(57)【要約】【課題】スロット絶縁紙や相間絶縁紙の挿入を解消でき、もって高いモータ製造効率に寄与できるとともに、絶縁信頼性の高い相間絶縁やスロット絶縁を保証することのできる巻線と、この巻線を適用してなる絶縁信頼性の高いコイルの絶縁構造、および製造効率の高いコイルの絶縁構造を形成する方法を提供する。【解決手段】導線１ａと、導線１ａの周りに形成された絶縁被膜からなり、この絶縁被膜は、導線１ａ側に配された熱硬化性樹脂からなる内被膜１ｂとその周りに配されて熱可塑性樹脂からなる外被膜１ｃからなり、外被膜１ｃはさらに発泡剤Ｂ’を含有している。相間絶縁構造１０やスロット絶縁構造１０Ａが形成された際には、この発泡剤Ｂ’が発泡成長し、熱可塑性樹脂が軟化して体積膨張する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導線と、導線の周りに形成された絶縁被膜からなり、
前記絶縁被膜は、導線側に配された熱硬化性樹脂からなる内被膜とその周りに配されて熱可塑性樹脂からなる外被膜からなり、
外被膜はさらに発泡剤を含有している巻線。
【請求項２】
ティース周りに形成されたコイルの絶縁構造であって、
導線と、導線の周りに形成された絶縁被膜からなり、該絶縁被膜は、導線側に配された熱硬化性樹脂からなる内被膜と、発泡剤が含有された熱可塑性樹脂からなる外被膜とからなるものであって、該発泡剤が発泡して体積膨張した外被膜によってコイル間の絶縁が図られているコイルの絶縁構造。
【請求項３】
前記発泡剤が発泡して体積膨張した外被膜によって、コイルエンドの相間絶縁が図られている請求項２に記載のコイルの絶縁構造。
【請求項４】
前記発泡剤が発泡して体積膨張した外被膜によって、さらにスロット面とコイルの間のスロット絶縁が図られている請求項３に記載のコイルの絶縁構造。
【請求項５】
請求項１に記載の巻線をステータのティース周りに巻装して各相のコイルを形成する第１のステップ、
少なくともコイルエンドにおいて、各相のコイルを熱処理して外被膜内の発泡剤を発泡させてその体積を膨張させ、相間絶縁を図る第２のステップからなるコイルの絶縁構造を形成する方法。
【請求項６】
第２のステップで、さらにスロット面とコイルの間のスロット絶縁も同時に図られる請求項５に記載のコイルの絶縁構造を形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえばモータのコイルに用いられる巻線とこの巻線を用いたコイルの絶縁構造、およびこのコイルの絶縁構造を形成する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータを構成するステータは、円環状のヨークと、ヨークから径方向内側に突出する複数のティースと、隣接するティース間に形成されるスロットを備えた鋼板が積層されてなるステータコアから形成されており、たとえば３相のコイルが固有のスロット内に挿入されることによってステータが製造される。コイル用の巻線は、導線周りにエナメル被膜等の絶縁被膜が形成されてコイル内における導線間の絶縁が図られるとともに、ティースとコイルの間には絶縁性のボビンやスロット絶縁紙等のインシュレータが配設されてコア−コイル間の絶縁が図られている。さらに、たとえば３相交流コイルなどの場合には、特許文献１で開示されるように相間絶縁紙等のインシュレータで異相コイル間の相間絶縁が図られている。なお、上記するコイル形成用の巻線は、たとえば銅素材の導線の周りに熱硬化性のエナメル樹脂を溶剤に溶かして数μｍの厚みで塗布し、熱処理して塗布層を固め、この処理を複数回繰り返して所望厚のエナメル被膜を形成して巻線が製造されている。
【０００３】
ところで、ハイブリッド車や電気自動車等をはじめとする昨今の車両に搭載されるモータは小型化と軽量化が図られており、このモータの小型化にともなってコイルの巻装形態も複雑化してきている。たとえば、コイルの占積率を高めるために平角線が使用されているが、コイルエンドにおいてはこの平角線を捻るようにしてコイルエンドからの突出長をできるだけ少なくするような措置が講じられており、その結果としてコイルの形状や巻装形態が複雑になっている。
【０００４】
コイルは、ティースのスロット面や異相コイルとの間で絶縁が図られる必要があるが、スロット内におけるコイルの占積率を高めるために、導線周りのエナメル被膜を可及的に薄くする試みがおこなわれている。しかしながら、その背反として、特に相間絶縁が図られるべきコイルエンドにおいては、絶縁被膜が薄くなることで相間絶縁性能が低下するといった問題が生じてしまう。
【０００５】
また、このコイルエンドでは、相間絶縁を相間絶縁紙で保証するようにしているものの、異相コイル間に相間絶縁紙を挿入する際の加工手間が大きいために、この加工がモータ製造効率を低下させる要因の一つとなっている。なお、スロット絶縁紙をスロット面とコイルの間に挿入する加工も同様に、モータ製造効率低下の要因となっていることは相間絶縁紙の場合と同様である。
【０００６】
したがって、スロット絶縁紙や相間絶縁紙の挿入を解消でき、もって高いモータ製造効率に寄与できるとともに優れた相間絶縁やスロット絶縁を齎すことのできる巻線の開発と、この巻線を使用して絶縁性に優れたコイルの絶縁構造の開発、さらには、この巻線を使用して製造効率に優れたコイルの絶縁構造を形成する方法の開発が当該技術分野で切望されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１０９６６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、スロット絶縁紙や相間絶縁紙の挿入を解消でき、もって高いモータ製造効率に寄与できるとともに、絶縁信頼性の高い相間絶縁やスロット絶縁を保証することのできる巻線と、この巻線を適用してなる絶縁信頼性の高いコイルの絶縁構造、および製造効率の高いコイルの絶縁構造を形成する方法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】
【０００９】
前記目的を達成すべく、本発明による巻線は、導線と、導線の周りに形成された絶縁被膜からなり、前記絶縁被膜は、導線側に配された熱硬化性樹脂からなる内被膜とその周りに配されて熱可塑性樹脂からなる外被膜からなり、外被膜はさらに発泡剤を含有しているものである。
【００１０】
本発明の巻線は、導線周りに２層構造の絶縁被膜を有するものであり、導線側の内被膜は熱硬化性樹脂から形成され、外側の外被膜は熱可塑性樹脂の内部に発泡剤が含有された材料から形成されており、この巻線からなるコイルをティースに配設した後に所望部位を熱処理することにより、外被膜の熱可塑性樹脂を溶融させながらその内部の発泡剤を発泡させて溶融した外被膜を膨張させ、所望厚の絶縁層を形成することのできる巻線である。すなわち、発泡倍率や素材が所望に調整された発泡剤を発泡させることによって所望厚の絶縁層が形成でき、この発泡によってできた空隙は誘電率が低く、高い絶縁性能を期待することができる。なお、占積率を高めるべく、巻線を構成する導線には平角線を適用するのがよい。
【００１１】
外被膜を熱処理した際に、内被膜は熱硬化性樹脂から形成されているために溶融することがなく、したがって、内被膜も同時に溶融して内部の導線がむき出しになり、導線自体の絶縁性がなくなるといった問題は生じない。すなわち、内被膜を熱硬化性樹脂から形成する理由は、外被膜が加熱溶融し、発泡して膨張している際に内被膜は溶融することなく、その絶縁性を確保している状態を形成するためである。
【００１２】
気泡によって外被膜が体積膨張して絶縁層を形成する部位は特に、相間絶縁を図りたいコイルエンドや、ティースのスロット面に対応する部位となる。したがって、コイルを形成する導線の全ての領域が上記する２層構造の絶縁被膜を必ずしも有している必要はなく、これらコイルエンド部位やスロット面に対応した部位のみ上記２層構造の絶縁被膜を有し、それ以外の部位は熱硬化性樹脂からなる１層の絶縁被膜を有する形態であってもよい。
【００１３】
たとえば、内被膜を従来一般の熱硬化性樹脂のエナメル被膜から形成し、外被膜は、たとえばビステトラゾール系の発泡剤が、ポリプロピレン（ＰＰ）やポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの熱可塑性樹脂内に含有された材料から形成できる。
【００１４】
なお、発泡剤の発泡温度は、外被膜のマトリックス樹脂である熱可塑性樹脂の融点以上のもの、すなわち、巻線成形時には発泡しないものを使用するのが好ましく、かつ、内被膜を形成する熱硬化性樹脂や外被膜を形成する熱可塑性樹脂の分解温度以下で発泡するものがよい。
【００１５】
本発明はティース周りに形成されたコイルの絶縁構造にも及ぶものであり、この絶縁構造は、導線と、導線の周りに形成された絶縁被膜からなり、該絶縁被膜は、導線側に配された熱硬化性樹脂からなる内被膜と、発泡剤が含有された熱可塑性樹脂からなる外被膜とからなるものであって、該発泡剤が発泡して体積膨張した外被膜によってコイル間の絶縁が図られているものである。
【００１６】
この絶縁構造では、コイルエンドにおける相間絶縁のみが図られている実施の形態であってもよいし、スロット面とコイルのスロット絶縁のみが図られている実施の形態であってもよいし、相間絶縁とスロット絶縁の双方が図られている実施の形態であってもよい。
【００１７】
さらに、本発明はコイルの絶縁構造を形成する方法にも及ぶものであり、この方法は、本発明の前記巻線をステータのティース周りに巻装して各相のコイルを形成する第１のステップ、少なくともコイルエンドにおいて、各相のコイルを熱処理して外被膜内の発泡剤を発泡させてその体積を膨張させ、相間絶縁を図る第２のステップからなるものである。
【００１８】
この方法では、さらに、スロット面とコイルのスロット絶縁も相間絶縁と同時に図られる実施の形態であってもよい。
【００１９】
本発明のコイルの絶縁構造を形成する方法によれば、コイルエンドにおける相間絶縁やスロット面におけるスロット絶縁に際し、絶縁紙を挿入する際の多大な加工手間を解消することができ、さらには、絶縁紙という別部材を用意するのを解消することができるため、コイルの形成効率、より具体的にはコイルの絶縁構造形成効率が極めて高く、製造コストも低減でき、絶縁信頼性の高いコイルの絶縁構造を得ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上の説明から理解できるように、本発明の巻線と、この巻線を適用してなるコイルの絶縁構造、およびこのコイルの絶縁構造を形成する方法によれば、巻線が導線周りに２層構造の絶縁被膜を有し、導線側の内被膜は熱硬化性樹脂から形成され、外側の外被膜は熱可塑性樹脂の内部に発泡剤が含有された材料から形成された構成となっていることで、この巻線からなるコイルをティースに配設した後に所望部位を熱処理することによって、外被膜の熱可塑性樹脂を溶融させながらその内部の発泡剤を発泡させて溶融した外被膜を膨張させ、所望厚で絶縁性に優れた絶縁層を所望部位に形成することができる。すなわち、コイルエンドにおける相間絶縁やスロット面におけるスロット絶縁に際し、絶縁紙を挿入するといった加工を解消することができるため、絶縁信頼性の高いコイルを効率的に形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】ステータコアにおける異相コイル間が相間絶縁されている状況を説明した斜視図である。
【図２】図１のII−II矢視図であって、異相コイル間の相間絶縁構造を示す縦断面図である。
【図３】（ａ）は熱処理前の巻線の状態を示す縦断面図であり、（ｂ）は熱処理後の巻線の状態を示す縦断面図である。
【図４】コイルとスロット面の間のスロット絶縁構造を示す横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の巻線とコイルの絶縁構造（相間絶縁構造、スロット絶縁構造）、およびコイルの絶縁構造を形成する方法の実施の形態を説明する。なお、図示例の巻線は平角線からなるものであるが、本発明の巻線は平角線以外にも断面円形や楕円形の一般の導線からなるものを含んでいることは勿論のことである。
【００２３】
（相間絶縁構造とその形成方法）
図１はステータコアにおける異相コイル間が相間絶縁されている状況を説明した斜視図であり、図２は図１のII−II矢視図であって、異相コイル間の相間絶縁構造を示す縦断面図である。
【００２４】
図１は、３相交流モータ用コイルのうち、異相コイルのＵ相とＶ相がコイルエンドで接している箇所のみを取り出して示したものである。なお、したがって、別の部位では、Ｕ相とＷ相がコイルエンドで接している箇所、Ｖ相とＷ相がコイルエンドで接している箇所が存在する。なお、ステータコア２を構成するティース２ａ，２ａで画成される一つのスロット２ｃ内には、同相の複数の巻線１Ａ、…，１Ｂ、…が挿入され、これが複数のティースを超えて別途のスロット内に挿入され、それぞれ環状のステータコア２を一周して各相のコイルがステータコア２に形成されている。
【００２５】
Ｕ相コイルおよびＶ相コイルをそれぞれ構成する巻線１Ａ，１Ｂはともに、平角導線１ａと絶縁被膜から構成されており、この絶縁被膜は、平角導線１ａ側に配された熱硬化性樹脂からなる内被膜１ｂと、その周りに配されて熱可塑性樹脂からなる外被膜１ｃから構成されている。
【００２６】
内被膜１ｂは熱硬化性樹脂のエナメル被膜から形成されており、その厚みは全周でｔ１となっている。
【００２７】
一方、外被膜１ｃは、異相コイルと接する側面以外は厚みがｔ２であり、異相コイルと接する側面はその厚みが他の側面の厚みよりも格段に厚いｔ３となっており、この側面内部には多数の気泡Ｂが分散した構成を呈している。
【００２８】
外被膜１ｃは、ポリプロピレン（ＰＰ）やポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの熱可塑性樹脂から形成されており、この内部には、当初はビステトラゾール系の発泡剤が含有されていて、この側面部位が熱処理されることにより、熱可塑性樹脂は溶融し、発泡剤は発泡して体積膨張することによって図示するような厚みｔ３の絶縁層が形成される。なお、ビステトラゾール系の発泡剤のより詳細な素材としては、ビステトラゾールジアンモニウム、ビステトラゾールピペラジンなどを挙げることができる。
【００２９】
Ｕ相コイルを構成する巻線１Ａの下側面とＶ相コイルを構成する巻線１Ｂの上側面がともに厚い厚みｔ３を有していること、およびこの厚みｔ３の層内に誘電率が低く、高い絶縁性能が期待できる多数の気泡Ｂが分散していることにより、絶縁性に優れた相間絶縁構造１０が形成される。
【００３０】
すなわち、図示する相間絶縁構造１０においては、相間に従来使用されている絶縁紙等のインシュレータは存在しておらず、その代わりに、多数の気泡Ｂが分散された熱可塑性樹脂からなる２つの外被膜１ｃ，１ｃとそれらの内側の熱硬化性樹脂からなる内被膜１ｂ，１ｂからなる絶縁構造となっている。
【００３１】
次に、図３を参照して、図２で示す相間絶縁構造１０の形成方法を概説する。なお、図３ａは熱処理前の巻線の状態を示す縦断面図であり、図３ｂは熱処理後の巻線の状態を示す縦断面図であり、巻線１Ａを取り上げて説明する。
【００３２】
まず、図３ａで示すように、平角導線１ａと熱硬化性樹脂からなる内被膜１ｂ、熱可塑性樹脂からなる外被膜１ｃであって相間絶縁したい層１ｃ’内に発泡剤Ｂ’が含有されてなる巻線１Ａ’を用意する。図示する熱処理前の状態では、内被膜１ｂの厚みはｔ１、外被膜１ｃおよび１ｃ’の厚みは一律ｔ２である。
【００３３】
そして、不図示の別途の巻線１Ｂも巻線１Ａと同様の構成のものが用意される。
【００３４】
そして、双方の巻線１Ａ，１Ｂ、さらには図示を省略するＷ相コイル用の巻線を図１で示すようにティース２ａ周りに巻装して３相交流モータ用コイルを形成し、特に図示するコイルエンド位置では、巻線１Ａ，１Ｂの各コイルエンドを接触させながらヨーク２ｂ側に寄せるようにして配設する。
【００３５】
次に、巻線１Ａ，１Ｂのうちで双方が接触している層やその近傍を熱処理し、外被膜１ｃ’を構成する熱可塑性樹脂を溶融させながら、分散している発泡剤Ｂ’を発泡させ、これを発泡成長させて気泡Ｂを溶融樹脂内に形成する。
【００３６】
ここで、発泡剤Ｂ’の発泡温度は、外被膜１ｃ’のマトリックス樹脂である熱可塑性樹脂の融点以上のもの、すなわち、巻線成形時には発泡しないものを使用し、かつ、内被膜１ｂを形成する熱硬化性樹脂や外被膜１ｃ、１ｃ’を形成する熱可塑性樹脂の分解温度以下で発泡するものを使用する。
【００３７】
外被膜１ｃ’では、熱可塑性樹脂が溶融した状態で内部の発泡剤Ｂ’が発泡成長することで、形成された気泡Ｂにて外被膜１ｃ’の溶融樹脂が外側に押出されるようにして層が膨張し、当初の厚みｔ２から厚みが増した外被膜１ｃが形成され、図３ｂで示すように相間絶縁構造１０を構成する巻線１Ａとなる。
【００３８】
図示する巻線１Ａの内被膜１ｂが熱硬化性樹脂から形成され、外被膜１ｃ、１ｃ’が熱可塑性樹脂から形成されていることで、少なくとも外被膜１ｃ’を熱処理した際に、内被膜１ｂは熱硬化性樹脂から形成されているために溶融することがなく、したがって、内被膜１ｂも同時に溶融して内部の平角導線１ａがむき出しになり、平角導線１ａ自体の絶縁性がなくなるといった問題は生じ得ない。
【００３９】
このように、以上で説明する図２で示す相間絶縁構造１０を形成する方法においては、当該絶縁構造を形成する過程で絶縁紙等のインシュレータを一切必要としない。そのため、相間絶縁の際に絶縁紙を挿入していた従来の方法に比して製造効率を格段に向上させることができ、しかも、絶縁紙等の別部材を不要とできることで材料コストを低減することができる。
【００４０】
なお、図２で示すように、異相コイルに接する層のみに発泡剤Ｂ’が含有され、これを発泡させることのほかにも、２つの層、３つの層、さらには、４つの全ての層に発泡剤Ｂ’が含有されていてこれが発泡してできた巻線であってもよいことは勿論のことである。
【００４１】
（スロット絶縁構造）
図４はコイルとスロット面の間のスロット絶縁構造を示す横断面図である。同図で示す巻線１Ｃは、平角導線１ａと絶縁被膜から構成されており、この絶縁被膜は、平角導線１ａ側に配された熱硬化性樹脂からなる内被膜１ｂとその周りに配されて熱可塑性樹脂からなる外被膜１ｃから構成されており、外被膜１ｃは、発泡剤が発泡成長してなる多数の気泡Ｂによって層全体の厚みが厚くなっており、この層厚の厚い外被膜１ｃによってスロット絶縁構造１０Ａが形成されている。
【００４２】
なお、図示例は、巻線１Ｃのうち、スロット面と接触する側面にのみ外被膜１ｃが形成された２層の絶縁被膜を有する形態であるが、４つの側面すべてに外被膜１ｃを具備する形態であってもよいことは勿論のことである。
【００４３】
さらに、図２、図４の双方で示す構造の巻線、すなわち、スロット面と接触する層、および、コイルエンドにおいて異相コイルと接触する層の双方に外被膜１ｃを具備する形態の巻線であってもよい。
【００４４】
また、各相で、発泡剤の種類を変化させたり、発泡度を変化させることにより、所望部位に所望厚の外被膜１ｃを形成できるようにしてもよい。
【００４５】
いずれの形態であれ、図示する相間絶縁構造１０やスロット絶縁構造１０Ａ、もしくは双方の絶縁構造を具備するステータにおいては、絶縁性能に優れた絶縁構造を効率的に形成することができる。
【００４６】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４７】
１ａ…平角導線、１ｂ…内被膜、１ｃ…外被膜、１Ａ，１Ｂ、１Ｃ…巻線、１Ａ’…熱処理前の巻線、２…ステータコア、２ａ…ティース、２ｂ…ヨーク、２ｃ…スロット、１０…相間絶縁構造、１０Ａ…スロット絶縁構造、Ｂ…空隙、Ｂ’… 発泡剤
【図１】
2012228093.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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