JP2006166592A - セグメント式ステータ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】導体セグメント自体のコストダウンをするとともに、導体セグメントの溶接時に発生する不良率を下げ得るセグメント式ステータ構造の提供
【解決手段】複数のスロット２０ａを放射線状に備えるステータコア２０と、スロット２０ａに備えられステータコア２０の径方向に一列に配列された複数の導体セグメント１５が接合されることにより環状に整列してなるセグメントコイル１８を有するセグメント式ステータ構造において、スロット２０ａの内面に沿って、絶縁性を有する絶縁インシュレータ１０を有し、絶縁インシュレータ１０が、導体セグメント１５の各々のスロット２０ａ内部での径方向の移動を阻止する保持部を有し、絶縁インシュレータ１０に、絶縁被覆レス導体セグメント１５を保持し、径方向に隣接する第１絶縁被覆レス導体セグメント１５と第２絶縁被覆レス導体セグメント１５の間に円輪形状絶縁紙２５を挿入する
【選択図】 図４

Description

本発明は、電動機に関し、特にセグメント式ステータ構造に関する。

様々の機器に電動機が搭載されるようになって来た今日、電動機の高機能化、小型化、軽量化等が、強く要望されている。特に環境保護や省資源化などが叫ばれる現状において、自動車には従来の内燃機関に変えて、又はこれと併用して、原動機として電動機が用いられるようになってきた。
自動車用の原動機として用いられる場合、搭載スペースが制限されるために、高出力でかつ小型で軽量であることを要求される。更に、従来の内燃機関と併用して用いる場合には、内燃機関と原動機の両方を車載する必要があるためにその小型化と高性能化は切望されている。

電動機又は発電機の小型化及び高性能化の１つの手法として、ステータコアの磁極間の空間であるスロットの有効利用が挙げられ、スロットの断面積に対する導線断面積の占有率を高める、特開２００３−７０２０１号公報（以下、特許文献１とする）のような方法が知られている。
図７は特許文献１の回転電気のステータの概略の製造工程を示す図である。
まず、略円環板状で、内側にくし歯形状が形成された電磁鋼板を積層し、外周部を溶接してステータコア１１０を作る（ａ）。このステータコア１１０は、図示するように、略円筒形の外形を有し、その内周側には、周方向にくし歯状に形成された磁極１１２を有している。磁極１１２の間の空間はスロット１１４と呼ばれている。

つぎに、スロット１１４の内周面に絶縁インシュレータ１１６を配置する（ｂ）。絶縁インシュレータ１１６の詳細な形状等については後述する。一方で、コイルとなる導線１１８を、図示するように略Ｕ字形状に曲げ、導体セグメント１２０を作製する（ｃ）。この導体セグメント１２０を、そのＵ字形の導線先端からスロット１１４内にステータコア１１０の円筒軸線方向に挿入する。すなわち、スロット１１４の、回転電機の軸線方向における一方の端部（図中下方）から導線先端を挿入し、他方の端（上方）へ突出させる（ｄ）。
そして、導線１１８の先端を折り曲げる。そして、隣の導体セグメント１２０同士の先端１１８ａを溶接することで、コイルを形成する（ｅ）。

図８（ａ）は、スロット１１４内に挿入された、絶縁インシュレータ１１６と導線１１８の断面を示す図である。絶縁インシュレータ１１６の内面には、回転電機の軸線に平行に延びる突条１２２が設けられている。この突条１２２は、導線１１８が挿入されるときにおいて、この導線１１８がスロット１１４内を回転電機の軸線に平行に移動し、反対側の端部の所定位置に突出するように案内する案内部として機能する。また、突条１２２は、スロットの長さ全体にわたって設けることも、部分的に設けることもできる。また、複数に分割して設けることもできる。
突条１２２によって、導線１１８がスロット１１４より突出する位置が定まるので、これに続く導線を曲げる工程において、導線１１８の先端を確実に把持することができる。そして、所期の形状に曲げることができる。これによって、溶接される２本の導線同士の先端を揃えて配置することができ、溶接不良の発生を抑えることができる。

さらに、突条１２２は、導線１１８が挿入された後、導線１１８の移動を阻止し、その位置に保持する保持部としての機能を有する。また、隣接する導線１１８の間隔を維持する機能も有する。回転電機として製造された後も、導線１１８は突条１２２によって保持されるので、振動により隣接導線同士がこすれることを防止し、絶縁被膜の破壊を防ぐことができる。また、隣接導線同士の隙間を確保するように作用するため、この点からも絶縁状態が維持される。
図８（ｂ）は、絶縁部材の形状の他の例を示す図である。壁１２６は、前述の絶縁インシュレータ１１６の突条１２２の代わりに、導線１１８の挿入の案内および所定位置への保持を行うものである。この構成によれば、スロット１１４内で隣り合う導線１１８の間に壁が配置されるので、絶縁が確実となる。今後、いっそうの電動機又は発電機の高性能化が進むと考えられ、更に高圧の電流を導線に流す必要に迫られると予想されるので、確実に絶縁される事が望まれる。

また、小型化の一環として、特開２００３−２１９５９１号公報（以下、特許文献２とする）のような手法も考えられる。
図９は特許文献２の、回転電機２１０の断面図である。
図９に示すように、回転電機２１０は、特許文献１同様に略Ｕ字型の導体セグメント１２０をステータコア１１０に形成されたスロット１１４に周方向及び径方向に亘って複数挿入するとともにスロット１１４から突出した複数の導体セグメント１２０をお互いに向かい合う所定の位置まで屈曲させてその端部同士を溶接等行い接合することにより形成された相コイルを備えている。
特許文献２の回転電機２１０は、例えば、こうした相コイルを所定の位相角隔てて複数形成されたステータと、外表面に永久磁石が貼り付けられたロータとを備える発電可能な同期発電電機として構成されている。

複数の導体セグメント１２０がお互いに接合された部位（以下、接合部２１８という）のうち径方向に隣接する接合部２１８間の隙間には、絶縁性の高い材料（例えば、樹脂など）により形成されたスペーサ２２０が嵌挿されている。このスペーサ２２０は、図に示すように、周方向に亘って、配置された複数の接合部２１８間を絶縁可能な長さを有する帯状のものとして形成されている。したがって、この帯状のスペーサ２２０を周方向に亘る複数の接合部２１８間の隙間に嵌挿することにより、外部からの比較的大きな振動に対しても隣接する接合部２１８間が接触する事がないから、良好な絶縁性を確保する事ができる。なお、スペーサ２２０の高さは、隣接する接合部２１８間の絶縁距離などを考慮して定義設定すればよい。

一方で、導体セグメントを用いた方法の問題点として、溶接品質のバラつきによる溶接不良の発生というものが挙げられる。
具体的にそれを解決する方法として、特開２００４−２５３０３号公報（以下、特許文献３とする）のような方法が考案されている。
特許文献３の方法は、図１０に示すように、隣り合う導体セグメント１２０を溶接する際に、第１セグメント２１１と第２セグメント２１２との高さに違いがあり、段差ｓ１を生じている場合や、第１セグメント２１１と第２セグメント２１２に図示しない隙間ｇ１が生じている場合でも、溶接不良を低減させる方法である。
第１セグメント２１１及び第２セグメント２１２は他のセグメントとともにステータコア１１０に備えられて、回転駆動装置により回転させながら溶接を行う。溶接工程では、第１セグメント２１１と第２セグメント２１２の少なくともどちらか一方に溶接電極ＥからアークＡを飛ばして、１周目で予備溶接等を行い、２周目で本溶接を行うような制御をする。そうすることで、１周目の予備溶接で一部が溶融した第１セグメント２１１及び第２セグメント２１２が、溶融し溶融部Ｍを作る。１周目で接続された場合には、２周目で更に深く接続され、１周目で接続されなかった場合にも、１周目で段差ｓ１や隙間が、溶融部Ｍによって縮まっているため２周目で接続される。このようにして溶接不良の低減を図ることが出来る。

特開２００３−７０２０１号公報 特開２００３−２１９５９１号公報 特開２００４−２５３０３号公報

しかし、特許文献１に開示される様な方法では次のような問題があった。
特許文献１において、導体セグメント１２０を接合する方法は、ＴＩＧ溶接により行っている。導体セグメント１２０は、ＴＩＧ溶接によって接続され、導通するが、絶縁皮膜がその表面を覆っている状態では、溶接が行えない。よって、事前に溶接用アースを確保するために、先端１１８ａの部分の絶縁皮膜の剥離が必要であり、コストがかかるという問題がある。
絶縁皮膜の剥離は、通常、刃具等を用いて切削により剥離を行う。しかし、刃具等の磨耗などの要因により絶縁皮膜剥離の状態にバラつきが発生することがあり、絶縁皮膜の剥離が不十分であると、剥離不足による溶接不良が発生してしまう。このため、剥離工程ではそれなりの設備を必要とし、剥離には時間と手間がかかり、刃具も定期的に交換してやる必要があり、コストの削減の足かせとなっている。

また、剥離不足による絶縁皮膜剥離残りがあるまま溶接を行うと、溶接治具に剥離残りが炭化して付着し、その汚れによってもアース不良が起こる。また、絶縁皮膜の剥離が十分であったとしても、溶接熱で、必要な部分への絶縁皮膜へダメージを与えてしまわないように、入熱の上限が必然的に設定されてしまうため、溶融不足による溶接不良の発生や、導体セグメント１２０の位置決めが出来ていないことによる高さのバラつきからの溶接不良が発生する恐れがある。結果、溶接不良による断線や、内部抵抗の増大によるモータの能力不足等、製品に必要な品質が確保できないという問題があった。

特許文献２については、導体セグメント１２０の絶縁性を確保する意味では有効な手段だといえるが、構成上、導体セグメント１２０を捻り、溶接した後でしかスペーサ２２０を入れることは出来ない。
従って、絶縁性を確保するという意味では効果があるが、溶接不良を改善するといった面では効力を発揮しない。さらに、捻りの際に若干ずれて差込口が狭くなってしまったものや、溶接の際に出来たビードによって、挿入を阻まれることも考えられ、自動化に当たっては、難しい問題を抱えている。
特許文献３については、溶接不良の低減には有効は方法であるが、その加工の性質上、平均ずれが大きいほど溶融量を増やす必要があるので、溶接ビードは大きくなりやすく、高密度化が進むにつれて溶接を必要としない隣の導体セグメントと導通してしまう不良の危険性が高くなる。

つまり、特許文献１乃至特許文献３に開示されるような従来技術では、導体セグメント表面の絶縁皮膜の剥離工程を必要として、コスト増大と多大な手間がかかるという問題があり、また、特許文献１や特許文献２に開示されるような従来技術では、溶接不良率を改善する事は難しく、特許文献３の方法でも、ずれの大きいものについては効果を発揮する事ができないという問題があった。
本発明は、上記問題点としてあげる溶接品質の向上とコストダウンという、相反する２つの問題を解決するためになされたものであり、導体セグメント自体のコストダウンをするとともに、導体セグメントの溶接時に発生する不良率を下げ得るセグメント式ステータ構造を提供することを目的とする。

本発明に係る方法は、以下に示すとおりである。
（１）複数のスロットを放射線状に備えるステータコアと、前記スロットに備えられ前記ステータコアの径方向に一列に配列された複数の導体セグメントの、前記ステータコアの軸方向の端面から外に出た端部を把持して捻り、他の前記導体セグメントの端部と接合し、前記導体セグメントが接合されることにより環状に整列してなるセグメントコイルを有するセグメント式ステータ構造において、前記スロットの内面に沿って、絶縁性を有する絶縁インシュレータを有し、前記絶縁インシュレータが、前記導体セグメントの各々の前記スロット内部での径方向の移動を阻止する保持部を有し、前記絶縁インシュレータに、絶縁被膜を有しない前記導体セグメントである絶縁被覆レス導体セグメントを保持し、径方向に隣接する第１絶縁被覆レス導体セグメントと第２絶縁被覆レス導体セグメントの間に円輪形状絶縁紙を挿入することを特徴とする。

（２）複数の前記スロットを放射線状に備える前記ステータコアと、前記スロットの内面に沿って、絶縁性を有する前記絶縁インシュレータを有し、前記スロットに備えられ前記ステータコアの径方向に一列に配列された複数の前記導体セグメントの、前記ステータコアの軸方向の端面から外に出た端部を把持して捻り、他の前記導体セグメントの端部と接合し、前記導体セグメントが接合されることにより環状に整列してなるセグメントコイルを有するセグメント式ステータ構造において、前記絶縁インシュレータが、前記導体セグメントの各々の前記スロット内部での径方向の移動を阻止する保持部を有し、前記絶縁インシュレータの縁部に設けられた位置決め部の曲面部と、前記絶縁インシュレータの前記位置決め部側から差し込まれた前記導体セグメントの曲部が面で接し、前記位置決め部の下面で前記ステータコアの軸方向の端面に接することを特徴とする。

本発明に係るセグメント式ステータ構造の作用効果について説明する。
本発明に係るセグメント式ステータ構造においては、
（１）複数のスロットを放射線状に備えるステータコアと、前記スロットに備えられ前記ステータコアの径方向に一列に配列された複数の導体セグメントの、前記ステータコアの軸方向の端面から外に出た端部を把持して捻り、他の前記導体セグメントの端部と接合し、前記導体セグメントが接合されることにより環状に整列してなるセグメントコイルを有するセグメント式ステータ構造において、前記スロットの内面に沿って、絶縁性を有する絶縁インシュレータを有し、前記絶縁インシュレータが、前記導体セグメントの各々の前記スロット内部での径方向の移動を阻止する保持部を有し、前記絶縁インシュレータに、絶縁被膜を有しない前記導体セグメントである絶縁被覆レス導体セグメントを保持し、径方向に隣接する第１絶縁被覆レス導体セグメントと第２絶縁被覆レス導体セグメントの間に円輪形状絶縁紙を挿入することを特徴とするので、導体セグメント自身に絶縁皮膜を持たずに、絶縁インシュレータと円輪形状絶縁紙によって必要な絶縁性を確保でき、その結果、絶縁皮膜の剥離工程を削減でき、溶接時に絶縁皮膜の除去不足による溶接不良をなくすことができるという優れた効果を奏し、同時に絶縁皮膜を必要としないので、材料原価が低減でき、剥離工程自体の削減と、その工程に係る経費も削減でき、その結果、セグメントコイルのコストダウンを実現することが出来る。つまり、絶縁皮膜を有しない導体セグメントを採用することで溶接不良の低減とコストダウンという従来方法では相反する課題を解決し得る。また、絶縁皮膜の厚みの分だけ導体セグメントを太くする事ができ、小型化に貢献するとともに、電流量の増加にも対応できるようになる。

（２）複数の前記スロットを放射線状に備える前記ステータコアと、前記スロットの内面に沿って、絶縁性を有する前記絶縁インシュレータを有し、前記スロットに備えられ前記ステータコアの径方向に一列に配列された複数の前記導体セグメントの、前記ステータコアの軸方向の端面から外に出た端部を把持して捻り、他の前記導体セグメントの端部と接合し、前記導体セグメントが接合されることにより環状に整列してなるセグメントコイルを有するセグメント式ステータ構造において、前記絶縁インシュレータが、前記導体セグメントの各々の前記スロット内部での径方向の移動を阻止する保持部を有し、前記絶縁インシュレータの縁部に設けられた位置決め部の曲面部と、前記絶縁インシュレータの前記位置決め部側から差し込まれた前記導体セグメントの曲部が面で接し、前記位置決め部の下面で前記ステータコアの軸方向の端面に接することを特徴とするので、導体セグメントの位置決め精度を高める事ができ、溶接側における導体セグメント端の高さがそろうので、溶接不良を低減するという優れた効果を奏する。

以下、本発明の実施例を図面に従って説明を行う。
図１（ａ）は絶縁インシュレータ１０の正面図、図１（ｂ）は絶縁インシュレータ１０の側面断面図、図１（ｃ）は絶縁インシュレータ１０の下面視図を示す。
また、図２は本実施例で使用する略Ｕ字型の導体セグメント１５の立面図を示す。
絶縁インシュレータ１０は、図１（ｃ）で示すように直方体のボディであり、導体セグメント１５の保持部となる長方形の貫通した差し込み孔１４を一列に多数に有しており（本事例では一列で１２穴）、それぞれ壁１０ａにて仕切られている。この差し込み孔１４は、角柱状である導体セグメント１５の直線部１５ｄを差し込んで、１２本の導体セグメント１５の直線部１５ｄが並行に保持可能なように作られている。

なお、隣の導体セグメント１５との絶縁を確保し、かつ絶縁インシュレータ１０が製造可能で必要強度を持つように、壁１０ａの厚みは０．３ｍｍ程度としてある。
また、絶縁インシュレータ１０の一端には、曲面１１ａと平面１１ｂから構成される位置決め部１１が設けられている。絶縁インシュレータ１０の材質は、絶縁性、耐油性、耐薬品性、耐熱性等を考慮して、ＰＰＳを採用している。
絶縁インシュレータ１０のボディ側面下部付近には突起部１２を備え、スロット２０ａに差し込んだ際に抜け留めとして機能する。

一方、図２に示される導体セグメント１５は、略Ｕ字型に成形され、第１リード側先端部１５ａ、第２リード側先端部１５ｂ、直線部１５ｄ、Ｒ部１５ｅ、クランク部１５ｃ等からなる形状を有している。この形状は、プレス成形等で行われ、一定の精度をもって製作されている。
材質は銅を用い、導電性を確保している。なお、本実施例では、導体セグメント１５は絶縁皮膜レスのものを用いているため、表面にはエナメル等の絶縁被覆は施されていない（以下、絶縁被覆レス導体セグメント１５とする）。

図３はセグメントコイル１８の平面図である。
ステータコア２０は、円筒形状をしており、複数のスロット２０ａを放射線状に内側の面に備えている。本実施例ではステータコア２０の内面に４８個のスロット２０ａを備えている。このスロット２０ａに絶縁インシュレータ１０を差し込むと、位置決め部１１と突起部１２によって、絶縁インシュレータ１０はスロット２０ａに保持される。その後、スロット２０ａに差し込まれた絶縁インシュレータ１０に、絶縁被覆レス導体セグメント１５を全周に亘って挿し込む。

そして、スロット２０ａに備えられた絶縁インシュレータ１０の位置決め部１１の曲面１１ａによって、絶縁被覆レス導体セグメント１５のＲ部１５ｅを面で受け、そして平面１１ｂによって、ステータコア２０の軸方向の端面に突き当てられ、絶縁インシュレータ１０の高さ方向の位置決めを行う。
従って、絶縁被覆レス導体セグメント１５の第１リード側先端部１５ａ又は第２リード側先端部１５ｂは、一定の精度で揃う事になる。この際、絶縁被覆レス導体セグメント１５は全ての絶縁インシュレータ１０の差し込み孔１４に差し込まれており、ステータコア２０の軸方向の端面から突き出した状態になっているが、突き出す長さは、ステータコア２０の外周に向かうほど長くなる。
そして、絶縁被覆レス導体セグメント１５の第１リード側先端部１５ａ又は第２リード側先端部１５ｂは、捻り機で捻られる。

円輪形状絶縁紙２５は、それぞれ所定の径を持つ円筒形状をした絶縁素材で出来たリング状の絶縁紙であり、本実施例では絶縁インシュレータ１０の材質と同系のＰＰＳの帯を超音波溶着するなどして円輪形状にしている。この材質にＰＰＳを採用した理由は、溶接時の熱に耐えうるように耐熱性と、耐油性、耐薬品性、絶縁性等を考慮したためである。
図４は円輪形状絶縁紙を差し込む際の導体セグメント１５の状態を示した立体図である。

この円輪形状絶縁紙２５を、図４に示すようにステータコア２０に備えられて捻られた絶縁インシュレータ１０の列ごとに挿入していく。具体的には、ステータコア２０に差し込まれた絶縁インシュレータ１０に導体セグメント１５が１２本備えられ、ステータコア２０の外側から絶縁インシュレータ１０の１列目と２列目の間に直径の最も大きい円輪形状絶縁紙２５を入れ、２列目と３列目の間に次に直径の大きい円輪形状絶縁紙２５を入れ、１２列目までに１１枚の円輪形状絶縁紙２５を挿入する。それによって、それぞれの列ごとに円輪形状絶縁紙２５が挿入されることになり、径方向に隣り合う絶縁被覆レス導体セグメント１５同士が直接触れる事はなくなる。
なお、この円輪形状絶縁紙２５の挿入工程は、捻り機で絶縁被覆レス導体セグメント１５の第１リード側先端部１５ａ又は第２リード側先端部１５ｂを捻る工程の前であっても構わない。

図５は図４の内径側から見た面を展開した図である。
ステータコア２０のスロット２０ａに備えられた絶縁インシュレータ１０に、それぞれ差し込まれた絶縁被覆レス導体セグメント１５が、絶縁インシュレータ１０の位置決め部１１と、導体セグメント１５のＲ部１５ｅが面で接触することによって位置が決められる。
そして、ステータコア２０の軸方向の端面と、捻り機で捻られた後の第１リード側先端部１５ａ及び第２リード側先端部１５ｂまでの距離ａは、他の全ての捻られた絶縁被覆レス導体セグメント１５の第１リード側先端部１５ａ又は第２リード側先端部１５ｂと等しくなる。

また、円輪形状絶縁紙２５は、径方向に隣り合う絶縁被覆レス導体セグメント１５同士の間に差し込まれる際、ステータコア２０の軸方向の端面から高さｂになる程度の幅を有しており、絶縁インシュレータ１０同士の導通を防ぐ。径方向に隣り合う絶縁被覆レス導体セグメント１５の第１リード側先端部１５ａ又は第２リード側先端部１５ｂの円輪形状絶縁紙２５で絶縁されない突出部ｃは、次の工程で溶接をするために設けられている。なお、捻られた後にステータコア２０の中心から出る放射線上に並ぶこととなり、その高さは揃えられる。

捻り工程を終えたセグメントコイル１８は、円輪形状絶縁紙２５を介して隣り合う第１絶縁被覆レス導体セグメント１５と第２絶縁被覆レス導体セグメント１５のそれぞれの突出部ｃを溶接し、３相分の導体セグメントが溶接されステータ構造式コイルが出来上がる。その後、図３に示す端子部３０を接合する。
そして溶接されたセグメントコイル１８の、ステータコア２０の軸方向端面から突出している絶縁被覆レス導体セグメント１５を射出モールドすることによって、絶縁被覆レス導体セグメント１５同士の隙間にモールド用の樹脂が流れ込み、絶縁がなされる。このモールド用の樹脂には成形後の変形を抑える効果もある。

このような構成でセグメントコイル１８は製作されているので、以下に示すような作用効果をもたらす。
まず１つ目の効果として、溶接不良の低減が可能という点があげられる。
絶縁被覆レス導体セグメント１５はそれぞれ、絶縁インシュレータ１０、円輪形状絶縁紙２５、モールド用の樹脂によって、隣接する他の絶縁被覆レス導体セグメント１５と絶縁がなされるので、導体セグメント１５自身に絶縁皮膜を必要としない。これによって、溶接不良の低減を図ることが可能である。
これは、導体セグメント１５が絶縁被覆されていないので、溶接時に切削不良等で絶縁皮膜が残り、溶接不良を引き起こしたり、絶縁皮膜残りが電極や治具等に付着して炭化する事で、その汚れによってもアース不良を引きおこしたりすることも無く、また、入熱の上限が絶縁皮膜によって制限される事もないので、溶融不足による溶接不良の発生も解決し得るからである。その結果、溶接不良による不良率の低減を図ることが出来る。

つぎに、絶縁インシュレータ１０に位置決め部１１を設けることで、第１絶縁被覆レス導体セグメント１５の第１リード側先端部１５ａ及び第２リード側先端部１５ｂと、第２絶縁被覆レス導体セグメント１５の第１リード側先端部１５ａ及び第２リード側先端部１５ｂの高さの組み付け精度を一定の精度でそろえることが可能になるので、溶接不良を低減可能となる。
図６はステータコア２０に備えられた絶縁被覆レス導体セグメント１５の隙間と段差の関係を示したグラフである。
図６の縦軸は段差ｓ１を表してあり、補助図５０に示す、隣り合う絶縁被覆レス導体セグメント１５の先端の高さの差を示している。一方横軸は隙間ｓ２を表しており、補助図５１に示す、隣り合う絶縁被覆レス導体セグメント１５の先端の距離の差を示している。
縦軸と横軸と境界線５２で囲まれる範囲が、溶接可能範囲である事が実験から分かっており、段差ｓ１と隙間ｓ２が小さくなるほど、不良率は発生しにくくなる。
本実施例による絶縁インシュレータ１０、絶縁被覆レス導体セグメント１５を用いることにより、段差ｓ１と隙間ｓ２はこの範囲で収まる事が実験でわかっており、不良率を劇的に削減することが期待できる。

さらに、導体セグメント１５が絶縁被覆を必要とする場合、断面が長方形である導体セグメント１５の角部は、エナメル等を被覆するために、最小Ｒに制限がある。これは、角部のＲがある程度無いと、エナメルが角部から剥離し易くなるためである。しかし、本実施例の絶縁被覆レス導体セグメント１５であれば、被覆する必要が無いため、角部のＲは０に近くてもそういった問題を生じない。
今後、一層の高性能化が求められるセグメントコイル１８は、更に大きな電流を流す事が求められ、少しでも断面積を大きくする必要があるとともに、大きな電流を流すために絶縁被覆を厚くしなければならなくなると考えられる。その場合、エナメル等の被覆を十分な絶縁性を持たせるために厚くする事は、先にあげた角部のＲをさらに大きく必要とし、ステータコイル自身も大きくしなければならず、経済的にも、略Ｕ字型に曲げ加工する必要がある点から言っても好ましくない。

２つ目の効果として、セグメントコイル１８のコストダウンが可能な点が上げられる。
絶縁皮膜をなくす事で導体セグメント１５の原価低減と、絶縁皮膜の剥離工程が不要となることで、リード時間が短縮され、製作コストの削減に繋がる。
また、従来技術で必要であった剥離工程では、剥離を確実なものにするように、定期的な刃具の交換等が必要であり、かつ切削加工をするため、発生した切屑の除去や、切削油の補充等のメンテナンスの手間がかかる。よって、これが不要になる事で、設備投資によるイニシャルコストと、設備の維持コスト等が削減可能となる。さらに、剥離工程に必要とするリードタイムも短縮できる点も、コストダウンに繋がる。実質的には、絶縁インシュレータ１０に位置決め部１１を設ける点と、円輪形状絶縁紙２５を必要とすることで若干のコストアップがあるが、トータルで考えるとその分を相殺してさらにコストダウンが期待できる。
すなわち、従来技術において溶接品質向上とコストダウンという、相反する２つの課題を、絶縁被覆レス導体セグメント１５を使用する事で同時に解決する事が可能となる。
したがって、導体セグメント１５自身に絶縁被覆を必要としない本実施例の方法には大きなメリットがあると考える。

上述したように、本実施の形態によるセグメント式ステータ構造によれば、以下の効果を奏する。
（１）複数のスロット２０ａを放射線状に備えるステータコア２０と、スロット２０ａに備えられステータコア２０の径方向に一列に配列された複数の導体セグメント１５の、ステータコア２０の軸方向の端面から外に出た端部を把持して捻り、他の導体セグメント１５の端部と接合し、導体セグメント１５が接合されることにより環状に整列してなるセグメントコイル１８を有するセグメント式ステータ構造において、スロット２０ａの内面に沿って、絶縁性を有する絶縁インシュレータ１０を有し、絶縁インシュレータ１０が、導体セグメント１５の各々のスロット２０ａ内部での径方向の移動を阻止する保持部を有し、絶縁インシュレータ１０に、絶縁被膜を有しない導体セグメント１５である絶縁被覆レス導体セグメント１５を保持し、径方向に隣接する第１絶縁被覆レス導体セグメント１５と第２絶縁被覆レス導体セグメント１５の間に円輪形状絶縁紙２５を挿入することを特徴とするので、導体セグメント１５自身に絶縁皮膜を持たずに、絶縁インシュレータ１０と円輪形状絶縁紙２５によって必要な絶縁性を確保でき、その結果、絶縁皮膜の剥離工程を削減でき、溶接時に絶縁皮膜の除去不足による溶接不良をなくすことができるという優れた効果を奏し、同時に絶縁皮膜を必要としないので、材料原価が低減でき、剥離工程自体の削減と、その工程に係る経費も削減でき、その結果、セグメントコイル１８のコストダウンを実現することが出来る。つまり、絶縁皮膜を有しない導体セグメント１５を採用することで溶接不良の低減とコストダウンという従来方法では相反する課題を解決し得る。また、絶縁皮膜の厚みの分だけ導体セグメント１５を太くする事ができ、小型化に貢献するとともに、電流量の増加にも対応できるようになる。

（２）複数のスロット２０ａを放射線状に備えるステータコア２０と、スロット２０ａの内面に沿って、絶縁性を有する絶縁インシュレータ１０を有し、スロット２０ａに備えられステータコア２０の径方向に一列に配列された複数の導体セグメント１５の、ステータコア２０の軸方向の端面から外に出た端部を把持して捻り、他の導体セグメント１５の端部と接合し、導体セグメント１５が接合されることにより環状に整列してなるセグメントコイル１８を有するセグメント式ステータ構造において、絶縁インシュレータ１０が、導体セグメント１５の各々のスロット２０ａ内部での径方向の移動を阻止する保持部を有し、絶縁インシュレータ１０の縁部に設けられた位置決め部１１の曲面１１ａと、絶縁インシュレータ１０の位置決め部１１側から差し込まれた導体セグメント１５の曲部が面で接し、位置決め部１１の下面でステータコア２０の軸方向の端面に接することを特徴とするので、導体セグメント１５の位置決め精度を高める事ができ、溶接側における導体セグメント１５の第１リード側先端部１５ａ及び第２リード側先端部１５ｂの高さがそろうので、溶接不良を低減するという優れた効果を奏する。

以上、本発明のセグメント式ステータ構造の実施例について説明したが、発明の趣旨を逸脱しない範囲で変形する事を妨げない。
例えば、本実施例では導体セグメントに絶縁被覆レス導体セグメントを用いているが、絶縁被覆を有する導体セグメントを使用する事を妨げない。絶縁被覆を有する導体セグメントであっても、本実施例における絶縁インシュレータ１０を用いる事で、位置決め精度が向上し、溶接不良を低減させるという優れた効果を奏する。
また、本実施例では、絶縁インシュレータ１０の壁１０ａの厚みを０．３ｍｍ程度としているが、必要強度と、絶縁性によって必要な厚さが異なるので、０．３ｍｍ程度でなくとも良い。さらに、実施例では１２穴形成としたが、モータに要求される性能により１０穴、１４穴等任意に選定すれば良い。

（ａ）は本実施例の絶縁インシュレータ１０の正面図である。 （ｂ）は本実施例の絶縁インシュレータ１０の側面断面図である。 （ｃ）は本実施例の絶縁インシュレータ１０の下面視図である。 本実施例で使用する略Ｕ字型の導体セグメント１５の立面図を示す。 本実施例のセグメントコイル１８の平面図である。 本実施例の円輪形状絶縁紙２５を差し込む際の導体セグメント１５の状態を示した立体図である。 本実施例の図４の内径側から見た面を展開した図である。 本実施例のステータコア２０に備えられた導体セグメント１５の隙間ｓ２と段差ｓ１の関係を示したグラフである。 特許文献１の回転電機のステータの概略の製造工程を示す図である。 （ａ）特許文献１のスロット１１４内に挿入された、絶縁インシュレータ１１６と導線１１８の断面を示す図である。 （ｂ）特許文献１の絶縁部材の形状の他の例を示す図である。 特許文献２の、回転電機２１０の断面図である。 特許文献３の、溶接不良を低減させる方法を示す図である。 （ａ）特許文献３の、第１セグメントと第２セグメントの段差ｓ１と隙間ｇ１が生じている様子を示す模式図である。 （ｂ）特許文献３の、１周目の仮溶接時の様子を表す模式図である。 （ｃ）特許文献３の、２周目の本溶接時の様子を表す模式図である。

符号の説明

１０ 絶縁インシュレータ
１０ａ 壁
１１ 位置決め部
１１ａ 曲面
１１ｂ 平面
１２ 突起部
１４ 差し込み孔
１５ 絶縁被覆レス導体セグメント
１５ａ 第１リード側先端部
１５ｂ 第２リード側先端部
１５ｃ クランク部
１５ｄ 直線部
１５ｅ Ｒ部
１８ セグメントコイル
２０ ステータコア
２０ａ スロット
２４ 絶縁部材
２５ 円輪形状絶縁紙
５２ 境界線

Claims (2)

1. 複数のスロットを放射線状に備えるステータコアと、
   前記スロットに備えられ前記ステータコアの径方向に一列に配列された複数の導体セグメントの、前記ステータコアの軸方向の端面から外に出た端部を把持して捻り、他の前記導体セグメントの端部と接合し、前記導体セグメントが接合されることにより環状に整列してなるセグメントコイルを有するセグメント式ステータ構造において、
   前記スロットの内面に沿って、絶縁性を有する絶縁インシュレータを有し、
   前記絶縁インシュレータが、前記導体セグメントの各々の前記スロット内部での径方向の移動を阻止する保持部を有し、
   前記絶縁インシュレータに、絶縁被膜を有しない前記導体セグメントである絶縁被覆レス導体セグメントを保持し、
   径方向に隣接する第１絶縁被覆レス導体セグメントと第２絶縁被覆レス導体セグメントの間に円輪形状絶縁紙を挿入することを特徴とするセグメント式ステータ構造。
2. 複数の前記スロットを放射線状に備える前記ステータコアと、
   前記スロットの内面に沿って、絶縁性を有する前記絶縁インシュレータを有し、
   前記スロットに備えられ前記ステータコアの径方向に一列に配列された複数の前記導体セグメントの、前記ステータコアの軸方向の端面から外に出た端部を把持して捻り、他の前記導体セグメントの端部と接合し、前記導体セグメントが接合されることにより環状に整列してなるセグメントコイルを有するセグメント式ステータ構造において、
   前記絶縁インシュレータが、前記導体セグメントの各々の前記スロット内部での径方向の移動を阻止する保持部を有し、
   前記絶縁インシュレータの縁部に設けられた位置決め部の曲面部と、前記絶縁インシュレータの前記位置決め部側から差し込まれた前記導体セグメントの曲部が面で接し、前記位置決め部の下面で前記ステータコアの軸方向の端面に接することを特徴とするセグメント式ステータ構造。

Images