线圈和使用该线圈的马达的制作方法

本公开涉及卷绕截面呈四边形形状的导线而成的线圈和使用该线圈的马达。

背景技术：

近年来，在工业、车载用途中，马达的需求不断提高。其中，要求提高马达的效率、降低成本。

作为提高马达的效率的方法之一，已知提高配置于定子的槽内的线圈的槽满率。通过提高线圈的槽满率，能够抑制在驱动马达时因在线圈流动的电流引起的损耗。

作为提高线圈的槽满率的方法，提出了将使用截面呈矩形形状的铜材的铸造线圈配置于槽内的结构(例如参照专利文献1)。

在将线圈配置于槽内时，将线圈呈螺旋状卷绕在设于定子的齿。然而，通常，为了接受来自外部的电流供给以及为了向外部供给电流，线圈的两端部构成向线圈的外周侧延伸的电流引出部。因该引出部，在齿与线圈之间产生未卷绕线圈的区域，所谓的死区。另一方面，马达效率降低的要因之一在于热，由于产生焦耳热，热容易积存于线圈。由此，为了促进来自线圈的散热，需要增加槽内的线圈的表面积。然而，如上所述存在未卷绕线圈的区域，因此成为妨碍线圈的散热效率提高的要因。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：德国专利申请公开第102012212637号说明书

技术实现要素：

本公开是鉴于该方面而完成的，其目的在于实现进一步提高了散热效率的线圈和使用该线圈的马达。

为了达成上述的目的，本公开的线圈具有匝列，所述匝列由截面呈四边形形状的导线卷绕成螺旋状且在上下方向上层叠而成的第1匝～第n匝(n为3以上的整数)构成，其中，在第1匝～第n匝中的至少一部分导线设有形状与其他部分的形状不同的变形部。另外，第1匝和第n匝位于匝列的两端部。另外，利用变形部，在第1匝和第n匝中，位于与匝列的中央相反的一侧的外表面沿着与匝列交叉的平面呈平齐状延伸。

根据该结构，在第1匝～第n匝中的至少一部分导线设有形状与其他部分的形状不同的变形部，在位于匝列的两端部的第1匝和第n匝中，位于与匝列的中央相反的一侧的外表面沿着与匝列交叉的平面呈平齐状延伸。由此，能够降低在将线圈卷绕成螺旋状的情况下产生的未卷绕导线的死区。因而，能够提高线圈的散热效率。

根据本公开，能够进一步提高线圈的散热效率。由此，能够实现高效率的马达。

附图说明

图1a是表示实施方式的马达的俯视图。

图1b是表示实施方式的马达的侧视图。

图1c是图1b的1c-1c线处的剖视图。

图2是表示实施方式的线圈的立体图。

图3是表示实施方式的线圈的侧视图。

图4是表示用于比较的线圈的立体图。

图5是表示用于比较的线圈的侧视图。

图6是表示变形例1的线圈的立体图。

图7是表示变形例2的线圈的立体图。

图8是表示变形例2的线圈的侧视图。

图9是表示变形例3的线圈的立体图。

具体实施方式

以下，基于附图详细地说明本公开的实施方式。以下的优选的实施方式的说明本质上只不过是例示，完全不旨在限制本公开、其应用物或者其用途。

(实施方式)

[马达构造]

图1a是表示实施方式的马达1的俯视图。图1b是表示实施方式的马达1的侧视图。图1c是图1b的1c-1c线处的剖视图。其中，在任意附图中，均未图示机壳等。马达1在机壳(未图示)的内部具备轴2、转子3、定子4、线圈u11～u41、v12～v42、w11～w41以及汇流条51～54。

在此，将轴2的长度方向(与图1a的纸面垂直的方向)称为z轴方向，将与轴2的长度方向正交的方向(与图1a的纸面平行的方向)称为x轴方向、y轴方向。x轴方向和y轴方向正交。

“一体化”不仅是指多个零件以螺栓紧固或者铆接等机械的方式连接、也指通过共价键、离子键、金属键等材料键合将零件电连接而得到的1个物体、或者零件整体通过熔融等而进行材料结合并电连接而得到的1个物体的状态。

轴2在内部具有沿z轴方向延伸的中空部2a。在轴2的侧面设有多个贯通孔2b。中空部2a是用于冷却马达1的内部的制冷剂c的通路。制冷剂c在中空部2a内沿着z轴方向流动，在马达1的内部循环流动。另外，在中空部2a内流动的制冷剂c的一部分从多个贯通孔2b流出，也从马达1的中心侧向外侧、也就是从转子3朝向定子4所在的方向流动，冷却转子3和定子4。

转子3与轴2的外周相接触地设于该轴2的外周。转子3包括与定子4相对且n极、s极沿着轴2的外周方向交替配置的磁体31。在本实施方式中，作为转子3所使用的磁体31，使用钕磁体，但对于磁体31的材料、形状以及材质，能够根据马达的输出等适当变更。

定子4具有实质上呈圆环状的定子铁心41、沿着定子铁心41的内周等间隔地设置的多个齿42以及分别设于齿42之间的槽43。在从z轴方向观察时，定子4以与转子3隔开一定间隔地分开的方式配置于转子3的外侧。

例如在将含有硅等的电磁钢板层叠之后进行冲裁加工来形成定子铁心41。

在本实施方式中，转子3的磁极数是共计10极，其中，与定子4相对的n极为5个，s极为5个。槽43的数量为12个。然而，对于转子3的磁极数和槽43的数量而言，并没有特别限定，也可以应用其他的磁极数和槽数的组合。

定子4具有12个线圈u11～u41、v12～v42、w11～w41。线圈u11～u41、v12～v42、w11～w41的各线圈安装于对应的齿42，在从z轴方向观察时配置于对应的槽43内。也就是说，线圈u11～u41、v12～v42、w11～w41相对于齿42成为集中绕组。并且，线圈u11～u41与汇流条51一体化配置，线圈v12～v42与汇流条52一体化配置，线圈w11～w41与汇流条53一体化配置。

此处，表示线圈的附图标记upq、vpq、wpq中的第一个文字表示马达1的各相(在本实施方式的情况下是u相、v相、w相)。第二个文字表示同相内的线圈的排列顺序。第三个文字表示线圈的卷绕方向，在本实施方式中，1是顺时针方向，2是逆时针方向。因而，线圈u11表示u相的排列顺序为第1个的线圈，且卷绕方向为顺时针方向。线圈v42表示v相的排列顺序为第4个的线圈，且卷绕方向为逆时针方向。此外，“顺时针”是指从马达1的中心观察为右旋，“逆时针”是指从马达1的中心观察为左旋。

严格来说，线圈u11、u41是u相的线圈，线圈u22、u32为u-bar相(产生的磁场的朝向与u相的线圈相反)的线圈。然而，在以后的说明中，只要没有特别指出，则统称为u相的线圈。线圈v12～v42和线圈w11～w41也同样，分别统称为v相的线圈、w相的线圈。

[线圈构造]

图2是表示实施方式的线圈5的立体图。图3是表示实施方式的线圈5的侧视图。图4是表示用于比较的线圈50的立体图。图5是表示用于比较的线圈50的侧视图。另外，图3表示从设于线圈5的第1匝和第5匝的引出部5c、5d的顶端方向观察到的侧面，图5表示从设于线圈50的第1匝和第5匝的引出部50c、50d的顶端方向观察到的侧面。另外，图2和图3所示的线圈5应用于在图1c所示的马达1的齿42安装的线圈u11～u41、v12～v42、w11～w41。

线圈5具有卷绕的导线5a、设于导线5a的表面的绝缘覆膜5b以及分别设于线圈5的第1匝和第5匝的引出部5c、5d。线圈5的第2匝～第5匝在俯视时卷绕成矩形形状，包括4个线圈边。

导线5a是截面呈四边形形状的由导电构件形成的线材。导线5a呈螺旋状以单层卷绕5匝，形成沿上下方向层叠的匝列。导线5a例如由铜、铝、锌、镁、黄铜、铁或者sus(steelusestainless不锈钢)等形成。

另外，在以后的说明中，将从引出部5c的顶端卷绕到设有引出部5d的位置的下方的部分设为第1匝。将以后的每卷绕1周的部分依次设为第2匝～第5匝。各匝的起点的选取能够任意确定。将线圈5的设有第1匝的那一侧称为“下”，将设有第5匝的那一侧称为“上”。

绝缘覆膜5b设于导线5a的整个表面，以使线圈5和外部的构件(未图示)之间绝缘。例如，在图1a～图1c所示的马达1中，利用绝缘覆膜5b和未图示的绝缘构件、例如绝缘纸等，使线圈5与定子铁心41之间以及线圈5与齿42之间绝缘。线圈5的相邻的匝之间利用绝缘覆膜5b绝缘。绝缘覆膜5b例如由瓷漆或者耐热树脂等形成。绝缘覆膜5b的厚度为几十μm左右，例如为20μm～50μm之间的厚度。

引出部5c、5d均是导线5a的一部分。引出部5c、5d为了接受来自外部的电流的供给或者向外部供给电流，而从线圈5的侧面、换言之与导线5a的匝列交叉的平面向外侧延伸。为了与外部的构件、例如图1a～图1c所示的汇流条51～54中的任一者连接，在引出部5c、5d中去除了绝缘覆膜5b。不需要在引出部5c、5d的整个区域去除绝缘覆膜5b，例如，仅将与汇流条51～54之间的连接所需的部分的绝缘覆膜5b去除即可。

在此，使用附图说明用于比较的线圈50的形状与本实施方式的线圈5的形状之间的不同。

首先，如图4、图5所示，在用于比较的线圈50中，在第5匝的上表面形成有相当于导线50a的厚度与绝缘覆膜50b的厚度的2倍之和的台阶。同样，在第1匝的下表面形成有相当于导线50a的厚度与绝缘覆膜50b的厚度的2倍之和的台阶。线圈50在第1匝具有引出部50c，在第5匝具有引出部50d。因此，在线圈50的第1匝和第5匝分别产生相当于引出部50c、50d的厚度的台阶。其结果，如图5所示，产生未配置导线5a的死区s。若存在死区s，则产生空气层，成为线圈5的散热效率降低的要因。另外，例如在将线圈50卷绕于图1c所示的齿42的情况下，定子4内的线圈50的槽满率降低。

另一方面，如图2和图3所示，在本实施方式的线圈5中，在从线圈5的侧面观察时，在第2匝的一部分线圈边设有与第2匝的其他线圈边的形状不同的变形部，以避免产生图5所示那样的死区s。具体而言，第2匝中的与引出部5c交叉的线圈边的截面积比其他线圈边的截面积大。另外，在与引出部5c交叉的线圈边设有第1缺口部5e(变形部)。第1缺口部5e设置为收纳第1匝的一部分。利用第1缺口部5e，在位于匝列的下端部的第1匝中，线圈5的位于与导线5a的匝列的中央相反的一侧的一外表面、也就是第1匝的下表面沿着与匝列交叉的一个平面呈平齐状延伸。在此，与匝列交叉的一个平面是由第1匝的下表面和第2匝中的设有第1缺口部5e的线圈边的下表面构成的面，也就是线圈5的下表面。也就是说，线圈5的下表面构成为没有台阶的面。

同样，在从线圈5的侧面观察时，在第5匝的一部分线圈边设有与第5匝的其他线圈边的形状不同的变形部，以避免产生图5所示那样的死区s。具体而言，第5匝中的与引出部5d交叉的线圈边的截面积比其他线圈边的截面积大。另外，在与引出部5d交叉的线圈边设有第2缺口部5f(变形部)。第2缺口部5f设置为收纳第5匝的一部分。利用第2缺口部5f，在位于匝列的上端部的第5匝中，线圈5的位于与导线5a的匝列的中央相反的一侧的一外表面、也就是第5匝的上表面沿着与匝列交叉的另一平面呈平齐状延伸。在此，与匝列交叉的另一平面是第5匝的上表面，是线圈5的上表面。也就是说，线圈5的上表面构成为没有台阶的面。

在此，“没有台阶的面”或者“沿着与匝列交叉的平面呈平齐状延伸”并非是指完全没有台阶的状态的面或者相对于与匝列交叉的平面完全没有台阶的状态。例如，当在第1缺口部5e的底面与收纳于第1缺口部5e的第1匝的一部分的上表面之间在组装公差或者加工公差的范围内存在间隙的情况下，也可以在线圈5的下表面存在因该间隙引起的台阶。另外，在第1匝的厚度与第1缺口部5e的台阶在加工公差的范围内不同的情况下，也可以在线圈5的下表面存在因该差异引起的台阶。同样，当在第2缺口部5f的底面与收纳于第2缺口部5f的第5匝的一部分的下表面之间在组装公差或者加工公差的范围内存在间隙的情况下，也可以在线圈5的上表面存在因该间隙引起的台阶。另外，在第5匝的厚度和第2缺口部5f的台阶在加工公差的范围内不同的情况下，也可以在线圈5的上表面存在因该差异引起的台阶。

通过将线圈5设为图2、图3所示那样的形状，能够消除图4、图5所示那样的台阶，降低线圈5的未卷绕导线5a的死区s。由此，能够提高线圈5的散热效率。另外，在图1a～图1c所示的马达1中，能够提高槽43内的线圈5的槽满率。由此，能够提高马达1的效率。特别是，导线5a的宽度w与厚度t之比(t/w)越接近1，此外，线圈5的匝数越少，则使用本实施方式的线圈5在散热效率和槽满率的方面越有利。

在本实施方式中，将线圈5的匝数设为5。然而，线圈5的匝数不特别限定于此，也可以是其他值。

如上所述，本实施方式的线圈5是具有匝列的线圈5，该匝列由截面呈四边形形状的导线卷绕成螺旋状并在上下方向上层叠而成的第1匝～第n匝(n为3以上的整数)构成，其中，在第1匝～第n匝中的至少一部分导线5a设有形状与其他部分的形状不同的变形部5e或者5f。另外，第1匝和第n匝位于匝列的两端部。另外，利用变形部5e或者5f，在位于匝列的两端部的第1匝和第n匝中，位于与匝列的中央相反的一侧的外表面沿着与匝列交叉的平面呈平齐状延伸。

由此，能够降低在将线圈5卷绕成螺旋状的情况下产生的未卷绕导线的死区s。因而，能够提高线圈的散热效率。

另外，变形部也可以设于导线5a的第1匝和第n匝的局部，或者设于导线5a的第2匝和第n匝的局部。

根据该结构，在第1匝～第n匝中的至少一部分导线设有形状与其他部分的形状不同的变形部。利用变形部，在位于匝列的两端部的第1匝和第n匝、或者第2匝和第n匝中，位于与匝列的中央相反的一侧的外表面能够沿着与匝列交叉的平面呈平齐状延伸。

另外，变形部也可以具有：第1缺口部5e，其设于第2匝的导线5a，以收纳第1匝的一部分；以及第2缺口部5f，其设于第n匝的导线5a，以收纳第n匝的一部分。

根据该结构，使线圈5的一部分的匝变形。由此，能够降低未卷绕导线5a的死区s，提高线圈5的散热效率。

另外，本实施方式的马达1具备定子4，该定子4具有定子铁心41、从定子铁心41突出的齿42以及卷绕于齿42的线圈5。

根据该结构，进一步提高线圈5的散热效率，并且，提高定子4内的线圈5的槽满率。由此，能够提高马达1的效率。

(变形例1)

图6是表示变形例1的线圈5的立体图。另外，为了便于说明，在图6中，省略引出部5c、5d的图示。

本变形例的线圈5与图2、图3所示的线圈5相比，导线5a的截面的形状不同。在图2、图3所示的线圈5中，各匝的导线5a的截面为使矩形倾斜的状态。由此，在线圈5的侧面不形成台阶。另一方面，在图6所示的线圈5中，各匝的导线5a的截面为实质上的矩形形状。因此，在线圈5的侧面，在相邻的匝之间形成有台阶。

如图6所示，在本变形例中也是，利用第1缺口部5e，在位于匝列的下端部的第1匝中，线圈5的位于与导线5a的匝列的中央相反侧的一侧的外表面、也就是第1匝的下表面沿着与匝列交叉的一个平面呈平齐状延伸。在此，与匝列交叉的一平面是由第1匝的下表面和第2匝中的设有第1缺口部5e的线圈边的下表面构成的面，也就是线圈5的下表面。也就是说，线圈5的下表面构成为没有台阶的面。

同样，利用第2缺口部5f，在位于匝列的上端部的第5匝中，线圈5的位于与导线5a的匝列的中央相反的一侧的一外表面、也就是第5匝的上表面沿着与匝列交叉的另一平面呈平齐状延伸。在此，与匝列交叉的另一平面是第5匝的上表面，相当于线圈5的上表面。也就是说，线圈5的上表面构成为没有台阶的面。

在本变形例中也是，能够减少死区，提高线圈5的散热效率。另外，在图1a～图1c所示的马达1中，能够提高槽43内的线圈5的槽满率。由此，能够提高马达1的效率。

另外，在本变形例中，在线圈5的侧面形成有台阶，因此上述的槽满率与图2、图3所示的结构的线圈5的槽满率相比稍微降低。然而，除第2匝和第5匝的一部分之外，能够使用通常的截面为矩形形状的线材作为导线5a，因此在制造成本的方面有利。

(变形例2)

图7是表示变形例2的线圈5的立体图。图8是表示变形例2的线圈5的侧视图。在图8中，表示从分别设于线圈5的第1匝和第5匝的引出部5c、5d的顶端方向观察到的线圈5的侧面。

本变形例的线圈5与图2、图3所示的线圈5相比，在第2匝～第5匝中，与引出部5c、5d交叉的线圈边的形状与第2匝～第5匝的其他线圈边的形状不同。

如图7、图8所示，在第2匝～第5匝中，在与引出部5c、5d交叉的线圈边分别设有作为变形部的弯折部。在第2匝～第5匝中，与引出部5c、5d交叉的线圈边的导线5a呈台阶状弯折而形成弯折部。具体而言，在第2匝设有弯折部502，在第3匝设有弯折部503，在第4匝设有弯折部504，在第5匝设有弯折部505。

在第1匝与第2匝之间，第1匝中的包含引出部5c的线圈边和弯折部502以相互抵接的状态卡合。在第2匝与第3匝之间，弯折部502和弯折部503以相互抵接的状态卡合。在第3匝与第4匝之间，弯折部503和弯折部504以相互抵接的状态卡合。在第4匝与第5匝之间，弯折部504和弯折部505以相互抵接的状态卡合。在第5匝，第5匝中的包含引出部5d的线圈边和弯折部505以相互抵接的状态卡合。

进而，如图7、图8所示，在本变形例中也是，在位于匝列的下端部的第1匝中，线圈5的位于与导线5a的匝列的中央相反的一侧的一外表面、也就是第1匝的下表面沿着与匝列交叉的一平面呈平齐状延伸。在此，与匝列交叉的一平面是由第1匝的下表面和第2匝中的设有第1弯折部502的线圈边的下表面构成的面，也就是线圈5的下表面。也就是说，线圈5的下表面构成为没有台阶的面。

同样，在位于匝列的上端部的第5匝中，线圈5的位于与导线5a的匝列的中央相反的一侧的一外表面、也就是第5匝的上表面沿着与匝列交叉的另一平面呈平齐状延伸。在此，与匝列交叉的另一平面是第5匝的上表面，相当于线圈5的上表面。也就是说，线圈5的上表面构成为没有台阶的面。

在本变形例中也是，能够减少死区，提高线圈5的散热效率。另外，在图1a～图1c所示的马达1中，能够提高槽43内的线圈5的槽满率。由此，能够提高马达1的效率。另外，在线圈5中，通过在第2匝～第5匝设置弯折部502～505，在卷绕成螺旋状的线圈5中，能够将侧面形状实质上设为矩形形状。由此，在将线圈5卷绕于齿42的情况下，能够没有间隙地配置线圈，因此能够提高槽满率。

在本变形例中，将线圈5的匝数设为5，但线圈5的匝数不特别限定于此，也可以是其他值。

如上所述，本变形例的变形部具有第(i-1)匝(i为整数，3≤i≤n-1)的一部分导线5a呈台阶状弯折而得到的第1弯折部和第i匝的一部分导线5a呈台阶状弯折而得到的第2弯折部，第1弯折部和第2弯折部以相互抵接的状态卡合即可。

(变形例3)

图9是表示变形例3的线圈5的立体图。另外，为了便于说明，在图9中，省略引出部5c、5d的图示。

本变形例的线圈5与图2、图3所示的线圈5相比，线圈5的第1匝的一部分线圈边的形状与第1匝的其他线圈边的形状不同。同样，第5匝的一部分线圈边的形状与第5匝的其他线圈边的形状不同。也就是说，在第1匝的一部分线圈边设有形状与第1匝的其他线圈边的形状不同的变形部。在第5匝的一部分线圈边设有形状与第5匝的其他线圈边的形状不同的变形部。

在图2、图3所示的线圈5中，由第1匝的下表面和第2匝中的设有第1缺口部5e的线圈边的下表面构成线圈5的下表面，第5匝的上表面构成线圈5的上表面。相对于此，在本变形例的线圈5中，为了消除死区，第1匝的包含卷绕开始部的线圈边相对于其他线圈边而言截面积发生变化，第1匝的下表面构成线圈5的下表面。同样，为了消除死区，第5匝的包含卷绕结束部的线圈边相对于其他线圈边而言截面积发生变化，第5匝的上表面构成线圈5的上表面。

如图9所示，在本变形例中也是，在位于匝列的下端部的第1匝中，线圈5的位于与导线5a的匝列的中央相反的一侧的一外表面、也就是第1匝的下表面沿着与匝列交叉的一平面呈平齐状延伸。在此，与匝列交叉的一平面是第1匝的下表面，相当于线圈5的下表面。也就是说，线圈5的下表面构成为没有台阶的面。

同样，在位于匝列的上端部的第5匝中，线圈5的位于与导线5a的匝列的中央相反的一侧的另一外表面、也就是第5匝的上表面沿着与匝列交叉的另一平面呈平齐状延伸。在此，与匝列交叉的另一平面是第5匝的上表面，相当于线圈5的上表面。也就是说，线圈5的上表面构成为没有台阶的面。另外，如图9所示，变形部设于第1匝以及第5匝的导线5a。

在本变形例中也是，能够减少死区，提高线圈5的散热效率。另外，在图1a～图1c所示的马达1中，能够提高槽43内的线圈5的槽满率。由此，能够提高马达1的效率。

另外，在变形例和实施方式中，使用线圈5设于马达1的定子4内的例子进行了说明。然而，在此公开的技术并不特别限定于此。在此公开的技术也能够应用于其他用途，例如发电机内的线圈或者电力设备内的电抗器等。

示出了引出部5c、5d从线圈5的相同侧面向外周侧引出的例子。然而，引出部5c和引出部5d也可以从线圈5的不同侧面向外周侧引出。例如，引出部5c、5d也可以分别从线圈5的彼此相对的侧面引出。另外，导线5a的截面形状为四边形即可，既可以是矩形形状，也可以是梯形形状，或者还可以是平行四边形。

在变形例和实施方式中，以消除在线圈5的上表面和下表面这两者产生的死区的方式在线圈5设有变形部。然而，也可以以消除线圈5的上表面和下表面中的任一者的死区的方式在线圈5设置变形部。在该情况下，也能够提高线圈5的散热效率。

线圈5能够通过铸造形成。采用该方法，能够容易地将截面积较大的导线成形为螺旋状的卷绕线圈。但是，不限于铸造，也可以用其他的方法形成。例如，也可以由铜、铝、锌、镁、铁、sus或者黄铜等固体物进行切削而成。另外，例如，也可以通过焊接等将单独成形的零件彼此间接合而形成。

产业上的可利用性

本公开的线圈能够进一步提高散热效率，在应用于马达或者电力设备的方面是有用的。

附图标记说明

1、马达；2、轴；2a、中空部；2b、贯通孔；3、转子；4、定子；5、线圈；5a、导线；5b、绝缘覆膜；5c、5d、引出部；5e、第1缺口部(变形部)；5f、第2缺口部(变形部)；31、磁体；41、定子铁心；42、齿；43、槽；50、线圈；50a、导线；50b、绝缘覆膜；50c、50d、引出部；51～54、汇流条；502、504、弯折部(第1弯折部)；503、505、弯折部(第2弯折部)；c、制冷剂；s、死区；u11、u22、u32、u41、v12、v21、v31、v42、w11、w22、w32、w41、线圈。