JP7555410B2 - インシュレータ、固定子、及び回転電機 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、インシュレータ、固定子、及び回転電機に関する。

固定子と回転子とを備えた回転電機が知られている。固定子は、例えば、円環状の固定子鉄心と、固定子鉄心の内周面から径方向内側に向かって突出された複数のティースと、ティースに巻回されたコイルと、ティースに装着されティースとコイルとの間の絶縁を確保するためのインシュレータと、を備える。インシュレータは、例えば、ティースの周囲を被覆する被覆部と、被覆部の径方向両側から立ち上がる壁部と、を備える。被覆部と壁部とにより形成される凹部に、コイルが収納される。

回転子は、例えば、固定子の径方向内側に回転自在に配置された円柱状の回転子鉄心と、回転子鉄心に設けられたマグネットと、を備える。
このような構成のもと、コイルに電流を供給すると、各ティースに鎖交磁束が発生する。この鎖交磁束と回転子のマグネットとの間で磁気的な吸引力や反発力が生じ、回転子が回転される。

ここで、ティースにインシュレータを介してコイルを巻回する際、このコイルの巻き崩れによってコイルの占積率が低下してしまう場合がある。このため、コイルの巻き崩れを防止するためのさまざまな技術が提案されている。
例えば、コイルとして丸線を用いる場合、インシュレータの被覆部に丸線の形状に対応する半円状の溝を径方向に並べて形成する技術が開示されている。溝にコイルが収まることによりインシュレータ上でのコイルのずれを防止し、この結果コイルの巻き崩れを防止できる。

ところで、コイルの占積率を向上させるために、コイルとして丸線に代わって平角線を用いる場合がある。平角線を用いることで、コイル間の隙間を極力減少させることができるので、コイルの占積率を向上できる。

しかしながら、コイルとして平角線を用いる場合、インシュレータに形成しようとする溝も四角状になる。このため、溝を径方向に並べて形成しようとすると、隣り合う溝の間に隙間を形成しなければならない。このため、結果的にコイルの占積率が低下してしまう可能性があった。
また、四角状の溝を形成しようとした場合、半円状の溝と比較してインシュレータの厚さが確保しづらい。このようなインシュレータの厚さの差分だけインシュレータの厚さを大きくしてインシュレータを形成すると、無駄にティースとコイルとの間の絶縁距離が長くなってしまうとともにコイルの占積率も低下してしまう可能性があった。

日本国特開２０１５－１３３８０８号公報

本発明が解決しようとする課題は、コイルとして平角線を用いた場合に、コイルの巻き崩れを防止し、かつ、コイルの占積率を向上できるインシュレータ、固定子、及び回転電機を提供することである。

実施形態のインシュレータは、環状の固定子鉄心の径方向における一側面から前記径方向に沿って延びるティースに装着される。実施形態のインシュレータは、ティースに複数の巻数で巻回される平角線と前記ティースとの絶縁を確保する。実施形態のインシュレータは、固定子鉄心の軸方向に分割可能な第１インシュレータ及び第２インシュレータを持つ。第１インシュレータは、第１インシュレータ端面被覆部と、２つの第１インシュレータ側面被覆部と、第１インシュレータ第１壁部と、第１インシュレータ第２壁部と、凸条部と、凹部と、第１受け入れ凹部とを持つ。第１インシュレータ端面被覆部は、ティースの軸方向における端面を覆う。２つの第１インシュレータ側面被覆部は、ティースの周方向における両側面を覆う。第１インシュレータ第１壁部は、第１インシュレータ端面被覆部及び２つの第１インシュレータ側面被覆部における径方向の一端から立ち上がる。第１インシュレータ第２壁部は、第１インシュレータ端面被覆部及び２つの第１インシュレータ側面被覆部における径方向の他端から立ち上がる。凸条部は、第１インシュレータ第１壁部の側端及び第１インシュレータ第２壁部の側端の少なくともいずれか一方に突出して形成され、軸方向に延びる。凹部は、凸条部と第１インシュレータ端面被覆部とに渡って形成されるとともに、前記凸条部と前記軸方向で同一直線状に配置され、平角線を収容する。第１受け入れ凹部は、２つの第１インシュレータ側面被覆部の対向側とは反対側の外側面で、かつ前記第２インシュレータ側の端部に形成され、第２インシュレータを受け入れる。２つの第１インシュレータ側面被覆部のうち一方の第１インシュレータ側面被覆部には、複数の巻数でティースに巻回される平角線のうちの第１巻き目の平角線が配置され、かつ、凸条部及び凹部が形成されている。第１受け入れ凹部における前記第２インシュレータ側の端部には、第２インシュレータに向けて凸形状となるガイドが形成されている。第２インシュレータは、第２インシュレータ端面被覆部と、２つの第２インシュレータ側面被覆部と、第２インシュレータ第１壁部と、第２インシュレータ第２壁部と、第２受け入れ凹部とを持つ。第２インシュレータ端面被覆部は、ティースの軸方向における端面を覆う。２つの第２インシュレータ側面被覆部は、ティースの周方向における両側面を覆う。第２インシュレータ第１壁部は、第２インシュレータ端面被覆部及び２つの第２インシュレータ側面被覆部における径方向の一端から立ち上がる。第２インシュレータ第２壁部は、第２インシュレータ端面被覆部及び２つの第２インシュレータ側面被覆部における径方向の他端から立ち上がる。第２受け入れ凹部は、２つの第２インシュレータ側面被覆部の対向側の内側面で、かつ前記第１インシュレータ側の端部に形成され、ガイドを受け入れる。第２受け入れ凹部における前記第１インシュレータとは反対側の端部には、ガイドが嵌るガイド嵌合凹部が形成されている。

実施形態の回転電機を示す平面図。 実施形態の分割固定子を示す斜視図。 図２のＡ－Ａ線に沿う断面図。 実施形態の第１インシュレータを示す一方側から見た斜視図。 実施形態の第１インシュレータを示す他方側から見た斜視図。 実施形態の第２インシュレータを示す径方向内側から見た斜視図。

以下、実施形態の回転電機を、図面を参照して説明する。

図１は、回転電機１を示す平面図である。
回転電機１は、円筒状の固定子２と、固定子２の径方向内側に配置され固定子２に対して回転自在に設けられた回転子３と、を備える。
以下の説明では、回転子３の回転軸線Ｃと平行な方向を軸方向と称し、回転子３の回転方向を周方向と称し、軸方向及び周方向に直交する回転子３の径方向を単に径方向と称する。

回転子３は、回転軸線Ｃ回りに回転するシャフト４と、シャフト４の外周面に嵌合された回転子鉄心５と、を備える。回転子鉄心５の径方向中央に軸方向に貫通する貫通孔５ａが形成されている。この貫通孔５ａに、シャフト４が例えば、圧入により固定されている。回転子鉄心５の外周部寄りには、図示しない複数のマグネットが周方向に並んで設けられている。

固定子２は、円筒状の固定子ケース６の内周面に嵌合固定されている。固定子ケース６及び固定子２の軸方向は、回転軸線Ｃと一致している。固定子２は、円筒状の固定子鉄心７と、固定子鉄心７の内周面７ａから径方向内側に向かって突出形成された複数（例えば、本実施形態では２４個）のティース８と、ティース８の周囲を被覆するように装着された絶縁性のインシュレータ９と、各ティース８におけるインシュレータ９に集中巻き方式により巻回されるコイル１０と、を備える。

ここで、固定子２は、周方向に分割可能な方式が採用されている。すなわち、固定子２は、ティース８ごとに周方向に分割された分割固定子１１を環状に連結して構成される。本実施形態では、分割固定子１１の個数は、２４個となる。換言すると、本実施形態では、２４個の分割固定子１１によって固定子２が構成されている。

図２は、分割固定子１１を示す斜視図である。図３は、図２のＡ－Ａ線に沿う断面図である。
図２、図３に示すように、分割固定子１１は、固定子鉄心７が分割された分割鉄心１２を有する。分割鉄心１２は、周方向に延びる。分割鉄心１２は、例えば、複数の金属板を積層したり軟磁性粉を加圧成形したりすることによって構成されている。

分割鉄心１２は、分割固定子１１を環状に連結したときに固定子鉄心７の環状の磁路を形成する箇所である。分割鉄心１２は、軸方向に直交する断面形状が円弧状となるように形成されている。
分割鉄心１２の周方向における両端部には、連結部１３ａ，１３ｂが形成されている。互いに隣り合う２つの分割鉄心１２は、連結部１３ａ，１３ｂにおいて連結される。具体的には、互いに隣り合う２つの分割鉄心１２のうち一方の分割鉄心（第１分割鉄心）の連結部１３ａが他方の分割鉄心（第２分割鉄心）の連結部１３ｂに圧入されることで、２つの分割鉄心１２が連結される。２つの連結部１３ａ，１３ｂのうち、一方の連結部１３ａ（第１連結部）は、凸形状に形成されている。２つの連結部１３ａ，１３ｂのうち、他方の連結部１３ｂ（第２連結部）は、連結部１３ａを受け入れ可能な凹形状に形成されている。このような構成を有する分割鉄心１２は、ティース８を備える。ティース８は、分割鉄心１２の周方向における中央位置から径方向内側に向かって突出するように形成されている。

ティース８は、径方向に沿って延びるティース本体１４と、鍔部１５と、を備える。鍔部１５は、ティース本体１４の径方向内側の端部に位置する。鍔部１５は、ティース本体１４と一体に成形されている。鍔部１５は、ティース本体１４の先端部における周方向両側に沿って延びる。
これによって、ティース本体１４と鍔部１５と分割鉄心１２（後述する分割鉄心１２の内側面１２ａ）とに囲まれたコイル収納凹部１６ａが形成される。コイル収納凹部１６ａには、複数の巻数でコイル１０（平角線）が巻回される。コイル収納凹部１６ａは、固定子２において周方向に隣り合うティース８間に形成されるスロット１６を構成する。

インシュレータ９は、第１インシュレータ１７と、第２インシュレータ１８とによって構成されている。第１インシュレータ１７及び第２インシュレータ１８は、ティース８の軸方向において互いに分離又は結合が可能である。
第１インシュレータ１７は、ティース８の軸方向における一方方向（例えば、ティース８の上方から下方に向かう方向）に沿って移動することで、ティース８に装着される。
第２インシュレータ１８は、ティース８の軸方向における他方方向（例えば、ティース８の下方から上方に向かう方向）に沿って移動することで、ティース８に装着される。
つまり、インシュレータ９は、２つのインシュレータが軸方向に分割可能な分割構成を有する。
ティース８にインシュレータ９が装着された状態では、第１インシュレータ１７と第２インシュレータ１８とは隙間なく重なり合う。第１インシュレータ１７と第２インシュレータ１８との間からティース８が露出されることがない。詳細は後述するが、コイル１０は、インシュレータ９が装着されたティース８に巻回される。コイル１０をティース８に巻回する工程においては、コイル１０が最初に第１インシュレータ１７に巻回される（巻き始め）。ティース８に対するコイル１０の巻回が終了した後、コイル１０の巻き終わり端は、第２インシュレータ１８から引き出される。
換言すると、コイル１０はティース８にＮ回巻回されている。ここで、Ｎは、２以上の整数ある。Ｎ回は複数回を意味する。つまり、コイル１０は、第１巻き目から第Ｎ巻き目の巻数で、ティース８に巻回されている。また、コイル１０をティース８に巻回する工程を考慮すると、第１巻き目のコイル１０は、１回目の巻回によって形成される最初の巻回部（第１巻回部）である。第Ｎ巻き目のコイル１０は、Ｎ回目の巻回によって形成される最後の巻回部（第Ｎ巻回部）である。なお、後述するように、本実施形態におけるＮ回は、例えば、５３回である。なお、以下の説明では、「５４回目のコイル１０」という文言があるが、この５４回目のコイル１０は、完全に１回分だけティース８に巻回されないコイルである。

図４は、第１インシュレータ１７を一方側から見た斜視図である。図５は、第１インシュレータ１７を他方側から見た斜視図である。
図３から図５に示すように、第１インシュレータ１７は、ティース８の軸方向における一端面（第１ティース端面）を覆う端面被覆部２１と、ティース８の周方向における両側面を覆う２つの側面被覆部２２，２３（第１側面被覆部２２、第２側面被覆部２３）と、各被覆部２１～２３の径方向における外側端に一体に成形されている外壁部２４（第１壁部）と、各被覆部２１～２３の径方向における内側端に一体に成形されている内壁部２５（第２壁部）と、を備えている。第２側面被覆部２３は、第１インシュレータ１７における第１側面被覆部２２とは反対側に位置する。

外壁部２４は、分割鉄心１２の内側面１２ａを被覆する。外壁部２４の内側面２４ａには、図４、図５における下側の位置に、外側受入れ凹部３３が段差部３３ａを介して形成されている。外側受入れ凹部３３は、第１インシュレータ１７と第２インシュレータ１８とが接続される位置に形成されている。
外側受入れ凹部３３は、第２インシュレータ１８を受け入れる凹部である。外側受入れ凹部３３は、第２インシュレータ１８と径方向で重なる。
外壁部２４は、端面被覆部２１及び側面被覆部２２、２３における径方向の一端（径方向の外側の位置）からティース８の軸方向に立ち上がるように設けられている。

また、外壁部２４は、分割鉄心１２の軸方向における一端面から突出する外壁突出部２７を有する。外壁突出部２７の周方向における中央には、コイル導入スリット２８が形成されている。コイル導入スリット２８は、外壁部２４の径方向外側から径方向内側へとコイル１０を導く溝である。
外壁部２４の径方向外側から径方向内側へコイル１０を導く方向は、コイル１０を巻回する巻回方向に沿っている。換言すると、コイル導入スリット２８によって導かれたコイル１０は、第１巻き目のコイル１０となり、１回目の巻回によって形成される最初の巻回部である。

コイル導入スリット２８は、径方向及び周方向に交差するように軸方向からみて斜めに延びて形成されている。より具体的には、コイル導入スリット２８は、径方向外側から径方向内側に向かうように、かつ、第１側面被覆部２２から第２側面被覆部２３に向かうように、斜めに延びている。換言すると、コイル導入スリット２８は、第１側面被覆部２２から第２側面被覆部２３に向かう方向に対して傾斜する方向に延びている。コイル導入スリット２８の径方向における外側端、及び径方向における内側端は、開口されている。つまり、コイル導入スリット２８の径方向における外側端の開口よりも径方向における内側端の開口が、第２側面被覆部２３寄りに配置されている。

外壁突出部２７の外側面２７ａには、コイル押え壁２９が形成されている。コイル押え壁２９は、外壁部２４の径方向外側で引き回されるコイル１０（渡り線）を収納する。コイル押え壁２９は、底壁部２９ａと側壁部２９ｂとを備える。底壁部２９ａは、外壁突出部２７の根元（外壁部２４における分割鉄心１２の軸方向における一端面に近い位置）から径方向外側に向かって突出する。側壁部２９ｂは、底壁部２９ａの径方向における外側端から外壁突出部２７と平行に立ち上がる。これら底壁部２９ａ及び側壁部２９ｂと、外壁突出部２７とにより、コイル１０の渡り線部を収納する渡り線収納部３０が形成される。渡り線収納部３０を構成する外壁突出部２７の外側面２７ａの一部には、凹部３１が形成されている。凹部３１は、コイル導入スリット２８を避けるように配置されている。凹部３１は、軸方向からみて四角形状に形成されている。

内壁部２５は、ティース８を構成する鍔部１５の内側面１５ａ（径方向外側の面）を被覆する。内壁部２５の内側面２５ａには、図４、図５における下側の位置に、内側受入れ凹部３４が段差部３４ａを介して形成されている。内側受入れ凹部３４は、第１インシュレータ１７と第２インシュレータ１８とが接続される位置に形成されている。
内側受入れ凹部３４は、第２インシュレータ１８を受け入れる凹部である。内側受入れ凹部３３は、第２インシュレータ１８と径方向で重なる。
内壁部２５は、端面被覆部２１及び側面被覆部２２、２３における径方向の他端（径方向の内側の位置）からティース８の軸方向に立ち上がるように設けられている。
また、内壁部２５は、鍔部１５の軸方向における一端面から突出する内壁突出部３２を有する。鍔部１５から突出する内壁突出部３２の突出高さと、分割鉄心１２から突出する外壁突出部２７の突出高さとは、ほぼ同一である。

２つの側面被覆部２２，２３の外側面２２ａ，２３ａには、図４、図５における下側の位置に、受入れ凹部３６が段差部３６ａを介して形成されている。受入れ凹部３６は、第１インシュレータ１７と第２インシュレータ１８とが接続される位置に形成されている。
受入れ凹部３６は、第２インシュレータ１８を受け入れる凹部である。受入れ凹部３６は、第２インシュレータ１８と径方向で重なる。受入れ凹部３３の段差部３３ａ，受入れ凹部３４の段差部３４ａ，受入れ凹部３６の段差部３６ａは、同一高さを有し、滑らかに連なっている。

また、受入れ凹部３６の径方向の中央における大部分の領域には、第２インシュレータ１８に向けて延出するガイド３５（ガイド片）が形成されている。ガイド３５は、図４、図５における下側に向けて延出する。ガイド３５は、各受入れ凹部３３，３４，３６に第２インシュレータ１８を導く際のガイドとして機能する。第２インシュレータ１８に面するガイド３５の側端は、第２インシュレータ１８に向けて膨出する凸形状となるように湾曲して形成されている。

２つの側面被覆部２２，２３のうち、第１側面被覆部２２には、第１側面被覆部２２から突出する凸条部３７が形成されている。具体的に、外壁部２４に繋がる第１側面被覆部２２の端部に、凸条部３７（第１凸条部）が形成されている。内壁部２５に繋がる第１側面被覆部２２の端部に、凸条部３７（第２凸条部）が形成されている。凸条部３７は、端面被覆部２１の表面２１ａと同一の面上にある位置と、受入れ凹部３６の段差部３６ａと同一の面上にある位置との間の領域に形成されている。凸条部３７は、軸方向に延びている。端面被覆部２１に位置する凸条部３７の側端、及び、端面被覆部２１の表面２１ａには、コイル収容凹部３８（凹部）が形成されている。コイル収容凹部３８は、凸条部３７と端面被覆部２１とに渡って形成されている。コイル収容凹部３８は、凸条部３７の角部と端面被覆部２１の表面２１ａの一部とを平面取りした形状を有する。凸条部３７の突出高さＨ１、及び径方向の幅Ｗ１の詳細は、後述する。

２つの側面被覆部２２，２３のうち、第２側面被覆部２３には、径方向の中央部に、嵩上げ部３９が形成されている。嵩上げ部３９も、端面被覆部２１の表面２１ａと同一の面上にある位置と、受入れ凹部３６の段差部３６ａと同一の面上にある位置との間の領域に形成されている。嵩上げ部３９は、軸方向に延びている。嵩上げ部３９の突出高さＨ２、及び径方向の幅Ｗ２の詳細は、後述する。

図６は、第２インシュレータ１８を径方向内側から見た斜視図である。
図２、図６に示すように、第２インシュレータ１８は、ティース８の軸方向における他端面（第２ティース端面）を覆う端面被覆部４１と、ティース８の周方向における両側面を覆う２つの側面被覆部４２，４３（第１側面被覆部４２、第２側面被覆部４３）と、各被覆部４１～４３の径方向における外側端に一体に成形されている外壁部４４と、各被覆部４１～４３の径方向における内側端に一体に成形されている内壁部４５と、を備えている。

外壁部４４は、分割鉄心１２の内側面１２ａを被覆する。外壁部４４の外側面４４ａには、図６における上側の位置に、外側受入れ凹部５３が段差部５３ａを介して形成されている。外側受入れ凹部５３は、第１インシュレータ１７と第２インシュレータ１８とが接続される位置に形成されている。
また、外壁部４４は、分割鉄心１２の軸方向における他端面から突出する外壁突出部４７を有する。外壁突出部４７の周方向における中央には、コイル引出スリット４８が形成されている。コイル引出スリット４８を介してインシュレータ９に巻回されたコイル１０が引き出される。
コイル引出スリット４８からコイルガイド部４９に向けてコイル１０が引き出される方向は、コイル１０を巻回する巻回方向に沿っている。換言すると、コイル引出スリット４８からコイルガイド部４９に向けて引き出されたコイル１０は、第Ｎ巻き目のコイル１０となり、Ｎ回目の巻回によって形成される最後の巻回部である。

外壁突出部４７の外側面４７ａには、コイルガイド部４９が形成されている。コイルガイド部４９は、外壁部４４の径方向外側で引き回されるコイル１０（渡り線）を収納する。コイルガイド部４９は、周方向に沿う複数（例えば、本実施形態では３個）のガイド溝４９ａを有する。３個のガイド溝４９ａは、径方向に並んで配置されている。各ガイド溝４９ａには、それぞれ同相のコイル１０が収納される。

内壁部４５は、ティース８を構成する鍔部１５の内側面１５ａ（径方向外側の面）を被覆する。内壁部４５の外側面４５ａには、図６における上側の位置に、内側受入れ凹部５４が段差部５４ａを介して形成されている。内側受入れ凹部５４は、第１インシュレータ１７と第２インシュレータ１８とが接続される位置に形成されている。
また、内壁部４５は、鍔部１５の軸方向における端面から突出する内壁突出部５２を有する。鍔部１５から突出する内壁突出部５２の突出高さと、分割鉄心１２から突出する外壁突出部４７の突出高さとは、ほぼ同一である。

２つの側面被覆部４２，４３の内側面４２ａ，４３ａには、図６における上側の位置に、受入れ凹部５６が段差部５６ａを介して形成されている。受入れ凹部５６は、第１インシュレータ１７と第２インシュレータ１８とが接続される位置に形成されている。受入れ凹部５３の段差部５３ａ，受入れ凹部５４の段差部５４ａ，受入れ凹部５６の段差部５６ａは、同一高さを有し、滑らかに連なっている。
また、受入れ凹部５６の径方向の中央における大部分の領域には、第１インシュレータ１７のガイド３５に対応する凹部５５が形成されている。

このような構成のもと、ティース８を挟むように軸方向におけるティース８の両端に第１インシュレータ１７と第２インシュレータ１８とが装着される。第１インシュレータ１７と第２インシュレータ１８とが装着された状態では、第１インシュレータ１７における凹部３３，３４，３６の径方向内側に、第２インシュレータ１８の凹部５３，５４，５６が配置される。これにより、ティース８のティース本体１４の外周面全体、分割鉄心１２の内側面１２ａの全体、及び鍔部１５の内側面１５ａの全体は、隙間なくインシュレータ１７，１８によって覆われる。また、凹部３３，３４，３６，５３，５４，５６により、インシュレータ１７，１８が互いに重なり合った箇所の厚さが、他の箇所の厚さよりも大きくなることが防止される。

ティース８に装着されたインシュレータ１７，１８は、端面被覆部２１，４１、側面被覆部２２～４３、外壁部２４，４４、及び内壁部２５，４５によって巻回コイル収容凹部６０を形成する（図２参照）。巻回コイル収容凹部６０にコイル１０が収納されるように、ティース８に装着されたインシュレータ９にコイル１０が集中巻き方式により巻回される。

次に、図２、図３に基づいて、コイル１０の巻回手順について説明する。
図２、図３に示すように、コイル１０は、断面形状が長方形であるいわゆる平角線である。このような平角線のコイル１０は、長手方向が径方向に沿うように、かつ短手方向が周方向に沿うように隙間なく整列されて巻回される。なお、図３では、コイル１０に巻数に応じた番号を付している。つまり、インシュレータ９が装着されたティース８に巻回されたコイル１０のうち、例えば、「１」と記載されたコイル１０は、１回目に巻回されたコイル１０であり、第１巻回部である。換言すると、本実施形態では、コイル１０は、第１巻回部～第５３巻回部を有する。

前述したように、コイル１０をティース８に巻回する工程においては、コイル１０が最初に第１インシュレータ１７に巻回される（巻き始め）。ティース８に対するコイル１０の巻回が終了した後、コイル１０の巻き終わり端は、第２インシュレータ１８から引き出される。
より具体的には、第１インシュレータ１７に形成されたコイル導入スリット２８を介してコイル１０が巻回コイル収容凹部６０内に引き込まれる。その後、コイル１０は、第１インシュレータ１７の端面被覆部２１上を通って第２側面被覆部２３側に引き回され、最も分割鉄心１２（外壁部２４，４４）に寄った位置で１回巻回される。つまり、第２側面被覆部２３から第２インシュレータ１８の端面被覆部４１を通って、第１インシュレータ１７の第１側面被覆部２２至るまでコイル１０を引き回し、コイル１０の１回目の巻回工程が終了する。

ここで、コイル導入スリット２８は、径方向外側から径方向内側に向かうに従って、第１側面被覆部２２から第２側面被覆部２３に向かうように斜めに延びている。このため、スムーズに第２側面被覆部２３にコイル１０を導くことができる。
なお、以下の説明では、各回の巻回工程によってティース８に巻回されるコイル１０を、その回数目のコイル１０と称する。つまり、例えば、１回目の巻回工程のコイル１０は、１回目のコイル１０と称する。換言すると、１回目の巻回工程によって第１巻回部が形成される。

１回目のコイル１０は、その後、径方向内側（鍔部１５側）に向かってコイル１０を１つ分ずらしながら巻回されていく。つまり、コイル１０は、第１側面被覆部２２から第２側面被覆部２３に渡る際、コイル１０を１つ分ずらして斜めに引きまわれる。
ここで、第１側面被覆部２２の外側面２２ａには凸条部３７が形成されている。凸条部３７は、外側面２２ａにおける外壁部２４（内側面２４ａ）の近くの位置に形成されている。凸条部３７の径方向の幅Ｗ１は、コイル１０の長手方向の幅とほぼ同等である。また、凸条部３７の突出高さＨ１は、コイル１０の短手方向の幅の約１／２程度である。このため、第１側面被覆部２２では、１回目のコイル１０と２回目以降のコイル１０とでは、コイル１０の短手方向における約半分の高さでずれて配置される。

また、端面被覆部２１に位置する凸条部３７の側端、及び、端面被覆部２１の表面２１ａには、凸条部３７と端面被覆部２１とに渡ってコイル収容凹部３８が形成されている。コイル収容凹部３８に１回目に巻回されたコイル１０が収納される。１回目に巻回されたコイル１０が、コイル収容凹部３８の内側面に引っ掛かることで、１回目の巻回工程から２回目の巻回工程に移る際に、１回目のコイル１０の位置がずれることが防止される。

また、第２側面被覆部２３には、径方向の中央部に、嵩上げ部３９が形成されている。嵩上げ部３９と外壁部２４との間の幅Ｗ３は、コイル１０が４個収まる幅である。嵩上げ部３９の径方向の幅Ｗ２は、コイル１０の長手方向の幅２個分よりも若干小さい程度である。嵩上げ部３９の突出高さＨ２は、コイル１０の短手方向の幅の約１／２程度である。このため、第２側面被覆部２３では、４回目の巻回工程から５回目の巻回工程へと移る際、また、５回目の巻回工程から６回目の巻回工程へと移る際、嵩上げ部３９上にコイル１０が配置される。第２側面被覆部２３では、５回目、６回目のコイル１０と４回目及び７回目以降のコイル１０とでは、コイル１０の短手方向における約半分の高さでずれて配置される。

１１回目のコイル１０は、巻回コイル収容凹部６０の最も鍔部１５（内壁部２５，４５）に寄った位置に配置される。第１側面被覆部２２には、内壁部２５の端部に凸条部３７が形成されているので、第１側面被覆部２２では、１０回目のコイル１０と１１回目以降のコイル１０とで、コイル１０の短手方向における約半分の高さでずれて配置される。

１２回目のコイル１０の巻回工程は、１１回目のコイル１０の上で行われる。そして、１２回目以降のコイル１０の巻回工程は、分割鉄心１２（外壁部２４，４４）に戻るように順次行われる。２２回目のコイル１０は、再び巻回コイル収容凹部６０の最も分割鉄心１２（外壁部２４，４４）に寄った位置に配置される。２３回目のコイル１０の巻回工程は、２２回目のコイル１０の上で行われる。この後、再び径方向に沿って往復動するようにコイル１０の巻回工程が進む。

コイル収納凹部１６ａ（スロット１６）のスペースにより、コイル１０の巻回工程数が５０回に達したところで、コイル１０を分割鉄心１２（外壁部２４，４４）に戻るように折り返して巻回工程を進める。
ここで、５０回目におけるコイル１０の巻回の位置は、巻回コイル収容凹部６０の径方向のほぼ中央となる。より具体的には、嵩上げ部３９が形成されている位置が、５０回目のコイル１０の巻回位置になる。４９回目のコイル１０と５０回目のコイル１０とは、嵩上げ部３９が形成されている位置に配置される。

５０回目で折り返されたコイル１０は、４９回目のコイル１０の隣に配置される。第２側面被覆部２３において、４９回目のコイル１０は、嵩上げ部３９によって４８回目のコイル１０とコイル１０の短手方向における約半分の高さでずれて配置されている。つまり、４９回目のコイル１０は、コイル１０の短手方向における約半分の高さ分だけ、４８回目のコイル１０よりも突出されている。このため、５１回目のコイル１０は、４９回目のコイル１０の突出部分に引っ掛かることで容易に位置決めが行われる。

５４回目のコイル１０が第２側面被覆部２３に引き回された位置は、巻回コイル収容凹部６０の最も分割鉄心１２（外壁部２４，４４）に寄った位置となる。５４回目のコイル１０は、第１側面被覆部２２に引き回されることなく、第２インシュレータ１８のコイル引出スリット４８を介して径方向外側に引き出される。このコイル引出スリット４８から引き出された箇所がコイル１０の巻き終わり端となる。これにより、コイル１０の巻回作業が完了する。

ここで、５４回目のコイル１０は、完全に１回分だけティース８に巻回されないコイルなので、第１側面被覆部２２では、５３回目のコイル１０と外壁部２４，４４との間にコイル１０の１つ分の隙間（以下、残り隙間という）が生じる。しかしながら、第１インシュレータ１７には凸条部３７が形成されており、４５回目のコイル１０が残り隙間にコイル１０の短手方向における約半分の高さ分だけ、突出されている。この突出部分にコイル１０が引っ掛かることで、５３回目のコイル１０が残り隙間側にずれてしまうことが防止される。

分割固定子１１の軸方向両端から引き出されたコイル１０の端末部は、それぞれ結線される。本実施形態では、回転電機１は、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のコイルで構成され、コイル１０は、スター結線（Ｙ結線）される。例えば、第１インシュレータ１７のコイル導入スリット２８を介して引き出されたコイル１０の端末部１０ａ（図２参照、巻き始め端）は、中性点として結線される。第２インシュレータ１８のコイル引出スリット４８を介して引き出されたコイル１０の端末部１０ｂ（図２参照、巻き終わり端）は、同相のコイルが互いに結線されて対応する相の図示しない端子に接続される。

このように、図示しない端子に結線されるコイル１０の端末部１０ｂ（巻き終わり端）と、中性点として結線されるコイル１０の端末部１０ａ（巻き始め端）とが、固定子鉄心７を挟んで軸方向の両側に別々に配置される。中性点として結線されるコイル１０の端末部１０ａは、第１インシュレータ１７の渡り線収納部３０に収納されて引き回される。図示しない端子に結線されるコイル１０の端末部１０ｂは、第２インシュレータ１８の各ガイド溝４９ａにそれぞれ同相のコイル１０が収納されて引き回される。

図示しない各端子を介して所望のコイル１０に電力が供給されることにより、固定子２に所望の鎖交磁束が形成される。この鎖交磁束と回転子３の図示しないマグネットとの間で磁気的な吸引力や反発力が生じ、回転子３が回転される。

このように上述の実施形態では、ティース８に装着され、かつ、ティース８とコイル１０との絶縁を図るインシュレータ９（第１インシュレータ１７、第２インシュレータ１８）が設けられている。インシュレータ９は、ティース８の軸方向における端面を覆う端面被覆部２１，４１と、ティース８の周方向における両側面を覆う側面被覆部２２～４３と、端面被覆部２１，４１及び側面被覆部２２～４３から立ち上がる外壁部２４，４４及び内壁部２５，４５と、を備える。
第１インシュレータ１７の第１側面被覆部２２には、２つの凸条部３７が形成されている。また、凸条部３７と端面被覆部２１とに渡ってコイル収容凹部３８が形成されている。このコイル収容凹部３８により、巻回工程の途中においてコイル１０の位置がずれてしまうことを防止できる。
さらに、凸条部３７を形成した箇所にコイル収容凹部３８を形成することにより、このコイル収容凹部３８が形成される箇所のインシュレータ９の厚さが薄くなってしまうことを防止できる。コイル収容凹部３８を形成するために、第１側面被覆部２２や端面被覆部２１の厚さを無駄に増加する必要がないので、コイル１０の占積率（コイルの断面に占める導体の割合）を向上できる。

また、凸条部３７を形成することにより、この凸条部３７の上に巻回されるコイル１０の位置を他の巻回工程のコイル１０の位置からずらすことができる。このずれたコイル１０の突出箇所を利用することにより、他の巻回工程によってティース８に巻回されるコイル１０の位置ずれも防止できる。
また、第１側面被覆部２２のうち、外壁部２４の端部、及び内壁部２５の端部に、凸条部３７が形成されている。このため、とりわけコイル１０の端末部がティース８の軸方向両端から別々に引き出される場合において、コイル１０の位置ずれを確実に防止できる。本実施形態では、５３回目のコイル１０の位置ずれを確実に防止できる。

凸条部３７の突出高さＨ１は、コイル１０の短手方向の幅の約１／２程度である。このため、凸条部３７の上に巻回されたコイル１０が完全にコイル１つ分だけずれてしまうことがなく、確実にコイル１０のずれを防止できる。例えば、凸条部３７によって、コイル１つ分だけずれてしまうと、隣り合うコイル１０の間に引っ掛かりが生じなくなってしまい、凸条部３７を利用したコイル１０のずれを防止できなくなってしまう。上述した実施形態によれば、この問題を解決することができる。

第１側面被覆部２２のうち、外壁部２４の端部に形成された凸条部３７は、コイル１０の１回目の巻回工程が完了する位置に配置されている。換言すると、凸条部３７は、第１巻き目のコイル１０の位置に配置されている。このため、２回目のコイル１０の巻回工程に進む際、１回目のコイル１０の位置がずれてしまうことを確実に防止できる。また、第１側面被覆部２２と周方向で対向する第２側面被覆部２３に嵩上げ部３９が形成されている。つまり、コイル１０の巻回工程のうち、最後にコイル１０が引き回される第２側面被覆部２３に嵩上げ部３９が形成されている。嵩上げ部３９と外壁部２４との間の幅Ｗ３は、コイル１０が４個収まる幅である。つまり、嵩上げ部３９と外壁部２４との間の幅Ｗ３は、コイル１０の長手方向の幅の約４倍である。このため、嵩上げ部３９と外壁部２４との間に、コイル１０を隙間なく整列させることができる。また、コイル１０を巻回コイル収容凹部６０の径方向の途中で折り返すように巻回した場合であっても、コイル１０の位置ずれを確実に防止できる。つまり、本実施形態では、５０回目の巻回工程から５１回目の巻回工程に進む際にコイル１０がずれてしまうことを確実に防止できる。

嵩上げ部３９の突出高さＨ２は、コイル１０の短手方向の幅の約１／２程度である。このため、嵩上げ部３９の上に巻回されたコイル１０が完全にコイル１つ分だけずれてしまうことがなく、確実にコイル１０のずれを防止できる。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、第１インシュレータ１７の第１側面被覆部２２には、外壁部２４の端部、及び内壁部２５の端部に、凸条部３７が形成されている。また、凸条部３７と端面被覆部２１とに渡ってコイル収容凹部３８が形成されている。このため、巻回工程の途中において平角線であるコイル１０の位置がずれてしまうことを防止できる。

なお、上述の実施形態では、固定子２（固定子鉄心７）は、分割固定子１１を環状に連結して構成される場合について説明した。分割固定子１１の個数は、２４個である場合について説明した。しかしながら、実施形態は、この構成に限られない。固定子２（固定子鉄心７）は、周方向に分割可能な方式が採用されていなくてもよい。
上述の実施形態では、凸条部３７の突出高さＨ１及び嵩上げ部３９の突出高さＨ２は、コイル１０の短手方向の幅の約１／２程度である場合について説明した。しかしながら、実施形態は、この構成に限られない。各突出高さＨ１は、コイル１０の短手方向の幅よりも小さければよい。

上述の実施形態では、第１インシュレータ１７の第１側面被覆部２２には、外壁部２４の端部、及び内壁部２５の端部に、凸条部３７及びコイル収容凹部３８が形成されている場合について説明した。しかしながら、実施形態は、この構成に限られない。第１側面被覆部２２のうち、外壁部２４の端部、及び内壁部２５の端部の少なくともいずれか一方に凸条部３７及びコイル収容凹部３８が形成されていればよい。
上述の実施形態では、嵩上げ部３９と外壁部２４との間の幅Ｗ３は、コイル１０が４個収まる幅である場合について説明した。しかしながら、実施形態は、この構成に限られない。嵩上げ部３９と外壁部２４との間の幅Ｗ３は、コイル１０の長手方向の幅の整数倍であればよい。このように構成することで、巻回コイル収容凹部６０内でコイル１０を確実に整列させることができる。

上述の実施形態では、コイル収容凹部３８が、凸条部３７の角部と端面被覆部２１の表面２１ａの一部とを平面取りした形状を有する場合について説明した。しかしながら、実施形態は、この構成に限られない。凸条部３７の角部と端面被覆部２１の表面２１ａの一部と切除してコイル収容凹部３８が形成されればよい。

上述の実施形態では、インシュレータ９が装着されたティース８にコイル１０が合計５４回巻回される場合について説明した。しかしながら、実施形態は、この構成に限られない。コイル１０の巻数は任意に設定することができる。また、コイル１０の巻数に応じて巻回コイル収容凹部６０の径方向の途中からコイル１０を折り返す位置も変化させてよい。この折り返す位置に応じて嵩上げ部３９を形成すればよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…回転電機、２…固定子、３…回転子、５…回転子鉄心、８…ティース、９…インシュレータ、１０…コイル（平角線）、１７…第１インシュレータ（インシュレータ）、１８…第２インシュレータ（インシュレータ）、２１…端面被覆部、２２…第１側面被覆部（側面被覆部）、２３…第２側面被覆部（側面被覆部）、２４…外壁部（第１壁部）、２５…内壁部（第２壁部）、３７…凸条部、３８…コイル収容凹部（凹部）、３９…嵩上げ部、Ｈ１，Ｈ２…突出高さ

Claims (8)

1. 環状の固定子鉄心の径方向における一側面から前記径方向に沿って延びるティースに装着され、前記ティースに複数の巻数で巻回される平角線と前記ティースとの絶縁を確保するインシュレータであって、
   前記固定子鉄心の軸方向に分割可能な第１インシュレータ及び第２インシュレータを備え、
   前記第１インシュレータは、
   前記ティースの前記軸方向における端面を覆う第１インシュレータ端面被覆部と、
   前記ティースの周方向における両側面を覆う２つの第１インシュレータ側面被覆部と、
   前記第１インシュレータ端面被覆部及び前記２つの第１インシュレータ側面被覆部における前記径方向の一端から立ち上がる第１インシュレータ第１壁部と、
   前記第１インシュレータ端面被覆部及び前記２つの第１インシュレータ側面被覆部における前記径方向の他端から立ち上がる第１インシュレータ第２壁部と、
   前記第１インシュレータ側面被覆部における前記第１インシュレータ第１壁部側の側端及び前記第１インシュレータ側面被覆部における前記第１インシュレータ第２壁部側の側端の少なくともいずれか一方に突出して形成され、前記軸方向に延びる凸条部と、
   前記凸条部と前記第１インシュレータ端面被覆部とに渡って形成されるとともに、前記凸条部と前記軸方向で同一直線状に配置され、前記平角線を収容する凹部と、
   前記２つの第１インシュレータ側面被覆部の対向側とは反対側の外側面で、かつ前記第２インシュレータ側の端部に形成され、前記第２インシュレータを受け入れる第１受け入れ凹部と、
   を備え、
   前記２つの第１インシュレータ側面被覆部のうち一方の第１インシュレータ側面被覆部には、前記複数の巻数で前記ティースに巻回される前記平角線のうちの第１巻き目の前記平角線が配置され、かつ、前記凸条部及び前記凹部が形成されており、
   前記第１受け入れ凹部における前記第２インシュレータ側の端部には、前記第２インシュレータに向けて凸形状となるガイドが形成されており、
   前記第２インシュレータは、
   前記ティースの前記軸方向における端面を覆う第２インシュレータ端面被覆部と、
   前記ティースの周方向における両側面を覆う２つの第２インシュレータ側面被覆部と、
   前記第２インシュレータ端面被覆部及び前記２つの第２インシュレータ側面被覆部における前記径方向の一端から立ち上がる第２インシュレータ第１壁部と、
   前記第２インシュレータ端面被覆部及び前記２つの第２インシュレータ側面被覆部における前記径方向の他端から立ち上がる第２インシュレータ第２壁部と、
   前記２つの第２インシュレータ側面被覆部の対向側の内側面で、かつ前記第１インシュレータ側の端部に形成され、前記ガイドを受け入れる第２受け入れ凹部と、
   を備え、
   前記第２受け入れ凹部における前記第１インシュレータとは反対側の端部には、前記ガイドが嵌るガイド嵌合凹部が形成されている、
   インシュレータ。
2. 前記第１インシュレータ側面被覆部の前記第１インシュレータ第１壁部の側端及び前記第１インシュレータ第２壁部の側端のいずれにも前記凸条部が形成されている、
   請求項１に記載のインシュレータ。
3. 前記凸条部の突出高さは、前記平角線の短手方向における厚さよりも小さい、
   請求項１又は請求項２に記載のインシュレータ。
4. 前記２つの第１インシュレータ側面被覆部は、第１側面被覆部及び第２側面被覆部であり、
   前記第１側面被覆部には、前記第１巻き目の前記平角線が配置され、かつ、前記凸条部及び前記凹部が形成されており、
   前記第２側面被覆部は、前記第２側面被覆部から突出して形成されているとともに前記軸方向に延びる嵩上げ部を備え、
   前記嵩上げ部と前記第１インシュレータ第１壁部との間の幅は、前記平角線の前記径方向の幅の整数倍である、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のインシュレータ。
5. 前記嵩上げ部の突出高さは、前記平角線の短手方向における厚さよりも小さい、
   請求項４に記載のインシュレータ。
6. 前記平角線の巻き始め端と巻き終わり端とは、前記ティースの前記軸方向の両側に別々に配置されている、
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のインシュレータ。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のインシュレータと、
   前記インシュレータが装着される前記ティースと、
   前記ティースと一体化された前記固定子鉄心と、
   を備える、
   固定子。
8. 請求項７に記載の固定子と、
   前記固定子に対して回転自在に設けられた回転子と、
   を備える、
   回転電機。

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