JPWO2019058643A1 - インシュレータ及びそれを備えたステータ、モータ - Google Patents

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Abstract

インシュレータ5は、コイル7が巻回されるコイル巻回部50と、コイル巻回部50のコアセグメント41側に設けられ、コイル7をコイル巻回部50に案内するコイル導入溝53を有する第1鍔部51と、コイル巻回部50のトゥース(tooth)42先端側に設けられた第2鍔部52とを備えている。コイル導入溝53は、第1鍔部51の内面51aとなす角度θが鋭角となるように延びる第1溝部53aを有している。

Description

本発明は、コイルが巻回されるインシュレータ及びそれを備えたステータ、モータに関する。
近年、産業、車載用途でモータの需要は高まっている。その中で、モータの効率向上、低コスト化が要望されている。
モータの効率向上手法の一つとして、ステータのスロット内に配置されるコイルの占積率を向上させることが知られている。コイルの占積率を向上させることで、モータの駆動時に、コイルに流れる電流に起因する損失を抑制できる。
コイルの占積率を向上させる構造として、ステータのティース(teeth)にコイルを整列させて巻回する整列巻きコイルが一般に知られており、これを実現するために種々の構成が提案されている(例えば、特許文献1〜4参照)。例えば、特許文献1には、コイルが巻回される絶縁コイルボビンの筒体の端部あるいは筒体の両端に設けられた鍔部の内側に段差または傾斜を設けて整列巻きコイルを実現する構成が提案されている。また、特許文献2には、ティース(teeth)に装着され、コイルとティース(teeth)とを絶縁するためのインシュレータの側面に、巻回されたコイルを保持するための保持溝を設けて整列巻きコイルを実現する構成が開示されている。
特開平11−122855号公報 特開2006−115565号公報 米国特許第6356001号明細書 国際公開第2011/118357号
ところで、一般に、金型を用いて樹脂材料を成形することにより、上記のインシュレータやコイルボビンは形成される。一方、モータ性能はユーザーの仕様によって異なるため、同じステータコアやティースを用いても、コイルの線径や巻き数を変えてコイルに流す電流値等を調整し、モータの性能を個別の仕様に合わせ込む場合が多い。
しかし、特許文献1や2に開示された従来の構成では、コイルの線径に合わせて保持溝の幅を変更したり、段差の幅や傾斜の角度を変更したりする必要があり、その度に金型を作り直してインシュレータを形成するため、コスト上昇の要因となっていた。
本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、その目的は、コイルの線径が変更された場合にも巻回されたコイルを整列巻きにできるインシュレータを提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明に係るインシュレータは、軸方向から見て、コイルがコイル巻回部に斜めに進入するように設けられたコイル導入溝を設けるようにした。
具体的には、本発明に係るインシュレータは、コアセグメントから突出するトゥース(tooth)の軸方向端面と少なくとも周方向両側面の一部とを覆い、コイルが巻回されるコイル巻回部と、該コイル巻回部のトゥース(tooth)基端側またはトゥース(tooth)先端側の一方に連続して設けられ、前記コイルを前記コイル巻回部に案内するコイル導入溝を有する第1鍔部と、前記コイル巻回部の前記トゥース(tooth)基端側または前記トゥース(tooth)先端側の他方に連続して設けられた第2鍔部とを備えたインシュレータであって、前記コイル導入溝は、前記第1鍔部における前記第2鍔部に対向する内面となす角度θが鋭角となるように延びる第1溝部を有していることを特徴とする。
この構成によれば、異なる線径を有するコイルをインシュレータに巻回した場合にも、コイルの巻き始め部分を整列してコイル巻回部に巻回でき、全体として整列巻きコイルを実現することができる。
前記コイル導入溝は、前記第1溝部に連続して前記第1溝部よりも径方向内側に位置する第2溝部をさらに有し、該第2溝部における径方向外側の側面と前記内面とのなす角度θ1は鋭角でかつ前記角度θ以下であることが好ましい。
この構成によれば、コイルがコイル巻回部に進入する角度を段階的に小さくすることができ、より第1鍔部の内面に沿った形でコイルを巻回することができる。
前記コイル導入溝に、前記コイルの巻き始め部分を係止するコイル係止部が設けられているのが好ましい。
この構成によれば、コイルの巻き始め部分の変形や移動が抑制される。このことにより、コイルの巻き始め部分の整列性を高められ、整列巻きのコイルが得やすくなる。
前記コイル係止部は、前記コイル導入溝の側面から突出する突起で構成され、該突起は、前記コイル導入溝に1つ以上設けられているのが好ましい。
この構成によれば、異なる線径のコイルに対しても、コイルの巻き始め部分の弛みを防止し、確実にインシュレータに係止でき、整列巻きのコイルが得やすくなる。
前記コイル導入溝は底部に向かうにつれて幅が狭くなる溝とされていて、該溝により前記コイル係止部が構成されていてもよく、前記コイル係止部が、前記コイル導入溝の入口部に設けられているのが好ましい。
この構成によれば、異なる線径のコイルに対しても、コイルの巻き始め部分の弛みを防止し、確実にインシュレータに係止でき、整列巻きのコイルが得やすくなる。
本発明に係るステータは、前記インシュレータを前記コアセグメントの前記トゥース(tooth)の軸方向端面の各々に具備し、前記インシュレータの前記コイル巻回部に、巻線からなるコイルが巻装されてなるステータセグメントを複数個備え、前記複数個のステータセグメントを円環形状に接続し円環の径方向内側に前記トゥース(tooth)が突出する構成としたことを特徴とする。
この構成によれば、ステータでのコイル占積率を高めることができる。
前記コイルは前記コイル巻回部に整列巻きされてなることが好ましい。
周方向に隣り合う前記トゥース(tooth)間が前記コイルを収容するスロットとして構成され、 前記スロット内に、前記コアセグメント及び前記トゥース(tooth)と前記コイルとを絶縁する絶縁紙が、前記トゥース(tooth)の側面を覆うようにかつ、前記インシュレータの前記第1及び第2鍔部と軸方向で一部重なるように配置されていることが好ましい。
この構成によればステータの周方向に隣り合うトゥース(tooth)間を確実に電気的に絶縁できる。
本発明のモータは、上記のステータと、該ステータの径方向内側に、前記ステータと所定の間隔をあけて配設された回転軸を含むロータと、を少なくとも備えることを特徴とする。
この構成によれば、ステータでのコイル占積率を高められ、モータの効率を向上させることができる。
以上説明したように、本発明によれば、異なる線径を有するコイルを巻回した場合にも、巻き乱れの発生を抑制して整列巻きコイルを実現することができる。
実施形態1に係るモータの上面図である。 図1に示すモータの等価回路図である。 ステータの概略模式図である。 図1に示す破線で囲まれた部分を示す斜視図である。 図4Aに示す構造を径方向から見た側面図である。 図4Aに示す構造を軸方向から見た上面図である。 図4Aに示す構造を周方向から見た側面図である。 実施形態1に係るインシュレータの要部を軸方向から見た模式図である。 実施形態1に係るコイルが巻回されたインシュレータの要部を軸方向から見た模式図である。 コイルが巻回された比較のためのインシュレータの要部を軸方向から見た模式図である。 コイルが巻回された比較のための別のインシュレータの要部を軸方向から見た模式図である。 実施形態1に係る別のインシュレータの要部を軸方向から見た模式図である。 実施形態2に係るインシュレータの要部を軸方向から見た模式図である。 実施形態2に係る別のインシュレータの第1溝部の断面模式図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。
(実施形態1)
[モータ及びステータの構成]
図1は、本実施形態に係るモータを示す上面図を示し、図2は、図1に示すモータの等価回路図を示し、図3はステータの概略模式図を示し、ステータ4をシャフト2の軸方向から見た図を示している。なお、説明の便宜上、図1及び3において、一部の構成部品やその機能については図示及びその説明を省略する。例えば、フレームやバスバー等は図示していない。また、図3において、インシュレータ5は図示していない。また、ステータ4を収容する外装体は、図示していない。この外装体の形状は、例えば、金属からなる円筒、略直方体、略長方体、多角形の柱状体などであり、モータ1の仕様に応じて適宜選択される。また、図示した構成部品についても簡略化しており、例えば、図1に示すインシュレータ5は、実際の形状と一部異なっており、図3に示すコイルU1〜W4及びこれらのリード端子71,71・・・は、実際の形状とは大きく異なっている。また、図2において、符号+はコイルの巻き始めを、符号−はコイルの巻き終わりをそれぞれ示している。
以降の説明において、シャフト2の長手方向を軸方向と呼び、ステータ4の半径方向を径方向と呼び、ステータ4の円周方向を周方向と呼ぶことがある。また、軸方向において、コイルU1〜W4のリード端子71が設けられた側を「上」と、その反対側を「下」と呼び、径方向において、ステータ4の中心側、つまり、シャフト2及びロータ3が設けられた側を「内」と、その反対側、つまり、ステータコア40側を「外」と呼ぶことがある。
なお、後述する電磁鋼板の積層する方向と、上記の軸方向とは、同方向であり、同義である。
なお、以降の説明において、ティース(teeth:toothの複数型)又はトゥース(tooth)という用語を使い分けて記す。円環状のステータコアの中心方向に突出する複数の歯部は、ティース(teeth:toothの複数型)と記す。また、ステータコア40の複数の歯部のうち、一つの歯部については、トゥース(tooth)42と記す。同じく、後述するコアセグメント41における、複数の歯部は、ティース(teeth:toothの複数型)と記す。また、コアセグメント41における、複数の歯部のうち、一つの歯部については、トゥース(tooth)42と記す。ちなみに、前述の特許文献3、特許文献4などは、ティース(teeth:toothの複数型)及びトゥース(tooth)という語句の使い分けを記した公知文献である。
モータ1は、図示しない外装体の内部に、モータ1の回転軸であるシャフト2を有するロータ3と、ステータ4と、コイルU1〜W4と、を備えている。
ロータ3は、シャフト2の外周に接して設けられており、ステータ4に対向してN極、S極がシャフト2の外周方向に沿って交互に配置された磁石31,31…を含んでいる。なお、本実施形態で、ロータ3に用いられる磁石31としてネオジム磁石を使用しているが、その材料や形状や材質については、モータの出力等に応じて適宜変更しうる。また、軸方向から見て、ロータ3は、ステータ4の径方向内側に、ステータ4と一定の間隔をあけて配設されている。
ステータ4は、複数のステータセグメント40aを円環状に連結して構成する円筒形状体である。このステータセグメント40aは、コアセグメント41のトゥース(tooth)42に軸方向の上下の両端面各々から、インシュレータ5をそれぞれ装着し、更に各インシュレータ5間には絶縁紙6等の絶縁体を装着し、インシュレータ5のコイル巻回部50及び絶縁紙6等の絶縁体の配置部には、巻線を巻回して例えばコイルU1を構成する。上述のように構成したステータセグメント40aの外観は、断面形状を略扇形とする柱状体である。
ステータ4及びステータセグメント40aは、複数のコアセグメント41,41・・・と、コアセグメント41,41・・・のそれぞれの内周から径方向内側に突出するトゥース(tooth)42,42・・・とを有している。このコアセグメント41は、ケイ素等を含有した電磁鋼板を、略円環状のステータコア板体(stator core sheet)のうち、その一部分を構成する個片形状とする板体(core segment sheet)として打ち抜き、この板体(core segment sheet)を複数層積層した積層体である。上述のように構成したコアセグメント41の外観は、断面形状を、略円環状のステータコア板体(stator core sheet)の一部分を構成する個片形状とする柱状体である。板体の積層方向は、板体の板面に対して法線方向である。このコアセグメント41は、ヨーク部41cと、このヨーク部41cの略中央部から突出するトゥース(tooth)42とを有する。
そして、コアセグメント41は周方向に位置するヨーク部41cの一方の側面に凹部41aが、他方の側面に凸部41bがそれぞれ形成されており、凹部41a,凸部41bともに、各側面において、軸方向全体にわたって延びて形成されている。一つのコアセグメント41に着目すると、このコアセグメント41の凹部41aに、周方向の一方で隣接するコアセグメント41の凸部41bが嵌合し、このコアセグメント41の凸部41bが、周方向の他方で隣接するコアセグメント41の凹部41aに嵌合してそれぞれ連結している。このように周方向に隣り合うコアセグメント41,41・・・がそれぞれ嵌合して連結することにより、円環形状のステータコア40が構成される。
図1,3に示すように、コアセグメント41,41・・・を連結して、円環形状のステータコア40を構成することにより、ステータコア40の内周に沿って等間隔にトゥース(tooth)42,42が配置される。また、周方向に隣り合うトゥース(tooth)42,42・・・の各間隔はスロット43,43・・・を構成している。
また、ステータ4は、12個のコイルU1〜W4を有しており、これらのコイルはインシュレータ5及び絶縁紙6(図4A〜図4D参照)を介して各トゥース(tooth)42,42・・・に対して装着され、軸方向から見て、各スロット43,43・・・内に配置されている。なお、図示しないが、コイルU1〜W4は、表面に絶縁被膜が施された銅等の金属材料からなる断面が円形の巻線で構成され、インシュレータ5,5・・・に対して整列巻きかつ多層巻きで巻回されている。また、「円形」とは巻線の加工公差やトゥース(tooth)42に巻回したときの巻線の変形を含んで「円形」という意味であり、以降の説明においても同様である。また、以降の説明において、コイルU1〜W4を特定せずに、一つを取り上げて構造等を説明する場合にはコイル7と呼ぶこととする。
図2に示すように、コイルU1〜U4,V1〜V4,W1〜W4はそれぞれ直列に接続されており、U,V,W相の3相がスター結線されている。また、互いに電気角で120°の位相差を有するU,V,W相の3相の電流がそれぞれコイルU1〜U4,V1〜V4,W1〜W4に供給されて励磁され、回転磁界が発生する。この回転磁界により、ロータ3にトルクが発生し、シャフト2が図示しない軸受に支持されて回転する。
なお、本実施形態において、ロータ3の磁極数は、ステータ4に対向するN極が5個、S極が5個の計10極であり、スロット43の数は12個であるが、特にこれに限定されるものではなく、その他の磁極数とスロット数との組合せについても適用できる。
[コアセグメント及びインシュレータの要部の構成]
図4A〜4Dは、図1における破線で囲まれた部分の斜視図、径方向から見た側面図、軸方向から見た上面図及び周方向から見た側面図をそれぞれ示す。なお、説明の便宜上、図4A〜4Dにおいて、コイル7の図示を省略している。また、インシュレータ5とコアセグメント41及びトゥース(tooth)42とに挟み込まれて取り付けられた絶縁紙6も図示しているが、スロット43内に収容されるように折り曲げられる前の状態を示している。
図4A〜4Dに示すように、一つのコアセグメント41から突出するトゥース(tooth)42に対し、軸方向の上下の両端面各々から同じ形状を有するインシュレータ5がそれぞれ装着されており、また、コアセグメント41及びトゥース(tooth)42とインシュレータ5との間に絶縁紙6が挟み込まれている。このように、インシュレータ5は、トゥース(tooth)42の軸方向両端面と、この両端面近傍部分を覆うように設けられている。
インシュレータ5は、絶縁性樹脂材料を成形してなる絶縁部材であり、コイル7(図5B参照)が巻装されるコイル巻回部50と、コイル巻回部50の一端に形成された第1鍔部51と、他端に形成された第2鍔部52とを有している。本実施形態では、第1鍔部51はコアセグメント41側に装着されており、第2鍔部52はステータ4の径方向内側に位置するトゥース(tooth)42の先端に装着されている。また、第1鍔部51には、コイル導入溝53が形成されており、コイル巻回部50にコイルが巻回される際には、コイル7を構成する巻線は、コイル導入溝53を通り、巻き始め部分が第1鍔部51における第2鍔部52に対向する内面51a(以下、第1鍔部51の内面51aという)に接してコイル巻回部50に案内される。なお、本明細書において、コイル7の巻き始め部分とは、コイル7における、コイル巻回部50に巻回された1層目のコイルの1周目近傍をいう。
コイル巻回部50の外周面のうち、トゥース(tooth)42の軸方向の両端面各々を覆う外周面50a及びもう一つのインシュレータ50bは、それぞれ、第1鍔部51から第2鍔部52に向けてトゥース(tooth)42の軸方向上側面あるいは軸方向下側面からの高さが高くなるように単調に傾斜した傾斜面である。また、コイル巻回部50の外周面のうち、トゥース(tooth)42の周方向両端面を覆う表面50c,50dは、トゥース(tooth)42の軸方向上側面に対して直交するように形成されている。なお、「直交」とはインシュレータ5の加工公差やトゥース(tooth)42の加工公差、またインシュレータ5をトゥース(tooth)42に装着する際の組立公差を含んで「直交」という意味であり、「平行」とはインシュレータ5の加工公差やトゥース(tooth)42にインシュレータ5を装着する際の組立公差を含んで「平行」という意味であり、以降の説明においても同様である。
第1鍔部51の内面51aは、トゥース(tooth)42の軸方向上側面または軸方向下側面と直交する面と平行に設けられた面である。
コイル導入溝53は、第1鍔部51の内面51aと角度θ(θは鋭角)をなすように延びる第1溝部53aと、第1溝部53aに連続して第1溝部53aより径方向内側に位置する第2溝部53bとを有している(図5A,5B参照)。なお、コイル導入溝53の構造については後で詳述する。
インシュレータ5は、絶縁紙6とともに、コアセグメント41及びトゥース(tooth)42とコイル7とを電気的に絶縁する機能を有している。また、インシュレータ5は、後述するコイル7の整列巻きを安定して維持する機能を有している。
絶縁紙6は、例えば、絶縁性の油が含浸されており、トゥース(tooth)42の周方向の両側面を覆うように、また、インシュレータ5の第1及び第2鍔部51,52と軸方向でそれぞれ一部重なるように配設されている。また、図示しないが、モータ1を組み立てるにあたって、絶縁紙6,6・・・は、それぞれ折り曲げられて、スロット43,43・・・内を覆うように配設されている。このことにより、コアセグメント41及びトゥース(tooth)42とコイル7とを電気的に絶縁するとともに、周方向に隣り合うコアセグメント41及びトゥース(tooth)42間を電気的に絶縁できる。
[インシュレータの要部の構成]
図5Aは、本実施形態に係るインシュレータの要部を軸方向から見た模式図を示し、図5Bは、コイルが巻回されたインシュレータの要部を軸方向から見た模式図を示す。なお、図5A,5Bに示すインシュレータ5は、図4A〜4Dに示すのと同じであるが、説明の便宜上、図5A,5Bにおいて、インシュレータ5の構造は簡略化して図示している。
図5A,5Bに示すように、第2溝部53bは、径方向外側の側面と第1鍔部51の内面51aとが軸方向から見て角度θ1をなすように構成されている。なお、角度θ1は鋭角でかつθ1はθ以下である。
またインシュレータ5の第1鍔部51は、軸方向から見て、第1溝部53aと第2溝部53bとを除いた部分に、第1部分54及び第2部分55を有している。
第1部分54は、径方向内側面が第1鍔部51の内面51aの一部を、径方向外側面が第1溝部53aの一側面をそれぞれ構成している。つまり、軸方向から見て、第1部分54は第1溝部53aとコイル巻回部50との間に位置している。第1部分54の第1端部54aは、第1溝部53aの第2鍔部52側の開口端部に位置し、第2部分55に対向している。
第2部分55の径方向内側面は、第1溝部53a及び第2溝部53bの径方向外側の側面を構成している。つまり、軸方向から見て、第2部分55は第2導入溝53bとコイル巻回部50との間に位置している。また、第2部分55の径方向内側面には、第1溝部53aと第2溝部53bとの境界部分にコーナー部55aが、第2溝部53bと第1鍔部51の内面51aとの境界部分にコーナー部55bがそれぞれ設けられている。
図5Bに示すように、コイル7は、コイル導入溝53に収容され、さらにコイル巻回部50に案内されている。このとき、軸方向から見て、第1溝部53a内では、第1鍔部51の内面51aと角度θをなすように案内され、第1溝部53aと第2溝部53bとの境界部分からコイル巻回部50に向けて、第2部分55のコーナー部55a,55bに当接し、第2溝部53bの径方向外側の側面に沿って、第1鍔部51の内面51aと角度θ1をなすようにコイル巻回部50に案内されている。
[本実施形態の効果について]
以上説明したように、本実施形態に係るインシュレータ5は、コイル導入溝53の第1溝部53aと第1鍔部51の内面51aとが鋭角である角度θをなすように構成することで、コイル7を第1鍔部51の内面51aに沿って巻回しやすくなり、コイル7の巻き始め部分の巻き乱れを抑制して、整列巻きのコイル7を容易に得ることができる。また、コイル7の線径が変更された場合にも同様に整列巻きのコイル7を容易に得ることができる。特に、n層巻き(nは2以上の整数)のコイル7を整列巻きにする場合に、本実施形態に係るインシュレータ5は有用である。
また、コイル7の線径が変更されても、特許文献2に開示されたように、インシュレータに設けられたコイルの保持溝の幅を変更したり、特許文献1に開示されたように、インシュレータに設けられた段差の幅や傾斜の角度を変更したりする必要がなく、インシュレータ5の製造コストを抑制できる。また、同じ仕様のコアセグメント41及びトゥース(tooth)42に対して、コイル7の線径が変更された場合にも1種類のインシュレータ5で対応することができ、種々のモータを開発する際の開発コストを低減できる。
また、本実施形態によれば、巻き始め部分でコイル7が変形、移動して巻き乱れるのを抑制し、整列巻きのコイル7を容易に得ることができる。
図6Aは、コイルが巻回された比較のためのインシュレータの要部を軸方向から見た模式図を示し、図6Bは、比較のための別のインシュレータの要部を軸方向から見た模式図を示す。
図6Aに示すように、コイル導入溝53の間隔が狭い場合は、コイル導入溝53からコイル巻回部50に案内される境界部分で、コイル7が径方向内側に変形しやすくなる。これは、境界部分でコイル7の巻回方向が大きく変化するためである。このような変形が生じると、コイル7の巻き始め部分がコイル巻回部50に対して整列して巻回されず、コイル7の整列巻きが実現できなくなる。
また、図6Bに示すように、コイル導入溝53の幅を広げた構成にすると、前述した境界部分でのコイル7の変形はおこりにくくなる。しかし、コイル7を整列巻きでコイル巻回部50に巻回する工程において、周回毎の隙間を無くすようにコイル7が巻回されるため、コイル7の巻き始め部分には径方向外側に向けて力が加わる。このため、コイル7の巻き始め部分は、コイル導入溝53の内側、つまり、径方向外側に向けて変形してしまい、図6Aに示すのと同様に、コイル7の巻き始め部分に巻き乱れが生じて、コイル巻回部50に対して整列して巻回されず、コイル7の整列巻きが実現できなくなる。
一方、図5Bに示すように、本実施形態に係るインシュレータ5では、第1溝部53a及び第2溝部53bの幅をあまり変化させずに、コイル巻回部50に対してコイル7が斜めに進入して巻回されるため、図6Aに示すような境界部分でのコイル7の径方向内側への変形が起こりにくく、また、図6Bに示すようなコイル7の径方向外側への変形も起こりにくい。従って、コイル7は巻き始め部分からコイル巻回部50に整列して巻回され、整列巻きのコイル7を得ることができる。
また、本実施形態に係るインシュレータ5では、軸方向から見て、第1溝部53aが第1鍔部51の内面51aと角度θをなす一方、第2溝部53bの径方向外側の側面が、第1鍔部51の内面51aと角度θ1(≦θ)をなすように構成されている。このことにより、コイル7がコイル巻回部50に進入する角度を段階的に小さくすることができ、より第1鍔部51の内面51aに沿った形でコイル7を巻回することができる。また、コイル7が巻回時に径方向外側に向けた力を受けても、第2部分55のコーナー部55aに当接してコイル7の変形が抑制される。これらのことにより、コイル7の巻き始め部分の整列性を高められ、整列巻きのコイル7が得やすくなる。
図7は、本実施形態に係る別のインシュレータの要部を軸方向から見た模式図を示す。図7に示すように、図5Bに示す方向とは逆方向にコイル7を巻回する際には、第1及び第2溝部53a,53bを、径方向に関し、図5a,5Bに示す配置と対称になるように設ければよい。この場合、インシュレータ5の第1鍔部51は、軸方向から見て、第1溝部53aと第2溝部53bとを除いた部分に、第2部分55及び第3部分56を有し、第3部分56は、径方向内側面が第1鍔部51の内面51aの一部を、径方向外側面が第1溝部53aの一側面をそれぞれ構成している。つまり、軸方向から見て、第3部分56は第1溝部53aとコイル巻回部50との間に位置している。第3部分56の第2端部56aは、第2溝部53bの第2鍔部52側の開口端部に位置している。
また、図4A〜4Dに示すように、絶縁紙6は、インシュレータ5の第1及び第2鍔部51,52と軸方向でそれぞれ一部重なるようにインシュレータ5及びトゥース(tooth)42を覆って配設されている。本実施形態に係るインシュレータ5は、コイル7がコイル巻回部50に対して斜めに進入するように第1及び第2溝部53a,53bが設けられているため、絶縁紙6を避けてコイル7をコイル巻回部50に巻回することができ、絶縁紙6とコイル7とが第1鍔部51近傍で接触するのを防止できる。このことにより、絶縁紙6の破損を防止し、コイル7とトゥース(tooth)42との間の絶縁を維持できる。
また、本実施形態に係るインシュレータ5を、例えば、図1に示すモータ1のステータ4に適用することで、コイル7の整列巻きが図れ、コイル巻回部50におけるコイル7が巻回されないデッドスペースを低減できる。このことにより、スロット43内でのコイル7の占積率を高められ、モータ1の効率を向上させることができる。
(実施形態2)
コイル7の整列巻きを実現するためには、コイル7の巻き始め部分を固定して、巻き始め部分が変形したり、移動したりするのを抑制することも重要である。
図8は、本実施形態に係るインシュレータの要部を軸方向から見た模式図を示し、コイル導入溝53にコイル係止部57が設けられている。図9は、実施形態2に係る別のインシュレータの第1溝部の断面模式図を示し、図5AにおけるIX−IX線での断面に対応している。なお、説明の便宜上、図8,9において、インシュレータ5の構造は簡略化して図示している。
図8に示すように、第1溝部53aの側面から溝内部に突出する突起57aがコイル係止部57として形成されている。突起57aの周方向への突出長は、第1溝部53aの幅とコイル7の線径とから決定でき、コイル7を過度に変形させない程度に調整される。このような突起57aを設けることにより、コイル7は第1溝部53aの内部で係止され、コイル7の巻き始め部分の変形や移動が抑制される。このことにより、コイル7の巻き始め部分の整列性を高められ、整列巻きのコイル7が得やすくなる。特に、突起57aを第1溝部53aにおけるコイル7がインシュレータ5の外部から案内される入口部53a1に設けると、コイル7が径方向で屈曲しているため、突起57aとコイル7との当接部分に力が集中して、より確実にコイル7の巻き始め部分をインシュレータ5に係止できる。
なお、突起37aは、第1溝部53aの側面に1箇所以上設けられていればよい。第1溝部53aにおいて、両側面に突起57aが設けられていたり、複数箇所に突起57aが設けられていたりすると、より確実にコイル7の巻き始め部分をインシュレータ5に係止できる。
また、図9に示すように、第1溝部53aを底部に向かって幅が狭くなるようテーパー形状の溝57bとすることで、コイル係止部57を構成することもできる。このような構成を採ることで、コイル7の線径が変化した場合にも、第1溝部53aの形状を変化させることなく、コイル7の巻き始め部分をインシュレータ5に係止できる。また、第1溝部53aの全領域をテーパー形状とすることもできるが、一部のみをテーパー形状にしてもよい。突起57aを設ける場合、またはコイル7の線径と第1溝部53aの幅とが同程度である場合は、第1溝部53aをテーパー形状にしなくてもよい。
また、第1溝部53aの入口部53a1をテーパー形状にすることで、上記と同様にコイル7の巻き始め部分を確実にインシュレータ5に係止できる。
また、第1溝部53aの入口部53a1にコイル係止部57が設けられることで、コイル7の巻き始め部分を確実にインシュレータ5に係止できる。なお、ここで言う入口部53a1とは、第1溝部53aの径方向外側の端部を指す。
なお、実施形態1,2において、第2部分55のコーナー部55aが軸方向から見て第1鍔部51の内面51aよりも径方向外側に位置する例について説明したが、これが内面51aと同じ位置にあってもよい。その場合は、コイル7は角度θでコイル巻回部50に進入して巻回される。
また、実施形態1,2において、コイル7をトゥース(tooth)42の基端側であるコアセグメント41側に位置する第1鍔部51から巻き始める例について説明したが、特にこれに限定されず、トゥース(tooth)42の先端に位置する第2鍔部52から巻き始めてもよい。この場合は、第2鍔部52にコイル導入溝53が設けられることになる。また、コイル7が断面円形の巻線からなる例について説明したが、特にこれに限定されず、例えば、断面が四角形の巻線からなるコイル7であってもよい。また、コイル7の巻回方法については特に限定されず、一般的なノズル巻線方法やフライヤー巻線方法等を用いることができる。
また、インシュレータ5が、いわゆる分割タイプのインシュレータであり、トゥース(tooth)42の軸方向上下方向からそれぞれ装着される例を示したが、特にこれに限定されず、コイル巻回部50が筒形状であり、トゥース(tooth)42の全外周面を覆う一体構造であってもよい。例えば、ステータ4が、コアセグメント41に後からトゥース(tooth)42を装着する構造である場合は、この一体構造のインシュレータ5を用いてもよい。また、一つのトゥース(tooth)に上下から装着されるインシュレータ5,5は同じ形状でなくてもよい。コイル7が巻き始められる側に位置するインシュレータ5において、コイル導入溝53の形状が、実施形態1,2に示す形状であればよい。なお、一つのトゥース(tooth)に上下から装着されるインシュレータ5,5として同じ形状のものを用いることで、インシュレータ5の種類を少なくでき、製造コスト等を低減できる。
なお、コイル巻回部50の外周面50a,50bはそれぞれ、トゥース(tooth)42の軸方向上側面と略平行に設けられていてもよい。また、第1鍔部51の内面51aは、トゥース(tooth)42の軸方向上側面または軸方向下側面と直交する面を基準面として径方向外側に傾斜するように設けられていてもよい。
また、実施形態1,2におけるインシュレータ5は、コイル7が1層巻きの場合にも適用できることは言うまでもない。
また、上記実施形態1,2においては、本発明のインシュレータ5は、コアセグメント41のトゥース(tooth)42に装着し、コイル巻回部50にコイル7を巻き回して、ステータセグメント40aを構成する態様を説明したが、本発明のインシュレータ5を、円環状のステータコアのトゥース(tooth)の各々に装着し、コイル巻回部にコイルを巻き回す態様を採用しても良い。なお、ここで言う円環状のステータコアとは、電磁鋼板を円環状に打ち抜いた板体を積層して構成するものである。また、この円環状のステータコアは、複数の歯部(所謂、ティース(teeth))を有するものである。
また、上記実施形態1,2においては、コアセグメント41毎に一つの歯部(所謂、トゥース(tooth))を有する態様を説明したが、コアセグメント41毎に複数の歯部(所謂、ティース(teeth))を有する態様を採用しても良い。
また、上記実施形態1のモータ1は、インナーロータ型のモータに用いる場合について説明するものである。
また、図3に示すように、トゥース(tooth)42の先端(径方向内側の端部)には、凹状の溝を2つ具備する。この凹状の溝は、米国特許第6104117号明細書、特開平10−42531号公報等では、補助溝(supplemental grooves)とも呼称される。この補助溝の効果は、モータ1のロータ3の回転動作におけるコギングトルク及びトルクリップルを抑制し、モータの特性においては、低振動化・低騒音化等に寄与する。
また、本実施形態における巻線は、巻線用電線とも呼称され、市販されるものである。巻線又は巻線用電線の導体部には、不可避不純物を含む銅又はアルミニウムを含む。ここで、不可避不純物とは、製造工程中に、銅、アルミニウムへの混入が避けられない微量の不純物元素のことを意味する。銅の場合には、不可避不純物は、As、Bi、Sb、Pb、Fe、S、酸素などである。アルミニウムの場合には、不可避不純物は、Si、Mn、Ti、V、Zr、Fe、Cuなどである。巻線の導体部は、絶縁性樹脂による絶縁層にて被覆される。絶縁性樹脂は、例えば、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステルイミド、ポリエステルアミドイミド、ポリアミド、ポリヒダントイン、ポリウレタン、ポリアセタール、エポキシ樹脂等がモータ1の仕様に応じて適宜選択される。巻線の断面形状は、本実施形態における円形のほか、略正方形、略長方形など多様である。
また、本実施形態における磁石31の材料成分には、Sc、Y及びランタノイド系元素のうち少なくとも1種と、Fe又はFe及びCoと、Bとを含むものである。具体的には、磁石31は希土類焼結磁石であり、所謂、ネオジム焼結磁石又はネオジウム焼結磁石などと呼称されるものである。この希土類焼結磁石の表層には、防錆のための防錆膜(防錆層)を具備する。
本発明に係るインシュレータは、異なる線径のコイルの線径に対応して整列巻きコイルを実現することができるため、高効率が要求されるモータ等に適用する上で有用である。
1 モータ
2 シャフト
3 ロータ
4 ステータ
5 インシュレータ
6 絶縁紙
7 コイル
31 磁石
40 ステータコア
40a ステータセグメント
41 コアセグメント
41c ヨーク部
42 トゥース(tooth)
43 スロット
50 コイル巻回部
51 第1鍔部
51a 第1鍔部51の内面
52 第2鍔部
53 コイル導入溝
53a 第1溝部
53a1 第1溝部53aの入口部
53b 第2溝部
54 第1部分
54a 第1端部
55 第2部分
55a,55b コーナー部
56 第3部分
56a 第2端部
57 コイル係止部
57a 突起
57b 溝
U1〜W4 コイル
なお、以降の説明において、ティース(teeth:toothの複数型)又はトゥース(tooth)という用語を使い分けて記す。円環状のステータコアの中心方向に突出する複数の歯部は、ティース42(teeth:toothの複数型)と記す。また、ステータコア40の複数の歯部のうち、一つの歯部については、トゥース(tooth)42と記す。同じく、後述するコアセグメント41における、複数の歯部は、ティース42(teeth:toothの複数型)と記す。また、コアセグメント41における、複数の歯部のうち、一つの歯部については、トゥース(tooth)42と記す。ちなみに、前述の特許文献3、特許文献4などは、ティース(teeth:toothの複数型)及びトゥース(tooth)という語句の使い分けを記した公知文献である。

Claims (10)

  1. コアセグメントから突出するトゥース(tooth)の軸方向端面と少なくとも周方向両側面の一部とを覆い、コイルが巻回されるコイル巻回部と、該コイル巻回部のトゥース(tooth)基端側またはトゥース(tooth)先端側の一方に連続して設けられ、前記コイルを前記コイル巻回部に案内するコイル導入溝を有する第1鍔部と、前記コイル巻回部の前記トゥース(tooth)基端側または前記トゥース(tooth)先端側の他方に連続して設けられた第2鍔部とを備えたインシュレータであって、
    前記コイル導入溝は、前記第1鍔部における前記第2鍔部に対向する内面となす角度θが鋭角となるように延びる第1溝部を有していることを特徴とするインシュレータ。
  2. 請求項1に記載のインシュレータにおいて、
    前記コイル導入溝は、前記第1溝部に連続して前記第1溝部よりも径方向内側に位置する第2溝部をさらに有し、
    該第2溝部における径方向外側の側面と前記内面とのなす角度θ1は鋭角でかつ前記角度θ以下であることを特徴とするインシュレータ。
  3. 請求項1または2に記載のインシュレータにおいて、
    前記コイル導入溝に、前記コイルの巻き始め部分を係止するコイル係止部が設けられていることを特徴とするインシュレータ。
  4. 請求項3に記載のインシュレータにおいて、
    前記コイル係止部は、前記コイル導入溝の側面から突出する突起で構成され、
    該突起は、前記コイル導入溝に1つ以上設けられていることを特徴とするインシュレータ。
  5. 請求項3に記載のインシュレータにおいて、
    前記コイル導入溝は底部に向かうにつれて幅が狭くなる溝とされていて、該溝により前記コイル係止部が構成されていることを特徴とするインシュレータ。
  6. 請求項3ないし5のいずれか1項に記載のインシュレータにおいて、
    前記コイル係止部が、前記コイル導入溝の入口部に設けられていることを特徴とするインシュレータ。
  7. 請求項1ないし6のいずれか1項に記載のインシュレータを前記コアセグメントの前記トゥース(tooth)の軸方向端面の各々に具備し、前記インシュレータの前記コイル巻回部に、巻線からなるコイルが巻装されてなるステータセグメントを複数個備え、
    複数個の前記ステータセグメントを円環形状に接続し円環の径方向内側に前記トゥース(tooth)が突出する構成としたことを特徴とするステータ。
  8. 請求項7に記載のステータにおいて、
    前記コイルは前記コイル巻回部に整列巻きされてなることを特徴とするステータ。
  9. 請求項7または8に記載のステータにおいて、
    周方向に隣り合う前記トゥース(tooth)間が前記コイルを収容するスロットとして構成され、
    前記スロット内に、前記コアセグメント及び前記トゥース(tooth)と前記コイルとを絶縁する絶縁紙が、前記トゥース(tooth)の側面を覆うようにかつ、前記インシュレータの前記第1及び第2鍔部と軸方向で一部重なるように配置されていることを特徴とするステータ。
  10. 請求項7ないし9のいずれか1項に記載のステータと、
    該ステータの径方向内側に、前記ステータと所定の間隔をあけて配設された回転軸を含むロータと、を少なくとも備えることを特徴とするモータ。
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