JP3881520B2 - コイル装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ，発電機，トランス等の電気機器に用いて好適な導線を巻回したコイル部を有するコイル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、コイル装置の要部を構成するコイル部は、巻線抵抗をできるだけ小さくすることが、電気機器の低損失化及び小型化を図る上で有利となる。したがって、コイル部は、このコイル部を収容する設計上の空間を無駄なく占有することが求められる。
【０００３】
図８に、従来のコイル装置５０、即ち、モータを構成する固定子鉄心５１のコア部５１ｃ…に巻回した磁極用のコイル部５２…を有するコイル装置５０を示す。例示のコイル装置５０は、丸導線５２ｗを、コイル部５２を収容する設計上の空間Ｓｒを埋めるように巻回したものであり、空間Ｓｒは、外側（固定子鉄心５１側）ほど広がる形状を有するため、丸導線５２ｗの巻回数（ターン数）も外側ほど多くしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来のコイル装置５０は、次のような問題点があった。
【０００５】
第一に、丸導線５２ｗの巻回によりコイル部５２を構成するため、空間Ｓｒに対するコイル部５２の占積率が低くなり、特に、コイル部５２の外周部５２ｓにおける丸導線５２ｗの整列性が悪化し、占積率が大きく低下する。
【０００６】
第二に、丸導線５２ｗは複数段に積層されるため、放熱性が低下し、丸導線５２ｗで発生した熱による巻線抵抗のさらなる上昇を招く。
【０００７】
本発明は、このような従来の技術に存在する課題を解決したものであり、コイル部を収容する設計上の空間に対するコイル部の占積率を高めて、電気機器の低損失化及び小型化を図るとともに、コイル部の放熱性を高めて、熱により巻線抵抗が上昇する不具合を回避することができるコイル装置の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び実施の形態】
本発明は、モータを構成する固定子鉄心１１のコア部１２…に導線を巻回した磁極用のコイル部２…を有するコイル装置１を構成するに際して、角形導線Ｗを巻回して一層巻のコイル部２…を構成するとともに、コイル部２…を収容する外側（固定子鉄心１１側）ほど広がる設計上の空間Ｓを埋めるようにコア部１２…の外側（固定子鉄心１１側）ほど角形導線Ｗを広幅に形成し、角形導線Ｗの断面Ａの形状を巻回位置により異ならせたことを特徴とする。
【０００９】
これにより、角形導線Ｗの断面Ａの形状は、コイル部２を収容する空間Ｓの制約に対応し、巻回位置により異なるため、丸導線を巻回した際に問題となる占積率の低下が回避されるとともに、コイル部２の一層巻が可能となり、丸導線を複数段に積層した際に問題となる放熱性の低下が回避される。
【実施例】
【００１０】
次に、本発明に係る好適な実施例を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
【００１１】
まず、本実施例に係るコイル装置１の構成について、図１及び図２を参照して説明する。
【００１２】
図１は、モータの界磁部２０を示す。１１は筒形に構成した固定子鉄心であり、この固定子鉄心１１の内面側には、周方向に一定間隔おきに配した複数のコア部１２…を、固定子鉄心１１の中心に向けて固着する。なお、各コア部１２…は、例えば、図２に示すように、複数のケイ素鋼板２２…を積層して構成することができる。また、各コア部１２…の外面には絶縁材により形成したコイルボビン２３…を装着し、このコイルボビン２３…にコイル部２を巻回（装着）する。なお、コイルボビン２３…は、別途製作したコイル部２を装着するため、分割構造とすることができる。
【００１３】
この場合、コイル部２の軸方向の寸法（固定子鉄心１１の径方向に対する寸法）は、コア部１２により制約されるとともに、径方向の寸法（固定子鉄心１１の周方向に対する寸法）は、コア部１２…同士の間隔を二等分した設計上の空間Ｓの形状に制約される。実施例における各コア部１２…は、図１に示すように、固定子鉄心１１における湾曲面から中心に向かって突出し、任意のコイル部２を収容する空間Ｓは、外側（固定子鉄心１１側）ほど広がる形状となるため、コイル部２は、この設計上の空間Ｓを埋めるように設計する。
【００１４】
即ち、コイル部２は、一層巻により構成するとともに、空間Ｓの制約に対応して、角形導線Ｗの断面形状を巻回位置により異ならせた。したがって、実施例の場合には、図１に示すように、外側（固定子鉄心１１側）ほど角形導線Ｗの幅が広くなる。
【００１５】
次に、このようなコイル部２の製作方法について、図３〜図５を参照して具体的に説明する。
【００１６】
まず、銅板により形成した図３に示す角形導線Ｗを用意する。この角形導線Ｗの断面Ａを図４に仮想線で示す。この角形導線Ｗの厚さｔは長手方向に一定である。また、角形導線Ｗの片辺には、図３に示すように、所定間隔おきに段差Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３…を設けることにより長手方向へ順次広幅に形成する。この場合、段差Ｄｏ（始端），Ｄ１，Ｄ２…の相互間における間隔Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３…は、コイル部２の一ターンとなるように設計する。
【００１７】
そして、この角形導線Ｗを用いてコイル部２を製作する。この場合、製作に際しては、特許第２８４７６４０号のコイルの製造方法を利用することができる。即ち、図５に示すように、角形導線Ｗにおける所定位置（所定区間）を、図４に示す一対の円錐形（テーパ形）の圧延ローラ３１，３２（巻線機）により圧延することにより、９０°に湾曲した湾曲部Ｗｒを形成するとともに、コイルボビン２３の外面に嵌合するように、この湾曲部Ｗｒを順次所定間隔おきに形成する。これにより、図２に示すコイル部２を製作することができ、このような製作工程は完全自動化できる。また、絶縁処理は、隣接する角形導線Ｗ…間に、ポリエステルフィルムを挿入し、接着剤を塗布しながら角形導線Ｗ…を整列させるとともに、コイル部２に電流を流して加熱し、全体を接着固定する。
【００１８】
この後、製作したコイル部２にコイルボビン２３を挿入し、さらに、コイルボビン２３にコア部１２を挿入するとともに、コア部１２の後端を固定子鉄心１１の内面側に溶接等により固着すれば、界磁部２０におけるコイル装置１を構成することができる。
【００１９】
このような本実施例に係るコイル装置１によれば、図１に示すように、コイル部２の外周部２ｓが一定角度の傾斜面に沿った形状にできるため、相隣るコイル部２…同士の隙間Ｓｃ…を極めて小さくすることができ、設計上の空間Ｓに対するコイル部２の占積率を、従来のコイル装置、即ち、丸導線を巻回した際の占積率に対して飛躍的に高めることができ、巻線抵抗は、丸導線を巻回した従来の同等品に比べて３５〔％〕程度まで下げることができ、モータの低損失化及び小型化を図ることができた。また、コイル部２の一層巻により、コイル部２の放熱性を従来のコイル装置、即ち、丸導線を複数段に積層した際の放熱性に対して飛躍的に高めることができ、熱により巻線抵抗が上昇する不具合も回避できた。
【００２０】
他方、図６及び図７には、本発明の変更実施例に係るコイル装置１を示す。図６の変更実施例は、角形導線Ｗの厚さｔを長手方向に沿って異ならせた点が図１の実施例と異なる。即ち、図１の実施例では、長手方向の厚さｔが一定となる角形導線Ｗを用いたが、図６の変更実施例では、角形導線Ｗの幅が広くなるほど厚さｔが薄くなるようにした。これにより、角形導線Ｗの断面積（断面Ａ）に着目した場合、図１の実施例では、コイル部２の外側（固定子鉄心１１側）ほど断面積が大きくなるが、変更実施例では、角形導線Ｗの断面積が、コイル部２の巻始めと巻終わりでほぼ等しくすることができる。したがって、図６の変更実施例は、コスト面では不利になるものの、角形導線Ｗの長手方向において巻線抵抗（放熱性）の均一化を図れる利点がある。
【００２１】
また、図７の変更実施例は、任意のコイル装置１、例えば、任意のインダクタンス装置に適用した場合を示し、特に、設計上の空間Ｓが樽形の場合を示す。このように、本発明に係るコイル装置１は、任意の形状を有する設計上の空間Ｓに対しても容易に適用することができる。なお、図６及び図７において、図１と同一部分には、同一符号を付してその構成を明確にするとともに、その詳細な説明は省略する。
【００２２】
以上、実施例について詳細に説明したが、本発明はこのような実施例（変更実施例）に限定されるものではなく、細部の構成，形状，材料，数量等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意に変更，追加，削除することができる。
【００２３】
【発明の効果】
このように、本発明に係るコイル装置は、角形導線を巻回して一層巻のコイル部を構成するとともに、コイル部を収容する外側（固定子鉄心側）ほど広がる設計上の空間を埋めるようにコア部の外側（固定子鉄心側）ほど角形導線を広幅に形成し、角形導線の断面形状を巻回位置により異ならせたため、次のような顕著な効果を奏する。
【００２４】
（１） 設計上の空間に対するコイル部の占積率を、従来のコイル装置に対して飛躍的に高めることができ、電気機器の低損失化及び小型化を図ることができる。
【００２５】
（２） コイル部の一層巻が可能になるため、コイル部の放熱性を従来のコイル装置に対して飛躍的に高めることができ、熱により巻線抵抗が上昇する不具合を回避することができる。
【００２６】
（３） コイル部を、モータを構成する固定子鉄心のコア部に導線を巻回した磁極用のコイル部を有するコイル装置に適用したため、特に、モータの低損失化及び小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施例に係るコイル装置の断面構成図、
【図２】図１中Ｘ位置における断面図、
【図３】同コイル装置におけるコイル部に使用する角形導線の側面図、
【図４】同コイル部を製作する際の製作方法の説明図、
【図５】同コイル部を製作する際の製作方法の他の説明図、
【図６】本発明の変更実施例に係るコイル装置の断面構成図、
【図７】本発明の他の変更実施例に係るコイル装置の断面構成図、
【図８】従来の技術に係るコイル装置の断面構成図、
【符号の説明】
１ コイル装置
２ コイル部
Ｗ 角形導線
Ｓ 設計上の空間
Ａ 角形導線の断面
１１ 固定子鉄心
１２… コア部

Claims (1)

1. モータを構成する固定子鉄心のコア部に導線を巻回した磁極用のコイル部を有するコイル装置において、角形導線を巻回して一層巻のコイル部を構成するとともに、前記コイル部を収容する外側（固定子鉄心側）ほど広がる設計上の空間を埋めるように前記コア部の外側（固定子鉄心側）ほど前記角形導線を広幅に形成し、前記角形導線の断面形状を巻回位置により異ならせたことを特徴とするコイル装置。

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