JP2016149930A - 回転電機、コイル及びコイル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】性能の向上を図ることができる回転電機、回転電機に用いられるコイル及びコイル装置を提供する。【解決手段】回転電機１は、外形が円形状を呈する本体部１０、及び、本体部１０の周面１０ａから突出すると共に周面１０ａの周方向に沿って所定の間隔をあけて設けられた複数のコア１２を有する鉄心部７と、コア１２に配設されたコイル９と、を有するステータ３と、回転自在に設けられたロータ５と、を備え、コイル９は、導電性を有する導電部材２１により螺旋状に形成されたコイル部２０と、コイル部２０における両端部のそれぞれに接続された端子部２２ａ，２２ｂと、を備え、コイル部２０は、コイル部２０の軸Ｌ方向における一方側から他方側に向かって幅寸法が連続的に大きくなっており、コイル部２０の導電部材２１の表面２１ａには、電気的な絶縁性を有する絶縁被膜２４が設けられている。【選択図】図３

Description

本発明は、回転電機、コイル及びコイル装置に関する。

従来の回転電機として、コアを有する鉄心部及びコアに配設されたコイルを有するステータと、ステータに対して回転するロータと、を備えるものが知られている（例えば、特許文献１−４、非特許文献１参照）。

特開２００６−１０１６０６号公報 特開２００６−２５４６３８号公報 特開２００３−１１６２３６号公報 特開２００８−１７２８６６号公報

牧田真治、外３名、「高巻線係数と高占積率を両立する新しい巻線構造を持つ永久磁石同期モータ」、電気学会論文誌Ｄ（産業応用部門誌）、IEEJ Transactions on Industry Applications、２０１４年６月、Vol.134、No.12、p1031-1037

特許文献１に記載の回転電機では、エナメル線を集中巻きして形成されたコイルが用いられている。集中巻きのコイルを用いた回転電機では、回転磁界が矩形波となり易く、高調波成分によってトルクリップルが発生する。これにより、回転が不均一となり、振動や騒音が大きくなるおそれがある。この回転の不均一さは、モータの回転により発生する誘導起電力の波形の歪みを見ることで測定することができる。そこで、特許文献１に記載の回転電機では、隣接するコアの間に画成される空間の形状を特定の形状とすることで、トルクリップルの問題解決を図っている。しかしながら、特許文献１に記載の回転電機では、誘導起電力の波形に依然として歪みが生じ得る。

また、上記誘導起電力の波形の歪みを解決する方法として、特許文献２に記載の回転電機では、エナメル線を分布巻きしている。しかしながら、分布巻きの場合、コイルの端部が集中巻きに比べて長くなるため、エナメル線の長さが長くなり、巻線抵抗が大きくなるという問題が生じる。また、トルク変動を抑えるためにフライホイールを設け、且つ重くするという構成があるが、この構成では、回転電機の回転数応答性が低下するという問題がある。

また、誘導起電力の波形を正弦波に近づけるために、特許文献３に記載の回転電機では、ロータの磁極方向に延びる軸をｄ軸、磁極中心方向と電気角で９０度ずれている磁極間方向に延びる軸をｑ軸としたとき、回転子鉄心の中心から回転子外周までの径方向の距離がｄ軸からｑ軸に近づくにしたがい短くなるように回転子鉄心の外周面を構成している。しかしながら、この様な鉄心を製造するためには高度な技術を要し、製造コストが高くなるばかりか、コイルを巻くために専用の特殊な巻き線機を必要とする。また、特許文献４では、回転電機に流す電流を制御することにより、トルクリップルの低減を図っている。しかしながら、これらの回転電機を制御する方法では、トルクリップルの根本的な解決法とはならず、回転電機自体の性能向上を図ることができない。

更に、非特許文献１のモータは、その製造方法が極めて煩雑であり、量産化の実現が難しい。また、このモータは、分布巻きと集中巻きとの中間的な巻き方を採用しているため、コイル端部が長くなり、巻線抵抗が大きくなるという問題が生じる。

これらトルクリップル等による回転の不均一さや巻線抵抗の増大は、モータ効率の低下として現れ、総合的なモータ性能の低下を引き起こすおそれがある。したがって、総合的なモータ性能は、モータ効率を測定することでも評価することができる。

本発明は、性能の向上を図ることができる回転電機、回転電機に用いられるコイル及びコイル装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る回転電機は、円形状の周面を有する本体部、及び、当該本体部の周面から本体部の径方向に沿って突出すると共に周面の周方向に沿って所定の間隔をあけて設けられた複数のコアを有する鉄心部と、コアに配設されたコイルと、を有するステータと、ステータに対して回転するロータと、を備える回転電機であって、コイルは、導電性を有する導電部材により螺旋状に形成されたコイル部と、コイル部における両端部のそれぞれに接続された端子部と、を備え、コイル部は、当該コイル部の軸方向における一方側から他方側に向かって幅寸法が連続的に大きくなっており、コイル部の導電部材の表面には、電気的な絶縁性を有する絶縁被膜が設けられている。

この回転電機では、コアは、本体部の周面から本体部の径方向に沿って突出して設けられている。この構成では、隣接するコアの間に、扇形の空間が画成されている。この構成において、コイル部は、コイル部の軸方向における一方側から他方側に向かって幅寸法が連続的に大きくなっている。このような構成により、コイルをコアに配設したときに、コアにより画成される扇形の空間におけるコイル部の占積率を高めることができる。また、コイル部の導電部材の表面には、電気的な絶縁性を有する絶縁被膜が設けられている。そのため、導電部材間において沿面放電等が発生することが抑制されている。このコイルを備える回転電機では、回転により発生する誘導起電力の波形の歪みを抑制できる。したがって、回転電機では、トルクリップルの発生を抑制でき、ロータの回転の均一化を図れる。その結果、回転電機では、性能の向上を図ることができる。なお、この性能の向上は、回転電機の効率を測定することで評価できる。

一実施形態においては、回転により発生する誘導起電力の波形が正弦波又は略正弦波であってもよい。

一実施形態においては、インナーロータ型の三相モータであってもよい。

本発明の一側面に係るコイルは、コアに配設されるコイルであって、導電性を有する導電部材により螺旋状に形成されたコイル部と、コイル部における両端部のそれぞれに接続された端子部と、を備え、コイル部は、当該コイル部の軸方向における一方側から他方側に向かって幅寸法が連続的に大きくなっており、コイル部の導電部材の表面には、電気的な絶縁性を有する絶縁被膜が設けられている。

このコイルでは、コイル部は、コイル部の軸方向における一方側から他方側に向かって幅寸法が連続的に大きくなっている。これにより、例えば、コアが周方向に沿って複数配置されている構成において、そのコアに対してコイル部の一方側がコアの基端部側に位置するようにコイルをコアに配設することにより、コアとコアとの間に画成される扇形の空間におけるコイル部の占積率を高めることが可能となる。また、コイルでは、コイル部の導電部材の表面に、電気的な絶縁性を有する絶縁被膜が設けている。これにより、導電部材間の電気絶縁性を確保できる。その結果、導電部材間において沿面放電等が発生することを抑制し得る。このコイルを用いた回転電機では、回転により発生する誘導起電力の波形の歪みを抑制できる。したがって、当該コイルを用いた回転電機では、トルクリップルの発生を抑制でき、ロータの回転の均一化を図れる。その結果、当該コイルを用いた回転電機では、性能の向上を図ることができる。なお、この性能の向上は、回転電機の効率を測定することで評価できる。

一実施形態においては、絶縁被膜は、ディップコーティング又は電着塗装により形成されていてもよい。これにより、導電部材の表面に絶縁被膜を良好に形成することができる。

一実施形態においては、導電部材は、角部が面取りされていてもよい。導電部材の角部が略直角である場合、角部に絶縁被膜が形成され難いと共に、角部において絶縁被膜が剥離し易い。そこで、導電部材の角部を面取りすることで、絶縁被膜を角部においても形成することができる。したがって、コイル部における絶縁性をより一層確保することができる。

一実施形態においては、コイル部は、複数の導電部材を接合して形成されていてもよい。これにより、所望するコイル部の形状を容易に形成することが可能となる。また、このように複数の導電部材を接合してコイル部を形成することにより、コイル部の内側の形状を所望する形状とすることができる。そのため、コアにコイルが配設されたときに、コアとコイル部との間に隙間が形成されることを抑制できる。その結果、コイル部の占積率を高めることが可能となる。

一実施形態においては、導電部材は、延在方向に直交する面における断面積がコイル部の全周に亘って同等であってもよい。これにより、コイル部において電気抵抗値が一定となる。そのため、コイルとしての性能の向上を図ることができる。

一実施形態においては、絶縁被膜は、１０μｍ以上の厚みを有していてもよい。これにより、コイル部において導電部材同士の絶縁性を確保でき、沿面放電を抑制できる。

本発明の一側面に係るコイル装置は、円形状の周面を有する本体部と、当該本体部の周面から本体部の径方向に沿って突出すると共に周面の周方向に沿って所定の間隔をあけて設けられた複数のコアと、を有する鉄心部と、コアに配設されたコイルと、を備えるコイル装置であって、コイルは、導電性を有する導電部材により螺旋状に形成されたコイル部と、コイル部における両端部のそれぞれに接続された端子部と、を備え、コイル部は、当該コイル部の軸方向における一方側から他方側に向かって幅寸法が連続的に大きくなっており、コイル部の導電部材の表面には、電気的な絶縁性を有する絶縁被膜が設けられている。

このコイル装置では、コアは、本体部の周面から本体部の径方向に沿って突出して設けられている。この構成では、隣接するコアの間に、扇形の空間が画成されている。この構成において、コイル部は、コイル部の軸方向における一方側から他方側に向かって幅寸法が連続的に大きくなっている。このような構成により、コイルをコアに配設したときに、コアにより画成される扇形の空間におけるコイル部の占積率を高めることができる。また、コイル部の導電部材の表面には、電気的な絶縁性を有する絶縁被膜が設けられている。そのため、導電部材間において沿面放電等が発生することが抑制されている。このコイルを備えるコイル装置を用いた回転電機では、回転により発生する誘導起電力の波形の歪みを抑制できる。したがって、コイル装置を用いた回転電機では、トルクリップルの発生を抑制でき、ロータの回転の均一化を図れる。その結果、コイル装置を用いた回転電機では、性能の向上を図ることができる。なお、この性能の向上は、回転電機の効率を測定することで評価できる。

本発明によれば、性能の向上を図ることができる。

図１は、一実施形態に係るモータを示す図である。 図２は、図１に示すモータの一部を拡大して示す断面図である。 図３は、コイルを示す斜視図である。 図４は、図３に示すコイルを上から見た図である。 図５は、図４におけるＶ−Ｖ線に沿った断面図である。 図６は、本実施形態に係るモータの誘導起電力の波形を示す図である。 図７は、比較例に係るモータの誘導起電力の波形を示す図である。 図８は、モータの変形例を示す図である。 図９は、歪率を説明するための図である。 図１０は、本実施形態に係るモータの回転数とトルクに対するモータ効率の関係を示す図である。 図１１は、比較例に係るモータの回転数とトルクに対するモータ効率の関係を示す図である。 図１２は、モータ効率と割合とを示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、一実施形態に係るモータを示す図である。図１に示されるように、モータ（回転電機）１は、例えば、アウターロータ型のブラシレスモータ（三相モータ）である。モータ１は、ステータ（コイル装置）３と、ロータ５と、を備えている。

ステータ３は、鉄心部７と、コイル９と、を有している。鉄心部７は、円環状を呈する円環部（本体部）１０と、コア１２と、を有している。円環部１０とコア１２とは、例えば、一体に形成されている。円環部１０及びコア１２は、例えば、電磁鋼板が複数積層されて形成されている。

図２に示されるように、コア１２は、円環部１０の外周面１０ａから、この円環部１０の径方向に沿って外側に突出して設けられている。コア１２は、円環部１０の外周面１０ａの周方向において、所定の間隔をあけて複数配置されている。コア１２は、例えば、角柱状を呈している。隣接する２つのコア１２の間には、当該２つのコア１２によって、扇形の空間Ｓが画成される。

コア１２は、本体部１２ａと、鍔部１２ｂと、を有している。本体部１２ａは、円環部１０の径方向に沿って延在しており、基端部側が円環部１０に接続されている。鍔部１２ｂは、本体部１２ａの長手方向（延在方向）の先端部に設けられている。鍔部１２ｂは、本体部１２ａよりも幅方向において外側に張り出している。

図３は、コイルを示す斜視図である。図４は、図３に示すコイルを上から見た図である。図５は、図４におけるＶ−Ｖ線に沿った断面図である。図３〜図５に示されるように、コイル９は、コイル部２０と、端子部２２ａ，２２ｂと、を備えている。コイル部２０と端子部２２ａ，２２ｂとは、電気的に接続されている。コイル部２０及び端子部２２ａ，２２ｂは、導電性を有する導電部材２１（図５参照）により形成されている。導電部材２１の材料としては、特に限定されるものではないが、例えば、銅（Ｃｕ）を用いることができる。

コイル部２０は、螺旋状に巻回されて形成されている。コイル部２０は、図２及び図３に示されるように、コイル部２０の軸Ｌ方向における一方側から他方側（図３における下方向から上方向）に向かって幅寸法が連続的に大きくなっている。すなわち、コイル部２０は、軸Ｌ方向に直交する面に沿った方向から見たときに、略台形状を呈している。コイル部２０において、導電部材２１は、当該導電部材２１の延在方向に直交する面における断面積がコイル部２０の全周に亘って同等である。

コイル部２０の内側の形状は、コア１２の外形に応じた形状を呈している。本実施形態では、コア１２は、外形が矩形状（長方形状）を呈しており、これに合わせて、コイル部２０の内側の形状は、図４に示されるように、コイル部２０の軸Ｌ方向から見て、矩形状（長方形）を呈している。コイル部２０の内側の形状は、コア１２の外形に応じて適宜設定されればよい。

上記構成を有するコイル部２０は、複数の導電部材２１を接合することにより形成されている。具体的には、コイル部２０は、例えば、図３及び図４においてＸ方向に延在する直線状の第１部分２０ａと、Ｙ方向に延在する直線状の第２部分２０ｂとを、接合することにより形成されている。第１部分２０ａと第２部分２０ｂとの接合には、冷間圧接、電気溶接、高周波溶接、ろう付け等の方法を採用することができる。

図５に示されるように、コイル部２０の導電部材２１の表面２１ａ全体には、絶縁被膜２４が設けられている。絶縁被膜２４は、電気的に絶縁性を有する膜（部分）である。絶縁被膜２４は、電気的に絶縁性を有する合成樹脂であり、当該合成樹脂としては、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、エステルイミド樹脂等が好ましい。特に耐熱性の観点でポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、エステルイミド樹脂が好ましく、ポリイミド樹脂が更に好ましい。また、部分放電耐性を向上させるために、絶縁被膜２４には、フィラーを混合させていることが更に好ましい。フィラーとしては、特に限定されないが、シリカもしくはアルミナ、ベーマイトアルミナ等の無機酸化物、スメクタイト類等の膨潤性粘土、又は、タルクもしくはマイカ等の非膨潤性粘土、ハイドロタルサイト等の層状複水酸化物等を用いることができる。

絶縁被膜２４を形成する方法としては、例えば、ディップコーティング、又は、電着塗装等を用いることができる。絶縁被膜２４は、コイル部２０を形成した後に、コイル部２０の導電部材２１に対して形成される。詳細には、絶縁被膜２４は、第１部分２０ａ及び第２部分２０ｂを接合してコイル部２０を構成した後に形成される。

絶縁被膜２４は、その厚み寸法が１０μｍ以上であることが好ましく、より好ましくは１０μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。絶縁被膜２４の厚みは、コイル部２０の設計に応じて適宜設定されればよい。また、絶縁被膜２４は、コイル部２０の全周に亘って厚みが一定であってもよいし、コイル部２０の部分によって厚みが異なっていてもよい。絶縁被膜２４の絶縁破壊電圧（耐電圧）は、例えば厚み寸法が１０μｍである場合には１ｋＶ以上であることが好ましく、厚み寸法が５０μｍである場合には４ｋＶ以上であることが好ましい。なお、絶縁被膜２４は、耐熱性を有していることが更に好ましい。

図５に示されるように、コイル部２０において、絶縁被膜２４が形成されている導電部材２１の角部２１ｂは、面取りされている。本実施形態では、角部２１ｂは、湾曲している。角部２１ｂを湾曲させる方法としては、例えば、角部２１ｂを機械的、化学的又は電気的方法により研磨する方法を用いることができる。なお、導電部材２１の角部２１ｂは、湾曲している形状に限らず、角部２１ｂを角面等の形状としてもよい。要は、導電部材２１の角部２１ｂは、当該角部２１ｂを形成する面が略直角に交差する形状でなければよい。

端子部２２ａ，２２ｂは、コイル部２０における両端部のそれぞれに接続されている。端子部２２ａ，２２ｂのそれぞれは、コイル部２０の両端部の導電部材２１が延長されることにより形成されている。なお、端子部２２ａ，２２ｂは、コイル部２０の両端部に他の部材が接合されることにより形成されていてもよい。

図２に示されるように、コイル９は、ボビン１４によりコア１２に取り付けられている。ボビン１４は、筒状を呈している。ボビン１４は、電気的に絶縁性を有する部材であり、例えば、ナイロン、ガラス繊維入ナイロン、ポリブチレンテレフタレート樹脂ポリエチレンテレフタレート樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、液晶ポリエステル樹脂等により形成されている。ボビン１４は、コア１２に外装され、上端部がコア１２の鍔部１２ｂに係止される。これにより、ボビン１４は、コア１２から抜けることが防止されている。

図２に示されるように、コイル９のコイル部２０は、幅寸法の小さい一方側がコア１２の基端部側に位置するように、コア１２に対して取り付けられている。すなわち、コイル部２０は、コア１２の先端部側に向かって幅寸法が連続的に大きくなっている。これにより、ステータ３においては、コア１２により形成される扇形の空間Ｓにおけるコイル部２０の占積率を高めることができる。本実施形態では、占積率は、例えば、９０％以上である。

ロータ５は、回転自在に設けられている。ロータ５は、モータケース３０と、複数の磁石３２と、を有している。モータケース３０は、円筒状を呈している。磁石３２は、モータケース３０の内側に配置されている。具体的には、磁石３２は、モータケース３０の内周面に図示しないヨークを介して設けられており、モータケース３０の周方向に沿って配置されている。より詳細には、モータケース３０の内周面には、極性の異なる磁石３２が交互に配置されている。

上記構成を有するモータ１は、コイル９に電流が流されることにより、電流値に応じて、ロータ５が回転する。

以上説明したように、本実施形態に係るモータ１では、コア１２は、円環部１０の外周面１０ａから円環部１０の径方向に沿って突出して設けられている。この構成では、隣接するコア１２の間に、扇形の空間Ｓが画成されている。この構成において、コイル部２０は、コイル部２０の軸Ｌ方向における一方側から他方側に向かって幅寸法が連続的に大きくなっている。そして、コイル部２０の一方側がコア１２の基端部側に位置するようにコア１２に配設されている。このような構成により、コイル部２０は、コア１２の先端部側に向かって幅が広がるようにコアに配設されるため、コア１２により画成される扇形の空間Ｓにおけるコイル部２０の占積率を高めることができる。また、コイル部２０の導電部材２１の表面２１ａには、電気的な絶縁性を有する絶縁被膜２４が設けられている。そのため、導電部材２１，２１間において沿面放電等が発生することが抑制されている。このコイル９を備えるモータ１では、回転により発生する誘導起電力の波形の歪みを抑制できる。したがって、モータ１では、トルクリップルの発生を抑制でき、ロータ５の回転の均一化を図れる。その結果、モータ１では、性能の向上を図ることができる。

モータ１の性能について、具体的に説明する。図６は、本実施形態に係るモータの誘導起電力の波形を示す図である。図７は、比較例に係るモータの誘導起電力の波形を示す図である。図６に示される誘導起電力の波形は、図８に示されるモータ１Ａの波形である。

最初に、モータ１Ａについて説明する。図８は、モータの変形例を示す図である。図８に示されるように、モータ１Ａは、インナーロータ型の三相モータである。モータ１Ａは、ステータ３Ａと、ロータ５Ａと、を備えている。ステータ３Ａは、鉄心部７Ａと、コイル９と、を有している。鉄心部７Ａは、円環状を呈する円環部１０Ａと、コア１２Ａと、を有している。

コア１２Ａは、円環部１０Ａの内周面１０Ａａから、この円環部１０Ａの径方向に沿って内側に突出して設けられている。コア１２Ａは、円環部１０Ａの内周面１０Ａａの周方向において、所定の間隔をあけて複数配置されている。コア１２Ａは、例えば、角柱状を呈している。隣接する２つのコア１２Ａの間には、当該２つのコア１２Ａによって、扇形の空間Ｓが画成される。コイル９は、図示しないボビンにより、コア１２Ａに配設されている。コイル９は、コイル部２０の幅寸法の大きい一方側がコア１２Ａの基端部側に位置するように、コア１２Ａに対して取り付けられている。コイル９は、コイル部２０の巻回数が「３８」とされている。

ロータ５Ａは、回転体３０Ａと、複数の磁石３２Ａと、を有している。回転体３０Ａは、円柱状を呈している。磁石３２Ａは、回転体３０Ａの外側に配置されている。具体的には、磁石３２Ａは、回転体３０Ａの外周面に図示しないヨークを介して設けられており、回転体３０Ａの周方向に沿って配置されている。より詳細には、回転体３０Ａの外周面には、極性の異なる磁石３２Ａが交互に配置されている。

図７に示される誘導起電力の波形は、丸エナメル線を集中巻きして形成したコイルを備える比較例のモータの波形である。比較例のモータは、コイルの構成がモータ１Ａと異なっており、その他の構成（コア、ロータ等）はモータ１Ａと同様である。比較例のモータは、コアに丸エナメル線が８０回巻き付けられてコイルが形成されている。

図６及び図７において、（ａ）は、１００ｒｐｍで回転させたときの誘導起電力の波形を示しており、（ｂ）は、２５０ｒｐｍで回転させたときの誘導起電力の波形を示している。また、下記の表１に、モータ１Ａ及び比較例のモータにおいて、回転数を変化させたときの歪率を示す。

図６及び図７に示されるように、モータ１Ａ及び比較例のモータの誘導起電力の波形、すなわち、モータを回転させたときに発生する誘導起電力の波形は、略正弦波である。ここで、正弦波とは、後述する歪率が０％である波形（図９において実線で示す波形）であり、略正弦波とは、正弦波に極めて近い波形、或いは正弦波と見なせる波形である。表１に示されるように、モータ１Ａの誘導起電力の波形は、比較例のモータの誘導起電力の波形に比べて、コイルにおける巻回数が１／２以下であるにもかかわらず、１００ｒｐｍ、１５０ｒｐｍ及び２５０ｒｐｍのいずれにおいても、正弦波からの歪率が小さい。ここで、正弦波からの歪率について、図９を参照して説明する。

本実施形態では、歪率は、誘電起電力の起電力波形のピーク点での基本波成分振幅に対する高調波成分振幅の割合を示している。図９に示されるように、基本波成分振幅は、基本波（歪みのない正弦波）での振幅である。高調波成分振幅は、基本波に対して、その整数倍の高次の周波数成分の振幅である。歪率は、以下の式により求められる。なお、表１においては、三相全ての歪率を下記式に基づいて計算し、それを平均して歪率を算出した。
歪率＝（（高調波成分振幅）／（基本波成分振幅））×１００ ［％］

表１に示されるように、比較例のモータの誘導起電力の波形では、１００ｒｐｍにおいて、正弦波からの歪率が１４．８％であるのに対し、モータ１Ａの誘導起電力の波形では、正弦波からの歪率が４．６％である。すなわち、１００ｒｐｍにおいて、モータ１Ａの誘導起電力の波形における正弦波からの歪率は、比較例のモータの誘導起電力の波形における正弦波からの歪率の約１／３となっている。また、２５０ｒｐｍにおいても、モータ１Ａの誘導起電力の波形における正弦波からの歪率（３．０％）の方が、比較例のモータの誘導起電力の波形における正弦波からの歪率（５．２％）よりも小さくなっている。すなわち、本実施形態に係るモータ１Ａは、比較例のモータに比べて、回転数が低い場合から回転数が高い場合の広範囲にわたって歪率が小さくなる。

本実施形態に係るモータ１Ａでは、回転数１００ｒｐｍにおいての歪率は、１０％以下が好ましく、より好ましくは５％以下である。また、モータ１Ａでは、回転数１５０ｒｐｍにおいての歪率は、１０％以下が好ましく、より好ましくは５％以下である。また、モータ１Ａでは、回転数２５０ｒｐｍおいての歪率は、５％以下が好ましく、より好ましくは３％以下である。

一般的に、モータは、歪率が大きい（高調波成分の割合が大きく正弦波が歪んでいる）場合よりも、歪率が小さい（高調波成分の割合が小さく正弦波の歪みが小さい）場合の方が、トルクリップルが少なくなる。そのため、モータ１Ａでは、エナメル線の集中巻きにより構成されたコイルに比べて、トルクリップルによるトルク変動が少なく、回転がスムーズであることが確認された。これにより、低回転域においても、ロータ５Ａがスムーズに回転する。このような結果は、モータ１（アウターロータ型）においても同様に得られる。

図１０は、本実施形態に係るモータ１Ａの回転数とトルクに対するモータ効率の関係（以下、「効率マップ」と称する。）を示す図である。図１１は、比較例に係るモータの効率マップを示した図である。図１０及び図１１に示す効率マップは、モータに減速機が接続されて測定されている。そのため、図１０及び図１１に示す効率マップでは、モータの回転数が１／４倍でトルクが４倍となる。図１０（ａ）及び図１１（ａ）は、室温時に測定した場合の効率マップを示している。図１０（ｂ）及び図１１（ｂ）は、高温時（６０℃）に測定した場合の効率マップを示している。

図１２は、モータ効率と割合とを示す図である。図１２では、図１０及び図１１の効率マップを定量的に評価するために、モータ効率の値を２％刻みとし、全測定範囲に対する割合として示している。図１２（ａ）は、モータ１Ａの結果を示しており、図１２（ｂ）は、比較例のモータの結果を示している。また、表２に、モータ効率が９０％以上の全駆動範囲に対する割合と最大効率とを示す。

図１０、図１１、図１２及び表２に示されるように、モータ１Ａは、広い駆動範囲において比較例のモータより効率が高い。さらに、モータ１Ａでは、高温時におけるモータ効率が９０％以上の全駆動範囲に対する割合、及び、最大効率についても、比較例のモータより高い。

一般的に、モータは、最大効率が高いことのみならず、広い駆動範囲で効率が高いことが求められている。図１０、図１１、図１２及び表２に示される結果から、モータ１Ａは、比較例のモータに比して性能が高いことが確認された。

本実施形態では、絶縁被膜２４は、ディップコーティング又は電着塗装により形成されている。これにより、導電部材２１の表面２１ａに絶縁被膜２４を良好に形成することができる。

本実施形態では、導電部材２１は、角部２１ｂが面取りされている。導電部材２１の角部２１ｂが略直角である場合、角部２１ｂに絶縁被膜２４が形成され難いと共に、角部２１ｂにおいて絶縁被膜２４が剥離し易い。そこで、導電部材２１の角部２１ｂを面取りすることで、絶縁被膜２４を角部２１ｂにおいても良好に形成することができる。したがって、コイル部２０における絶縁性をより一層確保することができる。

本実施形態では、コイル部２０は、複数の導電部材２１を接合して形成されている。これにより、所望するコイル部２０の形状を容易に形成することが可能となる。そのため、コア１２とコイル部２０との間に隙間が形成されることを抑制できる。その結果、コイル９の占積率を高めることができる。

本実施形態では、導電部材２１は、延在方向に直交する面における断面積がコイル部２０の全周に亘って同等である。これにより、コイル部２０において電気抵抗値が一定となる。そのため、コイル９としての性能の向上を図ることができる。

本実施形態では、絶縁被膜２４は、１０μｍ以上の厚みを有している。これにより、コイル部２０において導電部材２１同士の絶縁性を確保でき、沿面放電を抑制できる。

本発明は、上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態では、回転電機としてモータ１（モータ１Ａ）を一例に説明したが、回転電機としては、例えば、発電機等であってもよい。

上記実施形態では、導電部材２１の断面積がコイル部２０の全体に亘って同等とされている形態を一例に説明したが、導電部材２１の断面積は、必ずしも全体に亘って同等でなくてもよい。

上記実施形態では、モータ１，１Ａは、図１又は図８に示される形態を一例に説明したが、コア１２，１２Ａの数（コイル９の数）及び磁石３２，３２Ａの数は設計に応じて適宜設定されればよい。

上記実施形態では、複数の導電部材２１を接合することによりコイル９を形成する形態を一例に説明したが、コイル９の形成方法はこれに限定されない。

上記実施形態では、コイル部２０を、直線状の第１部分２０ａと直線状の第２部分２０ｂとを接合することにより形成する形態を一例に説明した。しかし、コイル部２０の形成は、直線状の第１部分２０ａ及び第２部分２０ｂの接合に限定されない。コイル部２０は、他の形状を呈する第１部分と第２部分とが接合されて形成されてもよい。

上記実施形態では、鉄心部７が円環状の円環部１０を有する形態を一例に説明したが、本体部は、外形が円形状を呈していればよく、例えば、円盤状であってもよい。

上記実施形態では、絶縁被膜２４をディップコーティング又は電着塗装により形成する形態を一例に説明したが、絶縁被膜２４の形成方法はこれに限定されない。

上記実施形態では、コイル９がボビン１４に取り付けられている形態を一例に説明したが、ボビン１４は設けられなくてもよい。この場合、コイル９は、絶縁被膜２４の外側を、樹脂により覆って一体にモールド成形される。これにより、ボビン１４を省略することができ、コイル装置を簡略化することができる。コイル９をモールド成形するために使用する樹脂は、ボビン１４と同様の樹脂を用いることができる。上述のボビン１４の材料の他に、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂類、又は熱可塑性樹脂類を用いてもよい。コイル９をモールド成形する方法としては、射出成型法、又は、粉体流動浸漬法を用いてもよい。

１，１Ａ…モータ（回転電機、コイル装置）、７，７Ａ…鉄心部、９…コイル、１０，１０Ａ…円環部（本体部）、１０ａ…外周面（周面）、１０Ａａ…内周面（周面）、１２，１２Ａ…コア、２０…コイル部、２１…導電部材、２１ａ…表面、２１ｂ…角部、２２ａ，２２ｂ…端子部、２４…絶縁被膜、Ｌ…軸。

Claims (10)

1. 円形状の周面を有する本体部、及び、当該本体部の前記周面から前記本体部の径方向に沿って突出すると共に前記周面の周方向に沿って所定の間隔をあけて設けられた複数のコアを有する鉄心部と、前記コアに配設されたコイルと、を有するステータと、
   前記ステータに対して回転するロータと、を備える回転電機であって、
   前記コイルは、
   導電性を有する導電部材により螺旋状に形成されたコイル部と、
   前記コイル部における両端部のそれぞれに接続された端子部と、を備え、
   前記コイル部は、当該コイル部の軸方向における一方側から他方側に向かって幅寸法が連続的に大きくなっており、
   前記コイル部の前記導電部材の表面には、電気的な絶縁性を有する絶縁被膜が設けられている、回転電機。
2. 回転により発生する誘導起電力の波形が正弦波又は略正弦波である、請求項１に記載の回転電機。
3. インナーロータ型の三相モータである、請求項１又は２に記載の回転電機。
4. コアに配設されるコイルであって、
   導電性を有する導電部材により螺旋状に形成されたコイル部と、
   前記コイル部における両端部のそれぞれに接続された端子部と、を備え、
   前記コイル部は、当該コイル部の軸方向における一方側から他方側に向かって幅寸法が連続的に大きくなっており、
   前記コイル部の前記導電部材の表面には、電気的な絶縁性を有する絶縁被膜が設けられている、コイル。
5. 前記絶縁被膜は、ディップコーティング又は電着塗装により形成されている、請求項４に記載のコイル。
6. 前記導電部材は、角部が面取りされている、請求項４又は５に記載のコイル。
7. 前記コイル部は、複数の前記導電部材を接合して形成されている、請求項４〜６のいずれか一項に記載のコイル。
8. 前記導電部材は、当該導電部材の延在方向に直交する面における断面積が前記コイル部の全周に亘って同等である、請求項４〜７のいずれか一項に記載のコイル。
9. 前記絶縁被膜は、１０μｍ以上の厚みを有する、請求項４〜８のいずれか一項に記載のコイル。
10. 円形状の周面を有する本体部と、当該本体部の前記周面から前記本体部の径方向に沿って突出すると共に前記周面の周方向に沿って所定の間隔をあけて設けられた複数のコアと、を有する鉄心部と、
    前記コアに配設されたコイルと、を備えるコイル装置であって、
    前記コイルは、
    導電性を有する導電部材により螺旋状に形成されたコイル部と、
    前記コイル部における両端部のそれぞれに接続された端子部と、を備え、
    前記コイル部は、当該コイル部の軸方向における一方側から他方側に向かって幅寸法が連続的に大きくなっており、
    前記コイル部の前記導電部材の表面には、電気的な絶縁性を有する絶縁被膜が設けられている、コイル装置。