WO2019142693A1 - 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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WO2019142693A1
WO2019142693A1 PCT/JP2019/000189 JP2019000189W WO2019142693A1 WO 2019142693 A1 WO2019142693 A1 WO 2019142693A1 JP 2019000189 W JP2019000189 W JP 2019000189W WO 2019142693 A1 WO2019142693 A1 WO 2019142693A1
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coil
insulator
stator
winding
tooth
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PCT/JP2019/000189
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English (en)
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菱田　光起
浩勝 国友
博 米田
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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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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/10—Applying solid insulation to windings, stators or rotors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/32—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation
    • H02K3/34—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation between conductors or between conductor and core, e.g. slot insulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure

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.
  • This invention is made in view of this point, The objective is to provide the insulator which can make a coil multilayer winding and alignment winding.
  • a protrusion is provided at a corner between the surface of the coil winding and the inner surface of the ridge, and the height from the surface of the coil winding is high.
  • the insulator according to the present invention covers the axial end face of the tooth projecting from the core segment and at least a part of both circumferential side faces, and a coil winding portion on which a coil consisting of a winding is wound and A first ridge portion continuously provided on one of a tooth base end side and a tooth tip end side of the coil winding portion and having a coil introduction groove for guiding the coil to the coil winding portion; and the coil winding An insulator comprising a second ridge portion continuously provided on the other of the tooth base end side and the tooth tip end side of the portion, wherein the surface of the coil winding portion and the inner surface of the first ridge portion or When a protrusion having a height H from the surface of the coil winding is H is formed at a corner between the second ridge and the inner surface of the coil, and r is a half value of the wire diameter of the coil.
  • the height H is 0.9r ( + Tan 30 °) and lies in the range of ⁇ H ⁇ 1.1r
  • the winding of each circumference can be positioned at the same height from the surface of the coil winding portion.
  • the multilayer wound coil can be reliably aligned.
  • the radial width of the protrusion be equal to the half value r of the wire diameter of the coil.
  • the first turn winding in the second layer of the coil can be reliably brought into contact with the inner surface of the first or second flange portion, and the position of the first turn winding can be fixed. This makes it possible to reliably align the multi-layered coil.
  • At least one of the tip end face and the side face of the protrusion may be flat or curved.
  • the curvature radius R of the curved surface is preferably longer than the half value r of the wire diameter of the coil.
  • the center of gravity of the first turn winding in the second layer of the coil can be reliably supported by the end face of the projection, and the first turn winding can be stably disposed on the end face.
  • the radial width of the protrusion may change in the axial direction, and the radial width may be equal to or more than half the radius r of the wire diameter at the tip end face of the protrusion.
  • the center of gravity of the first turn winding in the second layer of the coil can be reliably supported by the end face of the projection, and the first turn winding can be stably disposed on the end face.
  • the insulator is provided on each of axial end faces of the teeth of the core segment, and a stator segment formed by winding a coil formed of a winding around the coil winding portion of the insulator A plurality of the stator segments are connected in an annular shape, and the teeth project radially inward of the annular ring.
  • the coil space factor in the stator can be increased.
  • the coil is wound in multiple layers and aligned 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 covered in the slot so as to cover the side surface of the tooth And 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.
  • an alignment wound coil can be realized with a simple configuration.
  • FIG. 1 is a top view of a motor according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the motor shown in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic view of a stator.
  • FIG. 4A is a perspective view showing a portion surrounded by a broken line shown in FIG.
  • FIG. 4B is a side view of the structure shown in FIG. 4A as viewed in the radial direction.
  • FIG. 4C is a side view of the structure shown in FIG. 4A as viewed from the circumferential direction.
  • FIG. 5A is a schematic cross-sectional view of the main part of the insulator on which the coil according to the first embodiment is wound.
  • FIG. 5B is an enlarged view of a portion surrounded by a broken line in FIG. 5A.
  • FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of a main part of an insulator in which a coil is wound for comparison.
  • FIG. 7A is an enlarged cross-sectional view of a main part of an insulator in which a coil according to a modification is wound.
  • FIG. 7B is an enlarged cross-sectional view of the main part of another insulator on which a coil according to a modification is wound.
  • 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 drawings are also simplified.
  • the insulator 5 shown in FIG. 1 is partially different from the actual shape, and the coils U1 to W4 and their lead terminals 71 shown in FIG.
  • the shape of the is very different.
  • 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 side on which the rotor is provided may be referred to as "inside” and the opposite side, that is, the side of the stator core 40 may be referred to 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
  • the plurality of teeth projecting in the center direction of the annular stator core is referred to as teeth (a plurality of teeth).
  • teeth a plurality of teeth
  • one tooth is described as a tooth 42.
  • a plurality of teeth in the core segment 41 described later is referred to as teeth.
  • one tooth portion of the plurality of tooth portions in the core segment 41 is described as a tooth 42.
  • 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 includes a shaft 2 and magnets 31 in which N poles and S poles are alternately disposed along the outer peripheral direction of the shaft 2 so as 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 insulators 5 are respectively attached to the teeth 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 Windings are wound around the coil winding portion 50 and the arrangement portion of the insulator such as the insulating paper 6 (see FIGS. 4A to 4C) to constitute, for example, the 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 40 a have a plurality of core segments 41 and teeth 42 projecting radially inward from the inner circumferences of the core segments 41.
  • 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 annularly shaped stator core 40 is configured by the core segments 41 adjacent in the circumferential direction being fitted and connected as described above.
  • interval of the tooth 42 adjacent to the circumferential direction comprises the slot 43.
  • the stator 4 has 12 coils U1 to W4. These coils are attached to each tooth 42 through the insulator 5 and the insulating paper 6 (see FIGS. 4A to 4C). As viewed from the direction, they are disposed in each slot 43.
  • the coils U1 to W4 are each composed of a winding having a circular cross section made of a metal material such as copper with an insulating film applied on the surface, and wound in parallel with the insulator 5 by multilayer winding. It is done.
  • the multi-layer winding refers to a state in which the coil 7 is wound around the insulator 5 in a plurality of layers.
  • circuit 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.
  • FIGS. 4A to 4C respectively show a perspective view of a portion surrounded by a broken line in FIG. 1, and a side view seen from the radial direction and the circumferential direction. Note that the illustration of the coil 7 is omitted in FIGS. 4A to 4C 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, respectively.
  • the insulating paper 6 is sandwiched between the tooth 42 and the insulator 5.
  • the insulators 5 are provided so as to cover both axial end surfaces of the tooth 42 and 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. 5A) 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 the 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 surfaces 50a and 50b covering both end surfaces in the axial direction of the tooth 42 respectively extend in the axial direction of the tooth 42 from the first collar portion 51 toward the second collar portion 52. It is formed to be monotonously inclined so that the height from the upper side surface or the lower side surface in the axial direction is high. By doing so, it becomes easy to align the coil 7 with the coil winding portion 50. Further, among the outer peripheral surfaces of the coil winding portion 50, surfaces 50c, 50d covering both circumferential end surfaces of the tooth 42 are formed to be orthogonal to the axial upper end surface of the tooth 42, respectively.
  • the outer circumferential surfaces 50a to 50d may be referred to as the surface of the coil winding portion 50.
  • perpendicular means “perpendicular” including the processing tolerance of the insulator 5, the processing tolerance of the tooth 42, and the assembly tolerance when attaching the insulator 5 to the tooth 42
  • parallel means the insulator 5 It means “parallel” including the processing tolerance of and the assembly tolerance at the time of attaching the insulator 5 to the tooth 42, and the same applies to the following description.
  • the inner surface 51 a of the first flange 51 is a surface provided in parallel with a surface orthogonal to the axial upper end surface or the axial lower end surface of the tooth 42 and faces the first flange 51 of the second flange 52.
  • the inner surface 52a (hereinafter referred to as the inner surface 52a of the second flange 52) is a surface provided parallel to a surface orthogonal to the axial upper end surface or the axial lower end surface of the tooth 42.
  • a protrusion 54 is provided at a corner between the surface of the coil winding portion 50 and the inner surface 52 a of the second groove 52.
  • the protrusion 54 is integrally formed with the insulator 5. The structure of the protrusion 54 will be described in detail later.
  • the insulator 5 has a function to electrically insulate the core segment 41 and the tooth 42 from 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, so as to cover both side surfaces of the tooth 42 in the circumferential direction, and in the axial direction with the first and second flange portions 51, 52 of the insulator 5, respectively. It is arranged so as to partially overlap. Further, although not shown, the insulating paper 6 is folded so as to cover the inside of the slot 43 when assembling the motor 1. As a result, 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 shows a cross-sectional schematic view of the main part of the insulator on which the coil according to the present embodiment is wound
  • FIG. 5B shows an enlarged view of a portion surrounded by a broken line in FIG. 5A
  • FIG. Fig. 6 shows an enlarged cross-sectional view of the main part of the insulator in which the coil for the coil is wound.
  • the insulator 5 shown in FIGS. 5A and 5B is the same as that shown in FIGS. 4A to 4C, the structure of the insulator 5 is illustrated in a simplified manner for convenience of explanation.
  • FIG. 5A the part extended outside through the coil introducing groove 53 among the coil introducing groove 53 and the coil 7 is not shown.
  • a projection 54 is provided at a corner between the surface of the coil winding unit 50 and the inner surface 52a of the second flange 52. That is, the protrusion 54 is provided along the root of the second flange 52 to the outer peripheral surfaces 50 a to 50 d of the coil winding portion 50. Further, the height H of the protrusion 54 in the axial direction, that is, the height from the surface of the coil winding portion 50, so that the width W in the radial direction satisfies the relationship of equation (1). Are configured to satisfy the relationship of equation (2).
  • the winding which comprises the coil 7 forms an insulating film in the surface of the electric wire which consists of copper etc.
  • the wire diameter of the coil 7 means the wire diameter including the thickness of the insulating film. Accordingly, the wire diameter of the coil 7 is a value obtained by adding twice the thickness of the insulating film to the wire diameter of the electric wire, and the half value r is half the value thereof.
  • the two layers of the coil 7 from diagonally above the winding 71 L of the final periphery of the first layer of the coil 7
  • the winding 721 is in contact with the inner surface of the second collar portion while being wound around the coil winding portion 50, and the outer circumferential surface 50a of the coil winding portion 50.
  • the imaginary line connecting the center of the winding 71L and the center of the winding 721 makes 60 ° with respect to the reference plane and the winding 71L and the winding 721 Is placed.
  • the line connecting the centers of the windings 721 and 71L and the side surface 54c of the projection 54 extending perpendicularly from the outer circumferential surface 50a form 30 ° with the projection 54 and the windings 71L and 721.
  • a placement relationship is defined.
  • the center of the winding 721 and the center of the second winding of the second layer of the coil 7 are the reference plane (above). It will be located at the same height from the outer circumferential surface 50a). Further, the winding 721 and the winding 722 are disposed in contact with each other in the radial direction.
  • the insulator 5 covers the axial end face of the tooth 42 protruding from the core segment 41 and at least a part of both side surfaces in the circumferential direction, and the coil 7 formed of a winding is wound
  • a first winding portion having a coil winding portion 50 to be wound and a coil introduction groove 53 continuously provided on the base end side of the tooth 42 in the coil winding portion 50 and guiding the coil 7 to the coil winding portion 50 51 and a second flange 52 provided continuously on the tip end side of the tooth 42 in the coil winding part 50.
  • the insulator 5 has a projection 54 having a predetermined radial width W and an axial height H at a corner between the surface of the coil winding portion 50 and the inner surface 52a of the second flange 52. It is provided.
  • the radial width W and the axial height H are defined so as to satisfy the relationships of the above formulas (1) and (2).
  • the protrusion 54 does not satisfy the relationship of the above equation (2), the first turn winding 721 and the second turn winding are formed in the second layer of the coil 7.
  • a step is generated in the axial direction by the line 722. If such a level difference is present, for example, winding distortion may occur when the third layer of the coil 7 is wound, and the coil 7 may not be wound in alignment with the coil winding unit 50.
  • the insulator 5 When the coil 5 is wound around the coil winding portion 50, the insulator 5 according to the present embodiment has the above-described configuration.
  • the winding of each circumference is the surface of the coil winding portion 50. From the same height.
  • the insulator 5 according to the present embodiment by applying 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.
  • the first winding 721 in the second layer of the coil 7 is the inner surface 52 a of the second flange 52 And its position can be fixed.
  • multi-layer winding, in particular, three or more layers of coils 7 can be reliably aligned and wound.
  • the winding of each circumference is positioned at the same height from the surface of coil winding portion 50.
  • the relationship of equation (1) may not necessarily hold.
  • the relationship of Formula (2) is materialized including the process tolerance of the projection part 54, and the process tolerance of the coil 7.
  • FIG. That is, in the equation (2), the right side and the left side may not have completely the same value.
  • the height H may be within a predetermined range.
  • the range of the height H depends on the wire diameter 7 of the coil 7.
  • the wire diameter of the coil 7 also includes the thickness of the insulating film.
  • a metal material such as copper constituting the electric wire of the coil 7 is unlikely to be plastically deformed, but since the insulating coating is made of nylon, acrylic or the like, its thickness changes when pressure or the like is applied. Therefore, the thickness of the insulating film changes due to the force applied in the winding operation of the coil 7, the pressure in the case where the coil 7 is laminated in multilayer winding, and the like, and the wire diameter of the coil 7 changes accordingly. Since the thickness of the insulating coating is about 10% of the wire diameter of the coil 7, the allowable range of the wire diameter r of the coil 7 shown in the formula (3) is set in consideration of the amount of deformation.
  • the relationship between the equations (3) and (4) can be corrected by the wire diameter of the coil 7, the thickness of the insulating film, the number of layers, and the like.
  • FIG. 7A shows an enlarged cross-sectional view of the main part of the insulator on which the coil according to the present modification is wound
  • FIG. 7B shows an enlarged cross-sectional view of the main part of another insulator on which the coil is wound.
  • the tip end surface 54b of the protrusion 54 may be a curved surface that curves downward. Also in this case, by setting the height in the axial direction of the portion where the protrusion 54 supports the winding 721 to be the height H described above, in the second layer of the coil 7, the winding of each circumference is
  • the multi-layer winding, in particular three or more layers of coils 7 can be aligned with one another, positioned at the same height from the surface of the coil winding 50.
  • the winding 721 is supported radially outside the center thereof, that is, on the side farther than the second flange 52
  • the center of gravity of the winding 721 can be reliably supported by the end surface 54b of the protrusion 54.
  • the winding 721 can be stably disposed on the tip end surface 54 b of the protrusion 54.
  • the side surface 54c of the protrusion 54 may be a curved surface that curves inward in the radial direction. Also in this case, by setting the height in the axial direction of the portion where the protrusion 54 supports the winding 721 to be the height H described above, in the second layer of the coil 7, the winding of each circumference is
  • the multi-layer winding, in particular three or more layers of coils 7 can be aligned with one another, positioned at the same height from the surface of the coil winding 50.
  • the winding 71L By making the curvature radius R2 of the side surface 54c larger than the half value r of the wire diameter of the coil 7, the winding 71L can be made to abut on the side surface 54c, and the winding 71L can be positioned. Further, by setting the width A in the radial direction of the tip end surface 54b of the protrusion 54 to be equal to or more than the half value r of the wire diameter of the coil 7, the winding 721 is made larger than the second flange 52 as shown in FIG. 7A. The wire 721 can be stably disposed on the tip end surface 54b of the protrusion 54 while being supported on the far side.
  • the protrusion 54 can be prevented from expanding more than necessary in the radial direction.
  • the reduction of the winding area of the coil 7 in the winding unit 50 can be suppressed.
  • the shape of the protrusion 54 in particular, the radial width W and the axial height H may vary within a predetermined range.
  • the fluctuation range of the axial height H is as shown in the equations (3) and (4).
  • the width W in the radial direction it is preferable that the minimum value is a value taking into consideration the processing tolerance of the projection 54 and the processing tolerance of the coil 7 and the maximum value is preferably less than the wire diameter of the coil 7 In the case of a motor used with a wire diameter of 0.3 mm to 2.3 mm of the coil 7 used, the above-mentioned width W is acceptable in the range of 0.15 mm to 1.15 mm.
  • the protrusion 54 is provided at the corner between the surface of the coil winding portion 50 and the inner surface 52a of the second flange 52.
  • the protrusion 54 may be provided at the corner between the first ridge 51 and the inner surface 51 a.
  • the insulator 5 is what is called a division type insulator and showed the example mounted
  • the coil winding part 50 is cylindrical shape,
  • the integral structure which covers the whole outer peripheral surface of the tooth 42 may be sufficient.
  • the stator 4 has a structure in which the tooth 42 is attached to the core segment 41 later, the insulator 5 having this integrated structure may be used.
  • the insulators 5 mounted from the upper and lower sides of one tooth may not have the same shape.
  • the kind of insulator 5 can be decreased by using the thing of the same shape as insulator 5 with which one tooth is mounted from the upper and lower sides, and 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 end 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 end surface or the axial lower end surface of the tooth 42 as a reference surface.
  • the insulator 5 in the present embodiment may be applied.
  • the insulator 5 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. May be attached to each of the teeth 42 of the annular stator core, and the coil winding portion 50 may be wound with the coil 7.
  • the annular stator core said here is comprised laminating
  • the annular stator core has a plurality of teeth (so-called teeth).
  • the motor 1 in the above embodiment is described for use in an inner rotor type motor, it goes without saying that the insulator 5 of the present embodiment can be applied to another type of motor.
  • 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 said embodiment is also called an electric wire for winding, and is marketed.
  • 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 above embodiment includes at least one of Sc, Y and a lanthanoid element, 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 aligned winding and multilayer wound coils with a simple configuration, and therefore is useful for application to a motor or the like that requires high efficiency.

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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。コイル巻回部５０の表面と第２鍔部５２の内面５２ａとでの間のコーナー部に、コイル巻回部５０の表面からの高さがＨである突起部５４が形成されている。コイル７の線径の半値をｒとするとき、高さＨは、０．９ｒ（１＋ｔａｎ３０°）＜Ｈ＜１．１ｒ（１＋ｔａｎ３０°）の範囲にある。

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）にコイルが整列して巻回された状態である、いわゆ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
　特許文献１や２に開示された従来の構成では、径方向に関してコイルの巻回状態を調整することは可能であった。
　しかし、多層巻きのコイルを整列巻きとするためには、同じ層内でのコイルの巻線の位置、つまり、軸方向でのコイルの高さを合わせる必要があった。特に、コイルの２層目において、この高さが大きく異なるとコイルの巻き乱れが生じて整列巻きを実現できなくなるおそれがあった。
　本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、その目的は、コイルを多層巻きかつ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、コイル巻回部の表面と鍔部の内面との間のコーナー部に、突起部を設け、そのコイル巻回部の表面からの高さを規定するようにした。
　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、巻線からなる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基端側またはトゥース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基端側または前記トゥース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、前記コイル巻回部の表面と前記第１鍔部の内面または前記第２鍔部の内面との間のコーナー部に、前記コイル巻回部の表面からの高さがＨである突起部が形成されており、前記コイルの線径の半値をｒとするとき、前記高さＨは、０．９ｒ（１＋ｔａｎ３０°）＜Ｈ＜１．１ｒ（１＋ｔａｎ３０°）　の範囲にあることを特徴とする。
　この構成によれば、コイルの２層目において、各周の巻線をコイル巻回部の表面から同じ高さに位置させることができる。これにより、コイルの２層目における軸方向での巻き乱れを抑制して、多層巻き、特に３層以上のコイルを整列巻きにすることができる。
　前記高さＨは、Ｈ＝ｒ（１＋ｔａｎ３０°）の関係を満たすことが好ましい。
　この構成によれば、多層巻きのコイルを確実に整列させることができる。
　前記突起部の径方向の幅が前記コイルの線径の半値ｒと同じであることが好ましい。
　この構成によれば、コイルの２層目における１周目巻線を確実に第１または第２鍔部の内面に当接でき、当該１周目巻線の位置を固定することができる。このことにより、多層巻きのコイルを確実に整列させることができる。
　前記突起部の先端面及び側面の少なくとも一方は平面であってもよく、また、湾曲面であってもよい。前記突起部の先端面及び側面の少なくとも一方が前記湾曲面であるとき、前記湾曲面の曲率半径Ｒは前記コイルの線径の半値ｒよりも長いことが好ましい。
　この構成によれば、コイルの２層目における１周目巻線の重心を突起部の先端面で確実に支持して、当該１周目巻線を安定して先端面に配置することができる。
　前記突起部の径方向の幅は軸方向で変化しており、前記突起部の先端面において、径方向の幅は前記コイルの線径の半値ｒ以上であってもよい。
　この構成によれば、コイルの２層目における１周目巻線の重心を突起部の先端面で確実に支持して、当該１周目巻線を安定して先端面に配置することができる。
　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多層巻きかつ整列巻きされていることが好ましい。
　周方向に隣り合う前記トゥースの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と前記コイルとを絶縁する絶縁紙が、前記トゥース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の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、簡便な構成で整列巻きコイルを実現することができる。
図１は、本発明の実施形態１に係るモータの上面図である。 図２は、図１に示すモータの等価回路図である。 図３は、ステータの概略模式図である。 図４Ａは、図１に示す破線で囲まれた部分を示す斜視図である。 図４Ｂは、図４Ａに示す構造を径方向から見た側面図である。 図４Ｃは、図４Ａに示す構造を周方向から見た側面図である。 図５Ａは、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の断面模式図である。 図５Ｂは、図５Ａにおける破線で囲まれた部分の拡大図である。 図６は、比較のためのコイルが巻回されたインシュレータの要部の拡大断面図である。 図７Ａは、変形例に係るコイルが巻回されたインシュレータの要部の拡大断面図である。 図７Ｂは、変形例に係るコイルが巻回された別のインシュレータの要部の拡大断面図である。
　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、ティース及びトゥース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と、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とを含んでいる。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分（図４Ａ～図４Ｃ参照）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と、コアセグメント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４２が配置される。また、周方向に隣り合うトゥース４２の各間隔はスロット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４Ｃ参照）を介して各トゥース４２に対して装着され、軸方向から見て、各スロット４３内に配置されている。なお、図示しないが、コイルＵ１～Ｗ４は、表面に絶縁皮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に対して整列巻きかつ多層巻きで巻回されている。なお、多層巻きとは、インシュレータ５に対してコイル7が複数層巻回された状態をいう。また、「円形」とは巻線の加工公差やトゥース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。
　［ステータセグメントの要部の構成］
　図４Ａ～４Ｃは、図１における破線で囲まれた部分の斜視図、径方向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～４Ｃ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～４Ｃ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５Ａ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４２の軸方向の両端面各々を覆う外周面５０ａ，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させて形成している。このようにすることで、コイル巻回部５０に対してコイル７を整列巻きにすることが容易となる。また、コイル巻回部５０の外周面のうち、トゥース４２の周方向両端面を覆う表面５０ｃ，５０ｄは、それぞれ、トゥース４２の軸方向上端面に対して直交するように形成されている。なお、以降の説明において、上記の外周面５０ａ～５０ｄをコイル巻回部５０の表面と呼ぶことがある。また、「直交」とはインシュレータ５の加工公差やトゥース４２の加工公差、またインシュレータ５をトゥース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４２の軸方向上端面または軸方向下端面と直交する面と平行に設けられた面であり、第２鍔部５２における第１鍔部５１に対向する内面５２ａ（以下、第２鍔部５２の内面５２ａという）も同様に、トゥース４２の軸方向上端面または軸方向下端面と直交する面と平行に設けられた面である。
　インシュレータ５には、コイル巻回部５０の表面と第２溝部５２の内面５２ａの間のコーナー部に突起部５４が設けられている。突起部５４は、インシュレータ５と一体に形成されている。なお、突起部５４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は、それぞれ折り曲げられて、スロット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、本実施形態に係るコイルが巻回されたインシュレータの要部の断面模式図を示し、図５Ｂは、図５Ａにおける破線で囲まれた部分の拡大図を示し、図６は、比較のためのコイルが巻回されたインシュレータの要部の拡大断面図を示す。なお、図５Ａ，５Ｂに示すインシュレータ５は、図４Ａ～４Ｃに示すのと同じであるが、説明の便宜上、インシュレータ５の構造は簡略化して図示している。また、図５Ａにおいて、コイル導入溝５３及びコイル７のうちコイル導入溝５３を通って外部に延びる部分は図示を省略している。
　図５Ａ，５Ｂに示すように、コイル巻回部５０の表面と第２鍔部５２の内面５２ａとの間のコーナー部に突起部５４が設けられている。つまり、突起部５４は、第２鍔部５２の根元に沿ってコイル巻回部５０の各外周面５０ａ～５０ｄにかけて設けられている。また、突起部５４は、径方向の幅Ｗが式（１）の関係を満たすように、さらに、突起部５４の軸方向の高さＨ、つまり、コイル巻回部５０の表面からの高さが式（２）の関係を満たすように構成されている。
　Ｗ＝ｒ　（ｒはコイル７の線径の半値）　・・・（１）
　Ｈ＝ｒ（１＋ｔａｎ３０°）　・・・（２）
　なお、コイル７を構成する巻線は、銅等からなる電線の表面に絶縁皮膜を形成してなるのが一般的である。よって、コイル７の線径という場合には、絶縁皮膜の厚みも含めた線径をいう。従って、コイル７の線径は、電線の線径に絶縁皮膜の厚みの２倍を加えた値となり、半値ｒはその半分の値である。
　突起部５４の形状が上記式（１）、（２）の関係を満たすようにすることで、コイル７の１層目の最終周の巻線７１Ｌに対して、斜め上からコイル７の２層目の１周目の巻線７２１が当接する一方、巻線７２１は、第２鍔部の内面に当接してコイル巻回部５０に巻回されるとともに、コイル巻回部５０の外周面５０ａを基準面として、軸方向の断面視において、巻線７１Ｌの中心と巻線７２１の中心とを結ぶ仮想線が、当該基準面に対して６０°をなすように巻線７１Ｌと巻線７２１とが配置される。また、巻線７２１と７１Ｌの中心を結ぶ線と、外周面５０ａから垂直に延びて配置された突起部５４の側面５４ｃとが３０°をなすように突起部５４と巻線７１Ｌ，７２１との配置関係が規定される。
　突起部５４と巻線７１Ｌ，７２１とが上記の配置関係となることで、巻線７２１の中心とコイル７の２層目の２周目の巻線７２２の中心とは、上記の基準面（外周面５０ａ）から同じ高さに位置するようになる。また、巻線７２１と巻線７２２とは径方向で当接して配置されている。
　［効果等］
　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、コアセグメント４１から突出するトゥース４２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、巻線で構成されたコイル７が巻回されるコイル巻回部５０と、コイル巻回部５０におけるトゥース４２の基端側に連続して設けられ、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におけるトゥース４２の先端側に連続して設けられた第２鍔部５２とを備えている。
　また、インシュレータ５には、コイル巻回部５０の表面と第２鍔部５２の内面５２ａとの間のコーナー部に所定の径方向の幅Ｗと軸方向の高さＨを有する突起部５４が設けられている。また、コイル７の線径の半値をｒとするとき、径方向の幅Ｗと軸方向の高さＨとは上記の式（１）、（２）の関係を満たすように規定されている。一方、図６に示すように、突起部５４において、上記の式（２）の関係を満たしていない場合は、コイル７の２層目において、１周目の巻線７２１と２周目の巻線７２２とで軸方向に段差を生じてしまう。このような段差があると、例えば、コイル７の３層目を巻回するときに巻き乱れが生じて、コイル７をコイル巻回部５０に対して整列して巻き回せないおそれがあった。
　本実施形態のインシュレータ５は上記の構成を備えることにより、コイル巻回部５０にコイル７を巻回するとき、コイル７の２層目において、各周の巻線をコイル巻回部５０の表面から同じ高さに位置させることができる。これにより、コイル７の２層目における軸方向での巻き乱れを抑制して、多層巻き、特に３層以上のコイル７を整列巻きにすることができる。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。
　また、突起部５４の径方向の幅Ｗをコイル７の線径の半値ｒと同じ値にすることで、コイル７の２層目における１周目巻線７２１を第２鍔部５２の内面５２ａに当接させてその位置を固定することができる。このことにより、多層巻き、特に３層以上のコイル７を確実に整列巻きにすることができる。
　なお、図５Ｂに示す構成と図６に示す構成との比較から明らかなように、コイル７の２層目において、各周の巻線をコイル巻回部５０の表面から同じ高さに位置させるためには、式（１）の関係は必ずしも成立していなくてもよい。また、式（２）の関係は、突起部５４の加工公差やコイル７の加工公差も含んで成立している。つまり、式（２）において、右辺と左辺とは完全に同じ値でなくてもよい。例えば、式（３）に示すように、高さＨは所定の範囲内にあればよい。
　０．９ｒ（１＋ｔａｎ３０°）＜　Ｈ　＜１．１ｒ（１＋ｔａｎ３０°）　・・・（３）
　式（３）から明らかなように、高さＨの範囲は、コイル７の線径７に依存している。しかし、前述したようにコイル７の線径には、絶縁皮膜の厚みも含まれている。コイル７の電線を構成する銅等の金属材料は塑性変形し難いが、絶縁被膜はナイロン、アクリル等で構成されているため、圧力などが加わるとその厚みが変化する。よって、コイル７の巻線作業で加わる力やコイル７を多層巻きに積層した場合の圧力等により、絶縁皮膜の厚みが変化し、これに応じてコイル７の線径が変化する。絶縁被膜の厚さは、コイル７の線径の約１０％程度であることから、その変形量を考慮し式（３）に示すコイル７の線径ｒの許容範囲を設定している。
　また、高さＨを式（４）に示す範囲とすることで、より確実に、コイル７の２層目において、各周の巻線を同じ高さに揃えるようにすることができる。
　　０．９５ｒ（１＋ｔａｎ３０°）＜　Ｈ　＜１．０５ｒ（１＋ｔａｎ３０°）　・・・（４）
　なお、式（３）、（４）の関係は、コイル７の線径や絶縁被膜の厚さ、層数等によって修正されうる。
　＜変形例＞
　図７Ａは、本変形例に係るコイルが巻回されたインシュレータの要部の拡大断面図を示し、図７Ｂは、コイルが巻回された別のインシュレータの要部の拡大断面図を示す。
　図７Ａに示すように、突起部５４の先端面５４ｂは、下方に向かって湾曲する湾曲面であってもよい。この場合にも、突起部５４が巻線７２１を支持する箇所の軸方向の高さを上記の高さＨとなるようにすることで、コイル７の２層目において、各周の巻線をコイル巻回部５０の表面から同じ高さに位置させて、多層巻き、特に３層以上のコイル７を整列巻きにすることができる。なお、先端面５４ｂの曲率半径Ｒ１をコイル７の線径の半値ｒより大きくすることで、巻線７２１をその中心よりも径方向外側、つまり、第２鍔部５２よりも遠い側で支持して、巻線７２１の重心を突起部５４の先端面５４ｂで確実に支持することができる。このことにより、巻線７２１を安定して突起部５４の先端面５４ｂに配置することができる。
　また、図７Ｂに示すように、突起部５４の側面５４ｃは、径方向内側に向かって湾曲する湾曲面であってもよい。この場合にも、突起部５４が巻線７２１を支持する箇所の軸方向の高さを上記の高さＨとなるようにすることで、コイル７の２層目において、各周の巻線をコイル巻回部５０の表面から同じ高さに位置させて、多層巻き、特に３層以上のコイル７を整列巻きにすることができる。なお、側面５４ｃの曲率半径Ｒ２をコイル７の線径の半値ｒより大きくすることで、巻線７１Ｌを側面５４ｃに当接させることができ、巻線７１Ｌを位置決めすることができる。また、突起部５４における先端面５４ｂの径方向の幅Ａをコイル７の線径の半値ｒ以上とすることで、図７Ａに示すのと同様に、巻線７２１を第２鍔部５２よりも遠い側で支持して、巻線７２１を安定して突起部５４の先端面５４ｂに配置することができる。また、この場合に、突起部５４の底部における径方向の幅Ｂを先端面５４ｂの径方向の幅Ａ以下とすることで、突起部５４が径方向に必要以上に拡がるのを防止でき、コイル巻回部５０におけるコイル７の巻回領域の減少を抑制できる。
　また、以上の説明から明らかなように、突起部５４の形状、特に、径方向の幅Ｗと軸方向の高さＨとは、所定の範囲で変動していてもよい。軸方向の高さＨについての変動範囲は、式（３）、（４）に示したとおりである。また、径方向の幅Ｗについては、最小値は、突起部５４の加工公差やコイル７の加工公差を考慮した値とし、最大値は、コイル７の線径未満とすることが好ましく、主に使用されるコイル７の線径が０．３ｍｍ～２．３ｍｍで使用されるモータの場合、上記の幅Ｗは、０．１５ｍｍ～１．１５ｍｍの範囲で許容される。
　なお、変形例を含む実施形態において、コイル巻回部５０の表面と第２鍔部５２の内面５２ａとの間のコーナー部に突起部５４を設けたが、コイル巻回部５０の表面と第１鍔部５１の内面５１ａとの間のコーナー部に突起部５４を設けるようにしてもよい。
　（その他の実施形態）
　なお、変形例を含む上記実施形態において、コイル７をトゥース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４２の先端側に位置する第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、一つのトゥースに上下から装着されるインシュレータ５は同じ形状でなくてもよい。なお、一つのトゥースに上下から装着されるインシュレータ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４２の軸方向上端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４２の軸方向上端面または軸方向下端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、コイル７が１層巻きまたは２層巻きの場合に、本実施形態におけるインシュレータ５を適用してもよい。
　また、上記実施形態において、インシュレータ５をコアセグメント４１のトゥース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４２の各々に装着し、コイル巻回部５０にコイル７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、上記実施形態において、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。
　上記実施形態におけるモータ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が、別の種類のモータに対して本実施形態のインシュレータ５を適用できることは言うまでもない。
　また、図３に示すように、トゥース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、上記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、上記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、簡便な構成で整列巻きかつ多層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
５４　　突起部
５４ａ，５４ｂ　　突起部５４の先端面
５４ｃ　突起部５４の側面
７１Ｌ　コイル７の１層目の最終周巻線
７２１　コイル７の２層目の１周目巻線
７２２　コイル７の２層目の２周目巻線
Ｈ　　　突起部５４の軸方向の高さ
ｒ　　　コイル７の線径の半値
Ｒ１　　先端面５４ｂの曲率半径
Ｒ２　　側面５４ｃの曲率半径
Ｗ　　　突起部５４の径方向の幅
Ｕ１～Ｗ４　コイル

Claims (11)

  1. 　コアセグメントから突出するトゥース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、巻線からなる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基端側またはトゥース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基端側または前記トゥース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、
    　前記コイル巻回部の表面と前記第１鍔部の内面または前記第２鍔部の内面との間のコーナー部に、前記コイル巻回部の表面からの高さがＨである突起部が設けられており、
    　前記コイルの線径の半値をｒとするとき、前記高さＨは、
    　０．９ｒ（１＋ｔａｎ３０°）＜Ｈ＜１．１ｒ（１＋ｔａｎ３０°）　の範囲にあ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、
    　前記高さＨは、Ｈ＝ｒ（１＋ｔａｎ３０°）の関係を満たすことを特徴とするインシュレータ。
  3. 　請求項１に記載のインシュレータにおいて、
    　前記突起部の径方向の幅が前記コイルの線径の半値と同じであることを特徴とするインシュレータ。
  4. 　請求項１に記載のインシュレータにおいて、
    　前記突起部の先端面及び側面の少なくとも一方は平面であることを特徴とするインシュレータ。
  5. 　請求項１に記載のインシュレータにおいて、
    　前記突起部の先端面及び側面の少なくとも一方は湾曲面であることを特徴とするインシュレータ。
  6. 　請求項１に記載のインシュレータにおいて、
    　前記突起部の先端面及び側面の少なくとも一方は湾曲面である構成を含み、
    　前記湾曲面の曲率半径は前記コイルの線径の半値よりも長いことを特徴とするインシュレータ。
  7. 　請求項１に記載のインシュレータにおいて、
    　前記突起部の先端面及び側面の少なくとも一方は湾曲面である構成を含み、
    　前記湾曲面の曲率半径は前記コイルの線径の半値よりも長く、
    　前記突起部の径方向の幅は軸方向で変化しており、前記突起部の先端面において、径方向の幅は前記コイルの線径の半値以上であることを特徴とするインシュレータ。
  8. 　請求項１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、前記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が突出する構成としたことを特徴とするステータ。
  9. 　請求項１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、前記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が突出する構成を含み、
    　前記コイルは前記コイル巻回部に多層巻きかつ整列巻きされていることを特徴とするステータ。
  10. 　請求項１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、前記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が突出する構成を含み、
    　周方向に隣り合う前記トゥースの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と前記コイルとを絶縁する絶縁紙が、前記トゥース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。
  11. 　請求項１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、前記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が突出する構成を含むステータと、
    　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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