JP6093269B2 - セグメントコイル及びステータ - Google Patents

Description

本願発明は、スロット紙を装着した一体コアのスロット部に組み付けられるセグメントコイルに関する。詳しくは、隣接するコイル等との間における部分放電を防止できるセグメントコイルに関する。

近年におけるモータの小型化、高性能化、高出力化等に伴い、モータのステータを構成するコイルとして、スロット内の占積率を効果的に向上させることができる平角線からなるコイル、特に平角線を略Ｕ字状に形成する、いわゆるセグメントコイルへの需要が高まっている。このようなセグメントコイルを示す従来技術として、例えば下記特許文献１がある。

特許第３７３４１６６号公報

上記特許文献１は、回転電機のセグメント順次接合ステータコイルおよびその製造方法に関する発明で、ステータコアの径方向幅の増大を抑制しつつ必要なターン数のセグメントをモータハウジング内に収容することができ、頭部側コイルエンドの頭部先端部間の相互接触、電気絶縁の劣化を防止することができるメリットがある。

セグメントコイルには、隣接するセグメントコイルとの間や、コアとの間の絶縁を行うための絶縁層が設けられている。この絶縁層は、各部材間において部分放電が生じないように構成する必要がある。部分放電は、電圧差が大きくなる部分において生じやすい。例えば、三相交流電動機のステータにセグメントコイルを採用した場合、異なる相に属するセグメントコイル間における電圧差が最も大きくなる。従って、異なる相に属するセグメントコイルが近接あるいは接触する部分において部分放電が生じやすい。

しかし、上記特許文献１に示すような従来のセグメントコイルにおいては、異なる相に属するセグメントコイル間の電圧差に対応できる絶縁層を、セグメントコイルの全域に設けることにより、部分放電を防止するように構成されていた。

ところが、同じ層に属するセグメントコイルが対接する部位や、コアとセグメントコイルとが対接する部位における電圧差は小さく、大きな電圧差に対応できる厚みの大きな絶縁層を設ける必要はない。従来のセグメントコイルにおいては、異なる相に属するコイル間の電圧差に対応できる絶縁層がコイルの全域に設けられているため、スロット内の占積率が低下して、電動機の大型化や発熱量の増加につながるといった不都合があった。

このような不都合に対して、近年、電圧差に対応して厚みの異なる絶縁層を設けるセグメントコイルが開発されている。このようなセグメントコイルは、ステータのスロット部に挿入されるストレート部と、ステータのスロット部から延出される一対のコイルエンド部とを備え、他のセグメントコイルと対接するコイルエンド部の所定領域に厚みの大きい絶縁層（以下、付加絶縁層とする。）を設けるものが一般的である。また、コイル線の全周に付加絶縁層を設けるものが一般的である。なお、ここで「コイル線」とは、銅等の素線の表面にベースとなる絶縁層が一層被覆された被覆電線のことを意味するものである。

このようなセグメントコイルを一体コアのスロット部に組み付ける場合、付加絶縁層を備えるコイル線を略Ｕ字形状に成形した後、他のセグメントコイルと接続するための接続部を備えるコイルエンド部側（略Ｕ字形状の開口部側）からスロット部にコイル線を挿入させて組み付ける。

従って、スロット部にスロット紙を装着した一体コアにセグメントコイルを組み付ける場合には、スロット紙の厚み分だけコイル線を挿入するための空間が狭くなることから、接続部側のコイルエンド部の全周に付加絶縁層を形成したセグメントコイルを用いると、スロット部にコイル線を挿入することができないという不都合があった。よって、スロット紙を装着した一体コアに組み付けるセグメントコイルにおいては、接続部を備えるコイルエンド部に付加絶縁層を設けることができず、隣接するコイル等との間における部分放電を効果的に防止することができないという不都合があった。

そこで、本発明は上記従来における不都合を解決し、接続部を備えるコイルエンド部に付加絶縁層を設ける構成であっても、スロット紙を装着した一体コアのスロット部に組み付けることが可能で、隣接するコイル等との間における部分放電を効果的に防止できると共に、ステータの占積率を高めることができるセグメントコイル及び該セグメントコイルを備えるステータの提供を課題とする。

本発明のセグメントコイルは、（１）スロット紙を装着した一体コアのスロット部に収容されるストレート部と、前記スロット部から延出される一対のコイルエンド部とを備えるセグメントコイルであって、前記一対のコイルエンド部のうち、他のセグメントコイルと接続するための接続部を備えるコイルエンド部の所定領域に付加絶縁層を備えると共に、前記付加絶縁層が、前記一体コアの径方向の内方面と外方面の少なくとも一面に形成されているセグメントコイルである。

上記本発明によれば、接続部を備えるコイルエンド部に付加絶縁層を設ける構成であっても、スロット紙を装着した一体コアのスロット部にセグメントコイルを組み付けることができる。よって、隣接するコイル等との間における部分放電を効果的に防止できると共に、ステータの占積率を高めることができる。

環状コアのスロットに、本発明の実施形態に係るセグメントコイルの一部を組み付けた状態を示す要部の斜視図である。 本発明の実施形態に係るセグメントコイルの一形態を示す正面図である。 本発明の実施形態に係るセグメントコイルの一形態を示す図で、（Ａ）は図２の左側面図、（Ｂ）は（Ａ）のコイルエンド部１ｃに備える付加絶縁層Ｚ２の先端を示す図である。 一のセグメントコイルと、これに隣接して配置されるセグメントコイル間の対接状態を示す要部の正面図である。 図４におけるＦ−Ｆ線に方向における断面図である。 本発明の実施形態に係るセグメントコイルの断面図で、（Ａ）は図２のＡ−Ａ線方向における断面図、（Ｂ）は図２のＢ−Ｂ線方向における断面図、（Ｃ）は図２のＣ−Ｃ線方向における断面図である。 本発明の実施形態に係るセグメントコイルの製造工程を簡略化して示す図である。 本発明の実施形態に係るセグメントコイルの製造工程を簡略化して示す図である。 本発明の実施形態に係るセグメントコイルの製造工程を簡略化して示す図である。 従来のセグメントコイルを示す図で、（Ａ）はコイル全体に均一な厚みの絶縁層が形成されているセグメントコイルの断面図、（Ｂ）はコイルエンド部６０ｃの所定領域の全周に付加絶縁層Ｚ２が形成されているコイル線６０が、スロット紙５２を装着したスロット部５１に組み付けられる状態を模式化して示す図である。

［本願発明の実施形態の説明］
最初に本願発明の実施態様を列記して説明する。

本発明のセグメントコイルは、（１）スロット紙を装着した一体コアのスロット部に収容されるストレート部と、前記スロット部から延出される一対のコイルエンド部とを備えるセグメントコイルであって、前記一対のコイルエンド部のうち、他のセグメントコイルと接合するための接続部を備えるコイルエンド部の所定領域に付加絶縁層を備えると共に、前記付加絶縁層が、前記一体コアの径方向の内方面と外方面の少なくとも一面に形成されているセグメントコイルである。

接続部を備えるコイルエンド部の所定領域において、一体コアの径方向の内方面と外方面の少なくとも一面に付加絶縁層を設ける構成とすることで、接続部を備えるコイルエンド部に付加絶縁層を設ける構成であっても、スロット紙を装着した一体コアのスロット部にセグメントコイルを組み付けることができる。よって、隣接するコイル等との間における部分放電を効果的に防止できると共に、ステータの占積率を高めることができる。

（２）前記付加絶縁層は、端部にテーパー部を備えることが好ましい。

このような構成とすることで、複数のセグメントコイルを仮組する際や、仮組した複数のセグメントコイルをスロット部に挿入する際に、付加絶縁層が他のセグメントコイルやスロット紙と接触することで、付加絶縁層が剥離することを効果的に防止することができる。

（３）前記付加絶縁層は、粘着テープを用いた粘着テープ層と樹脂塗料を用いた樹脂塗着層との少なくとも一方で形成されていることが好ましい。

このような構成とすることで、製造効率が良く、形成容易な付加絶縁層とすることができる。

また、本発明のステータは、（４）上記（１）に記載したセグメントコイルを備えるステータである。

このようなステータとすることで、隣接するコイル等との間における部分放電を効果的に防止できると共に、ステータの占積率を高めることができる。

［本願発明の実施形態の詳細］
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて具体的に説明する。しかし、以下の説明は本発明の実施形態であって、特許請求の範囲に記載の内容を限定するものではない。

図１に示すように、本発明の実施形態に係るセグメントコイル１は、平角線で構成されるいわゆる被覆電線で、ステータ２を構成する環状コア３に整列配置されて電動機を構成するものである。このセグメントコイル１は、図６に示すように、導体からなる素線Ｒと、素線Ｒを被覆する絶縁被膜たる絶縁層Ｚとから構成される。なお、環状コア３のスロット部４には後述するようにスロット紙７が装着されているが、説明の便宜上、図１ではスロット紙７を省略して示すこととする。

一体コアである環状コア３は磁性材料から形成された厚肉環状構造を備えており、内周部に軸方向に貫通すると共に、内周面に開口するスロット部４が所定間隔で形成されている。また、図８（Ｂ）、図９に示すように、スロット部４には絶縁のためのスロット紙７（いわゆるスロット絶縁紙）が装着されている。後述するストレート部１ｂを、スロット紙７を装着したスロット部４に収容することにより、セグメントコイル１が環状コア３に組み付けられる。なお、スロット紙７としては、ノーメックス絶縁紙等、スロット紙として通常用いられるものであれば、如何なるものを用いてもよい。また、図９（Ｂ）に示す環状コア３に装着したスロット紙７間の幅Ｇは、後述するベース絶縁層Ｚ１を備えるコイル線６の幅Ｈ以上であることが必要である。具体的には、幅Ｇは幅Ｈの１００％〜１２０％程度、より好ましくは１００％〜１０５％程度であることが望ましい。１２０％を超えるとスロット紙７とセグメントコイル１との間の隙間が大きくなり、セグメントコイル１がぐらつくからであり、１００％未満であるとセグメントコイル１を環状コア３に組み付けることができないからである。

環状コア３を構成する材料は特に限定されることはない。例えば、磁性粉体を圧粉成形して形成されたコアや、磁性鋼板を積層して形成されるコアを採用することができる。

例えば、三相交流電動機においては、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相にグループ分けされたそれぞれ複数のセグメントコイル１が、スロット紙７を装着したスロット部４に所定間隔で組み付けられる。

図２に示すように、ステータ２の各スロット部４の半径方向中間部に装着される代表的な形態のセグメントコイル１（１Ａ〜１Ｅ）は、スロット紙７を装着したスロット部４に収容される一対のストレート部１ｂと、スロット部４の軸方向両端部から延出させられると共に、山形形状を備える一対のコイルエンド部１ａ、１ｃとを備える略六角形状に形成されている。コイルエンド部１ｃにおいて同一のスロット部４に装着された隣接するセグメントコイルが接続されると共に、他のスロット部４に装着されたセグメントコイルとの接続が行われる。他のスロット部４に装着されたセグメントコイルとの接続を行うため、ステータ２の半径方向最内側及び最外側に装着されるセグメントコイル２０、２１においては、接続パターンに応じて複数の形態を備えるコイルエンド部が設けられている。以下の説明は、理解を容易にするため、図２に示す形態のセグメントコイル１について行う。

一方のコイルエンド部１ａは、所定のスロット部４に収容された一対の直線部１ｂを掛け渡し状に接続する山形状に形成されている。一方、他方のコイルエンド部１ｃには、スロット部４に隣接して収容されたセグメントコイルとの接続を行うための接続部５ａ、５ｂが設けられており、接続されたセグメントコイルのコイルエンド部と共働して山形形状が構成される。なお、図１に示すステータ２の半径方向最内側と最外側に装着されるセグメントコイル２０、２１のコイルエンド部１ｃは、上述したように、他のスロット部４に装着されたセグメントコイルと接続できる形態に形成される。

また、図２、図３（Ａ）に簡略化して示すように、コイルエンド部１ａ、１ｃの山形形状の裾部には、環状コア３の径方向外方へコイル線を傾斜させることで傾斜部Ｋを設ける構成としてある。なお、本実施形態においては、図１に一部を簡略化して示すように、環状コア３の径方向の外側に配置されるセグメントコイルほど、傾斜部Ｋの傾斜角度を大きくする構成としてある。

なお、図１に示すステータ２の半径方向最内側と最外側に装着されるセグメントコイル２０、２１のコイルエンド部１ｃは、既述したように、他のスロット部に装着されたセグメントコイルと接続できる形態に形成される。

また、本実施形態においては、図２、図３、図６に示すように、セグメントコイル１を形成する絶縁層Ｚの構成を、ストレート部１ｂと、コイルエンド部１ａ、１ｃとで異なる構成としてある。

より具体的には、ストレート部１ｂにおいては、図６（Ａ）に示すように、素線Ｒの表面にベース絶縁層Ｚ１だけを被覆させることで絶縁層Ｚを形成する構成としてある。これに対してコイルエンド部１ａ、１ｃの所定領域においては図２、図３、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）に示すように、素線Ｒの表面にベース絶縁層Ｚ１を被覆させると共に、ベース絶縁層Ｚ１の表面に更に付加絶縁層Ｚ２を被覆させることで絶縁層Ｚを形成する構成としてある。なお、ここで「所定領域」とは、「コイルエンド部１ａ、１ｃにおいて、異相の隣接セグメントコイルが近接する領域、より具体的には素線Ｒの状態で異相の隣接する素線Ｒ間の距離が数μｍ〜数百μｍ程度となる領域」のことを意味するものとする。

本実施形態では、三相交流電動機の各相を構成するコイルのうち、図１に示すステータ２の半径方向最内周側と半径方向最外周側に配置されるセグメントコイル２０、２１を除く、各セグメントコイル１Ａ〜１Ｅのコイルエンド部１ａ、１ｃにおける山形形状の一方の斜辺部１０ａ、１１ａに、四つのコイルが当接あるいは近接した状態で配列される。

図４は、一のセグメントコイル１Ａと、このセグメントコイル１Ａの一方の斜辺部１０ａに対接させられるセグメントコイル１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅを注出して模式的に表した正面図である。

図４に示すように、一のセグメントコイル１Ａにおける左側の斜辺部１０ａには、隣接する４つのセグメントコイル１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅの各右側の斜辺部１０ｂが所定の間隔で交差するように対接させられる。また、図示していないが、一のセグメントコイル１Ａにおける左側の斜辺部１１ａには、隣接する４つのセグメントコイル１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅの各右側の斜辺部１１ｂが所定の間隔で交差するように対接させられる。

よって、本実施形態においては、一のセグメントコイル１Ａにおける左側の斜辺部１０ａ、１１ａにおいて、他のセグメントコイル１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅが対接させられる部分に付加絶縁層Ｚ２を設ける構成としてある。

更に、本実施形態においては図２、図３、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）に示すように、斜辺部１０ａに設ける付加絶縁層Ｚ２と、斜辺部１１ａに設ける付加絶縁層Ｚ２の構成を異なる構成としてある。

より具体的には、接続部５ａ、５ｂを備えていないコイルエンド部１ａを構成する斜辺部１０ａにおいては、図６（Ｂ）に示すように、平角線で構成されるコイル線の全周に付加絶縁層Ｚ２を設ける構成としてある。これに対して、接続部５ａ、５ｂを備えるコイルエンド部１ｃを構成する斜辺部１１ａにおいては、図６（Ｃ）に示すように、平角線で構成されるコイル線のうち、環状コア３の径方向の内方面と外方面との二面に付加絶縁層Ｚ２を設ける構成としてある。更に、斜辺部１１ａに設ける付加絶縁層Ｚ２は図３、図６（Ｃ）に示すように、コイル線に向かって傾斜するテーパー部Ｔを端部に設ける構成（エッジ部分を面取りした構成）としてある。

なお、図６（Ｃ）に示す斜辺部１１ａに設ける付加絶縁層Ｚ２の幅Ｊは、ベース絶縁層Ｚ１を備えるコイル線の幅Ｈ以下であることが必要である。より好ましくは、幅Ｊは幅Ｈの９０％〜１００％程度、更に好ましくは９７％〜１００％程度であることが望ましい。幅Ｊが幅Ｈを超えると、斜辺部１１ａに付加絶縁層Ｚ２を備える複数のセグメントコイルを仮組する際や仮組した複数のセグメントコイルを環状コア３に組み付ける際に、付加絶縁層Ｚ２が他のコイル線やスロット紙７と接触することで、斜辺部１１ａに設ける付加絶縁層Ｚ２が剥離し易くなるからである。更に、スロット紙７を装着したスロット部４にセグメントコイルを挿入できない可能性があるからである。また、９０％未満であると良好な絶縁性を確保できないからである。

また、図６（Ｃ）に示すテーパー部Ｔの傾斜角度Ｌは、２０度〜９９度程度、より好ましくは６０度〜９９度程度であることが望ましい。９９度を超えると、複数のセグメントコイルを仮組する際や、仮組した複数のセグメントコイルをスロット部４に挿入する際に、付加絶縁層Ｚ２が他のセグメントコイルやスロット紙７と接触する際の接触面の抵抗を効果的に低減させることができず、付加絶縁層Ｚ２が剥離することを効果的に防止することができないからである。また、２０度未満であると、付加絶縁層Ｚ２の被覆量が不足し、良好な絶縁性を確保できないからである。

なお、図６（Ａ）に示す素線Ｒの幅Ｍは、２．５ｍｍ〜５．０ｍｍ程度、より好ましくは３．０ｍｍ〜４．０ｍｍ程度とすることが望ましい。また図６（Ａ）に示す素線Ｒの厚みＮは、１．０ｍｍ〜２．０ｍｍ程度、より好ましくは１．５ｍｍ〜２．０ｍｍ程度とすることが望ましい。なお、素線Ｒは、銅等、コイルを形成する素線として通常用いられるものであれば、如何なるものを用いてもよい。

また、ベース絶縁層Ｚ１の材質としては、ポリアミドイミド、ポリイミド等を用いることができる。またベース絶縁層Ｚ１の厚みはコイルターン間の設計電圧に対応した厚みがあればよく、例えば設計電圧が５００Ｖの場合は、１５μｍ〜３０μｍ程度とすることが望ましく、より好適には１５μｍ〜２５μｍ程度とすることが望ましい。１５μｍ未満では部分放電の発生による皮膜劣化や製造時のピンホール発生確率が増加し、３０μｍを超えるとスロット部４内の占積率の低下による発熱増加や外径増大による組み付け性の低下が生じるからである。またその形成方法は、ダイス引き、電着等を用いることができる。なお、ストレート部１ｂ、コイルエンド部１ａ、１ｃのベース絶縁層Ｚ１は、同一工程で一体的に形成することができる。

また、付加絶縁層Ｚ２の材質としては、ポリアミドイミドやポリイミドを代表とするスーパーエンジニアリングプラスチック材料、或いは液晶ポリマー等のエンジニアリングプラスチックに無機フィラーを混合した材料等を用いることができる。また、その形成方法としては、コイルエンド部１ａに設ける付加絶縁層Ｚ２は、粘着テープの貼り付け、樹脂塗料を用いた塗着、射出成形、ダイス引き、電着、粉体塗装、熱収縮チューブ材の挿入、ディップ、押し出し成形等を用いることができる。一方、コイルエンド部１ｃに設ける付加絶縁層Ｚ２は、粘着テープの貼り付け、樹脂塗料を用いた塗着、射出成形等を用いることができる。なお、製造効率を考慮すれば、コイルエンド部１ａ、１ｃに設ける付加絶縁層Ｚ２は、粘着テープを用いた粘着テープ層と樹脂塗料を用いた樹脂塗着層との少なくとも一方で構成することが望ましい。

また、モータ相間の電圧は、インバータサージ等の影響により、入力電圧の約２倍のピーク電圧が印加されることから、付加絶縁層Ｚ２の厚みは、例えば設計電圧が１０００Ｖの場合は、４０μｍ〜２００μｍ程度とすることが望ましく、より好ましくは８０μｍ〜１２０μｍ程度とすることが望ましい。４０μｍ未満では部分放電による皮膜劣化が発生し、２００μｍを超えるとコイルエンド部の線間距離増加による寸法増大を招くからである。

次に、図７〜図９を参照して、本発明の実施形態に係るセグメントコイル１、ステータ２の製造方法を説明する。

まず、図７（Ａ）を参照して、接続部５ａ、５ｂ（図示しない）となる部分を除いて、素線Ｒの表面にベース絶縁層Ｚ１を形成したコイル線６を準備する。そして、ベース絶縁層Ｚ１を備えるコイル線６の所定領域に付加絶縁層Ｚ２を形成する。より具体的には、後にコイルエンド部１ａ、１ｃとなる部分の所定領域に、絶縁性樹脂で形成される粘着テープを貼り付けることで付加絶縁層Ｚ２を形成する。

そして、図７（Ａ）〜図７（Ｃ）を参照して、押圧冶具３０を用いてコイル線６を屈曲させることで、コイルエンド部１ａを構成する斜辺部１０ａ、１０ｂを形成する。これにより、山形形状のコイルエンド部１ａと、一対のストレート部１ｂとで構成される略Ｕ字形状のコイル線６が形成される。そして、図示していないが、冶具を用いてコイル線６の所定位置（山形形状の裾部となる位置）で環状コア３の径方向外方へコイル線６を傾斜させて傾斜部Ｋを形成する。

そして、図８（Ａ）を参照して、スロット部４に組み付けられる複数本のコイル線６を仮組する。なお、図８（Ａ）は、スロット部４に組み付けられる複数本のコイル線６のうち一部を示すものである。

そして、図８（Ｂ）を参照して、スロット紙７を装着したスロット部４に、仮組した複数本のコイル線６を挿入する。

そして、図８（Ｂ）、図９（Ａ）を参照して、冶具４０に備える凹部４１に、コイル線６の接続部５ａ、５ｂを嵌合させた状態で、所定方向に冶具４０を回転させることで、複数本のコイル線６に山形形状のコイルエンド部１ｃを形成する。その後、冶具４０を取り外す。

そして、所定のスロット部４に配置されるＵ相、Ｖ相、Ｗ相を構成する所定数のセグメントコイルが接続部５ａ、５ｂで溶接等を用いて接続される。これにより、巻回コイルが形成されると共に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相を構成する複数の巻回コイルが所定位置で直列接続や並列接続される。なお、既述したコイルエンド部１ｃを形成する工程以降で、斜辺部１１ａの付加絶縁層Ｚ２を設けていない環状コア３の周方向または軸方向の面において、隣接する異相のセグメントコイルとの間で部分放電が発生しない線間ギャップを確保する工程を行う。

以上の工程を経ることで、本発明の実施形態に係るセグメントコイル１、ステータ２が形成される。

このような構成からなる本発明の実施形態に係るセグメントコイル１、ステータ２は以下の効果を奏する。

ストレート部１ｂにおいては、素線Ｒの表面にベース絶縁層Ｚ１だけを形成することで、スロット部４内における占積率を効果的に向上させることができるセグメントコイル１とすることができる。よって高効率なステータ２とすることができる。

一方、斜辺部１０ａ、１１ａの所定領域においては、ベース絶縁層Ｚ１を形成すると共に、ベース絶縁層Ｚ１の表面に付加絶縁層Ｚ２を形成することで、隣接するセグメントコイルが近接する領域において対接するセグメントコイル１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅとの間の隙間を効果的に拡大することができる。よって、部分放電が発生することを防止することができ、絶縁層Ｚに劣化が生じることを防止することができるセグメントコイル１とすることができる。従って、良好な絶縁性を維持することができるセグメントコイル１、ステータ２とすることができる。

また、ベース絶縁層Ｚ１と付加絶縁層Ｚ２とで絶縁層Ｚを形成する構成とすることで、絶縁層Ｚの厚みにバリエーションを持たせることができる。より具体的には、占積率を向上させたいストレート部１ｂでは絶縁層Ｚの厚みを薄くすることができると共に、コイルエンド部１ａ、１ｃにおいて部分放電に伴う絶縁劣化を防止したい領域においては絶縁層Ｚの厚みを厚くすることができる。このような構成とすることで、厚みを大きくする必要があるコイルエンド部１ａ、１ｃの所定領域の厚みに合わせて素線Ｒの表面に絶縁層Ｚを一体的に形成する場合に比べて、製造コストを効果的に抑えることができる。

また、斜辺部１０ａに設ける付加絶縁層Ｚ２は平角線の全周に設ける構成とし、斜辺部１１ａに設ける付加絶縁層Ｚ２は平角線のうち、環状コア３の径方向の内方面と外方面との二面に設ける構成とすることで、接続部５ａ、５ｂを備えるコイルエンド部１ｃに付加絶縁層Ｚ２を設ける構成であっても、図８、図９に示すように、スロット紙７を装着したスロット部４に付加絶縁層Ｚ２を備えるコイル線６を組み付けることができる。よって、斜辺部１０ａ、１１ａにおいて隣接するセグメントコイルと対接する可能性がある面に確実に付加絶縁層Ｚ２を設けることができ、隣接するコイル等との間における部分放電を効果的に防止できると共に、ステータ２の占積率を高めることができる。加えて、斜辺部１１ａにおいては、平角線で構成されるコイルの全周に付加絶縁層Ｚ２を設けない構成とすることができ、製造コストを効果的に抑えることができる。従って、斜辺部１０ａ、１１ａの絶縁被膜の劣化防止と省コスト化とを同時に実現することができる。

更に、斜辺部１１ａの付加絶縁層Ｚ２を設けていない環状コア３の周方向または軸方向の面において、隣接する異相のセグメントコイルとの間で部分放電が発生しない線間ギャップを確保する工程を備えることで、斜辺部１１ａにおいては、平角線で構成されるコイルの全周に付加絶縁層Ｚ２を設けない構成であっても、隣接するコイルとの間での部分放電を効果的に防止することができる。

また、斜辺部１１ａに設ける付加絶縁層Ｚ２の端部にテーパー部Ｔを設ける構成とすることで、斜辺部１１ａに設ける付加絶縁層Ｚ２が他のセグメントコイルやスロット紙７と接触する場合の接触面の抵抗を低減させることができる。よって、平角線のうち、環状コア３の径方向の内方面と外方面との二面にだけ付加絶縁層Ｚ２を形成する構成であっても、複数のコイル線６を仮組する際や仮組した複数のコイル線６をスロット部４に挿入する際に、付加絶縁層Ｚ２が他のコイル線６やスロット紙７と接触することで剥離することを効果的に防止することができる。更に、テーパー部Ｔの傾斜角度Ｌを２０度〜９９度程度とすることで、付加絶縁層Ｚ２の効果的な剥離防止と良好な絶縁性の確保とを同時に実現することができる。

また、コイルエンド部１ａ、１ｃの山形形状の裾部に傾斜部Ｋを設けると共に、環状コア３の径方向の外側に配置されるセグメントコイルほど、傾斜部Ｋの傾斜角度を大きくする構成とすることで、コイルエンド部に付加絶縁層Ｚ２を設ける構成であっても、スロット部４の内部においては、同一スロット部４内に配置される隣接するセグメントコイルにおけるストレート部間を一段と効果的に近接させることができる。よって、付加絶縁層Ｚ２の厚みにかかわらず、同一スロット部４内における隣接するストレート部間を近接させることができ、スロット部４内における高占積率を効果的に実現することができる。

また、コイルエンド部１ａ、１ｃに設ける付加絶縁層Ｚ２を、粘着テープを用いた粘着テープ層と樹脂塗料を用いた樹脂塗着層との少なくとも一方で構成すれば、製造効率が良く、形成容易な付加絶縁層Ｚ２とすることができる。

つまり、図１０（Ａ）に示すように、環状コアに整列配置されて電動機を構成する従来のセグメントコイル８は、既述した本発明の実施形態に係るセグメントコイル１と同様に、ストレート部と一対のコイルエンド部とを備えると共に、ストレート部とコイルエンド部との両方において素線Ｒの表面全体に均一な厚みの絶縁層Ｚを設けるものが一般的であった。つまり、絶縁層の厚みに厚薄がないセグメントコイルとするものが一般的であった。

より具体的には、部分放電に伴う絶縁層Ｚの劣化を防止するために、絶縁層Ｚの厚みを大きくする必要があるコイルエンド部の厚みに合わせて素線Ｒの表面に厚みが均一な絶縁層Ｚを一体的に形成する構成であった。よって、絶縁層Ｚの厚みを大きくする必要がないストレート部においても絶縁層Ｚの厚みが大きくなることで、スロット部内における占積率を向上させることができないと共に、製造コストを抑えることができないという不都合があった。

このような不都合に対して、近年、電圧差に対応して厚みの異なる絶縁層を設けるセグメントコイルが開発されている。このようなセグメントコイルは、既述した本発明の実施形態に係るセグメントコイル１と同様に、ストレート部と一対のコイルエンド部とを備えると共に、他のセグメントコイルと対接するコイルエンド部の所定領域に厚みの大きい付加絶縁層を設けるものが一般的である。また、コイル線の全周に付加絶縁層を設けるものが一般的である。

また、このようなセグメントコイルを一体コアのスロット部に組み付ける場合、既述した本発明の実施形態に係るセグメントコイル１（コイル線６）と同様に、付加絶縁層を備えるコイル線を略Ｕ字形状に成形した後、接続部を備えるコイルエンド部側（略Ｕ字形状の開口部側）からスロット部にコイル線を挿入させて組み付ける。

従って、図１０（Ｂ）に示すように、スロット部５１にスロット紙５２を装着した環状コア５０にコイル線６０を組み付ける場合には、スロット紙５２の厚み分だけコイル線６０を挿入するための空間が狭くなる。より具体的には、コイル線６０を挿入するための幅が、スロット部５１の幅Ｐよりも小さいスロット紙５２間の幅Ｑとなる。しかし、既述したように、近年開発されている図１０（Ｂ）に示すようなセグメントコイル９においては、コイル線６０の全周に付加絶縁層Ｚ２を設けてある。よって、接続部６１、６２を備えるコイルエンド部６０ｃ側からスロット部５１にコイル線６０を挿入する際、付加絶縁層Ｚ２部分の幅Ｓがスロット紙５２間の幅Ｑよりも大きくなることで、スロット部５１にコイル線６０を挿入することができないという不都合があった。

よって、スロット紙を装着した一体コアに組み付けるセグメントコイルにおいては、接続部を備えるコイルエンド部に厚みの大きい付加絶縁層を設けることができず、隣接するコイル等との間における部分放電を効果的に防止することができないという不都合があった。

従って、本発明の実施形態に係るセグメントコイル１の構成とすることで、接続部５ａ、５ｂを備えるコイルエンド部１ｃに付加絶縁層Ｚ２を設ける構成であっても、スロット紙７を装着した環状コア３（一体コア）のスロット部４にセグメントコイルを組み付けることが可能で、隣接するコイル等との間における部分放電を効果的に防止できると共に、ステータ２の占積率を高めることができる。

なお、本実施形態においては、斜辺部１０ａ、１１ａに付加絶縁層Ｚ２を設ける構成としたが、必ずしもこのような構成に限るものではなく、付加絶縁層Ｚ２を設ける斜辺部は適宜変更可能である。

また、図１に示す環状コア３の半径方向最外側及び半径方向最内側に配置されるセグメントコイル２０、２１は、環状コア３の半径方向の一方の側にのみ隣接するセグメントコイルが配置されると共に、他のスロット部４に装着された同相のセグメントコイルと連結されるため、設計によって隣接するセグメントコイルに対接させられる部分が異なる。このため、ステータ２におけるセグメントコイルの構成等に応じて、他のセグメントコイルと対接する部分に付加絶縁層Ｚ２を設ければよい。

また、本実施形態においては、コイルエンド部１ａ、１ｃにおいて対接するすべてのセグメントコイル間に付加絶縁層Ｚ２を設けたが、電圧差が大きい異なる相に属するセグメントコイルが対接する部分にのみ付加絶縁層Ｚ２を設ける構成としてもよい。このような構成とすることで、付加絶縁層Ｚ２を設ける領域を削減することができ、一段と省コスト化が可能なセグメントコイル１とすることができる。

また、本実施形態においては、斜辺部１０ａに設ける付加絶縁層Ｚ２を、平角線で構成されるコイル線の全周に設ける構成としたが、必ずしもこのような構成に限るものではない。例えば、他のセグメントコイル１Ｂ〜１Ｅが対接させられる面にのみに設ける構成とすることができる。このような構成とすることで、付加絶縁層Ｚ２を設ける領域をさらに削減することが可能となる。

また、本実施形態においては、接続部５ａ、５ｂを備えるコイルエンド部１ｃにおいて、平角線で構成されるコイル線のうち、環状コア３の径方向の内方面と外方面との二面に付加絶縁層Ｚ２を設ける構成としたが、必ずしもこのような構成に限るものではない。例えば、接続部５ａ、５ｂを備えるコイルエンド部１ｃにおいて、平角線で構成されるコイル線のうち、環状コア３の径方向の内方面にだけ付加絶縁層Ｚ２を設ける構成としてもよいし、環状コア３の径方向の外方面にだけ付加絶縁層Ｚ２を設ける構成としてもよい。つまり、接続部５ａ、５ｂを備えるコイルエンド部１ｃには、平角線で構成されるコイル線のうち、環状コア３の径方向の内方面と外方面との少なくとも一方に付加絶縁層Ｚ２を設ける構成であれば、付加絶縁層Ｚ２を設ける範囲は隣接するセグメントコイルとの対接関係によって適宜変更可能である。

また、本実施形態においては、接続部５ａ、５ｂを備えるコイルエンド部１ｃに備える付加絶縁層Ｚ２の構成として、端部にテーパー部Ｔを設ける構成としたが、必ずしもこのような構成に限るものではなく、端部にテーパー部Ｔを設けない構成としてもよい。但し、コイルエンド部１ｃに設ける付加絶縁層Ｚ２の剥離防止効果を考慮すれば、付加絶縁層Ｚ２の端部にテーパー部Ｔを設けることが望ましい。

また、本実施形態においては、コイルエンド部１ａ、１ｃにそれぞれ備える付加絶縁層Ｚ２を同じ形成方法で形成する構成としたが、必ずしもこのような構成に限るものではない。つまり、コイルエンド部１ａ、１ｃにそれぞれ設ける付加絶縁層Ｚ２は、同じ形成方法で形成してもよいし、異なる形成方法で形成してもよい。

本発明の範囲は、上述の実施形態に限定されることはない。今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって、制限的なものでないと考えられるべきである。本願発明の範囲は、上述した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

セグメントコイルに設けられる絶縁層の厚みを最適化して、コイルの占積率を高め、電動機の効率を向上させることができる。

１ セグメントコイル
１ａ コイルエンド部
１ｂ ストレート部
１ｃ コイルエンド部
２ ステータ
３ 環状コア
４ スロット部
５ａ 接続部
５ｂ 接続部
６ コイル線
７ スロット紙
８ セグメントコイル
９ セグメントコイル
１０ａ 斜辺部
１０ｂ 斜辺部
１１ａ 斜辺部
１１ｂ 斜辺部
２０ セグメントコイル
２１ セグメントコイル
３０ 押圧冶具
４０ 冶具
４１ 凹部
５０ 環状コア
５１ スロット部
５２ スロット紙
６０ コイル線
６０ｃ コイルエンド部
６１ 接続部
６２ 接続部
１Ａ セグメントコイル
１Ｂ セグメントコイル
１Ｃ セグメントコイル
１Ｄ セグメントコイル
１Ｅ セグメントコイル
Ｇ 幅
Ｈ 幅
Ｊ 幅
Ｋ 傾斜部
Ｌ 傾斜角度
Ｍ 幅
Ｎ 厚み
Ｐ 幅
Ｑ 幅
Ｒ 素線
Ｓ 幅
Ｔ テーパー部
Ｚ 絶縁層
Ｚ１ ベース絶縁層
Ｚ２ 付加絶縁層

Claims (6)

1. スロット紙を装着した一体コアのスロット部に収容されるストレート部と、前記スロット部から延出される一対のコイルエンド部とを備えるセグメントコイルであって、前記一対のコイルエンド部のうち、他のセグメントコイルと接続するための接続部を備えるコイルエンド部の所定領域に付加絶縁層を備えると共に、前記付加絶縁層が、前記一体コアの径方向の内方面と外方面の双方に形成されているセグメントコイル。
2. スロット紙を装着した一体コアのスロット部に収容されるストレート部と、前記スロット部から延出される一対のコイルエンド部とを備えるセグメントコイルであって、前記一対のコイルエンド部のうち、他のセグメントコイルと接続するための接続部を備えるコイルエンド部の所定領域に付加絶縁層を備えると共に、前記付加絶縁層が、前記一体コアの径方向の内方面にのみ形成されているセグメントコイル。
3. スロット紙を装着した一体コアのスロット部に収容されるストレート部と、前記スロット部から延出される一対のコイルエンド部とを備えるセグメントコイルであって、前記一対のコイルエンド部のうち、他のセグメントコイルと接続するための接続部を備えるコイルエンド部の所定領域に付加絶縁層を備えると共に、前記付加絶縁層が、前記一体コアの径方向の外方面にのみ形成されているセグメントコイル。
4. 前記付加絶縁層は、端部にテーパー部を備える請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のセグメントコイル。
5. 前記付加絶縁層は、粘着テープを用いた粘着テープ層と樹脂塗料を用いた樹脂塗着層との少なくとも一方で形成されている請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のセグメントコイル。
6. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のセグメントコイルを備えるステータ。

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