(57)【要約】【課題】絶縁性が要求される箇所において絶縁被膜の絶縁性を向上し、かつ電線の屈曲部において絶縁被膜の可撓性を向上した電線を備えたステータを提供する。【解決手段】環状のステータコア２と、複数の電線１０により構成され、前記ステータコアの軸方向に突出したコイルエンドを有するコイル３と、を備え、前記電線１０は、導体４と、前記導体４を覆い、内部に空孔を有する空孔被膜５１と、内部に空孔を有することなく形成された無空孔被膜５２と、を有する絶縁被膜５と、を備え、前記ステータコア２よりも前記軸方向の一方側には、前記電線１０の端部１１が配置されることで前記一方側に突出する第一コイルエンド３１が形成され、前記第一コイルエンド３１には前記空孔被膜５１が設けられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状のステータコアと、
複数の電線により構成され、前記ステータコアの軸方向に突出したコイルエンドを有するコイルと、
を備え、
前記電線は、
導体と、
前記導体を覆い、内部に空孔を有する空孔被膜と、内部に空孔を有することなく形成された無空孔被膜と、を有する絶縁被膜と、
を備え、
前記ステータコアよりも前記軸方向の一方側には、前記電線の端部が配置されることで前記一方側に突出する第一コイルエンドが形成され、
前記第一コイルエンドには前記空孔被膜が設けられていることを特徴とするステータ。
【請求項２】
前記ステータコアよりも前記軸方向の他方側には、前記電線を曲げることにより形成された屈曲部が配置されることで前記他方側に突出する第二コイルエンドが形成され、
前記第二コイルエンドには前記無空孔被膜が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のステータ。
【請求項３】
前記空孔は、熱分解性樹脂により形成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のステータ。
【請求項４】
前記空孔被膜は、前記コイルのうち前記ステータコアの前記軸方向における中央部よりも前記一方側の領域に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のステータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転電機のステータとして、ステータコアに形成されたスロットに導体セグメントを挿入し、ステータコアから突出した導体端部を互いに溶接することでステータコアに装着されて形成されるコイルを備えるものがある。この種のコイルに用いられる電線として、絶縁被膜の内部に微小な空孔を複数含有することにより、電線の絶縁性を高める技術が種々提案されている。
【０００３】
例えば特許文献１には、絶縁被膜の内部に複数の気孔（空孔）が形成された電線の構造が開示されている。空孔は、熱分解性樹脂及び熱分解性樹脂を囲む外郭材を含む絶縁被膜を、熱分解性樹脂がガス化する温度まで加熱することにより形成される。このようにして周囲を外郭材に囲まれたカプセル状の空孔が形成されることにより、絶縁被膜の低誘電率化を実現でき、高電圧に対する電線の絶縁性を向上できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１７／０７３５５１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１に記載の技術にあっては、絶縁性が向上する一方で、空孔が形成されていない絶縁被膜と比較して絶縁被膜の曲げ強度は低下する。このため、例えばステータに電線を装着してコイルを形成する際に、電線の屈曲部において絶縁被膜にクラック等の破損が発生するおそれがある。したがって、絶縁性が要求される箇所において絶縁被膜の絶縁性を向上し、かつ電線の屈曲部において絶縁被膜の可撓性を向上した電線を備えたステータの提供という点で改善の余地があった。
【０００６】
そこで、本発明は、絶縁性が要求される箇所において絶縁被膜の絶縁性を向上し、かつ電線の屈曲部において絶縁被膜の可撓性を向上した電線を備えたステータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明に係るステータ（例えば、実施形態におけるステータ１）は、環状のステータコア（例えば、実施形態におけるステータコア２）と、複数の電線（例えば、実施形態における電線１０）により構成され、前記ステータコアの軸方向に突出したコイルエンドを有するコイル（例えば、実施形態におけるコイル３）と、を備え、前記電線は、導体（例えば、実施形態における導体４）と、前記導体を覆い、内部に空孔（例えば、実施形態における空孔５４）を有する空孔被膜（例えば、実施形態における空孔被膜５１）と、内部に空孔を有することなく形成された無空孔被膜（例えば、実施形態における無空孔被膜５２）と、を有する絶縁被膜（例えば、実施形態における絶縁被膜５）と、を備え、前記ステータコアよりも前記軸方向の一方側には、前記電線の端部（例えば、実施形態における端部１１）が配置されることで前記一方側に突出する第一コイルエンド（例えば、実施形態における第一コイルエンド３１）が形成され、前記第一コイルエンドには前記空孔被膜が設けられていることを特徴としている。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明に係るステータは、前記ステータコアよりも前記軸方向の他方側には、前記電線を曲げることにより形成された屈曲部（例えば、実施形態における屈曲部１２）が配置されることで前記他方側に突出する第二コイルエンド（例えば、実施形態における第二コイルエンド３２）が形成され、前記第二コイルエンドには前記無空孔被膜が設けられていることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明に係るステータは、前記空孔は、熱分解性樹脂（例えば、実施形態における熱分解性樹脂５８）により形成されることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項４に記載の発明に係るステータは、前記空孔被膜は、前記コイルのうち前記ステータコアの前記軸方向における中央部（例えば、実施形態における中央部２３）よりも前記一方側の領域に設けられていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の請求項１に記載のステータによれば、絶縁被膜は空孔被膜を有するので、空孔が形成されることにより絶縁被膜の誘電率が低下し、電線の絶縁性を向上できる。ここで、第一コイルエンドには電線の端部が配置されている。電線は、端部において導体が露出され、導体同士が溶接等により結合されることで各相の電線が結線される。このように電線の端部では、導体が露出し、さらに結合されることにより電線同士の距離が近接するため、高い絶縁性が要求される。本発明のステータによれば、第一コイルエンドには空孔被膜が配置されているので、絶縁距離の確保が困難な部分における絶縁被膜の絶縁性を向上できる。
一方、無空孔被膜は内部に空孔を有さないので、空孔被膜に比べて絶縁被膜の強度を向上できる。よって、電線の屈曲部など可撓性が要求される部分に無空孔被膜を配置することにより、クラックの発生等の絶縁被膜の破損を抑制できる。
したがって、絶縁性が要求される箇所において絶縁被膜の絶縁性を向上し、かつ電線の屈曲部において絶縁被膜の可撓性を向上した電線を備えたステータを提供できる。
【００１２】
本発明の請求項２に記載のステータによれば、電線の屈曲部が位置する第二コイルエンドに無空孔被膜が配置されているので、電線の屈曲部において絶縁被膜の強度を向上できる。また、屈曲部に無空孔被膜を配置することで曲げ強度を高い状態に維持できるので、第一コイルエンドを含む絶縁が必要な部分に配置される空孔被膜の空孔密度を上昇させることができる。よって、電線の屈曲部において絶縁被膜の強度を向上しつつ、絶縁距離の確保が困難な部分における絶縁被膜の絶縁性をより向上させることができる。さらに、絶縁性を向上させた分だけ絶縁被膜を薄肉化することで、コストを削減できるとともに、コイルの占積率を向上することができる。
【００１３】
本発明の請求項３に記載のステータによれば、空孔は熱分解性樹脂により形成されるので、電線を製造した後に、絶縁被膜の所望の箇所を加熱することで、絶縁被膜の所望の箇所にのみ空孔被膜を形成できる。具体的には、電線の端部近傍のみを加熱することで、絶縁性が要求される第一コイルエンドに相当する部分にのみ空孔被膜を配置できる。このように、簡易な方法により所望の位置に空孔被膜を配置できるので、作業性を向上できる。
【００１４】
本発明の請求項４に記載のステータによれば、空孔被膜は、コイルのうちステータコアにおける軸方向の中央部よりも一方側に設けられているので、絶縁距離の確保が困難な電線の端部が位置する第一コイルエンドに確実に空孔被膜を配置できる。また、ステータコアにおける軸方向の中央部よりも他方側には無空孔被膜が配置されているので、電線の屈曲部が位置する第二コイルエンドに確実に無空孔被膜を配置できる。
したがって、絶縁性が要求される箇所において絶縁被膜の絶縁性を向上し、かつ電線の屈曲部において絶縁被膜の可撓性を向上した電線を備えたステータとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態に係るステータの外観斜視図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図。
【図３】実施形態に係る第一コイルエンドを示す図１のＩＩＩ矢視図。
【図４】実施形態に係る第二コイルエンドを示す図１のＩＶ矢視図。
【図５】実施形態に係る空孔被膜が形成された電線の断面図。
【図６】実施形態に係る無空孔被膜が形成された電線の断面図。
【図７】実施形態に係る空孔の形成方法を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
（ステータ）
図１は、ステータ１の外観斜視図である。図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿うステータの部分断面図である。図１における上方側と、図２における左側と、が対応している。ステータ１は、ステータコア２と、コイル３と、を備える。なお、図１では、説明のためコイル３を一部省略している。
ステータコア２は、軸線Ｃを中心とした環状に形成されている。ステータコア２の内周面には、ティース２１が形成されている。ティース２１は、ステータコア２の内周面から径方向の内側に向かって突出している。ティース２１は、周方向に複数設けられている。各ティース２１の間はスロット２２とされ、各スロット２２には後述するコイル３が挿入される。ステータコア２の内部には、不図示のロータが軸線Ｃを中心として回転自在に配置される。
以下の説明では、ステータコア２の軸線Ｃに沿う方向を軸方向といい、軸線Ｃに直交する方向を径方向といい、軸線Ｃ回りの方向を周方向という場合がある。
【００１８】
コイル３は、ステータコア２のスロット２２に挿入されてステータコア２に装着されている。コイル３は、複数の電線１０により構成されている。具体的に、コイル３は、Ｕ字状に曲げられた電線１０が径方向及び周方向に複数重ねられた状態で軸方向他方側（図１における下方側）から各スロット２２に挿入されている。その後、各スロット２２から軸方向一方側（図１における上方側）に突出した電線１０の端部１１が互いに接合されることにより、ステータコア２にコイル３が装着される。コイル３のうち、スロット２２内に挿入されている部分はコイル挿通部３０とされている。コイル３のうち、ステータコア２の端面から軸方向の一方側に突出する部分は第一コイルエンド３１とされている。コイル３のうち、ステータコア２の端面から軸方向の他方側に突出する部分は第二コイルエンド３２とされている。
【００１９】
図３は、第一コイルエンド３１を示す図１のＩＩＩ矢視図である。
ステータコア２よりも軸方向の一方側には、電線１０の端部１１が配置されることで一方側に突出する第一コイルエンド３１が形成されている。換言すれば、第一コイルエンド３１は、電線１０の端部１１を有する。電線１０の端部１１は、後述する電線１０の導体４が露出した導体露出部１１ａを有する。導体露出部１１ａは、ステータコア２の径方向に並ぶ他の電線１０の導体露出部１１ａと溶接等により接合されている。
【００２０】
図４は、第二コイルエンド３２を示す図１のＩＶ矢視図である。
ステータコア２よりも軸方向の他方側には、電線１０を曲げることにより形成された屈曲部１２が配置されることで他方側に突出する第二コイルエンド３２が形成されている。換言すれば、第二コイルエンド３２は、電線１０の屈曲部１２を有する。屈曲部１２は、例えば電線１０をステータコア２に装着する際に、電線１０がＵ字状に曲げられた部分である。屈曲部１２は、電線１０がステータコア２に装着された後、さらに周方向に沿って捩り曲げられることにより、電線１０がステータコア２に固定される。
【００２１】
（電線）
図５は、第一コイルエンド３１近傍に配置された電線１０の断面図であり、図６は、第二コイルエンド３２近傍に配置された電線１０の断面図である。図５及び図６は、１本の電線１０において異なる部分で切った断面図を示す。電線１０は、導体４と、絶縁被膜５と、を有する。
導体４は、コイル３の芯部分を構成し、例えば銅等の金属材料により形成されている。導体４は、矩形状の断面を有する線状に形成されている。ステータコア２の軸方向一方側に位置する第一コイルエンド３１では、導体４の一部が露出された導体露出部１１ａ（図３参照）において、隣り合う導体露出部１１ａ同士が電気的及び物理的に接合されている。
【００２２】
絶縁被膜５は、導体４の外周部を覆っている。絶縁被膜５は、例えば絶縁性の樹脂により形成されている。絶縁被膜５は、導体露出部１１ａを除く導体４のほぼ全長に亘って形成されている。絶縁被膜５は、内部に空孔５４を有する空孔被膜５１（図５参照）と、内部に空孔５４を有することなく形成された無空孔被膜５２（図６参照）と、を有する。
【００２３】
空孔被膜５１は、第一コイルエンド３１が配置された軸方向一方側に設けられている。具体的に、本実施形態において空孔被膜５１は、コイル３のうちステータコア２の軸方向における中央部２３（図２参照）よりも一方側の領域に設けられている。空孔被膜５１は、内部に空孔５４が形成された絶縁材５３を有する。
絶縁材５３は、例えばポリイミド等の絶縁性の樹脂により形成されている。絶縁材５３の内部には、複数の空孔５４が形成されている。換言すれば、空孔被膜５１は、内部に複数の空孔５４を有する。空孔５４は、絶縁材５３に含まれた熱分解性樹脂５８（図６参照）が加熱され、この熱分解性樹脂５８がガス化することにより絶縁材５３の内部に形成される。
【００２４】
無空孔被膜５２は、第二コイルエンド３２が配置された軸方向他方側に設けられている。具体的に、本実施形態において無空孔被膜５２は、コイル３のうちステータコア２の軸方向における中央部２３（図２参照）よりも他方側の領域に設けられている。換言すれば、空孔被膜５１と無空孔被膜５２との境界部は、軸方向において中央部２３の近傍に位置している。無空孔被膜５２は、絶縁材５３を有する。
絶縁材５３は、例えばポリイミド等の絶縁性の樹脂により形成されている。本実施形態において、空孔被膜５１の絶縁材５３と、無空孔被膜５２の絶縁材５３と、は同一材料である。無空孔被膜５２の絶縁材５３の内部には、ガス化していない熱分解性樹脂５８が含まれている。
【００２５】
第一コイルエンド３１には空孔被膜５１が設けられている。第二コイルエンド３２には無空孔被膜５２が設けられている。したがって、１本の電線１０は、ステータコア２に対する位置により、空孔被膜５１と無空孔被膜５２との両方の構成を有する。
【００２６】
（空孔被膜５１の形成方法）
図７は、電線１０に空孔被膜５１（空孔５４）を形成する方法を示す説明図である。
空孔５４は、絶縁被膜５が加熱されて内部の熱分解性樹脂５８がガス化することにより形成される。加熱前において、絶縁被膜５は、全体が内部に熱分解性樹脂５８を含んだ無空孔被膜５２とされている（図６の状態）。加熱時は、電線１０のうちステータコア２に装着された際に第一コイルエンド３１側に位置する領域、すなわち電線１０の端部１１にのみヒーター６０が設置される。絶縁被膜５のうちヒーター６０により加熱された領域では、内部の熱分解性樹脂５８がガス化することにより空孔５４が形成される（図５の状態）。これにより、電線１０の端部１１に空孔被膜５１が形成される。なお、ヒーター６０は、例えば高周波により絶縁被膜５を加熱する装置である。
【００２７】
一方、電線１０のうちステータコア２に装着された際に第二コイルエンド３２側に位置する領域、すなわち電線１０の中間部にはヒーター６０が設置されない。したがって、熱分解性樹脂５８がガス化しないまま絶縁被膜５の内部に残留する。これにより、電線１０の中間部に無空孔被膜５２が形成される。
【００２８】
（作用、効果）
次に、ステータ１の作用、効果について説明する。
本実施形態のステータ１によれば、絶縁被膜５は空孔被膜５１を有するので、空孔５４が形成されることにより絶縁被膜５の誘電率が低下し、電線１０の絶縁性を向上できる。ここで、第一コイルエンド３１には電線１０の端部１１が配置されている。電線１０は、端部１１において導体４が露出され、導体４同士が溶接等により結合されることで各相の電線１０が結線される。このように電線１０の端部１１では、導体露出部１１ａにおいて互いに結合されることにより電線１０同士の距離が近接するため、高い絶縁性が要求される。本発明のステータ１によれば、第一コイルエンド３１には空孔被膜５１が配置されているので、絶縁距離の確保が困難な部分における絶縁被膜５の絶縁性を向上できる。
一方、無空孔被膜５２は内部に空孔５４を有さないので、空孔被膜５１に比べて絶縁被膜５の強度を向上できる。よって、絶縁距離の確保が困難な部分以外に無空孔被膜５２を配置することにより、電線１０の屈曲部１２など可撓性が要求される部分において絶縁被膜５の破損を抑制できる。
したがって、絶縁性が要求される箇所において絶縁被膜５の絶縁性を向上し、かつ電線１０の屈曲部１２において絶縁被膜５の可撓性を向上した電線１０を備えたステータ１を提供できる。
【００２９】
電線１０の屈曲部１２が位置する第二コイルエンド３２に無空孔被膜５２が配置されているので、電線１０の屈曲部１２において絶縁被膜５の強度を向上できる。また、屈曲部１２に無空孔被膜５２を配置することで曲げ強度を高い状態に維持できるので、第一コイルエンド３１を含む絶縁が必要な部分に配置される空孔被膜５１の空孔密度を上昇させることができる。よって、電線１０の屈曲部１２において絶縁被膜５の強度を向上しつつ、絶縁距離の確保が困難な部分における絶縁被膜５の絶縁性をより向上させることができる。さらに、絶縁性を向上させた分だけ絶縁被膜５を薄肉化することで、コストを削減できるとともに、コイル３の占積率を向上することができる。
【００３０】
空孔５４は熱分解性樹脂５８により形成されるので、電線１０を製造した後に、絶縁被膜５の所望の箇所を加熱することで、絶縁被膜５の所望の箇所にのみ空孔被膜５１を形成できる。具体的には、電線１０の端部１１近傍のみを加熱することで、絶縁性が要求される第一コイルエンド３１に相当する部分にのみ空孔被膜５１を配置できる。このように、簡易な方法により所望の位置に空孔被膜５１を配置できるので、作業性を向上できる。
【００３１】
空孔被膜５１は、コイル３のうちステータコア２における軸方向の中央部２３よりも一方側に設けられているので、絶縁距離の確保が困難な電線１０の端部１１が位置する第一コイルエンド３１に確実に空孔被膜５１を配置できる。また、ステータコア２における軸方向の中央部２３よりも他方側には無空孔被膜５２が配置されているので、電線１０の屈曲部１２が位置する第二コイルエンド３２に確実に無空孔被膜５２を配置できる。
したがって、絶縁性が要求される箇所において絶縁被膜５の絶縁性を向上し、かつ電線１０の屈曲部１２において絶縁被膜５の可撓性を向上した電線１０を備えたステータ１とすることができる。
【００３２】
なお、本発明の技術範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上述の実施形態では空孔被膜５１と無空孔被膜５２との境界部が中央部２３の近傍に位置する構成について説明したが、これに限られない。電線１０がステータコア２に装着された状態において、空孔被膜５１と無空孔被膜５２との境界部は、ステータコア２の軸方向一方側の端面２ａ（図２参照）よりも他方側かつ中央部２３よりも一方側の間の領域にあるのが好ましい。
【００３３】
また、導体４及び絶縁被膜５の断面形状は、例えば丸形状等であってもよい。
絶縁材５３の材料はポリイミド以外の絶縁性の樹脂であってもよい。
【００３４】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上述した変形例を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１  ステータ
２  ステータコア
３  コイル
４  導体
５  絶縁被膜
１０  電線
１１  端部
１２  屈曲部
２３  中央部
３１  第一コイルエンド
３２  第二コイルエンド
５１  空孔被膜
５２  無空孔被膜
５４  空孔
５８  熱分解性樹脂
【図１】
2020065406.tif 000003
【図２】
2020065406.tif 000004
【図３】
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【図４】
2020065406.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2020065406.tif 000009