JP2018057074A - 電機子用インシュレータ - Google Patents

Abstract

【課題】電機子での絶縁性を高める電機子用インシュレータを提供することを目的とする。【解決手段】インシュレータ３は、多相のコイルが巻回される巻回部３１の複数と、軸Ｊ０を中心とする径方向Ｒにおいて巻回部３１よりも外側に設けられ、電機子巻線を相毎に、径方向Ｒにおける異なる位置で、軸Ｊ０に対する周方向Ｋに導く案内部３２ｕ，３２ｖ，３２ｗとを備える。【選択図】図７

Description

この発明は、電機子においてコアと共に電機子巻線が巻回される、電機子用のインシュレータに関する。

省エネルギー化の観点から、負荷への電力供給にインバータが採用される場合が増加している。インバータで負荷の駆動を行う場合、矩形波を呈する電圧が負荷に印加される。負荷が誘導性の場合、かかる電圧を用いた負荷の駆動は、後述する原因により急峻なサージ電圧の発生を招来し、正弦波を呈する電圧を用いて駆動する場合と比べ、負荷の内部で高電圧が発生する。

かかる高電圧を考慮すると、負荷の内部での絶縁性を高めることが望ましい。例えば誘導性の負荷としてモータを例に採ると、電機子巻線間で高電圧が発生するので、モータの巻線同士、あるいは電機子巻線と他部との間の絶縁性を高めることが望まれる。モータの絶縁特性を効果的に向上させるためには、サージ電圧の発生原因とその抑制技術の開発とともに、モータ各部の絶縁特性の把握及びその特性改善が望まれる。

非特許文献１で例示されるように、放電を防ぐべき場所の絶縁は、同相のコイル同士での絶縁（以下「同相内絶縁」）、相が異なるコイル同士での絶縁（以下「相間絶縁」）、コイルとコア（あるいはケース）との間での絶縁（以下「対地絶縁」）に分類できる。

相間絶縁及び対地絶縁のいずれに要求される耐圧も、同相内絶縁に要求される耐圧よりも高い。しかし相間絶縁、対地絶縁には絶縁紙が採用され（例えばコイルに採用される導線のエナメル被覆が３８μｍであるのに対して、絶縁紙の厚さは０．５ｍｍ程度に選定される）、高い耐圧が実現される。よってコイルに印加される電圧が上昇する際に最初に放電する場所は同相のコイル同士の間である。

そして同相のコイルについて、最も電圧が高くなるのはそのコイルの入力側とコイルの出力側との間である。このため、コイルの形成に用いられる電機子巻線は、コイルの入力側と出力側とでは近接しないことが望ましい。

特許文献１では、集中巻コイルの各相の電機子巻線の入力側の１番目のコイルの巻始めの第１ターンからの延出部の根本側に絶縁チューブを装着する技術が開示される。これにより、耐サージ性が付与された被覆導線を用いることなく、耐サージ性の向上が企図される。

特許文献２では、インシュレータの構造により、コイルの巻始めと巻終わりのエナメル線が近接することを防ぐ技術が開示される。これにより、放電開始電圧が低下する事を防いでいる。

国際公開第２０１４／１８８５８８号 特許第５８６６０８１号公報 国際公開第２００９／１１９３２０号

脇本、「インバータ駆動モータにおける部分放電メカニズムと絶縁性能向上に関する研究」、名古屋大学工学研究科博士論文、名古屋大学附属図書館、平成２８年３月２５日 高橋、脇本、香田、「異物付着による平角エナメル線のＰＤＩＶ低下メカニズム解析」、平成２３年電気学会全国大会論文集、電気学会、平成２３年３月５日、第２巻、Ｐ．４５ 武藤、外三名、「巻線の部分放電現象に関する研究」、古河電工時報、古河電気工業株式会社、平成２６年２月、第１３３号、Ｐ．１１−１７ 小川、白土、「絶縁材料表面の汚染による耐トラッキング性」、日立評論、株式会社日立製作所、１９６１年１１月号、Ｐ．６７−７２

特許文献１に開示された技術を用いれば、絶縁チューブを別途に取り付ける必要があり、コスト及び工数の増大を招く。

特許文献２に開示された技術では、同じコイル内の放電開始電圧の低下を防ぐことには有効である。しかし、モータでは一つの相のコイルは複数のコイルから構成されることが多い。例えば三相モータにおいて一つの相のコイルが二つのコイルの直列接続で構成される場合、三つの異なる相に対応するコイル同士を中性点で接続する配線の他に、これらの二つのコイルを接続する、いわゆる渡り線が必要である。また一つの相のコイルが三つのコイルの並列接続で構成される場合、中性点で接続する配線は９個のコイル同士を接続する必要がある。また一つの相あたりに、３個のコイルをモータの入力端に接続する入力線が必要となる。

例えば特許文献３では、渡り線がインシュレータ壁面に沿って配線される場合が例示される。特許文献３のモータの用途は圧縮機であり、使用環境は密閉空間である。これに対して大気中で使用する開放型筐体のモータでは、外部からの異物混入や汚染物質により部分放電開始電圧が低下する可能性がある。

例えば、非特許文献２には、金属粉（Ｆｅ）が挿入された場合の電界解析結果から、異物により空間の電圧強度が強められ、放電開始電圧が低下することが示される。

金属粉以外でもＮａ，Ｋ，Ｃｌ等により、部分放電開始電圧（ＰＤＩＶ）が低下することも知られている。例えば非特許文献３は、これらの異物によって汚染されたエナメル線ツイストペアが、汚染されていないツイストペアに比べて、高湿度環境で大幅にＰＤＩＶが低下することを報告している。

このような汚染によって絶縁特性が劣化することは、かなり以前から知られている。絶縁物に汚染物が堆積し、塵埃（例えばホコリ）がたまり、湿気によって微弱電流が流れるとシンチレーション（微小発光放電）が発生し、絶縁材が炭化するトラッキング現象が発生する。トラッキング現象は、短絡（いわゆる「ショート」）を招来する。例えば非特許文献４は、電極間距離が広い場合でも、カーボン等で汚染されるとトラッキングが発生することを紹介する。一度トラッキングが発生すると部分放電と同様に不可逆的に絶縁不良が進行する。

汚染に対する対策としてはエナメル線を樹脂モールドする方法や、ワニスを塗布する対策がある。しかし樹脂モールドは放熱性能の低下やコストの増大等の欠点がある。またワニスは場合によってはエナメル被覆の損傷を引き起こすことがあり、その塗布条件を管理することが重要である。

本発明は電機子用インシュレータの新たな構造を提案し、以て電機子での絶縁性を高めることを目的としている。

この発明にかかる電機子用インシュレータ（３）は、電機子コア（２）を備える電機子（１００）において、前記電機子の軸（Ｊ０）に平行な方向たる軸方向（Ｊ）において前記電機子コアに隣接し、前記電機子コアと共に電機子巻線（５）が巻回される絶縁体である。

そしてその第１の態様は、前記電機子巻線（５，５０，５１）で形成される、多相のコイル（Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３）が巻回される巻回部（３１）の複数と、前記軸を中心とする径方向（Ｒ）において前記巻回部よりも外側に設けられ、前記電機子巻線を相毎に、前記径方向における異なる位置で、前記軸に対する周方向に導く第１案内部（３２ｕ，３２ｖ，３２ｗ）とを備える。

この発明にかかる電機子用インシュレータの第２の態様は、その第１の態様のであって、前記軸方向（Ｊ）に垂直で、前記径方向（Ｒ）において前記巻回部（３１）よりも外側に設けられる環状体（３３）と、前記第１案内部の少なくとも一つ（３２ｕ，３２ｖ）を前記環状体から前記軸方向の一方に支持する支持体（３４ｕ，３４ｖ）とを更に備える。

この発明にかかる電機子用インシュレータの第３の態様は、その第２の態様であって、前記巻回部（３１）に対して前記径方向（Ｒ）において外側かつ前記周方向（Ｋ）にずれて設けられ、前記電機子巻線を前記巻回部と前記第１案内部との間で前記軸方向において前記環状体（３３）と共に挟む挟み部（３５）を更に備える。前記挟み部は前記軸方向における前記環状体の側に第１端（３５１）を有する。前記第１端と、前記環状体に最も近い前記第１案内部（３２ｕ）の前記電機子巻線と接触する部位（３２ｕ１）との間が、前記軸方向において所定距離以上離れる。

この発明にかかる電機子用インシュレータの第４の態様は、その第２の態様であって、前記第１案内部（３２ｕ，３２ｖ，３２ｗ）は、前記相毎に前記軸方向（Ｊ）において異なる位置に設けられる。

この発明にかかる電機子用インシュレータの第５の態様は、その第４の態様であって、前記軸（Ｊ０）に最も近くに位置する前記第１案内部たる最内周第１案内部（３２ｗ）を前記径方向において支持する支持面（３６）を更に備える。前記最内周第１案内部以外の前記第１案内部（３２ｕ，３２ｖ）が前記支持体（３４ｕ，３４ｖ）で支持される。

この発明にかかる電機子用インシュレータの第６の態様は、その第３の態様であって、前記挟み部（３５）よりも前記径方向（Ｒ）において外側に設けられ、前記周方向（Ｋ）の一方側に端（３７２）を有する位置決め部（３７）を更に備える。前記挟み部（３５）はその前記周方向（Ｋ）の他方側に第２端（３５２）を有する。前記第２端と前記位置決め部の前記端との間の前記周方向の距離が所定距離以下であるか、もしくは前記第２端が前記位置決め部の前記端に対して前記周方向の前記他方側に位置する。

この発明にかかる電機子用インシュレータの第７の態様は、その第１乃至第６の態様のいずれかであって、前記軸（Ｊ０）に対していずれの前記第１案内部（３２ｕ，３２ｖ，３２ｗ）よりも外側に設けられ、中性点として機能する前記電機子巻線（５０）を前記周方向（Ｋ）に導く第２案内部（３８）を更に備える。

この発明にかかる電機子用インシュレータの第１の態様において、ある巻回部において巻回されるコイルの相は、当該巻回部に隣接する他の巻回部において巻回されるコイルの相と異なる場合がある。しかも、同じ相についてのコイル同士の接続には、電機子巻線を周方向において敷設する必要がある。そして当該第１の態様によれば、電機子巻線のうち周方向に敷設された部位において、異なる相同士の間での絶縁距離を得やすい。

この発明にかかる電機子用インシュレータの第２の態様によれば、支持体で支持された第１案内部で周方向に導かれる電機子巻線は、当該電機子巻線とは相が異なる他の電機子巻線との間での沿面距離が得やすい。

この発明にかかる電機子用インシュレータの第３の態様によれば、電機子巻線のうち周方向に敷設された部位と、巻回部から続く近傍での電機子巻線との間の絶縁のための距離を得やすい。

この発明にかかる電機子用インシュレータの第４の態様によれば、電機子巻線のうち周方向に敷設された部位において、異なる相同士の間での絶縁距離を得やすい。

この発明にかかる電機子用インシュレータの第５の態様によれば、径方向の空間を有効に活用しやすい。

この発明にかかる電機子用インシュレータの第６の態様によれば、挟み部における電機子巻線が径方向に沿って直線状に、あるいは鋭角に屈曲して周方向において位置決めされる。よって挟み部よりも内側において、一の巻回部に巻回された電機子巻線と隣接する巻回部に巻回された電機子巻線との間の絶縁距離を稼ぐ。

この発明にかかる電機子用インシュレータの第７の態様によれば、中性点端子として機能する電機子巻線の径方向の位置が、それ以外の電機子巻線と干渉しない。

本実施の形態にかかるインシュレータを用いた電機子の構成を示す斜視図である。 図１の位置II−IIにおける、軸に垂直な断面を示す断面図である。 本実施の形態における他のインシュレータの形状を示す斜視図である。 他のインシュレータ側から軸に沿って見た、電機子の平面図である。 本実施の形態にかかるインシュレータの表側の平面図である。 本実施の形態にかかるインシュレータの裏側の平面図である。 本実施の形態にかかるインシュレータの表側を示す斜視図である。 本実施の形態にかかるインシュレータの表側の一部を拡大して示す斜視図である。 本実施の形態にかかるインシュレータの表側の一部を拡大して示す斜視図である。 図９の位置Ｘ−Ｘにおける、周方向に垂直な断面を示す断面図である。 挟み部と案内部との位置関係を示す模式図である。 複数のコイルが、相毎に直列に接続される場合の電気的構成を示す回路図である。 軸方向に沿って、本実施の形態にかかるインシュレータの表側から見た電機子の一部を示す平面図である。 径方向に沿って見た、本実施の形態にかかるインシュレータの一部を示す側面図である。 本実施の形態にかかるインシュレータの表側から見た電機子の一部を示す斜視図である。 軸方向に沿って見た、巻線出口近傍を拡大して示す平面図である。 複数のコイルが、相毎に並列に接続される場合の電気的構成を示す回路図である。 軸方向に沿って、本実施の形態にかかるインシュレータの表側から見た電機子の一部を示す平面図である。 径方向に沿って見た、本実施の形態にかかるインシュレータの一部を示す側面図である。 本実施の形態にかかるインシュレータの表側から見た電機子の一部を示す斜視図である。

＜電機子の構成＞
図１は本実施の形態にかかるインシュレータ３を用いた電機子１００の構成を示す斜視図である。図１には、電機子１００と共に回転電機を構成する不図示の界磁子の回転中心の軸Ｊ０をも併記した。軸Ｊ０は電機子１００の中心軸であると理解することもできる。

電機子１００は絶縁体たる電機子用のインシュレータ１，３と、磁性コアたる電機子コア２と、電機子巻線とを備える。但し図の煩雑を避けるため、図１において電機子巻線は省略している。電機子コア２は、軸Ｊ０においてインシュレータ１，３に挟まれる。

図２は、図１の位置II−IIにおける、軸Ｊ０に垂直な断面を示す断面図である。位置II−IIではインシュレータ１，３が存在しないので、当該断面図にはこれらは現れない。図２において、電機子コア２と、電機子巻線５の一部とが示されている。

電機子コア２は多相のコイルが巻回される巻回部２１の複数と、巻回部２１の各々に対して軸Ｊ０側（以下「内周側」とも称す）に設けられる磁極部２０と、巻回部２１の複数を軸Ｊ０とは反対側（以下「外周側」とも称す）で連結する連結部２３とを有する。複数の相（例えば三相）の各々において複数設けられるコイルは、電機子巻線５によって形成される。当該コイルは巻回部２１のそれぞれに巻回される。但し、複数の巻回部２１に一つのコイルが巻回されてもよいし（例えば分布巻）、一つの巻回部２１に一つのコイルが巻回されてもよい（例えば集中巻）。

本実施の形態では、電機子１００は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相について、３つのコイルが直列もしくは並列接続される態様を用いて説明される。よって巻回部２１は９個設けられる場合が例示される。

図２では、一つの巻回部２１に対して電機子巻線５が集中巻で巻回されて形成されるコイルのみが示され、他の巻回部２１に巻回された部分は省略されている。また、電機子巻線５は、巻回部２１に巻き付いてコイルを形成する部分の外郭近辺のみが示されている、これによりコイル部分は見かけ上は中空状態となっているが、実際には中空に示された領域においても軸Ｊ０に平行に電機子巻線５が延在する。

図３はインシュレータ１の形状を示す斜視図である。図３には軸Ｊ０をも併記した。インシュレータ１は、複数の巻回部１１と、環状体１３と、巻回部１１毎に設けられた巻線押さえ部１０，１６とを有する。巻線押さえ部１０、巻回部１１は軸Ｊ０に沿って、それぞれ磁極部２０、巻回部２１を覆う。また、環状体１３は軸Ｊ０に沿って連結部２３の内周側の一部を覆う。巻線押さえ部１６は巻回部１１の外周側に設けられる。

図４はインシュレータ１側から軸Ｊ０に沿って見た、電機子１００の平面図である。但し図面の煩雑を避けるため、図４において電機子巻線５は、図２で現れた部分のみを併記するに留めた。

図５は、軸Ｊ０に沿って電機子コア２とは反対側から見たインシュレータ３のみの平面図である。図６は、軸Ｊ０に沿って電機子コア２が設けられる側から見たインシュレータ３のみの平面図である。便宜的に、インシュレータ３の、電機子コア２とは反対側を表側と称する。インシュレータ３の、電機子コア２が設けられる側を裏側と称する。

図７はインシュレータ３の表側を示す斜視図であり、図８は図７の一部を拡大して示す斜視図である。図７及び図８において、軸Ｊ０に平行な軸方向Ｊ、軸Ｊ０に対する周方向Ｋ、軸Ｊ０を中心とする径方向Ｒを併記した。

インシュレータ３は、複数の巻回部３１と、環状体３３と、巻回部３１毎に対応して設けられた巻線押さえ部３０，３６，３９とを有する。巻線押さえ部３０、巻回部３１は軸方向Ｊにおいて、それぞれ磁極部２０、巻回部２１を覆う。また、環状体３３は軸方向Ｊにおいて、連結部２３の内周側の一部を覆う。巻線押さえ部３６，３９は、巻回部３１の外周側に設けられる。

巻回部２１は軸方向Ｊにおいて、巻回部１１，３１に挟まれる。よってインシュレータ３は、電機子コア２と共に電機子巻線５が巻回される絶縁体であると言える。

巻線押さえ部１０は巻線押さえ部３０と、巻線押さえ部１６は巻線押さえ部３６，３９と、軸方向Ｊにおいてそれぞれ電機子コア２とは反対側に突出する。電機子巻線５が巻回部１１，２１，３１に巻回されて形成するコイルは、内周側へ崩れることが巻線押さえ部１０，３０によって、外周側へ崩れることが巻線押さえ部１６，３６，３９によって、それぞれ防止される。

＜インシュレータ３における電機子巻線５の周回＞
インシュレータ１における巻線押さえ部１６とは異なり、インシュレータ３における巻線押さえ部３６，３９は、それらが同一の巻回部３１に対応して設けられているものであっても周方向Ｋにおいて分離している。もちろん、異なる巻回部３１に対応する巻線押さえ部３６，３９同士の間も周方向Ｋにおいて分離している。

かかる分離は、電機子巻線５を、巻線押さえ部３６，３９に対して外周側において敷設する観点で望ましい。通常、電機子巻線を電機子に設ける際には、電機子巻線を排出するノズルが移動して、電機子巻線が敷設されるからである。よって、一つの巻回部３１について対となって設けられる巻線押さえ部３６，３９同士が分離される距離は、電機子巻線５を排出するノズル（不図示）の外径よりも大きいことが望ましい。この分離により、巻回部３１の周方向Ｋの中央近傍において、巻線押さえ部３６，３９と環状体３３とで囲まれた巻線入口４２が形成される。

電機子巻線５は、巻線入口４２を通過してからその近傍の巻回部３１に接触して巻回され、コイルを形成する。電機子巻線５の巻回は、その当初においては巻回部３１に接触して行われる。その後、電機子巻線５は、巻回済みの電機子巻線５を介して巻回部１１，２１，３１に巻回され、巻回部３１との距離を軸方向Ｊ及び周方向Ｋにおいて拡げつつ巻回される。

巻線押さえ部３６の外周側には、案内部３２ｗが設けられる。また環状体３３には案内部３２ｕ，３２ｖが設けられる。このように案内部３２ｕ，３２ｖ，３２ｗのいずれもが、巻回部３１よりも径方向Ｒにおける外側（外周側）に設けられる。

案内部３２ｕ，３２ｖ，３２ｗは、電機子巻線５を相毎に周方向Ｋに導く。例えば、案内部３２ｗは三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の電機子巻線５のうち、Ｗ相のコイル同士を接続させる部分、あるいは他部（具体的には電流を供給する端子や、中性点となる端子：いずれも後述する）にＷ相のコイルの一端を接続させる部分を、周方向Ｋに導く。案内部３２ｕ，３２ｖについても同様である。

本実施の形態では、案内部３２ｕ，３２ｖ，３２ｗによる導きを含め、電機子巻線５が周方向Ｋに敷設される状態を「周回」と称し、電機子巻線５の巻回部１１，２１，３１の周囲においてコイルを形成する「巻回」とは区別する。電機子巻線５の周回は、原則として巻線押さえ部３６，３９の外周側で行われる。

ここでは案内部３２ｕ，３２ｖ，３２ｗは、いずれも軸方向Ｊにおいて電機子コア２とは反対側に開口する凹部を呈する。それぞれの凹部はその電機子コア２側に面３２ｕ１，３２ｖ１，３２ｗ１を有し、これらが電機子巻線５を支持する部位として機能する。

案内部３２ｕ，３２ｖ，３２ｗは、互いに径方向Ｒにおいて異なる位置で、周方向Ｋに電機子巻線５を導く。具体的には面３２ｕ１，３２ｖ１，３２ｗ１は径方向Ｒにおける位置が互いに異なる。案内部３２ｗは最内周に設けられるので、最内周案内部３２ｗとも称する。ここでは面３２ｕ１は面３２ｖ１に対して、面３２ｖ１は面３２ｗ１に対して、それぞれ外周側にある場合（径方向Ｒにおいて外側に配置される場合）が例示されている。

ある巻回部１１，２１，３１において巻回されるコイルの相は、当該巻回部１１，２１，３１に隣接する他の巻回部１１，２１，３１において巻回されるコイルの相と異なる場合がある。しかも、同じ相についてのコイル同士の接続を実現するには、電機子巻線５が周回する必要がある。よって案内部３２ｕ，３２ｖ，３２ｗは、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルに続く電機子巻線５を、互いに径方向Ｒにおける異なる位置において周方向Ｋに導くことで、周回する電機子巻線５において、相間絶縁のための絶縁距離を得やすい。

本実施の形態では、最内周案内部３２ｗが巻線押さえ部３６によって支持される。もし案内部３２ｕ，３２ｖ，３２ｗのいずれもが、径方向Ｒについて同じ位置において電機子巻線５を周方向Ｋに導くのであれば、案内部３２ｕ，３２ｖをも巻線押さえ部３６に支持させ、面３２ｕ１，３２ｖ１，３２ｗ１の軸方向Ｊ及び周方向Ｋのいずれかもしくは両方における位置を異ならせることも考えられる。

しかしながら、このように案内部３２ｕ，３２ｖ，３２ｗのいずれをも巻線押さえ部３６に支持させてしまうと、これらの間での沿面放電は巻線押さえ部３６の外周側の面のみを介することになる。

そこで面３２ｕ１，３２ｖ１，３２ｗ１の径方向Ｒにおける位置を互いに異ならせることが、相間絶縁の観点で望ましい。この点をより詳細に説明する。

図９は案内部３２ｕ，３２ｖ，３２ｗの近傍を円形に抽出して拡大した、インシュレータ３の表側の平面図である。図１０は図９の位置Ｘ−Ｘにおける周方向Ｋに垂直なインシュレータ３の断面を示す断面図である。

案内部３２ｕ，３２ｖ，３２ｗに、互いに径方向Ｒにおける異なる位置において電機子巻線５を案内させるためには、これらを支持する機構が必要となる。本実施の形態では、案内部３２ｕ，３２ｖ，３２ｗのうち軸Ｊ０に最も近くに位置する最内周案内部３２ｗを、巻線押さえ部３６が支持面となって径方向Ｒにおいて支持する。最内周案内部３２ｗ以外の案内部３２ｕ，３２ｖは，それぞれ支持体３４ｕ，３４ｖによって、環状体３３から軸方向Ｊにおいて電機子コア２とは反対の方向に支持される。

ここでは面３２ｕ１，３２ｖ１，３２ｗ１がそれぞれ環状体３３から軸方向Ｊに沿って異なる高さＬ１，Ｌ２，Ｌ３（Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３）において配置されている場合を例示する。このような高さが相違する配置も、案内部３２ｕ，３２ｖ，３２ｗがそれぞれ周方向Ｋに導く電機子巻線５同士の間で、相間絶縁のための距離を得る観点で望ましい。

案内部３２ｖを支持体３４ｖで支持すると、案内部３２ｖ，３２ｗとの間の沿面放電では、その経路に巻線押さえ部３６の外周側の面のみならず、支持体３４ｖも存在する。よって支持体３４ｖを用いて案内部３２ｖを支持することが、沿面距離を増す観点で望ましい。例えば支持体３４ｖと巻線押さえ部３６の外周側の面との間の径方向Ｒにおける距離Ｒ０を導入すれば、沿面距離は距離（Ｌ１＋Ｌ３＋Ｒ０）以上となる。

もちろん、巻線押さえ部３６の外周側から更に径方向Ｒでの外側に延在する支持体を設け、これに案内部３２ｖを支持させることもできる。但しこの場合、当該支持体が径方向Ｒに沿って延在するので、沿面距離を稼ぐにはインシュレータ３の径方向Ｒの寸法が大きくなってしまう。これは電機子１００の外径を大きくする観点で望ましくない。

これに対し、本実施の形態のように支持体３４ｖが軸方向Ｊに沿って延在すれば、電機子１００の外径を大きくせずに、支持体３４ｖに案内部３２ｖを支持させることができる。これは、軸方向Ｊにおける電機子１００の寸法は、支持体３４ｖが無くても巻線押さえ部３６，３９の環状体３３に対する高さ程度となるからである。よって例えば、環状体３３から見た案内部３２ｖの高さを、巻線押さえ部３６，３９よりも低くすれば、電機子１００の寸法は支持体３４ｖの存否に影響されない。支持体３４ｕ及び案内部３２ｕに関しても同様である。

最内周案内部３２ｗも案内部３２ｕ，３２ｖと同様に支持体を用いて環状体３３から軸方向Ｊにおいて支持することも考えられる。しかしその場合であっても、案内部３２ｕ，３２ｗ同士の沿面距離や、案内部３２ｖ，３２ｗ同士の沿面距離は、最内周案内部３２ｗが巻線押さえ部３６で支持される場合と殆ど異ならない。

よってインシュレータ３の表側の空間を径方向Ｒにおいて有効に活用する観点、具体的には環状体３３の径方向Ｒの寸法を拡げずに済む観点から、最内周案内部３２ｗが巻線押さえ部３６で支持されることが望ましい。

なお、インシュレータ３の成形の都合上、環状体３３には軸方向Ｊにおいて案内部３２ｕ，３２ｖ，３２ｗにそれぞれに対向する孔３２ｕｂ，３２ｖｂ，３２ｗｂ（図６参照）が空いている。しかしこれらの孔３２ｕｂ，３２ｖｂ，３２ｗｂは案内部３２ｕ，３２ｖ，３２ｗについての上記の奏功に必須でもないし、奏功を阻害するものでもない。

図７及び図８を参照して、巻回部３１に対応して設けられる巻線押さえ部３９の、周方向Ｋにおいて当該巻回部３１とは反対側には、挟み部３５が設けられる。挟み部３５は、巻回部３１に対して径方向Ｒにおいて外側かつ周方向Ｋにずれて設けられていると見ることもできる。

挟み部３５は環状体３３と共に、当該巻回部３１と案内部３２ｕ，３２ｖ，３２ｗとの間で、電機子巻線５を軸方向Ｊにおいて挟む。挟み部３５と、当該挟み部３５に対応する巻回部３１とは異なる巻回部３１に対応して設けられた巻線押さえ部３６と、環状体３３とで囲まれて、巻線出口４３が形成される。挟み部３５に対応する巻回部３１に巻回されたコイルに続く電機子巻線５が、巻線出口４３を経由して、巻線押さえ部３６，３９よりも外周側で周回する電機子巻線５に続く。

集中巻でコイルが形成される場合を例に採って、巻線入口４２と巻線出口４３との間で電機子巻線５が巻回部１１，２１，３１を巻回してコイルを形成する態様を説明する。不図示のノズルによって巻線入口４２を経由して、電機子巻線５が巻線押さえ部３６，３９の外周側から内周側へ敷設される。その後、ノズルの移動によって、電機子巻線５が巻回部１１，２１，３１に巻回されてコイルが形成され、更に巻線出口４３を経由して、電機子巻線５が巻線押さえ部３６，３９の内周側から外周側へ敷設される。

巻線入口４２と同様、ノズルの移動の観点から、巻線出口４３を囲む巻線押さえ部３６，３９の間の周方向Ｋにおける距離は、ノズルの外径よりも大きいことが望ましい。

挟み部３５と、面３２ｕ１，３２ｖ１，３２ｗ１のうち環状体３３に最も近いもの（ここでは面３２ｕ１）との間の望ましい関係について述べる。

図１１は径方向Ｒに対して垂直に見た場合の、挟み部３５と案内部３２ｕとの位置関係を示す模式図である。挟み部３５は軸方向Ｊにおいて環状体３３側に端３５１を有する。図１１において、電機子巻線５０は電機子巻線５のうち案内部３２ｕで周方向Ｋに導かれて周回する部位を、電機子巻線５１は電機子巻線５のうち挟み部３５と環状体３３との間に挟まれる部位を、それぞれ示す。

まず、端３５１と環状体３３との間の軸方向Ｊにおける距離ｄ２は、第１の所定距離以上離れる。電機子巻線５１の外径の軸方向Ｊでの寸法φ、ノズルによって電機子巻線５を電機子巻線５１として挟み部３５と環状体３３との間に挟むためのマージンδを導入して、第１の所定距離は和（φ＋δ）に選定される。電機子巻線５に断面が円形の導線が用いられる場合には、寸法φは電機子巻線５の外径の直径である。

次に、端３５１と面３２ｕ１との間の軸方向Ｊにおける距離ｄ３は、第２の所定距離以上離れる。第２の所定距離は、電機子巻線５０，５１同士の間での空間を介した放電を防止するのに必要な距離ｐに選定される。

上述の様に距離ｄ３を設定することにより、周回する電機子巻線５０と、巻回部１１，２１，３１に巻回された電機子巻線５から続く近傍での電機子巻線５１との間の絶縁のための距離は得やすくなる。図１０及び図１１を参照して、Ｌ１＝ｄ２＋ｄ３の関係がある。つまり高さＬ１は、和（φ＋δ＋ｐ）以上に選定されることが望ましい。

案内部３２ｕ，３２ｖ，３２ｗや挟み部３５が招来する上述の効果は、電機子巻線５が形成するコイルが集中巻で形成されるか分布巻で形成されるかに依存しないことは明白である。電機子巻線５はいずれの巻き方でも、周回する部位を有するからである。

＜コイルを直列接続する場合の電機子巻線５の案内＞
図１２は、それぞれ集中巻で巻回部１１，２１，３１に巻回される複数のコイルが、相毎に直列に接続される場合（以下「相内コイル直列接続」と称す）の電気的構成を示す回路図である。コイルＵ１，Ｕ２，Ｕ３は互いに直列に接続されてＵ相のコイルを形成する。コイルＶ１，Ｖ２，Ｖ３は互いに直列に接続されてＶ相のコイルを形成する。コイルＷ１，Ｗ２，Ｗ３は互いに直列に接続されてＷ相のコイルを形成する。

コイルＵ１の一端は電流入力端子Ｕｉｎに、コイルＶ１の一端は電流入力端子Ｖｉｎに、コイルＷ１の一端は電流入力端子Ｗｉｎに、それぞれ接続される。コイルＵ３，Ｖ３，Ｗ３のそれぞれの一端は、いずれも中性点端子Ｎに接続される。コイルＵ２の一端はコイルＵ１の他端に、コイルＵ２の他端はコイルＵ３の他端に、コイルＶ２の一端はコイルＶ１の他端に、コイルＶ２の他端はコイルＶ３の他端に、コイルＷ２の一端はコイルＷ１の他端に、コイルＷ２の他端はコイルＷ３の他端に、それぞれ接続される。

例えば電機子１００において、コイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１，Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２，Ｕ３，Ｖ３，Ｗ３がこの順に、インシュレータ３の表側から見て反時計回りに周方向Ｋに沿って環状に配置される。

図１３、図１４，図１５はいずれも、相内コイル直列接続において採用される電機子巻線５の配置を示す。

図１３は軸方向Ｊに沿ってインシュレータ３の表側から見た電機子１００の一部を示す平面図である。但し、電機子巻線５については下記の観点で省略されている。まず電機子巻線５はコイルＵ２に対応する部分のみが示される。電機子巻線５が敷設される状況を見やすくするため、巻回部３１に巻回される電機子巻線５が形成するコイルＵ１のうち、巻回部３１よりも電機子コア２から離れる部分（紙面手前側）について省略されている。また、巻線入口４２を経由してコイルＵ１に続く部分（電機子巻線５０）及び巻線出口４３を経由してコイルＵ１に続く部分（電機子巻線５１）は、コイルＵ２近傍の部分のみを示し、それ以遠の部位を省略する。これにより巻回部３１に巻回される電機子巻線５は図１３において断面が示されるが、更に、図２と類似して、コイルＵ２の外郭近辺のみが示されている。

図１４は径方向Ｒに沿って見たインシュレータ３の一部を示す側面図である。図１４では図１３で示された電機子巻線５０，５１も併記している。図１５はインシュレータ３の表側から見た電機子１００の一部を示す斜視図である。但し電機子巻線５については図１３と同様の観点で省略されている。

電機子巻線５０は不図示のコイルＵ１に続き、電機子巻線５１は不図示のコイルＵ３に続く。インシュレータ３の表側から見て反時計回りに見れば、コイルＵ２からコイルＵ３の距離の方が、コイルＵ２からコイルＵ１への距離よりも短い。インシュレータ３の表側から見て時計回りに見れば、コイルＵ２からコイルＵ１の距離の方が、コイルＵ２からコイルＵ３への距離よりも短い。よってインシュレータ３の表側から見て、電機子巻線５０は巻線入口４２を始点として時計回りに、電機子巻線５１は巻線出口４３を始点として反時計回りに、それぞれ周回する。

電機子巻線５０は、コイルＵ２のうちの最内周の電機子巻線５、つまりコイルＵ２を形成するための巻回の際の巻き始めの部分に続く。電機子巻線５１は、コイルＵ２のうちの最外周の電機子巻線５、つまりコイルＵ２を形成するための巻回の際の巻き終わりの部分に続く。よって、上述の様に、電機子巻線５０，５１が、それぞれ異なる位置に配置される巻線入口４２と巻線出口４３とを経由して、互いに異なる方向に周回することは、同一のコイルＵ２での絶縁耐圧を高める観点で望ましい。

なお、図１３、図１５で示されたコイルＵ２がコイルＵ１として読み替えられる場合には、電機子巻線５０は不図示の電流入力端子Ｕｉｎ（図１２参照）に接続され、電機子巻線５１は（読み替えによって不図示となる）コイルＵ２に続く。図１３、図１５で示されたコイルＵ２がコイルＵ３として読み替えられる場合には、電機子巻線５０は（読み替えによって不図示となる）コイルＵ２に続き、電機子巻線５１は不図示の中性点端子Ｎ（図１２参照）に接続される。

図１１を用いて説明された様に、電機子巻線５０は案内部３２ｕによって周方向Ｋへ案内され、電機子巻線５１は挟み部３５と環状体３３との間に挟まれる。但し相内コイル直列接続では、電機子巻線５１は、巻線出口４３を経由してコイルＵ２から離れる方向に周回する。よって電機子巻線５１が巻線出口４３から単に周回する場合には、電機子巻線５１は、巻線押さえ部３６，３９よりも内周側（軸Ｊ０に近い側）において、反時計回りで周方向Ｋで隣接する他のコイル（具体的には不図示のコイルＶ２（図１２参照））へ近づくことになる。

もちろん巻線出口４３は、図８に示されるように、挟み部３５を有する巻線押さえ部３９と、当該挟み部３５と周方向Ｋにおいて対向する巻線押さえ部３６とで囲まれる。よって電機子巻線５１が巻線出口４３から単に周回する場合、隣接するコイルＶ２への接触は、コイルＶ２が巻回される巻回部３１に対応して設けられる巻線押さえ部３６によって回避される。

しかし図１２を参照して、コイルＵ２の最外周の電機子巻線５と、コイルＶ２の最外周の電機子巻線５との間には、コイルＵ３，Ｖ３の二つのコイルが支える電位差がある。よって相間絶縁の観点から、コイルＵ２に続く電機子巻線５１と、コイルＶ２の最外周の電機子巻線５との間の距離は大きいことが望ましい。

なるほど、コイルＵ２，Ｖ２の周方向Ｋにおける寸法を小さくすることは、相間絶縁の観点で望ましい。しかしながらそのような寸法の縮小は、いわゆる占積率を低下させ、ひいては電機子１００の性能を低下させてしまう。

上記の観点から、本実施の形態では位置決め部３７が設けられる。位置決め部３７は、挟み部３５よりも径方向Ｒにおいて外側に設けられる。

図１６は、軸方向Ｊに沿って見た、巻線出口４３の近傍を拡大して示す平面図である。位置決め部３７は周方向Ｋの一方（ここではインシュレータ３の表側から見て時計回り方向：図１６において左方向）側に端３７２を有する。挟み部３５はその周方向Ｋの他方（ここではインシュレータ３の表側から見て反時計回り方向：図１６において右方向）側に端３５２を有する（図１１も参照）。つまり端３５２，３７２は周方向Ｋにおいて互いに対向する。

電機子巻線５１は端３７２に当接する。かかる当接による電機子巻線５１の損傷を防ぐ観点からは、平面視上、端３７２は曲線を呈することが望ましい。端３７２の周方向Ｋにおける位置を後述するように設定することにより、電機子巻線５１は端３５２に当接する。周方向Ｋにおける電機子巻線５の位置決めをこのように行うことにより、挟み部３５における電機子巻線５１が直線状または鋭角に屈曲する。よって巻線押さえ部３６，３９よりも内周側において、電機子巻線５１がコイルＶ２へ近づくことが防止され、コイルＵ２に続く電機子巻線５１と、コイルＶ２の最外周の電機子巻線５との間の距離を大きくすることができる。

端３７２の周方向Ｋにおける位置は、端３５２，３７２の間の周方向Ｋにおける距離ｄ１が第３の所定距離以下となるように設定される。電機子巻線５１の外径の周方向Ｋでの寸法Φ、電機子巻線５１を端３５２，３７２で挟むためのマージンΔを導入して、第３の所定距離はΦ＋Δに選定される。電機子巻線５に断面が円形の導線が用いられる場合には、寸法Φは電機子巻線５の外径の直径である。

マージンΔは、例えば電機子巻線５が可撓性に富むほど小さく設定され、負値を採ることもできる。よって端３５２が端３７２に対して周方向Ｋの他方側に位置してもよい。

このように、位置決め部３７を設けることにより、挟み部３５における電機子巻線５１が径方向Ｒに沿って直線状に、あるいは鋭角に屈曲して周方向Ｋにおいて位置決めされる。よって挟み部３５よりも内側において、ある巻回部１１，２１，３１に巻回された電機子巻線５と、隣接する巻回部１１，２１，３１に巻回された電機子巻線５との間の絶縁距離を稼ぐ。

なお、電機子巻線５０の周回を妨げない観点から、位置決め部３７の環状体３３を基準とした高さは、案内部３２ｕ，３２ｖ，３２ｗのうち最も低いもの（上述の説明では案内部３２ｕ）の底部よりも低いことが望ましい。

＜コイルを並列接続する場合の電機子巻線５の案内＞
図１７は、それぞれ集中巻で巻回部１１，２１，３１に巻回される複数のコイルが、相毎に並列に接続される場合（以下「相内コイル並列接続」と称す）の電気的構成を示す回路図である。コイルＵ１，Ｕ２，Ｕ３は互いに並列に接続されてＵ相のコイルを形成する。コイルＶ１，Ｖ２，Ｖ３は互いに並列に接続されてＶ相のコイルを形成する。コイルＷ１，Ｗ２，Ｗ３は互いに並列に接続されてＷ相のコイルを形成する。

コイルＵ１，Ｕ２，Ｕ３のいずれの一端も電流入力端子Ｕｉｎに、コイルＶ１，Ｖ２，Ｖ３のいずれの一端も電流入力端子Ｖｉｎに、コイルＷ１，Ｗ２，Ｗ３のいずれの一端も電流入力端子Ｗｉｎに、それぞれ接続される。コイルＵ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３のいずれの他端も、中性点端子Ｎに接続される。

相内コイル並列接続においても、相内コイル直列接続と同様に、例えば電機子１００において、コイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１，Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２，Ｕ３，Ｖ３，Ｗ３がこの順に、インシュレータ３の表側から見て反時計回りに周方向Ｋに沿って環状に配置される。

図１８、図１９，図２０はいずれも、相内コイル並列接続において採用される電機子巻線５の配置を示す。

図１８は軸方向Ｊに沿ってインシュレータ３の表側から見た電機子１００の一部を示す平面図である。但し、電機子巻線５については図１３、図１４、図１５と同様の観点で省略されている。図１９は径方向Ｒに沿って見たインシュレータ３の一部を示す側面図である。図１９では図１８で示された電機子巻線５０，５１も併記している。図２０はインシュレータ３の表側から見た電機子１００の一部を示す斜視図である。但し電機子巻線５については図１８と同様の観点で省略されている。

相内コイル並列接続においても相内コイル直列接続と同様、電機子巻線５０は、コイルＵ２のうちの最内周の電機子巻線５、つまりコイルＵ２を形成するための巻回の際の巻き始めの部分に続く。電機子巻線５１は、コイルＵ２のうちの最外周の電機子巻線５、つまりコイルＵ２を形成するための巻回の際の巻き終わりの部分に続く。よって、上述の様に、電機子巻線５０，５１は、それぞれ異なる位置に配置される巻線入口４２と巻線出口４３とを経由して、互いに異なる方向に周回することは、同一のコイルＵ２での絶縁耐圧を高める観点で望ましい。

電機子巻線５０は不図示の電流入力端子Ｕｉｎ（図１２参照）に接続され、電機子巻線５１は不図示の中性点端子Ｎ（図１２参照）に接続される。図１８、図２０で示されたコイルＵ２がコイルＵ１，Ｕ３のいずれに読み替えられても、電機子巻線５０，５１の接続関係についての説明は変わらない。図１８、図２０で示されたコイルＵ２がコイルＶ１，Ｖ２，Ｖ３のいずれに読み替えられても、電機子巻線５０の接続先は電流入力端子Ｖｉｎ（図１２参照）に読み替えられる。図１８、図２０で示されたコイルＵ２がコイルＷ１，Ｗ２，Ｗ３のいずれに読み替えられても、電機子巻線５０の接続先は電流入力端子Ｗｉｎ（図１２参照）に読み替えられる。図１８、図２０で示されたコイルＵ２がコイルＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３のいずれに読み替えられても、電機子巻線５１の接続関係についての説明は変わらない。

従って、いずれの巻線出口４３を経由する電機子巻線５１も、中性点端子Ｎへ共通に接続される。換言すればかかる電機子巻線５１それ自身が中性点端子Ｎとして機能するとみることができる。

よって相内コイル並列接続では、電機子巻線５１を隣接するコイルに向けて周回させる必要がない。よって電機子巻線５１は巻線出口４３を始点として、当該巻線出口４３を囲む巻線押さえ部３９に対応するコイル（図１８、図２０に即して言えばコイルＵ２）が巻回された巻回部３１に向けて周回する。ここではインシュレータ３の表側から見て、電機子巻線５１は巻線出口４３を始点として時計回りに周回する。

また、コイルＵ１，Ｕ２，Ｕ３にそれぞれ続く電機子巻線５０は、いずれも電流入力端子Ｕｉｎに接続される。よってこの観点では電機子巻線５０が周回する方向は制限されない。しかし電機子巻線５１が、上述の様に周回するので、相内絶縁の観点からは電機子巻線５０もインシュレータ３の表側から見て、巻線入口４２を始点として時計回りに周回することが望ましい。

本実施の形態では電機子巻線５１がそれ以外の電機子巻線５、具体的には電機子巻線５０と干渉しないように、案内部３８が設けられる。案内部３８は中性点端子として機能する電機子巻線５０を周方向Ｋに導く。案内部３８は案内部３２ｕ，３２ｖ，３２ｗよりも外側に設けられる。よって電機子巻線５１の径方向Ｒにおける位置が、電機子巻線５０と干渉しない。

つまり案内部３２ｕ，３２ｖ，３２ｗに加えて案内部３８が設けられたインシュレータ３は、相内コイル直列接続のみならず、相内コイル並列接続についても採用することができる。

２ 電機子コア
３ インシュレータ
５，５０，５１ 電機子巻線
３１ 巻回部
３２ｕ，３２ｖ，３２ｗ 案内部
３２ｕ１，３２ｖ１，３２ｗ１ 面
３３ 環状体
３４ｕ，３４ｖ 支持体
３５ 挟み部
３６ 巻線押さえ部
３７ 位置決め部
３８ 案内部
１００ 電機子
３５１，３５２，３７２ 端
Ｊ 軸方向
Ｊ０ 軸
Ｋ 周方向
Ｒ 径方向
Ｒ０ 距離
Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３ コイル

Claims (7)

1. 電機子コア（２）を備える電機子（１００）において、
   前記電機子の軸（Ｊ０）に平行な方向たる軸方向（Ｊ）において前記電機子コアに隣接し、
   前記電機子コアと共に電機子巻線（５）が巻回される絶縁体であって、
   前記電機子巻線（５，５０，５１）で形成される、多相のコイル（Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３）が巻回される巻回部（３１）の複数と、
   前記軸を中心とする径方向（Ｒ）において前記巻回部よりも外側に設けられ、前記電機子巻線を相毎に、前記径方向における異なる位置で、前記軸に対する周方向に導く第１案内部（３２ｕ，３２ｖ，３２ｗ）と
   を備える電機子用インシュレータ（３）。
2. 前記軸方向（Ｊ）に垂直で、前記径方向（Ｒ）において前記巻回部（３１）よりも外側に設けられる環状体（３３）と、
   前記第１案内部の少なくとも一つ（３２ｕ，３２ｖ）を前記環状体から前記軸方向の一方に支持する支持体（３４ｕ，３４ｖ）と
   を更に備える、請求項１記載の電機子用インシュレータ（３）。
3. 前記巻回部（３１）に対して前記径方向（Ｒ）において外側かつ前記周方向（Ｋ）にずれて設けられ、前記電機子巻線を前記巻回部と前記第１案内部との間で前記軸方向において前記環状体（３３）と共に挟む挟み部（３５）
   を更に備え、
   前記挟み部は前記軸方向における前記環状体の側に第１端（３５１）を有し、
   前記第１端と、前記環状体に最も近い前記第１案内部（３２ｕ）の前記電機子巻線と接触する部位（３２ｕ１）との間が、前記軸方向において所定距離以上離れる、請求項２記載の電機子用インシュレータ（３）。
4. 前記第１案内部（３２ｕ，３２ｖ，３２ｗ）は、前記相毎に前記軸方向（Ｊ）において異なる位置に設けられる、請求項２記載の電機子用インシュレータ（３）。
5. 前記軸（Ｊ０）に最も近くに位置する前記第１案内部たる最内周第１案内部（３２ｗ）を前記径方向において支持する支持面（３６）
   を更に備え、
   前記最内周第１案内部以外の前記第１案内部（３２ｕ，３２ｖ）が前記支持体（３４ｕ，３４ｖ）で支持される、請求項４記載の電機子用インシュレータ（３）。
6. 前記挟み部（３５）よりも前記径方向（Ｒ）において外側に設けられ、前記周方向（Ｋ）の一方側に端（３７２）を有する位置決め部（３７）
   を更に備え、
   前記挟み部（３５）はその前記周方向（Ｋ）の他方側に第２端（３５２）を有し、
   前記第２端と前記位置決め部の前記端との間の前記周方向の距離が所定距離以下であるか、もしくは前記第２端が前記位置決め部の前記端に対して前記周方向の前記他方側に位置する、請求項３記載の電機子用インシュレータ（３）。
7. 前記軸（Ｊ０）に対していずれの前記第１案内部（３２ｕ，３２ｖ，３２ｗ）よりも外側に設けられ、中性点として機能する前記電機子巻線（５０）を前記周方向（Ｋ）に導く第２案内部（３８）
   を更に備える、請求項１〜６のいずれか一つに記載の電機子用インシュレータ（３）。

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