(57)【要約】【課題】レーシング処理やワニス処理などを廃止または簡素化できるモータの固定子を提供する。【解決手段】複数のスロット１６を有するステータコア１１と、複数のスロット１６内に配置される絶縁部材１２と、ワイヤ線２０が複数のスロット１６内に絶縁部材１２を介して所定のスロット数を空けて分布巻きされて形成される複数相のコイル１３と、を備えるモータの固定子１０であって、ワイヤ線２０は、単線ワイヤからなり、張力が付与された状態で絶縁部材１２内に配置されることで、ステータコア１１、絶縁部材１２、及びコイル１３がそれぞれ物理的に固定される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスロットを有するステータコアと、
前記複数のスロット内に配置される絶縁部材と、
ワイヤ線が前記複数のスロット内に前記絶縁部材を介して所定のスロット数を空けて分布巻きされて形成される複数相のコイルと、
を備えるモータの固定子であって、
前記ワイヤ線は、単線ワイヤからなり、張力が付与された状態で前記絶縁部材内に配置されることで、前記ステータコア、前記絶縁部材、及び前記コイルがそれぞれ物理的に固定されることを特徴とするモータの固定子。
【請求項２】
前記複数相のコイルのコイルエンド部は、各相の巻き回数単位で前記ステータコアに交互に配置されることを特徴とする請求項１に記載のモータの固定子。
【請求項３】
前記単線ワイヤは、１１０μｍ以上の絶縁被膜により被覆されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモータの固定子。
【請求項４】
前記単線ワイヤは、無機物粒子が樹脂内に分散してなる複合絶縁被膜により被覆されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のモータの固定子。
【請求項５】
前記単線ワイヤは、無機質の絶縁被膜により被覆されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のモータの固定子。
【請求項６】
前記単線ワイヤは、断面略矩形の導電線と、前記導電線の外表面を覆う前記絶縁被膜を備えることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のモータの固定子。
【請求項７】
前記導電線は、断面積一定且つ、巻き回数ごとに断面形状が異なることを特徴とする請求項６に記載のモータの固定子。
【請求項８】
前記絶縁部材は、弾性を有する樹脂部材であることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のモータの固定子。
【請求項９】
前記ワイヤ線の張力は、前記ワイヤ線の弾性許容応力以下、および／または前記絶縁部材の許容圧縮強度以下であることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載のモータの固定子。
【請求項１０】
前記スロットは、開口部が前記ステータコアの内周面に開口することを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載のモータの固定子。
【請求項１１】
前記スロット内に配置された前記コイルの占積率は、４０％以上であることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載のモータの固定子。
【請求項１２】
前記複数相のコイルは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のコイルからなり、  前記３相のコイルは、２相のコイルのコイルエンド部が径方向に並ぶように、前記ワイヤ線を前記複数のスロットに波巻きして形成されることを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載のモータの固定子。
【請求項１３】
前記コイルは、略Ｕ字形に成形された複数のワイヤ線を前記スロットに挿入し、前記ワイヤ線の先端同士を接合して形成されることを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれか１項に記載のモータの固定子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に電気自動車やハイブリッド自動車などの駆動源として用いられる、ワイヤ線が分布巻きされたモータの固定子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、分布巻きモータの固定子は、ステータコアに対してワイヤ線を直巻してコイルを形成する直巻方式や、予めワイヤ線を巻回して成形したコイルをステータコアのスロット内に挿入するインサータ方式などによって製造されている。また、曲げ剛性の高い単線ワイヤにおいては、複数の分割されたワイヤを予め所定の形状に成形して互いに接合することでも製造されている。また、モータの固定子においては、ステータコアとワイヤ線との間の絶縁、及び異相コイル間の絶縁を保障するため、絶縁紙などの絶縁部材を、ステータコアとワイヤ線との間や、異相のワイヤ線間に挿入して絶縁距離を確保することが行われている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図２４は、特許文献１に記載された固定子の要部断面図、及び製造方法を示す斜視図である。この固定子１は、シート状の電気絶縁部材２の端部を互いに重ね合わせて筒状にして、ステータコア３に形成されたスロット４内に配置した後、予めＵ字状に形成されたセグメント５を、筒状の電気絶縁部材２に挿入し、更にセグメント５の先端部を互いに周方向反対側に折り曲げて他のセグメント５の先端部と接合することで製作される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００‐１４０６８号公報
【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、特許文献１に記載の固定子１においては、電気絶縁部材２、ステータコア３、及びワイヤ線（セグメント５）の固定は、それぞれの摩擦力によってのみ固定されているため、固定力が必ずしも十分ではなかった。このため、ワイヤ線を巻回した後、レーシング処理やワニス処理などが必要となり、固定子作製に多くの工数を要し、コストが増大する問題があった。また、電気絶縁部材２がシート状部材であるため、絶縁破壊が生じないように、ワイヤ線に大きな力をかけずにゆるく巻回することになる。結果として、ワイヤ線の長さが必要以上に長くなってモータ効率に影響する問題があった。
【０００６】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、レーシング処理やワニス処理などを廃止または簡素化できるモータの固定子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、複数のスロット（例えば、後述の実施形態におけるスロット１６）を有するステータコア（例えば、後述の実施形態におけるステータコア１１）と、
前記複数のスロット内に配置される絶縁部材（例えば、後述の実施形態における絶縁部材１２）と、
ワイヤ線（例えば、後述の実施形態におけるワイヤ線２０、２０Ａ）が前記複数のスロット内に前記絶縁部材を介して所定のスロット数を空けて分布巻きされて形成される複数相のコイル（例えば、後述の実施形態におけるコイル１３）と、
を備えるモータの固定子（例えば、後述の実施形態におけるモータの固定子１０）であって、
前記ワイヤ線は、単線ワイヤ（例えば、後述の実施形態におけるワイヤ線２０、２０Ａ）からなり、張力が付与された状態で前記絶縁部材内に配置されることで、前記ステータコア、前記絶縁部材、及び前記コイルがそれぞれ物理的に固定されることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１の構成に加えて、前記複数相のコイルのコイルエンド部（例えば、後述の実施形態におけるコイルエンド部１７）は、各相の巻き回数単位で前記ステータコアに交互に配置されることを特徴とする。  
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記単線ワイヤは、１１０μｍ以上の絶縁被膜（例えば、後述の実施形態における絶縁被膜４１，４１Ａ）により被覆されることを特徴とする。  
【００１０】
請求項４に係る発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項の構成に加えて、前記単線ワイヤは、無機物粒子（例えば、後述の実施形態における無機物粒子４２）が樹脂（例えば、後述の実施形態における樹脂４３）内に分散してなる複合絶縁被膜（例えば、後述の実施形態における複合絶縁被膜４１Ａ）により被覆されることを特徴とする。  
【００１１】
請求項５に係る発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項の構成に加えて、前記単線ワイヤは、無機質の絶縁被膜により被覆されることを特徴とする。  
【００１２】
請求項６に係る発明は、請求項１〜請求項５のいずれかの構成に加えて、前記単線ワイヤは、断面略矩形の導電線（例えば、後述の実施形態における導電線４０）と、前記導電線の外表面を覆う前記絶縁被膜を備えることを特徴とする。  
【００１３】
請求項７に係る発明は、請求項６の構成に加えて、前記導電線は、断面積一定且つ、巻き回数ごとに断面形状が異なることを特徴とする。  
【００１４】
請求項８に係る発明は、請求項１〜請求項７のいずれかの構成に加えて、前記絶縁部材は、弾性を有する樹脂部材（例えば、後述の実施形態における絶縁部材１２）であることを特徴とする。  
【００１５】
請求項９に係る発明は、請求項１〜請求項８のいずれかの構成に加えて、前記ワイヤ線の張力は、前記ワイヤ線の弾性許容応力以下、および／または前記絶縁部材の許容圧縮強度以下であることを特徴とする。  
【００１６】
請求項１０に係る発明は、請求項１〜請求項９のいずれかの構成に加えて、前記スロットは、開口部（例えば、後述の実施形態における開口部１８）が前記ステータコアの内周面（例えば、後述の実施形態における内周面１９）に開口することを特徴とする。  
【００１７】
請求項１１に係る発明は、請求項１〜請求項１０のいずれかの構成に加えて、前記スロット内に配置された前記コイルの占積率（例えば、後述の実施形態における占積率Ｓ）は、４０％以上であることを特徴とする。  
【００１８】
請求項１２に係る発明は、請求項１〜請求項１１のいずれかの構成に加えて、前記複数相のコイルは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のコイル（例えば、後述の実施形態におけるＵ相コイル１３ｕ、Ｖ相コイル１３ｖ、Ｗ相コイル１３ｗ）からなり、
前記３相のコイルは、２相のコイルのコイルエンド部が径方向に並ぶように、前記ワイヤ線を前記複数のスロットに波巻きして形成されることを特徴とする。  
【００１９】
請求項１３に係る発明は、請求項１〜請求項１２のいずれかの構成に加えて、前記コイルは、略Ｕ字形に成形された複数のワイヤ線（例えば、後述の実施形態におけるワイヤ線２０Ａ）を前記スロットに挿入し、前記ワイヤ線の先端（例えば、後述の実施形態における先端２１）同士を接合して形成されることを特徴とする。  
【発明の効果】
【００２０】
請求項１の発明によれば、ワイヤ線の巻回後におけるレーシング処理やワニス処理などを廃止または簡素化でき、製造工程を簡略化することが可能となり、モータの固定子の製造コストが抑制される。
【００２１】
請求項２の発明によれば、コイル量が低減し、コイル抵抗や銅損を抑制してモータ効率を向上させることができる。また、モータ重量の低減及びモータ体格の小型化が図られる。
【００２２】
請求項３の発明によれば、モータの小型化、高性能化を達成するため、コイルに高電圧を印加しても、異相ワイヤ線間の絶縁距離を確実に確保することができる。
【００２３】
請求項４の発明によれば、例え、コイルの異相ワイヤ線間に放電現象が生じても、絶縁被膜の劣化を抑制することができ、絶縁寿命の長期化が図られる。
【００２４】
請求項５の発明によれば、絶縁被膜の放電に対する耐性を高めることができ、絶縁寿命の長期化が図られる。
【００２５】
請求項６の発明によれば、ワイヤ線を、スロット内に整列させて配置することができ、占積率を高めてモータ効率を向上させることができる。また、同一占積率とした場合、絶縁被膜の厚さを大きくすることができ、絶縁性能が向上する。
【００２６】
請求項７の発明によれば、ワイヤ線を、スロット内隙間が最小隙間となるように整列させて配置することができ、占積率を高めてモータ効率を向上させることができる。
【００２７】
請求項８の発明によれば、複数相のコイルを形成する際、張力を付与した状態でワイヤ線が絶縁部材に配置されても、ワイヤ線を傷付ける虞がなく、所定のモータ性能が維持される。
【００２８】
請求項９の発明によれば、複数相のコイルを形成する際、張力を付与した状態でワイヤ線を絶縁部材に分布巻きしても、ワイヤ線や絶縁部材が塑性変形することがなく、所定のモータ性能が維持される。
【００２９】
請求項１０の発明によれば、インナーロータタイプのモータの固定子として好適に使用することができる。
【００３０】
請求項１１の発明によれば、モータ効率の向上が図られる。
【００３１】
請求項１２の発明によれば、コイル量の低減が可能となり、コイル抵抗や銅損を抑制してモータ効率を向上させることができる。また、モータ重量の低減及びモータ体格の小型化を図ることができる。
【００３２】
請求項１３の発明によれば、曲げ剛性の高い単線ワイヤからなるワイヤ線を用いて、コイルを容易に製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係るモータの固定子の要部拡大斜視図である。
【図２】第１実施形態のモータの固定子のワイヤ線の巻回状態を示す模式図である。
【図３】内径側から見た固定子の部分拡大図である。
【図４】１相分のワイヤ線の巻回状態を示す要部拡大斜視図である。
【図５】スロットに挿入されたワイヤ線の状態を示す断面図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、占積率を説明するための図である。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は、スロットに挿入された断面積の異なるワイヤ線の状態を示す断面図である。
【図８】絶縁被膜厚さが同じ場合の線径と絶縁被膜比率との関係を示すグラフである。
【図９】Dakinの式に基づく絶縁被膜厚さとPDIV（部分放電開始電圧）の関係を示すグラフである。
【図１０】絶縁被膜で被覆された単線ワイヤの断面図である。
【図１１】無機物粒子が樹脂内に分散してなる複合絶縁被膜により被覆された単線ワイヤの断面図である。
【図１２】（ａ）は第１実施形態に係るモータの固定子の製造方法を示す製造工程図であり、（ｂ）は従来の製造方法を示す製造工程図である。
【図１３】モータの固定子の製造装置の要部拡大図である。
【図１４】図１３に示す製造装置の平面概念図である。
【図１５】図１３に示す製造装置によって、ワイヤ線がステータコアに巻回される手順を段階的に示す要部斜視図である。
【図１６】製造装置のフックによりワイヤ線に張力が付与される状態を示す側面図である。
【図１７】第２実施形態のモータの固定子のワイヤ線の巻回状態を示す模式図である。
【図１８】第２実施形態に係るモータの固定子の製造方法を示す製造工程図である。
【図１９】分割された単線のワイヤ線の斜視図である。
【図２０】分割された単線のワイヤ線がスロットに挿入された状態の模式図である。
【図２１】図２０のワイヤ線が折り曲げられた状態の模式図である。
【図２２】ワイヤ線を折り曲げる際の軸方向の固定を説明する内径側から見た固定子の部分拡大図である。
【図２３】断面形状が異なる複数の単線ワイヤが、最小隙間でスロットに挿入された状態を示す断面図である。
【図２４】（ａ）は従来の固定子の要部断面図、（ｂ）はこの固定子の製作工程を示す要部斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の各実施形態を、添付図面に基づいて説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
【００３５】
（第１実施形態）
図１に示すように、本発明に係る第１実施形態のモータの固定子１０は、３相８極の分布巻き固定子であり、ステータコア１１と、絶縁部材１２と、コイル１３（Ｕ相コイル１３ｕ、Ｖ相コイル１３ｖ、及びＷ相コイル１３ｗ）と、を備えて形成される。ステータコア１１は、例えば、プレス抜きされた複数枚の珪素鋼板が積層されて構成され、４８個のティース１５と、隣接するティース１５,１５間に形成される４８個のスロット１６とを備える。スロット１６の開口部１８は、ステータコア１１の内周面１９に開口している。
【００３６】
各スロット１６には、樹脂材料を射出成型して形成され、電気的絶縁特性、及び適度の弾性を有する複数の絶縁部材１２が、スロット１６の内面を覆うようにステータコア１１の軸方向両側から挿入されている。絶縁部材１２は、ステータコア１１と各相コイル１３ｕ、１３ｖ、１３ｗ間を電気的に絶縁するものである。射出成型される樹脂材料としては、例えば、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイドなどが例示される。
【００３７】
絶縁部材１２は、ワイヤ線２０に張力を付与しながら巻回する際、ワイヤ線２０を傷付ける虞がなく、絶縁性能が確保可能なものであればよく、樹脂の成型品に限定されず、例えば、適度な厚さや弾性を有するアラミッド紙なども使用することができる。また、ステータコア１１に樹脂をアウトサート成型して絶縁部材１２としてもよい。
【００３８】
Ｕ相コイル１３ｕ、Ｖ相コイル１３ｖ、及びＷ相コイル１３ｗは、導電体である単線ワイヤからなるワイヤ線２０を、所定のスロット１６に挿入し、波巻きによってステータコア１１に巻き付けて形成される。
【００３９】
各相コイル１３ｕ、１３ｖ、１３ｗのコイルエンド部１７ｕ、１７ｖ、１７ｗは、３相のコイル１３ｕ、１３ｖ、１３ｗの内、２相のコイル（１３ｕと１３ｖ、１３ｖと１３ｗ、または１３ｗと１３ｕ）のコイルエンド部（１７ｕと１７ｖ、１７ｖと１７ｗ、または１７ｗと１７ｕ）が径方向に並ぶように、各相コイル１３ｕ、１３ｖ、１３ｗの巻き回数単位でステータコア１１の径方向に交互に配置されている。
【００４０】
図２から図４に示すように、本実施形態の固定子１０は、ダブルスロット方式の固定子であり、各相２本ずつのワイヤ線２０が、ステータコア１１の隣接する２つの同相スロット１６（Ｕ相スロット１６ｕ、Ｖ相スロット１６ｖ、Ｗ相スロット１６ｗ）に波巻きにより分布巻きされている。スロット１６は、ステータコア１１の周方向（図２中右側から左側）に、Ｕ相スロット１６ｕ、Ｖ相スロット１６ｖ、Ｗ相スロット１６ｗの順で繰り返されて配置されている。
【００４１】
具体的には、先ずＵ相コイル１３ｕを構成する２本のワイヤ線２０が、それぞれ２つのＵ相スロット１６ｕに固定子１０の軸方向一端側（図２の下端）から他端側（図２の上端）に向けて絶縁部材１２を介して挿入され、各２つのＶ相スロット１６ｖ及びＷ相スロット１６ｗを飛び越して次の２つのＵ相スロット１６ｕに軸方向他端側から一端側に絶縁部材１２を介して挿入される。以後同様に、ステータコア１１を一周するように、ワイヤ線２０が波巻きによってＵ相スロット１６ｕに挿入されてＵ相コイル１３ｕの第１ターン１３ｕ1が形成される。
【００４２】
次いで、Ｖ相コイル１３ｖを構成する２本のワイヤ線２０が、上記２つずつのＵ相スロット１６ｕ間のそれぞれ２つのＶ相スロット１６ｖに固定子１０の軸方向他端側から一端側に向けて絶縁部材１２を介して挿入され、各２つのＷ相スロット１６ｗ及びＵ相スロット１６ｕを飛び越して次の２つのＶ相スロット１６ｖに軸方向一端側から他端側に絶縁部材１２を介して挿入され、以後同様に、ステータコア１１を一周するようにＶ相スロット１６ｖに波巻きされてＶ相コイル１３ｖの第１ターン１３ｖ1が形成される。
【００４３】
同様に、Ｗ相コイル１３ｗを構成する２本のワイヤ線２０が、上記２つずつのＵ相スロット１６ｕ間のそれぞれ２つのＷ相スロット１６ｗに固定子１０の軸方向一端側から他端側に向けて絶縁部材１２を介して挿入され、各２つＵ相スロット１６ｕ及びＶ相スロット１６ｖを飛び越して次の２つのＷ相スロット１６ｗに軸方向他端側から一端側に絶縁部材１２を介して挿入される。これによりＵ相コイル１３ｕとＶ相コイル１３ｖのコイルエンド部１７ｕ，１７ｖが交差する軸方向一端側又は軸方向他端側と反対側の軸方向他端側又は軸方向一端側をＷ相コイル１３ｗのコイルエンド部１７ｗが通過する。以後同様に、ステータコア１１を一周するようにＷ相スロット１６ｗに波巻きされてＷ相コイル１３ｗの第１ターン１３ｗ1が形成される。
【００４４】
同様にして、Ｕ相コイル１３ｕの第２ターン１３ｕ２、Ｖ相コイル１３ｖの第２ターン１３ｖ２、Ｗ相コイル１３ｗの第２ターン１３ｗ２、Ｕ相コイル１３ｕの第３ターン１３ｕ３、・・・・が、この順でステータコア１１に巻回される。
【００４５】
このように、Ｕ相コイル１３ｕ、Ｖ相コイル１３ｖ、及びＷ相コイル１３ｗを、１ターンごとに交互に配置することにより、図１に示すように、Ｕ相コイル１３ｕ、Ｖ相コイル１３ｖ、及びＷ相コイル１３ｗの内、２相のコイル（１３ｕ及び１３ｗ、１３ｖ及び１３ｗ）のコイルエンド部（１７u及び１７ｗ、１７ｖ及び１７ｗ、）が、径方向に並ぶように配置されて、ワイヤ線２０が複数のスロット１６に波巻きされる。Ｕ相コイル１３ｕ、Ｖ相コイル１３ｖ、及びＷ相コイル１３ｗを、各相の巻き回数単位で交互に配置することにより、従来のコイルと比較して、コイルエンド部１７ｕ、１７ｖ、１７ｗの体積が小さくなり、これによりコイル量が低減する。
【００４６】
図４は、理解を容易にするため、Ｕ相コイル１３ｕのみを示した図であり、各相のコイルエンド部１７ｕ、１７ｖ、１７ｗは、第１ターン１３ｕ１と第２ターン１３ｕ２の間に設けられた半径方向隙間に、Ｗ相コイル１３ｗの第１ターン１３ｗ１及びＶ相コイル１３ｖの第１ターン１３ｖ１が挿入されることになる。以後の各ターン（第（ｎ−１）ターンと第ｎターンとの間）についても同様である。
【００４７】
このため、コイルエンド部１７ｕは、１ターンごとに少しずつ径方向外方に変位して形成されて半径方向隙間が確保される。その変位量は、ステータコア１１の外径側から内径側に向かうに従って次第に小さくなっている。また、コイルエンド部１７ｕの変位量は、ステータコア１１の半径方向厚さの略中心部から径方向外側に配置されるコイルエンド部１７ｕを径方向外方に向けて変位させ、略中心部から径方向内側に配置されるコイルエンド部１７ｕを径方向内方に向けて変位させるようにしてもよい。Ｖ相コイルエンド部１７ｖ、及びＷ相コイルエンド部１７ｗについても同様である。
【００４８】
各相コイル１３ｕ、１３ｖ、及び１３ｗを構成するワイヤ線２０は、図３に示すように、絶縁部材１２の形状に沿って曲げられ、張力が付与された状態で各相スロット１６ｕ、１６ｖ、及び１６ｗに上記したように波巻きされる。これにより、ステータコア１１、絶縁部材１２、及び各相コイル１３ｕ、１３ｖ、１３ｗは、ワイヤ線２０の張力によって物理的に固定されることになる。ここで、張力によって物理的に固定されるとは、張力によってステータコア１１、絶縁部材１２、及び各相コイル１３の相対的位置関係が殆ど移動しない状態のことである。従って、従来の固定子で実施されていたレーシング処理や、ワニス処理などを廃止し、必要に応じて自己融着線を用いた簡易的な融着熱処理を行なうことで十分となる。
【００４９】
ワイヤ線２０の張力は、ワイヤ線２０の弾性許容応力以下、或いは、ワイヤ線２０の張力によって絶縁部材１２に作用する応力が許容圧縮強度以下とするのが好ましく、両方を満たすのがより好ましい。これにより、巻回されたワイヤ線２０の塑性変形や破断、絶縁部材１２の塑性変形など、ワイヤ線２０の張力による不具合が生じることがない。
【００５０】
図５に示すように、ワイヤ線２０は、絶縁部材１２を介して各スロット１６内に配置され、Ｕ、Ｖ、Ｗ相のコイルエンド部１７ｕ、１７ｖ、１７ｗが、図１に示すように、巻き回数単位でステータコア１１の径方向に交互に配置されるので、他の相のコイルが巻回される際、既に巻回されている相のコイルが邪魔になることがなく、コイル１３の占積率Ｓを高めた状態で巻回することが可能であり、本実施形態の固定子１０の占積率Ｓは、４０％以上、図５においては略５５％とすることができる。また、本実施形態のワイヤ線２０は、スロット１６中の絶縁部材１２の周方向隙間Ｔと略等しい幅を有する略矩形断面を有している。そのため、スロット１６内にワイヤ線２０を隙間なく整列して配置することができ、占積率Ｓを更に向上させている。ここで、占積率Ｓとは、図６に示すように、スロット１６内に挿入されたワイヤ線２０から、絶縁被膜２０ａを除いた電気的導体部分２０ｂの断面積Ｓ１の合計と、スロット１６の断面積Ｓ２との比として定義される。
【００５１】
ワイヤ線２０の断面形状は図５に示すものに限らず、図７（ａ）及び（ｂ）に示す円形断面を有するものでもよい。図７（ａ）及び（ｂ）を参照して、スロット１６に挿入された細径のワイヤ線２０と大径のワイヤ線２０とを比較すると、占積率Ｓは、一見、細径のワイヤ線２０の方が高いようにも見えるが、絶縁被膜厚さが同じ場合の線径と絶縁被膜比率との関係を示す図８に示すように、線径が太くなるに従って、絶縁被膜４１の断面積比率が小さくなり、占積率Ｓ上有利となる。また、同一占積率とした場合、単線ワイヤである導電線４０を太くすることにより、絶縁被膜４１の被膜厚さを厚くすることができ、絶縁性能が向上する利点もある。さらに、図７（ａ）に示す円形断面のワイヤ線２０に比べて図５に示す矩形断面のワイヤ線２０の方がスロット１６内の隙間を小さくすることができる。
【００５２】
また、通常のワイヤ線には、厚さ４０〜５０μｍ程度のエナメル被覆が施されて絶縁処理されているが、エナメル被覆電線で使用可能な電圧は、一般的に５００Ｖ以下と言われており、５００Ｖ以上になると部分放電が開始されて絶縁劣化が生じる虞がある。高電圧化が進む電気自動車のモータの場合、サージ電圧も考慮すると１０００Ｖ程度の耐電圧が要求される。このため、各相コイル１３ｕ、１３ｖ、１３ｗのワイヤ線２０間に、絶縁紙などを配置して相間絶縁することも考えられるが、固定子１０の製作時に絶縁紙の挿入工程が必要になるなど、作業が煩雑となる問題がある。
【００５３】
図９はDakinの式に基づく絶縁被膜厚さとPDIV（部分放電開始電圧（耐電圧））の関係を示すグラフであり、このグラフからPDIVを１０００Ｖとするには、絶縁被膜厚さは、略１１０μｍ必要であることが分かる。従って、図１０に示すように、ワイヤ線２０の絶縁被膜として厚さ１１０μｍ以上のエナメル被膜等の絶縁被膜４１をワイヤ線２０に焼き付けることにより、導電線４０間に２２０μｍの絶縁被膜４１による導体間距離を確保することができる。これにより、ワイヤ線２０間に絶縁紙などを配置して相間絶縁することなく、ワイヤ線２０の絶縁被膜４１のみで部分放電の抑制が可能となり、コイル１３の製作が容易となる。尚、絶縁被膜４１として、エナメル被膜と同等性能を有する絶縁テープや絶縁フィルムを１１０μｍ以上の厚さに巻き付けるようにしてもよい。
【００５４】
また、図１１に示すように、絶縁被膜として複合絶縁被膜４１Ａを用いることもできる。複合絶縁被膜４１Ａは、樹脂４３内に無機物粒子４２が分散されており、部分放電による絶縁性能の劣化速度が無機物粒子４２によって抑制され、絶縁寿命を長くすることができる。尚、他に絶縁被膜として耐放電特性の高い無機質の絶縁被膜を用いてもよい。無機質の絶縁被膜としては、ガラス、マイカ、ノーメックス、カプトンなどの無機材を、テープ状、またはフィルム状にして形成することができ、導電体（単線ワイヤ）４０に直接、或いはエナメル被膜が施された導電線４０に巻き付けることで被覆される。
【００５５】
次に、図１２から図１６に基づいて、本実施形態のモータの固定子１０の製造方法について説明する。図１２は本発明に係るモータの固定子の製造工程（ａ）と、従来の製造工程（ｂ）とを、比較して示す製造工程図であり、図１２（ｂ）に示すように、従来の製造方法によると、ステータコア（鉄心）の各スロットに絶縁部材を組み付けた後（ステップＳ１）、絶縁部材を介して分割されたワイヤ線をステータコアに挿入し（ステップＳ２）、分割されたワイヤ線に折り曲げ加工を行い（ステップＳ３）、次いで隣り合う分割されたワイヤ線の端部同士の接合処理を行う（ステップＳ４）。そして、コイルをレーシング紐で結束するレーシング処理（ステップＳ５）、及びワニスを含侵・硬化させるワニス処理を施してステータコア、絶縁部材、及びコイルを固定する（ステップＳ６）。このように、従来の製造方法によると、６ステップの工程を経てモータの固定子が製造される。
【００５６】
これに対して、本発明に係るモータの固定子の製造方法は、図１２（ａ）に示すように、ステータコア（鉄心）１１の各スロット１６に絶縁部材１２を組み付ける工程（ステップＳ１１）と、絶縁部材１２を介してワイヤ線２０をステータコア１１に巻き付ける工程（ステップＳ１２）との、２ステップの工程に短縮することができ、材料の削減と共に、製作時間を大幅に短縮することができ、製作コストを抑制することができる。なお、ワイヤ線２０が、熱処理によって接着できるような樹脂が塗布される自己融着線などである場合には、熱処理工程（ステップＳ１３）によってワイヤ線２０を簡易的に固定することで、コイルの固定化を簡素化できる。
【００５７】
具体的には、図１３及び図１４に示すように、ステータコア１１が水平に配置され、それぞれ２本のワイヤ線２０を吐出するＵ、Ｖ、Ｗ相の３つのノズル３１と、所定の位置でワイヤ線２０を保持する複数のフック３２によって、ステータコア１１にワイヤ線２０が波巻きされる。
【００５８】
ノズル３１は、Ｕ相コイル１３ｕを構成する２本のワイヤ線２０を吐出するＵ相ノズル３１ｕと、Ｖ相コイルを構成する２本のワイヤ線２０を吐出するＶ相ノズル３１ｖと、Ｗ相コイル１３ｗを構成する２本のワイヤ線２０を吐出するＷ相ノズル３１ｗとを備え、ステータコア１１の内径側に配置される。各相ノズル３１ｕ、３１ｖ、３１ｗは、それぞれ２本のワイヤ線２０を吐出しながらノズルガイドレール３０に案内されてステータコア１１の上下方向、及び径方向に移動可能である。
【００５９】
フック３２は、ステータコア１１の軸方向両端側にそれぞれ１２個ずつ、合計２４個配置されており、各相ノズル３１ｕ、３１ｖ、３１ｗから吐出されたワイヤ線２０を所定の位置で係止して、ステータコア１１の径方向外方で保持する。
【００６０】
ワイヤ線２０をステータコア１１に分布巻き（波巻き）する具体的な工程は、図１５（ａ）に示すように、２本のワイヤ線２０をステータコア１１の軸方向一端側（図中下端）から他端側（図中上端）に向けて絶縁部材１２を介して一対の第１のスロット１６ａに挿通する。そして、第１のスロット１６ａから引き出されたワイヤ線２０を径方向内側に移動したフック３２で係止し（図１５（ｂ））、ワイヤ線２０に張力を付与した状態で第１のスロット１６ａの径方向外方で保持する（図１５（ｃ））。
【００６１】
ワイヤ線２０に張力を付与する際、ワイヤ線２０をフック３２に係止して径方向外方に引っ張ると、スロット１６に挿通したワイヤ線２０が、径方向内方に膨らんでしまい占積率が低下する虞がある。この場合、ワイヤ線押圧機構を設けて、径方向内方に膨らんだスロット１６内のワイヤ線２０を、径方向外方に押圧して膨らみを補正しながらワイヤ線２０を巻回するようにしてもよい。
【００６２】
次いで、ワイヤ線２０をフック３２に係止したまま、ワイヤ線２０を次に挿通する予定の第２のスロット１６ｂの位置まで、ステータコア１１をフック３２と共に所定の角度だけ回動させる。これにより、ノズル３１から吐出されたワイヤ線２０は、ステータコア１１の外周側に沿って配置される（図１５（ｄ））。ここで、ワイヤ線２０を第２のスロット１６ｂの径方向外方で保持して（図１５（ｅ））、ワイヤ線２０をステータコア１１の軸方向他端側（上側）から一端側（下側）に向けて絶縁部材１２を介して第２のスロット１６ｂに挿通する（図１５（ｆ））。
【００６３】
以後同様に、図１６に示すように、ステータコア１１の軸方向一端側（下端側）において、第２のスロット１６ｂから引き出されたワイヤ線２０を、フック３２に係止してワイヤ線２０に張力を付与した状態で第２のスロット１６ｂの径方向外方で保持し、ワイヤ線２０を次に挿通させる第３のスロットの位置まで、ステータコア１１をフック３２と共に所定の角度だけ回動させる。ノズル３１から吐出されてステータコア１１の外周側に沿って配置されたワイヤ線２０を、フック３２により第３のスロットの径方向外方で保持する。上記した工程を繰り返し行うことにより、１相のコイル１３（例えば、Ｕ相コイル１３ｕ）がステータコア１１に波巻きされる。
【００６４】
上記した動作を、Ｕ相ノズル３１ｕ、Ｖ相ノズル３１ｖ、Ｗ相ノズル３１ｗの３つのノズル３１で同時に行わせることで、ステータコア１１にＵ相コイル１３ｕ、Ｖ相コイル１３ｖ、及びＷ相コイル１３ｗの３つのコイル１３が、巻き回数単位で交互に配置されて形成される。
【００６５】
以上説明したように、本実施形態に係るモータの固定子１０によれば、絶縁部材１２を介してスロット１６内に分布巻きされて複数相のコイル１３を形成するワイヤ線２０が、単線ワイヤから構成され、且つ張力が付与された状態で絶縁部材１２内に配置されてステータコア１１、絶縁部材１２、及びコイル１３を、それぞれ物理的に固定するようにしたので、ワイヤ線２０の巻回後におけるレーシング処理やワニス処理などを廃止または簡素化でき、製造工程を簡略化することが可能となり、モータの固定子１０の製造コストが抑制される。
【００６６】
また、単線ワイヤは、１１０μｍ以上の絶縁被膜４１により被覆されているので、モータの小型化、高性能化を達成するためコイル１３に高電圧を作用させても、異相ワイヤ線２０間の絶縁距離を確実に確保することができる。
【００６７】
また、単線ワイヤは、断面略矩形の導電線４０と、絶縁被膜４１からなるので、ワイヤ線２０を、スロット１６内に整列させて配置することができ、占積率Ｓを高め、モータ効率を向上させることができる。また、同一占積率Ｓとした場合、絶縁被膜４１の厚さを大きくすることができ、絶縁性能が向上する。
【００６８】
更に、複数相のコイル１３ｕ，１３ｖ，１３ｗのコイルエンド部１７ｕ，１７ｖ，１７ｗは、各相の巻き回数単位でステータコア１１に交互に配置されるので、コイル量が低減し、コイル抵抗や銅損を抑制してモータ効率を向上させることができる。また、モータ重量の低減及びモータ体格の小型化が図られる。
【００６９】
更にまた、絶縁部材１２は、弾性を有する樹脂部材であるので、複数相のコイル１３を形成する際、張力を付与した状態でワイヤ線２０が絶縁部材１２に配置されても、ワイヤ線２０を傷付ける虞がなく、所定のモータ性能が維持される。
【００７０】
また、ワイヤ線２０の張力は、ワイヤ線２０の弾性許容応力以下、および／または絶縁部材１２の許容圧縮強度以下であるので、複数相のコイル１３を形成する際、張力を付与した状態でワイヤ線２０を絶縁部材１２に分布巻きしても、ワイヤ線２０や絶縁部材１２が塑性変形することがなく、所定のモータ性能が維持される。
【００７１】
更に、スロット１６は、開口部１８がステータコア１１の内周面１９に開口するので、インナーロータタイプのモータの固定子として好適に使用することができる。
【００７２】
更にまた、スロット１６内に配置されたコイル１３の占積率Ｓは、４０％以上であるので、モータ効率の向上が図られる。
【００７３】
また、複数相のコイル１３は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のコイル１３からなり、３相のコイル１３は、２相のコイル１３のコイルエンド部１７が径方向に並ぶように、ワイヤ線２０を複数のスロット１６に波巻きして形成されるので、コイル量の低減が可能となり、コイル抵抗や銅損を抑制してモータ効率を向上させることができる。また、モータ重量の低減及びモータ体格の小型化を図ることができる。
【００７４】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態のモータの固定子について説明する。
図１７は第２実施形態のモータの固定子のワイヤ線の巻回状態を示す模式図である。第２実施形態では、予め複数に分割された単線のワイヤ線２０Ａの先端同士が接合（結線）されて各相のコイル１３が形成されるものであり、ステータコア１１の軸方向一端側又は他端側に接合部２３がある以外は、第１実施形態と同様の構成を有する。従って、第１実施形態のモータの固定子１０と同一部分には同一符号または相当符号を付して説明を省略し、本実施形態の製造方法について詳細に説明する
【００７５】
本実施形態のモータの固定子１０の製造方法は、図１８に示すように、ステータコア（鉄心）１１の各スロット１６に絶縁部材１２を組み付ける工程（ステップＳ２１）と、絶縁部材１２を介して分割されたワイヤ線２０Ａをステータコア１１を挿入する工程（ステップＳ２２）と、分割されたワイヤ線２０Ａに折り曲げ加工を行う工程（ステップＳ２３）と、隣り合う同相の分割されたワイヤ線２０Ａの端部同士の接合処理を行う工程（ステップＳ２４）の、４ステップの工程に短縮することができ、材料の削減と共に、製作時間を大幅に短縮することができ、製作コストを抑制することができる。なお、ワイヤ線２０Ａが、熱処理によって接着できるような樹脂が塗布される自己融着線などである場合には、熱処理工程（ステップＳ２５）によってワイヤ線２０を簡易的に固定することで、コイルの固定化を簡素化できる。
【００７６】
具体的には、先ず、図１９に示す予め略Ｕ字形に形成され且つ巻き回数ごとに径方向外方に変移量の異なるコイルエンド部１７が形成された複数のワイヤ線２０Ａが、図２０に示すように、ステータコア１１のスロット１６、例えば、各２つのＶ相スロット１６ｖ、Ｗ相スロット１６ｗを挟んで配置される２組のＵ相スロット１６ｕに絶縁部材１２を介して挿入される。続いて、図２０中矢印で示すようにワイヤ線２０Ａの一端側を周方向一方側に折り曲げるとともに、他端側を周方向他方側に折り曲げることにより、図２１に示すように、同相となる隣り合うワイヤ線２０Ａの先端２１同士が近接配置される。
【００７７】
このとき、図５に示すように、ワイヤ線２０Ａはスロット１６中の絶縁部材１２の周方向隙間Ｔと略等しい幅を有するので、絶縁部材１２により周方向に固定されている。また同時に、図２２に示すように、予め成形されたコイルエンド部１７が絶縁部材１２と係合することにより軸方向にも固定される。即ち、ワイヤ線２０Ａを折り曲げることによりワイヤ線２０Ａには張力が付与され、ステータコア１１に対して物理的に固定されることとなる。そして、同相となるワイヤ線２０Ａの先端２１同士を接合して接合部２３を形成することにより、Ｕ相コイル１３ｕの第１ターン１３ｕ1が形成される。
【００７８】
Ｖ相コイル１３ｖ、及びＷ相コイル１３ｗも同様に巻回することで、Ｖ相コイル１３ｖの第１ターン１３ｖ1、Ｗ相コイル１３ｗの第１ターン１３ｗ1が形成される。同様にして、Ｕ相コイル１３ｕの第２ターン１３ｕ２、Ｖ相コイル１３ｖの第２ターン１３ｖ２、Ｗ相コイル１３ｗの第２ターン１３ｗ２、Ｕ相コイル１３ｕの第３ターン１３ｕ３、・・・・が、この順でステータコア１１に巻回され、最終的に図１に示すように、ステータコア１１にＵ相コイル１３ｕ、Ｖ相コイル１３ｖ、及びＷ相コイル１３ｗの３つのコイル１３が、巻き回数単位で交互に配置される。
【００７９】
このように形成されたモータの固定子１０においても、ワイヤ線２０Ａを予め略Ｕ字形に形成する際に巻き回数ごとに径方向外方に変移量の異なるコイルエンド部１７を形成しているため、第１ターンと第２ターンのコイルエンド部１７の間に、他相のコイルエンド部１７が挿入可能な隙間が形成される。また、各相のワイヤ線２０Ａは、張力が付与された状態で絶縁部材１２内に配置されているので、ステータコア１１、絶縁部材１２、及び各相コイル１３ｕ、１３ｖ、１３ｗが、ワイヤ線２０の張力によって物理的に固定され、レーシング処理や、ワニス処理などを廃止または簡素化できる。
【００８０】
図２３は、断面形状が異なる複数の単線ワイヤがスロットに挿入された状態を示す断面図である。本実施形態によれば、図２３に示すように、スロット１６の周方向幅に合わせて、周方向に一様厚の絶縁部材１２を用いて巻き回数ごとに幅が異なる複数のワイヤ線２０Ａ（単線ワイヤ）を用いてステータコア１１に巻回することにより、スロット１６とワイヤ線２０Ａとの隙間を最小限にすることができ、占積率Ｓを更に向上させることができる。
【００８１】
尚、各ワイヤ線２０Ａは、モータ効率の低下を防止するため、各ターンの電気抵抗が一定となるように、断面形状が異なっても、導電線４０の断面積は一定であることが望ましい。また、導電線４０の断面形状は任意の形状とすることができるが、占積率Ｓを高めるためには、導電線４０の断面形状を平角形状とするのがよい。
【００８２】
上記したように、本実施形態によれば、断面形状が巻き回数ごとに異なるワイヤ線２０Ａを用いた固定子の製作が可能となる。また、断面形状が大きく曲げ剛性の高いワイヤ線に対して有効である。
【００８３】
以上説明したように、本実施形態に係るモータの固定子１０によれば、略Ｕ字形に成形された複数のワイヤ線２０Ａをスロット１６に挿入し、ワイヤ線２０Ａの先端を折り曲げることによりワイヤ線２０Ａに張力を持たせて、ワイヤ線２０Ａが張力が付与された状態で絶縁部材１２内に配置されるようにしたので、ステータコア１１、絶縁部材１２、及びコイル１３を、それぞれ物理的に固定することができ、それにより、レーシング処理やワニス処理などを廃止または簡素化でき、製造工程を簡略化することが可能となり、モータの固定子１０の製造コストが抑制される。
【００８４】
また、コイル１３は、略Ｕ字形に成形された複数のワイヤ線２０Ａをスロット１６に挿入し、ワイヤ線２０Ａの先端２１同士を接合して形成されるので、曲げ剛性の高い単線ワイヤからなるワイヤ線２０Ａを用いて、コイル１３を容易に製作することができる。
【００８５】
また、導電線４０は、断面積一定且つ、巻回ごとに断面形状が異なるので、ワイヤ線２０を、スロット１６内隙間が最小隙間となるように整列させて配置することができ、占積率Ｓを高め、モータ効率を向上させることができる。
【００８６】
尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、上記実施形態では、ワイヤ線が、波巻きにより分布巻きされるモータの固定子について説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、例えば、重ね巻きされるモータの固定子にも適用することができる。
また、上記実施形態では、４つのスロットを跨いで周方向に並ぶ２つずつの各スロットを同相コイル用のスロットとしてワイヤ線を巻回しているが、２つのスロットを跨いで１つずつの各スロットを同相コイル用のスロットとしてワイヤ線を巻回してもよく、他相用のスロットを跨いで周方向に並ぶ所定数の各スロットを同相コイル用のスロットとしてワイヤ線を巻回するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００８７】
１０      モータの固定子
１１      ステータコア
１２      絶縁部材（樹脂部材）
１３      コイル
１３ｕ    Ｕ相コイル
１３ｖ    Ｖ相コイル
１３ｗ    Ｗ相コイル
１６      スロット
１７      コイルエンド部
１８      開口部
１９      ステータコアの内周面
２０，２０Ａ          ワイヤ線（単線ワイヤ）
２１      ワイヤ線の先端
２３      接合部
４０      導電線
４１      絶縁被膜
４１Ａ    複合絶縁被膜
４２      無機物粒子
４３      樹脂
Ｔ        絶縁部材の周方向隙間
【図１】
2011234502.tif 000003
【図２】
2011234502.tif 000004
【図３】
2011234502.tif 000005
【図４】
2011234502.tif 000006
【図５】
2011234502.tif 000007
【図６】
2011234502.tif 000008
【図７】
2011234502.tif 000009
【図８】
2011234502.tif 000010
【図９】
2011234502.tif 000011
【図１０】
2011234502.tif 000012
【図１１】
2011234502.tif 000013
【図１２】
2011234502.tif 000014
【図１３】
2011234502.tif 000015
【図１４】
2011234502.tif 000016
【図１５】
2011234502.tif 000017
【図１６】
2011234502.tif 000018
【図１７】
2011234502.tif 000019
【図１８】
2011234502.tif 000020
【図１９】
2011234502.tif 000021
【図２０】
2011234502.tif 000022
【図２１】
2011234502.tif 000023
【図２２】
2011234502.tif 000024
【図２３】
2011234502.tif 000025
【図２４】
2011234502.tif 000026