JP7194624B2

JP7194624B2 - インシュレータ

Info

Publication number: JP7194624B2
Application number: JP2019060116A
Authority: JP
Inventors: 聡史渡邊; 雅彦星野
Original assignee: Yamada Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Yamada Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2019-03-27
Filing date: 2019-03-27
Publication date: 2022-12-22
Anticipated expiration: 2039-03-27
Also published as: US11336141B2; DE102020100514A1; CN111756147A; US20200313490A1; CN111756147B; JP2020162315A

Description

本発明は、巻線の巻き付けを案内することが可能な案内溝を有するインシュレータに関する。

モータ用ステータは、電磁鋼板等が積層されて構成されたコアと、このコアに対して取り付けられるインシュレータと、を有している。このインシュレータに関する従来技術として、特許文献１の技術がある。

特許文献１に示されたモータは、環状のヨークから外径方向に延びている複数のティースを有している。各々のティースには、筒状のインシュレータが差し込まれることにより取り付けられている。

インシュレータのなかの、巻線を巻き付け可能な巻き付け部は、断面が矩形状であり、その表面は、第１の巻付け面～第４の巻付け面から構成されている。第１の巻付け面～第３の巻付け面には、巻線の巻き付けを案内可能な複数の案内溝が３つの面に亘り連続的に形成されている。各々の案内溝は、互いに平行に延びており、ティースに対するインシュレータの差し込み方向と直交している。第４の巻付け面には、案内溝は形成されていない。

特許第４０７６８３７号公報

このようなインシュレータの巻き付け部に対して、巻線機により、巻線を巻きつける場合、巻線機のノズルから引き出される巻線は、第１～第３の巻付け面上では、案内溝に沿って直線状に巻かれる。

一方、第４の巻付け面上では、巻線は斜めに巻かれる。これにより、巻線は、既に巻かれた巻線に隣接する列に移動して巻かれていく。同様に、巻線は、第１～第３の巻付け面上では、直線状に巻かれ、第４の巻付け面上では、斜めに延ばされ、さらに隣接する列に移動する。

ノズルにより引き出される巻線は、第３の巻付け面と第４の巻付け面の境界、及び、第４の巻付け面と第１の巻付け面の境界上で曲げられる。そのため、これらの境界上で、巻線に負荷が加わる。

本発明は、インシュレータに対して巻線を巻く際に、巻線に加わる負荷を軽減できる技術の提供を課題とする。

請求項１による発明によれば、少なくともモータ用ステータのコアのティースを覆うと共に巻線が巻き付けられる巻付け部を有している、インシュレータにおいて、
前記巻付け部は、前記巻線の巻き付け方向について互いに隣接している第１の巻付け面から第４の巻付け面と、これらの４つの巻付け面に断続的に設けられ前記巻線の巻き付けを案内することが可能な複数の案内部と、を有し、
各々の前記案内部は、
隣接する前記巻付け面同士の境界に設けられ、かつ、
前記巻線の巻き付け方向に延びている複数の案内溝が、前記モータ用ステータの径方向に配列されることにより、構成されており、
前記境界のなかの任意の境界に設けられた前記案内溝は、
前記巻き付け方向とは反対側に隣接している境界に設けられた前記案内溝に対して、前記モータ用ステータの径方向に直交する直交方向を基準として、前記径方向にオフセットしており、
各々の前記案内溝のオフセットの向き及びオフセットの量は、同一であり、
前記第１の巻付け面及び前記第３の巻付け面は、前記モータ用ステータの中心線に沿う方向を向いており、前記第２の巻付け面及び前記第４の巻付け面は、前記モータ用ステータの周方向を向いており、
前記巻線の巻き付け方向を基準として、前記第２の巻付け面の幅は、前記第１の巻付け面の幅よりも狭いことにより、
前記直交方向を基準として、前記巻付け部に前記巻線が巻き付けられた際に、前記第２の巻付け面に巻き付けられた前記巻線がなす角度は、前記第１の巻付け面に巻き付けられた前記巻線がなす角度よりも大きくなることが可能であり、
前記巻線の巻き付け方向を基準として、前記第４の巻付け面の幅は、前記第３の巻付け面の幅よりも狭いことにより、
前記直交方向を基準として、前記巻付け部に前記巻線が巻き付けられた際に、前記第４の巻付け面に巻き付けられた前記巻線がなす角度は、前記第３の巻付け面に巻き付けられた前記巻線がなす角度よりも大きくなることが可能である、ことを特徴とするインシュレータが提供される。

請求項２に記載のごとく、好ましくは、各々の前記案内溝を、前記端面に設けられた第１の溝と、前記側面に設けられた第２の溝と、に区画すると、
前記境界から前記第１の溝の先端までの寸法は、前記境界から前記第２の溝の先端までの寸法よりも長い。

請求項１では、インシュレータの巻付け部は、複数の巻付け面と、これらの複数の巻付け面に断続的に設けられ巻線の巻き付けを案内することが可能な複数の案内部と、を有している。各々の案内部は、隣接する巻付け面同士の境界に設けられている。さらに、各々の案内部は、巻線の巻き付け方向に延びている複数の案内溝が、モータ用ステータの径方向に配列されることにより、構成されている。即ち、各々の巻付け面の両脇に案内溝が設けられているため、各々の巻付け面において、巻線を、一端の案内溝から他端の案内溝へ向かうように案内することが可能である。

複数の境界のなかの任意の境界に設けられた案内溝と、巻き付け方向とは反対側に隣接している境界に設けられた案内溝とを比較する。任意の案内溝は、巻き付けの終点側の案内溝（以下、終点溝とする。）である。隣接している案内溝は、巻き付けの始点側の案内溝（以下、始点溝とする。）である。終点側の案内溝は、モータ用ステータの径方向に直交する直交方向を基準として、始点側の案内溝に対してオフセットしている。そのため、始点溝から終点溝へ向かう巻線は、直交方向に対して斜めに延びる。他の巻付け面において互いに隣接する案内溝も同様の構成である。

各々の巻付け面において、始点溝に対して、終点溝のオフセットの向き及びオフセットの量は同一である。即ち、各々の巻付け面において、始点溝から、終点溝へ巻線を巻きつける毎に、巻線は、徐々に外径方向又は内径方向のいずれか一方に曲げられる。

複数の巻付け面のなかの一面のみにおいて、巻線を曲げる場合と比較すると、巻線を徐々に曲げていくため、巻線に加わる負担を軽減できる。

加えて、複数の巻付け面は、モータ用ステータの中心線に沿う方向を向いている端面と、この端面に隣接していると共にモータ用ステータの周方向を向いている側面と、を有している。モータ用ステータの径方向に直交する直交方向を基準として、端面の幅は、側面の幅よりも狭い。そのため、端面に巻き付けられた巻線と、側面に巻き付けられた巻線を比較すると、側面に巻き付けられた巻線の方が、直交方向に対する角度は小さい。

端面に巻かれた巻線と、側面に巻かれた巻線を比較すると、側面に巻かれた１段目の巻線と２段目の巻線とが交差する角度も小さくなる。通常、交差する角度が小さい巻線が積み重なると、上段の巻線は、下段の巻線同士の間に配置されやすくなる。段が増えるにしたがい、側面に巻かれた巻線の高さは、端面に巻かれた巻線の高さよりも低くなる。結果として、占積率が高まり、周方向のコイルの厚さ寸法を短くすることができる。モータ用ステータを小型化することができる。

請求項２において、各々の案内溝を、端面に設けられた第１の溝と、側面に設けられた第２の溝と、に区画する。境界から第１の溝の先端までの寸法は、境界から第２の溝の先端までの寸法よりも、長い。そのため、直交方向に対して斜めに延びる端面側の巻線を確実に保持することができる。

実施例によるモータ用ステータの斜視図である。図１に示されたモータ用ステータ分解斜視図である。図３（ａ）は、図１の３ａ－３ａ線断面図である。図３（ｂ）は、３ｂ線矢視図である。図３（ａ）に示された巻付け部のなかの、第１の巻付け面及び第２の巻付け面の展開図である。第４の巻付け面の一部の平面図である。第１の巻付け面～第４の巻付け面に対して巻き付けられた巻線を説明する図である。図７（ａ）は、比較例による、第１～第４の巻付け面に対して巻き付けられた巻線を説明する図である。図７（ｂ）は、比較例による、第１～第４の巻付け面に対して巻き付けられた巻線を説明する図である。図８（ａ）及び図８（ｂ）は、第１の巻付け面に巻かれた１段目と２段目の巻線を説明する図である。図８（ｃ）及び図８（ｄ）は、第２の巻付け面に巻かれた１段目と２段目の巻線を説明する図である。

実施例を添付図に基づいて以下に説明する。なお、説明中、内径方向、外径方向、周方向、及び、軸方向（上下方向）は、モータ用ステータの中心線Ｃが基準となる。同一形状の部位に付される符号は、一部省略する。

図１及び図２を参照する。図１には、実施例によるモータ用ステータ１０が示されている。このモータ用ステータ１０は、積層された多数の電磁鋼板からなるコア１１と、このコア１１の上側を覆っている第１のインシュレータ２０と、コア１１の下側を覆っている第２のインシュレータ３０と、第１のインシュレータ２０及び第２のインシュレータ３０に設けられた第１のコイルＵ１、Ｖ１、Ｗ１、第２のコイルＵ２、Ｖ２、Ｗ２、第３のコイルＵ３、Ｖ３、Ｗ３と、第１のインシュレータ２０に取り付けられている第１のターミナル１５～第３のターミナル１７と、を有している。

図２を参照する。コア１１は、環状のヨーク１２と、ヨーク１２から内径方向に延びている９つのティース１３と、有している。各々のティース１３の先端部１３ａは、内径方向に向かうに連れて幅が広がっている。

第１のインシュレータ２０は、ヨーク１２の上側を覆うことが可能な第１の環状部２１と、各々のティース１３の上半分を覆うことが可能な９個の第１の巻付け部２２と、第１の環状部２１から軸方向に沿って上方に延出し周方向に断続的に設けられた９個の第１の長壁部２３（延出部）と、隣接する第１の長壁部２３同士の間に設けられ第１の長壁部２３よりも周方向の寸法が短い９個の第１の短壁部２４と、を有している。

第２のインシュレータ３０は、ヨーク１２の下側を覆うことが可能な第２の環状部３１と、各々のティース１３の下側を覆うことが可能な９個の第２の巻付け部３２と、第２の環状部３１から軸方向に沿って下方に延出している９個の第２の壁部３３と、を有している。

以下、第１のインシュレータ２０及び第２のインシュレータ３０のなかの、コイルＶ３を構成している巻線４０（図１参照）が巻き付けられている部位の構成について説明する。この説明は、他のコイルが巻き付けられている部位の説明ともいえる。巻線４０の結線についての説明は省略する。

図３（ａ）を参照する。第１の巻付け部２２及び第２の巻付け部３２は、巻線４０（図１参照）が巻き付けられている巻付け部５０を構成している。第１の巻付け部２２と、第２の巻付け部３２とは、それぞれ、Ｕ字の断面形状を呈している。第１の巻付け部２２の開口側の先端２２ａと、第２の巻付け部３２の開口側の先端３２ａは、互い対向していると共に、わずかに離れている。

なお、実施例では、２つの巻付け部２２、３２を組み合わせているが、例えば、コア１１（図２参照）の形状によっては、ティース１３に差し込み可能な単体の巻付け部を構成しても良い。

第１の巻付け部２２の上面２６と、この上面２６の両端から下方に延びている一対の第１の右面２７、第１の左面２８とは、巻線４０が接触する面である。同様に、第２の巻付け部３２の下面３６と、この下面３６の両端から上方に延びている一対の第２の右面３７、第２の左面３８とは、巻線４０が接触する面である。

以下、説明の便宜上、第１の右面２７及び第２の右面３７を含む面を、第１の巻付け面５１（側面）とする。同様に、下面３６を、第２の巻付け面５２（端面）とし、第１の左面２８及び第２の左面３８を含む面を、第３の巻付け面５３（側面）とし、上面２６を、第４の巻付け面５４（端面）とする。第１の巻付け面５１と、第３の巻付け面５３は、互いに反対に周方向を向いている。第２の巻付け面５２は、下方を向いている。第４の巻付け面５４は、上方を向いている。巻線４０は、時計回り、即ち、第１の巻付け面５１～第４の巻付け面５４の順に巻き付けられる。

径方向に直交する直交方向を基準として、第２の巻付け面５２の幅Ｗｄ１（左右方向の寸法）は、第３の巻付け面５３の高さＷｄ２（上下方向の寸法）よりも短い。

巻付け部５０は、巻線４０の巻き付けを案内することが可能な第１の案内部６０～第４の案内部９０を有している。

図３（ｂ）を参照する。第１の案内部６０は、隣接する第４の巻付け面５４及び第１の巻付け面５１との第１の境界６１を含む双方の面に設けられている。

第２の案内部～第４の案内部９０も同様の構成である。第２の案内部７０は、隣接する第１の巻付け面５１及び第２の巻付け面５２との第２の境界７１を含む双方の面に設けられている。第３の案内部８０は、隣接する第２の巻付け面５２及び第３の巻付け面５３との第３の境界８１を含む双方の面に設けられている。第４の案内部９０は、隣接する第３の巻付け面５３及び第４の巻付け面５４との第４の境界９１を含む双方の面に設けられている。

図４には、展開された第４の巻付け面５４及び第１の巻付け面５１が示されている。第１の案内部６０は、巻線４０の巻き付け方向（矢印Ｗｉ参照）に延びている複数の第１の案内溝６２が、径方向に等間隔に配列されることにより、構成されている。

図３（ｂ）及び図４を参照する。第１の案内溝６２を第４の巻付け面５４（端面）の端部５４ａに設けられた第１の溝６３と、第１の巻付け面５１（側面）の端部５１ａに設けられた第２の溝６４と、に区画する。第１の境界６１から第１の溝６３の先端６３ａまでの寸法Ｌ１は、第１の境界６１から第２の溝６４の先端６４ａまでの寸法Ｌ２よりも、長い。

図３（ａ）及び図４を参照する。第２の案内部７０～第４の案内部９０も、第１の案内溝６２と同一形状の案内溝によって構成されている。各々の面において、互いに対向する案内溝の巻き付け方向の長さは同一である。例えば、第４の案内溝９２のうち、第４の巻付け面５４に設けられた第１の溝９３の寸法はＬ１である。第２の案内溝７２のうち、第１の巻付け面５１に設けられた第２の溝９４の寸法は、Ｌ２である。他の案内溝の寸法の説明は省略する。

図５には、軸方向に沿って見下ろした第４の巻付け面５４の一部が示されている。第１の案内溝６２は、巻付け方向（矢印Ｗｉ参照）とは反対側に位置している第４の案内溝９２に対して、内径方向（矢印Ｉｎ参照）の直交方向を基準（基準線Ｂ参照）として、内径方向にオフセットしている。オフセット量Ｖｏは、巻線４０の線径Ｄの四分の一である。即ち、巻き付け方向の終点となる第１の案内溝６２は、始点となる第２の案内溝７２に対して内径方向にオフセットしている。第１の巻付け面５１～第３の巻付け面５３における案内溝も同様の構成である。以下、説明する。

図６には、第１の巻付け面５１～第４の巻付け面５４の模式的な展開図が示されている。第１の案内部６０～第４の案内部９０は、巻付け方向（矢印Ｗｉ参照）に断続的に設けられているともいえる。巻線４０のうち、第１の巻付け面５１に巻き付けられている部位を第１の巻線４１とする。同様に、第２の巻線４２～第４の巻線４４を定義する。

第２の案内溝７２は、巻付け方向とは反対側に位置している第１の案内溝６２に対して、内径方向にオフセットしている。オフセット量Ｖｏは、巻線４０の線径Ｄ（図５参照）の四分の一である。第３の案内溝８２は、巻付け方向とは反対側に位置している第２の案内溝７２に対して、内径方向にオフセットしている。オフセット量Ｖｏは、巻線４０の線径の四分の一である。第４の案内溝９２は、巻付け方向とは反対側に位置している第３の案内溝８２に対して、内径方向にオフセットしている。オフセット量Ｖｏは、巻線４０の線径の四分の一である。

以上より、第１の案内溝６２～第４の案内溝９２のオフセットの向きは、いずれも内径方向である。さらに、第１の案内溝６２～第４の案内溝９２のオフセット量Ｖｏは、互いに同一であると共に、線径Ｄの四分の一に等しい。

次に、実施例の効果について説明する。

図５及び図６を参照する。第１の案内溝６２は、巻付け方向とは反対側に位置している第４の案内溝９２に対して、内径方向にオフセットしている。そのため、第４の案内溝９２から第１の案内溝６２へ向かう巻線４０は、直交方向に対して内径方向側に斜めに延びる。

同様に、第２の案内溝７２は、巻付け方向とは反対側に位置している第１の案内溝６２に対して、内径方向にオフセットしている。オフセット量Ｖｏ２は、巻線４０の線径の略四分の一である。第３の案内溝８２は、巻付け方向とは反対側に位置している第２の案内溝７２に対して、内径方向にオフセットしている。オフセット量Ｖｏ３は、巻線４０の線径の略四分の一である。第４の案内溝９２は、巻付け方向とは反対側に位置している第３の案内溝８２に対して、内径方向にオフセットしている。オフセット量Ｖｏ４は、巻線４０の線径の略四分の一である。

即ち、各々の巻付け面において、始点である案内溝から、終点である案内溝へ巻線４０を巻きつける毎に、巻線４０は、徐々に内径方向へ向かう。各々のオフセット量は、線径よりも小さい。

図７（ａ）を参照する。比較例では、第１の巻付け面１０１～第３の巻付け面１０３では、巻線１０５は直線的に巻き付けている。第４の巻付け面１０４のみにおいて、終点となる案内溝１０６は、始点となる案内溝１０７に対してオフセットしている。オフセット量Ｖｏは、線径Ｄに等しい。

図７（ｂ）を参照する。実施例では、各々のオフセット量Ｖｏは、線径Ｄよりも小さい。即ち、巻線４０は、各々の巻付け面において、徐々に内径方向に折り曲げられていくため、巻線４０に加わる負荷を分散できる。

加えて、上述の通り、案内溝は断続的に境界に設けられている。４つの巻付け面全体に亘り連続的に設けられている案内溝と比較すると、金型の製造コストを抑えることができ、インシュレータの成形性が高まる。

図３（ａ）及び図６を参照する。第２の巻付け面５２の幅Ｗｄ１は、第１の巻付け面５１の幅Ｗｄ２よりも狭い。さらに、案内溝のオフセットの量はいずれもＶｏである。そのため、基準線Ｂと平行な線を基準として、第２の巻線４２がなす角度αは、第１の巻線４１がなす角度βよりも大きい。

図８（ａ）には、第１の巻付け面５１に巻き付けられた第１の巻線４１のうち、１段目の巻線４１ａと２段目の巻線４１ｂが示されている。図８ｂには、第２の巻付け面５２に巻き付けられた第２の巻線４２のうち、１段目の巻線４２ａと２段目の巻線４２ｂが示されている。第１の巻線４１ａ、４１ｂ同士が交差する角度γは、第２の巻線４２ａ、４２ｂ同士が交差する角度δよりも小さい。

通常、交差する角度が小さい巻線を積み重ねると、上段の巻線は、下段の巻線同士の間に若干食い込んで配置されやすくなる。即ち、上段の巻線が、下段の巻線同士の間に落ち込んで、下段の巻線に支持されるように配置されるため、第１の巻付け面５１に巻かれた第１の巻線４１の高さＨ１（図８（ｃ）参照）は、第２の巻付け面５２に巻かれた巻線４２の高さＨ２よりも低くなる（図８（ｄ）参照）。

結果、占積率が高まり、コイルＶ３（図１参照）の周方向の厚みは、軸方向の厚みよりも短くすることができるため、モータ用ステータ１０を小型化することができる。

図３（ｂ）及び図４を参照する。第１の境界６１から第１の溝６３の先端６３ａまでの寸法Ｌ１は、第１の境界６１から第２の溝６４の先端６４ａまでの寸法Ｌ２よりも、長い。

図６を参照する。第２の巻線４２の角度αは、第１の巻線４１の角度βよりも大きい。そのため、より大きな角度で内径方向に案内されている巻線４０を確実に保持することができる。

なお、本実施例では、１つの案内溝に１つの巻線４０が適合するような寸法としているが、例えば、溝の幅を広げることにより、１つの案内溝に複数の巻線４０が適合するような寸法としてもよい。さらに、巻付け部が外径方向に延びているインシュレータに対しても、巻付け部５０の構成を適用できる。即ち、本発明の作用及び効果を奏する限りにおいて、本発明は、実施例に限定されるものではない。

１０…モータ用ステータ
１１…コア
２０…第１のインシュレータ
２２…第１の巻付け部、２２ａ…先端
３０…第２のインシュレータ
３２…第２の巻付け部、３２ａ…先端
４０…巻線
４１…第１の巻線
４２…第２の巻線
４３…第３の巻線
４４…第４の巻線
５０…巻付け部
５１…第１の巻付け面、５１ａ…端部
５２…第２の巻付け面
５３…第３の巻付け面
５４…第４の巻付け面、５４ａ…端部
６０…第１の案内部
６１…第１の境界
６２…第１の案内溝
６３…第１の溝
６４…第２の溝
７０…第２の案内部
７１…第２の境界
７２…第２の案内溝
７３…第１の溝
７４…第２の溝
８０…第３の案内部
８１…第３の境界
８２…第３の案内溝
８３…第１の溝
８４…第２の溝
９０…第４の案内部
９１…第４の境界
９２…第４の案内溝
９３…第１の溝
９４…第２の溝
Ｂ…基準線（直交方向）
Ｃ…モータ用ステータの中心線
Ｄ…巻線の線径
Ｉｎ…内径方向
Ｖｏ…オフセット量
Ｗｄ１…端面の幅
Ｗｄ２…側面の幅（高さ）
Ｗｉ…巻き付け方向
Ｕ１～Ｗ３…コイル

Claims

少なくともモータ用ステータのコアのティースを覆うと共に巻線が巻き付けられる巻付け部を有している、インシュレータにおいて、
前記巻付け部は、前記巻線の巻き付け方向について互いに隣接している第１の巻付け面から第４の巻付け面と、これらの４つの巻付け面に断続的に設けられ前記巻線の巻き付けを案内することが可能な複数の案内部と、を有し、
各々の前記案内部は、
隣接する前記巻付け面同士の境界に設けられ、かつ、
前記巻線の巻き付け方向に延びている複数の案内溝が、前記モータ用ステータの径方向に配列されることにより、構成されており、
前記境界のなかの任意の境界に設けられた前記案内溝は、
前記巻き付け方向とは反対側に隣接している境界に設けられた前記案内溝に対して、前記モータ用ステータの径方向に直交する直交方向を基準として、前記径方向にオフセットしており、
各々の前記案内溝のオフセットの向き及びオフセットの量は、同一であり、
前記第１の巻付け面及び前記第３の巻付け面は、前記モータ用ステータの中心線に沿う方向を向いており、前記第２の巻付け面及び前記第４の巻付け面は、前記モータ用ステータの周方向を向いており、
前記巻線の巻き付け方向を基準として、前記第２の巻付け面の幅は、前記第１の巻付け面の幅よりも狭いことにより、
前記直交方向を基準として、前記巻付け部に前記巻線が巻き付けられた際に、前記第２の巻付け面に巻き付けられた前記巻線がなす角度は、前記第１の巻付け面に巻き付けられた前記巻線がなす角度よりも大きくなることが可能であり、
前記巻線の巻き付け方向を基準として、前記第４の巻付け面の幅は、前記第３の巻付け面の幅よりも狭いことにより、
前記直交方向を基準として、前記巻付け部に前記巻線が巻き付けられた際に、前記第４の巻付け面に巻き付けられた前記巻線がなす角度は、前記第３の巻付け面に巻き付けられた前記巻線がなす角度よりも大きくなることが可能である、ことを特徴とするインシュレータ。
各々の前記案内溝を、前記端面に設けられた第１の溝と、前記側面に設けられた第２の溝と、に区画すると、
前記境界から前記第１の溝の先端までの寸法は、前記境界から前記第２の溝の先端までの寸法よりも長いことを特徴とする請求項１に記載のインシュレータ。