JP2013046420A - 巻線、および巻線を備えたステータコア - Google Patents

Abstract

【課題】ティース部における磁気飽和を防止しつつ、巻線の占積率を高くするステータコアを提供する。
【解決手段】ステータは、中心軸を中心とする略環状のコアバック部とコアバック部の周面から径方向内方または径方向外方に向かって延伸する複数のティース部１２とを含むステータコアに、装着されるインシュレータを備える。インシュレータは、ティース部１２が挿通される貫通孔を有する筒部と、筒部の一方側の開口端に配置される第１フランジ部３２と、筒部の他方側の開口端に配置される第２フランジ部を備え、断面が略円形の巻線が筒部に巻き回されてコイル４を構成する。
【選択図】図７

Description

本発明は、巻線および巻線を備えた回転電機に関する。

一般に、モータや発電機等の回転電機において、ステータコアは、略円環状のコアバックと、複数のティースとを有する。ティースは、コアバックの内周面（または外周面）から、径方向内方（または外方）に向かって延伸するとともに、周方向に等間隔に配置される。さらに、各ティースの先端部には、周方向に伸びるアンブレラが形成される。アンブレラは、周方向に延伸し、ロータと対向する。

アンブレラは、コイルとステータコアとの絶縁だけでなく、インシュレータの径方向への抜けを防止する役目も担う。また、ロータに配置されるマグネットからの磁束を、ティースへと流れ込みやすくする。

通常、各ティースには、インシュレータ等の絶縁体を介して、導線が巻きまわされて、コイルが形成される。

導線の巻きまわす場合、巻線機のノズルを固定してステータコア自体を動かす方法と、巻線機のノズルをティースの周りに動かしていく方法とがある。

しかし、いずれの方法であっても、巻線機のノズルがスロットに入らなければ、導線を巻きまわすことができない。それゆえ、ノズルの太さや動きによってティースに巻きまわせる導線の量が制限されてしまう。

さらに、ティース先端には、アンブレラが形成されている。そのため、隣り合うアンブレラ間の周方向の間隔が狭くなってしまう。その結果、ノズルがスロットに入り込みにくくなり、巻き回せる導線の量が減少して占積率が低下してしまう。

そこで、アンブレラがないティースを有するステータコアが考えられている。アンブレラがない場合には、スロットにノズルが入り込みやすくなる。そのため、巻き回せる導線の量を増やすことができ、占積率を向上させることができる。

さらに、アンブレラレスがある場合には、径方向からインシュレータをはめ込むことが難しい。ティースの周方向の幅とアンブレラの周方向の幅とが、それぞれ異なることが多いからである。

特開２０１１―１３５６４０ 特開２００２―３０５８５１ 特開２０１０―５１０８７ 特開２０１０―２４６２６９

アンブレラがない場合には、軸方向上下からインシュレータをはめ込む必要がない。すなわち、あらかじめインシュレータに導線を巻き回してコイルを形成しておき、そのインシュレータを径方向からティースへはめ込むことが可能となる。

インシュレータを径方向からティースへはめ込む場合には、インシュレータの軸方向の移動は規制されるが、径方向へは移動が自在になっている。そのため、インシュレータをステータコアに固定する場合には、インシュレータの径方向への移動を規制する工夫が必要となる。

他方で、ステータコアとコイルとの絶縁にインシュレータが用いられると、スロットにおけるコイルが配置されるスペースが、インシュレータの幅だけ小さくなってしまう。さらに、巻線のスペースを広く確保するために、ティースの幅を狭めることも考えられる。しかし、ティースの幅を狭くしすぎると、ティースにおいて磁気飽和が生じてしまう。

本願発明にかかる好ましい実施形態の一つでは、中心軸を中心とする略環状のコアバック部と前記コアバック部の周面から径方向内方または径方向外方に向かって延伸する複数のティース部とを含むステータコアに、装着されるインシュレータを備えるステータであって、前記ティース部が挿通される貫通孔を有する筒部と、前記筒部の一方側の開口端に配置される第１フランジ部と、前記筒部の他方側の開口端に配置される第２フランジ部と、前記筒部に巻き回されてコイルを構成するとともに、断面が略円形の巻線と、を備え、隣り合う前記ティース部と前記ティース部の間には、それぞれスロットが形成されており、前記スロットの数をＮ、αを１８０度／前記スロット数Ｎ、ｄ１を前記コアバック部の外径、ｄ２を前記コアバック部の内径、ｄ３を前記巻線の直径、ＴＷを軸方向から見たときにおける前記ティース部の延伸方向に対して垂直な方向の幅、Ｓを巻線幅、Ｌｉを前記インシュレータにおける径方向における前記コアバック部の内側面と前記コイルとによって挟まされる部位の幅、ｎ１を前記巻線の層数である正の整数、ｎ２を前記コイルの一層のターン数とし、巻線幅Ｓが、

とで表され、 前記スロットにおいて、前記巻線が配置されるためのスペースにおける長さＬが、

と表され、前記ターン数ｎ２が、

で表され、前記ティース部の幅ＴＷが、

となるステータ。

ティース部における磁気飽和を防止しつつ。巻線の占積率を高くすることができる。

図１は、第１の好ましい実施形態におけるモータの平面図である。 図２は、第１の好ましい実施形態におけるステータコアの平面図である。 図３は、第１の好ましい実施形態におけるステータコアの断面図である。 図４は、第１の好ましい実施形態におけるロータの平面図である。 図５は、第１の好ましい実施形態におけるインシュレータの図である。 図６は、第１の好ましい実施形態におけるインシュレータが取り付けられたティース部を表す図である。 図７は、ティース部先端の部分拡大図である。 図８は、インシュレータの変形例を示す図である。 図９は、インシュレータの変形例を示す図である。 図１０は、インシュレータの変形例を示す図である。 図１１は、インシュレータの変形例を示す図である。 図１２は、インシュレータの変形例を示す図である。

本明細書では、モータの中心軸方向における上側を単に「上側」と呼び、下側を単に「下側」と呼ぶ。なお、上下方向は、実際の機器に組み込まれたときの位置関係や方向を示すものではない。

＜第１の好ましい実施形態＞
図１は、本発明にかかる第１の好ましい実施形態におけるモータ１００の平面図である。図２は、本発明にかかる第１の好ましい実施形態におけるステータコア１０の平面図である。図３は、ステータコア１０の断面図であり、図３は、図２におけるＢ−Ｂ断面を表している。

図１に示すように、モータ１００は、ステータ１と、ロータ２とを有する。モータ１００は、いわゆるインナーロータ型のモータである。ロータ２は、ステータ１と径方向に対向するように配置され、中心軸Ｊ１を中心として周方向に回転可能となっている。ステータ１は、ステータコア１０、インシュレータ３、コイル４を有する。ロータ２は、ロータコア２１、複数のロータマグネット２２、およびシャフト２３を有する。

図１、図２および図３に示すように、ステータコア１０は、コアバック部１１と、複数のティース部１２とを有する。ステータコア１０は、複数の電磁鋼板を積み重ねることによって構成される。積み重ねられた電磁鋼板同士は、例えば、カシメやレーザ溶接などによって互いに固定される。なお、その他の方法によって、電磁鋼板同士が固定されてもよい。

コアバック部１１は、中心軸J１に対して略円環状となる部材である。各ティース部１２は、コアバック部１１の内周面から径方向内方に向かって伸びている。さらに、複数のティース部１２は、コアバック部１１の内周面上に、周方向に等間隔に配置されている。第１の好ましい実施形態において、スロット数（ティース部のスロット間隙の数）Ｎは２４である。スロット数Ｎは、２４以外にも他の値が採用されてもよい。

図２に示すように、コアバック部１１の外側面には、複数の溝部１１１が配置されている。コアバック部１１の外側面において、溝部１１１は、周方向に等間隔に配置されている。各溝部１１１は、コアバック部１１を挟んで、各ティース部１２の径方向外側に配置される。図２に示すように、軸方向から見たときに、溝部１１１の形状は、略半円状となっている。第１の好ましい実施形態においては、溝部１１１は、コアバック部１１の外側面上において、軸方向上側の端面から軸方向下側の端面まで、延伸する。

なお、溝部１１１は、必ずしも軸方向上側の端面から軸方向下側の端面まで延伸していなくてもよい。コアバック部１１の軸方向上側の端面と軸方向下側の端面とで、それぞれ凹部として溝部１１１が形成されてもよい。

さらに、溝部１１１の形状は、平面視において略半円状のものに限られるものではない。例えば、平面視において、溝部１１１の形状は、例えば、矩形や多角形などであってもよい。

また、コアバック部１１の外側面では、周方向における複数の箇所において、レーザ溶接が行われている。溶接は、溝部１１１の周方向の両隣の位置で行われる。なお、溶接される位置は、適宜、変更することができる。

コアバック部１１の外側面には、複数の突出部１３が形成されている。複数の突出部１３は、周方向に等間隔に配置されている。図２では、６箇所（中心軸Ｊ１を中心として６０度等配）に配置されている。軸方向から見たときに、突出部１３の外形は、略半円状となっている。突出部１３の外形は、特に限定されるものではない。突出部１３の外形は、例えば、平面視において略矩形や多角形となっていてもよい。

図１および図２に示すように、各突出部１３は、軸方向に貫通する貫通孔１３１を、それぞれ有する。貫通孔１３１は、例えば、ステータコア１がケース等に取り付けられる時に、ネジやビス等が挿入される。

図４は、第１の好ましい実施形態におけるロータ２の平面図である。ロータコア２１は、複数の電磁鋼板が積層されて構成される。積層された電磁鋼板は、例えば、カシメやレーザ溶接などの方法によって、固定される。ロータコア２１における電磁鋼板のカシメの位置は、例えば、ロータコア２１の軸方向上側および下側の端面となる。ロータコア２１において溶接される位置は、例えば、ロータコア２１の外側面における周方向の複数の箇所となる。

また、ロータコア２１の略中央には、軸穴２４が配置される。軸穴２４には、シャフト２３が挿通される。シャフト２３とロータ２とは、例えば、圧入や接着などの方法によって、固定される。

図４に示すように、ロータコア２１の外側面には、複数のロータマグネット２２が配置される。第１の実施形態におけるロータ２は、ＳＰＭモータ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｍｏｔｏｒ）の構成となっている。なお、ロータコア２１に貫通孔を設けてロータマグネット２２をロータコア２１の内部に埋め込むようにしてもよい。すなわち、ロータ２として、ＩＰＭモータ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｍｏｔｏｒ）の構成が採用されてもよい。

ロータマグネット２２は、例えば、かしめ、接着、または溶接などの方法によって、ロータコア２１に固定される。第１の好ましい実施形態においてポール数Ｐは、８である。なお、ポール数８は、モータ１００の仕様やスロット数Ｎにあわせて変更されてよい。

図４に示すように、平面視において、ロータマグネット２２は、ロータの外側面に、中心軸Ｊ１に対して対称となるように配置される。図１に示すように、ロータマグネット２２は、ティース部１２と径方向に対向する。

図５は、第１の好ましい実施形態におけるインシュレータ３の形状を表す図である。図５中において、図５ａ、図５ｂ、図５ｃ、および図５ｄは、インシュレータ３の正面図、左側断面図、右側断面図、および平面図である。

図５ａから図５ｄに示すように、インシュレータ３は、筒状の部材である。インシュレータ３は、筒部３１を有する。筒部３１は、貫通孔３１１を有する。図７に示すように、ティース部１２が貫通孔３１１に挿通されることにより、インシュレータ３はティース部１２に取り付けられる。筒部３１の長手方向から見たときに、当該長手方向一方側および他方側における貫通孔３１１の開口端は、それぞれ、略矩形である。かつ、ティース部１２を軸方向に仮想的に切断したときの断面は、貫通孔３１１の開口端と相似をなす略矩形となっている。

図５に示すように、筒部３１の長手方向の一方側の端部には、第１フランジ部３２が形成される。第１フランジ部３２は、筒部３１の長手方向一方側の端部から、筒部３１の長手方向に対して略垂直な方向に伸びる。筒部３１の長手方向の他方側の端部には、第２フランジ部３３が形成される。第２フランジ部３３は、筒部３１の長手方向他方側の端部から、筒部３１の長手方向に対して略垂直な方向に伸びる。第２フランジ部３３と筒部３１の接続部は、筒部３１の長手方向の他方側に突出する。図１に示すように、インシュレータ３がティース部１２に取り付けられた際には、第１フランジ部３２はティース部１２の径方向内側（ティース部１２の先端側）に位置し、第２フランジ部３３はティース部１２の径方向外側（ティース部１２とコアバック部１１との接続部側）に位置する。

筒部３１の長手方向から見たときに（図５ａに示すように）、第１フランジ部３２および第２フランジ部３３は、略矩形である。また、筒部３１の長手方向から見たときに、第１フランジ部３２の外形は、第２フランジ部３３の外形と略同一である。

第１フランジ部３２の軸方向上側には、軸方向上側に突出する第１上側突起部３２１が、形成される。第１フランジ部３２の軸方向下側には、第１下側突起部３２２が形成される。第２フランジ部３３の軸方向上側と軸方向下側にも、第２上側突起部３３１と第２下側突起部３３２とが、それぞれ形成されている。第１上側突起部３２１、第１下側突起部３２２、第２上側突起部３３１、第２下側突起部３３２の形状は、それぞれ同一の形状であり、本実施形態においては、略直方体の形状となっている。

図１や図５に示すように、第１上側突起部３２１と第１下側突起部３２２の径方向における幅は、第１フランジ部３２の径方向の幅よりも、それぞれ小さくなっている。第２上側突起部３３１と第２下側突起部３３２の径方向の幅は、第２フランジ部３３の径方向の幅よりも、それぞれ小さくなっている。また、第２上側突起部３３１と第２下側突起部３３２は、第２フランジ部３３の径方向外方側の端部よりも第１フランジ部３２側へ位置している。すなわち、第２上側突起部３３１と第２フランジ部３３の径方向外側（筒部３１の長手方向他方側）の端部との間には、間隙がある。第２下側突起部３３２と第２フランジ部３３の径方向外側の端部との間にも、間隙がある。

また、図１や図５に示すように、筒部３１の長手方向に対して略垂直な方向において、第１上側突起部３２１と第１下側突起部３２２の幅は、第１フランジ部３２の幅よりも小さい。筒部３１の長手方向に対して略垂直な方向において、第２上側突起部３３１と第２上側突起部３３２の幅は、第２フランジ部３３の幅よりも小さくなっている。

図１に示すように、インシュレータ３がティース部１２に取り付けられたときには、第２フランジ部３３と筒部３１との接続部は、コアバック部１１と軸方向に重なるように配置される。第２上側突起部３３１と第２下側突起部３３２も、コアバック部１１と軸方向に重なるように配置される。また、インシュレータ３がティース部１２に取り付けられた際には、ティース部１２の先端は、第１フランジ部３２よりも径方向内側に突出する。

なお、第１の好ましい実施形態において、第１上側突起部３２１、第１下側突起部３２２、第２上側突起部３３１、および第２下側突起部３３２は、それぞれ同一形状となっている。しかしながら、各突起部の形状は互いに異なっていてもよく、同一形状のペアが含まれていてもよい。

図１に示すように、各インシュレータ３の筒部３１には、コイル４が配置される。コイル４は、巻線（導線）が巻き回されることによって形成される。コイル４は、バスバー等を介して回路基板や外部電源と接続される。モータの場合には、コイル４に外部電源から電流が流されると、コイル４から生じる磁束とロータマグネット２２から生じる磁束との相互作用により、ロータ２に回転トルクが発生する。

径方向において、ティース部１２の幅（軸方向から見たときにおける、ティース部１２の延伸方向に対して垂直な方向の幅）は、略一定となっている。そのため、あらかじめ、インシュレータ３にコイル４を形成しておいた状態において、ティース部１２にインシュレータ３をはめ込むことが可能となる。これにより、ティース部１２にインシュレータ３をはめ込んだ状態において巻線をインシュレータ３に巻き回す必要がなくなる。コイル４が配置されたインシュレータ３を各ティース部１２に容易に取り付けることができ、モータや発電機等の回転電機の組立工程を減らすことができる。

図１に示すように、軸方向から見た時の各コイル４の周方向の幅は、第１フランジ部３２と第２フランジ部３３の周方向の幅よりも、それぞれ狭い。また、図示していないが、コイル４の軸方向上側の部位は、第１上側突起部３２１と第２上側突起部３３１よりも、軸方向下側に位置する。同様に、コイル４の軸方向下側の部位は、第１下側突起部３２２と第２下側突起部３３２よりも、軸方向上側に位置する。これにより、コイル４が、隣り合うコイル４と接触することが防止される。

図５ａに示すように、筒部３１を開口側から見たときに、貫通孔３１１の開口端は、略矩形となっている。筒部３１を開口部側から見たときに、筒部３１の長手方向に対して垂直な方向における貫通孔３１１の幅（図５ａ中における貫通孔３１１の左右方向の幅）は、ティース部１２の幅（軸方向から見たときにおけるティース部１２の延伸方向に対して垂直な方向の幅）よりも、狭くなっている。また、図５ａにおいて、筒部３１を開口部側から見たときに、貫通孔３１１の軸方向の幅は、ティース部１２の軸方向の幅（ステータコア１０の積み厚）よりも、小さくなっている。すなわち、図５ａにおいて、略矩形状の貫通孔３１１の図中の上下方向の幅は、ティース部１２の軸方向の寸法よりも小さくなっている。同様に、図５ａにおいて、略矩形状の貫通孔３１１の図中の左右方向の幅は、平面視においてティース部１２の延伸方向に対して垂直な方向における幅よりも、それぞれ小さくなっている。

これにより、インシュレータ３がティース部１２にはめ込まれたときに、貫通孔３１１の内側面がティース部１２の外側面によって押圧される。すなわち、インシュレータ３がティース部３に圧入された状態（締まりばめの状態）となる。その結果、インシュレータ３がティース部１２から径方向に抜けることが防止される。

なお、ティース部１２の軸方向の寸法のみが貫通孔３１１の軸方向の幅よりも大きく、ティース部１２の幅（平面視においてティース部１２の延伸方向において垂直な方向における幅）が、貫通孔３１１の幅（平面視においてティース部１２の延伸方向において垂直な方向における幅、図５ａ中の左右方向の幅）よりも小さくてもよい。この場合であっても、ティース部１２と筒部３１との間において軽圧入の状態となる。その結果、インシュレータ３がティース部１２から外れることが防止される。

同様に、ティース部１２の軸方向の寸法のみが貫通孔３１１の軸方向の幅よりも小さく、ティース部１２の幅（平面視においてティース部１２の延伸方向において垂直な方向における幅）が、貫通孔３１１の幅（平面視においてティース部１２の延伸方向において垂直な方向における幅、図５ａ中の左右方向の幅）よりも大きくてもよい。この場合であっても、ティース部１２と筒部３１との間において軽圧入の状態となる。その結果、インシュレータ３がティース部１２から外れることが防止される。

また、この好ましい実施形態においては、ティース部１２を軸方向に仮想的に切断したときの断面の形状は、略矩形となっている。しかしながら、ティース部１２の断面形状は、特に限定されるものではなく、多角形や楕円などの形状であってもよい。この場合であっても、ティース部１２の幅（平面視においてティース部１２の延伸方向に対して垂直な方向の幅）は、ティース部１２の延伸方向において、略一定となるほうが望ましい。

図６は、インシュレータ３が取り付けられたティース部１２の１つを示す図である。説明の都合上、コイル４の図示の一部を省略している。図７は、図６におけるティース部１２の先端の拡大図である。図７では、図６に示すティース部１２の先端の右半分を示している。

図６および図７では、αは１８０度／スロット数Ｎを示し、ｄ１はステータコア１０（コアバック部１１）の外径、ｄ２はステータコア１（コアバック部１１）の内径、ｄ３は巻線の直径、ＴＷはティース部１２の幅（平面視においてティース部１２の延伸方向（ここでは径方向）に対して垂直な方向の幅）、Ｓは巻線幅、Ｌｉはインシュレータ３の厚み（インシュレータ３において、径方向におけるコアバック部１１の内側面とコイル４とによって挟まされる部位の幅）となっている。ここで、さらに、ｎ１を巻数層数、ｎ２を一層のターン数とする。また、巻線の断面は、直径ｄ３の円形に近似されている。

このとき、巻線幅Ｓは、以下の式で表される。ただし、巻数層数ｎ１は、正の整数（１、２、３、・・・）である。また、巻線を円形に近似しているため、図７に示すように、互いに接する３つの巻線の中心同士を結ぶことによって構成される三角形は、一辺の長さがｄ３となる正三角形となる。

スロットにおいて、巻線が配置されるためのスペースにおける長さ（ティース部１２の延伸方向の長さ）Ｌは、以下の式で表される。なお、ここでは、多スロット（例えば、スロット数Ｎが２４など）のため、インシュレータ３の第２フランジ部３３におけるコイル４との対向する部位は、略直線状に近似される。

上述の式から、ターン数ｎ２が、次式のように求められる。

ティース部１２の幅ＴＷは、以下のようになる。

ここで、同じスロット数Ｎであっても、ティース部１２の幅ＴＷが狭いほうが、巻線を巻くためのスペースが広くなる。しかしながら、ティースの幅ＴＷが狭すぎる場合には、ティース部１２において、ロータマグネット２２からの磁束によって磁気飽和が生じてしまう。したがって、ティース部１２の幅ＴＷは、ある一定の寸法が必要となる。ここでは、ティース部１２の幅ＴＷは、３６０度をスロット数Ｎで割った値の角度（角度αの２倍）の１／４の範囲内に収まるのが望ましい。ティース部１２の幅ＴＷの下限値は、次式となる。

したがって、ティース部１２の幅ＴＷについては、まとめて次式で表すことができる。

なお、上述の式の左辺の値１／４の値は、ロータマグネット２２としてフェライトマグネットが使われる場合には１／３、ネオジマグネットが使われる場合には１／２とすることができる。

実際に巻線が巻かれている部分の面積である巻線面積Ａｍは、次式で求められる。

そして、巻線を巻くことができる有効巻線面積Ａは、次式のようになる。

巻線面積Ａｍと有効巻線面積Ａから、占積率ηは次式のようになる。

上記の式６に示した範囲内にティース部１２の幅が収まるようにすることにより、ティース部１２における磁気飽和を抑えつつ、巻線面積Ａｍを最大にして占積率ηの値を大きくすることができる。

この好ましい実施形態においては、ステータコア１０は、コアバック部１１が環状になっている、いわゆる丸コアである。丸コアにおいて、ティース部の幅（平面視においてティース部の延伸方向に対して垂直な方向の幅）がティース部の延伸方向において一定でない場合には、通常の占積率ηは４０％程度となる。

しかし、ステータコア１０は丸コアではあるが、ティース部１２の幅（平面視においてティース部１２の延伸方向に対して略垂直な方向の幅）がティース部１２の延伸方向において一定である。巻線面積Ａｍを大きく確保することができ、占積率ηを７０％から７５％程度まで高めることが可能となる。

第１の好ましい実施形態において、インシュレータ３とティース部１２と係止には、圧入に加えて、接着が併用されてもよい。

さらに、第１の好ましい実施形態は、アウターロータ型のモータや発電機等の他の回転電機に適用されてもよい。

また、第１の好ましい実施形態におけるステータコア１０は、いわゆる丸コアである。それ以外にも、分割コアや展開コアなどであっても、ティース部１２とインシュレータ３とを、上述したような圧入によって固定することが可能となる。

そして、各ティース部１２にインシュレータ３が装着された際に、隣り合う第１フランジ部３２同士が周方向に近接または当接するようになっていてもよい。この場合、第１フランジ部３２の周方向の幅を拡げるため、コイル４の周方向の幅（すなわち、巻線の巻き数）を増やすことが可能となる。さらに、隣り合う第１フランジ部３２の径方向内側の端部が当接または近接すると、インシュレータ３のティース部１２から抜け出ることが防止される。

なお、第１の好ましい実施形態においては、径方向から見たとき（ティースの延伸方向から見たとき）におけるティース部１２の形状が、貫通孔３１１の開口端の形状と、相似形となっている。

しかしながら、インシュレータ３において、インシュレータ３をティース部１２に締まりばめの状態にするための形状は、様々なものがある。

図８は、インシュレータの変形例をしめす図である。図８ａは、インシュレータ３ａの右側断面図を示す。図８ｂは、インシュレータ３ａの正面図である。図８に示すように、インシュレータ３ａの内側面（貫通孔３１１を構成する面）が、筒部３１の一方側から他方側にかけて、テーパ状となっている。言い換えると、筒部３１の長手方向一方側から他方側に向かうにつれて、貫通孔３１１の軸方向寸法が徐々に大きくなっている。

さらに、図８ｂに示すように、筒部３１の内側面（貫通孔３１１を構成する内側面）において、上側テーパ面３１１１は、軸方向上側の面（第１上側突起部３２１と第２上側突起部３３１が配置される側の面）に形成される。下側テーパ面３１１２は、軸方向下側の面（第１下側突起部３２２と第２下側突起部３３２が配置される側の面）に、形成される。

筒部３１の一方側（第１フランジ部３２がある側）における開口端の軸方向高さ（上側テーパ面３１１１と下側テーパ面３１１２と間の距離）は、ティース部１２の軸方向高さよりも小さくなっている。筒部３１の他方側（第２フランジ部３３がある側）における開口端の軸方向高さ（上側テーパ面３１１１と下側テーパ面３１１２と間の距離）は、ティース部１２の軸方向高さよりも大きいまたは略同一となっている。

図８ｂにおいて、筒部３１の長手方向から見たときに、上側テーパ面３１１１の中央の部位は、下側に突出している。同様に、下側テーパ面３１１２の中央の部位も、上側に突出している。

インシュレータ３ａがティース部１２にはめ込まれる際には、筒部３１の他方側からティース部１２へとはめ込まれる。上述したように、筒部３１の軸方向高さ（上側テーパ面３１１１と下側テーパ面３１１２との間の距離）は、筒部３１の長手方向一方側よりも、筒部３１の長手方向他方側のほうが大きい。かつ、筒部３１の長手方向一方側における軸方向高さは、ティース部１２の軸方向高さよりも小さい。筒部３１の長手方向他方側における軸方向高さは、ティース部１２の軸方向高さよりも大きいまたは略同一である。そのため、インシュレータ３ａがティース部１２にはめ込まれる際には、筒部３１がティース部１２に沿ってコアバック部１１側へと近づくにつれて、ティース部１２が筒部３１の内側面に加える応力が大きくなっていく。言い換えると、インシュレータ３ａをティース部１２にはめ込む際には、筒部３１の第２フランジ部３３側は滑らかにはめ込むことができ、筒部３１がコアバック部１１側へと近づくにつれて、徐々に、ティース部１２の軸方向の幅と貫通孔３１１の長手方向一方側の軸方向寸法との差分である締め代の部分が変形して、はめ込みにくくなる。上側テーパ面３１１１と下側テーパ面３１１２との間の距離よりもティース部１２の軸方向高さのほうが大きいため、貫通孔３１１とティース部１２との間には、その差分の締め代が生じる。これにより、インシュレータ３ａをティース部１２に滑らかにはめ込むことができるととともに、インシュレータ３ａがティース部１２から抜け出ることが防止される。

なお、上側テーパ面３１１１および下側テーパ面３１１２は、筒部３１の内側面の長手方向全般にわたって形成する必要はない。筒部３１の長手方向における一部に締め代が設けられて、ティース部１２との筒部３１との間で締まりばめの状態が生じるようにしてもよい。

図９は、筒部３１の内側面がテーパ状となっているインシュレータ３ｂを示す断面図である。図９では、筒部３１の長手方向において、第１フランジ部３２側を起点として、上側テーパ面３１１１および下側テーパ面３１１２が筒部３１の内側面に形成される位置までの距離βは、筒部３１の長さの約４０％の値である。上側テーパ面３１１１と下側テーパ面３１１２との間の距離は、ティース部１２の軸方向寸法よりも小さくなっている。他方、上側テーパ面３１１１と下側テーパ面３１１２が形成されていない上面と下面との間の距離は、ティース部１２の軸方向高さよりも大きいまたは略同一となっている。

ステータ１の組立の際には、インシュレータ３ｂも、第２フランジ部３３側からティース部１２へとはめ込まれる。上述のような構造により、インシュレータ３ｂをティース部１２にはめ込む際にも、第２フランジ部３３から上側テーパ面３１１１および下側テーパ面３１１２が形成されていない位置までは、インシュレータ３ｂがティース部１２に沿って滑らかにはめ込まれる。ティース部１２の先端が上側テーパ面３１１１と下側テーパ面３１１２が形成されている部位まで移動すると、上側テーパ面３１１１および下側テーパ面３１１２にそれぞれ締め代が生じる。これにより、インシュレータ３ｂがティース部１２に滑らかにはめ込むことが可能となるとともに、はめ込まれたインシュレータ３ｂがティース部１２から抜け出ることが防止される。

なお、距離βの値は、筒部３１の長手方向の長さの４０％に限られるものではない。距離βの値は、筒部３１の長手方向の長さの４０％以上であってもよく、４０％以下であってもよい。なお、距離βの値が筒部３１の長手方向の長さの１００％の状態は、図８に示すインシュレータ３ａである。

また、筒部３１の内側面（貫通孔３１１を形成する面）において、テーパ状となるのは軸方向に限られるものではない。図１０は、筒部３１の内側面がテーパ状となっているインシュレータ３ｃ、３ｄを示す断面図である。図１０では、図１０中において左右対称となる一対のテーパ面３１１１が、筒部３１の内側面において、筒部３１の長手方向に対して垂直な方向（図１０中の左右方向）の互いに対向する面に、それぞれ形成されている。図１０ａに示すインシュレータ３ｃでは、第１フランジ部３２を起点とする筒部３１の長手方向における距離βが、筒部３１の長さの約４０％の位置にまで、テーパ面３１１１が形成される。図１０ｂに示すインシュレータ３ｄでは、筒部３１の長手方向の全般にわたって（第１フランジ部３２を起点とする筒部３１の長手方向における距離β筒部３１の長さの約１００％となる位置にまで）、テーパ面３１１１が形成される。

また、図１０ａに示すように、筒部３１の長手方向に対して垂直な方向（図１０中の左右方向）において、テーパ面３１１１が形成されていない面と面との間の距離は、ティース部１２の幅ＴＷ（ティース部１２の延伸方向および軸方向に対して垂直な方向の幅）よりも、大きいまたは略同一となっている。筒部３１の長手方向に対して垂直な方向（図１０中の左右方向）において、一対のテーパ面３１１１同士の間の距離は、ティース部１２の幅ＴＷよりも小さくなっている。

このような構造のため、ティース部１２の延伸方向に沿ってティース部１２にインシュレータ３ｃがはめ込まれると、筒部３１の長手方向において、第２フランジ部３３からテーパ面３１１１が形成されていない位置までは、インシュレータ３ｃがティース部１２に対して相対的に滑らかに移動することができる。それとともに、インシュレータ３ｃの移動に伴って、ティース部１２の先端がテーパ面３１１１にまで移動すると、テーパ面３１１１が締め代となって、ティース部１２と貫通孔３１１との間において締りばめの状態が生じる。

これにより、ティース部１２に対してインシュレータ３ｃを滑らかにはめ込むことができるとともに、はめ込まれたインシュレータ３ｃがティース部１２から抜け出ることが防止される。

同様に、図１０ｂに示すインシュレータ３ｄにおいても、筒部３１の長手方向に対して垂直な方向（図１０中の左右方向）において、第２フランジ部３３側の開口端における一対のテーパ面３１１１同士の間の距離は、ティース部１２の幅ＴＷよりも大きいまたは略同一となっている。筒部３１の長手方向に対して垂直な方向（図１０中の左右方向）において、第１フランジ部３２側の開口端における一対のテーパ面３１１１同士の間の距離は、ティース部１２の幅ＴＷよりも小さくなっている。

ティース部１２の延伸方向に沿ってティース部１２にインシュレータ３ｄがはめ込まれると、インシュレータ３ｄの移動に伴って、テーパ面３１１１が締め代となって、ティース部１２と貫通孔３１１との間において締りばめの状態が生じる。

これにより、ティース部１２に対してインシュレータ３ｃを滑らかにはめ込むことができるとともに、はめ込まれたインシュレータ３ｃがティース部１２から抜け出ることが防止される。

さらに、筒部３１の内側面（貫通孔３１１を構成する面）は、テーパ状の面だけでなく、他の形状の面が形成されてもよい。

図１１は、筒部３１１の内部に段差部が形成されているインシュレータを示す図である。図１１ａは、インシュレータ３ｅの平面図である。貫通孔３１１の断面は、破線によって示されている。図１１ｂは、インシュレータ３ｆの断面図である。

図１１ａに示すように、筒部３１の内部において、筒部３１の長手方向に対して垂直な方向における一対の対向面には、筒部３１の長手方向一方側（第１フランジ部３２が配置される側、図中の下側)に、小幅部３１１４が形成される。さらに、筒部３１の長手方向他方側（第２フランジ部３３が配置される側、図中の上側）には、大幅部３１１５が形成される。大幅部３１１５では、軸方向から見たときに筒部３１の長手方向に対して垂直な方向における幅が、小幅部３１１４の幅よりも大きい。筒部３１の長手方向において、小幅部３１１４と大幅部３１１５との間には、小幅部３１１４と大幅部３１１５とを連結する段差部３１１６が、形成される。図１１ａに示すように、平面視において、段差部３１１６は、傾斜面となっている。

筒部３１の長手方向における小幅部３１１６の長さγは、筒部３１において、第１フランジ部３２側の開口端を起点として筒部３１の長さの約４０％の寸法となっている。この値は、４０％以上であってもよく、４０％以下であってもよい。ただし、長さγは筒部３１の長さの４０％以上にする場合には、段差部３１１６が形成されるだけの寸法を筒部３１の長手方向において確保する必要がある。

小幅部３１１４の幅（平面視における筒部３１に対して垂直な方向の幅、図１１ａ中の左右方向における幅）は、ティース部１２の幅ＴＷよりも小さくなっている。大幅部３１１６の幅（平面視における筒部３１に対して垂直な方向の幅、図１１ａ中の左右方向における幅）は、ティース部１２の幅ＴＷよりも大きいまたは略同一となっている。

ティース部１２の延伸方向に沿ってティース部１２にインシュレータ３ｅがはめ込まれると、筒部３１の長手方向において、大幅部３１１５をティース部１２の先端が移動するときは、インシュレータ３ｅがティース部１２に対して相対的に滑らかに移動することができる。ティース部１２の先端が小幅部３１１４を通過するときは、ティース部の幅ＴＷと小幅部３１１４の幅の差分が締め代となって、ティース部１２と小幅部３１１４との間において締りばめの状態が生じる。

これにより、ティース部１２に対してインシュレータ３ｅを滑らかにはめ込むことができるとともに、はめ込まれたインシュレータ３ｅがティース部１２から抜け出ることが防止される。

図１１ｂに示すように、インシュレータ３ｆの筒部３１の内部では、貫通孔３１１の軸方向高さが異なる部位が形成される。インシュレータ３ｆの筒部３１の長手方向における第１フランジ部３２側では、軸方向小幅部３１１７が形成される。インシュレータ３ｆの筒部３１の長手方向における第２フランジ部３３側では、軸方向小幅部３１１７よりも軸方向寸法が大きい軸方向大幅部３１１８が形成される。軸方向小幅部３１１７と軸方向大幅部３１１８との間には、軸方向小幅部３１１７と軸方向大幅部３１１８をつなぐ段差部３１１９が形成される。図１１ｂにおいて、段差部３１１９の断面は、傾斜している。

軸方向小幅部３１１７の軸方向寸法は、ティース部１２の軸方向高さよりも小さくなっている。軸方向大幅部３１１８の軸方向寸法は、ティース部１２の軸方向高さよりも大きくなっているまたは略同一である。筒部３１の長手方向において、軸方向小幅部３１１７の長さγは、第１フランジ部３２を起点として、筒部３１の長さの約４０％となっている。

ティース部１２の延伸方向に沿ってティース部１２にインシュレータ３ｆがはめ込まれると、筒部３１の長手方向において、軸方向大幅部３１１８をティース部１２の先端が移動するときは、インシュレータ３ｆがティース部１２に対して相対的に滑らかに移動することができる。ティース部１２の先端が軸方向小幅部３１１７を通過するときは、ティース部の軸方向高さと軸方向小幅部３１１４の幅との差分が締め代となって、ティース部１２と軸方向小幅部３１１７との間において締りばめの状態が生じる。

これにより、ティース部１２に対してインシュレータ３ｆを滑らかにはめ込むことができるとともに、はめ込まれたインシュレータ３ｆがティース部１２から抜け出ることが防止される。

なお、図８および図９において、インシュレータ３ａ、３ｂでは、上側テーパ面３１１１と下側テーパ面３１１２は、両方の面が形成されている。しかし、ティース部１２の軸方向高さよりも小さくすることができれば、筒部３１１の内側面において、上側テーパ面３１１１または下側テーパ面３１１２のいずれか一方のみを形成してもよい。

同様に、図１０において、一対のテーパー面３１１１がインシュレータ３ｃに形成されている。しかしながら、ティース部１２の幅ＴＷよりも小さい幅を確保することができるのであれば、テーパ面３１１１は、１つの面のみであってもよい。

図１１で示したインシュレータ３ｅとインシュレータ３ｆとは、両者を組み合わせた構造であってもよい。小幅部３１１４、大幅部３１１５および段差部３１１６と、軸方向小幅部３１１７、軸方向大幅部３１１８、および軸方向段差部３１１９とが、それぞれ形成されているインシュレータであってもよい。

さらに、筒部３１の内部では、上面テーパ面３１１１、下面テーパ面３１１２、テーパ面３１１３、小幅部３１１４と大幅部３１１５と段差部３１１６、軸方向小幅部３１１７と軸方向大幅部３１１８と軸方向段差部３１１９のうち、少なくともいずれか２つが、ティース部１２との間で締りばめの状態を構成するように、それぞれ組み合わされてもよい。

図１２は、インシュレータの変形例を示す正面図である。図１２において、インシュレータ３ｇの形状は、他のインシュレータの形状と同様である。図１２では、貫通孔３１１の開口端が、略矩形となっている。貫通孔３１１の四隅には、筒部３１の長手方向に伸びる凹部３１３がそれぞれ形成されている。凹部３１３は、筒部３１の長手方向において、第１フランジ部３２側から第２フランジ部３３側まで、貫通する。なお、凹部３１３は、筒部３１の長手方向において、第１フランジ部３２側から第２フランジ部３３側まで、必ずしも貫通しなくてもよい。

軸方向に仮想的に切断したときのティース部１２の断面も、略矩形となっている。このため、インシュレータ３ｇがティース部１２にはめ込まれると、略矩形断面のティース部１２の四隅の角部が、各凹部３１３に、それぞれ入り込む。このため、ティース部１２の角部が筒部３１の内側面（貫通孔３１１を構成する面）の四隅と当接して、貫通孔３１１の四隅が変形や傷がつくことが防止される。

なお、凹部３１３に代えて、四隅を面取りしてもよい。これによっても、ティース部１２の角部が当接することが防止される。また、ティース部１２の角部が面取りされた四隅に当たったとしても、面取りがなされているため、四隅における応力集中が緩和され、四隅の損傷が抑えられる。

以上、本発明の例示的な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定
されるものではない。上記の実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。

本発明は、モータや発電機、圧縮機等のステータコアを有する回転電機に利用することができる。

１００ モータ
１ ステータ
１０ ステータコア（第１の好ましい実施形態）
１１ コアバック部（第１の好ましい実施形態）
１２ ティース部
１２１ 先端部
１３ 突出部
１３１ 貫通孔
２ ロータ
２１ ロータコア
２２ ロータマグネット
２３ シャフト
２４ 軸穴
３ インシュレータ
３ａ インシュレータ
３ｂ インシュレータ
３ｃ インシュレータ
３ｄ インシュレータ
３ｅ インシュレータ
３ｆ インシュレータ
３ｇ インシュレータ
３１ 筒部
３１１ 貫通孔
３１３ 凹部
３２ 第１フランジ部
３２１ 第１上側突起部
３２２ 第１下側突起部
３３ 第２フランジ部
３３１ 第２上側突起部
３３２ 第２下側突起部
３１１１ 上側テーパ面
３１１２ 下側テーパ面
３１１３ テーパ面
３１１４ 小幅部
３１１５ 大幅部
３１１６ 段差部
３１１７ 軸方向小幅部
３１１８ 軸方向大幅部
３１１９ 軸方向段差部
ＴＷ ティースの幅

Claims (12)

1. 中心軸を中心とする略環状のコアバック部と前記コアバック部の周面から径方向内方または径方向外方に向かって延伸する複数のティース部とを含むステータコアに、装着されるインシュレータを備えるステータであって、
   前記ティース部が挿通される貫通孔を有する筒部と、
   前記筒部の一方側の開口端に配置される第１フランジ部と、
   前記筒部の他方側の開口端に配置される第２フランジ部と、
   前記筒部に巻き回されてコイルを構成するとともに、断面が略円形の巻線と、
   を備え、
   隣り合う前記ティース部と前記ティース部の間には、それぞれスロットが形成されており、
   前記スロットの数をＮ、αを１８０度／前記スロット数Ｎ、ｄ１を前記コアバック部の外径、ｄ２を前記コアバック部の内径、ｄ３を前記巻線の直径、ＴＷを軸方向から見たときにおける前記ティース部の延伸方向に対して垂直な方向の幅、Ｓを巻線幅、Ｌｉを前記インシュレータにおける径方向における前記コアバック部の内側面と前記コイルとによって挟まされる部位の幅、ｎ１を前記巻線の層数である正の整数、ｎ２を前記コイルの一層のターン数とし、
   巻線幅Ｓが、
   

   

   とで表され、
   前記スロットにおいて、前記巻線が配置されるためのスペースにおける長さＬが、
   

   

   と表され、前記ターン数ｎ２が、
   

   

   で表され、
   前記ティース部の幅ＴＷが、
   

   

   となるステータ。
2. 請求項１に記載のインシュレータであって、
   軸方向から見たときに、前記スロットにおいて、前記巻線が巻かれている部分の面積である巻線面積Ａｍは、
   

   

   で表され、
   軸方向から見たときに、前記スロットにおいて、前記巻線を巻くことができる最大の有効巻線面積Ａは、
   

   

   で表され、占積率ηが
   

   

   で表され、
   占積率ηが少なくとも７０％以上であるステータ。
3. 請求項１に記載のステータであって、
   前記筒部が、前記ティース部に対して、圧入にて固定される
   ステータ。
4. 請求項３に記載のステータであって、
   前記ティース部の延伸方向から見たときに、
   前記筒部の一方側の開口端における軸方向高さが、前記ティース部の軸方向高さよりも小さくなっている
   ステータ。
5. 請求項３に記載のステータであって、
   前記ティース部の延伸方向から見たときに、
   前記筒部の一方側の開口端において、
   前記延伸方向に対して垂直な方向における幅は、前記ティース部の幅よりも小さい
   ステータ。
6. 請求項３に記載のステータであって、
   前記筒部の内側面の少なくとも一部が、前記筒部の一方側から他方側へと延伸するテーパ状となっている
   ステータ。
7. 請求項６に記載のステータであって、
   前記ティース部の延伸方向から見たときに、前記筒部の内側面が略矩形となっており、
   前記筒部の内側面は、軸方向上側に形成される上側テーパー面と、前記上側テーパー面と対向するとともに軸方向下側に形成される下側テーパ面とを有する
   ステータ。
8. 請求項６に記載のステータであって、
   前記ティース部の延伸方向から見たときに、
   前記ティース部は略矩形であり、前記筒部の内側面は前記ティース部の形状と相似である略矩形となっており、
   前記筒部の内側面において、前記ティース部の延伸方向に対して垂直な方向における面に、テーパ面が形成される
   ステータ。
9. 請求項３に記載のステータであって、
   軸方向から見たときに、
   前記筒部の内側面には、前記ティース部の延伸方向に対して垂直な方向において、前記ティース部の幅よりも小さい寸法である小幅部と、前記ティース部の幅以上の寸法であり段差部を介して前記小幅部と接続される大幅部が形成される
   ステータ。
10. 請求項３に記載のステータであって、
    前記筒部の内側面には、前記ティース部の軸方向の高さよりも小さい寸法である軸方向小幅部と、前記ティース部の軸方向高さ以上の寸法であり段差部を介して前記軸方向小幅部と接続される軸方向大幅部が形成され、
    前記軸方向小幅部が、前記筒部の一方側に配置され、
    前記軸方向大幅部が、前記筒部の他方側に配置される
    ステータ。
11. 請求項１に記載のステータであって、
    前記ティース部の延伸方向から見たときに、
    前記ティース部の断面形状は略矩形であり、
    前記筒部の内側面には、前記ティース部の角部が入り込む凹部が形成される
    ステータ。
12. 請求項１１に記載のステータであって、
    前記凹部が、前記筒部の長手方向一方側から他方側に貫通する
    ステータ。

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