JP5229381B2

JP5229381B2 - モータ用導線およびモータ用コイル

Info

Publication number: JP5229381B2
Application number: JP2011505273A
Authority: JP
Inventors: 広暁浦野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-10-15
Filing date: 2010-10-15
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2030-10-15
Also published as: KR20120083213A; EP2639939A1; CN102668335A; US9088192B2; WO2012049775A1; JPWO2012049775A1; KR101332129B1; US20120092117A1; EP2639939A4

Description

本発明は、導電性を備える細線が複数束ねられて構成されたモータ用導線、および当該モータ用導線を使用したモータ用コイルに関するものである。

モータにおけるコイルの占積率向上を図るため、コイルの線材として平角導線が使用されている。ここでコイルの占積率とは、コイルを配置する空間の断面における線材の面積の比率である。しかし、平角導線は断面積が大きいので、平角導線が交流磁場中におかれたときに平角導線内において磁束に対して垂直な面内に発生する渦電流が大きくなり、渦電流損失が増大するおそれがある。ここで渦電流損失とは、渦電流が流れることにより発生する電力損失のことである。

そこで、エナメル、酸化物などの絶縁部が外周面に設けられた細い導体線（以下、細線という）を複数束ねることにより、各導体線の断面積を小さくして渦電流を小さくし、渦電流損失を低減することが考えられる。

このように細線を複数束ねた従来技術として、細線を集合させて細線の束を形成し、この細線の束の外周面に対し樹脂製の被膜を押出し成形することで細線の集合状態を維持する導線が存在する。

しかしながら、細線の束の外周面を樹脂で被覆しているので、被覆している部分の強度が低い。そのため、例えばモータ用コイルを形成するために導線を曲げ加工する時に、導線の曲げ部分において内側の細線と外側の細線とで曲げ径が異なって周長差が生じ、樹脂製の被膜により細線の集合状態を維持することができず束ねた細線がバラけてしまう。

ここで、特許文献１には、複数の平角絶縁素線を積み重ねて、その外周面に共通の絶縁層を設けた複合巻線が開示されている。

実開平０５−６６８１５号公報

しかしながら、特許文献１の複合巻線では、共通絶縁層は絶縁紙やプラスチックテープなどの絶縁材料からなるので強度が低い。そのため、複合巻線を曲げた際に、共通絶縁層が破れて内部の複数の平角絶縁素線がバラけてしまうおそれがあり、特許文献１の複合巻線は曲げ加工に対する耐久性が低い。

そこで、本発明は、曲げ加工に対する耐久性の向上を図ることができるモータ用導線およびこのモータ用導線を使用したモータ用コイルを提供すること、を課題とする。

上記課題を解決するためになされた本発明の一態様は、導電体の外周面に絶縁部が設けられた細線を複数束ねた集合細線の外周面を被覆部材により被覆したモータ用導線において、前記被覆部材は金属により形成され、前記被覆部材の電気抵抗値は前記導電体の電気抵抗値以上であり、前記被覆部材は箔状部材であること、を特徴とする。

すなわち、被覆部材の電気抵抗値は導電体の電気抵抗値と同じか、あるいは、被覆部材の電気抵抗値は導電体の電気抵抗値よりも大きいこと、を特徴とする。

この態様によれば、被覆部材は金属により形成されているので、従来技術のように樹脂で被覆する場合と比較して、被覆部分の強度を高くすることができる。そのため、モータ用コイルを形成する際に本発明のモータ用導線を曲げたときに内径側の細線と外径側の細線とで曲げ径が異なって周長差が生じても被覆部材により集合細線の集合状態が維持され、集合細線がバラけない。したがって、モータ用導線の曲げ加工に対する耐久性を高くすることができる。

また、被覆部材を細線の導電体の電気抵抗値よりも大きい電気抵抗値を備える金属で形成すれば、本発明のモータ用導線により形成したモータ用コイルを有するモータにおいて交番磁界を印加したときに、被覆部材における渦電流の発生を抑制できる。そのため、本発明のモータ用導線により形成したモータ用コイルを有するモータにおいて、さらに渦電流損失を低減することができる。また、箔状部材により容易に複数の細線を包み込んで集合させて束ねることができるので、モータ用導線の製造作業における負担を軽減することができる。

上記の態様においては、前記モータ用導線の断面は矩形状に形成され、前記箔状部材の両端部を接合した接合部は前記断面にて短辺を形成する面に設けられていること、が好ましい。

この態様によれば、本発明のモータ用導線をエッジワイズ曲げ加工してモータ用コイルを形成する際に、箔状部材の接合部をモータ用コイルの外周側に位置させることにより、箔状部材の接合部に大きな負荷がかからない。そのため、箔状部材の接合部が分離することを抑制できる。したがって、集合細線における複数の細線の集合状態を維持しつつ、モータ用コイルを形成することができる。

上記課題を解決するためになされた本発明の他の態様は、導電体の外周面に絶縁部が設けられた細線を複数束ねた集合細線の外周面を被覆部材により被覆したモータ用導線を螺旋状に巻いて形成したモータ用コイルにおいて、前記被覆部材は前記導電体の電気抵抗値以上の電気抵抗値を備える金属により形成された箔状部材であり、前記箔状部材の両端部を接合した接合部は前記モータ用コイルの外周側に位置すること、を特徴とする。

この態様によれば、被覆部材は金属により形成されているので、従来技術のように樹脂で被覆する場合と比較して、被覆部分の強度を高くすることができる。そのため、モータ用コイルを形成する際に本発明のモータ用導線を曲げたときに内径側の細線と外径側の細線とで曲げ径が異なって周長差が生じても被覆部材により集合細線の集合状態が維持され、集合細線がバラけない。

また、被覆部材を細線の導電体の電気抵抗値よりも大きい電気抵抗値を備える金属で形成すれば、本発明のモータ用導線により形成したモータ用コイルを有するモータにおいて交番磁界を印加したときに、被覆部材における渦電流の発生を抑制できる。そのため、本発明のモータ用導線により形成したモータ用コイルを有するモータにおいて、さらに渦電流損失を低減することができる。

また、モータ用コイルの曲げ部において箔状部材の接合部がモータ用コイルの外周側に位置することになる。そのため、モータ用コイルを形成するためモータ用導線をエッジワイズ曲げ加工する際に、モータ用コイルの曲げ部において接合部両側の導線変形状態の差が小さくなり、箔状部材の接合部に大きな負荷がかからないので、箔状部材の接合部が分離することを抑制できる。したがって、集合細線における複数の細線の集合状態を維持できる。

本発明に係るモータ用導線およびモータ用コイルによれば、曲げ加工に対する耐久性の向上を図ることができる。

実施例１の平角導線の外観斜視図である。箔材で集合細線を包む様子を示す図である。モータ用コイルの外観斜視図である。モータ用コイルの曲げ部の拡大図である。実施例２の平角導線の外観斜視図である。実施例２の変形例の平角導線の外観斜視図である。集合細線にテープを巻く様子を示す図である。集合細線にテープを巻く様子を示す図である。

以下、本発明を具体化した形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明においてモータ用導線として断面が四角形の平角導線を例に挙げて説明するが、これに限定されず、本発明は断面がその他の多角形の導線や断面が円形の導線などにも幅広く適用することができる。

〔実施例１〕
実施例１の平角導線１は、図１に示すように、複数の細線１０と箔材１２などを有している。なお、箔材１２は、本発明の「箔状部材」の一例である。また、説明の便宜上、図１に示す平角導線１は、絶縁性を確保するために外周面にエナメル樹脂などを塗布して設けられた絶縁層を省略して示している。

細線１０は、芯線１４の外周面に絶縁部１６が設けられたものである。芯線１４は、導電体であり、例えば、銅、アルミニウム、銀、金、あるいはこれらの合金などの導電性を有する金属により線状に形成されている。絶縁部１６は、エナメル樹脂または酸化金属などにより形成されている。

図１に示すように、平角導線１は、複数の細線１０を集合させて束ねた集合細線１８の外周面を箔材１２により被覆して形成されている。本実施例では、平角導線１の断面は短辺２０と長辺２２とからなる矩形状（四角形）に形成されている。また、箔材１２の（平角導線１の前記断面の周方向における）両端部を接合した接合部２４は、平角導線１の断面にて短辺２０を形成する面２６に設けられている。後述するように、平角導線１をエッジワイズ曲げ加工することによりコイル２８（図３参照）を形成するときに、この面２６がコイル２８の外周側に位置するようにする。なお、図１に示す平角導線１の例では、細線１０を横方向に６本配列し縦方向に４本配列している。

また、箔材１２の材質は、細線１０の芯線１４と同じ金属（すなわち電気抵抗値が同じ金属）、あるいは、細線１０の芯線１４の電気抵抗値よりも大きい電気抵抗値の金属である。例えば、細線１０の芯線１４の材質が銅の場合には、箔材１２の材質は銅、または銅よりも電気抵抗値の大きい金属（例えば、アルミニウムや鉄など）とする。また、細線１０の芯線１４の材質がアルミニウムの場合には、箔材１２の材質はアルミニウム、またはアルミニウムよりも電気抵抗値の大きい金属（例えば、鉄など）とする。

特に、箔材１２の材質を細線１０の芯線１４の電気抵抗値よりも大きい電気抵抗値の金属とすることにより、平角導線１により形成されたコイル２８（図３参照）をモータ（不図示）に取り付けて平角導線１が交流磁場中におかれたときに箔材１２に発生する渦電流が低減するので、渦電流損失が低減する。

次に、このような構造を有する平角導線１の製造方法について説明する。

まず、複数の細線１０を集合させて束ねて集合細線１８を形成する。本実施例では、一例として、２４本の細線１０を集合させて束ねる。

次に、図２に示すように、集合細線１８の外周面に箔材１２を巻き付けて箔材１２の両端部を接合することにより、集合細線１８の外周面を箔材１２で包み込むようにして被覆する。箔材１２の両端部を接合する方法としては、レーザ溶接や、接着剤を塗布して焼き付ける方法や、圧接などが考えられる。

次に、集合細線１８を箔材１２で被覆した状態の線を圧延した後、所定の寸法に形成したダイス（不図示）に通して引き落すことにより、断面を所望の寸法からなる矩形状に形成した平角導線１を製造することができる。例えば、図１に示すように、細線１０を横方向に６本配列し縦方向に４本配列した平角導線１を製造することができる。

なお、その後、平角導線１の絶縁性を確保するために、平角導線１の外周面にエナメル樹脂を塗布し、焼付きを行った後、平角導線１をボビンに巻き取る。
以上により、実施例１の平角導線１を製造することができる。

このように製造した平角導線１を使用してコイル２８を形成した例を図３に示す。また、図４は、コイル２８の曲げ部３０の周辺（図３で一点鎖線で囲んだ部分）の拡大図である。なお、コイル２８は、本発明の「モータ用コイル」の一例である。

図３に示すように、コイル２８は、平角導線１をエッジワイズ曲げ加工することで、螺旋状に巻いて形成したものである。ここで、エッジワイズ曲げ加工とは、平角導線１の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縦に巻くようにして、平角導線１を幅方向に曲げて巻く加工である。

本実施例では、前記の図１に示すように箔材１２の接合部２４は面２６に設けられており、この面２６を外径面として平角導線１を螺旋状に巻く。このようにして、箔材１２の接合部２４がコイル２８の外周側に位置するようにして、コイル２８を形成する。これにより、図４に示すように、コイル２８の曲げ部３０において、箔材１２の接合部２４がコイル２８の外周側に位置することになる。

なお、前記のように平角導線１をボビンに巻き取る際に、箔材１２の接合部２４が外周側に向くようにしてボビンに平角導線１を巻いておけば、コイル２８を形成する際に、箔材１２の接合部２４がコイル２８の外周側に位置するように管理しやすくなる。

実施例１の平角導線１によれば、導電性を備える導体線として断面積の小さい細線１０を使用するので、平角導線１により形成したコイル２８を有するモータにおいて交番磁界を印加したときに、平角導線１における渦電流の発生を抑制することができる。そのため、実施例１の平角導線１により形成したコイル２８を有するモータにおいて、渦電流損失を低減することができる。

また、複数の細線１０を集合させて束ねた集合細線１８の外周面を金属の箔材１２で包み込むように被覆するので、従来技術のように樹脂で被覆する場合と比較して、被覆部分の強度を高くすることができる。そのため、コイル２８を形成する際に、平角導線１を曲げたときに内径側の細線１４と外径側の細線１４とで曲げ径が異なって周長差が生じても箔材１２により集合細線１８の集合状態が維持され、集合細線１８がバラけない。したがって、平角導線１の曲げ加工に対する耐久性を高くすることができる。

また、箔材１２の材質を細線１０の芯線１４の電気抵抗値よりも大きい電気抵抗値を有する金属とすることにより、平角導線１により形成したコイル２８を有するモータにおいて交番磁界を印加したときに、箔材１２における渦電流の発生を抑制できる。そのため、実施例１の平角導線１により形成したコイル２８を有するモータにおいて、さらに渦電流損失を低減することができる。

また、箔材１２により容易に複数の細線１４を包み込んで集合させて束ねることができるので、平角導線１の製造作業における負担を軽減することができる。

また、コイル２８について、箔材１２の接合部２４がコイル２８の外周側に位置するようにしながら平角導線１を螺旋状に巻いて形成している。これにより、コイル２８の曲げ部３０においても、箔材１２の接合部２４がコイル２８の外周側に位置することになる。そのため、コイル２８を形成するため平角導線１をエッジワイズ曲げ加工する際に、曲げ部３０において接合部両側の導線変形状態（例えば、内周側と外周側とにおける伸び率）の差が小さくなり、接合部２４に大きな負荷がかからないので、接合部２４が分離することを抑制できる。したがって、集合細線１８における複数の細線１４の集合状態を維持できる。

〔実施例２〕
実施例２の平角導線２は、図５に示すように、複数の細線１０とテープ３２などを有している。細線１０は、実施例１と同様のものである。図５に示すように、平角導線２は、複数の細線１０を集合させて束ねた集合細線１８の外周面にテープ３２を螺旋状に巻き付けて形成されている。なお、テープ３２は、本発明の「帯状部材」の一例である。以下の説明では、実施例１と同等の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

また、テープ３２の材質は、細線１０の芯線１４と同じ金属（すなわち電気抵抗値が同じ金属）、あるいは、細線１０の芯線１４の電気抵抗値よりも大きい電気抵抗値の金属である。例えば、細線１０の芯線１４の材質が銅の場合には、テープ３２の材質は銅、または銅よりも電気抵抗値の大きい金属（例えば、アルミニウムや鉄など）とする。また、細線１０の芯線１４の材質がアルミニウムの場合には、テープ３２の材質はアルミニウム、またはアルミニウムよりも電気抵抗値の大きい金属（例えば、鉄など）とする。

なお、テープ３２の材質を細線１０の芯線１４の電気抵抗値よりも大きい電気抵抗値の金属とすることにより、平角導線２により形成されたコイル２８をモータに取り付けて平角導線２が交流磁場中におかれたときにテープ３２に発生する渦電流が低減するので、渦電流損失が低減する。

テープ３２の巻き方は、図５に示すようにテープ３２が集合細線１８を周回するごとに集合細線１８の軸方向にテープ３２同士の間隔を空けながら巻き付ける。あるいは、図６に示すようにテープ３２が集合細線１８を周回するごとに集合細線１８の軸方向にテープ３２の短手方向の端部３４が重なり合うようにして巻き付けてもよい。

このような構造を有する平角導線２の製造方法について説明する。まず、実施例１と同様に、複数の細線１０を集合させて集合細線１８を形成する。

次に、集合細線１８の外周面にボビン３６，３８から供給されるテープ３２を巻き付ける。このとき、図７に示すように、集合細線１８を停止させておいて、ボビン３６を集合細線１８の軸方向に移動させつつ周方向に回転移動させながら、集合細線１８の外周面にテープ３２を巻き付ける手法、が考えられる。あるいは、図８に示すように、ボビン３８の中心に設けた穴４０に集合細線１８を通し、ボビン３８を回転させて集合細線１８の外周面にテープ３２を巻き付ける方法も考えられる。

なお、前記の図６に示すように集合細線１８の軸方向にテープ３２の短手方向の端部３４が重なり合うようにして巻き付ける場合には、各々のテープ３２の短手方向の端部３４を接合または接着してもよい。このときの接合方法または接着方法としては、例えば、レーザ溶接や、接着剤を塗布して焼き付ける方法や、圧接などが考えられる。

次に、集合細線１８にテープ３２を巻き付けた線を圧延した後、所定の寸法に形成したダイス（不図示）に通して引き落すことにより、断面を所望の寸法からなる矩形状に形成した平角導線２を製造することができる。

なお、その後、平角導線２の絶縁性を確保するために、平角導線２の外周面にエナメル樹脂を塗布し、焼付きを行った後、平角導線２をボビンに巻き取る。

以上により、実施例２の平角導線２を製造することができる。なお、このように製造された平角導線２をエッジワイズ曲げ加工することにより、前記の図４に示すようなコイル２８を形成することができる。

実施例２の平角導線２によれば、導電性を備える導体線として断面積の小さい細線１０を使用するので、平角導線２により形成したコイル２８を有するモータにおいて交番磁界を印加したときに、平角導線２における渦電流の発生を抑制することができる。そのため、実施例２の平角導線２により形成したコイル２８を有するモータにおいて、渦電流損失を低減することができる。

また、複数の細線１０を集合させて束ねた集合細線１８の外周面に金属のテープ３２を巻き付けて被覆するので、従来技術のように樹脂で被覆する場合と比較して、被覆部の強度を高くすることができる。そのため、コイル２８を形成する際に、平角導線２を曲げたときに内側の細線１４と外側の細線１４とで曲げ径が異なって周長差が生じてもテープ３２により集合細線１８の集合状態が維持され、集合細線１８がバラけない。したがって、平角導線２の曲げ加工に対する耐久性を高くすることができる。

また、テープ３２の材質を細線１０の芯線１４の電気抵抗値よりも大きい電気抵抗値を有する金属とすることにより、平角導線２により形成したコイル２８を有するモータにおいて交番磁界を印加したときに、テープ３２における渦電流の発生を抑制できる。そのため、平角導線２により形成したコイル２８を有するモータにおいて、さらに渦電流損失を低減することができる。

また、テープ３２により容易に複数の細線１４を集合させて束ねることができるので、平角導線２の製造作業における負担を軽減することができる。

また、テープ３２が集合細線１８を周回するごとにテープ３２同士の間隔を空けて巻き付けることにより、テープ３２の使用量を減らすことができるので、製造コストを低減できる。また、平角導線２を曲げ易くなり、コイル２８の形成時における作業負担を軽減することができる。

また、テープ３２が集合細線１８を周回するごとに集合細線１８の軸方向にテープ３２の短手方向の端部３４が重なり合うようにして巻き付けることにより、テープ３２により複数の細線１４を保持する力を大きくすることができる。そのため、より安定して複数の細線１４を集合状態に維持することができる。また、テープ３２にて導電させることができる。

また、テープ３２の巻き付けは作業が容易であり、実施例１のように溶接などの接合作業を行う必要がないので、実施例２の平角導線２は、実施例１の平角導線１よりも製造コストを低減することができる。

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。例えば、実施例１と実施例２では、細線１０の断面は矩形状（四角形）に形成されているが、これに限定されず、細線１０の断面は正方形、三角形や六角形などのその他の多角形、円形に形成されていてもよい。また、複数の細線１０は、断面形状が同一であっても、また、相互に異なっていてもよい。

１平角導線
２平角導線
１０細線
１２箔材
１４芯線
１６絶縁部
１８集合細線
２０短辺
２２長辺
２４接合部
２６面
２８コイル
３０曲げ部
３２テープ
３４端部
３６ボビン
３８ボビン
４０穴

Claims

導電体の外周面に絶縁部が設けられた細線を複数束ねた集合細線の外周面を被覆部材により被覆したモータ用導線において、
前記被覆部材は金属により形成され、
前記被覆部材の電気抵抗値は前記導電体の電気抵抗値以上であり、
前記被覆部材は箔状部材であること、
を特徴とするモータ用導線。
請求項１のモータ用導線において、
前記モータ用導線の断面は矩形状に形成され、
前記箔状部材の両端部を接合した接合部は前記断面にて短辺を形成する面に設けられていること、
を特徴とするモータ用導線。
導電体の外周面に絶縁部が設けられた細線を複数束ねた集合細線の外周面を被覆部材により被覆したモータ用導線を螺旋状に巻いて形成したモータ用コイルにおいて、
前記被覆部材は前記導電体の電気抵抗値以上の電気抵抗値を備える金属により形成された箔状部材であり、
前記箔状部材の両端部を接合した接合部は前記モータ用コイルの外周側に位置すること、
を特徴とするモータ用コイル。