直接接する直線部１１は、突起部４２を通じての熱伝導により放熱を行うことができる。
【００２８】
以上の説明では、ステーターにコイルを設けた構成を例として本発明モーター部品の製造方法を説明したが、ローターでも図１に示すコイルを用いることができる。例えば、図５に示すように、リング部６１の外周にほぼＴ型の突起部６２が放射状に突出されたコアを用い、この突起部６２の外周に図１に示すコイル１０を嵌め込めば良い。ローター６０の外周にはステーター７０となる磁石が配置される。この場合でも、Ｔ型の突起部６２はリング部６１と分割式にすることで、容易にコイル１０の嵌め込みを行うことができる。
【００２９】
（単一コイルの変形例）
前記基本構成では直線部における厚さが一様のコイルを用いた例について説明したが、リング部径方向の外周側に向かうにしたがって導線が幅広・薄肉となるコイルとしても良い。図６は、幅と厚さが変化する導線を用いたステーターの部分平面図である。この平面図は、モーターの回転軸方向から見た状態を示している。
【００３０】
図６に示すように、このコイル１０は、リング部内周側における導線が幅狭・肉厚で、同外周側における導線が幅広・薄肉となっている。各突起部４２の間に形成される空間は、モーター回転軸方向から見た場合、扇型に形成されている。そのため、突起部４２における先端側（リング部内周側）に幅の狭い導線を巻き付け、突起部根元側（リング部外周側）に幅の広い導線を巻き付ければ、前記扇形の空間内に高い占積率でコイル１０を収納することができる。
【００３１】
このように、内周側と外周側とで導線の厚みと幅が異なるコイル１０を形成するには、前記図２における円筒ローラー２０での圧下率を連続的に大きくして行くことで実現できる。つまり、圧延し始めは、円筒ローラー２０同士の間隔を大きくしておき、圧延が進行するに伴って順次円筒ローラー同士の間隔を狭めていく。それにより、円錐ローラー２１に導入される時点の導線の幅を広く、厚さを薄くすることができる。
【００３２】
（本発明モーター部品に用いられる複数の連続コイル）
単体のコイルは上述した方法により製造することができ、さらに円錐ローラにより幅方向に不均一な圧延を組み合わせて折り曲げ部を形成することで、一連の導線により、複数のコイルを接続した状態にして形成することができる図７は複数のコイルが折り曲げ部を介して接続された状態を示す説明図である。
【００３３】
多相モーターにおける同相のコイル同士は直列に接続することができる。そこで、図７に示すように、導線を折り曲げた折り曲げ部８０を介して同相のコイル同士を連結させる。
【００３４】
この折り曲げ部８０の断面形状は、折り曲げの外周側の厚みが内周側の厚みに比べて小さい台形状とする。折り曲げ部８０を形成するには、コイル１０の屈曲部１２を形成したときと同様に、折り曲げ部外周側となる導線の側縁側を同内周側となる導線の側縁側よりも大きく圧延することにより実現できる。
【００３５】
すなわち、図８に示すように、円筒ローラー２０の下流に第１円錐ローラー２１を設け、さらに下流に第２円錐ローラー２２を設ける。第１円錐ローラー２１は導体の一方の側縁側を大きく圧潰するようなローラー構造になっているが、第２円錐ローラー２２は逆に導体の他方の側縁側を大きく圧潰するようなローラー構造になっている。
【００３６】
このような圧延ラインにおいて、まず円筒ローラー２０で矩形平板状の導線を形成する。続いて、第１円錐ローラー２１により断続的に導線を圧延することで、導体の一方の側縁側が外周となる屈曲部を形成し、直線部と屈曲部とからなるコイルを作製する。さらに、一つ目のコイルが作製されると、今度は第２円錐ローラー２２で導体の他方の側縁側を断続的に圧潰して、ほぼ直角に折り曲げられた折り曲げ部を形成する。その際、第１円錐ローラー２１による圧延は行わない。そして、折り曲げ部が形成できれば、再度第１円錐ローラー２１で断続的な圧延を行うことにより、二つ目のコイルを作製することができる。勿論、同様の工程を連続することで、さらに多くのコイルを連続して形成することもできる。同相コイルを一体成形することによって、コイル製造はもちろん、コイルの突起部への組み込みも容易にすることができる。
【００３７】
また、図９に示すように、多相モーターにおける各相のコイル１０を独立して作製する場合でも、第２円錐ローラーを用いることで、折り曲げ部８０を形成して、コイルから導線の引き出しを行うことができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明モーター部品によれば、直線部を矩形平板断面の導線で構成し、屈曲部を台形断面の導線で構成した複数のコイルが連続されているため、高い占積率と放熱性を得ることができ、多相モーターへの適用が最適である。
【００３９】
また、本発明モーター部品の製造方法によれば、矩形平板断面の導線に対して幅方向に不均一な圧延を断続的に行うことにより、直線部を矩形平板断面の導線で構成し、屈曲部や折り曲げ部を台形断面の導線で構成したモーター部品を容易に得ることができる。特に、複数のコイルを一連の導線にて得ることができ、製造性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明モーター部品に用いるコイル単体状態の斜視図、（Ｂ）は（Ａ）図におけるＸ部断面図、（Ｃ）は（Ａ）図におけるＹ部断面図である。
【図２】本発明方法における最初のコイルを製造する工程の説明図である。
【図３】一般的なモーターの概略構成図である。
【図４】ステーターに図１のコイルを装着した状態を示す部分斜視図である。
【図５】ローターに図１のコイルを装着した状態を示す平面図である。
【図６】幅と厚さが変化する導線を用いたステーターの部分平面図である。
【図７】本発明モーター部品に用いる複数のコイルを示す説明図である。
【図８】図７のコイルを製造する工程の説明図である。
【図９】本発明方法を応用した多相モーターのコイルを示す構成図である。
【符号の説明】
１　導線
２　絶縁被覆
１０　コイル
１１　直線部
１２　屈曲部
２０　円筒ローラー
２１　（第１）円錐ローラー
２２　第２円錐ローラー
３０　ローター
４０　ステーター
４１　リング部
４２　突起部
５０　ホール素子
５１　インバータ
６０　ローター
６１　リング部
６２　突起部
７０　ステーター
８０　折り曲げ部

Claims (2)

1. コアと、導線を巻いて連続的に形成された複数のコイルとを有するモーター部品であって、
   前記コアは、リング部と、リング部の径方向に伸びて前記導線が巻き付けられる突起部とを具え、
   前記コイルは直線部と屈曲部とを有し、
   前記直線部の導線断面形状は矩形板状で、前記屈曲部の導線断面形状は屈曲の外周側の厚みが内周側の厚みに比べて小さい台形状であり、
   複数のコイルのうち、同相のコイルは前記導線を折り曲げた折り曲げ部を介して互いに連結され、
   その折り曲げ部の断面形状は、折り曲げの外周側の厚みが内周側の厚みに比べて小さい台形状であることを特徴とするモーター部品。
2. 圧延で形成された断面が矩形板状の導線を直線状に搬送して直線部を形成すると共に、断続的に前記導線における一方の側縁側を他方の側縁側に比べて大きく圧延して断面が台形状の屈曲部を形成して、直線部と屈曲部とからなるコイルを形成する工程と、
   前記コイルを形成後、断続的に前記導線における一方の側縁側を他方の側縁側に比べて大きく圧延し、断面が台形状の折り曲げ部をコイル端部に連続して形成する工程と、
   折り曲げ部の形成後、断続的に前記導線における一方の側縁側を他方の側縁側に比べて大きく圧延して断面が台形状の屈曲部を形成して、直線部と屈曲部とからなる別のコイルを連続的に形成する工程と、
   前記各コイルの内側に突起部をはめ込む工程とを有することを特徴とするモーター部品の製造方法。

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