特開 2024-144083 連続線コイル及びステータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024144083

(43)【公開日】2024-10-11

(54)【発明の名称】連続線コイル及びステータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 3/28 20060101AFI20241003BHJP

【ＦＩ】

H02K3/28 N

【審査請求】有

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023213826

(22)【出願日】2023-12-19

(31)【優先権主張番号】202310310909.6

(32)【優先日】2023-03-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(71)【出願人】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106002

【弁理士】

【氏名又は名称】正林 真之

(74)【代理人】

【識別番号】100120891

【弁理士】

【氏名又は名称】林 一好

(74)【代理人】

【識別番号】100160794

【弁理士】

【氏名又は名称】星野 寛明

(72)【発明者】

【氏名】大曲 賢一

(72)【発明者】

【氏名】吉村 拓郎

【テーマコード（参考）】

5H603

【Ｆターム（参考）】

5H603AA09

5H603CA01

5H603CA05

5H603CD06

5H603CD26

(57)【要約】

【課題】ターン数が奇数及び偶数のいずれの場合にも容易に対応できるとともに、コイルエンド部を小型化できる連続線コイルを提供すること。
【解決手段】ステータコアの複数のスロットに嵌合する複数のスロット嵌合部と、複数のスロット嵌合部の延び方向の両端部にそれぞれ配置され、隣り合うスロット嵌合部同士を接続する複数のコイルエンド部と、を有し、コイルエンド部が導体を厚み方向に折り返すことによって形成されるシート状の連続線コイルにおいて、ステータコアの１周分以上の周回長さに対応可能な数の複数のスロット嵌合部を有する２層コイル部と、２層コイル部に連続して設けられ、ステータコアの１周分の周回長さに対応可能な数の複数のスロット嵌合部を有する１層コイル部と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ステータコアの複数のスロットに嵌合する複数のスロット嵌合部と、前記複数のスロット嵌合部の延び方向の両端部にそれぞれ配置され、隣り合う前記スロット嵌合部同士を接続する複数のコイルエンド部と、を有し、前記コイルエンド部が導体を厚み方向に折り返すことによって形成されるシート状の連続線コイルにおいて、
前記ステータコアの１周分以上の周回長さに対応可能な数の前記複数のスロット嵌合部を有する２層コイル部と、
前記２層コイル部に連続して設けられ、前記ステータコアの１周分の周回長さに対応可能な数の前記複数のスロット嵌合部を有する１層コイル部と、を備える、ことを特徴とする連続線コイル。

【請求項2】

前記２層コイル部は、折り返し部を境に折り返された第１の層及び第２の層によって構成される、ことを特徴とする請求項１に記載の連続線コイル。

【請求項3】

前記第１の層の前記コイルエンド部と、前記第２の層の前記コイルエンド部とは、前記２層コイル部の長さ方向に交互にずれて配置されている、請求項２に記載の連続線コイル。

【請求項4】

前記１層コイル部は、前記第１の層及び前記第２の層のいずれか一方の層に連続している、ことを特徴とする請求項２又は３に記載の連続線コイル。

【請求項5】

複数のスロットを有するステータコアと、前記複数のスロットに装着されるシート状の連続線コイルと、を備え、
前記連続線コイルは、前記複数のスロットに嵌合する複数のスロット嵌合部と、前記複数のスロット嵌合部の延び方向の両端部にそれぞれ配置され、隣り合う前記スロット嵌合部同士を接続する複数のコイルエンド部と、を有し、前記コイルエンド部が導体を厚み方向に折り返すことによって形成されるステータにおいて、
前記連続線コイルは、
前記ステータコアの１周分以上の周回長さに対応可能な数の前記複数のスロット嵌合部を有する２層コイル部と、
前記２層コイル部に連続して設けられ、前記ステータコアの１周分の周回長さに対応可能な数の前記複数のスロット嵌合部を有する１層コイル部と、を備える、ことを特徴とするステータ。

【請求項6】

前記２層コイル部は、折り返し部を境に折り返された第１の層及び第２の層によって構成される、ことを特徴とする請求項５に記載のステータ。

【請求項7】

前記第１の層の前記コイルエンド部と、前記第２の層の前記コイルエンド部とは、前記２層コイル部の長さ方向に交互にずれて配置されている、請求項６に記載のステータ。

【請求項8】

前記１層コイル部は、前記第１の層及び前記第２の層のいずれか一方の層に連続している、ことを特徴とする請求項６又は７に記載のステータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、連続線コイル及びステータに関する。

【背景技術】

【0002】

電動機、発電機等の回転電機のステータは、ステータコアと、ステータコアのスロットに装着されるコイルと、によって構成される。コイルとしては、一般に、セグメントコイルと連続線コイルとが知られている。セグメントコイルは、Ｕ字状に成形されたセグメントコンダクタを２つのスロットに挿入した後、両端部を溶接することによって、ステータコアに装着される。連続線コイルは、複数本の導体によって直線状の複数のスロット嵌合部を有するシート状のコイルを成形し、各スロット嵌合部をそれぞれスロットに嵌合することによって、溶接することなくステータコアに装着される。

【0003】

連続線コイルは、並列する複数本の導体の直線部分を傾斜状に折り曲げる工程と、その傾斜状の折り曲げ部を中央部で折り返すことによって山型状のコイルエンド部を成形する工程と、を複数回繰り返すことによって、長尺なシート状に製造される（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２１－５８０７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

連続線コイルとしては、１枚のシート状のコイルが、ステータの１周分に対応する１層（１ターン）で形成されるパターン（フラットワインディングと呼ばれることがある。）と、１枚のシート状のコイルが、ステータの２周分に対応する２層（２ターン）で形成されるパターン（ソードワインディングと呼ばれることがある。）と、のいずれかのパターンが存在する。

【0006】

フラットワインディングの連続線コイルは、１枚で１ターンを形成するため、所望のターン数分の連続線コイルを使用し、ステータコアのスロットに重ねるように装着することによって、ターン数が奇数及び偶数のいずれの場合にも対応可能である。しかし、導体を折り返すことによって成形される連続線コイルのコイルエンド部は、２ターン分の厚みを有するため、コイルエンド部の厚みはターン数の２倍になる。そのため、フラットワインディングの連続線コイルを使用した場合、コイルエンド部を小型化できず、コンパクトなステータを構成することが困難である。

【0007】

一方、ソードワインディングの連続線コイルでは、コイルエンド部は、ターン数とほぼ同等の厚みを有するため、コイルエンド部の小型化が可能である。しかし、ソードワインディングの連続線コイルは２層構造であるため、対応可能なターン数は偶数に制約される。

【0008】

本発明は、ターン数が奇数及び偶数のいずれの場合にも容易に対応できるとともに、コイルエンド部を小型化できる連続線コイル、及びその連続線コイルを用いたステータを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

（１） 本発明に係る連続線コイルは、ステータコア（例えば、後述のステータコア３１）の複数のスロット（例えば、後述のスロット３４）に嵌合する複数のスロット嵌合部（例えば、後述のスロット嵌合部２１）と、前記複数のスロット嵌合部の延び方向の両端部にそれぞれ配置され、隣り合う前記スロット嵌合部同士を接続する複数のコイルエンド部（例えば、後述のコイルエンド部２２）と、を有し、前記コイルエンド部が導体（例えば、後述の導体２）を厚み方向に折り返すことによって形成されるシート状の連続線コイル（例えば、後述の連続線コイル１）において、前記ステータコアの１周分以上の周回長さに対応可能な数の前記複数のスロット嵌合部を有する２層コイル部（例えば、後述の２層コイル部１１）と、前記２層コイル部に連続して設けられ、前記ステータコアの１周分の周回長さに対応可能な数の前記複数のスロット嵌合部を有する１層コイル部（例えば、後述の１層コイル部１２）と、を備える。

【0010】

（２） 上記（１）に記載の連続線コイルにおいて、前記２層コイル部は、折り返し部（例えば、後述の折り返し部Ｆ）を境に折り返された第１の層（例えば、後述の第１の層１１１）及び第２の層（例えば、後述の第２の層１１２）によって構成される。

【0011】

（３） 上記（２）に記載の連続線コイルにおいて、前記第１の層の前記コイルエンド部（例えば、後述のコイルエンド部２２Ａ）と、前記第２の層の前記コイルエンド部（例えば、後述のコイルエンド部２２Ｂ）とは、前記２層コイル部の長さ方向に交互にずれて配置されている。

【0012】

（４） 上記（２）又は（３）に記載の連続線コイルにおいて、前記１層コイル部は、前記第１の層及び前記第２の層のいずれか一方の層（例えば、後述の第２の層１１２）に連続している。

【0013】

（５） 本発明に係るステータは、複数のスロット（例えば、後述のスロット３４）を有するステータコア（例えば、後述のステータコア３１）と、前記複数のスロット内に装着されるシート状の連続線コイル（例えば、後述の連続線コイル１）と、を備え、前記連続線コイルは、前記複数のスロットに嵌合する複数のスロット嵌合部（例えば、後述のスロット嵌合部２１）と、前記複数のスロット嵌合部の延び方向の両端部にそれぞれ配置され、隣り合う前記スロット嵌合部同士を接続する複数のコイルエンド部（例えば、後述のコイルエンド部２２）と、を有し、前記コイルエンド部が導体（例えば、後述の導体２）を厚み方向に折り返すことによって形成されるステータ（例えば、後述のステータ３）において、前記連続線コイルは、前記ステータコアの１周分以上の周回長さに対応可能な数の前記複数のスロット嵌合部を有する２層コイル部（例えば、後述の2層コイル部１１）と、前記２層コイル部に連続して設けられ、前記ステータコアの１周分の周回長さに対応可能な数の前記複数のスロット嵌合部を有する１層コイル部（例えば、後述の１層コイル部１２）と、を備える。

【0014】

（６） 上記（５）に記載のステータにおいて、前記２層コイル部は、折り返し部（例えば、後述の折り返し部Ｆ）を境に折り返された第１の層（例えば、後述の第１の層１１１）及び第２の層（例えば、後述の第２の層１１２）によって構成される。

【0015】

（７） 上記（６）に記載のステータにおいて、前記第１の層の前記コイルエンド部（例えば、後述のコイルエンド部２２Ａ）と、前記第２の層の前記コイルエンド部（例えば、後述のコイルエンド部２２Ｂ）とは、前記２層コイル部の長さ方向に交互にずれて配置されている。

【0016】

（８） 上記（６）又は（７）に記載のステータにおいて、前記１層コイル部は、前記第１の層及び前記第２の層のいずれか一方の層（例えば、後述の第２の層１１２）に連続している。

【発明の効果】

【0017】

上記（１）に記載の連続線コイルによれば、２層コイル部の長さを適宜設定することによって、ターン数が奇数及び偶数のいずれの場合にも容易に対応できるとともに、コイルエンド部の小型化が可能である。

【0018】

上記（２）に記載の連続線コイルによれば、２層コイル部を容易に成形可能である。

【0019】

上記（３）に記載の連続線コイルによれば、２層コイル部の厚みを最小限に抑えることができる。

【0020】

上記（４）に記載の連続線コイルによれば、２層コイル部と１層コイル部とをステータコアに容易に装着可能である。

【0021】

上記（５）に記載のステータによれば、連続線コイルにおける２層コイル部の長さを適宜設定することによって、ターン数が奇数及び偶数のいずれのステータも容易に形成できるとともに、コイルエンド部が小型化されたコンパクトなステータを構成することができる。

【0022】

上記（６）に記載のステータによれば、連続線コイルの２層コイル部を容易に成形可能である。

【0023】

上記（７）に記載のステータによれば、連続線コイルの２層コイル部の厚みを最小限に抑えることができる。

【0024】

上記（８）に記載のステータによれば、２層コイル部と１層コイル部とを有する連続線コイルをステータコアに容易に装着可能である。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】一実施形態に係る連続線コイルの正面図である。

【図2】一実施形態に係る連続線コイルを模式的に示す平面図である。

【図3】一実施形態に係る連続線コイルを装着したステータを示す平面図である。

【図4】図１中のＡ部のコイルエンド部の平面図である。

【図5】図１中のＢ部のコイルエンド部の平面図を模式的に示す図である。

【図6】７ターンの連続線コイルを模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１及び図２に示すように、連続線コイル１は、Ｘ方向に沿って長尺なシート状に形成される。シート状の連続線コイル１は、図３に示すように、ステータコア３１のスロット３４に装着されてステータ３を構成する。

【0027】

ステータコア３１は、中央の軸孔３２に向けて突出する複数のティース３３を有する。隣り合うティース３３，３３の間に、放射状に配列されて軸孔３２に向けて開口するスロット３４が形成される。図３において、連続線コイル１は、実線及び破線からなる矢印線によって模式的に示されている。

【0028】

ここで、図中に示す連続線コイル１の方向について次のように定義する。Ｘ方向は、連続線コイル１の長さ方向を示す。Ｘ方向は、図３に示すステータコア３１の周方向Ｄ１に対応する。Ｙ方向は、連続線コイル１の幅方向を示す。Ｙ方向は、ステータコア３１の軸方向に対応する。ステータコア３１の軸方向は、図３の紙面に対する垂直方向である。Ｚ方向は、連続線コイル１の厚み方向を示す。Ｚ方向は、図３に示すステータコア３１の径方向Ｄ２に対応する。

【0029】

連続線コイル１についてさらに詳細に説明する。連続線コイル１は、それぞれ折り曲げ成形された複数本の導体２によって構成される。導体２は、例えば、銅線等の金属線である。本実施形態の連続線コイル１は、６本の導体２によって構成されている。導体２は、複数のスロット嵌合部２１と、複数のコイルエンド部２２と、をそれぞれ有するように折り曲げ形成される。スロット嵌合部２１は、ステータコア３１のスロット３４内に嵌合する部位であり、直線状に形成される。コイルエンド部２２は、ステータコア３１のスロット３４から軸方向外側に露出する部位であり、導体２を連続線コイル１の厚み方向に折り返すことによって山型状に成形される。

【0030】

スロット嵌合部２１及びコイルエンド部２２が折り曲げ成形された１本の導体２において、複数本のスロット嵌合部２１は、ステータコア３１の６スロットおきの間隔に対応する間隔で平行に並列するように設けられている。コイルエンド部２２は、ステータコア３１の６スロットおきに配置される２本のスロット嵌合部２１の延び方向の一端部同士及び他端部同士を、連続線コイル１の長さ方向に交互に接続している。

【0031】

折り曲げ成形後の６本の導体２は、それぞれのスロット嵌合部２１がステータコア３１のスロット３４の配列ピッチに略等しいピッチとなるように、連続線コイル１の長さ方向に沿って位置をずらして重ねられている。これによって、連続線コイル１の全てのスロット嵌合部２１は、ステータコア３１のスロット３４の配列ピッチに略等しいピッチで、連続線コイル１の長さ方向に沿って並列して配列される。

【0032】

連続線コイル１は、図１及び図２に示すように、２層コイル部１１と、１層コイル部１２と、によって構成される。２層コイル部１１と１層コイル部１２とは、連続線コイル１の長さ方向に連続している。すなわち、６本の導体２は、２層コイル部１１と１層コイル部１２とに亘って、途切れることなく連続している。

【0033】

２層コイル部１１は、図３に示すように、第１の層１１１と第２の層１１２とからなる２層構造を有する。第１の層１１１と第２の層１１２とは、連続線コイル１の厚み方向に積層されている。２層コイル部１１における６本の導体２は、スロット嵌合部２１の配列ピッチを維持した状態で、折り返し部Ｆを境に連続線コイル１の長さ方向に折り返すことによって、第１の層１１１及び第２の層１１２を形成している。

【0034】

詳しくは、２層コイル部１１における６本の導体２は、連続線コイル１の一方の端部Ｅ１からＸ１方向に沿って、スロット嵌合部２１とコイルエンド部２２とを交互に形成して第１の層１１１を構成した後、折り返し部Ｆで反転する。反転した６本の導体２は、Ｘ２方向に沿って、スロット嵌合部２１とコイルエンド部２２とを交互に形成して第２の層１１２を構成する。第１の層１１１及び第２の層１１２のそれぞれの複数のスロット嵌合部２１は、配列ピッチを維持した状態で、連続線コイル１の厚み方向に積層されている。積層された２層コイル部１１のスロット嵌合部２１，２１は、ステータコア３１の同一のスロット３４内に積層して装着される。

【0035】

図１に示す２層コイル部１１の長さＬ１は、ステータコア３１の１周分以上の周回長さを有する。したがって、２層コイル部１１は、ステータコア３１の１周分以上の周回長さに対応可能な数の複数のスロット嵌合部２１を有する。具体的には、図３に示す本実施形態のステータコア３１は、７２個のスロット３４を有する。そのため、本実施形態の２層コイル部１１は、連続線コイル１の長さ方向に沿って見たとき、７２か所以上のスロット嵌合部２１を有する。２層コイル部１１は、第１の層１１１と第２の層１１２とが積層された積層構造であるため、７２か所以上のスロット嵌合部２１は、連続線コイル１の厚み方向に２本ずつ積層されている。

【0036】

１層コイル部１２は、図１及び図２に示すように、６本の導体２からなる単層構造を有する。１層コイル部１２は、ステータコア３１のスロット３４の配列ピッチに略等しいピッチで配列される複数のスロット嵌合部２１をそれぞれ有する。

【0037】

図１に示す１層コイル部１２の長さＬ２は、ステータコア３１の１周分の周回長さを有する。したがって、１層コイル部１２は、ステータコア３１の１周分の周回長さに対応可能な数の複数のスロット嵌合部２１を有する。具体的には、本実施形態の１層コイル部１２は、７２本のスロット嵌合部２１を有する。

【0038】

図４は、図１における連続線コイル１の１層コイル部１２をＡ部において矢視する方向に見た平面図である。１層コイル部１２における６本のコイルエンド部２２からなる１つの組を観察したとき、導体２は、それぞれ折り返しの頂点２２ａで連続線コイル１の厚み方向に折り返されているため、コイルエンド部２２は、１層分の導体２の厚みＴ１の２倍の厚みＴ２をそれぞれ有する。６本の導体２は、ステータコア３１のスロット３４の配列ピッチに略等しいピッチでずれて重ねられているため、６本のコイルエンド部２２の頂点２２ａ同士は、連続線コイル１の厚み方向には重なっていない。

【0039】

これに対し、図５は、図１における連続線コイル１の２層コイル部１１をＢ部において矢視する方向に見た平面図を模式的に示している。図５におけるハッチング領域は、第１の層１１１の６本のコイルエンド部２２Ａの組を示し、白抜き領域は、第２の層１１２の６本のコイルエンド部２２Ｂの組を示している。各組におけるコイルエンド部２２Ａ，２２Ｂは、図４と同様の構造を有する。

【0040】

２層コイル部１１において、第１の層１１１のコイルエンド部２２Ａの組と第２の層１１２のコイルエンド部２２Ｂの組は、図５に示すように、連続線コイル１の厚み方向に重なることなく、連続線コイル１の長さ方向に交互にずれて配置される。第１の層１１１と第２の層１１２とは、単純に重ねられた積層構造ではなく、第１の層１１１及び第２の層１１２をそれぞれ構成する６本の導体２が、互いに編み込まれることによって積層されている。したがって、２層コイル部１１は、第１の層１１１及び第２の層１１２の２層構造を有するものでありながらも、コイルエンド部２２（２２Ａ，２２Ｂ）の厚みは、１層コイル部１２のコイルエンド部２２と同様に、１層分の導体２の厚みＴ１の２倍の厚みＴ２を有する。

【0041】

連続線コイル１は、図３に示すように、各スロット嵌合部２１をステータコア３１のスロット３４内に順次嵌合することによって、ステータコア３１を周回するように装着される。図３において、実線は２層コイル部１１を示し、破線は１層コイル部１２を示している。この連続線コイル１において、２層コイル部１１は、ステータコア３１の１周分（１ターン分）の周回長さを有している。２層コイル部１１は２層構造であるため、ステータコア３１に２ターンを構成する。１層コイル部１２は単層構造であるため、ステータコア３１に１ターンを構成する。したがって、図３に示す連続線コイル１は、ステータコア３１内に、（２層コイル部１１：２ターン）＋（１層コイル部：１ターン）＝３ターンの奇数ターンのコイルを構成する。

【0042】

ここで、従来のフラットワインディングの連続線コイルと比較すると、１ターン分の連続線コイルのコイルエンド部の厚みは、導体が厚み方向に折り返されているため、２本分の厚みを有する。したがって、従来のフラットワインディングの３ターンの連続線コイルの場合、３ターン×２＝６となり、コイルエンド部は、導体の６本分の厚みを有する。

【0043】

これに対し、本実施形態の連続線コイル１の場合、１ターン分の２層コイル部１１と１層コイル部１２とのコイルエンド部２２は、図４及び図５に示すように、いずれも導体２の２倍の厚みＴ２を有するため、ステータコア３１に装着された３ターンの連続線コイル１のコイルエンド部２２の厚みは、（２層コイル部１１：Ｔ２×１）＋（１層コイル部：Ｔ２×１）＝Ｔ２×２となり、導体２の４本分の厚みに抑えられる。そのため、コイルエンド部２２が小型化されたコンパクトなステータ３が構成される。

【0044】

連続線コイル１は、２層コイル部１１の長さを適宜設定することによって、さらにターン数を増加させることができる。図６は、ステータコア３１の３周分の周回長さに設定された２層コイル部１１を有する連続線コイル１を模式的に示している。この場合、連続線コイル１は７ターンを構成するが、連続線コイル１のコイルエンド部２２の厚みは、（２層コイル部１１：Ｔ２×３）＋（１層コイル部：Ｔ２×１）＝Ｔ２×４となり、導体２の８本分の厚みに抑えられる。

【0045】

また、例えば、２層コイル部１１をステータコア３１の２．５周分の周回長さに設定することによって、ステータコア３１に偶数となる６ターン分のコイルを構成することができる。したがって、連続線コイル１は、奇数ターン及び偶数ターンのいずれにも対応可能である。以下の表に示すように、本発明に係る連続線コイル１よれば、ステータコア３１内のターン数を奇数及び偶数のいずれに増加させても、従来技術に係るフラットワインディングの連続線コイルに比べて、コイルエンド部２２の厚みを抑制することができる。なお、以下の表において、コイルエンド部の厚みは、導体の本数によって示されている。

【0046】

【表1】

【0047】

図３に示すステータ３において、連続線コイル１の１層コイル部１２は、ステータコア３１の最内層に配置されているが、これに限定されない。連続線コイル１の１層コイル部１２は、ステータコア３１の最外層に配置されてもよい。

【符号の説明】

【0048】

１ 連続線コイル
１１ ２層コイル部
１１１ 第１の層
１１２ 第２の層
１２ １層コイル部
２ 導体
２１ スロット嵌合部
２２，２２Ａ，２２Ｂ コイルエンド部
３ ステータ
３１ ステータコア
３４ スロット
Ｆ 折り返し部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】