WO2019146451A1 - 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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WO2019146451A1
WO2019146451A1 PCT/JP2019/000941 JP2019000941W WO2019146451A1 WO 2019146451 A1 WO2019146451 A1 WO 2019146451A1 JP 2019000941 W JP2019000941 W JP 2019000941W WO 2019146451 A1 WO2019146451 A1 WO 2019146451A1
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WO
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coil
insulator
winding
stator
tooth
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PCT/JP2019/000941
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English (en)
French (fr)
Inventor
菱田 光起
博 米田
浩勝 国友
Original Assignee
パナソニックIpマネジメント株式会社
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Publication date
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00Details of windings
    • H02K3/46Fastening 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.
  • 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 protrusion extending from the surface of the coil winding portion near the exit of the coil introduction region, and the first and second turns in the first layer of the coil It was made to regulate the position of the line.
  • 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 region for guiding the coil to the coil winding portion; and the coil winding An insulator provided with 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 projection portion projecting from the surface of the coil winding portion is the coil It is characterized in that it is disposed near the exit of the introduction region and located between the first turn winding and the second turn winding in the first layer of the coil.
  • the coils can be aligned and wound by winding the first turn winding and the second turn winding around the coil winding portion without interfering with each other.
  • the insulator which provided the same projection part also with respect to the coil of a different wire diameter can be used, and the cost of an insulator can be reduced.
  • the projection be disposed across the bottom of the coil introduction region and the surface of the coil winding portion.
  • the position of the second winding can be appropriately defined, and the coil can be reliably aligned and wound.
  • the protrusions are disposed at predetermined intervals in a circumferential direction from a center line of the coil introduction region.
  • the side surfaces of the protrusion contact portions of the first turn winding and the second turn winding respectively with the first turn winding and the first turn winding and the second turn winding. It is preferable that the curved surface is convex toward the second turn winding.
  • the winding direction of the first turn winding and the angle at which the second turn winding is wound with respect to the coil winding portion can be set to desired values regardless of the shape of the protrusion. It can be reliably aligned winding.
  • the axial height of the protrusion be equal to or greater than the wire diameter of the coil and equal to or less than several times the wire diameter of the coil.
  • the coils can be reliably aligned and wound without the first and second turn windings moving to the opposite side beyond the protrusions.
  • 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 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 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.
  • FIG. 1 is a top view of a motor according to an embodiment.
  • 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 perspective view of the main part of the insulator according to an embodiment.
  • FIG. 5B is a schematic view of the insulator shown in FIG. 5A viewed from the axial direction.
  • FIG. 5A is a perspective view of the main part of the insulator according to an embodiment.
  • FIG. 5B is a schematic view of the insulator shown in FIG. 5A viewed from the axial direction.
  • FIG. 5A is
  • FIG. 5C is a schematic view of essential parts of an insulator around which a coil according to an embodiment is wound, viewed from the axial direction.
  • FIG. 6A is a schematic view of essential parts of an insulator around which a first coil for comparison is wound, viewed from the axial direction.
  • FIG. 6B is another schematic diagram of the main part of the insulator on which the first coil is wound for comparison, as viewed from the axial direction.
  • FIG. 6C is a schematic view of essential parts of an insulator around which a second coil for comparison is wound, viewed from the axial direction.
  • FIG. 6D is another schematic view of essential parts of the insulator on which the second coil for comparison is wound, viewed 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 illustration and description of some components and their functions are omitted.
  • 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”.
  • “left” and “right” in the circumferential direction may be determined.
  • 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.
  • stator 4 has 12 coils U1 to W4, and these coils are attached to each tooth 42 through insulator 5 and insulating paper 6 (see FIGS. 4A to 4D) 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 coating applied on the surface, and wound in a multilayer winding around the insulator 5 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.
  • the illustration of the coil 7 is omitted in FIGS. 4A to 4C for the convenience of description.
  • 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.
  • illustration of the projection part 54 mentioned later is abbreviate
  • 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. 5C) 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 region 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 region 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 an inclined surface that is monotonously inclined so that the height from the upper end surface or the lower end surface in the axial direction is high. 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. In the following description, the outer circumferential surfaces 50a to 50d may be referred to as the surface of the coil winding portion 50.
  • the surface of the coil winding part 50 is a smooth surface in which the groove
  • unevenness (not shown) generated when the insulator 5 is formed by a mold or the like remains.
  • the arithmetic mean roughness of the unevenness is, for example, about 0.25 ⁇ m to 0.3 ⁇ m.
  • the term “perpendicular” means “perpendicular” including the processing tolerance of the insulator 5, the processing tolerance of the tooth 42, and the assembly tolerance at the time of attaching the insulator 5 to the tooth 42. 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 portion 51 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.
  • the radially inner end of the coil introducing area 53 corresponds to the outlet 53a of the coil introducing area 53, and the coil 7 is wound around the coil winding portion 50 through the outlet 53a (see FIG. 5C).
  • the protrusion 54 is disposed near the outlet 53 a of the coil introduction region 53, and the protrusion 54 is disposed straddling the bottom of the coil introduction region 53 and the outer peripheral surface 50 a of the coil winding portion 50. Provided (see FIGS. 5A and 5B). The function and structure of the projection 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 perspective view of the main part of the insulator according to the present embodiment
  • FIG. 5B shows a schematic view of the insulator shown in FIG. 5A viewed from the axial direction
  • FIG. 5C shows the coil according to the present embodiment.
  • the schematic diagram which looked at the principal part of the wound insulator from the axial direction is shown.
  • the insulator 5 shown in FIGS. 5A to 5C is the same as that shown in FIGS. 4A to 4C, the structure of the insulator 5 is simplified and shown in FIGS. 5A to 5C for the convenience of description.
  • the protrusion 54 is disposed near the outlet 53 of the coil introduction area 53 which is the groove width W. Specifically, a protrusion 54 is disposed across a portion of the bottom of the coil introduction region 53 located in the vicinity of the outlet 53 a and the outer peripheral surface 50 a of the coil winding portion 50.
  • the protrusion 54 is a substantially cylindrical resin member integrally formed when the insulator 5 is formed. Seen from the axial direction, the protrusion 54 is circumferentially defined from an imaginary line (hereinafter simply referred to as the center line C of the coil introduction region 53), the center of which passes through the circumferential center of the coil introduction region 53. Are spaced apart from each other.
  • the above-mentioned predetermined interval is appropriately changed depending on the wire diameter and rigidity of the coil 7, the width of the coil introduction region 53, and the like. Further, it is positioned so as to protrude from the outlet 53 a of the coil introduction area 53 to the outer peripheral surface 50 a of the coil winding portion 50 by a predetermined length L. However, for the predetermined length L, the half value r of the wire diameter of the coil 7 is the upper limit value. As apparent from FIG.
  • the predetermined length L is equal to the half value r of the wire diameter of the coil 7 If it exceeds, the second turn winding 712 is separated from the inner surface at the first collar portion 51, and there is a possibility that the winding of the coil 7 may occur.
  • 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. Therefore, 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.
  • the diameter D and the axial height H of the projection 54 are configured to be equal to or larger than the wire diameter of the coil 7.
  • the diameter D of the projection 54 is configured to be smaller than the half value of the width W of the coil introduction region 53, and the height H in the axial direction is several times or less of the wire diameter of the coil 7 Is configured.
  • the width W of the coil introduction groove area 53 is configured to be larger than the sum of the diameter D of the protrusion 54 and the wire diameter of the coil 7.
  • the first layer winding 711 and the second layer winding 712 of the first layer which is the winding start portion of the coil 7 do not interfere with each other. It is wound around the winding unit 50. Specifically, movement of the first turn winding 711 inward in the radial direction is restricted by the projection 54 and is guided in a predetermined direction, in this case, a direction along the inner surface 51 a of the first flange 51 Be done.
  • the movement of the second turn winding 712 is restricted outward in the radial direction by the circumferential left end of the outlet 53 a and the protrusion 54, and the second turn winding 712 is wound diagonally with respect to the coil winding portion 50.
  • the inclination angle is automatically determined by the arrangement of the first turn winding 711, the wire diameter of the coil 7, the width of the coil winding portion 50 in the circumferential direction, and the like.
  • the subsequent windings are also wound obliquely at the same inclination angle.
  • the first turn winding 711 and the second turn winding 712 are spaced apart.
  • the insulator 5 covers the axial end surface of the tooth 42 projecting from the core segment 41 and a part of both side surfaces in the circumferential direction, and the coil 7 formed of a winding is wound.
  • a second flange 52 provided continuously on the tip side of the tooth 42 in the coil winding part 50.
  • the protrusion 54 protruding from the surface of the coil winding portion 50 is disposed near the outlet 53 a of the coil introduction region 53 and positioned between the first turn winding 711 and the second turn winding 712. It is done. As a result, the first turn winding 711 and the second turn winding 712 of the first layer of the coil 7 can be wound around the coil winding portion 50 without interfering with each other, and the coil 7 can be aligned. can do. Further, by arranging the projection 54 across the bottom of the coil introduction region 53 and the outer peripheral surface 50 a of the coil winding unit 50, the coil 7 is wound obliquely to the coil winding unit 50. At the same time, the position of the second turn winding 712 can be properly defined, and the coil 7 can be reliably aligned and wound.
  • FIG. 6A is a schematic view of the main part of the insulator on which the first coil for comparison is wound as viewed from the axial direction
  • FIG. 6B is a diagram of the insulator on which the first coil for comparison is wound
  • FIG. 6C is a schematic view of the main part of the insulator on which the second coil for comparison is wound, viewed from the axial direction
  • FIG. 6D is a insulator for the second coil for comparison
  • the other schematic diagram which looked at the principal part from the axial direction is shown, respectively.
  • FIG. 6C shows a state in which the expansion factor of the coil 7 is different due to the difference in the width W of the coil introduction region 53 as compared with the configuration shown in FIG. 6A.
  • the first winding 711 of the coil 7 is wound around the coil winding portion 50 through the coil introduction region 53, for example, as shown in FIGS. 6A and 6C
  • the first winding 711 While being bent in the vicinity of the outlet 53 a of the coil introduction region 53, the coil winding portion 50 is wound around the coil winding portion 50 by being greatly bulging radially inward.
  • the second winding 712 is largely deviated radially inward from the position where the circumferentially right portion is originally wound due to the bulged portion. As a result, winding disorder occurs in the coil 7 and the coil can not be wound in alignment with the coil winding unit 50.
  • the projection 54 functions to prevent the first winding 711 of the coil 7 from expanding radially inward.
  • the projection 54 also has a function of preventing the second turn winding 712 of the coil 7 from expanding radially outward.
  • FIG. 6D When the width W of the coil introduction area 53 is large, the second turn winding 712 of the coil 7 is pushed radially outward because there is nothing to support. In that case, alignment winding can not be realized by crossing the first turn winding 711 of the coil 7.
  • the insulator 5 in the circumferential direction from the center line C of the coil introduction region 53, straddling the outlet 53a of the coil introduction region 53 and the outer peripheral surface 50a of the coil winding portion 50.
  • the protrusion 54 at a position separated by a predetermined distance, the first winding 711 is guided in the direction along the inner surface 51 a of the first collar 51 while the second winding 712 radially outward Can regulate the movement of
  • the first winding 711 and the second winding 712 can be wound around the coil winding portion 50 without interfering with each other, and the coils 7 can be aligned.
  • the projection 54 by providing the projection 54, the interference between the first turn winding 711 and the second turn winding 712 is similarly avoided for the coils 7 of different wire diameters, and the coils 7 are aligned. can do. Therefore, even if the wire diameter of the coil 7 is changed with respect to the core segment 41 and the tooth 42 of the same specifications, one type of insulator 5 can be coped with, and the development cost when developing various motors It can be reduced.
  • 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 contact area between each other can be reduced when the first winding 711 abuts on the protrusion 54, and the same contact area can be obtained depending on the introduction angle of the coil 7. can do.
  • the first turn winding 711 can be guided in a desired direction without being largely influenced by the shape of the protrusion 54.
  • the second turn winding 712 abuts on the protrusion 54, the contact area between the two can be reduced.
  • the inclination angle of the second turn winding 712 with respect to the coil winding portion 50 is not largely influenced by the shape of the protrusion 54, and the second turn winding is wound at a desired angle. As a result of these, the coil 7 can be reliably wound in alignment.
  • the shape of the protrusion 54 is not particularly limited to a cylindrical shape.
  • the contact between the projection 54 and the first and second windings 711 and 712 is made. It is only necessary to reduce the area.
  • the portions in contact with the first and second turns 711 and 712 respectively have a curved surface shape convex toward the first and second turns 711 and 712. It should just be comprised.
  • the protruding portion 54 is configured such that the height H in the axial direction is equal to or larger than the wire diameter of the coil 7 and equal to or less than several times the wire diameter of the coil 7. In this way, the first and second turns 711 and 712 of the coil 7 do not move to the opposite side beyond the projection 54, and the coil 7 can be reliably aligned. . In addition, the protrusion 54 becomes too high to be broken or damaged by an impact or the like. In the present specification, when the axial height H of the projection 54 and the wire diameter of the coil 7 are the same, the processing tolerance of the projection 54 and the processing tolerance of the coil 7 are referred to as “same”. It is a meaning.
  • the protrusion 54 may be separately formed from the insulator 5 and fixed to a predetermined position of the insulator 5.
  • 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 on the one tooth 42 from above and below 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 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.

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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領域53を有する第1鍔部51と、コイル巻回部50のトゥース42先端側に設けられた第2鍔部52とを備えている。外周面50aから延びる突起部54が、コイル導入領域53の出口53a近くであって、コイル7の1層目における1周目巻線711と2周目巻線712との間に位置するように配設されている。

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
 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、コイル導入領域の出口近くにコイル巻回部の表面から延びる突起部を設け、コイルの1層目における1周目及び2周目巻線の位置を規制するようにした。
 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領域を有する第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から突出する突起部が、前記コイル導入領域の出口近くであって、前記コイルの1層目における1周目巻線と2周目巻線との間に位置するように配設されていることを特徴とする。
 この構成によれば、1周目巻線と2周目巻線とを互いに干渉させることなくコイル巻回部に巻回して、コイルを整列巻きにすることができる。また、異なる線径のコイルに対しても同じ突起部を設けたインシュレータを使用でき、インシュレータのコストを低減できる。
 前記突起部は、前記コイル導入領域の底部と前記コイル巻回部の表面とに跨がって配設されていることが好ましい。
 この構成によれば、コイルがコイル巻回部に対して斜めに巻回されるときに、2周目巻線の位置を適切に規定でき、コイルを確実に整列巻きにすることができる。
 前記突起部は、前記コイル導入領域の中央線から周方向に所定の間隔をあけて配設されていることが好ましい。
 前記突起部の側面は、前記コイルが前記コイル巻回部に巻回されたときに、前記1周目巻線及び前記2周目巻線にそれぞれ当接する部分が、前記1周目巻線及び前記2周目巻線に向かって凸状の曲面であるのが好ましい。
 この構成によれば、突起部に1周目及び2周目巻線が当接した場合に互いの接触面積を低減できる。このことにより、突起部の形状に大きく左右されず、1周目巻線の案内方向及び2周目巻線がコイル巻回部に対して巻回される角度を所望の値にでき、コイルを確実に整列巻きにすることができる。
 前記突起部の軸方向の高さは、前記コイルの線径以上、前記コイルの線径の数倍以下であることが好ましい。
 この構成によれば、1周目及び2周目巻線が突起部を越えて反対側に移動することがなく、コイルを確実に整列巻きにすることができる。
 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、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。
図1は、一実施形態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、一実施形態に係るインシュレータの要部の斜視図である。 図5Bは、図5Aに示すインシュレータを軸方向から見た模式図である。 図5Cは、一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を軸方向から見た模式図である。 図6Aは、比較のための第1の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。 図6Bは、比較のための第1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別の模式図である。 図6Cは、比較のための第2の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。 図6Dは、比較のための第2の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別の模式図である。
 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)
 [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。また、軸方向上側から見て、周方向の「左」、「右」を定めることがある。
 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4D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。また、図4Aにおいて、後述する突起部54の図示を省略している。
 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5C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、コイル導入領域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、コイル導入領域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の軸方向上端面あるいは軸方向下端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42の周方向両端面を覆う表面50c,50dは、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、コイル巻回部50の表面は、表面に溝等が設けられていない平滑な面である。ただし、この表面においても、インシュレータ5を金型等で成形するときに生じる凹凸(図示せず)は残存している。この凹凸の算術平均粗さは、例えば、0.25μm~0.3μm程度である。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る。
 コイル導入領域53の径方向内側端部はコイル導入領域53の出口53aにあたり、出口53aを通ってコイル7がコイル巻回部50に巻回される(図5C参照)。突起部54がコイル導入領域53の出口53aの近くに配設されており、また、突起部54は、コイル導入領域53の底部とコイル巻回部50の外周面50aとに跨がって配設されている(図5A,5B参照)。突起部54の機能及び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、本実施形態に係るインシュレータの要部の斜視図を示し、図5Bは、図5Aに示すインシュレータを軸方向から見た模式図を示し、図5C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を軸方向から見た模式図を示す。なお、図5A~5C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、図5A~5C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~5Cに示すように、インシュレータ5において、溝幅Wであるコイル導入領域53の出口53の近くに突起部54が配設されている。具体的には、コイル導入領域53の底部のうち、出口53aの近傍に位置する部分とコイル巻回部50の外周面50aとに跨がって突起部54が配設されている。突起部54は、インシュレータ5を成形する際に一体的に成形されてなる略円柱状の樹脂製部材である。軸方向から見て、突起部54は、その中心がコイル導入領域53の周方向中央を通る仮想線(以下、単にコイル導入領域53の中央線Cという)から周方向、この場合は左側に所定の間隔をあけて位置するように配設されている。なお、上記の所定の間隔は、コイル7の線径や剛性、また、コイル導入領域53の幅等により適宜変更される。また、コイル導入領域53の出口53aからコイル巻回部50の外周面50aに所定の長さLだけはみ出して位置している。ただし、所定の長さLは、コイル7の線径の半値rが上限値となる。図5Cから明らかなように、軸方向から見て、突起部54の中心がコイル導入領域53の中央線C上に位置するときに、所定の長さLがコイル7の線径の半値rを超えると、2周目巻線712が第1鍔部51に内面から離れてしまい、コイル7に巻き乱れを生じるおそれがあるからである。
 また、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倍を加えた値となる。
 突起部54の直径D及び軸方向の高さHは、コイル7の線径と同程度かそれよりも大きくなるように構成されている。なお、突起部54の直径Dは、コイル導入領域53の幅Wの半値よりも小さくなるように構成されており、軸方向の高さHは、コイル7の線径の数倍以下となるように構成されている。また、コイル導入溝領域53の幅Wは、突起部54の直径Dとコイル7の線径との和よりも大きくなるように構成されている。
 図5Cに示すように、コイル導入領域53の出口53aにおいて、コイル7の巻き始め部分である1層目の1周目巻線711と2周目巻線712とは互いに干渉することなくコイル巻回部50に巻回される。具体的には、1周目巻線711は、突起部54によって径方向内側への移動が規制されるとともに、所定の方向、この場合は、第1鍔部51の内面51aに沿う方向に案内される。一方、2周目巻線712は、出口53aの周方向左側端部と突起部54とで径方向外側への移動が規制されて、コイル巻回部50に対して斜めに巻回される。この傾斜角度は、1周目巻線711の配置やコイル7の線径、またコイル巻回部50の周方向の幅等により自動的に決定される。なお、以降の巻線も同様の傾斜角度で斜めに巻回される。また、コイル7がコイル導入領域53の出口53aを通ってコイル巻回部50に巻回される領域、図5Cにおいては、出口53a近傍でのコイル巻回部50の周方向左側では、突起部54の直径Dに応じて、1周目巻線711と2周目巻線712が間隔をあけて配置される。
 [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の軸方向一端面と周方向両側面の一部とを覆い、巻線からなるコイル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領域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。コイル巻回部50の表面から突出する突起部54が、コイル導入領域53の出口53a近くであって、1周目巻線711と2周目巻線712との間に位置するように配設されている。このことにより、コイル7の1層目の1周目巻線711と2周目巻線712とを互いに干渉させることなくコイル巻回部50に巻回することができ、コイル7を整列巻きにすることができる。また、突起部54をコイル導入領域53の底部とコイル巻回部50の外周面50aとに跨がって配設することにより、コイル7がコイル巻回部50に対して斜めに巻回されるときに、2周目巻線712の位置を適切に規定でき、コイル7を確実に整列巻きにすることができる。
 このことについて、図6A~6Dに示す構成と比較して説明する。図6Aは、比較のための第1の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、図6Bは、比較のための第1の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別の模式図をそれぞれ示す。図6Cは、比較のための第2の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、図6Dは、比較のための第2の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別の模式図をそれぞれ示す。
 図6A~6Dに示すインシュレータ5には、図5A~5Cに示す突起部54は設けられていない。図6Cに示す構成は、図6Aに示す構成に比べ、コイル導入領域53の幅Wの違いによってコイル7の膨らむ要因が違う状態を示している。この状態で、コイル導入領域53を通してコイル7の1周目巻線711がコイル巻回部50に巻回されると、例えば、図6A、図6Cに示すように、1周目巻線711は、コイル導入領域53の出口53a近傍で曲げられるとともに、径方向内側に大きくふくらんでコイル巻回部50に巻回される。よって、2周目巻線712は、このふくらんだ部分によって周方向右側の部分が本来巻回される予定の位置から径方向内側に大きく寄ってしまう。この結果、コイル7に巻き乱れが生じてコイルをコイル巻回部50に対して整列して巻き回すことができなくなる。
 また、図6Bに示すように、2周目巻線712を本来巻回される予定の位置に無理に巻回しようとすると、1周目巻線711の上に2周目巻線712が乗り上げてしまい、コイル7に巻き乱れが生じてコイル7の整列巻きを実現することができない。以上から明らかなように、突起部54はコイル7の1周目巻線711が径方向内側に膨らむのを防止する働きをしている。 また、突起部54はコイル7の2周目巻線712が径方向外側に膨らむのを防止する働きもある。その状態を表したのが、図6Dである。コイル導入領域53の幅Wが大きい場合、コイル7の2周目巻線712は、支えるものが無いため径方向外側に押されてしまう。その場合、コイル7の1周目巻線711と交錯して整列巻きを実現することができない。
 一方、本実施形態に係るインシュレータ5によれば、コイル導入領域53の出口53aとコイル巻回部50の外周面50aとに跨がって、かつコイル導入領域53の中央線Cから周方向に所定の距離だけ離れた位置に突起部54を設けることにより、1周目巻線711を第1鍔部51の内面51aに沿う方向に案内する一方、2周目巻線712の径方向外側への移動を規制することができる。このことにより、1周目巻線711と2周目巻線712とを互いに干渉させることなくコイル巻回部50に巻回して、コイル7を整列巻きにすることができる。また、突起部54を設けることで、異なる線径のコイル7に対しても、同様に1周目巻線711と2周目巻線712との干渉を回避して、コイル7を整列巻きにすることができる。よって、同じ仕様のコアセグメント41及びトゥース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。
 なお、突起部54を円柱状とすることにより、突起部54に1周目巻線711が当接した場合に互いの接触面積を低減できる他、コイル7の導入角度によっても同様の接触面積とすることができる。このことにより、突起部54の形状に大きく左右されず所望の方向に1周目巻線711を案内することができる。また、同様に、突起部54に2周目巻線712が当接した場合に互いの接触面積を低減できる。このことにより、コイル巻回部50に対する2周目巻線712の傾斜角度が突起部54の形状に大きく左右されず、所望の角度で2周目巻線が巻回される。これらの結果、コイル7を確実に整列巻きにすることができる。
 なお、突起部54の形状は特に円柱状に限られない。1周目巻線711の案内方向及び2周目巻線712の傾斜角度を所望の値にするためには、突起部54と1周目及び2周目巻線711,712とのそれぞれの接触面積を小さくできればよい。例えば、突起部の側面54は、1周目及び2周目巻線711,712にそれぞれ当接する部分が、1周目及び2周目巻線711,712に向かって凸状の曲面形状となるように構成されていればよい。
 また、前述したように、突起部54は、軸方向の高さHがコイル7の線径以上、コイル7の線径の数倍以下となるように構成されている。このようにすることで、コイル7の1周目及び2周目巻線711,712が突起部54を越えて反対側に移動することがなく、コイル7を確実に整列巻きにすることができる。また、突起部54が高くなりすぎて、衝撃等で折れたり、破損したりすることがなくなる。なお、本明細書において、突起部54の軸方向の高さHとコイル7の線径とが同じいう場合には、突起部54の加工公差やコイル7の加工公差を含んで「同じ」という意味である。
 なお、本実施形態において、突起部54をインシュレータ5と一体に形成する例を述べたが、インシュレータ5と別体で形成して、インシュレータ5の所定の位置に固着させるようにしてもよい。
 (その他の実施形態)
 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にコイル導入領域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42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層巻きまたは多層巻きの場合に、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、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
711 コイル7の1層目の1周目巻線
711 コイル7の1層目の2周目巻線
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  コイル導入領域
53a コイル導入領域53の出口
54  突起部
U1~W4 コイル

Claims (9)

  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領域を有する第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から突出する突起部が、前記コイル導入領域の出口近くであって、前記コイルの1層目における1周目巻線と2周目巻線との間に位置するように配設され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、
     前記突起部は、前記コイル導入領域の底部と前記コイル巻回部の表面とに跨がって配設されている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、
     前記突起部は、前記コイル導入領域の中央線から周方向に所定の間隔をあけて配設されてい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、
     前記突起部の側面は、前記コイルが前記コイル巻回部に巻回されたときに、前記1周目巻線及び前記2周目巻線にそれぞれ当接する部分が、前記1周目巻線及び前記2周目巻線に向かって凸状の曲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、
     前記突起部の軸方向の高さは、前記コイルの線径以上、前記コイルの線径の数倍以下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。
  7.  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整列巻きされていることを特徴とするステータ。
  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。
  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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