WO2019058644A1 - インシュレータ及びそれを備えたステータ、モータ - Google Patents

Abstract

インシュレータ５は、断面が円形の巻線からなるコイル７が巻装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側に設けられた第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は、第１鍔部５１に連続し、かつ第１鍔部５１から第２鍔部５２に向けてトゥース４２の上面４２ａからの高さが高くなるように傾斜した傾斜面５０ａを有している。コイル７の線径をＤ（ｍｍ）、トゥース４２の上面４２ａを基準面とした場合の傾斜面５０ａの傾斜角をα（°）とするとき、０＜（－６．８Ｄ＋ｂ）≦α＜３０（ｂは定数で、８．３≦ｂ≦１１．６）の関係を満たしている。

Description

インシュレータ及びそれを備えたステータ、モータ

　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。

　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。

　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。

　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）にコイルを整列させて巻回す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。

特開平１１－１２２８５５号公報 特開２００６－１１５５６５号公報 米国特許第６３５６００１号明細書 国際公開第２０１１／１１８３５７号

　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。

　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。

　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。

　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、コイル巻回部にコイルの巻き始め部分が接する鍔部に連続して所定の傾斜角を有する傾斜面を設けるようにした。

　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（ｔｏｏｔｈ）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、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（ｔｏｏｔｈ）基端側またはトゥース（ｔｏｏｔｈ）先端側の一方に連続して設けられた第１鍔部と、前記コイル巻回部の前記トゥース（ｔｏｏｔｈ）基端側または前記トゥース（ｔｏｏｔｈ）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、前記コイル巻回部は、前記第１鍔部から前記第２鍔部に向けて前記トゥース（ｔｏｏｔｈ）の軸方向端面からの高さが高くなるように傾斜した傾斜面を有し、前記コイルの線径をＤ（ｍｍ）とし、前記ティースの軸方向端面を基準面とした場合の前記傾斜面の傾斜角をα（°）とするとき、０＜（－６．８Ｄ＋ｂ）≦α＜３０（ｂは定数で、８．３≦ｂ≦１１．６）の関係を満たすことを特徴とする。

　この構成によれば、インシュレータのコイル巻回部の外周面を傾斜面とし、その傾斜角αの範囲を規定することにより、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、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。

　また、コイルの線径が変更されても、インシュレータの形状を変更する必要が無く、インシュレータの製造コストが上昇するのを抑制できる。

　前記第１鍔部は、前記傾斜面に連続して設けられかつ前記第２鍔部に対向する内面を有し、該内面は前記第２鍔部と反対側に傾斜しており、前記トゥース（ｔｏｏｔｈ）の軸方向端面と直交する面を基準面とした場合の前記内面の傾斜角をβ（°）とするとき、０＜β＜２α、かつ０＜（－６．８Ｄ＋ｂ）≦α＜１０の関係を満たすことが好ましい。

　この構成によれば、インシュレータにおけるコイルの配置箇所を広くすることができ、コイルの整列巻きかつ３層以上の多層巻きを安定に維持することができる。

　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（ｔｏｏｔｈ）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、断面が円形の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、前記複数個の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（ｔｏｏｔｈ）が突出する構成としたことを特徴とする。

　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。

　前記コイルは前記コイル巻回部に整列巻きかつｎ層巻き（ｎは３以上の整数）されてなることが好ましい。

　周方向に隣り合う前記トゥース（ｔｏｏｔｈ）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（ｔｏｏｔｈ）と前記コイルとを絶縁する絶縁紙が、前記トゥース（ｔｏｏｔｈ）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。

　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（ｔｏｏｔｈ）間を確実に電気的に絶縁できる。

　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。

　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。

　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。

一実施形態に係るモータの上面図である。 図１に示すモータの等価回路図である。 ステータの概略を示す模式図である。 図１に示す破線で囲まれた部分を示す斜視図である。 図４Ａに示す構造を径方向から見た側面図である。 図４Ａに示す構造を軸方向から見た上面図である。 図４Ａに示す構造を周方向から見た側面図である。 インシュレータに巻回されたコイルの配置を示す模式図である。 インシュレータの外周面の傾斜角下限とコイルの線径との関係を示す図である。 インシュレータに巻回されたコイルの配置を示す模式図であり、インシュレータ外周面の傾斜角上限を説明する図である。 インシュレータに巻回されたコイルの配置を示す模式図であり、第１鍔部の内面の傾斜角下限を説明する図である。 インシュレータに巻回されたコイルの配置を示す模式図であり、第１鍔部の内面の傾斜角上限を説明する図である。 インシュレータに巻回されたコイルの配置を示す模式図であり、コイルの整列巻きが維持された状態を説明する図である。 インシュレータに巻回されたコイルの配置を示す模式図であり、コイルの整列巻きが維持される限界の状態を説明する図である。

　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。

　（実施形態）
　［モータ及びステータ要部の構成］
　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、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３において、インシュレータ５は図示していない。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７１，７１・・・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。

　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。

　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。

　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（ｔｏｏｔｈ）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（ｔｅｅｔｈ：ｔｏｏｔｈの複数型）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（ｔｏｏｔｈ）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（ｔｅｅｔｈ：ｔｏｏｔｈの複数型）及びトゥース（ｔｏｏｔｈ）という語句の使い分けを記した公知文献である。

　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。

　ロータ３は、シャフト２の外周に接して設けられており、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３１，３１…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。

　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（ｔｏｏｔｈ）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。　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４１，４１・・・と、コアセグメント４１，４１・・・のそれぞれの内周から径方向内側に突出するトゥース（ｔｏｏｔｈ）４２，４２・・・とを有している。コアセグメント４１の形状は、略円筒状のステータコア４０の一部分を構成する柱状体である。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（ｔｏｏｔｈ）４２とを有する。

　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。

　円環形状のステータコア４０の構成に関して、一つのコアセグメント４１に着目して説明すると、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４１，４１・・・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。

　図３に示すように、コアセグメント４１，４１・・・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（ｔｏｏｔｈ）４２，４２が配置される。また、周方向に隣り合うトゥース（ｔｏｏｔｈ）４２，４２・・・の各間隔はスロット４３，４３・・・を構成している。

　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（ｔｏｏｔｈ）４２，４２・・・に対して装着され、軸方向から見て、各スロット４３，４３・・・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５，５・・・に対して整列巻きかつ多層巻きで巻回されている。また、「円形」とは巻線の加工公差やトゥース（ｔｏｏｔｈ）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。

　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、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。

　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。

　［コアセグメント及びインシュレータの要部の構成］
　図４Ａ～４Ｄは、図１における破線で囲まれた部分の斜視図、径方向から見た側面図、軸方向から見た上面図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～４Ｄ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（ｔｏｏｔｈ）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。

　図４Ａ～４Ｄ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（ｔｏｏｔｈ）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（ｔｏｏｔｈ）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（ｔｏｏｔｈ）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。なお、以降の説明において、トゥース（ｔｏｏｔｈ）４２の軸方向上側の端面を上面４２ａ（図５参照）と呼び、軸方向下側の端面を下面と呼ぶことがある。

　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５参照）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（ｔｏｏｔｈ）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、コイル導入溝５３を通り、巻き始め部分が第１鍔部５１の径方向内側面（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。

　コイル巻回部５０の外周面のうち、トゥース（ｔｏｏｔｈ）４２の軸方向の両端面各々を覆うインシュレータ５の外周面５０ａ及びもう一つのインシュレータ５の５０ｂは、それぞれ所定の方向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（ｔｏｏｔｈ）４２の周方向両端面を覆う表面５０ｃ，５０ｄは、トゥース（ｔｏｏｔｈ）４２の上面４２ａ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（ｔｏｏｔｈ）４２の加工公差、またインシュレータ５をトゥース（ｔｏｏｔｈ）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、以降の説明においても同様である。

　第１鍔部５１の内面５１ａは、トゥース（ｔｏｏｔｈ）４２の上面４２ａまたは下面と直交する面を基準面として所定の方向に傾斜した傾斜面である。また、第１鍔部５１の内面５１ａはコイル巻回部５０に連続してかつ第２鍔部５２に対向して設けられている。

　コイル導入溝５３は、径方向に関して互いに面対称に配設され、かつ第１鍔部５１の内面５１ａとなす角度θが鋭角となるように延びる第１導入溝５３ａと第２導入溝５３ｂとを備えており、コイル７の巻回方向が異なる場合にもコイル７をコイル巻回部５０に案内できるようにしている。なお、第１及び第２導入溝５３ａの内部にコイル７を係止するコイル係止部（図示せず）が設けられていてもよい。

　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（ｔｏｏｔｈ）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。

　絶縁紙６は、例えば、絶縁性の油が含浸されたシート状の絶縁部材であり、トゥース（ｔｏｏｔｈ）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６，６・・・は、それぞれ折り曲げられて、スロット４３，４３・・・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（ｔｏｏｔｈ）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（ｔｏｏｔｈ）４２間を電気的に絶縁できる。

　また、本実施形態に示すインシュレータを図１に示すステータ４に適用することにより、コイルＵ１～Ｗ４を安定して整列巻きかつ多層巻きにできるため、ステータ４のスロット４３内でのコイル占積率を高めることができる。このことにより、モータ１の効率を向上させることができる。

　［コイル巻回部の外周面の傾斜について］
　図５は、本実施形態におけるインシュレータに巻回されたコイルの配置を示す模式図であり、周方向から見たインシュレータ５とコイル７の配置を示している。

　トゥース（ｔｏｏｔｈ）４２の上面４２ａを覆うコイル巻回部５０の外周面５０ａは、前述したように、所定の角度で傾斜した傾斜面である。図４Ｄに示すように、第１鍔部５１から第２鍔部５２に向けてトゥース（ｔｏｏｔｈ）４２の上面４２ａからの高さが高くなるように単調に傾斜している。また、このトゥース（ｔｏｏｔｈ）４２の上面４２ａを基準面として、外周面５０ａの傾斜角はα（°）である。なお、コイル巻回部５０の内周面（図示せず）は、トゥース（ｔｏｏｔｈ）４２の上面４２ａと周方向両側面の一部とに当接している。よって、コイル巻回部５０は、第１鍔部５１から第２鍔部５２に向けて軸方向の厚みが厚くなるように形成されている。また、トゥース（ｔｏｏｔｈ）４２の下面を覆うインシュレータ５において、コイル巻回部５０の外周面５０ｂは、第１鍔部５１から第２鍔部５２に向けてトゥース（ｔｏｏｔｈ）４２の下面らの高さが高くなるように傾斜している。また、トゥース（ｔｏｏｔｈ）４２の下面を基準面として、外周面５０ｂの傾斜角はα（°）である。

　このように構成されたインシュレータ５に対してコイル７を整列して多層巻で巻回する場合を考える。

　多層巻きのコイル７を形成する過程で、上層のコイルを巻回する際に下層のコイルに外力が加わり、配置がずれて巻き乱れを生じることがある。

　例えば、１層目のコイルの巻き終わり後に２層目のコイルを１層目のコイルの最終周とその一つ前の周との間に１回巻くと、２層目のコイルは引っ張り力を掛けながら巻かれるため、１層目のコイルの最終周とその一つ前の周との間にコイルが巻かれる法面上方から力が加わり、１層目のコイルの最終周が径方向内側にずれる。

　一方、外周面５０ａの傾斜角を増加させると、このずれに対する抗力が大きくなる。コイル７の巻線に加わる引っ張り力が、外周面５０ａに平行に径方向外側に加わり、外力によるコイル７のずれに対する抗力となるからであり、また、外周面５０ａに平行に加わる引っ張り力は傾斜角αとともに増加するからである。

　図６は、インシュレータの外周面の傾斜角下限とコイルの線径との関係を示し、図７は、インシュレータに巻回されたコイルの配置を示す模式図であり、インシュレータの外周面の傾斜角上限を示している。

　図６に示すように、本願発明者等は、コイル７の線径をＤ（ｍｍ）とするとき、断面が円形の巻線からなるコイル７が整列巻きかつ多層巻きで安定して維持される上記傾斜角αの下限α_Ｌと線径Ｄとの間に式（１）の関係を満たすことを実験的に見いだした。

　α_Ｌ　＝　－６．８Ｄ＋ｂ　・・・（１）

　ここで、ｂは、８．３≦ｂ≦１１．６の範囲にある定数であり、図６に示す破線内が当該範囲にあたる。なお、この範囲は、実験的に求められたｂの平均値９．８に対し、測定上の統計誤差１．６３を考慮して得られた範囲である。なお、コイル７の線径Ｄが０．３２ｍｍ以上１．１ｍｍ以下の範囲にあるとき、式（１）に示す関係を良く満たすことを実験的に確認している。

　一方、コイル７のうち軸方向上下、径方向内外とも他の巻線に囲まれた任意の１本の巻線を取ってみると、その周りを囲む６つの他の巻線全てと接している状態が、コイル７が整列巻きされている状態にあたる。例えば、図７に示すように、コイル７の２層目がインシュレータ５に巻回された場合に、コイル７の１層目の最終周の巻線が２層目の巻き始めから２周目の巻線と水平方向で引っかからないようになると、コイル７の整列状態が維持できなくなる（図７中の矢印参照）。幾何学的に見ると、傾斜角αの上限値は３０°となる。なお、水平方向とは、トゥース（ｔｏｏｔｈ）４２の上面４２ａに平行な方向を言い、以降の説明についても同じ意味である。また、水平方向と直交する方向を垂直方向と呼ぶことがある。

　以上のことから、断面が円形の巻線からなるコイル７をインシュレータ５に整列巻きかつ２層以上の多層巻きに巻装する場合、安定した整列巻きを維持するためには、傾斜角αが式（２）の関係を満たすことが必要であることがわかった。

　０＜（－６．８Ｄ＋ｂ）≦α＜３０　・・・（２）

　本実施形態によれば、インシュレータ５のコイル巻回部５０の外周面５０ａを上記の範囲の傾斜角αで傾斜する傾斜面とすることにより、異なる線径を有するコイル７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。例えば、図６から明らかなように、傾斜角αを４°に設定することで、線径を０．６３ｍｍから１．１ｍｍまでの範囲で変化させても、コイル７の整列巻きかつ多層巻きを安定に維持することが可能となる。

　また、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（ｔｏｏｔｈ）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。

　［第１鍔部の内面の傾斜について］
　前述したように、コイル巻回部５０の外周面５０ａ、つまりコイル７が巻き始められる面をトゥース（ｔｏｏｔｈ）４２の上面４２ａに対する傾斜面とし、その傾斜角αを式（２）に示す範囲にすることで、コイル７を整列巻きかつ多層巻きでインシュレータ５に巻回することができる。一方、図５から明らかなように、コイル巻回部５０の外周面５０ａをトゥース（ｔｏｏｔｈ）４２の上面４２ａに対して傾斜させることで、外周面５０ａと第１鍔部５１の内面５１ａとの間の領域は狭くなる。これによりコイル７の巻回スペースが減少し、コイル７を３層以上の多層巻きにした場合にコイル７の整列巻きが維持できないおそれがあった。

　そこで、本願発明者等は、コイル７の整列巻きかつ多層巻きを安定して維持するために、第１鍔部５１の内面５１ａの傾斜について着目した。

　図８，９は、インシュレータに巻回されたコイルの配置を示す模式図であり、図８は、第１鍔部の内面の傾斜角下限を説明する図を示し、図９は、第１鍔部の内面の傾斜角上限を説明する図を示す。

　本実施形態において、コイル巻回部５０の外周面５０ａに連続して設けられた第１鍔部５１の内面５１ａは、前述したように、所定の角度で傾斜した傾斜面であり、図５に示すように、トゥース（ｔｏｏｔｈ）４２の上面４２ａと直交する面を基準面として径方向外側に傾斜しており、その傾斜角はβ（°）である。なお、図示しないが、コイル巻回部５０の外周面５０ｂに連続して設けられた第１鍔部５１の内面５１ａは、トゥース（ｔｏｏｔｈ）４２の下面と直交する面を基準面として径方向外側に傾斜しており、その傾斜角はβ（°）である。

　このように第１鍔部５１の内面５１ａを径方向外側に傾斜する傾斜面とすることにより、コイル７の整列巻きかつ多層巻きを安定して維持することができる。

　図８に示すように、βが０°の場合に、コイル７において、３層目の２周目の巻線７３２と２層目の１周目の巻線７２１とが接触せず不安定な巻き方になり整列化を阻害する。さらに角度αが大きくなると、３層目の１周目の巻線７３１と２層目の１周目の巻線７２１とが水平方向で引っかからないようになる（図８中の矢印参照）。よって、βを０°より大きくする必要がある。一方、図９に示すように、β＝２αの場合に、３層目の２周目の巻線７３２と２層目の１周目の巻線７２１とが水平方向で引っかからないようになる（図９中の矢印参照）。よって、βを２αより小さくする必要がある。つまり、傾斜角βを式（３）に示す範囲にすることにより、コイル巻回部５０に整列巻きかつ多層巻きすることができる。

　０＜β＜２α　・・・（３）

　また、この場合、コイル巻回部５０ａと第１鍔部５１の内面５１ａとがなす角度Ａは、式（４）の範囲で表わされる。

　（９０－α）＜Ａ＜（９０＋α）　・・・（４）

　また、傾斜角βの上限を２αよりも小さくなるようにすると、コイル巻回部５０の外周面５０ａの傾斜角αの範囲がさらに限定される。

　図１０Ａ，１０Ｂは、インシュレータに巻回されたコイルの配置を示す模式図であり、図１０Ａは、コイルの整列巻きが維持された状態を示し、図１０Ａは、整列巻きが維持される限界の状態を示す。なお、図１０Ａ，１０Ｂともに傾斜角β＝２αの場合を示している。

　図１０Ａに示すように、コイル７の整列巻きが維持された状態では、コイル７において、３層目の２周目の巻線７３２と２層目の１周目の巻線７２１とが接しており、巻線７３２の中心と巻線７２１の中心とを結ぶ線分が垂直方向となす角度γがγ＞０°である場合に、コイル７の整列巻きが安定して維持される。一方、図１０Ｂに示すように、巻線７３２の中心と巻線７２１の中心とを結ぶ線分が垂直方向と重なるようになる、つまり、γ＝０°になると、巻線７３２と巻線７２１との水平方向での引っかかりがなくなり、整列巻きが維持できなくなる。このとき、図１０Ｂから明らかなように、
　α＋６０°＋２α＝３α＋６０°＝９０°　・・・（５）
であるから、傾斜角αの上限は１０°となり、式（２）は以下の式（６）に変形される。

　０＜（－６．８Ｄ＋ｂ）≦α＜１０　・・・（６）

　また、このとき、角度Ａは式（７）に示す範囲となる。

　８０＜Ａ＜１００・・・（７）

　以上説明したように、傾斜角α，βをそれぞれ式（４）、（６）に示す範囲とすることで、前述の効果に加えて、コイル７の配置箇所を広くすることができ、コイル７の巻回スペースを確保して、コイル７の整列巻きかつ３層以上の多層巻きを安定に維持することができる。

　なお、上記実施形態において、コイル７をコアセグメント４１側に位置する第１鍔部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（ｔｏｏｔｈ）４２の先端に位置する第２鍔部５２から巻き始めてもよい。その場合は、外周面５０ａの傾斜方向は反対方向となる。要するに、外周面５０ａが、コイル７の巻き始め部分が接する鍔部からこれと径方向で反対側に位置する鍔部に向けてトゥース（ｔｏｏｔｈ）４２の上面４２ａからの高さが高くなるように所定の傾斜角αで傾斜する傾斜面であればよい。同様の意味で、コイル７の巻き始め部分が接する鍔部の内面は径方向内側面に限定されず、当該鍔部の内面は軸方向から見てコイル巻回部５０と反対側に傾斜角βで傾斜する傾斜面であればよい。なお、第１鍔部５１の内面５１ａは、トゥース（ｔｏｏｔｈ）の上面４２ａあるいは下面に対して直交するように設けられていてもよい。

　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。

　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（ｔｏｏｔｈ）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、ティース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（ｔｏｏｔｈ）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（ｔｏｏｔｈ）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。コイル導入溝５３を通ったコイル７が巻き始められる側に位置するインシュレータ５において、コイル巻回部５０ａおよび第１鍔部５１の形状が、変形例を含む上記実施形態に示す形状であればよい。なお、一つのトゥース（ｔｏｏｔｈ）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。

　また、上記実施形態において、コイル巻回部５０の外周面５０ａは第１鍔部５１から第２鍔部５２にかけて単調に傾斜した傾斜面である例を示したが、特にこれに限定されず、一部がトゥース（ｔｏｏｔｈ）４２の上面４２ａと平行な部分を有していてもよいし、傾斜角αと異なる傾斜角を有する部分を有していてもよい。外周面５０ａのうち、第１鍔部５１の内面５１ａからコイル７の１層目の１周目～数周目が当接する面が傾斜角αを有する傾斜面であればよい。また、コイル巻回部５０の外周面５０ｃ，５０ｄは、軸方向から見て、トゥース（ｔｏｏｔｈ）４２の上面４２ａに対して傾斜するように形成されていてもよい。図４Ａ～４Ｄに示すように、外周面５０ｃ，５０ｄが軸方向から見て、トゥース（ｔｏｏｔｈ）４２の上面４２ａに対して直交するように形成されていると、インシュレータ５を小型化できる。また、スロット４３の容積を拡大できるため、コイル７の巻回ターン数を増やすことができ、モータ１の効率を向上できる。

　なお、上記実施形態において、コイル導入溝５３は、第１導入溝５３ａと第２導入溝５３ｂとの２つの溝部で構成されているが、どちらか一方の溝部のみであってもよい。

　また、上記実施形態におけるインシュレータ５は、コイル７が１層巻きや２層巻きの場合も安定して整列巻きを維持できることは言うまでもない。　また、上記実施形態においては、本発明のインシュレータ５は、コアセグメント４１のトゥース（ｔｏｏｔｈ）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（ｔｏｏｔｈ）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。

　また、上記実施形態においては、コアセグメント毎に一つの歯部（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。

　また、上記実施形態のモータ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。

　また、図３に示すように、トゥース（ｔｏｏｔｈ）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４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。

　また、本実施形態における巻線は、巻線用電線とも呼称されるものである。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。

　また、本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。

　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。

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）
４２ａ　トゥース（ｔｏｏｔｈ）４２の上面（軸方向端面）
４３　　スロット
５０　　コイル巻回部
５０ａ　コイル巻回部５０の外周面（傾斜面）
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
７１　　リード端子
Ｕ１～Ｗ４　コイル
α　　　外周面５０ａの傾斜角
β　　　第１鍔部５１の内面５１ａの傾斜角
Ａ　　　外周面５０ａと第１鍔部５１の内面５１ａとのなす角度

Claims (6)

1. 　コアセグメントから突出するトゥース（ｔｏｏｔｈ）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、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（ｔｏｏｔｈ）基端側またはトゥース（ｔｏｏｔｈ）先端側の一方に連続して設けられた第１鍔部と、前記コイル巻回部の前記トゥース（ｔｏｏｔｈ）基端側または前記トゥース（ｔｏｏｔｈ）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、
   　前記コイル巻回部は、前記第１鍔部から前記第２鍔部に向けて前記トゥース（ｔｏｏｔｈ）の軸方向端面からの高さが高くなるように傾斜した傾斜面を有し、
   　前記コイルの線径をＤ（ｍｍ）とし、前記トゥース（ｔｏｏｔｈ）の軸方向端面を基準面とした場合の前記傾斜面の傾斜角をα（°）とするとき、
   　０＜（－６．８Ｄ＋ｂ）≦α＜３０　（ｂは定数で、８．３≦ｂ≦１１．６）
   の関係を満たすことを特徴とするインシュレータ。
2. 　請求項１に記載のインシュレータにおいて、
   　前記第１鍔部は、前記傾斜面に連続して設けられかつ前記第２鍔部に対向する内面を有し、該内面は前記第２鍔部と反対側に傾斜しており、
   　前記トゥース（ｔｏｏｔｈ）の軸方向端面と直交する面を基準面とした場合の前記内面の傾斜角をβ（°）とするとき、
   　０＜β＜２α、かつ０＜（－６．８Ｄ＋ｂ）≦α＜１０　
   の関係を満たすことを特徴とするインシュレータ。
3. 　請求項１または２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（ｔｏｏｔｈ）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、断面が円形の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（ｔｏｏｔｈ）が突出する構成としたことを特徴とするステータ。
4. 　請求項３に記載のステータにおいて、
   　前記コイルは前記コイル巻回部に整列巻きかつｎ層巻き（ｎは３以上の整数）されてなることを特徴とするステータ。
5. 　請求項３または４に記載のステータにおいて、
   　周方向に隣り合う前記トゥース（ｔｏｏｔｈ）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（ｔｏｏｔｈ）と前記コイルとを絶縁する絶縁紙が、前記トゥース（ｔｏｏｔｈ）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。
6. 　請求項３ないし５のいずれか１項に記載のステータと、
   　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モータ。

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