WO2019058643A1 - 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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WO2019058643A1
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insulator
groove
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winding
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菱田　光起
博 米田
浩勝 国友
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an insulator around which a coil is wound, a stator provided with the same, and a motor.
  • Patent Document 1 discloses a configuration in which a step or an inclination is provided inside an end of a cylindrical body of an insulating coil bobbin on which a coil is wound or a ridge portion provided at both ends of the cylindrical body to realize an aligned winding coil. Proposed. Further, according to Patent Document 2, a holding groove for holding a wound coil is provided on a side surface of an insulator which is attached to a tooth and which insulates the coil from the tooth. An arrangement for realizing a coil is disclosed.
  • the above-mentioned insulator and coil bobbin are formed by molding a resin material using a mold.
  • the wire diameter and the number of turns of the coil are changed to adjust the current value etc. supplied to the coil to match the motor performance Often included.
  • the present invention has been made in view of the foregoing, and an object thereof is to provide an insulator capable of aligning wound coils even when the wire diameter of the coil is changed.
  • the insulator according to the present invention is provided with a coil introduction groove provided so that the coil obliquely enters the coil winding portion as viewed from the axial direction.
  • the insulator according to the present invention covers a coil end portion on which an axial end face of tooth (tooth) protruding from the core segment and at least a part of both side surfaces in the circumferential direction are wound,
  • a first ridge portion having a coil introduction groove provided continuously to one of a tooth proximal end side and a tooth tip end side of the coil winding portion and guiding the coil to the coil winding portion;
  • An insulator provided with a second ridge portion continuously provided on the tooth proximal end side of the coil winding portion or on the other end side of the tooth, wherein the coil introduction groove is It is characterized in that it has a first groove extending so that an angle ⁇ formed with an inner surface opposite to the second ridge in the first ridge becomes an acute angle.
  • the winding start portion of the coil can be aligned and wound around the coil winding portion, thereby realizing an alignment wound coil as a whole. it can.
  • the coil introduction groove further includes a second groove continuously located in the first groove and located radially inward of the first groove, and a side surface of the second groove in the radial direction and the inner surface
  • the angle ⁇ 1 is preferably an acute angle and not more than the angle ⁇ .
  • the angle at which the coil enters the coil winding portion can be reduced stepwise, and the coil can be wound further along the inner surface of the first ridge portion.
  • the coil introduction groove be provided with a coil locking portion that locks the winding start portion of the coil.
  • the coil locking portion is formed of a protrusion that protrudes from the side surface of the coil introduction groove, and the protrusion is provided one or more in the coil introduction groove.
  • the coil introduction groove may be a groove whose width becomes narrower toward the bottom, and the groove may be constituted by the groove, and the coil engagement portion may be formed at the inlet of the coil introduction groove. It is preferable to be provided.
  • the insulator is provided on each of axial end faces of the tooth of the core segment, and a coil formed of a winding is wound on the coil winding portion of the insulator.
  • a plurality of stator segments may be provided, and the plurality of stator segments may be connected in an annular shape, and the tooth may project radially inward of the annular ring.
  • the coil space factor in the stator can be increased.
  • the coil be aligned and wound around the coil winding portion.
  • a space between the teeth adjacent in the circumferential direction is configured as a slot for accommodating the coil, and an insulating paper for insulating the core segment and the tooth from the coil is provided in the slot as the tooth ( It is preferable to arrange
  • a motor according to the present invention comprises at least the above-described stator, and a rotor including a rotating shaft disposed radially inward of the stator at a predetermined distance from the stator.
  • the coil space factor in the stator can be increased, and the efficiency of the motor can be improved.
  • FIG. 2 is a top view of a motor according to Embodiment 1; It is an equivalent circuit schematic of the motor shown in FIG. It is a schematic diagram of a stator. It is a perspective view which shows the part enclosed with the broken line shown in FIG. It is the side view which looked at the structure shown to FIG. 4A from radial direction. It is the top view which looked at the structure shown to FIG. 4A from the axial direction. It is the side view which looked at the structure shown to FIG. 4A from the circumferential direction. It is the schematic diagram which looked at the principal part of the insulator which concerns on Embodiment 1 from the axial direction.
  • FIG. 1 shows a top view showing a motor according to this embodiment
  • FIG. 2 shows an equivalent circuit diagram of the motor shown in FIG. 1
  • FIG. 3 shows a schematic diagram of a stator
  • the stator 4 is a shaft 2
  • FIGS. 1 and 3 show a schematic diagram of a stator
  • the stator 4 is a shaft 2
  • FIGS. 1 and 3 illustrate a schematic diagram of some components and their functions.
  • the frame and the bus bar are not shown.
  • the insulator 5 is not shown.
  • the exterior body which accommodates the stator 4 is not shown in figure.
  • the shape of the exterior body is, for example, a cylinder made of metal, a substantially rectangular parallelepiped, a substantially rectangular parallelepiped, a polygonal columnar body or the like, and is appropriately selected according to the specification of the motor 1.
  • the components shown in the figure are also simplified.
  • the insulator 5 shown in FIG. 1 is partially different from the actual shape, and coils U1 to W4 shown in FIG. 3 and their lead terminals 71, 71 ⁇ ⁇ ⁇ Is very different from the actual shape.
  • the symbol + indicates the winding start of the coil
  • the symbol ⁇ indicates the winding end of the coil.
  • the longitudinal direction of the shaft 2 may be referred to as an axial direction
  • the radial direction of the stator 4 may be referred to as a radial direction
  • the circumferential direction of the stator 4 may be referred to as a circumferential direction.
  • the side on which the lead terminals 71 of the coils U1 to W4 are provided is referred to as "upper” and the opposite side is referred to as “lower”
  • the center side of the stator 4, that is, the shaft 2 and The side on which the rotor 3 is provided may be referred to as "inside” and the opposite side, that is, the side of the stator core 40 as "outside”.
  • the lamination direction of the magnetic steel sheets to be described later and the above axial direction are the same direction and are synonymous.
  • teeth plural type of teeth
  • tooth The plurality of teeth projecting in the center direction of the annular stator core is referred to as teeth (a plurality of teeth). Further, among the plurality of teeth of the stator core 40, one tooth is described as a tooth 42. Similarly, a plurality of teeth in the core segment 41 described later are described as teeth (plural types of teeth). Further, one tooth portion of the plurality of tooth portions in the core segment 41 is described as a tooth 42.
  • Patent Document 3 and Patent Document 4 etc. are known documents describing the usage of the words teeth (a plurality of types of teeth) and teeth.
  • the motor 1 includes a rotor 3 having a shaft 2 which is a rotation shaft of the motor 1, a stator 4 and coils U1 to W4 inside an outer body (not shown).
  • the rotor 3 is provided in contact with the outer periphery of the shaft 2 and includes magnets 31, 31... In which N poles and S poles are alternately arranged along the outer peripheral direction of the shaft 2 to face the stator 4 .
  • a neodymium magnet is used as the magnet 31 used for the rotor 3.
  • the material, shape, and material of the neodymium magnet can be appropriately changed according to the output of the motor.
  • the rotor 3 is disposed radially inward of the stator 4 at a constant distance from the stator 4.
  • the stator 4 is a cylindrical body configured by connecting a plurality of stator segments 40a in an annular shape.
  • the insulator 5 is attached to each tooth 42 of the core segment 41 from the upper and lower end faces in the axial direction, and an insulator such as insulating paper 6 is attached between the insulators 5.
  • a winding is wound on a coil winding portion 50 of the insulator 5 and an arrangement portion of an insulator such as the insulating paper 6 to form, for example, a coil U1.
  • the external appearance of the stator segment 40a configured as described above is a columnar body having a substantially sectoral cross-sectional shape.
  • the stator 4 and the stator segment 40a have teeth 42, 42, ... projecting radially inward from the inner circumferences of the core segments 41, 41, ... and the core segments 41, 41, ... respectively.
  • the core segment 41 is formed by punching a magnetic steel sheet containing silicon or the like as a core segment sheet which forms a part of a substantially annular stator core sheet. It is a layered product which laminated this board (core segment sheet) in multiple layers.
  • the appearance of the core segment 41 configured as described above is a columnar body having a cross-sectional shape that is a piece-like shape that constitutes a part of a substantially annular stator core sheet.
  • the stacking direction of the plate is a normal direction to the plate surface of the plate.
  • the core segment 41 has a yoke portion 41c and a tooth 42 projecting from a substantially central portion of the yoke portion 41c.
  • the core segment 41 has a recess 41a formed on one side of the yoke portion 41c located in the circumferential direction, and a protrusion 41b formed on the other side. Both the recess 41a and the protrusion 41b have an axis in each side. It is formed extending in the entire direction. Focusing on one core segment 41, the convex portion 41b of the core segment 41 adjacent in the circumferential direction fits into the concave portion 41a of the core segment 41, and the convex portion 41b of the core segment 41 extends in the circumferential direction. On the other hand, they are fitted and connected to the recesses 41 a of the adjacent core segments 41. The core segments 41, 41,... Adjacent to each other in the circumferential direction are fitted and connected as described above to form an annular stator core 40.
  • the core segments 41, 41,... are connected to form an annular stator core 40, so that teeth 42 are equally spaced along the inner periphery of the stator core 40. , 42 are arranged. Further, the intervals between the teeth 42, 42, ... adjacent in the circumferential direction constitute slots 43, 43, ....
  • stator 4 has 12 coils U1 to W4, and these coils are provided with teeth 42, 42, ... through insulators 5 and insulating paper 6 (see FIGS. 4A to 4D). And mounted in the respective slots 43, 43,... When viewed from the axial direction.
  • coils U1 to W4 are formed of a winding having a circular cross section made of a metal material such as copper with an insulating coating applied on the surface, and wound in an array around insulators 5, 5. It is wound by multilayer winding.
  • “circular” means “circular” including processing tolerance of the winding and deformation of the winding when wound around the tooth 42, and the same applies to the following description. Further, in the following description, when one of the coils U1 to W4 is taken up to describe a structure or the like without specifying the coil U1 to W4, the coil 7 is called.
  • the coils U1 to U4, V1 to V4, and W1 to W4 are connected in series, and three phases of U, V, and W phases are star-connected.
  • three U-, V- and W-phase currents having a phase difference of 120 ° in electrical angle with each other are supplied to coils U1 to U4, V1 to V4 and W1 to W4, respectively, and excited to generate a rotating magnetic field.
  • a torque is generated in the rotor 3 by the rotating magnetic field, and the shaft 2 is supported by a bearing (not shown) and rotated.
  • the number of magnetic poles of the rotor 3 is ten in total: five N poles and five S poles facing the stator 4 and the number of slots 43 is twelve, but in particular The present invention is not limited to the above, and may be applied to other combinations of the number of magnetic poles and the number of slots.
  • [Configuration of main part of core segment and insulator] 4A to 4D respectively show a perspective view of a portion surrounded by a broken line in FIG. 1, a side view seen from the radial direction, a top view seen from the axial direction, and a side view seen from the circumferential direction. Note that the illustration of the coil 7 is omitted in FIGS. 4A to 4D for the convenience of description. Further, the insulating paper 6 sandwiched and attached between the insulator 5 and the core segment 41 and the tooth 42 is also illustrated, but shows the state before being folded so as to be accommodated in the slot 43. .
  • insulators 5 having the same shape are respectively attached to the teeth 42 projecting from one core segment 41 from the upper and lower end faces in the axial direction. Insulating paper 6 is sandwiched between the segments 41 and teeth 42 and the insulator 5. Thus, the insulator 5 is provided so as to cover the axial direction both end surfaces of the tooth 42 and the portions near the both end surfaces.
  • the insulator 5 is an insulating member formed by molding an insulating resin material, and a coil winding portion 50 on which the coil 7 (see FIG. 5B) is wound and a first portion formed at one end of the coil winding portion 50. It has a collar 51 and a second collar 52 formed at the other end.
  • the first collar 51 is mounted on the core segment 41 side
  • the second collar 52 is mounted on the tip of a tooth 42 located radially inward of the stator 4.
  • the coil introduction groove 53 is formed in the first collar portion 51, and when the coil is wound around the coil winding portion 50, the winding constituting the coil 7 is the coil introduction groove 53.
  • the winding start portion is guided to the coil winding portion 50 in contact with the inner surface 51a (hereinafter referred to as the inner surface 51a of the first collar portion 51) facing the second collar portion 52 in the first collar portion 51.
  • the winding start portion of the coil 7 refers to the vicinity of the first turn of the first layer coil wound around the coil winding portion 50 in the coil 7.
  • the outer peripheral surface 50a covering each end surface in the axial direction of the tooth 42 and the other insulator 50b are respectively connected from the first collar 51 to the second collar 52 It is an inclined surface which is monotonously inclined so that the height from the axially upper side surface or the axially lower side surface of the tooth (tooth) 42 becomes higher. Further, among the outer peripheral surfaces of the coil winding portion 50, surfaces 50c, 50d that cover both circumferential end surfaces of the tooth 42 are formed to be orthogonal to the axial upper surface of the tooth 42. ing.
  • orthogonal means “orthogonal” including the processing tolerance of the insulator 5, the processing tolerance of the tooth 42, and the assembly tolerance when the insulator 5 is mounted on the tooth 42
  • parallel means “parallel” including the processing tolerance of the insulator 5 and the assembly tolerance at the time of mounting the insulator 5 on the tooth 42, and the same applies to the following description.
  • the inner surface 51 a of the first flange portion 51 is a surface provided parallel to a surface orthogonal to the axial upper side surface or the axial lower surface of the tooth 42.
  • the coil introduction groove 53 extends radially inward of the first groove portion 53a continuously with the first groove portion 53a extending to form an angle ⁇ ( ⁇ is an acute angle) with the inner surface 51a of the first flange portion 51 and the first groove portion 53a. And a second groove 53b located (see FIGS. 5A and 5B). The structure of the coil introduction groove 53 will be described in detail later.
  • the insulator 5 has a function of electrically insulating the core segment 41 and the teeth 42 and the coil 7 together with the insulating paper 6. Further, the insulator 5 has a function of stably maintaining the alignment winding of the coil 7 described later.
  • the insulating paper 6 is impregnated with, for example, an insulating oil, and covers the first and second flanges 51 and 52 of the insulator 5 and the shaft so as to cover both side surfaces of the tooth 42 in the circumferential direction. It is disposed to partially overlap in the direction.
  • the insulating papers 6, 6... are bent so as to cover the insides of the slots 43, 43.
  • the core segment 41 and the tooth 42 and the coil 7 can be electrically isolated from each other, and the core segment 41 and the tooth 42 adjacent in the circumferential direction can be electrically isolated.
  • FIG. 5A is a schematic view of the main part of the insulator according to this embodiment as viewed from the axial direction
  • FIG. 5B is a schematic view of the main part of the insulator around which a coil is wound, as viewed from the axial direction.
  • the insulator 5 shown in FIGS. 5A and 5B is the same as that shown in FIGS. 4A to 4D, the structure of the insulator 5 is simplified and shown in FIGS. 5A and 5B for the convenience of description.
  • the 2nd groove part 53b is comprised so that the side surface of a radial direction outer side and the inner surface 51a of the 1st collar part 51 may make angle (theta) 1 seeing from an axial direction.
  • the angle ⁇ 1 is an acute angle and ⁇ 1 is less than or equal to ⁇ .
  • first flange portion 51 of the insulator 5 has a first portion 54 and a second portion 55 in the portion excluding the first groove portion 53a and the second groove portion 53b when viewed from the axial direction.
  • the radially inner side surface constitutes a part of the inner surface 51a of the first flange 51, and the radially outer side surface constitutes one side surface of the first groove 53a. That is, when viewed from the axial direction, the first portion 54 is located between the first groove 53 a and the coil winding portion 50.
  • the first end 54 a of the first portion 54 is located at the open end of the first groove 53 a on the second ridge 52 side, and is opposed to the second portion 55.
  • the radially inner side surface of the second portion 55 constitutes a radially outer side surface of the first groove portion 53a and the second groove portion 53b. That is, when viewed from the axial direction, the second portion 55 is located between the second introduction groove 53 b and the coil winding portion 50. Further, on the radially inner side surface of the second portion 55, the corner portion 55a is at the boundary between the first groove 53a and the second groove 53b, and the boundary between the second groove 53b and the inner surface 51a of the first flange 51.
  • the corner portions 55b are respectively provided on the
  • the coil 7 is accommodated in the coil introduction groove 53 and is further guided by the coil winding portion 50.
  • the first groove 53a when viewed from the axial direction, in the first groove 53a, it is guided so as to form an angle ⁇ with the inner surface 51a of the first flange 51, and coiling is performed from the boundary between the first groove 53a and the second groove 53b. Abuts the corner portions 55a and 55b of the second portion 55 toward the winding portion 50, and makes an angle ⁇ 1 with the inner surface 51a of the first flange portion 51 along the radially outer side surface of the second groove 53b. It is guided by the coil winding unit 50.
  • the insulator 5 according to the present embodiment is configured such that the first groove portion 53a of the coil introduction groove 53 and the inner surface 51a of the first flange portion 51 form an acute angle ⁇ . 7 can be easily wound along the inner surface 51a of the first flange portion 51, and the winding disorder of the winding start portion of the coil 7 can be suppressed, and the coil 7 of aligned winding can be easily obtained. Also, even when the wire diameter of the coil 7 is changed, the aligned winding coil 7 can be easily obtained.
  • the insulator 5 according to the present embodiment is useful when the coil 7 of n-layer winding (n is an integer of 2 or more) is aligned.
  • the insulator It is not necessary to change the width and the inclination angle of the step provided in the above, and the manufacturing cost of the insulator 5 can be suppressed.
  • one type of insulator 5 can be used, and various motors can be developed. Development costs can be reduced.
  • the present embodiment it is possible to suppress the deformation and movement of the coil 7 at the winding start portion and to prevent the winding disorder, and the coil 7 of the aligned winding can be easily obtained.
  • FIG. 6A shows a schematic view of a main part of an insulator for comparison, in which a coil is wound, as viewed from the axial direction
  • FIG. 6B shows a main part of another insulator for comparison, as viewed from the axial direction Figure shows.
  • the coil 7 tends to be deformed radially inward at the boundary portion guided from the coil introduction groove 53 to the coil winding portion 50. This is because the winding direction of the coil 7 largely changes at the boundary portion. When such a deformation occurs, the winding start portion of the coil 7 is not aligned with the coil winding portion 50 and wound, and the aligned winding of the coil 7 can not be realized.
  • the deformation of the coil 7 at the boundary portion described above is less likely to occur.
  • the coil 7 is wound so as to eliminate the gap for each winding in the step of winding the coil 7 in the orderly winding by the coil winding portion 50, the winding start portion of the coil 7 is directed radially outward. Power is added. Therefore, the winding start portion of the coil 7 is deformed toward the inner side of the coil introduction groove 53, that is, radially outward, and the winding start portion of the coil 7 is distorted similarly to the case shown in FIG. 6A. As a result, the coil is not wound in alignment with the coil winding portion 50, and the alignment winding of the coil 7 can not be realized.
  • the coil 7 approached with respect to the coil winding part 50 diagonally, without changing the width
  • the first groove 53a when viewed from the axial direction, makes an angle ⁇ with the inner surface 51a of the first flange 51, and the side surface of the second groove 53b radially outward is the first It is configured to form an angle ⁇ 1 ( ⁇ ⁇ ) with the inner surface 51 a of the first collar portion 51.
  • ⁇ 1 ⁇ 1 ( ⁇ ⁇ )
  • the angle at which the coil 7 enters the coil winding portion 50 can be reduced stepwise, and the coil 7 can be further wound along the inner surface 51 a of the first flange portion 51.
  • the deformation of the coil 7 is suppressed by coming into contact with the corner portion 55 a of the second portion 55.
  • the alignment of the winding start portion of the coil 7 can be enhanced, and the coil 7 of alignment winding can be easily obtained.
  • FIG. 7 is a schematic view of main parts of another insulator according to the present embodiment as viewed from the axial direction.
  • the first and second groove portions 53a, 53b in the radial direction are arranged as shown in FIGS. It may be provided to be symmetrical.
  • the first flange portion 51 of the insulator 5 has the second portion 55 and the third portion 56 in the portion excluding the first groove portion 53a and the second groove portion 53b when viewed from the axial direction.
  • the radially inner side surface constitutes a part of the inner surface 51a of the first flange 51, and the radially outer side surface constitutes one side surface of the first groove 53a. That is, as viewed in the axial direction, the third portion 56 is located between the first groove 53 a and the coil winding portion 50. The second end 56 a of the third portion 56 is located at the open end of the second groove 53 b on the second ridge 52 side.
  • the insulating paper 6 covers the insulator 5 and the tooth 42 so as to partially overlap the first and second flanges 51 and 52 of the insulator 5 in the axial direction, respectively. It is arranged.
  • the first and second groove portions 53 a and 53 b are provided such that the coil 7 obliquely enters the coil winding portion 50, the coil 7 is avoided except the insulating paper 6.
  • the insulator 5 according to the present embodiment to, for example, the stator 4 of the motor 1 shown in FIG. 1, alignment winding of the coil 7 can be achieved, and a dead space in which the coil 7 in the coil winding unit 50 is not wound. Can be reduced. By this, the space factor of the coil 7 in the slot 43 can be increased, and the efficiency of the motor 1 can be improved.
  • Second Embodiment In order to realize the alignment winding of the coil 7, it is also important to fix the winding start portion of the coil 7 to suppress the deformation or movement of the winding start portion.
  • FIG. 8 is a schematic view of the main part of the insulator according to this embodiment as viewed from the axial direction, and a coil engagement portion 57 is provided in the coil introduction groove 53.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of a first groove portion of another insulator according to the second embodiment, which corresponds to the cross section along line IX-IX in FIG. 5A.
  • the structure of the insulator 5 is simplified and shown in figure in FIG.8, 9 for convenience of explanation.
  • a projection 57 a that protrudes into the groove from the side surface of the first groove 53 a is formed as a coil engagement portion 57.
  • the projection length of the projection 57a in the circumferential direction can be determined from the width of the first groove 53a and the wire diameter of the coil 7, and is adjusted to such an extent that the coil 7 is not deformed excessively.
  • the protrusions 37a may be provided at one or more locations on the side surface of the first groove 53a.
  • the projections 57a are provided on both side surfaces or the projections 57a are provided at a plurality of places, the winding start portion of the coil 7 can be more reliably engaged with the insulator 5.
  • the coil locking portion 57 can be configured by forming the first groove portion 53a as a groove 57b in a tapered shape so that the width becomes narrower toward the bottom portion.
  • the entire region of the first groove 53a may be tapered, but only a portion may be tapered.
  • the winding start portion of the coil 7 can be reliably engaged with the insulator 5 as described above.
  • the inlet part 53a1 points out the edge part of the radial direction outer side of the 1st groove part 53a.
  • the corner portion 55a of the second portion 55 has been described as being located radially outward of the inner surface 51a of the first flange portion 51 as viewed from the axial direction, but this is the same as the inner surface 51a. It may be in position. In that case, the coil 7 enters the coil winding unit 50 at an angle ⁇ and is wound.
  • the coil 7 starts to be wound from the first ridge portion 51 located on the core segment 41 side which is the base end side of the tooth 42, but is not particularly limited thereto. , And may start from the second ridge 52 located at the tip of the tooth 42. In this case, the coil introduction groove 53 is provided in the second flange 52.
  • the coil 7 is formed of a winding having a circular cross section
  • the invention is not particularly limited thereto.
  • the coil 7 having a square cross section may be used.
  • the coil winding part 50 is cylindrical shape And may be an integral structure covering the entire outer circumferential surface of the tooth 42.
  • the insulator 5 having this integrated structure may be used.
  • the insulators 5 and 5 mounted on the top of one tooth may not have the same shape.
  • the shape of the coil introduction groove 53 may be the shape shown in the first and second embodiments.
  • the kind of insulator 5 can be decreased by using the thing of the same shape as insulators 5 and 5 with which one tooth (tooth) is mounted from the upper and lower sides, and a manufacturing cost etc. can be reduced.
  • the outer circumferential surfaces 50 a and 50 b of the coil winding portion 50 may be provided substantially parallel to the axial upper surface of the tooth 42. Further, the inner surface 51 a of the first flange 51 may be provided so as to be inclined radially outward with a surface orthogonal to the axial upper surface or the axial lower surface of the tooth 42 as a reference surface.
  • the insulator 5 in the first and second embodiments can also be applied to the case where the coil 7 is wound in one layer.
  • the insulator 5 of the present invention is mounted on the tooth 42 of the core segment 41, and the coil 7 is wound around the coil winding portion 50 to form the stator segment 40a.
  • the embodiment has been described, an embodiment may be adopted in which the insulator 5 of the present invention is attached to each tooth of the annular stator core and the coil is wound around the coil winding portion.
  • the annular stator core said here is comprised laminating
  • the annular stator core has a plurality of teeth (so-called teeth).
  • the motor 1 of the said Embodiment 1 demonstrates the case where it uses for a motor of an inner-rotor type
  • two concave grooves are provided at the tip (radially inner end) of the tooth 42.
  • the concave grooves are also referred to as supplemental grooves in, for example, US Pat. No. 6,104,117 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-42531.
  • the effect of the auxiliary groove suppresses cogging torque and torque ripple in the rotational operation of the rotor 3 of the motor 1, and contributes to the reduction of vibration and noise in the characteristics of the motor.
  • the winding in the present embodiment is also referred to as a winding wire and is commercially available.
  • the conductor portion of the winding or the wire for winding includes copper or aluminum containing unavoidable impurities.
  • the unavoidable impurities mean a trace amount of impurity elements which can not be avoided to be mixed into copper and aluminum during the manufacturing process.
  • unavoidable impurities include As, Bi, Sb, Pb, Fe, S, oxygen and the like.
  • unavoidable impurities are Si, Mn, Ti, V, Zr, Fe, Cu and the like.
  • the conductor portion of the winding is covered with an insulating layer of insulating resin.
  • the insulating resin for example, a polyimide, a polyamideimide, a polyesterimide, a polyesteramide imide, a polyamide, a polyhydantoin, a polyurethane, a polyacetal, an epoxy resin and the like are appropriately selected according to the specification of the motor 1.
  • the cross-sectional shape of the winding may be various, such as approximately square or approximately rectangular.
  • the material component of the magnet 31 in the present embodiment contains at least one of Sc, Y and lanthanoid elements, Fe or Fe and Co, and B.
  • the magnet 31 is a rare earth sintered magnet, and is so-called neodymium sintered magnet or neodymium sintered magnet or the like.
  • the surface layer of the rare earth sintered magnet is provided with a rust prevention film (rust prevention layer) for rust prevention.
  • the insulator according to the present invention can realize an aligned winding coil corresponding to the wire diameter of a coil having a different wire diameter, and therefore is useful for application to a motor or the like that requires high efficiency.
  • Reference Signs List 1 motor 2 shaft 3 rotor 4 stator 5 insulator 6 insulating paper 7 coil 31 magnet 40 stator core 40 a stator segment 41 core segment 41 c yoke portion 42 tooth (tooth) 43 slot 50 coil winding portion 51 first ridge portion 51a inner surface of first ridge portion 51 second ridge portion 53 coil introduction groove 53a first groove portion 53a1 inlet portion 53b of first groove portion 53a second groove portion 54 first portion 54a First end 55 Second portion 55a, 55b Corner portion 56 Third portion 56a Second end 57 Coil locking portion 57a Protrusion 57b Groove U1 to W4 Coil

Landscapes

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  • Power Engineering (AREA)
  • Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

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

インシュレータ及びそれを備えたステータ、モータ
　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

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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