JP6093266B2 - セグメントコイル及びステータ - Google Patents

Description

本願発明は、ステータに用いられるセグメントコイルに関する。詳しくは、隣接するコイル等との間における部分放電を防止できるセグメントコイルに関する。

近年におけるモータの小型化、高性能化、高出力化等に伴い、モータのステータを構成するコイルとして、スロット内の占積率を効果的に向上させることができる平角線からなるコイル、特に平角線を略Ｕ字状に形成する、いわゆるセグメントコイルへの需要が高まっている。このようなセグメントコイルを示す従来技術として、例えば下記特許文献１がある。

特許第３７３４１６６号公報

上記特許文献１は、回転電機のセグメント順次接合ステータコイルおよびその製造方法に関する発明で、ステータコアの径方向幅の増大を抑制しつつ必要なターン数のセグメントをモータハウジング内に収容することができ、頭部側コイルエンドの頭部先端部間の相互接触、電気絶縁の劣化を防止することができるメリットがある。

セグメントコイルには、隣接するセグメントコイルとの間や、コアとの間の絶縁を行うための絶縁層が設けられている。この絶縁層は、各部材間において部分放電が生じないように構成する必要がある。部分放電は、電圧差が大きくなる部分において生じやすい。例えば、三相交流電動機のステータにセグメントコイルを採用した場合、異なる相に属するセグメントコイル間における電圧差が最も大きくなる。従って、異なる相に属するセグメントコイルが近接あるいは接触する部分において部分放電が生じやすい。

しかし、上記特許文献１に示すような従来のセグメントコイルにおいては、異なる相に属するセグメントコイル間の電圧差に対応できる絶縁層を、セグメントコイルの全域に設けることにより、部分放電を防止するように構成されていた。

ところが、同じ層に属するセグメントコイルが対接する部位や、コアとセグメントコイルとが対接する部位における電圧差は小さく、大きな電圧差に対応できる厚みの大きな絶縁層を設ける必要はない。従来のセグメントコイルにおいては、異なる相に属するコイル間の電圧差に対応できる絶縁層がコイルの全域に設けられているため、スロット内の占積率が低下して、電動機の大型化や発熱量の増加につながるといった不都合があった。

このような不都合に対して、近年、電圧差に対応して厚みの異なる絶縁層を設けるセグメントコイルが開発されている。

しかし、このようなセグメントコイルにおいて、コイルエンド部の曲げ加工が施される部分に厚みが大きい絶縁層を設ける場合、曲げ加工時に絶縁層にクラック等が生じて絶縁性が低下する恐れがある。よって、コイルエンド部の曲げ加工が施される部分には、厚みが大きい絶縁層を設けない構成をとるものが一般的であった。従って、複数のセグメントコイルを環状コアに整列配置させた際に、曲げ加工が施された部分に隣接するセグメントコイルが対接する場合には絶縁不足生じる恐れがあるという不都合があった。

そこで、本発明は上記従来における不都合を解決し、曲げ加工が施された部分の絶縁性も確保することができることで、隣接するコイル等との間における部分放電を効果的に防止できると共に、ステータの占積率を高めることができるセグメントコイル及び該セグメントコイルを用いたステータの提供を課題とする。

本発明のセグメントコイルは、（１）環状コアのスロット部に収容されるストレート部と、前記スロット部から延出されるコイルエンド部とを備えるセグメントコイルであって、前記コイルエンド部は、中央部を頂点とする略山形形状に形成される斜辺部と、該斜辺部から前記ストレート部にかけてコイルが前記環状コアの軸方向に屈曲される屈曲部とを備え、前記斜辺部及び前記屈曲部の所定領域に付加絶縁層を備えるセグメントコイルである。

上記本発明によれば、曲げ加工が施された部分の絶縁性も確保することができることで、隣接するコイル等との間における部分放電を効果的に防止できると共に、ステータの占積率を高めることができる。

環状コアのスロットに、本発明の実施形態に係るセグメントコイルの一部を組み付けた状態を示す要部の斜視図である。 本発明の実施形態に係るセグメントコイルの一形態を示す正面図である。 一のセグメントコイルと、これに隣接して配置されるセグメントコイル間の対接状態を示す要部の正面図である。 図３におけるＦ−Ｆ線方向における断面図である。 本発明の実施形態に係るセグメントコイルの断面図で、（Ａ）は図２のＡ−Ａ線方向における断面図、（Ｂ）は図２のＢ−Ｂ線方向における断面図、（Ｃ）は図２のＣ−Ｃ線方向における断面図である。 本発明の実施形態に係るセグメントコイルを示す図で、（Ａ）はセグメントコイルの要部を示す正面図、（Ｂ）はセグメントコイルの要部を示す平面図である。 本発明の実施形態に係るセグメントコイルを示す図で、（Ａ）は曲げ加工が施される前のセグメントコイルの要部を示す正面図、（Ｂ）は曲げ加工が施される際のセグメントコイルの要部を示す正面図である。 本発明の実施形態に係るセグメントコイルの変形例を示す図で、（Ａ）は図７（Ａ）に相当する図、（Ｂ）は図７（Ｂ）に相当する図である。 従来のセグメントコイルの断面図である。 従来のセグメントコイルが、他のセグメントコイルと対接する状態を示す要部の斜視図である。

［本願発明の実施形態の説明］
最初に本願発明の実施態様を列記して説明する。

本発明のセグメントコイルは、（１）環状コアのスロット部に収容されるストレート部と、前記スロット部から延出されるコイルエンド部とを備えるセグメントコイルであって、前記コイルエンド部は、中央部を頂点とする略山形形状に形成される斜辺部と、該斜辺部から前記ストレート部にかけてコイルが前記環状コアの軸方向に屈曲される屈曲部とを備え、前記斜辺部及び前記屈曲部の所定領域に付加絶縁層を備えるセグメントコイルである。

斜辺部及び屈曲部の所定領域に付加絶縁層を設けることで、隣接するコイル等との間における部分放電を効果的に防止することができ、セグメントコイルの絶縁被膜の劣化防止を図ることができる。また、占積率を高めてステータの性能を向上させることができる。

（２）前記セグメントコイルは、断面矩形状の平角線で形成されていると共に、前記屈曲部に備える付加絶縁層は、前記平角線のうち、前記環状コアの径方向の内方面と外方面の少なくとも一方に設けてあることが好ましい。

このような構成とすることで、屈曲部の絶縁被膜の劣化防止と省コスト化とを同時に実現することができる。

（３）前記斜辺部に備える付加絶縁層は、前記平角線の全周に設けてあると共に、前記屈曲部に備える付加絶縁層が、前記斜辺部に備える付加絶縁層から延出されていることが好ましい。

このような構成とすることで、屈曲部に設ける付加絶縁層が脱落することを効果的に防止することができる。

（４）前記屈曲部に備える付加絶縁層は、コイルと密着していないことが好ましい。

このような構成とすることで、屈曲部に設ける付加絶縁層にクラックが発生することを一段と効果的に防止することができる。

（５）前記付加絶縁層が、射出成型層として構成されていることが好ましい。

このような構成とすることで、形成容易な付加絶縁層とすることができる。

また、本発明のステータは、（６）上記（１）に記載したセグメントコイルを環状コアに整列配置させて備えるステータである。

このようなステータとすることで、隣接するコイル等との間における部分放電を防止することができ、セグメントコイルの絶縁被膜の劣化防止を図ることができる。また、占積率を高めてステータの性能を向上させることができる。

［本願発明の実施形態の詳細］
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて具体的に説明する。しかし、以下の説明は本発明の実施形態であって、特許請求の範囲に記載の内容を限定するものではない。

図１に示すように、本発明の実施形態に係るセグメントコイル１は、平角線で構成されるいわゆる被覆電線で、ステータ２を構成する環状コア３に整列配置されて電動機を構成するものである。このセグメントコイル１は、図５に示すように、導体からなる素線Ｒと、素線Ｒを被覆する絶縁被膜たる絶縁層Ｚとから構成される。

環状コア３は磁性材料から形成された厚肉環状構造を備えており、内周部に軸方向に貫通するとともに内周面に開口するスロット部４が所定間隔で形成されている。スロット部４は、セグメントコイル１の幅にほぼ対応して形成されており、セグメントコイル１の後述するストレート部１ｂをスロット部４に収容することにより、セグメントコイル１が環状コア３に組み付けられる。

環状コア３を構成する材料は特に限定されることはない。例えば、磁性粉体を圧粉成形して形成されたコアや、磁性鋼板を積層して形成されるコアを採用することができる。

例えば、三相交流電動機においては、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相にグループ分けされた、それぞれ複数のセグメントコイル１が、スロット部４に所定間隔で組み付けられる。

図２に示すように、ステータ２の各スロット部４の半径方向中間部に装着される代表的な形態のセグメントコイル１（１Ａ〜１Ｅ）は、スロット部４に収容される一対のストレート部１ｂと、スロット部４の軸方向両端部から延出させられると共に、山形形状を備える一対のコイルエンド部１ａ、１ｃとを備える略六角形状に形成されている。コイルエンド部１ｃにおいて同一のスロット部４に装着された隣接するセグメントコイルが接続されると共に、他のスロット部４に装着されたセグメントコイルとの接続が行われる。他のスロット部４に装着されたセグメントコイルとの接続を行うため、ステータ２の半径方向最内側及び最外側に装着されるセグメントコイル２０、２１においては、接続パターンに応じて複数の形態を備えるコイルエンド部が設けられている。以下の説明は、理解を容易にするため、図２に示す形態のセグメントコイル１について行う。

一方のコイルエンド部１ａは、所定のスロット部４に収容された一対のストレート部１ｂを掛け渡し状に接続する山形形状に形成されている。より具体的には、中央部を頂点とする略山形形状に形成される斜辺部１０ａ、１０ｂと、斜辺部１０ａ、１０ｂからストレート部１ｂにかけてコイルを環状コア３の軸方向に屈曲させることで構成される屈曲部１０ｃ、１０ｄとを備えている。他方のコイルエンド部１ｃは、スロット部４に隣接して収容されたセグメントコイルとの接続を行うための接続部５ａ、５ｂを備え、接続されたセグメントコイルのコイルエンド部と共働して山形形状が構成される。より具体的には、中央部を頂点とする略山形形状に形成される斜辺部１１ａ、１１ｂと、斜辺部１１ａ、１１ｂからストレート部１ｂにかけてコイルを環状コア３の軸方向に屈曲させることで構成される屈曲部１１ｃ、１１ｄとを備えている。

なお、図１に示すステータ２の半径方向最内側と最外側に装着されるセグメントコイル２０、２１のコイルエンド部１ｃは、上述したように、他のスロット部に装着されたセグメントコイルと接続できる形態に形成される。

また、本実施形態においては、図２、図３、図５に示すように、セグメントコイル１を形成する絶縁層Ｚの構成を、ストレート部１ｂと、コイルエンド部１ａ、１ｃとで異なる構成としてある。

より具体的には、ストレート部１ｂにおいては図５（Ａ）に示すように、素線Ｒの表面にベース絶縁層Ｚ１だけを被覆させることで絶縁層Ｚを形成する構成としてある。これに対してコイルエンド部１ａ、１ｃの所定領域においては図２、図３に示すように、素線Ｒの表面にベース絶縁層Ｚ１を被覆させると共に、ベース絶縁層Ｚ１の表面に更に付加絶縁層Ｚ２を被覆させることで絶縁層Ｚを形成する構成としてある。なお、ここで「所定領域」とは、「コイルエンド部１ａ、１ｃにおいて、異相の隣接セグメントコイルが近接する領域、より具体的には素線Ｒの状態で異相の隣接する素線Ｒ間の距離が数μｍ〜数百μｍ程度となる領域」のことを意味するものとする。

本実施形態では、三相交流電動機の各相を構成するコイルのうち、図１に示すステータ２の半径方向最内周側と半径方向最外周側に配置されるセグメントコイル２０、２１を除く、各セグメントコイル１Ａ〜１Ｅのコイルエンド部１ａ、１ｃにおける山形形状の一方の斜辺部１０ａ、１１ａと、一方の屈曲部１０ｃ、１１ｃに、四つのコイルが当接あるいは近接した状態で配列される。

図３は、一のセグメントコイル１Ａと、このセグメントコイル１Ａの一方の斜辺部１０ａ、屈曲部１０ｃに対接させられるセグメントコイル１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅを注出して模式的に表した正面図である。

図３に示すように、一のセグメントコイル１Ａにおける左側の斜辺部１０ａと屈曲部１０ｃには、隣接する４つのセグメントコイル１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅの各右側の斜辺部１０ｂが所定の間隔で交差するように対接させられる。

よって、本実施形態においては、一のセグメントコイル１Ａにおける左側の斜辺部１０ａ（斜辺部１１ａ）と屈曲部１０ｃ（屈曲部１１ｃ）において、他のセグメントコイル１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅが対接させられる部分に付加絶縁層Ｚ２を設ける構成としてある。

更に、本実施形態においては図５、図６、図７に示すように、斜辺部１０ａに設ける付加絶縁層Ｚ２と、屈曲部１０ｃに設ける付加絶縁層Ｚ２の構成を異なる構成としてある。なお、図２に簡略化して示すように、本実施形態においては、斜辺部１０ａ及び屈曲部１０ｃに設ける付加絶縁層Ｚ２と、斜辺部１１ａ及び屈曲部１１ｃに設ける付加絶縁層Ｚ２とを同じ構成としてある。よって、以下の説明においては、図３、図４、図６、図７に示す斜辺部１０ａ及び屈曲部１０ｃに設ける付加絶縁層Ｚ２のみを説明するものとする。

より具体的には、斜辺部１０ａにおいては図５（Ｂ）に示すように、平角線で構成されるコイルの全周に密着させて付加絶縁層Ｚ２を設ける構成としてある。これに対して、屈曲部１０ｃにおいては図５（Ｃ）、図６（Ｂ）に示すように、平角線で構成されるコイルのうち、環状コア３の径方向の内方面と外方面との二面に密着させて付加絶縁層Ｚ２を設ける構成としてある。加えて、図６（Ａ）、図７に示すように、屈曲部１０ｃに設ける付加絶縁層Ｚ２は、斜辺部１０ａに備える付加絶縁層Ｚ２から延出させて設ける構成としてある。

また、本実施形態においては図７（Ａ）に示すように、屈曲部１０ｃに設ける付加絶縁層Ｚ２の幅Ｌを、ベース絶縁層Ｚ１が設けられているコイルの幅Ｍよりも小さい長さとしてある。なお、幅Ｌの長さは、幅Ｍの長さの１０％〜１００％、より好ましくは平角線のフラット面の幅とほぼ等しい７５％〜９５％とすることが望ましい。１００％を超えると、コイルに曲げ加工を施す際に、屈曲部１０ｃに設ける付加絶縁層Ｚ２に冶具が接触して付加絶縁層Ｚ２にクラックが発生する可能性や、平角線の角Ｒ部分の厚肉の付加絶縁層Ｚ２部分が屈曲した平角線に乗り上げて膨らみが増大するからである。また、１０％未満とすると、屈曲部１０ｃの良好な絶縁性が確保できないからである。

更に、本実施形態においては図７に示すように、屈曲部１０ｃに設ける付加絶縁層Ｚ２の形状を、予めコイルの曲げに沿う形状としてある。より具体的には図７（Ａ）に簡略化して示すように、本実施形態に係るセグメントコイル１は、直線状の素線Ｒにベース絶縁層Ｚ１と付加絶縁層Ｚ２とを形成した後、屈曲冶具である内側ピン３１、外側ピン３２を用いて斜辺部１０ａからストレート部１ｂにかけてコイルを環状コア３の軸方向に屈曲させることで、屈曲部１０ｃを形成するものである。よって、本実施形態においては図７に示すように、屈曲部１０ｃに設ける付加絶縁層Ｚ２の形状を、引張り応力が負荷される外側の辺を長く、圧縮応力が負荷される内側の辺を短くする略扇形としてある。但し、屈曲部１０ｃに設ける付加絶縁層Ｚ２の形状は本実施形態のものに限るものではなく、適宜変更可能である。

また、図７（Ａ）に示す内側ピン３１の中心から斜辺部１０ａに設ける付加絶縁層Ｚ２の端部Ｔまでの距離Ｐは、０．５ｍｍ以内であることが好ましい。０．５ｍｍを超えると、斜辺部１０ａに絶縁不足が生じるからである。

なお、図５（Ａ）に示す素線Ｒの長手方向の長さＱは、２．５ｍｍ〜５．０ｍｍ程度、より好ましくは３．０ｍｍ〜４．０ｍｍ程度とすることが望ましい。また図５（Ａ）に示す素線Ｒの短手方向の長さＵは、１．０ｍｍ〜２．０ｍｍ程度、より好ましくは１．５ｍｍ〜２．０ｍｍ程度とすることが望ましい。なお、素線Ｒは、銅等、コイルを形成する素線として通常用いられるものであれば、如何なるものを用いてもよい。

また、ベース絶縁層Ｚ１の材質としては、ポリアミドイミド、ポリイミド等を用いることができる。またベース絶縁層Ｚ１の厚みはコイルターン間の設計電圧に対応した厚みがあればよく、例えば設計電圧が５００Ｖの場合は、１５μｍ〜３０μｍ程度とすることが望ましく、より好適には１５μｍ〜２５μｍ程度とすることが望ましい。１５μｍ未満では部分放電の発生による皮膜劣化や製造時のピンホール発生確率が増加し、３０μｍを超えるとスロット部４内の占積率の低下による発熱増加や外径増大による組み付け性の低下が生じるからである。またその形成方法は、ダイス引き、電着等を用いることができる。なお、ストレート部１ｂ、コイルエンド部１ａ、１ｃのベース絶縁層Ｚ１は、同一工程で一体的に形成することができる。なお、本実施形態においては、直線状の素線Ｒにベース絶縁層Ｚ１を形成する構成としてある。

また、付加絶縁層Ｚ２の材質としては、ポリアミドイミドやポリイミドを代表とするスーパーエンジニアリングプラスチック材料、或いは液晶ポリマー等のエンジニアリングプラスチックに無機フィラーを混合した材料等を用いることができる。また、その形成方法としては、ダイス引き、電着、粉体塗装、テープ材の貼り付け、熱収縮チューブ材の挿入、ディップ、スプレー塗装、射出成形、押し出し成形等を用いることができる。なお、テープ材としては、例えばパーマセル社製の絶縁性樹脂テープ材（商標名カプトンテープ）を採用することができる。また、熱収縮チューブ材としては、例えば住友電気工業製の絶縁性樹脂チューブ材（商標名スミチューブ）等の熱収縮性のあるチューブ材を採用することができる。なお、本実施形態においては、素線Ｒにベース絶縁層Ｚ１を形成した後、コイルを屈曲させる前に、射出成形を用いて付加絶縁層Ｚ２を形成する構成としてある。より具体的には、斜辺部１０ａ（斜辺部１１ａ）に設ける付加絶縁層Ｚ２と屈曲部１０ｃ（１１ｃ）に設ける付加絶縁層Ｚ２とを一体的に形成する構成としてある。

また、モータ相間の電圧は、インバータサージ等の影響により、入力電圧の約２倍のピーク電圧が印加されることから、付加絶縁層Ｚ２の厚みは、例えば設計電圧が１０００Ｖの場合は、４０μｍ〜２００μｍ程度とすることが望ましく、より好ましくは８０μｍ〜１２０μｍ程度とすることが望ましい。４０μｍ未満では部分放電による皮膜劣化が発生し、２００μｍを超えるとコイルエンド部の線間距離増加による寸法増大を招くからである。

本実施形態においては、このような構成からなるセグメントコイルが以下に述べる構成で環状コア３に組み付けられることでステータ２が構成される。

つまり、同一のスロット部４に収容される所定数のセグメントコイルが、それぞれの接続部で溶接等を用いて接続されることで、複数本のセグメントコイルからなる巻回コイルが形成される。そして同様に、所定のスロット部４に配置されるＵ相、Ｖ相、Ｗ相を構成する所定数のセグメントコイルが接続部５ａ、５ｂで接続されて巻回コイルが形成されると共に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相を構成する複数の巻回コイルが所定位置で直列接続や並列接続されることで、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相を形成するセグメントコイルが仮組みされた状態となる。そして、仮組みされた状態で所定のスロット部４に収容されることで、セグメントコイルが整列配置された状態で環状コア３に組み付けられる。以上により、ステータ２が形成される。

このような構成からなる本発明の実施形態に係るセグメントコイル１及びステータ２は以下の効果を奏する。

ストレート部１ｂにおいては、素線Ｒの表面にベース絶縁層Ｚ１だけを形成することで、スロット部４内における占積率を効果的に向上させることができるセグメントコイル１とすることができる。よって高効率なステータ２とすることができる。

一方、斜辺部１０ａ（斜辺部１１ａ）の所定領域においては、ベース絶縁層Ｚ１を形成すると共に、ベース絶縁層Ｚ１の表面に付加絶縁層Ｚ２を形成することで、隣接するセグメントコイルが近接する領域において対接するセグメントコイル１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅとの間の隙間を効果的に拡大することができる。よって、部分放電が発生することを防止することができ、絶縁層Ｚに劣化が生じることを防止することができるセグメントコイル１とすることができる。従って、良好な絶縁性を維持することができるセグメントコイル１、ステータ２とすることができる。

更に、従来のセグメントコイルにおいては一般的に付加絶縁層が設けられていなかった屈曲部１０ｃ（屈曲部１１ｃ）にも付加絶縁層Ｚ２を設ける構成とすることで、屈曲部１０ｃ（屈曲部１１ｃ）の絶縁性も効果的に確保することができ、絶縁層Ｚに劣化が生じることを一段と効果的に防止することができるセグメントコイル１とすることができる。

また、ベース絶縁層Ｚ１と付加絶縁層Ｚ２とで絶縁層Ｚを形成する構成とすることで、絶縁層Ｚの厚みにバリエーションを持たせることができる。より具体的には、占積率を向上させたいストレート部１ｂでは絶縁層Ｚの厚みを薄くすることができると共に、コイルエンド部１ａ、１ｃにおいて部分放電に伴う絶縁劣化を防止したい領域においては絶縁層Ｚの厚みを厚くすることができる。このような構成とすることで、厚みを大きくする必要があるコイルエンド部１ａ、１ｃの所定領域の厚みに合わせて素線Ｒの表面に絶縁層Ｚを一体的に形成する場合に比べて、製造コストを効果的に抑えることができる。

また、斜辺部１０ａ（斜辺部１１ａ）に設ける付加絶縁層Ｚ２は平角線の全周に設ける構成とし、屈曲部１０ｃ（屈曲部１１ｃ）に設ける付加絶縁層Ｚ２は平角線のうち、環状コアの径方向の内方面と外方面との二面に設ける構成とすることで、屈曲部１０ｃ（屈曲部１１ｃ）において隣接するセグメントコイルと対接する可能性がある面に確実に付加絶縁層Ｚ２を設けることができる。よって、屈曲部１０ｃ（屈曲部１１ｃ）の絶縁被膜の劣化防止を効果的に図ることができる。加えて、屈曲部１０ｃ（屈曲部１１ｃ）においては、平角線で構成されるコイルの全周に付加絶縁層Ｚ２を設けない構成とすることができ、製造コストを効果的に抑えることができる。従って、屈曲部１０ｃ（屈曲部１１ｃ）の絶縁被膜の劣化防止と省コスト化とを同時に実現することができる。

また、屈曲部１０ｃ（屈曲部１１ｃ）に設ける付加絶縁層Ｚ２の幅Ｌを、ベース絶縁層Ｚ１が設けられているコイルの幅Ｍよりも小さい長さとすることで、コイルに曲げ加工を施す際に屈曲部１０ｃ（屈曲部１１ｃ）に設ける付加絶縁層Ｚ２に冶具が接触して付加絶縁層Ｚ２にクラックが発生することを防止することができる。つまり、本実施形態においては、絶縁層Ｚが形成された後にコイルに曲げ加工を施す構成である。よって、図７（Ｂ）に示すように、セグメントコイル１の製造段階において、屈曲部１０ｃ（屈曲部１１ｃ）の内側には内側ピン３１が配置され、屈曲部１０ｃ（屈曲部１１ｃ）の外側には外側ピン３２が配置されて曲げ加工が施される。従って、屈曲部１０ｃ（屈曲部１１ｃ）に設ける付加絶縁層Ｚ２の幅Ｌを、ベース絶縁層Ｚ１が設けられているコイルの幅Ｍよりも小さい長さとすることで、コイルに曲げ加工を施す際に屈曲部１０ｃ（屈曲部１１ｃ）に設ける付加絶縁層Ｚ２に冶具が接触することを確実に防止することができる。よって、屈曲部１０ｃ（屈曲部１１ｃ）に設ける付加絶縁層Ｚ２にクラックが発生することを確実に防止することができる。

また、屈曲部１０ｃ（屈曲部１１ｃ）に設ける付加絶縁層Ｚ２を、斜辺部１０ａ（斜辺部１１ａ）に備える付加絶縁層Ｚ２から延出させて設ける構成とすることで、平角線のうち、環状コア３の径方向の内方面と外方面との二面に設けてある屈曲部１０ｃ（屈曲部１１ｃ）の付加絶縁層Ｚ２が脱落することを効果的に防止することができる。

また、屈曲部１０ｃ（屈曲部１１ｃ）に設ける付加絶縁層Ｚ２の形状を、予めコイルの曲げに沿う形状とすることで、直線状のコイルに付加絶縁層Ｚ２を設けた後に曲げ加工を施す構成であっても、屈曲部１０ｃ（屈曲部１１ｃ）に設ける付加絶縁層Ｚ２に引張り応力や圧縮応力が負荷されることを効果的に防止することができる。よって、曲げ加工の際、屈曲部１０ｃ（屈曲部１１ｃ）に設ける付加絶縁層Ｚ２にクラックが生じることを効果的に防止することができる。

また、射出成形を用いて付加絶縁層Ｚ２を形成する構成とすることで、形成容易な付加絶縁層Ｚ２とすることができる。

つまり、環状コアに整列配置されて電動機を構成する従来のセグメントコイル６は、図９に示すように、ストレート部６ｂ、コイルエンド部６ａ、６ｃにおいて、素線Ｒの表面全体に均一な厚みの絶縁層Ｚを形成することで、厚みに厚薄がないセグメントコイルとするものが一般的であった。

より具体的には、部分放電に伴う絶縁層Ｚの劣化を防止するために、絶縁層Ｚの厚みを大きくする必要があるコイルエンド部６ａ、６ｃの厚みに合わせて素線Ｒの表面に厚みが均一な絶縁層Ｚを一体的に形成する構成であった。よって、絶縁層Ｚの厚みを大きくする必要がないストレート部６ｂにおいても絶縁層Ｚの厚みが大きくなることで、スロット部内における占積率を向上させることができないと共に、製造コストを抑えることができないという不都合があった。

このような不都合に対して、近年、電圧差に対応して厚みの異なる絶縁層を設けるセグメントコイルが開発されている。

しかし、このようなセグメントコイルにおいては、厚みが大きい絶縁層をコイルエンド部の曲げ加工が施される部分に設ける場合、曲げ加工時にクラック等が生じて絶縁性が低下する恐れがある。よって、コイルエンド部の曲げ加工が施される部分には、厚みが大きい絶縁層を設けない構成をとるものが一般的であった。

より具体的には、従来のセグメントコイル７Ａは図１０に示すように、斜辺部７ａにはベース絶縁層Ｚ１と付加絶縁層Ｚ２とを備え、屈曲部７ｃにはベース絶縁層Ｚ１だけを備えるものが一般的であった。従って、図１０に示すように、複数のセグメントコイルを環状コアに整列配置させた際にセグメントコイル７Ａの屈曲部７ｃと、隣接するセグメントコイル７Ｄ、７Ｅとが対接する場合、屈曲部７ｃ（図１０の斜線で示す部分）には厚みが大きい付加絶縁層Ｚ２が設けられていないことから、絶縁不足生じる恐れがあるという不都合があった。

従って、本発明の実施形態に係るセグメントコイル１の構成とすることで、斜辺部１０ａ（斜辺部１１ａ）の絶縁性に加えて、曲げ加工が施された屈曲部１０ｃ（屈曲部１１ｃ）の絶縁性も効果的に確保することができる。よって、隣接するセグメントコイルとの間における部分放電を一段と効果的に防止できると共に、ステータ２の占積率を高めることができる。

次に、図８を参照して、本発明の実施形態に係るセグメントコイルの変形例を説明する。

本変形例は、既述した本発明の実施形態に係るセグメントコイル１に対して、屈曲部１０ｃ（屈曲部１１ｃ）に設ける付加絶縁層Ｚ２の構成のみを異なる構成としたものである。よって、既述した本発明の実施形態に係るセグメントコイル１と同一部材、同一機能を果たすものには同一番号、同一アルファベットを付し、以下の詳細な説明は省略するものとする。

具体的には、本変形例は図８に示すように、屈曲部１０ｃ（屈曲部１１ｃ）に設ける付加絶縁層Ｚ２を略矩形状としてある。また、屈曲部１０ｃ（屈曲部１１ｃ）に設ける付加絶縁層Ｚ２において、図８（Ｂ）に示す曲げ加工時に引張り応力が負荷される外側の辺と、圧縮応力が負荷される内側の辺との二辺に、それぞれの辺と直交する方向にスリットＳを複数個並列配置させる構成としてある。

このような構成とすることで、付加絶縁層Ｚ２を設けた後、コイルに曲げ加工を施す構成であっても、屈曲部１０ｃ（屈曲部１１ｃ）に設ける付加絶縁層Ｚ２に引張り応力や圧縮応力が負荷されることを効果的に軽減することができる。よって、曲げ加工の際、屈曲部１０ｃ（屈曲部１１ｃ）に設ける付加絶縁層Ｚ２にクラックが生じることを効果的に防止することができる。なお、スリットＳの形状、大きさ、配置位置、数は本変形例のものに限るものではなく、曲げ加工時に生じる引張り応力や圧縮応力を考慮して適宜変更可能である。

なお、本実施形態においては、付加絶縁層Ｚ２を斜辺部１０ａ（斜辺部１１ａ）と屈曲部１０ｃ（屈曲部１１ｃ）とに設ける構成としたが、必ずしもこのような構成に限るものではなく、付加絶縁層Ｚ２を設ける斜辺部、屈曲部は適宜変更可能である。

また、図１に示す環状コア３の半径方向最外側及び半径方向最内側に配置されるセグメントコイル２０、２１は、環状コア３の半径方向の一方の側にのみ隣接するセグメントコイルが配置されると共に、他のスロット部４に装着された同相のセグメントコイルと連結されるため、設計によって隣接するセグメントコイルに対接させられる部分が異なる。このため、ステータ２におけるセグメントコイルの構成等に応じて、他のセグメントコイルと対接する部分に付加絶縁層Ｚ２を設ければよい。

また、本実施形態においては、付加絶縁層Ｚ２を、コイルエンド部１ａ、１ｃにおいて対接するすべてのセグメントコイル間に設けたが、電圧差が大きい異なる相に属するセグメントコイルが対接する部分にのみ付加絶縁層Ｚ２を設ける構成としてもよい。このような構成とすることで、付加絶縁層Ｚ２を設ける領域を削減することができ、一段と省コスト化が可能なセグメントコイル１とすることができる。

また、本実施形態においては、斜辺部１０ａ（斜辺部１１ａ）に設ける付加絶縁層Ｚ２を、平角線で構成されるコイルの全周に設ける構成としたが、必ずしもこのような構成に限るものではない。例えば、他のセグメントコイル１Ｂ〜１Ｅが対接させられる面にのみに設ける構成とすることができる。このような構成とすることで、付加絶縁層Ｚ２を設ける領域をさらに削減することが可能となる。

また、本実施形態においては、直線状の素線Ｒにベース絶縁層Ｚ１、付加絶縁層Ｚ２を設けた後に曲げ加工を施す構成としたが、必ずしもこのような構成に限るものではなく、ベース絶縁層Ｚ１、付加絶縁層Ｚ２の材質によっては、素線Ｒを屈曲させた後に、ベース絶縁層Ｚ１、付加絶縁層Ｚ２を設ける構成としてもよい。

また、本実施形態においては、屈曲部１０ｃ（屈曲部１１ｃ）に設ける付加絶縁層Ｚ２を、ベース絶縁層Ｚ１が形成されたコイルに密着させて設ける構成としたが、必ずしもこのような構成に限るものではない。つまり、斜辺部１０ａ（斜辺部１１ａ）に設ける付加絶縁層Ｚ２はベース絶縁層Ｚ１が形成されたコイルに密着させ、屈曲部１０ｃ（屈曲部１１ｃ）に設ける付加絶縁層Ｚ２はベース絶縁層Ｚ１が形成されたコイルに密着させない構成（付加絶縁層Ｚ２とベース絶縁層Ｚ１が形成されたコイルとの間に隙間を設ける構成）としてもよい。このような構成は、例えば付加絶縁層Ｚ２を設ける工程において、ベース絶縁層Ｚ１を備えるコイルの屈曲部１０ｃ（屈曲部１１ｃ）にスペーサ等を配置させた状態で付加絶縁層Ｚ２を形成することで実現することができる。

このような構成とすることで、付加絶縁層Ｚ２を設けた後に曲げ加工を施す構成であっても、屈曲部１０ｃ（屈曲部１１ｃ）に設ける付加絶縁層Ｚ２に引張り応力や圧縮応力が負荷されることを効果的に防止することができる。よって、曲げ加工の際、屈曲部１０ｃ（屈曲部１１ｃ）に設ける付加絶縁層Ｚ２にクラックが生じることを効果的に防止することができる。なお、この場合、屈曲部１０ｃ（屈曲部１１ｃ）に絶縁不足が生じることを考慮すれば、屈曲部１０ｃ（屈曲部１１ｃ）に設ける付加絶縁層Ｚ２の形状を予めコイルの曲げに沿う形状とすることが望ましい。

また、本実施形態においては、屈曲部１０ｃ（屈曲部１１ｃ）に設ける付加絶縁層Ｚ２の幅Ｌを、ベース絶縁層Ｚ１が設けられているコイルの幅Ｍよりも小さい長さとする構成としたが、必ずしもこのような構成に限るものではなく、屈曲部１０ｃ（屈曲部１１ｃ）に設ける付加絶縁層Ｚ２の幅Ｌを、ベース絶縁層Ｚ１が設けられているコイルの幅Ｍよりも大きい長さとする構成としてもよい。但し、製造工程において屈曲部１０ｃ（屈曲部１１ｃ）に設ける付加絶縁層Ｚ２と屈曲治具とが接触することによってクラックが生じる可能性を考慮すれば、屈曲部１０ｃ（屈曲部１１ｃ）に設ける付加絶縁層Ｚ２の幅Ｌを、ベース絶縁層Ｚ１が設けられているコイルの幅Ｍよりも小さい長さとすることが望ましい。

また、本実施形態においては、屈曲部１０ｃ（屈曲部１１ｃ）において、平角線で構成されるコイルのうち、環状コア３の径方向の内方面と外方面との二面に密着させて付加絶縁層Ｚ２を設ける構成としたが、必ずしもこのような構成に限るものではない。例えば、屈曲部１０ｃ（屈曲部１１ｃ）において、平角線で構成されるコイルのうち、環状コア３の径方向の内方面にだけ付加絶縁層Ｚ２を設ける構成としてもよいし、環状コア３の径方向の外方面にだけ付加絶縁層Ｚ２を設ける構成としてもよい。つまり、屈曲部１０ｃには、平角線で構成されるコイルのうち、環状コア３の径方向の内方面と外方面との少なくとも一方に付加絶縁層Ｚ２を設ける構成であれば、付加絶縁層Ｚ２を設ける範囲は隣接するセグメントコイルとの対接関係によって適宜変更可能である。

また、本実施形態においては、屈曲部１０ｃ（屈曲部１１ｃ）に設ける付加絶縁層Ｚ２を、斜辺部１０ａ、１１ａから延出させて設ける構成としたが、必ずしもこのような構成に限るものではなく、屈曲部１０ｃ（屈曲部１１ｃ）に設ける付加絶縁層Ｚ２と、斜辺部１０ａ、１１ａに設ける付加絶縁層Ｚ２とを別々に設ける構成としてもよい。但し、屈曲部１０ｃ（屈曲部１１ｃ）に設ける付加絶縁層Ｚ２が脱落することを考慮すれば、屈曲部１０ｃ（屈曲部１１ｃ）に設ける付加絶縁層Ｚ２を、斜辺部１０ａ、１１ａから延出させて設ける構成とすることが望ましい。

本発明の範囲は、上述の実施形態に限定されることはない。今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって、制限的なものでないと考えられるべきである。本願発明の範囲は、上述した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

セグメントコイルに設けられる絶縁層の厚みを最適化して、コイルの占積率を高め、電動機の効率を向上させることができる。

１ セグメントコイル
１ａ コイルエンド部
１ｂ ストレート部
１ｃ コイルエンド部
２ ステータ
３ 環状コア
４ スロット部
５ａ 接続部
５ｂ 接続部
６ セグメントコイル
６ａ コイルエンド部
６ｂ ストレート部
６ｃ コイルエンド部
７ａ 斜辺部
７ｃ 屈曲部
１０ａ 斜辺部
１０ｂ 斜辺部
１０ｃ 屈曲部
１０ｄ 屈曲部
１１ａ 斜辺部
１１ｂ 斜辺部
１１ｃ 屈曲部
１１ｄ 屈曲部
２０ セグメントコイル
２１ セグメントコイル
３１ 内側ピン
３２ 外側ピン
１Ａ セグメントコイル
１Ｂ セグメントコイル
１Ｃ セグメントコイル
１Ｄ セグメントコイル
１Ｅ セグメントコイル
７Ａ セグメントコイル
７Ｄ セグメントコイル
７Ｅ セグメントコイル
Ｌ 幅
Ｍ 幅
Ｐ 距離
Ｒ 素線
Ｓ スリット
Ｔ 端部
Ｚ 絶縁層
Ｚ１ ベース絶縁層
Ｚ２ 付加絶縁層

Claims (6)

1. 環状コアのスロット部に収容されるストレート部と、前記スロット部から延出されるコイルエンド部とを備えるセグメントコイルであって、前記コイルエンド部は、中央部を頂点とする略山形形状に形成される斜辺部と、該斜辺部から前記ストレート部にかけてコイルが前記環状コアの軸方向に屈曲される屈曲部とを備え、前記斜辺部においては全周を覆い前記屈曲部においては一部を覆う付加絶縁層を備えるセグメントコイル。
2. 前記セグメントコイルは、断面矩形状の平角線で形成されていると共に、前記屈曲部に備える付加絶縁層は、前記平角線のうち、前記環状コアの径方向の内方面と外方面の少なくとも一方に設けてある請求項１に記載のセグメントコイル。
3. 前記斜辺部に備える付加絶縁層は、前記平角線の全周に設けてあると共に、前記屈曲部に備える付加絶縁層が、前記斜辺部に備える付加絶縁層から延出されている請求項２に記載のセグメントコイル。
4. 前記屈曲部に備える付加絶縁層は、コイルと密着していない請求項３に記載のセグメントコイル。
5. 前記付加絶縁層が、射出成型層として構成されている請求項１から請求項４の何れか１項に記載のセグメントコイル。
6. 請求項１に記載のセグメントコイルを環状コアに整列配置させて備えるステータ。

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