(57)【要約】【課題】積層巻回された平角線の層間の絶縁性が向上したコイルを備えた電動機のステータを提供する。【解決手段】複数の突極を備える円環状のステータコアと、絶縁被覆された平角線（１２１）がインシュレータ（１３０）を介して各突極に密に積層巻回されてなる平角線コイル（１２０）とを有し、平角線（１２１）の断面形状が平角線コイル（１２０）の巻回軸線方向に沿って延びる尖端部（１２１ｃ）を有する形状である。【選択図】　　　　　　図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の突極を備える円環状のステータコアと、
絶縁被覆された平角線がインシュレータを介して各突極に密に積層巻回されてなる平角線コイルとを有し、
前記平角線の断面形状が前記平角線コイルの巻回軸線方向に沿って延びる尖端部を有する形状であることを特徴とする電動機のステータ。
【請求項２】
前記平角線の断面形状が略台形形状であることを特徴とする請求項１に記載の電動機のステータ。
【請求項３】
前記平角線コイルは、巻回軸線方向に沿って間隙を設けて並べられた少なくとも二列の平角線コイルからなり、
前記間隙には冷媒が流され、
前記二列の平角線コイルの平角線の断面形状は、いずれも、前記平角線コイルの巻回軸線方向に沿って延びる尖端部を前記間隙側に有する形状であることを特徴とする請求項１に記載の電動機のステータ。
【請求項４】
前記２列の平角線コイルの平角線積層断面において、前記２列の平角線コイルの平角線は、それぞれの前記尖端部の平角線積層方向の位置が交互にずれるように積層巻回されることを特徴とする請求項３に記載の電動機のステータ。
【請求項５】
前記二列の平角線コイルのうちいずれか一方の平角線コイルの巻回開始位置が平角線積層方向にオフセットされていることを特徴とする請求項４に記載の電動機のステータ。
【請求項６】
前記ステータコアは一極分ずつ分割された分割コアからなり、当該分割コアに前記平角線が積層巻回されていることを特徴とする請求項１に記載の電動機のステータ。
【請求項７】
前記尖端部の曲率半径が０．３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の電動機のステータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶縁被覆された平角線が巻回されてなる平角線コイルを備える電動機のステータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平５−２４３０３６号公報に記載されているように、電動機のステータ（固定子ともいう）として、平角線が積層巻回されてなるコイルを用いたものが知られている。この平角線には、ポリエステルやポリエステルイミド等の絶縁材がコーティングされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記電動機のステータには、以下の問題がある。
【０００４】
平角線の断面形状における長辺と短辺とに挟まれる角部は、絶縁材のコーティングが薄く、絶縁皮膜薄肉部となっている。平角線を積層巻回した場合に、積層方向に隣接する平角線の絶縁皮膜薄肉部が互いに隣接すると、平角線の層間で短絡しやすくなってしまう。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、積層巻回された平角線の層間の絶縁性が向上したコイルを備えた電動機のステータを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決し、目的を達成するための本発明は、複数の突極を備える円環状のステータコアと、絶縁被覆された平角線がインシュレータを介して各突極に密に積層巻回されてなる平角線コイルとを有し、前記平角線の断面形状が前記平角線コイルの巻回軸線方向に沿って延びる尖端部を有する形状である電動機のステータである。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、ステータコアの突極に巻回される平角線の断面形状が平角線コイルの巻回軸線方向に沿って延びる尖端部を有する形状であるので、平角線を積層巻回したとき、積層方向に隣接する平角線の角部の間の距離が大きくなり、積層巻回された平角線の層間の絶縁性が向上したコイルを備えた電動機のステータを提供することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る電動機のステータについての好適な実施形態を第１の実施形態および第２の実施形態に分けて詳細に説明する。この説明に使用される図面における層の厚さは明細書の明確性のため誇張されて示されている。
【０００９】
（第１の実施形態）
本実施形態に係る電動機のステータは、複数の突極を備える円環状のステータコアと、絶縁被覆された平角線がインシュレータを介して各突極に密に積層巻回されてなる平角線コイルとを有しており、平角線の断面形状が平角線コイルの巻回軸線方向に沿って延びる尖端部を有する形状であることとしたものである。以下、本実施形態について図面を参照して説明する。
【００１０】
図１は、本実施形態に係るステータを用いた電動機の断面構成図である。電動機は、ロータ２００とステータ１００とを有する。ロータ２００とステータ１００とは、カバー３００およびケース５００に支持されている。
【００１１】
ロータ２００は、電磁鋼板が積層されたロータコア２１０を有する。ロータコア２１０には、シャフト２２０が圧入結合させられており、また、永久磁石２３０が挿入されている。永久磁石２３０は、エンドプレート２４０により内封されている。エンドプレート２４０は、シャフト２２０に溶接結合させられている。ロータ２００は、カバー３００に組み込まれたベアリング３１０により回動自在に支持されている。
【００１２】
ステータ１００については、図２および図３を用いて説明する。図２は、本実施形態に係るステータ１００の外観斜視図である。図３は、ステータ１００の軸線Ｘに垂直な平面で切断したときの本実施形態に係るステータ１００の断面（断面Ａ−Ａ´）の一部を示す図である。ステータ１００は、複数の突極を備える円環状のステータコア１１０を有する。本実施形態では、ステータコア１１０として、一極分ずつ分割された分割コア１１１を円環状に組み立てたものを用いる。分割コア１１１は、所定の形状に打ち抜かれた電磁鋼板が積層され、カシメやレーザ溶接等により結合させられたものであり、突極１１１ａを有する。各分割コア１１１の突極１１１ａには、絶縁被覆された帯状の導線である平角線１２１がインシュレータ１３０を介して密に積層巻回され、平角線コイル１２０が形成されている。本明細書において、「平角線が積層巻回される」とは、図４に示されるとおり、平角線が巻回軸線Ｙ方向にずれないように巻回されることを意味する。ここで、スペース効率の観点より、平角線１２１は、幅方向についての端面が面一になるように積層巻回されることが好ましい。
【００１３】
平角線１２１は、アルミニウム、銅等の導電材料を後述する所望の形状に押し出し成形したものであり、その寸法は、幅が７．５ｍｍ、板厚が０．６ｍｍである。ただし、平角線１２１の材料、製法、寸法はこれらに限定されない。
【００１４】
平角線１２１は積層巻回されるので、平角線コイル１２０は積層構造を有する。本実施形態では、平角線コイル１２０は、巻回軸線Ｙ方向に沿って並べられた１列目コイル１２０ａと２列目コイル１２０ｂとからなる。１列目コイル１２０ａおよび２列目コイル１２０ｂは、それぞれ突極１１１ａのステータ外周１００ａ側およびステータ内周１００ｂ側に設けられている。また、１列目コイル１２０ａおよび２列目コイル１２０ｂは、互いに電気的に接続されている。１列目コイル１２０ａおよび２列目コイル１２０ｂは、１本の平角線によって形成されてもよく、２本の平角線によって形成されてもよい。ただし、２本の平角線によって形成される場合は、適当な手段により１列目コイル１２０ａと２列目コイル１２０ｂとが電気的に接続させられる必要がある。
【００１５】
１列目コイル１２０ａと２列目コイル１２０ｂとの列間には間隙１４０が設けられている。この間隙１４０は、平角線コイル１２０および分割コア１１１から発生する熱を除去するための冷媒が流れる空間として設けられている。隣り合う分割コア１１１の間にはスペーサ１５０が挟みこまれている。このスペーサ１５０により、隣り合う分割コア１１１の間の隙間がなくなるため、平角線コイル１２０の振動が抑制され、冷媒が間隙１４０に積極的に流れる。また、２列目コイル１２０ｂのステータ内周１００ｂ側にはアンダープレート１６０が配設され、アンダープレート１６０とステータ内周１００ｂとの間に絶縁樹脂からなるシールドプレート１７０がモールディングされている。シールドプレート１７０は、ステータ１００の軸線Ｘ方向の両端側において円環形状となっている。
【００１６】
図１に示されるとおり、ステータ１００は、ケース５００に圧入結合させられている。ステータ１００のシールドプレート１７０は、カバー３００に組み込まれているシールリング３２０の溝３２１に挿入当接させられている。カバー３００とケース５００とは溶接等により結合させられている。
【００１７】
また、カバー３００には冷媒の流入口３３０と吐出口３４０とが設けられている。冷媒は流入口３３０から供給され、カバー３００とケース５００とシールドプレート１７０とによって形成された流入口側の冷媒溜り室４１０から、１列目コイル１２０ａと２列目コイル１２０ｂの間隙１４０を通過し、吐出口側の冷媒溜り室４２０を経由して吐出口３４０から排出される。この冷媒の流れにより、ステータ１００から発生する熱を除去することができる。
【００１８】
次に、本実施形態に係るステータ１００に用いる平角線１２１の断面形状について、比較例の平角線と比較しながら、図面を用いて説明する。図５は、間隙１４０近傍（図３の部分Ｂ）の拡大図、すなわち、間隙１４０近傍の１列目コイル１２０ａと２列目コイル１２０ｂの平角線積層断面図である。図６は、本実施形態の平角線１２１の代わりに比較例の平角線１２１´を用いた場合の間隙１４０´近傍の１列目コイル１２０ａ´と２列目コイル１２０ｂ´の平角線積層断面図である。なお、本明細書において、「平角線積層断面」とは、平角線の長手方向に垂直な面で切断したときの平角線コイルの断面を意味する。
【００１９】
平角線１２１、１２１´はポリエステルやポリエステルイミド等の膜厚０．０３〜０．０４ｍｍ程度の絶縁皮膜１２２、１２２´で被覆されている。しかし、図６に示されるとおり、比較例の平角線１２１´の断面形状は略長方形形状であるため、断面形状における長辺１２１ａ´と短辺１２１ｂ´とに挟まれる直角角部では、絶縁皮膜１２２´が薄くなり、絶縁皮膜薄肉部１２３´となっている。さらに、平角線積層方向（矢印Ｚ´方向）に隣接する平角線１２１´の層間で絶縁皮膜薄肉部１２３´が互いに隣接しており、絶縁皮膜薄肉部１２３´間の最短距離Ｌ´が非常に小さい。本比較例においては、最短距離Ｌ´は０．０４〜０．０６ｍｍ程度である。このため、比較例の平角線１２１´を用いると、平角線１２１´が巻回された層間で短絡しやすいという問題が生じる。この問題を解決するために、一般的に、平角線１２１´を巻回した後、ポリエステルやエポキシ等のワニス処理を施し、平角線コイル１２０´全体をワニス１２４´で覆うことにより、絶縁性を向上させている。しかし、このワニス処理には、ワニスの滴下装置および乾燥装置等が必要となり、コスト高になるという問題がある。
【００２０】
図５に示されるとおり、本発明の平角線１２１の断面形状は、平角線コイル１２０の巻回軸線Ｙ方向に沿って延びる尖端部１２１ｃを有する形状であり、本実施形態では両端に尖端部１２１ｃを有する略台形形状である。この点が比較例の平角線１２１´と異なる特徴である。本実施形態では、尖端部１２１ｃの角度θは４５°であり、曲率半径Ｒは０．１ｍｍであるが、角度θおよび曲率半径Ｒはこれらに限定されない。尖端部１２１ｃは、絶縁皮膜１２２が薄く、絶縁皮膜薄肉部１２３となっている。しかし、尖端部１２１ｃは巻回軸線Ｙ方向に沿って突出しているので、平角線積層方向（矢印Ｚ方向）に隣接する平角線１２１の層間で絶縁皮膜薄肉部１２３が互いに隣接しない。すなわち、平角線積層方向に隣接する平角線１２１の絶縁皮膜薄肉部１２３間の最短距離Ｌが、比較例の最短距離Ｌ´よりも非常に大きい。
【００２１】
以上のとおり、本実施形態の平角線１２１によれば、平角線コイル１２０において平角線積層方向（矢印Ｚ方向）に隣接する平角線１２１の層間の絶縁皮膜薄肉部１２３が互いに隣接しないので、積層巻回された平角線１２１の層間の絶縁性を向上させることができる。なお、平角線積層方向に隣接する平角線１２１の層に当接する角部１２１ｄは鈍角（本実施形態では１３５°）であるので、角部１２１ｄにおける絶縁皮膜１２２の厚さは比較例の直角角部よりも大きくなっており、この点においても平角線１２１の層間の絶縁性が向上している。絶縁性向上の観点より、平角線積層方向に隣接する平角線１２１の層に当接する角部は、１１０〜１７０°であることが好ましい。
【００２２】
また、積層巻回された平角線１２１の層間の絶縁性が向上することにより、ワニス処理を不要とすることも可能となる。これにより、電動機のステータ１００のコスト低減を図ることができる。
【００２３】
さらに、ワニス処理が不要となる場合には、平角線コイル１２０表面の熱伝達率が増加し、間隙１４０に冷媒を流した際の平角線コイル１２０の放熱性能が向上する。
【００２４】
また、平角線１２１の断面形状が平角線コイル１２０の巻回軸線Ｙ方向に沿って延びる尖端部１２１ｃを間隙１４０側に有する形状であるので、平角線コイル１２０と冷媒との接触面積が増加するとともに、間隙１４０における冷媒の流れが乱流となり、平角線コイル１２０の放熱性能が向上する。
【００２５】
また、平角線１２１の絶縁皮膜薄肉部１２３が尖端部１２１ｃに形成されるので、平角線コイル１２０の放熱性能が向上する。ここで、より高い放熱性能を得るためには、尖端部１２１ｃの曲率半径Ｒは０．３ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２６】
なお、本実施形態では、平角線１２１の断面形状を略台形形状としているが、これに限られず、平角線コイル１２０の巻回軸線Ｙ方向に沿って延びる尖端部を有する形状であれば、他の形状とすることができる。図７は、平角線の断面形状の他の例を示す図である。この平角線の断面形状は、扁平な略六角形形状である。
【００２７】
また、本実施形態では、巻回軸線Ｙ方向について平角線１２１の両端に尖端部を有することとしているが、少なくとも一方の端部に尖端部を有する形状であれば、絶縁性を向上させることができる。ただし、放熱性能向上の観点より、少なくとも間隙１４０側に尖端部を有することが好ましく、さらに、絶縁性向上の観点より、両端に尖端部を有することがより好ましい。
【００２８】
また、本実施形態では、平角線コイル１２０は２列の平角線コイルからなることとしているが、これに限られず、１列でも３列以上であってもよい。
【００２９】
（第２の実施形態）
本実施形態に係る電動機のステータは、上記第１の実施形態に係る電動機のステータとほとんど同じであるが、２列の平角線コイルの平角線積層断面において、
２列の平角線コイルの平角線が、それぞれの尖端部の平角線積層方向の位置が交互にずれるように積層巻回されていることを特徴とするものである。以下、図面を用いて本実施形態について説明するが、第１の実施形態と共通する部分については説明を省略する。
【００３０】
図８は、本実施形態に係る電動機のステータの１列目コイルと２列目コイルの平角線積層断面図である。図８に示されるとおり、１列目コイル６１０が巻回される部分のインシュレータ６３０の厚さＤ１は、２列目コイル６２０が巻回される部分のインシュレータ６３０の厚さＤ２よりも大きい。すなわち、２列の平角線コイル６１０、６２０のうち一方の１列目コイル６１０の巻回開始位置が平角線積層方向（矢印Ｚ方向）にオフセットされている。本実施形態では、インシュレータ６３０の厚さの差（Ｄ１−Ｄ２）、すなわち、巻回開始位置のオフセットの量ΔＤは、絶縁被覆された平角線６１１、６２１の厚さＥ（０．６ｍｍ）の約半分に相当する量（０．３ｍｍ）である。このように、平角線コイルの巻回開始位置をオフセットすることにより、１列目コイル６１０の平角線６１１の尖端部６１１ａと２列目コイル６２０の平角線６２１の尖端部６２１ａとの平角線積層方向（矢印Ｚ方向）の位置が交互にずれるように、２列の平角線コイル６１０、６２０の平角線６１１、６２１を巻回することができる。
【００３１】
以上のとおり本実施形態によれば、２列の平角線コイル６１０、６２０の平角線積層断面において、２列の平角線コイル６１０、６２０の平角線６１１、６２１が、それぞれの尖端部６１１ａ、６２１ａの平角線積層方向（矢印Ｚ方向）の位置が交互にずれるように積層巻回されているので、１列目コイル６１０の絶縁皮膜薄肉部６１２と２列目コイル６２０の絶縁皮膜薄肉部６２２との最短距離Ｍを大きくすることができ、２列の平角線コイル６１０、６２０の間の絶縁性を向上させることができる。第１の実施形態（巻回開始位置をオフセットしない場合）では、１列目コイル１２０ａの絶縁皮膜薄肉部１２３と２列目コイル１２０ｂの絶縁皮膜薄肉部１２３との最短距離Ｍは０．２５ｍｍである。これに対し、本実施形態では、１列目コイル６１０の絶縁皮膜薄肉部６１２と２列目コイル６２０の絶縁皮膜薄肉部６２２との最短距離Ｍは０．３５ｍｍである。
【００３２】
なお、本実施形態では、巻回開始位置のオフセットの量ΔＤを絶縁被覆された平角線６１１、６２１の厚さＥの約半分に相当する量としたが、これに限られるものではなく、２列の平角線コイル６１０、６２０のそれぞれの尖端部６１１ａ、６２１ａの平角線積層方向（矢印Ｚ方向）の位置が交互にずれれば、他のオフセット量としてもよい。ここで、絶縁性向上の観点より、オフセットの量は、２列の平角線コイル６１０、６２０の絶縁皮膜薄肉部６１２、６２２の最短距離Ｍが最大となる量とするのが好ましい。
【００３３】
また、本実施形態では、２列の平角線コイルのうちいずれか一方の平角線コイルの巻回開始位置を平角線積層方向にオフセットしているが、これに限られるものではなく、２列の平角線コイルの尖端部の平角線積層方向の位置を交互にずらすことができれば、他の構成を採用することができる。図９は、２列の平角線コイルの尖端部の平角線積層方向の位置を交互にずらすための他の構成例を示す図である。この構成例では、平角線の断面形状を１列目コイル７１０と２列目コイル７２０とで異ならしめることにより、２列の平角線コイル７１０、７２０の平角線７１１、７２１の尖端部７１１ａ、７２１ａの平角線積層方向（矢印Ｚ方向）の位置を交互にずらすこととしている。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る電動機のステータを用いた電動機の断面構成図である。
【図２】本実施形態に係るステータの外観斜視図である。
【図３】本実施形態に係るステータの断面（断面Ａ−Ａ´）の一部を示す図である。
【図４】積層巻回された平角線を示す図である。
【図５】本実施形態に係る平角線コイルの平角線積層断面図である。
【図６】比較例の平角線を用いた場合の平角線コイルの平角線積層断面図である。
【図７】平角線の断面形状の他の例を示す図である。
【図８】第２の実施形態に係る平角線コイルの平角線積層断面図である。
【図９】二列の平角線コイルの尖端部の平角線積層方向の位置を交互にずらすための他の構成例を示す図である。
【符号の説明】
１００…ステータ
１００ａ…ステータ外周
１００ｂ…ステータ内周
１１０…ステータコア
１１１…分割コア
１１１ａ…突極
１２０…平角線コイル
１２０ａ…１列目コイル
１２０ｂ…２列目コイル
１２１…平角線
１２１ｃ…尖端部
１２２…絶縁皮膜
１２３…絶縁皮膜薄肉部
１３０…インシュレータ
１４０…間隙
１５０…スペーサ
１６０…アンダープレート
１７０…シールドプレート
２００…ロータ
２１０…ロータコア
２２０…シャフト
２３０…永久磁石
２４０…エンドプレート
３００…カバー
３１０…ベアリング
３２０…シールリング
３３０…流入口
３４０…吐出口
４１０、４２０…冷媒溜り室
５００…ケース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年9月4日(2002.9.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004096907.tif 000015
【図５】
2004096907.tif 000016
【図６】
2004096907.tif 000017
【図７】
2004096907.tif 000018
【図８】
2004096907.tif 000019
【図９】
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