(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溝５３を有する第１鍔部５１と、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。コイル巻回部５０の表面には、凹凸部５４ａからなる移動規制部５４が第１鍔部５１の根元から径方向内側に向けて設けられている。凹凸部５４ａの平均長さはコイル７の線径よりも短く、凹凸部５４ａの算術平均粗さＲａは、コイル巻回部５０における移動規制部５４以外の部分である平滑表面部５５の算術平均粗さＲａ’よりも大きい。
2019142584.tif 000002
【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、巻線で構成された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溝を有する第１鍔部と、を備えたインシュレータであって、
前記第１鍔部近くの前記コイル巻回部の表面には、前記巻線が径方向に移動するのを規制する凹凸部からなる移動規制部が設けられており、
前記凹凸部の平均長さは前記コイルの線径よりも短く、前記凹凸部の算術平均粗さは前記コイル巻回部における前記移動規制部以外の表面の算術平均粗さよりも大きい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、
前記移動規制部は、前記第１鍔部から径方向内側に向けて前記コイルの線径の半分以上、前記コイル巻回部の径方向の長さの１／３以下の部位に設けら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、
前記移動規制部に具備する前記凹凸部の算術平均粗さは１０μｍ以上、１００μｍ以下であ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、
前記移動規制部に巻回された前記巻線は径方向への移動が規制される一方、前記コイルの巻回時に、前記コイルの１層目の最終周から前記移動規制部以外の前記コイル巻回部に巻回された前記巻線が径方向外側に押されて移動することで、前記コイルの１層目が整列巻きされるように構成されてい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、
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鍔部及び前記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他方に連続して設けられた第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表面に、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、コイルの巻き始め部分が巻回されるコイル巻回部の表面に表面処理を施し、巻回される巻線の径方向への移動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、巻線で構成された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溝を有する第１鍔部と、を備えたインシュレータであって、前記第１鍔部近くの前記コイル巻回部の表面には、前記巻線が径方向に移動するのを規制する凹凸部からなる移動規制部が設けられており、前記凹凸部の平均長さは前記コイルの線径よりも短く、前記凹凸部の算術平均粗さは前記コイル巻回部における前記移動規制部以外の表面の算術平均粗さよりも大きいことを特徴とする。【００１１】
この構成によれば、コイルの巻き始め部分がインシュレータの径方向外側又は内側に移動するのを規制するとともに、移動規制部に巻回された巻線を位置基準としてコイルを整列巻きすることができる。また、移動規制部の幅や凹凸部の算術平均粗さを適切に選択することで、異なる線径を有するコイルをインシュレータに巻回した場合にも、整列巻きコイルを実現することができる。【００１２】
前記移動規制部は、前記第１鍔部から径方向内側に向けて前記コイルの線径の半分以上、前記コイル巻回部の径方向の長さの１／３以下の部位に設けられていることが好ましい。【００１３】
この構成によれば、移動規制部に巻回された巻線の移動を確実に規制することができる。【００１４】
また、前記移動規制部に具備する前記凹凸部の算術平均粗さは１０μｍ以上、１００μｍ以下であることが好ましい。【００１５】
前記移動規制部に具備する前記凹凸部は、前記コイル巻回部の表面へのブラスト処理により形成されていてもよい。前記凹凸部は、前記コイル巻回部の表面へのアルミ溶射処理により形成されていてもよく、また、前記コイル巻回部の表面へのエッチング処理により前記凹凸部が形成されていてもよい。【００１６】
これらの構成によれば、簡便な方法で凹凸部を形成することができ、インシュレータの製造コスト上昇を抑制できる。【００１７】
前記移動規制部に巻回された前記巻線は径方向外側又は内側への移動が規制される一方、前記コイルの巻回時に、前記コイルの１層目の最終周から前記移動規制部以外の前記コイル巻回部に巻回された前記巻線が径方向外側に押されて移動することで、前記コイルの１層目が整列巻きされるように構成されているのが好ましい。【００１８】
この構成によれば、移動規制部以外に巻回された巻線は、移動規制部に巻回された巻線に当接することで、巻線間の隙間が無くなるように径方向内側に順次移動して、１層目のコイルをコイル巻回部に整列巻きすることができる。【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いることが好ましい。【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鍔部及び前記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他方に連続して設けられた第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、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、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。【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を示す斜視図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、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、図５ＢにおけるＶＣ−ＶＣ線での断面模式図である。
【図６】図６は、一実施形態に係るインシュレータにコイルが整列巻きされる過程を示す模式図である。
【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。
【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４Ｃ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、表面に絶縁皮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。
【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６参照）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、コイル導入溝５３（図５Ａ，５Ｂ参照）が形成されており、コイル巻回部５０にコイル７が巻回される際には、コイル７を構成する巻線は、コイル導入溝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、図５Ａ〜５Ｃ参照）に接してコイル巻回部５０に案内される。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。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５０ａ〜５０ｄ（以下、単にコイル巻回部５０の表面と呼ぶことがある）には、第１鍔部５１の根元から径方向内側に延びて移動規制部５４が形成されている。後述するように、移動規制部５４には、移動規制部５４以外のコイル巻回部５０の表面（以下、平滑表面部５５という）よりも算術平均粗さＲａ（図５Ｃ参照）が大きくなるように表面処理が施されている。また、コイル巻回部５０は、コイル７とトゥース４２との電気的絶縁を保つために、例えば、０．数ｍｍ〜数ｍｍ程度の厚みで形成されている。
【００４６】
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、「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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
［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、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し、図５Ｃは、図５ＢにおけるＶＣ−ＶＣ線での断面模式図を示す。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。
【００５０】
図５Ａ〜５Ｃに示すように、インシュレータ５のコイル巻回部５０の表面には、第１鍔部５１の根元、つまり、第１鍔部５１の内面５１ａの軸方向下端から径方向内側に向かって移動規制部５４が所定の幅Ｗで設けられている。図５Ｃに示すように、移動規制部５４は、ランダムに形成された凹凸部５４ａからなり、凹凸部５４ａは表面の算術平均粗さＲａが２μｍ以上、２００μｍ以下になるように形成されている。一方、平滑表面部５５の表面の算術平均粗さＲａ’は、凹凸部５４ａの算術平均粗さＲａよりも小さく、Ｒａの数十分の１から数百分の１程度であり、本実施形態においては、例えば、Ｒａ’は、０．２５μｍ〜０．３０μｍ程度である。また、凹凸部５４ａの平均長さＬは、算術平均粗さＲａと同程度の値であり、コイル巻回部５０に巻回されるコイル７の線径よりも平均長さＬが短くなるように凹凸部５４ａが形成されている。なお、図５Ｃに示すように、平均長さＬは、例えば、凹凸部５４ａのうち、凸部とこれに隣接する凸部との間隔の平均値、あるいは凹部とこれに隣接する凹部との間隔の平均値に相当する。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。本実施形態において、コイル７に使用される電線の線径は、例えば、０．３ｍｍ〜２．３ｍｍ程度であり、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。
【００５１】
コイル巻回部５０の表面に対して表面処理を行うことにより、凹凸部５４ａは形成される。表面処理として種々の方法を用いることができる。例えば、移動規制部５４が形成される部分を除いてコイル巻回部５０の表面を保護材（図示せず）で覆う。保護材に覆われていない表面に対してブラスト処理を行うことにより凹凸部５４ａを形成することができる。吹き付けられる研磨材の平均粒径や吹き付け速度や処理時間等を調整することにより、凹凸部５４ａの算術平均粗さＲａを所望の値とすることができる。また、保護材に覆われていないコイル巻回部５０の表面に対してアルミを溶融し軟化させた粒子を吹き付け凹凸部５４ａを形成することができる。アルミ溶射処理を行うことで、凹凸部５４ａの算術平均粗さＲａを比較的大きな値とすることができ、例えば、Ｒａを数十μｍ〜１００μｍ程度とすることも可能である。
【００５２】
なお、コメント巻回部５０の表面に対してエッチング処理を行うことにより、凹凸部５４ａを形成することも可能である。ここでいう「エッチング処理」には、いわゆる、物理エッチングと化学エッチングの両方が含まれる。物理エッチングの例として、保護材に覆われていないコイル巻回部５０の表面に対してアルゴンガス等を用いたプラズマエッチングを行うことにより、凹凸部５４ａを形成することができる。また、化学エッチングの例として、保護材に覆われていないコイル巻回部５０の表面に対して薬液を用いたエッチング処理を行うことにより、凹凸部５４ａを形成することができる。インシュレータ５の材質が、例えばポリアミド系樹脂であれば、濃塩酸や濃硫酸等の強酸を含む薬液を用いて表面処理を行うことで、凹凸５４ａを形成することができる。なお、凹凸部５４ａの形成方法はこれらの手法に特に限定されず、所望のＲａの値やインシュレータ５の材質等により適宜、他の方法を採りうる。また、凹凸部５４ａを形成するための表面処理が施された後に保護材が除去されることは言うまでもない。
【００５３】
図６は、本実施形態に係るインシュレータにコイルが整列巻きされる過程の模式図を示す。なお、図６において、コイル７の１層目が巻回される過程を示している。
【００５４】
図６の（ａ）図に示すように、移動規制部５４に対してコイル７の巻線が巻回されると、移動規制部５４との間に生じる摩擦によって巻線の径方向への移動が規制される。巻回工程を進めていくと、図６の（ｂ）図に示すように、平滑表面部５５にもコイル７の巻線が巻き回され、さらに、コイル７の巻回工程を進めて、コイル７が最終周まで巻回される。この巻線工程において、図６の（ｃ）図に示すように、ｉ周目（ｉは整数で２≦ｉ≦ｎ、ｎはコイル７の１層目の巻回数）の巻線は、（ｉ−１）周目の巻線の上に所定のオフセット分だけ乗り上げさせるとともに、コイル７の巻き始め部では軸方向に関して所定の角度だけ傾斜させて巻回させるようにする。特に、ｎ周目の巻線を巻回する際には上記の要領で行う。このようにコイル７の巻線をコイル巻回部５０に巻回することで、ｉ周目の巻線に押し出されて、（ｉ−１）周目の巻線には径方向外側に向けた力が加わる。なお、オフセットはコイル７の線径の半分以下となるように調整される。
【００５５】
ここで、平滑表面部５５の算術平均粗さＲａ’は、凹凸部５４ａの算術平均粗さＲａよりも小さいため、巻線と平滑表面部５５との間に生じる摩擦も、巻線と移動規制部５４との間に生じる摩擦よりも小さくなる。つまり、平滑表面部５５は、巻回された巻線が径方向に外力を受けた場合に、その表面に沿ってコイル７が径方向に移動可能な程度に平滑な表面を有している。従って、最終周の巻線に押し込まれた平滑表面部５５上の巻線は、最終周の巻線も含めて、平滑表面部５５の表面に沿って径方向外側に移動する。このとき、移動規制部５４に巻回された巻線は、上述の通り、径方向への移動が規制されている。よって、平滑表面部５５に巻回された巻線のうち、径方向で最も外側に位置する巻線が、移動規制部５４に巻回された巻線に当接して、移動が規制され、この当接位置を基準として、平滑表面部５５に巻回された巻線は、巻線間の隙間が無くなるように順次移動して、１層目のコイル７がコイル巻回部５０に整列巻きされる。
【００５６】
なお、コイル７の最終周を巻回した後に、１層目とは反対側、つまり、第２鍔部５２から第１鍔部５１に向けて２層目のコイル７が巻回されていく。なお、１層巻の場合は、外部へ巻線を引き出すために最終周の巻き線は第１鍔部５１に向けてさらに引っ張られる。このときの引っ張り力によって、平滑表面部５５に巻回された巻線は最終周の巻線から径方向外側に向かって押し込まれる。これらによっても、１層目のコイル７の巻線は整列巻きされるように位置が修正される。また、コイル巻回部５０の径方向の長さがコイル７の線径の整数倍に略等しい場合は、最終周の巻線が第２鍔部５２の内面に当接して径方向外側に力を受ける。これによっても、１層目のコイル７の巻線は整列巻きされるように位置が修正される。なお、最終周の巻線に当接して、平滑表面部５５に巻回された巻線が径方向外側に向かって径方向に移動することで、コイル７の整列巻きが可能となるため、平滑表面部５５に巻回された巻線に対して径方向外側に外力が加わるような巻回条件であれば、必ずしも前述したようにオフセットを付けてコイル７を巻回する必要はない。
【００５７】
なお、コイル７の巻線の移動を規制するためには、移動規制部５４の所定の幅Ｗは、巻回されるコイル７の線径の半分以上であればよい。ただし、異なる線径のコイル７に対応するためには、所定の幅Ｗを、使用が予定されるコイル７のうちの最大線径程度以上にすることが好ましい。また、所定の幅Ｗは、コイル巻回部５０の径方向の長さの１／３以下にすることが好ましい。移動規制部５４の径方向の幅をこれ以上長くすると、移動規制部５４での巻線の巻き乱れが無視できなくなり、コイル７の整列巻きがうまく行われなくなるためである。従って、移動規制部５４は、第１鍔部５１から径方向内側に向けてコイル７の線径の半分以上、コイル巻回部５０の径方向の長さの１／３以下の部位に設けられているのが好ましい。
【００５８】
［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溝５３を有する第１鍔部５１と、を備えている。
【００５９】
コイル巻回部５０の表面には、コイル７の巻き始め部分に対応する第１鍔部５１の根元から所定の幅Ｗで径方向内側に延びる凹凸部５４ａからなる移動規制部５４が形成されており、移動規制部５４は、巻回された巻線の径方向外側又は内側への移動を規制する。また、コイル巻回部５０の表面は、移動規制部５４に連続してコイル７の巻線が径方向に沿って移動可能な程度に平滑な表面を有する平滑表面部５５が設けられている。
【００６０】
これにより、コイル７の巻回時に、最終周の巻線から径方向外側に押し出されたコイル７が移動規制部５４に巻回された巻線によって位置が規制されることで、コイル７がコイル巻回部５０に対して整列巻きされる。このように、１層巻きまたは多層巻きのコイル７を整列巻きにする場合に、本実施形態に係るインシュレータ５は有用である。
【００６１】
また、移動規制部５４の幅Ｗを適切に選択することで、巻回されるコイル７の線径が変更された場合にも対応可能である。例えば、コイル巻回部５０の径方向の長さが十ｍｍ〜数十ｍｍ程度であれば、移動規制部５４の幅Ｗを３ｍｍ程度にすることで、使用されるコイル７の線径が０．３ｍｍ〜２．３ｍｍの範囲で変動しても、コイル７をコイル巻回部５０に対して整列巻きにすることができる。このように、巻回されるコイル７の線径が変更されても、特許文献２に開示されたように、インシュレータに設けられたコイルの保持溝の幅を変更したり、特許文献１に開示されたように、インシュレータに設けられた段差の幅や傾斜の角度を変更したりする必要がなく、インシュレータ５の製造コストが上昇するのを抑制できる。さらに、簡便な表面処理を行うことで移動規制部５４を形成できるため、インシュレータ５の製造コストを抑制できる。また、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。
【００６２】
なお、凹凸部５４ａを簡便に形成する観点からは、凹凸部５４ａの算術平均粗さＲａは、２μｍ以上、１００μｍ以下であることが好ましい。また、巻線との摩擦を大きくする観点からは、凹凸部５４ａの算術平均粗さＲａは、数十μｍ、例えば、３０μｍ以上であることが好ましく、形成の容易性を加味すれば、算術平均粗さＲａは３０μｍ以上、１００μｍ以下であることがさらに好ましい。
【００６３】
なお、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溝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とを備えていてもよい。
【００６４】
この場合も、第１鍔部５１近くのコイル巻回部５０の表面には、巻線が径方向に移動するのを規制する凹凸部５４ａからなる移動規制部５４が設けられている。また、凹凸部５４ａの平均長さＬはコイル７の線径よりも短く、凹凸部５４ａの算術平均粗さＲａはコイル巻回部５０における移動規制部５４以外の部分である平滑表面部５５の表面の算術平均粗さＲａ’よりも大きい。
【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にコイル導入溝５３が設けられ、移動規制部５４は第２鍔部５２の根元から所定の幅Ｗで形成されることになる。
【００６６】
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。
【００６７】
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４２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。
【００６８】
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。
【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、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
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    コイル導入溝
５４    移動規制部
５４ａ  凹凸部
５５    平滑表面部
Ｕ１〜Ｗ４  コイル
Ｗ      移動規制部５４の径方向の幅
【図１】
2019142584.tif 000003
【図２】
2019142584.tif 000004
【図３】
2019142584.tif 000005
【図４Ａ】
2019142584.tif 000006
【図４Ｂ】
2019142584.tif 000007
【図４Ｃ】
2019142584.tif 000008
【図５Ａ】
2019142584.tif 000009
【図５Ｂ】
2019142584.tif 000010
【図５Ｃ】
2019142584.tif 000011
【図６】
2019142584.tif 000012
【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】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、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。
【国際調査報告】
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