(57)【要約】  インシュレータ５は、コイル７が巻回されるコイル巻回部５０と、コイル巻回部５０のコアセグメント４１側に設けられ、コイル７をコイル巻回部５０に案内するコイル導入領域５３を有する第１鍔部５１と、コイル巻回部５０のトゥース４２先端側に設けられた第２鍔部５２とを備えている。外周面５０ａから延びる突起部５４が、コイル導入領域５３の出口５３ａ近くであって、コイル７の１層目における１周目巻線７１１と２周目巻線７１２との間に位置するように配設されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアセグメントから突出するトゥースの軸方向端面と少なくとも周方向両側面の一部とを覆い、巻線からなるコイルが巻回されるコイル巻回部と、該コイル巻回部のトゥース基端側またはトゥース先端側の一方に連続して設けられ、前記コイルを前記コイル巻回部に案内するコイル導入領域を有する第１鍔部と、前記コイル巻回部の前記トゥース基端側または前記トゥース先端側の他方に連続して設けられた第２鍔部とを備えたインシュレータであって、
前記コイル巻回部の表面から突出する突起部が、前記コイル導入領域の出口近くであって、前記コイルの１層目における１周目巻線と２周目巻線との間に位置するように配設されていることを特徴とするインシュレータ。
【請求項２】
請求項１に記載のインシュレータにおいて、
前記突起部は、前記コイル導入領域の底部と前記コイル巻回部の表面とに跨がって配設されていることを特徴とするインシュレータ。
【請求項３】
請求項１に記載のインシュレータにおいて、
前記突起部は、前記コイル導入領域の中央線から周方向に所定の間隔をあけて配設されていることを特徴とするインシュレータ。
【請求項４】
請求項１に記載のインシュレータにおいて、
前記突起部の側面は、前記コイルが前記コイル巻回部に巻回されたときに、前記１周目巻線及び前記２周目巻線にそれぞれ当接する部分が、前記１周目巻線及び前記２周目巻線に向かって凸状の曲面であることを特徴とするインシュレータ。
【請求項５】
請求項１に記載のインシュレータにおいて、
前記突起部の軸方向の高さは、前記コイルの線径以上、前記コイルの線径の数倍以下であることを特徴とするインシュレータ。
【請求項６】
請求項１に記載のインシュレータを前記コアセグメントの前記トゥースの軸方向端面の各々に具備し、前記インシュレータの前記コイル巻回部に、前記コイルが巻装されてなるステータセグメントを複数個備え、
複数個の前記ステータセグメントを円環形状に接続し円環の径方向内側に前記トゥースが突出する構成としたことを特徴とするステータ。
【請求項７】
請求項１に記載のインシュレータを前記コアセグメントの前記トゥースの軸方向端面の各々に具備し、前記インシュレータの前記コイル巻回部に、前記コイルが巻装されてなるステータセグメントを複数個備え、
複数個の前記ステータセグメントを円環形状に接続し円環の径方向内側に前記トゥースが突出する構成を含み、
前記コイルは前記コイル巻回部に整列巻きされていることを特徴とするステータ。
【請求項８】
請求項１に記載のインシュレータを前記コアセグメントの前記トゥースの軸方向端面の各々に具備し、前記インシュレータの前記コイル巻回部に、前記コイルが巻装されてなるステータセグメントを複数個備え、
複数個の前記ステータセグメントを円環形状に接続し円環の径方向内側に前記トゥースが突出する構成を含み、
周方向に隣り合う前記トゥースの間が前記コイルを収容するスロットとして構成され、
前記スロット内に、前記コアセグメント及び前記トゥースと前記コイルとを絶縁する絶縁紙が、前記トゥースの側面を覆うようにかつ、前記インシュレータの前記第１及び第２鍔部と軸方向で一部重なるように配置されていることを特徴とするステータ。
【請求項９】
請求項１に記載のインシュレータを前記コアセグメントの前記トゥースの軸方向端面の各々に具備し、前記インシュレータの前記コイル巻回部に、前記コイルが巻装されてなるステータセグメントを複数個備え、複数個の前記ステータセグメントを円環形状に接続し円環の径方向内側に前記トゥースが突出する構成を含むステータと、
該ステータの径方向内側に、前記ステータと所定の間隔をあけて配設された回転軸を含むロータと、を少なくとも備えることを特徴とするモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイルが巻回されるインシュレータ及びそれを備えたステータ、モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、産業、車載用途でモータの需要は高まっている。その中で、モータの効率向上、低コスト化が要望されている。【０００３】
モータの効率向上手法の一つとして、ステータのスロット内に配置されるコイルの占積率を向上させることが知られている。コイルの占積率を向上させることで、モータの駆動時に、コイルに流れる電流に起因する損失を抑制できる。【０００４】
コイルの占積率を向上させる構造として、ステータのティース（ｔｅｅｔｈ）にコイルが整列して巻回された状態である、いわゆる整列巻きコイルが一般に知られており、これを実現するために種々の構成が提案されている（例えば、特許文献１〜４参照）。例えば、特許文献１には、コイルが巻回される絶縁コイルボビンの筒体の端部あるいは筒体の両端に設けられた鍔部の内側に段差または傾斜を設けて整列巻きコイルを実現する構成が提案されている。また、特許文献２には、ティース（ｔｅｅｔｈ）に装着され、コイルとティース（ｔｅｅｔｈ）とを絶縁するためのインシュレータの側面に、巻回されたコイルを保持するための保持溝を設けて整列巻きコイルを実現する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１２２８５５号公報
【特許文献２】特開２００６−１１５５６５号公報
【特許文献３】米国特許第６３５６００１号明細書
【特許文献４】国際公開第２０１１／１１８３５７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、一般に、金型を用いて樹脂材料を成形することにより、上記のインシュレータやコイルボビンは形成される。一方、モータ性能はユーザーの仕様によって異なるため、同じステータコアやティースを用いても、コイルの線径や巻き数を変えてコイルに流す電流値等を調整し、モータの性能を個別の仕様に合わせ込む場合が多い。【０００７】
しかし、特許文献１や２に開示された従来の構成では、コイルの線径に合わせて保持溝の幅を変更したり、段差の幅や傾斜の角度を変更したりする必要があり、その度に金型を作り直してインシュレータを形成するため、コスト上昇の要因となっていた。【０００８】
本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、その目的は、コイルの線径が変更された場合にも巻回されたコイルを整列巻きにできるインシュレータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明に係るインシュレータは、コイル導入領域の出口近くにコイル巻回部の表面から延びる突起部を設け、コイルの１層目における１周目及び２周目巻線の位置を規制するようにした。【００１０】
具体的には、本発明に係るインシュレータは、コアセグメントから突出するトゥースの軸方向端面と少なくとも周方向両側面の一部とを覆い、巻線からなるコイルが巻回されるコイル巻回部と、該コイル巻回部のトゥース基端側またはトゥース先端側の一方に連続して設けられ、前記コイルを前記コイル巻回部に案内するコイル導入領域を有する第１鍔部と、前記コイル巻回部の前記トゥース基端側または前記トゥース先端側の他方に連続して設けられた第２鍔部とを備えたインシュレータであって、前記コイル巻回部の表面から突出する突起部が、前記コイル導入領域の出口近くであって、前記コイルの１層目における１周目巻線と２周目巻線との間に位置するように配設されていることを特徴とする。【００１１】
この構成によれば、１周目巻線と２周目巻線とを互いに干渉させることなくコイル巻回部に巻回して、コイルを整列巻きにすることができる。また、異なる線径のコイルに対しても同じ突起部を設けたインシュレータを使用でき、インシュレータのコストを低減できる。【００１２】
前記突起部は、前記コイル導入領域の底部と前記コイル巻回部の表面とに跨がって配設されていることが好ましい。【００１３】
この構成によれば、コイルがコイル巻回部に対して斜めに巻回されるときに、２周目巻線の位置を適切に規定でき、コイルを確実に整列巻きにすることができる。【００１４】
前記突起部は、前記コイル導入領域の中央線から周方向に所定の間隔をあけて配設されていることが好ましい。【００１５】
前記突起部の側面は、前記コイルが前記コイル巻回部に巻回されたときに、前記１周目巻線及び前記２周目巻線にそれぞれ当接する部分が、前記１周目巻線及び前記２周目巻線に向かって凸状の曲面であるのが好ましい。【００１６】
この構成によれば、突起部に１周目及び２周目巻線が当接した場合に互いの接触面積を低減できる。このことにより、突起部の形状に大きく左右されず、１周目巻線の案内方向及び２周目巻線がコイル巻回部に対して巻回される角度を所望の値にでき、コイルを確実に整列巻きにすることができる。【００１７】
前記突起部の軸方向の高さは、前記コイルの線径以上、前記コイルの線径の数倍以下であることが好ましい。【００１８】
この構成によれば、１周目及び２周目巻線が突起部を越えて反対側に移動することがなく、コイルを確実に整列巻きにすることができる。【００１９】
本発明に係るステータは、前記インシュレータを前記コアセグメントの前記トゥースの軸方向端面の各々に具備し、前記インシュレータの前記コイル巻回部に、巻線からなるコイルが巻装されてなるステータセグメントを複数個備え、複数個の前記ステータセグメントを円環形状に接続し、円環の径方向内側に前記トゥースが突出する構成としたことを特徴とする。【００２０】
この構成によれば、ステータでのコイル占積率を高めることができる。【００２１】
前記コイルは前記コイル巻回部に整列巻きされてなることが好ましい。【００２２】
周方向に隣り合う前記トゥースの間が前記コイルを収容するスロットとして構成され、前記スロット内に、前記コアセグメント及び前記トゥースと前記コイルとを絶縁する絶縁紙が、前記トゥースの側面を覆うようにかつ、前記インシュレータの前記第１及び第２鍔部と軸方向で一部重なるように配置されていることが好ましい。【００２３】
この構成によればステータの周方向に隣り合うトゥースの間を確実に電気的に絶縁できる。【００２４】
本発明のモータは、上記のステータと、該ステータの径方向内側に、前記ステータと所定の間隔をあけて配設された回転軸を含むロータと、を少なくとも備えることを特徴とする。【００２５】
この構成によれば、ステータでのコイル占積率を高められ、モータの効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したように、本発明によれば、異なる線径を有するコイルを巻回した場合にも、巻き乱れの発生を抑制して整列巻きコイルを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、一実施形態に係るモータの上面図である。
【図２】図２は、図１に示すモータの等価回路図である。
【図３】図３は、ステータの概略模式図である。
【図４Ａ】図４Ａは、図１に示す破線で囲まれた部分を示す斜視図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａに示す構造を径方向から見た側面図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、図４Ａに示す構造を周方向から見た側面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、一実施形態に係るインシュレータの要部の斜視図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａに示すインシュレータを軸方向から見た模式図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、一実施形態に係るコイルが巻回されたインシュレータの要部を軸方向から見た模式図である。
【図６Ａ】図６Ａは、比較のための第１のコイルが巻回されたインシュレータの要部を軸方向から見た模式図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、比較のための第１コイルが巻回されたインシュレータの要部を軸方向から見た別の模式図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、比較のための第２のコイルが巻回されたインシュレータの要部を軸方向から見た模式図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは、比較のための第２のコイルが巻回されたインシュレータの要部を軸方向から見た別の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。
【００２９】
（実施形態）
［モータ及びステータの構成］
図１は、本実施形態に係るモータを示す上面図を示し、図２は、図１に示すモータの等価回路図を示し、図３はステータの概略模式図を示し、ステータ４をシャフト２の軸方向から見た図を示している。なお、説明の便宜上、図１及び３において、一部の構成部品やその機能については図示及びその説明を省略する。例えば、フレームやバスバー等は図示していない。また、図３において、インシュレータ５は図示していない。また、ステータ４を収容する外装体は、図示していない。この外装体の形状は、例えば、金属からなる円筒、略直方体、略長方体、多角形の柱状体などであり、モータ１の仕様に応じて適宜選択される。また、図示した構成部品についても簡略化しており、例えば、図１に示すインシュレータ５は、実際の形状と一部異なっており、図３に示すコイルＵ１〜Ｗ４及びこれらのリード端子７１は、実際の形状とは大きく異なっている。また、図２において、符号＋はコイルの巻き始めを、符号−はコイルの巻き終わりをそれぞれ示している。
【００３０】
以降の説明において、シャフト２の長手方向を軸方向と呼び、ステータ４の半径方向を径方向と呼び、ステータ４の円周方向を周方向と呼ぶことがある。また、軸方向において、コイルＵ１〜Ｗ４のリード端子７１が設けられた側を「上」と、その反対側を「下」と呼び、径方向において、ステータ４の中心側、つまり、シャフト２及びロータが設けられた側を「内」と、その反対側、つまり、ステータコア４０側を「外」と呼ぶことがある。また、軸方向上側から見て、周方向の「左」、「右」を定めることがある。
【００３１】
なお、後述する電磁鋼板の積層する方向と、上記の軸方向とは、同方向であり、同義である。
【００３２】
なお、以降の説明において、ティース（ｔｅｅｔｈ：ｔｏｏｔｈの複数型）又はトゥース（ｔｏｏｔｈ）という用語を使い分けて記す。円環状のステータコアの中心方向に突出する複数の歯部は、ティース（ｔｅｅｔｈ：ｔｏｏｔｈの複数型）と記す。また、ステータコア４０の複数の歯部のうち、一つの歯部については、トゥース４２と記す。同じく、後述するコアセグメント４１における、複数の歯部は、ティースと記す。また、コアセグメント４１における、複数の歯部のうち、一つの歯部については、トゥース４２と記す。ちなみに、前述の特許文献３、特許文献４などは、ティース及びトゥースという語句の使い分けを記した公知文献である。
【００３３】
モータ１は、図示しない外装体の内部に、モータ１の回転軸であるシャフト２を有するロータ３と、ステータ４と、コイルＵ１〜Ｗ４と、を備えている。
【００３４】
ロータ３は、シャフト２と、ステータ４に対向してＮ極、Ｓ極がシャフト２の外周方向に沿って交互に配置された磁石３１とを含んでいる。なお、本実施形態で、ロータ３に用いられる磁石３１としてネオジム磁石を使用しているが、その材料や形状や材質については、モータの出力等に応じて適宜変更しうる。また、軸方向から見て、ロータ３は、ステータ４の径方向内側に、ステータ４と一定の間隔をあけて配設されている。
【００３５】
ステータ４は、複数のステータセグメント４０ａを円環状に連結して構成する円筒形状体である。このステータセグメント４０ａは、コアセグメント４１のトゥース４２に軸方向の上下の両端面各々から、インシュレータ５をそれぞれ装着し、更に各インシュレータ５間には絶縁紙６等の絶縁体を装着し、インシュレータ５のコイル巻回部５０及び絶縁紙６等の絶縁体の配置部分（図４Ａ〜図４Ｃ参照）には、巻線を巻回して例えばコイルＵ１を構成する。上述のように構成したステータセグメント４０ａの外観は、断面形状を略扇形とする柱状体である。
【００３６】
ステータ４及びステータセグメント４０ａは、複数のコアセグメント４１と、コアセグメント４１のそれぞれの内周から径方向内側に突出するトゥース４２とを有している。このコアセグメント４１は、ケイ素等を含有した電磁鋼板を、略円環状のステータコア板体（ｓｔａｔｏｒ  ｃｏｒｅ  ｓｈｅｅｔ）のうち、その一部分を構成する個片形状とする板体（ｃｏｒｅ  ｓｅｇｍｅｎｔ  ｓｈｅｅｔ）として打ち抜き、この板体（ｃｏｒｅ  ｓｅｇｍｅｎｔ  ｓｈｅｅｔ）を複数層積層した積層体である。上述のように構成したコアセグメント４１の外観は、断面形状を、略円環状のステータコア板体（ｓｔａｔｏｒ  ｃｏｒｅ  ｓｈｅｅｔ）の一部分を構成する個片形状とする柱状体である。板体の積層方向は、板体の板面に対して法線方向である。このコアセグメント４１は、ヨーク部４１ｃと、このヨーク部４１ｃの略中央部から突出するトゥース４２とを有する。
【００３７】
そして、コアセグメント４１は周方向に位置するヨーク部４１ｃの一方の側面に凹部４１ａが、他方の側面に凸部４１ｂがそれぞれ形成されており、凹部４１ａ，凸部４１ｂともに、各側面において、軸方向全体にわたって延びて形成されている。一つのコアセグメント４１に着目すると、このコアセグメント４１の凹部４１ａに、周方向の一方で隣接するコアセグメント４１の凸部４１ｂが嵌合し、このコアセグメント４１の凸部４１ｂが、周方向の他方で隣接するコアセグメント４１の凹部４１ａに嵌合してそれぞれ連結している。このように周方向に隣り合うコアセグメント４１がそれぞれ嵌合して連結することにより、円環形状のステータコア４０が構成される。
【００３８】
図１，３に示すように、コアセグメント４１を連結して、円環形状のステータコア４０を構成することにより、ステータコア４０の内周に沿って等間隔にトゥース４２が配置される。また、周方向に隣り合うトゥース４２の各間隔はスロット４３を構成している。
【００３９】
また、ステータ４は、１２個のコイルＵ１〜Ｗ４を有しており、これらのコイルはインシュレータ５及び絶縁紙６（図４Ａ〜図４Ｄ参照）を介して各トゥース４２に対して装着され、軸方向から見て、各スロット４３内に配置されている。なお、図示しないが、コイルＵ１〜Ｗ４は、表面に絶縁被膜が施された銅等の金属材料からなる断面が円形の巻線で構成され、インシュレータ５に対して整列巻きかつ多層巻きで巻回されている。なお、多層巻きとは、インシュレータ５に対してコイル7が複数層巻回された状態をいう。また、「円形」とは巻線の加工公差やトゥース４２に巻回したときの巻線の変形を含んで「円形」という意味であり、以降の説明においても同様である。また、以降の説明において、コイルＵ１〜Ｗ４を特定せずに、一つを取り上げて構造等を説明する場合にはコイル７と呼ぶこととする。
【００４０】
図２に示すように、コイルＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４，Ｗ１〜Ｗ４はそれぞれ直列に接続されており、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３相がスター結線されている。また、互いに電気角で１２０°の位相差を有するＵ，Ｖ，Ｗ相の３相の電流がそれぞれコイルＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４，Ｗ１〜Ｗ４に供給されて励磁され、回転磁界が発生する。この回転磁界により、ロータ３にトルクが発生し、シャフト２が図示しない軸受に支持されて回転する。
【００４１】
なお、本実施形態において、ロータ３の磁極数は、ステータ４に対向するＮ極が５個、Ｓ極が５個の計１０極であり、スロット４３の数は１２個であるが、特にこれに限定されるものではなく、その他の磁極数とスロット数との組合せについても適用できる。
【００４２】
［ステータセグメントの要部の構成］
図４Ａ〜４Ｃは、図１における破線で囲まれた部分の斜視図、径方向及び周方向から見た側面図をそれぞれ示す。なお、説明の便宜上、図４Ａ〜４Ｃにおいて、コイル７の図示を省略している。また、インシュレータ５とコアセグメント４１及びトゥース４２とに挟み込まれて取り付けられた絶縁紙６も図示しているが、スロット４３内に収容されるように折り曲げられる前の状態を示している。また、図４Ａにおいて、後述する突起部５４の図示を省略している。
【００４３】
図４Ａ〜４Ｃに示すように、一つのコアセグメント４１から突出するトゥース４２に対し、軸方向の上下の両端面各々から同じ形状を有するインシュレータ５がそれぞれ装着されており、また、コアセグメント４１及びトゥース４２とインシュレータ５との間に絶縁紙６が挟み込まれている。このように、インシュレータ５は、トゥース４２の軸方向両端面と、この両端面近傍部分を覆うように設けられている。
【００４４】
インシュレータ５は、絶縁性樹脂材料を成形してなる絶縁部材であり、コイル７（図５Ｃ参照）が巻装されるコイル巻回部５０と、コイル巻回部５０の一端に形成された第１鍔部５１と、他端に形成された第２鍔部５２とを有している。本実施形態では、第１鍔部５１はコアセグメント４１側に装着されており、第２鍔部５２はステータ４の径方向内側に位置するトゥース４２の先端に装着されている。また、第１鍔部５１には、コイル導入領域５３が形成されており、コイル巻回部５０にコイルが巻回される際には、コイル７を構成する巻線は、コイル導入領域５３を通り、巻き始め部分が第１鍔部５１における第２鍔部５２に対向する内面５１ａ（以下、第１鍔部５１の内面５１ａという）に接してコイル巻回部５０に案内される。なお、本明細書において、コイル７の巻き始め部分とは、コイル７における、コイル巻回部５０に巻回された１層目のコイルの１周目近傍をいう。
【００４５】
コイル巻回部５０の外周面のうち、トゥース４２の軸方向の両端面各々を覆う外周面５０ａ，５０ｂは、それぞれ、第１鍔部５１から第２鍔部５２に向けてトゥース４２の軸方向上端面あるいは軸方向下端面からの高さが高くなるように単調に傾斜した傾斜面である。また、コイル巻回部５０の外周面のうち、トゥース４２の周方向両端面を覆う表面５０ｃ，５０ｄは、トゥース４２の軸方向上端面に対して直交するように形成されている。なお、以降の説明において、上記の外周面５０ａ〜５０ｄをコイル巻回部５０の表面と呼ぶことがある。また、コイル巻回部５０の表面は、表面に溝等が設けられていない平滑な面である。ただし、この表面においても、インシュレータ５を金型等で成形するときに生じる凹凸（図示せず）は残存している。この凹凸の算術平均粗さは、例えば、０．２５μｍ〜０．３μｍ程度である。なお、「直交」とはインシュレータ５の加工公差やトゥース４２の加工公差、またインシュレータ５をトゥース４２に装着する際の組立公差を含んで「直交」という意味であり、「平行」とはインシュレータ５の加工公差やトゥース４２にインシュレータ５を装着する際の組立公差を含んで「平行」という意味であり、以降の説明においても同様である。
【００４６】
第１鍔部５１の内面５１ａは、トゥース４２の軸方向上端面または軸方向下端面と直交する面と平行に設けられた面である。
【００４７】
コイル導入領域５３の径方向内側端部はコイル導入領域５３の出口５３ａにあたり、出口５３ａを通ってコイル７がコイル巻回部５０に巻回される（図５Ｃ参照）。突起部５４がコイル導入領域５３の出口５３ａの近くに配設されており、また、突起部５４は、コイル導入領域５３の底部とコイル巻回部５０の外周面５０ａとに跨がって配設されている（図５Ａ，５Ｂ参照）。突起部５４の機能及び構造については後で詳述する。
【００４８】
インシュレータ５は、絶縁紙６とともに、コアセグメント４１及びトゥース４２とコイル７とを電気的に絶縁する機能を有している。また、インシュレータ５は、後述するコイル７の整列巻きを安定して維持する機能を有している。
【００４９】
絶縁紙６は、例えば、絶縁性の油が含浸されており、トゥース４２の周方向の両側面を覆うように、また、インシュレータ５の第１及び第２鍔部５１，５２と軸方向でそれぞれ一部重なるように配設されている。また、図示しないが、モータ１を組み立てるにあたって、絶縁紙６は、それぞれ折り曲げられて、スロット４３内を覆うように配設されている。このことにより、コアセグメント４１及びトゥース４２とコイル７とを電気的に絶縁するとともに、周方向に隣り合うコアセグメント４１及びトゥース４２間を電気的に絶縁できる。
【００５０】
［インシュレータの要部の構成］
図５Ａは、本実施形態に係るインシュレータの要部の斜視図を示し、図５Ｂは、図５Ａに示すインシュレータを軸方向から見た模式図を示し、図５Ｃは、本実施形態に係るコイルが巻回されたインシュレータの要部を軸方向から見た模式図を示す。なお、図５Ａ〜５Ｃに示すインシュレータ５は、図４Ａ〜４Ｃに示すのと同じであるが、説明の便宜上、図５Ａ〜５Ｃにおいて、インシュレータ５の構造は簡略化して図示している。
【００５１】
図５Ａ〜５Ｃに示すように、インシュレータ５において、溝幅Ｗであるコイル導入領域５３の出口５３の近くに突起部５４が配設されている。具体的には、コイル導入領域５３の底部のうち、出口５３ａの近傍に位置する部分とコイル巻回部５０の外周面５０ａとに跨がって突起部５４が配設されている。突起部５４は、インシュレータ５を成形する際に一体的に成形されてなる略円柱状の樹脂製部材である。軸方向から見て、突起部５４は、その中心がコイル導入領域５３の周方向中央を通る仮想線（以下、単にコイル導入領域５３の中央線Ｃという）から周方向、この場合は左側に所定の間隔をあけて位置するように配設されている。なお、上記の所定の間隔は、コイル７の線径や剛性、また、コイル導入領域５３の幅等により適宜変更される。また、コイル導入領域５３の出口５３ａからコイル巻回部５０の外周面５０ａに所定の長さＬだけはみ出して位置している。ただし、所定の長さＬは、コイル7の線径の半値ｒが上限値となる。図５Ｃから明らかなように、軸方向から見て、突起部５４の中心がコイル導入領域５３の中央線Ｃ上に位置するときに、所定の長さＬがコイル7の線径の半値ｒを超えると、２周目巻線７１２が第１鍔部５１に内面から離れてしまい、コイル７に巻き乱れを生じるおそれがあるからである。
【００５２】
また、コイル７を構成する巻線は、銅等からなる電線の表面に絶縁皮膜を形成してなるのが一般的である。よって、コイル７の線径という場合には、絶縁皮膜の厚みも含めた線径をいう。従って、コイル７の線径は、電線の線径に絶縁皮膜の厚みの２倍を加えた値となる。
【００５３】
突起部５４の直径Ｄ及び軸方向の高さＨは、コイル７の線径と同程度かそれよりも大きくなるように構成されている。なお、突起部５４の直径Ｄは、コイル導入領域５３の幅Ｗの半値よりも小さくなるように構成されており、軸方向の高さＨは、コイル７の線径の数倍以下となるように構成されている。また、コイル導入溝領域５３の幅Ｗは、突起部５４の直径Ｄとコイル７の線径との和よりも大きくなるように構成されている。
【００５４】
図５Ｃに示すように、コイル導入領域５３の出口５３ａにおいて、コイル７の巻き始め部分である１層目の１周目巻線７１１と２周目巻線７１２とは互いに干渉することなくコイル巻回部５０に巻回される。具体的には、１周目巻線７１１は、突起部５４によって径方向内側への移動が規制されるとともに、所定の方向、この場合は、第１鍔部５１の内面５１ａに沿う方向に案内される。一方、２周目巻線７１２は、出口５３ａの周方向左側端部と突起部５４とで径方向外側への移動が規制されて、コイル巻回部５０に対して斜めに巻回される。この傾斜角度は、１周目巻線７１１の配置やコイル７の線径、またコイル巻回部５０の周方向の幅等により自動的に決定される。なお、以降の巻線も同様の傾斜角度で斜めに巻回される。また、コイル７がコイル導入領域５３の出口５３ａを通ってコイル巻回部５０に巻回される領域、図５Ｃにおいては、出口５３ａ近傍でのコイル巻回部５０の周方向左側では、突起部５４の直径Ｄに応じて、１周目巻線７１１と２周目巻線７１２が間隔をあけて配置される。
【００５５】
［効果等］
以上説明したように、本実施形態に係るインシュレータ５は、コアセグメント４１から突出するトゥース４２の軸方向一端面と周方向両側面の一部とを覆い、巻線からなるコイル７が巻回されるコイル巻回部５０と、コイル巻回部５０におけるトゥース４２の基端側に連続して設けられ、コイル７をコイル巻回部５０に案内するコイル導入領域５３を有する第１鍔部５１と、コイル巻回部５０におけるトゥース４２の先端側に連続して設けられた第２鍔部５２と、を備えている。コイル巻回部５０の表面から突出する突起部５４が、コイル導入領域５３の出口５３ａ近くであって、１周目巻線７１１と２周目巻線７１２との間に位置するように配設されている。このことにより、コイル７の１層目の１周目巻線７１１と２周目巻線７１２とを互いに干渉させることなくコイル巻回部５０に巻回することができ、コイル７を整列巻きにすることができる。また、突起部５４をコイル導入領域５３の底部とコイル巻回部５０の外周面５０ａとに跨がって配設することにより、コイル７がコイル巻回部５０に対して斜めに巻回されるときに、２周目巻線７１２の位置を適切に規定でき、コイル７を確実に整列巻きにすることができる。
【００５６】
このことについて、図６Ａ〜６Ｄに示す構成と比較して説明する。図６Ａは、比較のための第１のコイルが巻回されたインシュレータの要部を軸方向から見た模式図を、図６Ｂは、比較のための第１のコイルが巻回されたインシュレータの要部を軸方向から見た別の模式図をそれぞれ示す。図６Ｃは、比較のための第２のコイルが巻回されたインシュレータの要部を軸方向から見た模式図を、図６Ｄは、比較のための第２のコイルが巻回されたインシュレータの要部を軸方向から見た別の模式図をそれぞれ示す。
【００５７】
図６Ａ〜６Ｄに示すインシュレータ５には、図５Ａ〜５Ｃに示す突起部５４は設けられていない。図６Ｃに示す構成は、図６Ａに示す構成に比べ、コイル導入領域５３の幅Ｗの違いによってコイル７の膨らむ要因が違う状態を示している。この状態で、コイル導入領域５３を通してコイル７の１周目巻線７１１がコイル巻回部５０に巻回されると、例えば、図６Ａ、図６Ｃに示すように、１周目巻線７１１は、コイル導入領域５３の出口５３ａ近傍で曲げられるとともに、径方向内側に大きくふくらんでコイル巻回部５０に巻回される。よって、２周目巻線７１２は、このふくらんだ部分によって周方向右側の部分が本来巻回される予定の位置から径方向内側に大きく寄ってしまう。この結果、コイル７に巻き乱れが生じてコイルをコイル巻回部５０に対して整列して巻き回すことができなくなる。
【００５８】
また、図６Ｂに示すように、２周目巻線７１２を本来巻回される予定の位置に無理に巻回しようとすると、１周目巻線７１１の上に２周目巻線７１２が乗り上げてしまい、コイル７に巻き乱れが生じてコイル７の整列巻きを実現することができない。以上から明らかなように、突起部５４はコイル７の１周目巻線７１１が径方向内側に膨らむのを防止する働きをしている。  また、突起部５４はコイル７の２周目巻線７１２が径方向外側に膨らむのを防止する働きもある。その状態を表したのが、図６Ｄである。コイル導入領域５３の幅Ｗが大きい場合、コイル７の２周目巻線７１２は、支えるものが無いため径方向外側に押されてしまう。その場合、コイル７の１周目巻線７１１と交錯して整列巻きを実現することができない。
【００５９】
一方、本実施形態に係るインシュレータ５によれば、コイル導入領域５３の出口５３ａとコイル巻回部５０の外周面５０ａとに跨がって、かつコイル導入領域５３の中央線Ｃから周方向に所定の距離だけ離れた位置に突起部５４を設けることにより、１周目巻線７１１を第１鍔部５１の内面５１ａに沿う方向に案内する一方、２周目巻線７１２の径方向外側への移動を規制することができる。このことにより、１周目巻線７１１と２周目巻線７１２とを互いに干渉させることなくコイル巻回部５０に巻回して、コイル７を整列巻きにすることができる。また、突起部５４を設けることで、異なる線径のコイル７に対しても、同様に１周目巻線７１１と２周目巻線７１２との干渉を回避して、コイル７を整列巻きにすることができる。よって、同じ仕様のコアセグメント４１及びトゥース４２に対して、コイル７の線径が変更された場合にも１種類のインシュレータ５で対応することができ、種々のモータを開発する際の開発コストを低減できる。
【００６０】
また、本実施形態に係るインシュレータ５を、例えば、図１に示すモータ１のステータ４に適用することで、コイル７の整列巻きが図れ、コイル巻回部５０におけるコイル７が巻回されないデッドスペースを低減できる。このことにより、スロット４３内でのコイル７の占積率を高められ、モータ１の効率を向上させることができる。
【００６１】
なお、突起部５４を円柱状とすることにより、突起部５４に１周目巻線７１１が当接した場合に互いの接触面積を低減できる他、コイル７の導入角度によっても同様の接触面積とすることができる。このことにより、突起部５４の形状に大きく左右されず所望の方向に１周目巻線７１１を案内することができる。また、同様に、突起部５４に２周目巻線７１２が当接した場合に互いの接触面積を低減できる。このことにより、コイル巻回部５０に対する２周目巻線７１２の傾斜角度が突起部５４の形状に大きく左右されず、所望の角度で２周目巻線が巻回される。これらの結果、コイル７を確実に整列巻きにすることができる。
【００６２】
なお、突起部５４の形状は特に円柱状に限られない。１周目巻線７１１の案内方向及び２周目巻線７１２の傾斜角度を所望の値にするためには、突起部５４と１周目及び２周目巻線７１１，７１２とのそれぞれの接触面積を小さくできればよい。例えば、突起部の側面５４は、１周目及び２周目巻線７１１，７１２にそれぞれ当接する部分が、１周目及び２周目巻線７１１，７１２に向かって凸状の曲面形状となるように構成されていればよい。
【００６３】
また、前述したように、突起部５４は、軸方向の高さＨがコイル７の線径以上、コイル７の線径の数倍以下となるように構成されている。このようにすることで、コイル７の１周目及び２周目巻線７１１，７１２が突起部５４を越えて反対側に移動することがなく、コイル７を確実に整列巻きにすることができる。また、突起部５４が高くなりすぎて、衝撃等で折れたり、破損したりすることがなくなる。なお、本明細書において、突起部５４の軸方向の高さＨとコイル７の線径とが同じいう場合には、突起部５４の加工公差やコイル７の加工公差を含んで「同じ」という意味である。
【００６４】
なお、本実施形態において、突起部５４をインシュレータ５と一体に形成する例を述べたが、インシュレータ５と別体で形成して、インシュレータ５の所定の位置に固着させるようにしてもよい。
【００６５】
（その他の実施形態）
上記実施形態において、コイル７をトゥース４２の基端側であるコアセグメント４１側に位置する第１鍔部５１から巻き始める例について説明したが、特にこれに限定されず、トゥース４２の先端側に位置する第２鍔部５２から巻き始めてもよい。この場合は、第２鍔部５２にコイル導入領域５３が設けられることになる。また、コイル７が断面円形の巻線からなる例について説明したが、特にこれに限定されず、例えば、断面が四角形の巻線からなるコイル７であってもよい。また、コイル７の巻回方法については特に限定されず、一般的なノズル巻線方法やフライヤー巻線方法等を用いることができる。
【００６６】
また、インシュレータ５が、いわゆる分割タイプのインシュレータであり、トゥース４２の軸方向上下方向からそれぞれ装着される例を示したが、特にこれに限定されず、コイル巻回部５０が筒形状であり、トゥース４２の全外周面を覆う一体構造であってもよい。例えば、ステータ４が、コアセグメント４１に後からトゥース４２を装着する構造である場合は、この一体構造のインシュレータ５を用いてもよい。また、一つのトゥース４２に上下から装着されるインシュレータ５は同じ形状でなくてもよい。なお、一つのトゥースに上下から装着されるインシュレータ５として同じ形状のものを用いることで、インシュレータ５の種類を少なくでき、製造コスト等を低減できる。
【００６７】
なお、コイル巻回部５０の外周面５０ａ，５０ｂはそれぞれ、トゥース４２の軸方向上端面と略平行に設けられていてもよい。また、第１鍔部５１の内面５１ａは、トゥース４２の軸方向上端面または軸方向下端面と直交する面を基準面として径方向外側に傾斜するように設けられていてもよい。
【００６８】
また、コイル７が１層巻きまたは多層巻きの場合に、本実施形態におけるインシュレータ５を適用してもよい。
【００６９】
また、上記実施形態において、インシュレータ５をコアセグメント４１のトゥース４２に装着し、コイル巻回部５０にコイル７を巻き回して、ステータセグメント４０ａを構成する態様を説明したが、本発明のインシュレータ５を、円環状のステータコアのトゥース４２の各々に装着し、コイル巻回部５０にコイル７を巻き回す態様を採用しても良い。なお、ここで言う円環状のステータコアとは、電磁鋼板を円環状に打ち抜いた板体を積層して構成するものである。また、この円環状のステータコアは、複数の歯部（所謂、ティース（ｔｅｅｔｈ））を有するものである。
【００７０】
また、上記実施形態において、コアセグメント４１毎に一つの歯部（所謂、トゥース（ｔｏｏｔｈ））を有する態様を説明したが、コアセグメント４１毎に複数の歯部（所謂、ティース（ｔｅｅｔｈ））を有する態様を採用しても良い。
【００７１】
上記実施形態におけるモータ１は、インナーロータ型のモータに用いる場合について説明するものであるが、別の種類のモータに対して本実施形態のインシュレータ５を適用できることは言うまでもない。
【００７２】
また、図３に示すように、トゥース４２の先端（径方向内側の端部）には、凹状の溝を２つ具備する。この凹状の溝は、米国特許第６１０４１１７号明細書、特開平１０−４２５３１号公報等では、補助溝（ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔａｌ  ｇｒｏｏｖｅｓ）とも呼称される。この補助溝の効果は、モータ１のロータ３の回転動作におけるコギングトルク及びトルクリップルを抑制し、モータの特性においては、低振動化・低騒音化等に寄与する。
【００７３】
また、上記実施形態における巻線は、巻線用電線とも呼称され、市販されるものである。巻線又は巻線用電線の導体部には、不可避不純物を含む銅又はアルミニウムを含む。ここで、不可避不純物とは、製造工程中に、銅、アルミニウムへの混入が避けられない微量の不純物元素のことを意味する。銅の場合には、不可避不純物は、Ａｓ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｆｅ、Ｓ、酸素などである。アルミニウムの場合には、不可避不純物は、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｃｕなどである。巻線の導体部は、絶縁性樹脂による絶縁層にて被覆される。絶縁性樹脂は、例えば、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステルイミド、ポリエステルアミドイミド、ポリアミド、ポリヒダントイン、ポリウレタン、ポリアセタール、エポキシ樹脂等がモータ１の仕様に応じて適宜選択される。巻線の断面形状は、本実施形態における円形のほか、略正方形、略長方形など多様である。
【００７４】
また、上記実施形態における磁石３１の材料成分には、Ｓｃ、Ｙ及びランタノイド系元素のうち少なくとも１種と、Ｆｅ又はＦｅ及びＣｏと、Ｂとを含むものである。具体的には、磁石３１は希土類焼結磁石であり、所謂、ネオジム焼結磁石又はネオジウム焼結磁石などと呼称されるものである。この希土類焼結磁石の表層には、防錆のための防錆膜（防錆層）を具備する。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明に係るインシュレータは、異なる線径のコイルの線径に対応して整列巻きコイルを実現することができるため、高効率が要求されるモータ等に適用する上で有用である。
【符号の説明】
【００７６】
１      モータ
２      シャフト
３      ロータ
４      ステータ
５      インシュレータ
６      絶縁紙
７      コイル
７１１  コイル７の１層目の１周目巻線
７１１  コイル７の１層目の２周目巻線
３１    磁石
４０    ステータコア
４０ａ  ステータセグメント
４１    コアセグメント
４１ｃ  ヨーク部
４２    トゥース（ｔｏｏｔｈ）
４３    スロット
５０    コイル巻回部
５１    第１鍔部
５１ａ  第１鍔部５１の内面
５２    第２鍔部
５３    コイル導入領域
５３ａ  コイル導入領域５３の出口
５４    突起部
Ｕ１〜Ｗ４  コイル
【図１】
2019146451.tif 000003
【図２】
2019146451.tif 000004
【図３】
2019146451.tif 000005
【図４Ａ】
2019146451.tif 000006
【図４Ｂ】
2019146451.tif 000007
【図４Ｃ】
2019146451.tif 000008
【図５Ａ】
2019146451.tif 000009
【図５Ｂ】
2019146451.tif 000010
【図５Ｃ】
2019146451.tif 000011
【図６Ａ】
2019146451.tif 000012
【図６Ｂ】
2019146451.tif 000013
【図６Ｃ】
2019146451.tif 000014
【図６Ｄ】
2019146451.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】令和2年6月10日(2020.6.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
なお、以降の説明において、ティース（ｔｅｅｔｈ：ｔｏｏｔｈの複数型）又はトゥース（ｔｏｏｔｈ）という用語を使い分けて記す。円環状のステータコア４０の中心方向に突出する複数の歯部は、ティース４２（ｔｅｅｔｈ：ｔｏｏｔｈの複数型）と記す。また、ステータコア４０の複数の歯部のうち、一つの歯部については、トゥース４２と記す。同じく、後述するコアセグメント４１における、複数の歯部は、ティース４２と記す。また、コアセグメント４１における、複数の歯部のうち、一つの歯部については、トゥース４２と記す。ちなみに、前述の特許文献３、特許文献４などは、ティース及びトゥースという語句の使い分けを記した公知文献である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
図５Ａ〜５Ｃに示すように、インシュレータ５において、溝幅Ｗであるコイル導入領域５３の出口５３ａの近くに突起部５４が配設されている。具体的には、コイル導入領域５３の底部のうち、出口５３ａの近傍に位置する部分とコイル巻回部５０の外周面５０ａとに跨がって突起部５４が配設されている。突起部５４は、インシュレータ５を成形する際に一体的に成形されてなる略円柱状の樹脂製部材である。軸方向から見て、突起部５４は、その中心がコイル導入領域５３の周方向中央を通る仮想線（以下、単にコイル導入領域５３の中央線Ｃという）から周方向、この場合は左側に所定の間隔をあけて位置するように配設されている。なお、上記の所定の間隔は、コイル７の線径や剛性、また、コイル導入領域５３の幅等により適宜変更される。また、コイル導入領域５３の出口５３ａからコイル巻回部５０の外周面５０ａに所定の長さＬだけはみ出して位置している。ただし、所定の長さＬは、コイル７の線径の半値ｒが上限値となる。図５Ｃから明らかなように、軸方向から見て、突起部５４の中心がコイル導入領域５３の中央線Ｃ上に位置するときに、所定の長さＬがコイル７の線径の半値ｒを超えると、２周目巻線７１２が第１鍔部５１に内面から離れてしまい、コイル７に巻き乱れを生じるおそれがあるからである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
突起部５４の直径Ｄ及び軸方向の高さＨは、コイル７の線径と同程度かそれよりも大きくなるように構成されている。なお、突起部５４の直径Ｄは、コイル導入領域５３の幅Ｗの半値よりも小さくなるように構成されており、軸方向の高さＨは、コイル７の線径の数倍以下となるように構成されている。また、コイル導入領域５３の幅Ｗは、突起部５４の直径Ｄとコイル７の線径との和よりも大きくなるように構成されている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６２】
なお、突起部５４の形状は特に円柱状に限られない。１周目巻線７１１の案内方向及び２周目巻線７１２の傾斜角度を所望の値にするためには、突起部５４と１周目及び２周目巻線７１１，７１２とのそれぞれの接触面積を小さくできればよい。例えば、突起部５４の側面は、１周目及び２周目巻線７１１，７１２にそれぞれ当接する部分が、１周目及び２周目巻線７１１，７１２に向かって凸状の曲面形状となるように構成されていればよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６９】
また、上記実施形態において、インシュレータ５をコアセグメント４１のトゥース４２に装着し、コイル巻回部５０にコイル７を巻き回して、ステータセグメント４０ａを構成する態様を説明したが、本発明のインシュレータ５を、円環状のステータコア４０のトゥース４２の各々に装着し、コイル巻回部５０にコイル７を巻き回す態様を採用しても良い。なお、ここで言う円環状のステータコアとは、電磁鋼板を円環状に打ち抜いた板体を積層して構成するものである。また、この円環状のステータコアは、複数の歯部（所謂、ティース（ｔｅｅｔｈ））を有するものである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７６】
１      モータ
２      シャフト
３      ロータ
４      ステータ
５      インシュレータ
６      絶縁紙
７      コイル
７１１  コイル７の１層目の１周目巻線
７１２  コイル７の１層目の２周目巻線
３１    磁石
４０    ステータコア
４０ａ  ステータセグメント
４１    コアセグメント
４１ｃ  ヨーク部
４２    トゥース（ｔｏｏｔｈ）
４３    スロット
５０    コイル巻回部
５１    第１鍔部
５１ａ  第１鍔部５１の内面
５２    第２鍔部
５３    コイル導入領域
５３ａ  コイル導入領域５３の出口
５４    突起部
Ｕ１〜Ｗ４  コイル
【国際調査報告】
2019146451.tif 000016
2019146451.tif 000017
2019146451.tif 000018
2019146451.tif 000019