コイル、モータ、コイル用巻線、及び巻線の巻回方法
【課題】表面に半導電層を有する巻線を用いつつ、巻線間の部分放電を効果的に抑制することが可能なコイルを得る。
【解決手段】コイル４は、ティース部１１を有するコア１０と、コア１０を被覆するインシュレータ１２と、インシュレータ１２を介してティース部１１の外周上に整列して巻回され、導体２０、導体２０を被覆する絶縁層２１、及び絶縁層２１を被覆する半導電層２２を有する巻線１３と、を備え、巻線１３の断面形状は六角形であり、巻線１３の積層構造の第１層Ｌ１においては、第１層Ｌ１内の巻線１３同士の間に所定の隙間が形成されるように、巻線１３が巻回されており、第２層Ｌ２においては、第２層Ｌ２内の巻線１３同士の間に所定の隙間が形成されるように、かつ、第１層Ｌ１内の巻線１３に面接触するように、巻線１３が巻回されている。
【解決手段】コイル４は、ティース部１１を有するコア１０と、コア１０を被覆するインシュレータ１２と、インシュレータ１２を介してティース部１１の外周上に整列して巻回され、導体２０、導体２０を被覆する絶縁層２１、及び絶縁層２１を被覆する半導電層２２を有する巻線１３と、を備え、巻線１３の断面形状は六角形であり、巻線１３の積層構造の第１層Ｌ１においては、第１層Ｌ１内の巻線１３同士の間に所定の隙間が形成されるように、巻線１３が巻回されており、第２層Ｌ２においては、第２層Ｌ２内の巻線１３同士の間に所定の隙間が形成されるように、かつ、第１層Ｌ１内の巻線１３に面接触するように、巻線１３が巻回されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイル、モータ、コイル用巻線、及び巻線の巻回方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、導体と、導体を被覆する絶縁層と、絶縁層を被覆する半導電層とを有する構造の巻線を用いたコイルが開示されている。このように表面に半導電層を有する巻線を用いることにより、半導電層を有しない通常の巻線を用いたコイルと比較して巻線間の部分放電が抑制されるため、高電圧機器用途に適したコイルを得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３０７７９８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１４は、表面に半導電層を有する巻線に関して、隣接する巻線同士の隙間寸法（巻線間隔）と、当該巻線間の電界強度との関係を解析した結果を示すグラフである。図１４から明らかなように、巻線間隔が０．００２ｍｍ付近の領域において、電界強度が他の領域よりも極端に大きくなっていることが分かる。従って、表面に半導電層を有する巻線を用いたコイルにおいて、隣接する巻線同士の間に０．００２ｍｍ程度の隙間が生じると、その箇所の電界強度が高くなって巻線間の部分放電が発生しやすくなる。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みて成されたものであり、表面に半導電層を有する巻線を用いつつ、巻線間の部分放電を効果的に抑制することが可能な、コイル、モータ、及び巻線の巻回方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様に係るコイルは、ティース部を有するコアと、前記コアを被覆する絶縁材と、前記絶縁材を介して前記ティース部の外周上に整列して巻回され、導体、前記導体を被覆する絶縁層、及び前記絶縁層を被覆する半導電層を有する巻線と、を備え、前記巻線が前記ティース部の外周上に複数層に巻回されることによって巻線の積層構造が形成され、前記巻線の断面形状は六角形であり、前記積層構造の第１層においては、当該第１層内の前記巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、前記巻線が巻回されており、前記第１層の外側で前記第１層に隣接する前記積層構造の第２層においては、当該第２層内の前記巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、かつ、前記第１層内の前記巻線に面接触するように、前記巻線が巻回されていることを特徴とするものである。
【０００７】
第１の態様に係るコイルによれば、積層構造の第１層においては、当該第１層内の巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、巻線が巻回されており、積層構造の第２層においては、当該第２層内の巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、かつ、第１層内の巻線に接触するように、巻線が巻回されている。このように、第１層内の巻線同士の間、及び第２層内の巻線同士の間には、それぞれ所定の隙間が形成されているものの、第２層内の巻線は第１層内の巻線に接触しているため、互いに接触する巻線の半導電層同士を等電位に設定することができる。その結果、巻線間の部分放電を効果的に抑制することが可能となる。しかも、巻線の断面形状が六角形であることにより、断面形状が円形の巻線を使用する場合と比較すると、第１層内の巻線と第２層内の巻線との接触面積を広げることが可能となる。
【０００８】
本発明の第２の態様に係るコイルは、第１の態様に係るコイルにおいて特に、前記巻線の断面形状は、角部が丸みを帯びた六角形であり、前記角部の丸みの半径は、前記六角形に内接する円の半径よりも小さいことを特徴とするものである。
【０００９】
第２の態様に係るコイルによれば、六角形の角部の丸みの半径は、当該六角形に内接する円の半径よりも小さい。従って、断面形状が円形の巻線を使用する場合と比較すると、占積率を向上することが可能となる。
【００１０】
本発明の第３の態様に係るコイルは、第１又は第２の態様に係るコイルにおいて特に、前記巻線は、等電位で対を成す第１巻線及び第２巻線を含み、前記第１層においては、当該第１層内の隣接ターンの前記第１巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、前記第１巻線が巻回されており、前記第２層においては、当該第２層内の隣接ターンの前記第２巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、かつ、前記第１層内の隣接ターンの前記第１巻線に面接触するように、前記第２巻線が巻回されていることを特徴とするものである。
【００１１】
第３の態様に係るコイルによれば、積層構造の第１層においては、当該第１層内の隣接ターンの第１巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、第１巻線が巻回されており、積層構造の第２層においては、当該第２層内の隣接ターンの第２巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、かつ、第１層内の隣接ターンの第１巻線に接触するように、第２巻線が巻回されている。このように、第１層内の第１巻線同士の間、及び第２層内の第２巻線同士の間には、それぞれ所定の隙間が形成されているものの、第２巻線は隣接ターンの第１巻線に接触しているため、第２巻線の半導電層と、隣接ターンの第１巻線の半導電層とを等電位に設定することができる。その結果、巻線間の部分放電を効果的に抑制することが可能となる。しかも、巻線の断面形状が六角形であることにより、断面形状が円形の巻線を使用する場合と比較すると、第１層内の第１巻線と第２層内の第２巻線との接触面積を広げることが可能となる。
【００１２】
本発明の第４の態様に係るコイルは、第３の態様に係るコイルにおいて特に、前記第２層内の前記第２巻線は、前記第１層内の同一ターンの前記第１巻線にさらに接触することを特徴とするものである。
【００１３】
第４の態様に係るコイルによれば、第２層内の第２巻線は、第１層内の同一ターンの第１巻線に接触する。従って、第２巻線の半導電層と、同一ターンの第１巻線の半導電層とを等電位に設定することができる。その結果、巻線間の部分放電をさらに効果的に抑制することが可能となる。
【００１４】
本発明の第５の態様に係るコイルは、第３又は第４の態様に係るコイルにおいて特に、前記第２層の外側で前記第２層に隣接する前記積層構造の第３層においては、当該第３層内の隣接ターンの前記第２巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、前記第２巻線が巻回されており、前記第３層の外側で前記第３層に隣接する前記積層構造の第４層においては、当該第４層内の隣接ターンの前記第１巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、かつ、前記第３層内の隣接ターンの前記第２巻線に接触するように、前記第１巻線が巻回されていることを特徴とするものである。
【００１５】
第５の態様に係るコイルによれば、積層構造の第１層においては第１巻線が巻回され、積層構造の第２層においては第２巻線が巻回されている状況において、積層構造の第３層においては第２巻線が巻回され、積層構造の第４層においては第１巻線が巻回されている。従って、第３層に第１巻線が巻回され、第４層に第２巻線が巻回される場合と比較すると、第１巻線の線長と第２巻線の線長との差を小さくできる。その結果、線長の差に起因する循環電流損を低減することが可能となる。
【００１６】
本発明の第６の態様に係るコイルは、第１〜第５のいずれか一つの態様に係るコイルにおいて特に、前記積層構造の最外層又は最外層に近い層においては、前記第１巻線及び前記第２巻線が混在して巻回されていることを特徴とするものである。
【００１７】
第６の態様に係るコイルによれば、積層構造の最外層又は最外層に近い層においては、第１巻線及び第２巻線が混在して巻回されている。従って、コア又は絶縁材の形状の制約によって、第１巻線のみを含む層と第２巻線のみを含む層とのペアを設けることができない場合であっても、積層構造の同一層内に第１巻線及び第２巻線を混在して巻回することにより、占積率を向上することが可能となる。
【００１８】
本発明の第７の態様に係るコイルは、第６の態様に係るコイルにおいて特に、前記積層構造の最外層又は最外層に近い層においては、隣接する巻線同士の間に形成される隙間に導電性の充填材が充填されていることを特徴とするものである。
【００１９】
第７の態様に係るコイルによれば、積層構造の最外層又は最外層に近い層においては、隣接する巻線同士の間に形成される隙間に導電性の充填材が充填されている。これにより、積層構造の同一層内に第１巻線及び第２巻線が混在して巻回されている場合であっても、隣接する巻線の半導電層同士を、充填材を介して等電位に設定することができる。その結果、巻線間の部分放電をさらに効果的に抑制することが可能となる。しかも、隣接する巻線同士の隙間への充填材の充填は、積層構造の最外層又は最外層に近い層に対して行われるため、例えば導電性ワニスをコイルの表面から含浸させる場合であっても、含浸不良の発生を抑制することが可能となる。
【００２０】
本発明の第８の態様に係るコイルは、第１〜第７のいずれか一つの態様に係るコイルにおいて特に、前記巻線は、その端部において、前記導体と前記半導電層とを互いに電気的に絶縁するための絶縁処理が施されていることを特徴とするものである。
【００２１】
第８の態様に係るコイルによれば、巻線は、その端部において、導体と半導電層とを互いに電気的に絶縁するための絶縁処理が施されている。従って、巻線の端部において導体と半導電層との間で部分放電が発生することを、予め回避することが可能となる。
【００２２】
本発明の第９の態様に係るコイルは、第１〜第８のいずれか一つの態様に係るコイルにおいて特に、前記コイルは、同一相内で直列接続された複数のコイルのうち、少なくとも入力側に最も近いコイルであることを特徴とするものである。
【００２３】
第９の態様に係るコイルによれば、コイルは、同一相内で直列接続された複数のコイルのうち、少なくとも入力側に最も近いコイルである。入力側に最も近いコイルは入力電圧の影響を受けやすいため、高電圧が入力された場合に、当該コイルの両端電圧も高くなって巻線間の部分放電が生じやすい。従って、同一相内で直列接続された複数のコイルのうち、少なくとも入力側に最も近いコイルに対して、本発明を適用して部分放電が生じにくい構造を採用することにより、巻線間の部分放電を予め抑制することが可能となる。
【００２４】
本発明の第１０の態様に係るコイルは、第９の態様に係るコイルにおいて特に、相が異なる複数のコイル同士の間を電気的に絶縁するための絶縁部材をさらに備えることを特徴とするものである。
【００２５】
第１０の態様に係るコイルによれば、相が異なる複数のコイル同士の間は、絶縁部材によって電気的に絶縁される。従って、相内よりも高電圧となる相間を、絶縁部材によって適切に絶縁することが可能となる。
【００２６】
本発明の第１１の態様に係るモータは、第１の態様に係るコイルを有するステータと、ロータと、を備えることを特徴とするものである。
【００２７】
第１１の態様に係るモータによれば、ステータが第１の態様に係るコイルを有することにより、積層構造の第１層においては、当該第１層内の巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、巻線が巻回されており、積層構造の第２層においては、当該第２層内の巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、かつ、第１層内の巻線に接触するように、巻線が巻回されている。このように、第１層内の巻線同士の間、及び第２層内の巻線同士の間には、それぞれ所定の隙間が形成されているものの、第２層内の巻線は第１層内の巻線に接触しているため、互いに接触する巻線の半導電層同士を等電位に設定することができる。その結果、巻線間の部分放電を効果的に抑制することが可能となる。しかも、巻線の断面形状が六角形であることにより、断面形状が円形の巻線を使用する場合と比較すると、第１層内の巻線と第２層内の巻線との接触面積を広げることが可能となる。
【００２８】
本発明の第１２の態様に係るコイル用巻線は、コアのティース部の外周上に絶縁材を介して巻回されるコイル用巻線であって、導体と、前記導体を被覆する絶縁層と、前記絶縁層を被覆する半導電層と、を備え、角部が丸みを帯びた六角形の断面形状を有し、前記角部の丸みの半径は、前記六角形に内接する円の半径よりも小さいことを特徴とするものである。
【００２９】
第１２の態様に係るコイル用巻線によれば、巻線は、導体と、導体を被覆する絶縁層と、絶縁層を被覆する半導電層と、を備え、角部が丸みを帯びた六角形の断面形状を有し、角部の丸みの半径は、当該六角形に内接する円の半径よりも小さい。従って、巻線をコアのティース部の外周上に複数層に巻回することによって巻線の積層構造を形成した際に、互いに隣接する層の巻線同士を面接触させることができる。そのため、互いに接触する巻線の半導電層同士を等電位に設定することができるため、巻線間の部分放電を効果的に抑制することが可能となる。しかも、巻線の断面形状が六角形であることにより、断面形状が円形の巻線を使用する場合と比較すると、互いに隣接する層の巻線同士の接触面積を広げることが可能となる。さらに、六角形の角部の丸みの半径は、当該六角形に内接する円の半径よりも小さい。従って、断面形状が円形の巻線を使用する場合と比較すると、占積率を向上することが可能となる。
【００３０】
本発明の第１３の態様に係る巻線の巻回方法は、導体、前記導体を被覆する絶縁層、及び前記絶縁層を被覆する半導電層を有し、六角形の断面形状を有する巻線を、コアを被覆する絶縁材を介して前記コアのティース部の外周上に整列して巻回する、巻線の巻回方法であって、前記巻線が前記ティース部の外周上に複数層に巻回されることによって巻線の積層構造が形成され、（Ａ）前記積層構造の第１層において、当該第１層内の前記巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、前記巻線を巻回する工程と、（Ｂ）前記第１層の外側で前記第１層に隣接する前記積層構造の第２層において、当該第２層内の巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、かつ、前記第１層内の巻線に面接触するように、前記巻線を巻回する工程と、を備えることを特徴とするものである。
【００３１】
第１３の態様に係る巻線の巻回方法によれば、工程（Ａ）では、積層構造の第１層において、当該第１層内の巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、巻線が巻回され、工程（Ｂ）では、積層構造の第２層において、当該第２層内の巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、かつ、第１層内の巻線に接触するように、巻線が巻回される。このように、第１層内の巻線同士の間、及び第２層内の巻線同士の間には、それぞれ所定の隙間が形成されているものの、第２層内の巻線は第１層内の巻線に接触しているため、互いに接触する巻線の半導電層同士を等電位に設定することができる。その結果、巻線間の部分放電を効果的に抑制することが可能となる。しかも、巻線の断面形状が六角形であることにより、断面形状が円形の巻線を使用する場合と比較すると、第１層内の巻線と第２層内の巻線との接触面積を広げることが可能となる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、表面に半導電層を有する巻線を用いつつ、巻線間の部分放電を効果的に抑制することが可能な、コイル、モータ、コイル用巻線、及び巻線の巻回方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態に係るモータの全体構成を模式的に示す図である。
【図２】一つのコイルの構造を模式的に示す図である。
【図３】巻線の構造の第１の例を示す断面図である。
【図４】巻線の構造の第２の例を示す断面図である。
【図５】巻線の対辺径と半導電層の角部の丸みの半径との関係を示す図である。
【図６】インシュレータの構造の一部を示す図である。
【図７】インシュレータ上に巻線を巻回する工程を示す図である。
【図８】インシュレータ上に巻線を巻回する工程を示す図である。
【図９】巻線の積層構造の他の例を示す図である。
【図１０】巻線の積層構造の他の例を示す図である。
【図１１】巻線の積層構造の他の例を示す図である。
【図１２】巻線の端部に施されている端部処理の第１の例を示す図である。
【図１３】巻線の端部に施されている端部処理の第２の例を示す図である。
【図１４】モータの使用例を示す図である。
【図１５】表面に半導電層を有する巻線に関して、隣接する巻線同士の隙間寸法と、当該巻線間の電界強度との関係を解析した結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、異なる図面において同一の符号を付した要素は、同一又は相応する要素を示すものとする。
【００３５】
図１は、本発明の実施の形態に係るモータ１の全体構成を模式的に示す図である。図１に示すようにモータ１は、円環状のステータ３と、ステータ３の円環内に配置されたロータ２とを備えて構成されている。ステータ３は、分割された複数のコイル４が円環に沿って並設された構造（いわゆる分割ステータ）を有している。
【００３６】
図２は、一つのコイル４の構造を模式的に示す図である。図２に示すようにコイル４は、四角柱状のティース部１１を有するコア１０と、ティース部１１を含むコア１０の一部表面上に配置されることにより、コア１０を部分的に被覆する絶縁性のインシュレータ（絶縁材）１２と、インシュレータ１２を介してティース部１１の外周上に整列して巻回された巻線１３とを備えて構成されている。
【００３７】
図３は、巻線１３の構造の第１の例を示す断面図である。図３に示すように巻線１３は、六角形（略六角形を含む）の断面形状を有しており、中心の導体２０と、導体２０を被覆する絶縁層２１と、絶縁層２１を被覆する半導電層２２とを含む構造を成している。導体２０の材質は、例えば銅である。絶縁層２１の材質は、例えばポリアミドイミドである。半導電層２２の材質は、例えば、カーボンブラック粉末等の導電性物質が混練されたポリアミドイミドである。但し、各層の材質はこの例に限定されるものではない。また、導体２０の対辺径（対向する辺同士の間隔）は例えば０．８５ｍｍであり、絶縁層２１の厚みは例えば０．０４４ｍｍであり、半導電層２２の厚みは例えば０．００５ｍｍである。但し、各層の寸法はこの例に限定されるものではない。半導電層２２の表面抵抗率は１０６Ω／□未満（望ましくは１０４Ω／□未満）に設定されており、これにより、高い部分放電開始電圧（１０４Ω／□未満で３８００Ｖｐ以上）が実現される。
【００３８】
図４は、巻線１３の構造の第２の例を示す断面図である。図３に示した各層の六角形の角部が丸められた形状となっている。図５は、巻線１３の対辺径Ｘと半導電層２２の角部２５の丸みの半径との関係を示す図である。半導電層２２の角部２５の丸みの半径は、六角形に内接する円の半径（即ち対辺径Ｘの１／２）よりも小さく設定されている。
【００３９】
図３，４に示した巻線１３の製造方法の例としては、導体２０を断面六角形状に伸線した後に、絶縁層２１及び半導電層２２を順に焼付塗装する第１の手法、又は、導体２０、絶縁層２１、及び半導電層２２を含む断面円形状の通常巻線を作製した後に、ローラー圧延又はダイス引きによって当該通常巻線を断面六角形状に伸線する第２の手法がある。第１の手法によると、焼付塗装時の表面張力によって絶縁層２１及び半導電層２２が丸くなりやすく、また、巻線のねじれを生じないように焼付塗装を行うのは困難であるため、第２の手法を採用するのが望ましい。また、第２の手法において通常巻線を断面六角形状に伸線する際には、伸線に伴う半導電層２２の損傷を防止すべく、予め巻線の表面に潤滑油を塗布して動摩擦係数を０．０６以下にしておくことが望ましい。
【００４０】
図６は、インシュレータ１２の構造の一部を示す図である。図６に示すようにインシュレータ１２の表面には、巻線１３を整列して配置するための複数の凹部３１〜３６が形成されている。なお、凹部３１〜３６は、四角柱状のティース部１１の必ずしも外周全域に対応して形成されている必要はなく、少なくとも四角柱の４カ所の角部に対応して形成されていればよい。
【００４１】
図７及び図８は、インシュレータ１２上に巻線１３を巻回する工程を示す図である。図７及び図８に示した例において、巻線１３は、等電位で対を成す２本の巻線（第１巻線Ａ及び第２巻線Ｂ）を含んで構成されている。
【００４２】
図７を参照して、巻線の積層構造の最も内側の層となる第１層Ｌ１において、凹部３１〜３６に従って第１巻線Ａが順に巻回される。具体的に、第１巻線Ａの第１ターンＡ１が凹部３１に従って巻回され、次に第２ターンＡ２が凹部３２に従って巻回され、第３〜第５ターンＡ３〜Ａ５に関しても同様の動作が繰り返された後、第６ターンＡ６が凹部３６に従って巻回される。ここで、確実な整列巻きを実現すべく、第１層Ｌ１内の第１巻線Ａの隣接ターン同士の間には、所定の隙間（例えば巻線１３の直径の３％程度の隙間）が設けられる。
【００４３】
また、第１層Ｌ１の外側の層となる第２層Ｌ２において、すでに第１層Ｌ１に巻回された第１巻線Ａに従って第２巻線Ｂが順に巻回される。具体的に、第２巻線Ｂの第１ターンＢ１が、第１巻線Ａの第１ターンＡ１に従って巻回され、次に第２巻線Ｂの第２ターンＢ２が、第１巻線Ａの第１ターンＡ１及び第２ターンＡ２に従って巻回され、第３〜第５ターンＢ３〜Ｂ５に関しても同様の動作が繰り返された後、第２巻線Ｂの第６ターンＢ６が、第１巻線Ａの第５ターンＡ５及び第６ターンＡ６に従って巻回される。図７に示すように、第２層Ｌ２内の第２巻線Ｂの隣接ターン同士の間には、所定の隙間が設けられる。
【００４４】
また、図７に示すように、第２層Ｌ２内の第２巻線Ｂは、第１層Ｌ１内の隣接ターン及び同一ターンの第１巻線Ａに接触している。例えば、第２巻線Ｂの第３ターンＢ３は、隣接ターンの第１巻線Ａである第２ターンＡ２と、同一ターンの第１巻線Ａである第３ターンＡ３とに接触している。これにより、第１巻線Ａの第２ターンＡ２と第３ターンＡ３とは、第２巻線Ｂの第３ターンＢ３を介して間接的に接触することとなる。同様に、第１層Ｌ１内の第１巻線Ａは、第２層Ｌ２内の同一ターン及び隣接ターンの第２巻線Ｂに接触している。例えば、第１巻線Ａの第５ターンＡ５は、同一ターンの第２巻線Ｂである第５ターンＢ５と、隣接ターンの第２巻線Ｂである第６ターンＢ６とに接触している。これにより、第２巻線Ｂの第５ターンＢ５と第６ターンＢ６とは、第１巻線Ａの第５ターンＡ５を介して間接的に接触することとなる。
【００４５】
次に図８を参照して、第２層Ｌ２の外側の層となる第３層Ｌ３において、すでに第２層Ｌ２に巻回された第２巻線Ｂに従って第２巻線Ｂが順に巻回される。具体的に、第２巻線Ｂの第７ターンＢ７が、第２巻線Ｂの第６ターンＢ６に従って巻回され、次に第２巻線Ｂの第８ターンＢ８が、第２巻線Ｂの第５ターンＢ５及び第６ターンＢ６に従って巻回され、第９〜第１１ターンＢ９〜Ｂ１１に関しても同様の動作が繰り返された後、第２巻線Ｂの第１２ターンＢ１２が、第２巻線Ｂの第１ターンＢ１及び第２ターンＢ２に従って巻回される。図８に示すように、第３層Ｌ３内の第２巻線Ｂの隣接ターン同士の間には、所定の隙間が設けられる。
【００４６】
また、第３層Ｌ３の外側の層となる第４層Ｌ４において、すでに第３層Ｌ３に巻回された第２巻線Ｂに従って第１巻線Ａが順に巻回される。具体的に、第１巻線Ａの第７ターンＡ７が、第２巻線Ｂの第７ターンＢ７及び第８ターンＢ８に従って巻回され、次に第１巻線Ａの第８ターンＡ８が、第２巻線Ｂの第８ターンＢ８及び第９ターンＢ９に従って巻回され、第９〜第１１ターンＡ９〜Ａ１１に関しても同様の動作が繰り返された後、第１巻線Ａの第１２ターンＡ１２が、第２巻線Ｂの第１２ターンＢ１２に従って巻回される。図８に示すように、第４層Ｌ４内の第１巻線Ａの隣接ターン同士の間には、所定の隙間が設けられる。
【００４７】
また、図８に示すように、第３層Ｌ３内の第２巻線Ｂは、第４層Ｌ４内の隣接ターン及び同一ターンの第１巻線Ａに接触している。例えば、第２巻線Ｂの第８ターンＢ８は、隣接ターンの第１巻線Ａである第７ターンＡ７と、同一ターンの第１巻線Ａである第８ターンＡ８とに接触している。これにより、第１巻線Ａの第７ターンＡ７と第８ターンＡ８とは、第２巻線Ｂの第８ターンＢ８を介して間接的に接触することとなる。同様に、第４層Ｌ４内の第１巻線Ａは、第３層Ｌ３内の同一ターン及び隣接ターンの第２巻線Ｂに接触している。例えば、第１巻線Ａの第１０ターンＡ１０は、同一ターンの第２巻線Ｂである第１０ターンＢ１０と、隣接ターンの第２巻線Ｂである第１１ターンＢ１１とに接触している。これにより、第２巻線Ｂの第１０ターンＢ１０と第１１ターンＢ１１とは、第１巻線Ａの第１０ターンＡ１０を介して間接的に接触することとなる。
【００４８】
図９は、巻線１３の積層構造の他の例を示す図である。図８には４層の積層構造を示したが、コア１０又はインシュレータ１２の形状の制約により、積層構造の端部において４層を確保できない場合もある。このような場合には、図９に示すように、積層構造の最外層Ｌ４又は最外層に近い層（この例では第３層Ｌ３）において、第１巻線Ａと第２巻線Ｂとを混在して巻回する。
【００４９】
図９を参照して、第２層Ｌ２の外側の層となる第３層Ｌ３において、すでに第２層Ｌ２に巻回された第２巻線Ｂに従って第１巻線Ａ及び第２巻線Ｂが順に巻回される。具体的に、第１巻線Ａの第７ターンＡ７が、第２巻線Ｂの第６ターンＢ６に従って巻回され、次に第２巻線Ｂの第７ターンＢ７が、第２巻線Ｂの第５ターンＢ５及び第６ターンＢ６に従って巻回され、次に第１巻線Ａの第８ターンＡ８が、第２巻線Ｂの第４ターンＢ４及び第５ターンＢ５に従って巻回され、次に第２巻線Ｂの第８ターンＢ８が、第２巻線Ｂの第３ターンＢ３及び第４ターンＢ４に従って巻回され、次に第１巻線Ａの第９ターンＡ９が、第２巻線Ｂの第２ターンＢ２及び第３ターンＢ３に従って巻回され、次に第１巻線Ａの第１０ターンＡ１０が、第２巻線Ｂの第１ターンＢ１及び第２ターンＢ２に従って巻回される。
【００５０】
また、第３層Ｌ３の外側の層となる第４層Ｌ４において、すでに第３層Ｌ３に巻回された第１巻線Ａ及び第２巻線Ｂに従って第１巻線Ａ及び第２巻線Ｂが順に巻回される。図９に示した例では、第２巻線Ｂの第９ターンＢ９が、第１巻線Ａの第９ターンＡ９及び第２巻線Ｂの第８ターンＢ８に従って巻回され、次に第２巻線Ｂの第１０ターンＢ１０が、第１巻線Ａの第９ターンＡ９及び第１０ターンＡ１０に従って巻回され、次に第２巻線Ｂの第１１ターンＢ１１が、第１巻線Ａの第１０ターンＡ１０に従って巻回される。
【００５１】
また、図９を参照して、巻線１３の積層構造の最外層（この例では第４層Ｌ４）又は最外層に近い層（この例では第３層Ｌ３）においては、導電性ワニスをコイル４の表面から含浸させる等の手法によって、隣接する巻線１３同士の間に形成される隙間に導電性の充填材４０が充填されている。これにより、隣接する巻線１３の半導電層２２同士を、充填材４０を介して等電位に設定することができる。なお、モータ１を絶縁油中に浸漬して使用することにより、隣接する巻線１３間の隙間が絶縁油によって充填されるため、部分放電の開始電圧を上昇させることができる。
【００５２】
図１０及び図１１は、巻線１３の積層構造の他の例をそれぞれ示す図である。図１０，１１に示した例において、巻線１３は、１本の巻線（巻線Ａ）によって構成されている。
【００５３】
図１０に示した例では、巻線Ａは、内側の層から外側の層に向かって順に巻回される。まず、巻線の積層構造の最も内側の層となる第１層Ｌ１において、凹部３１〜３６に従って巻線Ａが順に巻回される。具体的に、巻線Ａの第１ターンＡ１が凹部３１に従って巻回され、次に第２ターンＡ２が凹部３２に従って巻回され、第３〜第５ターンＡ３〜Ａ５に関しても同様の動作が繰り返された後、第６ターンＡ６が凹部３６に従って巻回される。次に、第１層Ｌ１の外側の層となる第２層Ｌ２において、すでに第１層Ｌ１に巻回された巻線Ａに従って巻線Ａが順に巻回される。具体的に、巻線Ａの第７ターンＡ７が、第５ターンＡ５及び第６ターンＡ６に従って巻回され、次に第８ターンＡ８が、第４ターンＡ４及び第５ターンＡ５に従って巻回され、第９〜第１１ターンＡ９〜Ａ１１に関しても同様の動作が繰り返された後、第１２ターンＡ１２が、第１ターンＡ１に従って巻回される。第３層Ｌ３以降においても同様に、下層ですでに巻回されている巻線Ａに従って、巻線Ａが順に巻回される。
【００５４】
図１１に示した例では、巻線Ａは、斜め上方に向かって順に巻回される（いわゆる斜め巻き）。まず、巻線Ａの第１ターンＡ１が、第１層Ｌ１内において凹部３１に従って巻回され、次に第２ターンＡ２が、第２層Ｌ２内において第１ターンＡ１に従ってその斜め上方に巻回される。次に第３ターンＡ３が、第１層Ｌ１内において凹部３２に従って巻回され、次に第４ターンＡ４が、第２層Ｌ２内において第１ターンＡ１及び第３ターンＡ３に従ってその斜め上方に巻回される。次に第５ターンＡ５が、第３層Ｌ３内において第２ターンＡ２及び第４ターンＡ４に従ってその斜め上方に巻回される。次に第６ターンＡ６が、第４層Ｌ４内において第５ターンＡ５に従ってその斜め上方に巻回される。第７ターンＡ７以降においても同様に、凹部３３〜３６又はすでに巻回されている巻線Ａに従って、巻線Ａが順に巻回される。
【００５５】
図１２は、巻線１３の端部に施されている端部処理の第１の例を示す図である。巻線１３の端部においては、半導電層２２及び絶縁層２１を剥離することによって導体２０が露出されるが、その際、半導電層２２のみを剥離することによって絶縁層２１が露出した領域を、導体２０と半導電層２２との間に所定の距離だけ残す。これにより、当該領域を間に挟むことによって、導体２０と半導電層２２とが互いに電気的に分離される。
【００５６】
図１３は、巻線１３の端部に施されている端部処理の第２の例を示す図である。巻線１３の端部においては、半導電層２２及び絶縁層２１を剥離することによって導体２０が露出されるが、その際、半導電層２２の先端及び導体２０の一部を含む所定の領域を、絶縁性樹脂等の封止材５０によって封止する。これにより、封止材５０を間に挟むことによって、導体２０と半導電層２２とが電気的に分離される。
【００５７】
図１４は、モータ１の使用例を示す図である。複数のコイルＵ１〜Ｕ４から成る直列接続体、複数のコイルＶ１〜Ｖ４から成る直列接続体、及び複数のコイルＷ１〜Ｗ４から成る直列接続体が、インバータ６０のＵ相、Ｖ相、及びＷ相にそれぞれ接続されている。コイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１は、それぞれの直列接続体のうち、入力側であるインバータ６０に最も近いコイルである。上述したコイル４の構造を、少なくともコイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１に対して適用する。但し、各直列接続体の全てのコイルに対して適用してもよい。
【００５８】
また、Ｕ相のコイルＵ１〜Ｕ４とＶ相のコイルＶ１〜Ｖ４との間、Ｖ相のコイルＶ１〜Ｖ４とＷ相のコイルＷ１〜Ｗ４との間、及びＷ相のコイルＷ１〜Ｗ４とＵ相のコイルＵ１〜Ｕ４との間は、相間絶縁紙とエナメル等の絶縁材とを含む所定の絶縁部材（図示しない）によって、互いに電気的に絶縁されている。当該絶縁部材の厚みは、想定される相間電圧に応じて設定される。これにより、相内よりも高電圧となる相間を、当該絶縁部材によって適切に絶縁することができる。また、図２に示したように巻線１３と接地電位（コア１０）との間は、インシュレータ１２によって互いに電気的に絶縁されている。インシュレータ１２の厚みは、想定される対地電圧に応じて設定される。これにより、相内よりも高電圧となる対地間を、インシュレータ１２によって適切に絶縁することができる。
【００５９】
本実施の形態に係るコイル４によれば、積層構造の第１層Ｌ１においては、第１層Ｌ１内の巻線１３同士の間に所定の隙間が形成されるように、巻線１３が巻回されており、積層構造の第２層Ｌ２においては、第２層Ｌ２内の巻線１３同士の間に所定の隙間が形成されるように、かつ、第１層Ｌ１内の巻線１３に接触するように、巻線１３が巻回されている。このように、第１層Ｌ１内の巻線１３同士の間、及び第２層Ｌ２内の巻線１３同士の間には、それぞれ所定の隙間が形成されているものの、第２層Ｌ２内の巻線１３は第１層Ｌ１内の巻線１３に接触しているため、互いに接触する巻線１３の半導電層２２同士を等電位に設定することができる。その結果、巻線１３間の部分放電を効果的に抑制することが可能となるため、電気自動車用モータやハイブリッド自動車用モータ等の高電圧機器用途に適したコイルを得ることができる。しかも、巻線１３の断面形状が六角形であることにより、断面形状が円形の巻線を使用する場合と比較すると、第１層Ｌ１内の巻線１３と第２層Ｌ２内の巻線１３との接触面積を広げることが可能となる。
【００６０】
また、図５に示したように、本実施の形態に係るコイル４によれば、六角形の角部の丸みの半径は、当該六角形に内接する円の半径よりも小さく設定されている。従って、断面形状が円形の巻線を使用する場合と比較すると、占積率を向上することが可能となる。
【００６１】
また、図７に示したように、本実施の形態に係るコイル４によれば、積層構造の第１層Ｌ１においては、第１層Ｌ１内の隣接ターンの第１巻線Ａ同士の間に所定の隙間が形成されるように、第１巻線Ａが巻回されており、積層構造の第２層Ｌ２においては、第２層Ｌ２内の隣接ターンの第２巻線Ｂ同士の間に所定の隙間が形成されるように、かつ、第１層Ｌ１内の隣接ターンの第１巻線Ａに接触するように、第２巻線Ｂが巻回されている。このように、第１層Ｌ１内の第１巻線Ａ同士の間、及び第２層Ｌ２内の第２巻線Ｂ同士の間には、それぞれ所定の隙間が形成されているものの、第２巻線Ｂは隣接ターンの第１巻線Ａに接触しているため、第２巻線Ｂの半導電層２２と、隣接ターンの第１巻線Ａの半導電層２２とを等電位に設定することができる。その結果、巻線１３間の部分放電を効果的に抑制することが可能となる。しかも、巻線１３の断面形状が六角形であることにより、断面形状が円形の巻線を使用する場合と比較すると、第１層Ｌ１内の第１巻線Ａと第２層Ｌ２内の第２巻線Ｂとの接触面積を広げることが可能となる。
【００６２】
また、図７に示したように、本実施の形態に係るコイル４によれば、第２層Ｌ２内の第２巻線Ｂは、第１層Ｌ１内の同一ターンの第１巻線Ａに接触する。従って、第２巻線Ｂの半導電層２２と、同一ターンの第１巻線Ａの半導電層２２とを等電位に設定することができる。その結果、巻線１３間の部分放電をさらに効果的に抑制することが可能となる。
【００６３】
また、図８に示したように、本実施の形態に係るコイル４によれば、積層構造の第１層Ｌ１においては第１巻線Ａが巻回され、積層構造の第２層Ｌ２においては第２巻線Ｂが巻回されている状況において、積層構造の第３層Ｌ３においては第２巻線Ｂが巻回され、積層構造の第４層Ｌ４においては第１巻線Ａが巻回されている。従って、第３層Ｌ２に第１巻線Ａが巻回され、第４層Ｌ４に第２巻線Ｂが巻回される場合と比較すると、第１巻線Ａの線長と第２巻線Ｂの線長との差を小さくできる。その結果、線長の差に起因する循環電流損を低減することが可能となる。
【００６４】
また、図９に示したように、本実施の形態に係るコイル４によれば、積層構造の最外層又は最外層に近い層においては、第１巻線Ａ及び第２巻線Ｂが混在して巻回されている。従って、コア１０又はインシュレータ１２の形状の制約によって、第１巻線Ａのみを含む層と第２巻線Ｂのみを含む層とのペアを設けることができない場合であっても、積層構造の同一層内に第１巻線Ａ及び第２巻線Ｂを混在して巻回することにより、占積率を向上することが可能となる。
【００６５】
また、図９に示したように、本実施の形態に係るコイル４によれば、積層構造の最外層又は最外層に近い層においては、隣接する巻線１３同士の間に形成される隙間に導電性の充填材４０が充填されている。これにより、積層構造の同一層内に第１巻線Ａ及び第２巻線Ｂが混在して巻回されている場合であっても、隣接する巻線１３の半導電層２２同士を、充填材４０を介して等電位に設定することができる。その結果、巻線１３間の部分放電をさらに効果的に抑制することが可能となる。しかも、隣接する巻線１３同士の隙間への充填材４０の充填は、積層構造の最外層又は最外層に近い層に対して行われるため、例えば導電性ワニスをコイル４の表面から含浸させる場合であっても、含浸不良の発生を抑制することが可能となる。
【００６６】
また、図１２，１３に示したように、本実施の形態に係るコイル４によれば、巻線１３は、その端部において、導体２０と半導電層２２とを互いに電気的に絶縁するための絶縁処理が施されている。従って、巻線１３の端部において導体２０と半導電層２２との間で部分放電が発生することを、予め回避することが可能となる。
【００６７】
また、図１４に示したように、本実施の形態に係るコイル４は、同一相内で直列接続された複数のコイルＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４，Ｗ１〜Ｗ４のうち、少なくとも入力側に最も近いコイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１に対して適用される。入力側に最も近いコイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１は入力電圧の影響を受けやすいため、高電圧が入力された場合に、当該コイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１の両端電圧も高くなって巻線１３間の部分放電が生じやすい。従って、同一相内で直列接続された複数のコイルＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４，Ｗ１〜Ｗ４のうち、少なくとも入力側に最も近いコイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１に対して、コイル４を適用して部分放電が生じにくい構造を採用することにより、巻線１３間の部分放電を予め抑制することが可能となる。
【００６８】
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、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全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６９】
１ モータ
２ ロータ
３ ステータ
４ コイル
１０ コア
１１ ティース部
１２ インシュレータ
１３ 巻線
２０ 導体
２１ 絶縁層
２２ 半導電層
３１〜３６ 凹部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイル、モータ、コイル用巻線、及び巻線の巻回方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、導体と、導体を被覆する絶縁層と、絶縁層を被覆する半導電層とを有する構造の巻線を用いたコイルが開示されている。このように表面に半導電層を有する巻線を用いることにより、半導電層を有しない通常の巻線を用いたコイルと比較して巻線間の部分放電が抑制されるため、高電圧機器用途に適したコイルを得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３０７７９８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１４は、表面に半導電層を有する巻線に関して、隣接する巻線同士の隙間寸法（巻線間隔）と、当該巻線間の電界強度との関係を解析した結果を示すグラフである。図１４から明らかなように、巻線間隔が０．００２ｍｍ付近の領域において、電界強度が他の領域よりも極端に大きくなっていることが分かる。従って、表面に半導電層を有する巻線を用いたコイルにおいて、隣接する巻線同士の間に０．００２ｍｍ程度の隙間が生じると、その箇所の電界強度が高くなって巻線間の部分放電が発生しやすくなる。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みて成されたものであり、表面に半導電層を有する巻線を用いつつ、巻線間の部分放電を効果的に抑制することが可能な、コイル、モータ、及び巻線の巻回方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様に係るコイルは、ティース部を有するコアと、前記コアを被覆する絶縁材と、前記絶縁材を介して前記ティース部の外周上に整列して巻回され、導体、前記導体を被覆する絶縁層、及び前記絶縁層を被覆する半導電層を有する巻線と、を備え、前記巻線が前記ティース部の外周上に複数層に巻回されることによって巻線の積層構造が形成され、前記巻線の断面形状は六角形であり、前記積層構造の第１層においては、当該第１層内の前記巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、前記巻線が巻回されており、前記第１層の外側で前記第１層に隣接する前記積層構造の第２層においては、当該第２層内の前記巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、かつ、前記第１層内の前記巻線に面接触するように、前記巻線が巻回されていることを特徴とするものである。
【０００７】
第１の態様に係るコイルによれば、積層構造の第１層においては、当該第１層内の巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、巻線が巻回されており、積層構造の第２層においては、当該第２層内の巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、かつ、第１層内の巻線に接触するように、巻線が巻回されている。このように、第１層内の巻線同士の間、及び第２層内の巻線同士の間には、それぞれ所定の隙間が形成されているものの、第２層内の巻線は第１層内の巻線に接触しているため、互いに接触する巻線の半導電層同士を等電位に設定することができる。その結果、巻線間の部分放電を効果的に抑制することが可能となる。しかも、巻線の断面形状が六角形であることにより、断面形状が円形の巻線を使用する場合と比較すると、第１層内の巻線と第２層内の巻線との接触面積を広げることが可能となる。
【０００８】
本発明の第２の態様に係るコイルは、第１の態様に係るコイルにおいて特に、前記巻線の断面形状は、角部が丸みを帯びた六角形であり、前記角部の丸みの半径は、前記六角形に内接する円の半径よりも小さいことを特徴とするものである。
【０００９】
第２の態様に係るコイルによれば、六角形の角部の丸みの半径は、当該六角形に内接する円の半径よりも小さい。従って、断面形状が円形の巻線を使用する場合と比較すると、占積率を向上することが可能となる。
【００１０】
本発明の第３の態様に係るコイルは、第１又は第２の態様に係るコイルにおいて特に、前記巻線は、等電位で対を成す第１巻線及び第２巻線を含み、前記第１層においては、当該第１層内の隣接ターンの前記第１巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、前記第１巻線が巻回されており、前記第２層においては、当該第２層内の隣接ターンの前記第２巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、かつ、前記第１層内の隣接ターンの前記第１巻線に面接触するように、前記第２巻線が巻回されていることを特徴とするものである。
【００１１】
第３の態様に係るコイルによれば、積層構造の第１層においては、当該第１層内の隣接ターンの第１巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、第１巻線が巻回されており、積層構造の第２層においては、当該第２層内の隣接ターンの第２巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、かつ、第１層内の隣接ターンの第１巻線に接触するように、第２巻線が巻回されている。このように、第１層内の第１巻線同士の間、及び第２層内の第２巻線同士の間には、それぞれ所定の隙間が形成されているものの、第２巻線は隣接ターンの第１巻線に接触しているため、第２巻線の半導電層と、隣接ターンの第１巻線の半導電層とを等電位に設定することができる。その結果、巻線間の部分放電を効果的に抑制することが可能となる。しかも、巻線の断面形状が六角形であることにより、断面形状が円形の巻線を使用する場合と比較すると、第１層内の第１巻線と第２層内の第２巻線との接触面積を広げることが可能となる。
【００１２】
本発明の第４の態様に係るコイルは、第３の態様に係るコイルにおいて特に、前記第２層内の前記第２巻線は、前記第１層内の同一ターンの前記第１巻線にさらに接触することを特徴とするものである。
【００１３】
第４の態様に係るコイルによれば、第２層内の第２巻線は、第１層内の同一ターンの第１巻線に接触する。従って、第２巻線の半導電層と、同一ターンの第１巻線の半導電層とを等電位に設定することができる。その結果、巻線間の部分放電をさらに効果的に抑制することが可能となる。
【００１４】
本発明の第５の態様に係るコイルは、第３又は第４の態様に係るコイルにおいて特に、前記第２層の外側で前記第２層に隣接する前記積層構造の第３層においては、当該第３層内の隣接ターンの前記第２巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、前記第２巻線が巻回されており、前記第３層の外側で前記第３層に隣接する前記積層構造の第４層においては、当該第４層内の隣接ターンの前記第１巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、かつ、前記第３層内の隣接ターンの前記第２巻線に接触するように、前記第１巻線が巻回されていることを特徴とするものである。
【００１５】
第５の態様に係るコイルによれば、積層構造の第１層においては第１巻線が巻回され、積層構造の第２層においては第２巻線が巻回されている状況において、積層構造の第３層においては第２巻線が巻回され、積層構造の第４層においては第１巻線が巻回されている。従って、第３層に第１巻線が巻回され、第４層に第２巻線が巻回される場合と比較すると、第１巻線の線長と第２巻線の線長との差を小さくできる。その結果、線長の差に起因する循環電流損を低減することが可能となる。
【００１６】
本発明の第６の態様に係るコイルは、第１〜第５のいずれか一つの態様に係るコイルにおいて特に、前記積層構造の最外層又は最外層に近い層においては、前記第１巻線及び前記第２巻線が混在して巻回されていることを特徴とするものである。
【００１７】
第６の態様に係るコイルによれば、積層構造の最外層又は最外層に近い層においては、第１巻線及び第２巻線が混在して巻回されている。従って、コア又は絶縁材の形状の制約によって、第１巻線のみを含む層と第２巻線のみを含む層とのペアを設けることができない場合であっても、積層構造の同一層内に第１巻線及び第２巻線を混在して巻回することにより、占積率を向上することが可能となる。
【００１８】
本発明の第７の態様に係るコイルは、第６の態様に係るコイルにおいて特に、前記積層構造の最外層又は最外層に近い層においては、隣接する巻線同士の間に形成される隙間に導電性の充填材が充填されていることを特徴とするものである。
【００１９】
第７の態様に係るコイルによれば、積層構造の最外層又は最外層に近い層においては、隣接する巻線同士の間に形成される隙間に導電性の充填材が充填されている。これにより、積層構造の同一層内に第１巻線及び第２巻線が混在して巻回されている場合であっても、隣接する巻線の半導電層同士を、充填材を介して等電位に設定することができる。その結果、巻線間の部分放電をさらに効果的に抑制することが可能となる。しかも、隣接する巻線同士の隙間への充填材の充填は、積層構造の最外層又は最外層に近い層に対して行われるため、例えば導電性ワニスをコイルの表面から含浸させる場合であっても、含浸不良の発生を抑制することが可能となる。
【００２０】
本発明の第８の態様に係るコイルは、第１〜第７のいずれか一つの態様に係るコイルにおいて特に、前記巻線は、その端部において、前記導体と前記半導電層とを互いに電気的に絶縁するための絶縁処理が施されていることを特徴とするものである。
【００２１】
第８の態様に係るコイルによれば、巻線は、その端部において、導体と半導電層とを互いに電気的に絶縁するための絶縁処理が施されている。従って、巻線の端部において導体と半導電層との間で部分放電が発生することを、予め回避することが可能となる。
【００２２】
本発明の第９の態様に係るコイルは、第１〜第８のいずれか一つの態様に係るコイルにおいて特に、前記コイルは、同一相内で直列接続された複数のコイルのうち、少なくとも入力側に最も近いコイルであることを特徴とするものである。
【００２３】
第９の態様に係るコイルによれば、コイルは、同一相内で直列接続された複数のコイルのうち、少なくとも入力側に最も近いコイルである。入力側に最も近いコイルは入力電圧の影響を受けやすいため、高電圧が入力された場合に、当該コイルの両端電圧も高くなって巻線間の部分放電が生じやすい。従って、同一相内で直列接続された複数のコイルのうち、少なくとも入力側に最も近いコイルに対して、本発明を適用して部分放電が生じにくい構造を採用することにより、巻線間の部分放電を予め抑制することが可能となる。
【００２４】
本発明の第１０の態様に係るコイルは、第９の態様に係るコイルにおいて特に、相が異なる複数のコイル同士の間を電気的に絶縁するための絶縁部材をさらに備えることを特徴とするものである。
【００２５】
第１０の態様に係るコイルによれば、相が異なる複数のコイル同士の間は、絶縁部材によって電気的に絶縁される。従って、相内よりも高電圧となる相間を、絶縁部材によって適切に絶縁することが可能となる。
【００２６】
本発明の第１１の態様に係るモータは、第１の態様に係るコイルを有するステータと、ロータと、を備えることを特徴とするものである。
【００２７】
第１１の態様に係るモータによれば、ステータが第１の態様に係るコイルを有することにより、積層構造の第１層においては、当該第１層内の巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、巻線が巻回されており、積層構造の第２層においては、当該第２層内の巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、かつ、第１層内の巻線に接触するように、巻線が巻回されている。このように、第１層内の巻線同士の間、及び第２層内の巻線同士の間には、それぞれ所定の隙間が形成されているものの、第２層内の巻線は第１層内の巻線に接触しているため、互いに接触する巻線の半導電層同士を等電位に設定することができる。その結果、巻線間の部分放電を効果的に抑制することが可能となる。しかも、巻線の断面形状が六角形であることにより、断面形状が円形の巻線を使用する場合と比較すると、第１層内の巻線と第２層内の巻線との接触面積を広げることが可能となる。
【００２８】
本発明の第１２の態様に係るコイル用巻線は、コアのティース部の外周上に絶縁材を介して巻回されるコイル用巻線であって、導体と、前記導体を被覆する絶縁層と、前記絶縁層を被覆する半導電層と、を備え、角部が丸みを帯びた六角形の断面形状を有し、前記角部の丸みの半径は、前記六角形に内接する円の半径よりも小さいことを特徴とするものである。
【００２９】
第１２の態様に係るコイル用巻線によれば、巻線は、導体と、導体を被覆する絶縁層と、絶縁層を被覆する半導電層と、を備え、角部が丸みを帯びた六角形の断面形状を有し、角部の丸みの半径は、当該六角形に内接する円の半径よりも小さい。従って、巻線をコアのティース部の外周上に複数層に巻回することによって巻線の積層構造を形成した際に、互いに隣接する層の巻線同士を面接触させることができる。そのため、互いに接触する巻線の半導電層同士を等電位に設定することができるため、巻線間の部分放電を効果的に抑制することが可能となる。しかも、巻線の断面形状が六角形であることにより、断面形状が円形の巻線を使用する場合と比較すると、互いに隣接する層の巻線同士の接触面積を広げることが可能となる。さらに、六角形の角部の丸みの半径は、当該六角形に内接する円の半径よりも小さい。従って、断面形状が円形の巻線を使用する場合と比較すると、占積率を向上することが可能となる。
【００３０】
本発明の第１３の態様に係る巻線の巻回方法は、導体、前記導体を被覆する絶縁層、及び前記絶縁層を被覆する半導電層を有し、六角形の断面形状を有する巻線を、コアを被覆する絶縁材を介して前記コアのティース部の外周上に整列して巻回する、巻線の巻回方法であって、前記巻線が前記ティース部の外周上に複数層に巻回されることによって巻線の積層構造が形成され、（Ａ）前記積層構造の第１層において、当該第１層内の前記巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、前記巻線を巻回する工程と、（Ｂ）前記第１層の外側で前記第１層に隣接する前記積層構造の第２層において、当該第２層内の巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、かつ、前記第１層内の巻線に面接触するように、前記巻線を巻回する工程と、を備えることを特徴とするものである。
【００３１】
第１３の態様に係る巻線の巻回方法によれば、工程（Ａ）では、積層構造の第１層において、当該第１層内の巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、巻線が巻回され、工程（Ｂ）では、積層構造の第２層において、当該第２層内の巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、かつ、第１層内の巻線に接触するように、巻線が巻回される。このように、第１層内の巻線同士の間、及び第２層内の巻線同士の間には、それぞれ所定の隙間が形成されているものの、第２層内の巻線は第１層内の巻線に接触しているため、互いに接触する巻線の半導電層同士を等電位に設定することができる。その結果、巻線間の部分放電を効果的に抑制することが可能となる。しかも、巻線の断面形状が六角形であることにより、断面形状が円形の巻線を使用する場合と比較すると、第１層内の巻線と第２層内の巻線との接触面積を広げることが可能となる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、表面に半導電層を有する巻線を用いつつ、巻線間の部分放電を効果的に抑制することが可能な、コイル、モータ、コイル用巻線、及び巻線の巻回方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態に係るモータの全体構成を模式的に示す図である。
【図２】一つのコイルの構造を模式的に示す図である。
【図３】巻線の構造の第１の例を示す断面図である。
【図４】巻線の構造の第２の例を示す断面図である。
【図５】巻線の対辺径と半導電層の角部の丸みの半径との関係を示す図である。
【図６】インシュレータの構造の一部を示す図である。
【図７】インシュレータ上に巻線を巻回する工程を示す図である。
【図８】インシュレータ上に巻線を巻回する工程を示す図である。
【図９】巻線の積層構造の他の例を示す図である。
【図１０】巻線の積層構造の他の例を示す図である。
【図１１】巻線の積層構造の他の例を示す図である。
【図１２】巻線の端部に施されている端部処理の第１の例を示す図である。
【図１３】巻線の端部に施されている端部処理の第２の例を示す図である。
【図１４】モータの使用例を示す図である。
【図１５】表面に半導電層を有する巻線に関して、隣接する巻線同士の隙間寸法と、当該巻線間の電界強度との関係を解析した結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、異なる図面において同一の符号を付した要素は、同一又は相応する要素を示すものとする。
【００３５】
図１は、本発明の実施の形態に係るモータ１の全体構成を模式的に示す図である。図１に示すようにモータ１は、円環状のステータ３と、ステータ３の円環内に配置されたロータ２とを備えて構成されている。ステータ３は、分割された複数のコイル４が円環に沿って並設された構造（いわゆる分割ステータ）を有している。
【００３６】
図２は、一つのコイル４の構造を模式的に示す図である。図２に示すようにコイル４は、四角柱状のティース部１１を有するコア１０と、ティース部１１を含むコア１０の一部表面上に配置されることにより、コア１０を部分的に被覆する絶縁性のインシュレータ（絶縁材）１２と、インシュレータ１２を介してティース部１１の外周上に整列して巻回された巻線１３とを備えて構成されている。
【００３７】
図３は、巻線１３の構造の第１の例を示す断面図である。図３に示すように巻線１３は、六角形（略六角形を含む）の断面形状を有しており、中心の導体２０と、導体２０を被覆する絶縁層２１と、絶縁層２１を被覆する半導電層２２とを含む構造を成している。導体２０の材質は、例えば銅である。絶縁層２１の材質は、例えばポリアミドイミドである。半導電層２２の材質は、例えば、カーボンブラック粉末等の導電性物質が混練されたポリアミドイミドである。但し、各層の材質はこの例に限定されるものではない。また、導体２０の対辺径（対向する辺同士の間隔）は例えば０．８５ｍｍであり、絶縁層２１の厚みは例えば０．０４４ｍｍであり、半導電層２２の厚みは例えば０．００５ｍｍである。但し、各層の寸法はこの例に限定されるものではない。半導電層２２の表面抵抗率は１０６Ω／□未満（望ましくは１０４Ω／□未満）に設定されており、これにより、高い部分放電開始電圧（１０４Ω／□未満で３８００Ｖｐ以上）が実現される。
【００３８】
図４は、巻線１３の構造の第２の例を示す断面図である。図３に示した各層の六角形の角部が丸められた形状となっている。図５は、巻線１３の対辺径Ｘと半導電層２２の角部２５の丸みの半径との関係を示す図である。半導電層２２の角部２５の丸みの半径は、六角形に内接する円の半径（即ち対辺径Ｘの１／２）よりも小さく設定されている。
【００３９】
図３，４に示した巻線１３の製造方法の例としては、導体２０を断面六角形状に伸線した後に、絶縁層２１及び半導電層２２を順に焼付塗装する第１の手法、又は、導体２０、絶縁層２１、及び半導電層２２を含む断面円形状の通常巻線を作製した後に、ローラー圧延又はダイス引きによって当該通常巻線を断面六角形状に伸線する第２の手法がある。第１の手法によると、焼付塗装時の表面張力によって絶縁層２１及び半導電層２２が丸くなりやすく、また、巻線のねじれを生じないように焼付塗装を行うのは困難であるため、第２の手法を採用するのが望ましい。また、第２の手法において通常巻線を断面六角形状に伸線する際には、伸線に伴う半導電層２２の損傷を防止すべく、予め巻線の表面に潤滑油を塗布して動摩擦係数を０．０６以下にしておくことが望ましい。
【００４０】
図６は、インシュレータ１２の構造の一部を示す図である。図６に示すようにインシュレータ１２の表面には、巻線１３を整列して配置するための複数の凹部３１〜３６が形成されている。なお、凹部３１〜３６は、四角柱状のティース部１１の必ずしも外周全域に対応して形成されている必要はなく、少なくとも四角柱の４カ所の角部に対応して形成されていればよい。
【００４１】
図７及び図８は、インシュレータ１２上に巻線１３を巻回する工程を示す図である。図７及び図８に示した例において、巻線１３は、等電位で対を成す２本の巻線（第１巻線Ａ及び第２巻線Ｂ）を含んで構成されている。
【００４２】
図７を参照して、巻線の積層構造の最も内側の層となる第１層Ｌ１において、凹部３１〜３６に従って第１巻線Ａが順に巻回される。具体的に、第１巻線Ａの第１ターンＡ１が凹部３１に従って巻回され、次に第２ターンＡ２が凹部３２に従って巻回され、第３〜第５ターンＡ３〜Ａ５に関しても同様の動作が繰り返された後、第６ターンＡ６が凹部３６に従って巻回される。ここで、確実な整列巻きを実現すべく、第１層Ｌ１内の第１巻線Ａの隣接ターン同士の間には、所定の隙間（例えば巻線１３の直径の３％程度の隙間）が設けられる。
【００４３】
また、第１層Ｌ１の外側の層となる第２層Ｌ２において、すでに第１層Ｌ１に巻回された第１巻線Ａに従って第２巻線Ｂが順に巻回される。具体的に、第２巻線Ｂの第１ターンＢ１が、第１巻線Ａの第１ターンＡ１に従って巻回され、次に第２巻線Ｂの第２ターンＢ２が、第１巻線Ａの第１ターンＡ１及び第２ターンＡ２に従って巻回され、第３〜第５ターンＢ３〜Ｂ５に関しても同様の動作が繰り返された後、第２巻線Ｂの第６ターンＢ６が、第１巻線Ａの第５ターンＡ５及び第６ターンＡ６に従って巻回される。図７に示すように、第２層Ｌ２内の第２巻線Ｂの隣接ターン同士の間には、所定の隙間が設けられる。
【００４４】
また、図７に示すように、第２層Ｌ２内の第２巻線Ｂは、第１層Ｌ１内の隣接ターン及び同一ターンの第１巻線Ａに接触している。例えば、第２巻線Ｂの第３ターンＢ３は、隣接ターンの第１巻線Ａである第２ターンＡ２と、同一ターンの第１巻線Ａである第３ターンＡ３とに接触している。これにより、第１巻線Ａの第２ターンＡ２と第３ターンＡ３とは、第２巻線Ｂの第３ターンＢ３を介して間接的に接触することとなる。同様に、第１層Ｌ１内の第１巻線Ａは、第２層Ｌ２内の同一ターン及び隣接ターンの第２巻線Ｂに接触している。例えば、第１巻線Ａの第５ターンＡ５は、同一ターンの第２巻線Ｂである第５ターンＢ５と、隣接ターンの第２巻線Ｂである第６ターンＢ６とに接触している。これにより、第２巻線Ｂの第５ターンＢ５と第６ターンＢ６とは、第１巻線Ａの第５ターンＡ５を介して間接的に接触することとなる。
【００４５】
次に図８を参照して、第２層Ｌ２の外側の層となる第３層Ｌ３において、すでに第２層Ｌ２に巻回された第２巻線Ｂに従って第２巻線Ｂが順に巻回される。具体的に、第２巻線Ｂの第７ターンＢ７が、第２巻線Ｂの第６ターンＢ６に従って巻回され、次に第２巻線Ｂの第８ターンＢ８が、第２巻線Ｂの第５ターンＢ５及び第６ターンＢ６に従って巻回され、第９〜第１１ターンＢ９〜Ｂ１１に関しても同様の動作が繰り返された後、第２巻線Ｂの第１２ターンＢ１２が、第２巻線Ｂの第１ターンＢ１及び第２ターンＢ２に従って巻回される。図８に示すように、第３層Ｌ３内の第２巻線Ｂの隣接ターン同士の間には、所定の隙間が設けられる。
【００４６】
また、第３層Ｌ３の外側の層となる第４層Ｌ４において、すでに第３層Ｌ３に巻回された第２巻線Ｂに従って第１巻線Ａが順に巻回される。具体的に、第１巻線Ａの第７ターンＡ７が、第２巻線Ｂの第７ターンＢ７及び第８ターンＢ８に従って巻回され、次に第１巻線Ａの第８ターンＡ８が、第２巻線Ｂの第８ターンＢ８及び第９ターンＢ９に従って巻回され、第９〜第１１ターンＡ９〜Ａ１１に関しても同様の動作が繰り返された後、第１巻線Ａの第１２ターンＡ１２が、第２巻線Ｂの第１２ターンＢ１２に従って巻回される。図８に示すように、第４層Ｌ４内の第１巻線Ａの隣接ターン同士の間には、所定の隙間が設けられる。
【００４７】
また、図８に示すように、第３層Ｌ３内の第２巻線Ｂは、第４層Ｌ４内の隣接ターン及び同一ターンの第１巻線Ａに接触している。例えば、第２巻線Ｂの第８ターンＢ８は、隣接ターンの第１巻線Ａである第７ターンＡ７と、同一ターンの第１巻線Ａである第８ターンＡ８とに接触している。これにより、第１巻線Ａの第７ターンＡ７と第８ターンＡ８とは、第２巻線Ｂの第８ターンＢ８を介して間接的に接触することとなる。同様に、第４層Ｌ４内の第１巻線Ａは、第３層Ｌ３内の同一ターン及び隣接ターンの第２巻線Ｂに接触している。例えば、第１巻線Ａの第１０ターンＡ１０は、同一ターンの第２巻線Ｂである第１０ターンＢ１０と、隣接ターンの第２巻線Ｂである第１１ターンＢ１１とに接触している。これにより、第２巻線Ｂの第１０ターンＢ１０と第１１ターンＢ１１とは、第１巻線Ａの第１０ターンＡ１０を介して間接的に接触することとなる。
【００４８】
図９は、巻線１３の積層構造の他の例を示す図である。図８には４層の積層構造を示したが、コア１０又はインシュレータ１２の形状の制約により、積層構造の端部において４層を確保できない場合もある。このような場合には、図９に示すように、積層構造の最外層Ｌ４又は最外層に近い層（この例では第３層Ｌ３）において、第１巻線Ａと第２巻線Ｂとを混在して巻回する。
【００４９】
図９を参照して、第２層Ｌ２の外側の層となる第３層Ｌ３において、すでに第２層Ｌ２に巻回された第２巻線Ｂに従って第１巻線Ａ及び第２巻線Ｂが順に巻回される。具体的に、第１巻線Ａの第７ターンＡ７が、第２巻線Ｂの第６ターンＢ６に従って巻回され、次に第２巻線Ｂの第７ターンＢ７が、第２巻線Ｂの第５ターンＢ５及び第６ターンＢ６に従って巻回され、次に第１巻線Ａの第８ターンＡ８が、第２巻線Ｂの第４ターンＢ４及び第５ターンＢ５に従って巻回され、次に第２巻線Ｂの第８ターンＢ８が、第２巻線Ｂの第３ターンＢ３及び第４ターンＢ４に従って巻回され、次に第１巻線Ａの第９ターンＡ９が、第２巻線Ｂの第２ターンＢ２及び第３ターンＢ３に従って巻回され、次に第１巻線Ａの第１０ターンＡ１０が、第２巻線Ｂの第１ターンＢ１及び第２ターンＢ２に従って巻回される。
【００５０】
また、第３層Ｌ３の外側の層となる第４層Ｌ４において、すでに第３層Ｌ３に巻回された第１巻線Ａ及び第２巻線Ｂに従って第１巻線Ａ及び第２巻線Ｂが順に巻回される。図９に示した例では、第２巻線Ｂの第９ターンＢ９が、第１巻線Ａの第９ターンＡ９及び第２巻線Ｂの第８ターンＢ８に従って巻回され、次に第２巻線Ｂの第１０ターンＢ１０が、第１巻線Ａの第９ターンＡ９及び第１０ターンＡ１０に従って巻回され、次に第２巻線Ｂの第１１ターンＢ１１が、第１巻線Ａの第１０ターンＡ１０に従って巻回される。
【００５１】
また、図９を参照して、巻線１３の積層構造の最外層（この例では第４層Ｌ４）又は最外層に近い層（この例では第３層Ｌ３）においては、導電性ワニスをコイル４の表面から含浸させる等の手法によって、隣接する巻線１３同士の間に形成される隙間に導電性の充填材４０が充填されている。これにより、隣接する巻線１３の半導電層２２同士を、充填材４０を介して等電位に設定することができる。なお、モータ１を絶縁油中に浸漬して使用することにより、隣接する巻線１３間の隙間が絶縁油によって充填されるため、部分放電の開始電圧を上昇させることができる。
【００５２】
図１０及び図１１は、巻線１３の積層構造の他の例をそれぞれ示す図である。図１０，１１に示した例において、巻線１３は、１本の巻線（巻線Ａ）によって構成されている。
【００５３】
図１０に示した例では、巻線Ａは、内側の層から外側の層に向かって順に巻回される。まず、巻線の積層構造の最も内側の層となる第１層Ｌ１において、凹部３１〜３６に従って巻線Ａが順に巻回される。具体的に、巻線Ａの第１ターンＡ１が凹部３１に従って巻回され、次に第２ターンＡ２が凹部３２に従って巻回され、第３〜第５ターンＡ３〜Ａ５に関しても同様の動作が繰り返された後、第６ターンＡ６が凹部３６に従って巻回される。次に、第１層Ｌ１の外側の層となる第２層Ｌ２において、すでに第１層Ｌ１に巻回された巻線Ａに従って巻線Ａが順に巻回される。具体的に、巻線Ａの第７ターンＡ７が、第５ターンＡ５及び第６ターンＡ６に従って巻回され、次に第８ターンＡ８が、第４ターンＡ４及び第５ターンＡ５に従って巻回され、第９〜第１１ターンＡ９〜Ａ１１に関しても同様の動作が繰り返された後、第１２ターンＡ１２が、第１ターンＡ１に従って巻回される。第３層Ｌ３以降においても同様に、下層ですでに巻回されている巻線Ａに従って、巻線Ａが順に巻回される。
【００５４】
図１１に示した例では、巻線Ａは、斜め上方に向かって順に巻回される（いわゆる斜め巻き）。まず、巻線Ａの第１ターンＡ１が、第１層Ｌ１内において凹部３１に従って巻回され、次に第２ターンＡ２が、第２層Ｌ２内において第１ターンＡ１に従ってその斜め上方に巻回される。次に第３ターンＡ３が、第１層Ｌ１内において凹部３２に従って巻回され、次に第４ターンＡ４が、第２層Ｌ２内において第１ターンＡ１及び第３ターンＡ３に従ってその斜め上方に巻回される。次に第５ターンＡ５が、第３層Ｌ３内において第２ターンＡ２及び第４ターンＡ４に従ってその斜め上方に巻回される。次に第６ターンＡ６が、第４層Ｌ４内において第５ターンＡ５に従ってその斜め上方に巻回される。第７ターンＡ７以降においても同様に、凹部３３〜３６又はすでに巻回されている巻線Ａに従って、巻線Ａが順に巻回される。
【００５５】
図１２は、巻線１３の端部に施されている端部処理の第１の例を示す図である。巻線１３の端部においては、半導電層２２及び絶縁層２１を剥離することによって導体２０が露出されるが、その際、半導電層２２のみを剥離することによって絶縁層２１が露出した領域を、導体２０と半導電層２２との間に所定の距離だけ残す。これにより、当該領域を間に挟むことによって、導体２０と半導電層２２とが互いに電気的に分離される。
【００５６】
図１３は、巻線１３の端部に施されている端部処理の第２の例を示す図である。巻線１３の端部においては、半導電層２２及び絶縁層２１を剥離することによって導体２０が露出されるが、その際、半導電層２２の先端及び導体２０の一部を含む所定の領域を、絶縁性樹脂等の封止材５０によって封止する。これにより、封止材５０を間に挟むことによって、導体２０と半導電層２２とが電気的に分離される。
【００５７】
図１４は、モータ１の使用例を示す図である。複数のコイルＵ１〜Ｕ４から成る直列接続体、複数のコイルＶ１〜Ｖ４から成る直列接続体、及び複数のコイルＷ１〜Ｗ４から成る直列接続体が、インバータ６０のＵ相、Ｖ相、及びＷ相にそれぞれ接続されている。コイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１は、それぞれの直列接続体のうち、入力側であるインバータ６０に最も近いコイルである。上述したコイル４の構造を、少なくともコイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１に対して適用する。但し、各直列接続体の全てのコイルに対して適用してもよい。
【００５８】
また、Ｕ相のコイルＵ１〜Ｕ４とＶ相のコイルＶ１〜Ｖ４との間、Ｖ相のコイルＶ１〜Ｖ４とＷ相のコイルＷ１〜Ｗ４との間、及びＷ相のコイルＷ１〜Ｗ４とＵ相のコイルＵ１〜Ｕ４との間は、相間絶縁紙とエナメル等の絶縁材とを含む所定の絶縁部材（図示しない）によって、互いに電気的に絶縁されている。当該絶縁部材の厚みは、想定される相間電圧に応じて設定される。これにより、相内よりも高電圧となる相間を、当該絶縁部材によって適切に絶縁することができる。また、図２に示したように巻線１３と接地電位（コア１０）との間は、インシュレータ１２によって互いに電気的に絶縁されている。インシュレータ１２の厚みは、想定される対地電圧に応じて設定される。これにより、相内よりも高電圧となる対地間を、インシュレータ１２によって適切に絶縁することができる。
【００５９】
本実施の形態に係るコイル４によれば、積層構造の第１層Ｌ１においては、第１層Ｌ１内の巻線１３同士の間に所定の隙間が形成されるように、巻線１３が巻回されており、積層構造の第２層Ｌ２においては、第２層Ｌ２内の巻線１３同士の間に所定の隙間が形成されるように、かつ、第１層Ｌ１内の巻線１３に接触するように、巻線１３が巻回されている。このように、第１層Ｌ１内の巻線１３同士の間、及び第２層Ｌ２内の巻線１３同士の間には、それぞれ所定の隙間が形成されているものの、第２層Ｌ２内の巻線１３は第１層Ｌ１内の巻線１３に接触しているため、互いに接触する巻線１３の半導電層２２同士を等電位に設定することができる。その結果、巻線１３間の部分放電を効果的に抑制することが可能となるため、電気自動車用モータやハイブリッド自動車用モータ等の高電圧機器用途に適したコイルを得ることができる。しかも、巻線１３の断面形状が六角形であることにより、断面形状が円形の巻線を使用する場合と比較すると、第１層Ｌ１内の巻線１３と第２層Ｌ２内の巻線１３との接触面積を広げることが可能となる。
【００６０】
また、図５に示したように、本実施の形態に係るコイル４によれば、六角形の角部の丸みの半径は、当該六角形に内接する円の半径よりも小さく設定されている。従って、断面形状が円形の巻線を使用する場合と比較すると、占積率を向上することが可能となる。
【００６１】
また、図７に示したように、本実施の形態に係るコイル４によれば、積層構造の第１層Ｌ１においては、第１層Ｌ１内の隣接ターンの第１巻線Ａ同士の間に所定の隙間が形成されるように、第１巻線Ａが巻回されており、積層構造の第２層Ｌ２においては、第２層Ｌ２内の隣接ターンの第２巻線Ｂ同士の間に所定の隙間が形成されるように、かつ、第１層Ｌ１内の隣接ターンの第１巻線Ａに接触するように、第２巻線Ｂが巻回されている。このように、第１層Ｌ１内の第１巻線Ａ同士の間、及び第２層Ｌ２内の第２巻線Ｂ同士の間には、それぞれ所定の隙間が形成されているものの、第２巻線Ｂは隣接ターンの第１巻線Ａに接触しているため、第２巻線Ｂの半導電層２２と、隣接ターンの第１巻線Ａの半導電層２２とを等電位に設定することができる。その結果、巻線１３間の部分放電を効果的に抑制することが可能となる。しかも、巻線１３の断面形状が六角形であることにより、断面形状が円形の巻線を使用する場合と比較すると、第１層Ｌ１内の第１巻線Ａと第２層Ｌ２内の第２巻線Ｂとの接触面積を広げることが可能となる。
【００６２】
また、図７に示したように、本実施の形態に係るコイル４によれば、第２層Ｌ２内の第２巻線Ｂは、第１層Ｌ１内の同一ターンの第１巻線Ａに接触する。従って、第２巻線Ｂの半導電層２２と、同一ターンの第１巻線Ａの半導電層２２とを等電位に設定することができる。その結果、巻線１３間の部分放電をさらに効果的に抑制することが可能となる。
【００６３】
また、図８に示したように、本実施の形態に係るコイル４によれば、積層構造の第１層Ｌ１においては第１巻線Ａが巻回され、積層構造の第２層Ｌ２においては第２巻線Ｂが巻回されている状況において、積層構造の第３層Ｌ３においては第２巻線Ｂが巻回され、積層構造の第４層Ｌ４においては第１巻線Ａが巻回されている。従って、第３層Ｌ２に第１巻線Ａが巻回され、第４層Ｌ４に第２巻線Ｂが巻回される場合と比較すると、第１巻線Ａの線長と第２巻線Ｂの線長との差を小さくできる。その結果、線長の差に起因する循環電流損を低減することが可能となる。
【００６４】
また、図９に示したように、本実施の形態に係るコイル４によれば、積層構造の最外層又は最外層に近い層においては、第１巻線Ａ及び第２巻線Ｂが混在して巻回されている。従って、コア１０又はインシュレータ１２の形状の制約によって、第１巻線Ａのみを含む層と第２巻線Ｂのみを含む層とのペアを設けることができない場合であっても、積層構造の同一層内に第１巻線Ａ及び第２巻線Ｂを混在して巻回することにより、占積率を向上することが可能となる。
【００６５】
また、図９に示したように、本実施の形態に係るコイル４によれば、積層構造の最外層又は最外層に近い層においては、隣接する巻線１３同士の間に形成される隙間に導電性の充填材４０が充填されている。これにより、積層構造の同一層内に第１巻線Ａ及び第２巻線Ｂが混在して巻回されている場合であっても、隣接する巻線１３の半導電層２２同士を、充填材４０を介して等電位に設定することができる。その結果、巻線１３間の部分放電をさらに効果的に抑制することが可能となる。しかも、隣接する巻線１３同士の隙間への充填材４０の充填は、積層構造の最外層又は最外層に近い層に対して行われるため、例えば導電性ワニスをコイル４の表面から含浸させる場合であっても、含浸不良の発生を抑制することが可能となる。
【００６６】
また、図１２，１３に示したように、本実施の形態に係るコイル４によれば、巻線１３は、その端部において、導体２０と半導電層２２とを互いに電気的に絶縁するための絶縁処理が施されている。従って、巻線１３の端部において導体２０と半導電層２２との間で部分放電が発生することを、予め回避することが可能となる。
【００６７】
また、図１４に示したように、本実施の形態に係るコイル４は、同一相内で直列接続された複数のコイルＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４，Ｗ１〜Ｗ４のうち、少なくとも入力側に最も近いコイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１に対して適用される。入力側に最も近いコイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１は入力電圧の影響を受けやすいため、高電圧が入力された場合に、当該コイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１の両端電圧も高くなって巻線１３間の部分放電が生じやすい。従って、同一相内で直列接続された複数のコイルＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４，Ｗ１〜Ｗ４のうち、少なくとも入力側に最も近いコイルＵ１，Ｖ１，Ｗ１に対して、コイル４を適用して部分放電が生じにくい構造を採用することにより、巻線１３間の部分放電を予め抑制することが可能となる。
【００６８】
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、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全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６９】
１ モータ
２ ロータ
３ ステータ
４ コイル
１０ コア
１１ ティース部
１２ インシュレータ
１３ 巻線
２０ 導体
２１ 絶縁層
２２ 半導電層
３１〜３６ 凹部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ティース部を有するコアと、
前記コアを被覆する絶縁材と、
前記絶縁材を介して前記ティース部の外周上に整列して巻回され、導体、前記導体を被覆する絶縁層、及び前記絶縁層を被覆する半導電層を有する巻線と、
を備え、
前記巻線が前記ティース部の外周上に複数層に巻回されることによって巻線の積層構造が形成され、
前記巻線の断面形状は六角形であり、
前記積層構造の第１層においては、当該第１層内の前記巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、前記巻線が巻回されており、
前記第１層の外側で前記第１層に隣接する前記積層構造の第２層においては、当該第２層内の前記巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、かつ、前記第１層内の前記巻線に面接触するように、前記巻線が巻回されている、コイル。
【請求項２】
前記巻線の断面形状は、角部が丸みを帯びた六角形であり、
前記角部の丸みの半径は、前記六角形に内接する円の半径よりも小さい、請求項１に記載のコイル。
【請求項３】
前記巻線は、等電位で対を成す第１巻線及び第２巻線を含み、
前記第１層においては、当該第１層内の隣接ターンの前記第１巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、前記第１巻線が巻回されており、
前記第２層においては、当該第２層内の隣接ターンの前記第２巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、かつ、前記第１層内の隣接ターンの前記第１巻線に面接触するように、前記第２巻線が巻回されている、請求項１又は２に記載のコイル。
【請求項４】
前記第２層内の前記第２巻線は、前記第１層内の同一ターンの前記第１巻線にさらに接触する、請求項３に記載のコイル。
【請求項５】
前記第２層の外側で前記第２層に隣接する前記積層構造の第３層においては、当該第３層内の隣接ターンの前記第２巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、前記第２巻線が巻回されており、
前記第３層の外側で前記第３層に隣接する前記積層構造の第４層においては、当該第４層内の隣接ターンの前記第１巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、かつ、前記第３層内の隣接ターンの前記第２巻線に接触するように、前記第１巻線が巻回されている、請求項３又は４に記載のコイル。
【請求項６】
前記積層構造の最外層又は最外層に近い層においては、前記第１巻線及び前記第２巻線が混在して巻回されている、請求項３〜５のいずれか一つに記載のコイル。
【請求項７】
前記積層構造の最外層又は最外層に近い層においては、隣接する巻線同士の間に形成される隙間に導電性の充填材が充填されている、請求項６に記載のコイル。
【請求項８】
前記巻線は、その端部において、前記導体と前記半導電層とを互いに電気的に絶縁するための絶縁処理が施されている、請求項１〜７のいずれか一つに記載のコイル。
【請求項９】
前記コイルは、同一相内で直列接続された複数のコイルのうち、少なくとも入力側に最も近いコイルである、請求項１〜８のいずれか一つに記載のコイル。
【請求項１０】
相が異なる複数のコイル同士の間を電気的に絶縁するための絶縁部材をさらに備える、請求項９に記載のコイル。
【請求項１１】
請求項１に記載のコイルを有するステータと、
ロータと、
備えるモータ。
【請求項１２】
コアのティース部の外周上に絶縁材を介して巻回されるコイル用巻線であって、
導体と、
前記導体を被覆する絶縁層と、
前記絶縁層を被覆する半導電層と、
を備え、
角部が丸みを帯びた六角形の断面形状を有し、
前記角部の丸みの半径は、前記六角形に内接する円の半径よりも小さい、コイル用巻線。
【請求項１３】
導体、前記導体を被覆する絶縁層、及び前記絶縁層を被覆する半導電層を有し、六角形の断面形状を有する巻線を、コアを被覆する絶縁材を介して前記コアのティース部の外周上に整列して巻回する、巻線の巻回方法であって、
前記巻線が前記ティース部の外周上に複数層に巻回されることによって巻線の積層構造が形成され、
（Ａ）前記積層構造の第１層において、当該第１層内の前記巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、前記巻線を巻回する工程と、
（Ｂ）前記第１層の外側で前記第１層に隣接する前記積層構造の第２層において、当該第２層内の前記巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、かつ、前記第１層内の前記巻線に面接触するように、前記巻線を巻回する工程と、
を備える、巻線の巻回方法。
【請求項１】
ティース部を有するコアと、
前記コアを被覆する絶縁材と、
前記絶縁材を介して前記ティース部の外周上に整列して巻回され、導体、前記導体を被覆する絶縁層、及び前記絶縁層を被覆する半導電層を有する巻線と、
を備え、
前記巻線が前記ティース部の外周上に複数層に巻回されることによって巻線の積層構造が形成され、
前記巻線の断面形状は六角形であり、
前記積層構造の第１層においては、当該第１層内の前記巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、前記巻線が巻回されており、
前記第１層の外側で前記第１層に隣接する前記積層構造の第２層においては、当該第２層内の前記巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、かつ、前記第１層内の前記巻線に面接触するように、前記巻線が巻回されている、コイル。
【請求項２】
前記巻線の断面形状は、角部が丸みを帯びた六角形であり、
前記角部の丸みの半径は、前記六角形に内接する円の半径よりも小さい、請求項１に記載のコイル。
【請求項３】
前記巻線は、等電位で対を成す第１巻線及び第２巻線を含み、
前記第１層においては、当該第１層内の隣接ターンの前記第１巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、前記第１巻線が巻回されており、
前記第２層においては、当該第２層内の隣接ターンの前記第２巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、かつ、前記第１層内の隣接ターンの前記第１巻線に面接触するように、前記第２巻線が巻回されている、請求項１又は２に記載のコイル。
【請求項４】
前記第２層内の前記第２巻線は、前記第１層内の同一ターンの前記第１巻線にさらに接触する、請求項３に記載のコイル。
【請求項５】
前記第２層の外側で前記第２層に隣接する前記積層構造の第３層においては、当該第３層内の隣接ターンの前記第２巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、前記第２巻線が巻回されており、
前記第３層の外側で前記第３層に隣接する前記積層構造の第４層においては、当該第４層内の隣接ターンの前記第１巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、かつ、前記第３層内の隣接ターンの前記第２巻線に接触するように、前記第１巻線が巻回されている、請求項３又は４に記載のコイル。
【請求項６】
前記積層構造の最外層又は最外層に近い層においては、前記第１巻線及び前記第２巻線が混在して巻回されている、請求項３〜５のいずれか一つに記載のコイル。
【請求項７】
前記積層構造の最外層又は最外層に近い層においては、隣接する巻線同士の間に形成される隙間に導電性の充填材が充填されている、請求項６に記載のコイル。
【請求項８】
前記巻線は、その端部において、前記導体と前記半導電層とを互いに電気的に絶縁するための絶縁処理が施されている、請求項１〜７のいずれか一つに記載のコイル。
【請求項９】
前記コイルは、同一相内で直列接続された複数のコイルのうち、少なくとも入力側に最も近いコイルである、請求項１〜８のいずれか一つに記載のコイル。
【請求項１０】
相が異なる複数のコイル同士の間を電気的に絶縁するための絶縁部材をさらに備える、請求項９に記載のコイル。
【請求項１１】
請求項１に記載のコイルを有するステータと、
ロータと、
備えるモータ。
【請求項１２】
コアのティース部の外周上に絶縁材を介して巻回されるコイル用巻線であって、
導体と、
前記導体を被覆する絶縁層と、
前記絶縁層を被覆する半導電層と、
を備え、
角部が丸みを帯びた六角形の断面形状を有し、
前記角部の丸みの半径は、前記六角形に内接する円の半径よりも小さい、コイル用巻線。
【請求項１３】
導体、前記導体を被覆する絶縁層、及び前記絶縁層を被覆する半導電層を有し、六角形の断面形状を有する巻線を、コアを被覆する絶縁材を介して前記コアのティース部の外周上に整列して巻回する、巻線の巻回方法であって、
前記巻線が前記ティース部の外周上に複数層に巻回されることによって巻線の積層構造が形成され、
（Ａ）前記積層構造の第１層において、当該第１層内の前記巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、前記巻線を巻回する工程と、
（Ｂ）前記第１層の外側で前記第１層に隣接する前記積層構造の第２層において、当該第２層内の前記巻線同士の間に所定の隙間が形成されるように、かつ、前記第１層内の前記巻線に面接触するように、前記巻線を巻回する工程と、
を備える、巻線の巻回方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１１−２３９５３６（Ｐ２０１１−２３９５３６Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０７６０７（Ｐ２０１０−１０７６０７）
【出願日】平成２２年５月７日（２０１０．５．７）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月７日（２０１０．５．７）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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