(57)【要約】【課題】絶縁紙を用いることなく絶縁距離を確保した電動機を提供すること。【解決手段】導体６１の表面に絶縁皮膜６２が被覆された素線２を巻回してなる多相のコイル１を有するものであり、コイル１は、絶縁距離の確保が必要な箇所に絶縁被膜６２の表面から突出した複数の絶縁用突起３５を備えた電動機。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体の表面に絶縁皮膜が被覆された素線を巻回してなる多相のコイルを有する電動機において、
前記コイルは、絶縁距離の確保が必要な箇所に前記絶縁被膜の表面から突出した複数の絶縁用突起を備えたものであることを特徴とする電動機。
【請求項２】
請求項１に記載する電動機において、
前記絶縁用突起は、前記絶縁被膜の膜厚より大きい粒状の絶縁体であって、その絶縁体が前記絶縁被膜に嵌入して形成されたものであることを特徴とする電動機。
【請求項３】
請求項２に記載する電動機において、
前記絶縁体は、ガラス又はセラミックスの球体であることを特徴とする電動機。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載する電動機において、
前記絶縁用突起は、前記絶縁皮膜を前記導体へ被覆する工程で、前記絶縁体が前記絶縁皮膜に対して埋め込まれて形成されたものであることを特徴とする電動機。
【請求項５】
請求項２又は請求項３に記載する電動機において、
前記絶縁用突起は、前記コイルに対して前記絶縁皮膜の融点よりも高い温度に熱した前記絶縁体が、前記絶縁皮膜に対して埋め込まれて形成されたものであることを特徴とする電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多相コイルを有する電動機であって、絶縁紙を用いることなく絶縁距離の確保を可能としたものに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＨＶ用三相交流モータなどの電動機は、ステータコアに対してＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルがそれぞれ順に巻かれ、コイル同士がコイルエンド部分で重なりを生じさせている。そうした重なり部分には最も高い電圧（例えば１３００Ｖ）がかかるため、コイル同士の電気的絶縁が必要であった。そのため、従来の電動機では、各コイル間に相間絶縁紙と呼ばれる絶縁性のシートが入れられていた。そうした絶縁は、コイル同士の相間だけではなく、ステータを構成するティースとコイルとの間にも絶縁のためスロット絶縁紙が設けられていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２１７６７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電動機は、コイルそのものが絶縁皮膜によって絶縁されているが、それでも特に高い電圧がかかるコイルエンド部分などには更に絶縁のための処理が必要になる。そのため、従来の電動機では絶縁紙を使用した構造がとられていたが、絶縁紙が高価であることから電動機全体の価格を引き上げてしまう他、コイルエンド部分への挿入が難しいため生産性が悪く、そうした面からも電動機のコストを上げてしまうことが問題であった。その他、電動機を構成するコイルは電圧のかかり方が部分的に異なるため、絶縁皮膜の厚さを変えるなどの技術的思想も提案されている。しかし、膜厚調整を行った導体への皮膜形成についても、製造工程が複雑になってしまいコストアップは避けられない。
【０００５】
本発明は、かかる課題を解決すべく、絶縁紙を用いることなく絶縁距離を確保した電動機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】
【０００６】
本発明に係る電動機は、導体の表面に絶縁皮膜が被覆された素線を巻回してなる多相のコイルを有するものであり、前記コイルは、絶縁距離の確保が必要な箇所に前記絶縁被膜の表面から突出した複数の絶縁用突起を備えたものであることを特徴とする。
また、本発明に係る電動機の前記絶縁用突起は、前記絶縁被膜の膜厚より大きい粒状の絶縁体であって、その絶縁体が前記絶縁被膜に嵌入して形成されたものであることが好ましい。
また、本発明に係る電動機は、前記絶縁体がガラス又はセラミックスの球体であることが好ましい。
【０００７】
また、本発明に係る電動機の前記絶縁用突起は、前記絶縁皮膜を前記導体へ被覆する工程で、前記絶縁体が前記絶縁皮膜に対して埋め込まれて形成されたものであることが好ましい。
また、本発明に係る電動機の前記絶縁用突起は、前記コイルに対して前記絶縁皮膜の融点よりも高い温度に熱した前記絶縁体が、前記絶縁皮膜に対して埋め込まれて形成されたものであることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の電動機は、絶縁距離の確保が必要な箇所に絶縁被膜の表面から突出した複数の絶縁用突起を備えるコイル構成としたので、例えば、最も電圧がかかるコイルの相間部分において絶縁用突起による一定の絶縁距離を確保することができる。そして、本発明の電動機によれば、こうした絶縁の効果を果たすために相間絶縁紙を用いる必要がなくなり、従来のような相間絶縁紙の挿入といった煩わしい作業も行わなくてよい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態の電動機を構成するコイルを示した斜視図である。
【図２】ステータの組付状態を示した斜視図である。
【図３】コイルの相間部分における絶縁状態を示した図である。
【図４】スロット内におけるコイルの絶縁状態を示した図である。
【図５】被覆工程で行われる絶縁用突起の噴射による嵌入方法を概念的に示した図である。
【図６】被覆工程で行われる絶縁用突起の転写による嵌入方法を概念的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明に係る電動機の実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。電動機としては、ＨＶ用三相交流モータを例に挙げることができる。モータを構成するステータには、例えば図１に示すような２重コイル１が使用される。この２重コイル１は、第１コイル１０と第２コイル２０とからなり、第１コイル１０の内周側に第２コイル２０が重ねられている。そして、その第１コイル１０および第２コイル２０は、素線２が複数巻回されたものである。
【００１１】
素線２は、矩形断面をした平角導体の表面に、絶縁性の樹脂が絶縁皮膜として被覆されたものである。導体には銅などの導電性の高い金属が使用され、絶縁皮膜にはＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）などの熱可塑性樹脂が用いられる。２重コイル１の形成には、先ず２本の素線２がエッジワイズ曲げ加工によって巻回され、八角形の素体コイルが形成される。そして、その素体コイルに変形が加えられ、図１に示すような形状の２重コイル１が形作られる。
【００１２】
第１コイル１０および第２コイル２０は、平角形状の素線２が複数本分並べられ、所定の幅を持った平面形状を有している。そして、図面の左右にそれぞれ上下方向に伸びた直線部分１１，２１がステータコアのスロットに挿入される部分であり、図面の上下方向に重なった部分がスロットから突き出るコイルエンド部分１２，２２となる。上下のコイルエンド部分１２，２２は対称的に形成され、上下方向にそれぞれ突き出した凸形状部３１と、その両側にあって直線部分１１，２１に連続する肩部３２，３３が形成されている。
【００１３】
次に図２は、ステータの組付状態を示した斜視図である。ステータ４は、複数の２重コイル１によってコイル籠３が形成され、直線部分１１，２１がステータコア４０のスロット４１内に収められる。それには先ず、コイル籠３が形成される。コイル籠３は、２４組の２重コイル１が円周方向に組まれるが、その際、一の２重コイル１の凸形状部３１の下に他の２重コイル１の肩部３２，３３が重ねられる。こうした組み付けには複数の２重コイル１に位置決め治具５が使用される。
【００１４】
その後、コイル籠３に対して外周側からピース４５が差し込まれる。ステータコア４０は、複数のピース４５が円周状に並べられた分割式の構造であり、円筒状に組み上がった後は外周部分に不図示のアウターリングが焼きバメされ一体に形成される。こうした構造のステータ４によれば、高出力化と小型化とを図ることが可能となる。すなわち、２重コイル１は、素線２の巻数の増加や素線２の幅寸法が大きくなったとしても成形が可能であるため、占積率の向上による高出力化が可能になる。また、凸形状部３１のスペース確保により、コイルエンドが短縮するため小型化が可能になる。
【００１５】
ところで、ステータ４は、隣り合う位相の異なる２重コイル１同士の間で重なり合っている。すなわち、図２に表されているコイルエンド部分には、一の２重コイル１の凸形状部３１に対し、他の２重コイル１の肩部３２，３３が下側に入り込んで重なっている。従来、このような重なり合った箇所には、コイル間に相間絶縁紙が挟み込まれ、絶縁のための距離が確保されていた。従って、課題でも述べたように、コイル籠３を円周方向に組む際、複数の箇所にそれぞれ相間絶縁紙を挿入する作業が必要であった。しかし、本実施形態では、そうした相間絶縁紙を不要にするため、２重コイル１の肩部３２，３３の表面に複数の絶縁用突起３５が設けられている。
【００１６】
図２に表されていないが、一の２重コイル１の肩部３２，３３に重なった他の２重コイル１の凸形状部３１との間には、図１に示すように絶縁用突起３５が介在する。そのため図３に示すように、最も電圧がかかる箇所でコイル同士が接することなく、絶縁用突起３５によって隙間ができ一定の絶縁距離が確保されることになる。絶縁用突起３５は、絶縁性を有する球状のガラスビーズやセラミックボールが使用されている。そして、その絶縁用突起３５は、後述するように、素線２の絶縁皮膜に対して一部が表面から露出するようにして嵌入され、素線２の一部として構成されている。そのため、前述したようにコイル籠３を円周方向に組む場合でも、従来のように相間絶縁紙の挿入といった作業を行わなくとも、絶縁用突起３５による絶縁距離の確保が可能になる。
【００１７】
更に、２重コイル１は、第１コイル１０と第２コイル２０のコイルエンド部分１２，２２が重なっているため、相間でなくともこの部分において絶縁距離をとることが好ましい。そこで、第１コイル１０のコイルエンド部分２２において、その内周側にも絶縁用突起３５を設けるようにすれば、２重コイル１はコイルエンド部分１２，２２の間でも図３に示す場合と同様に絶縁距離をとることができる。
【００１８】
また、２重コイル１は、コイルエンド部分１２，２２だけではなく、直線部分１１，２１に対しても絶縁用突起３５を設けるようにしてもよい。直線部分１１，２１は、ステータコア４０のスロット４１内に挿入される。その際、従来の電動機はスロット４１内にスロット絶縁紙が入れられ、スロット絶縁紙が直線部分１１，２１とステータコア４０との間の絶縁距離が確保されていた。そこで、本実施形態の電動機では、２重コイル１の直線部分１１，２１にも絶縁皮膜に絶縁用突起３５を嵌入させる。これによってステータ４は、図４に示すように、スロット絶縁紙が無くてもティース４２に対して素線２が直接接しないように絶縁距離をとることができる。更に、このような構造であれば、硬い絶縁用突起３５が保護部材として機能し、スロット４１内にコイルを挿入する際、或いは挿入後にもステータコア４０との擦れによって生じ得る絶縁被膜の損傷を防止することができる。
【００１９】
ところで、絶縁用突起３５を備えた２重コイル１は、例えば、素線２の絶縁皮膜を押出成形する被覆工程で、その絶縁皮膜への絶縁用突起３５が嵌入される。ここで、図５は、被覆工程で行われる絶縁用突起３５の嵌入方法を概念的に示した図である。素線２は、矩形断面の平角導体６１が成形装置５０を通って矢印で示す方向に送り出され、その間に絶縁性の樹脂が表面に絶縁皮膜６２として被覆される。成形装置５０では、内部で樹脂が溶融され、そうした樹脂が平角導体６１が押し出されるダイス５１へと供給される。そして、平角導体６１がダイス５１から押し出される際、その表面に約６０μｍの厚さで絶縁皮膜６２が連続的に形成される。
【００２０】
成形装置５０の下流側には、素線２に向けて絶縁体６３を噴射する噴射装置５５が設けられている。絶縁体６３は、直径が１００μｍ程度の球状のガラスビーズやセラミックボールなどである。成形装置５０から押し出された素線２は、絶縁皮膜６２が熱をもって柔らかい状態である。噴射装置５１では、そうした素線２に対して所定のタイミングで勢いよく絶縁体６３を衝突させる。これにより、素線２の絶縁皮膜６２に絶縁体６３が埋め込まれる。絶縁体６３は、絶縁被膜６２の膜厚よりも直径が大きいため、絶縁被膜６２に嵌入しても一部が表面から露出する。こうして嵌入した絶縁体６３が、図１に示すように素線２の絶縁用突起３５となる。
【００２１】
素線２は、その後の工程で２重コイル１として形成されるが、噴射装置５１から噴射された絶縁体６３は、２重コイル１となった時に肩部３２，３３や直線部分１１，２１となる位置に合わせて埋め込まれる。なお、図５には噴射装置５１を上方にしか配置していないが、下側にも設けることで両面に絶縁用突起３５を形成する場合に対応することができる。従って、絶縁体６３を絶縁被膜６２に嵌入させた素線２により、所定の箇所に絶縁用突起３５を備えた２重コイル１を容易に製造することができ、前述したように、コイル籠３を円周方向に組む場合でも、従来のように相間絶縁紙の挿入といった作業を行わなくとも、絶縁用突起３５による絶縁距離の確保が可能になる。
【００２２】
ところで、絶縁被膜６２に対して絶縁体６３を嵌入させる方法は、図６に示すように転写によって行うものであってもよい。そこで、図６は、被覆工程で転写により行われる絶縁用突起３５の嵌入方法を概念的に示した図である。この場合、成形装置５０の下流側には、素線２に向けて絶縁体６３を転写する転写ローラ５８が設けられている。転写ローラ５８には絶縁体６３が保持され、成形装置５０から矢印方向に押し出された素線２の移動に合わせて回転する。そこで、柔らかい状態の絶縁皮膜６２へ絶縁体６３が押し付けられると、転写ローラ５８から外れた絶縁体６３が絶縁皮膜６２に埋め込まれる。なお、転写ローラ５８には、適宜絶縁体６３が供給保持され、所定の範囲に連続的な絶縁体６３の転写が可能である。
【００２３】
この場合も、絶縁体６３は２重コイル１となった時に肩部３２，３３や直線部分１１，２１となる位置に合わせて埋め込まれる。そして、図６には噴射装置５１を上方にしか配置していないが、下側にも設けることで両面に絶縁用突起３５を形成する場合に対応することができる。従って、絶縁体６３を絶縁被膜６２に嵌入させた素線２により、所定の箇所に絶縁用突起３５を備えた２重コイル１を容易に形成することができ、相間絶縁紙の挿入を行わなくとも絶縁用突起３５による絶縁距離の確保が可能になる。
【００２４】
図５及び図６に示した嵌入方法では、成形装置５０による押出成形直後に絶縁体６３を埋め込むようにしたため、２重コイル１を形成する前から素線２に絶縁用突起３５が設けられている。しかし、２重コイル１を形成した後に絶縁体６３を嵌入させるようにしてもよい。その場合、２重コイル１が形成された段階では既に絶縁被膜６２は固くなっている。そのため、樹脂である絶縁被膜６２の融点よりも１０℃ほど高い温度に熱した絶縁体６３を、噴射や転写などにより絶縁被膜６２へ埋め込み、肩部３２，３３などの所定箇所に絶縁用突起３５を形成する。そして、この場合でも絶縁用突起３５を必要な箇所に備えた２重コイル１を容易に製造することができ、また、この２重コイル１により相間絶縁紙の挿入を行わなくとも絶縁距離の確保が可能になる。
【００２５】
以上、本発明に係る電動機について実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、電動機として２重コイル１によって構成されるものを示したが、本発明の特徴である絶縁構造を除く他の構造に関しては、前記実施形態の電動機に限定されることはない。
また、本発明によれば絶縁用突起によって確実に絶縁距離が確保できるため、例えば絶縁被膜の膜厚を薄くして導体の断面積を大きくするようにしてもよい。これによれば、占積率を高めて電動機の性能を上げることができる。
【００２６】
また、前記実施形態では絶縁体６３は球体のガラスビーズなどとしたが、その形状や材質はこれに限定されるものではない。
また、絶縁体の表面に凹凸を施すなど、表面処理を施すことによって絶縁被膜へ嵌入させた際の密着性を上げるようにしてもよい。
その他、電圧の大きい相間部分とその他の部分など、絶縁体を嵌入させる箇所に対応して絶縁距離が変わるように、絶縁体の大きさを変化させるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００２７】
１    ２重コイル
２    素線
３    コイル籠
４    ステータ
１０  第１コイル
２０  第２コイル
３５  絶縁用突起
６１  平角導体
６２  絶縁皮膜
６３  絶縁体
【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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