セグメント式固定子
【課題】相間絶縁紙を減らしコイルエンド部分の小型化が可能なセグメント式固定子を提供する。
【解決手段】セグメント式の固定子１０において、第１セグメントＳｇに備えられ、スロット１３から反リード側に突出する反リード部Ｓｇｃに形成される内周側にレーンチェンジされる第１レーンチェンジ部Ｓｇｅと、第１セグメントＳｇと同じスロット１３に挿入される第２セグメントＳｇに備えられ反リード側に突出して外周側にレーンチェンジされる第２レーンチェンジ部Ｓｇｅ２とを有し、周方向に沿って一方向に曲げられる最外周に位置する第１リード部Ｓｇａ１と、周方向に沿って他方向に曲げられる最内周に位置する第１０リード部Ｓｇａ１０と、最外周と最内周以外のリード部Ｓｇａであり、２本ずつペアで曲げられ、隣り合うペア同士は周方向に沿って逆方向に曲げられている第２リード部Ｓｇａ２乃至第９リード部Ｓｇａ９と、を有する。
【解決手段】セグメント式の固定子１０において、第１セグメントＳｇに備えられ、スロット１３から反リード側に突出する反リード部Ｓｇｃに形成される内周側にレーンチェンジされる第１レーンチェンジ部Ｓｇｅと、第１セグメントＳｇと同じスロット１３に挿入される第２セグメントＳｇに備えられ反リード側に突出して外周側にレーンチェンジされる第２レーンチェンジ部Ｓｇｅ２とを有し、周方向に沿って一方向に曲げられる最外周に位置する第１リード部Ｓｇａ１と、周方向に沿って他方向に曲げられる最内周に位置する第１０リード部Ｓｇａ１０と、最外周と最内周以外のリード部Ｓｇａであり、２本ずつペアで曲げられ、隣り合うペア同士は周方向に沿って逆方向に曲げられている第２リード部Ｓｇａ２乃至第９リード部Ｓｇａ９と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セグメントコイルを用いたセグメント式固定子に関するものであり、詳しくはセグメントコイルの形状を工夫することでセグメント式固定子のコイルエンドに用いる相間絶縁紙の数を減らすことが可能な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題に鑑みて自動車に駆動用のモータを搭載するケースが多くなってきている。車載される駆動用のモータは、車両を動かす為に大出力でかつ車載されるために省スペースであることが望ましい。特にハイブリッド車はエンジンとモータをエンジンルームの中に納める必要があるため、小型化の要請が高い。モータの出力を向上させるためにはモータに用いるコイルの断面積を増やし、固定子の占積率を高める方法が模索されている。一方、モータの小型化に関しては様々なアプローチで小型化が検討されている。
【０００３】
特許文献１には、セグメント式ステータ構造に関する技術が開示されている。固定子コアに、径方向の移動を規正する保持部を有したインシュレータを備えた上で、絶縁被覆されていないセグメントを挿入し、コイルエンド部分に円環状の相間絶縁紙を挿入して形成している。絶縁をインシュレータと相間絶縁紙によって確保し、被覆されていないセグメントを用いることで、リード側コイルエンドにおける溶接性を向上させることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１６６５９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術を適用してセグメント式固定子を形成するにあたっては、以下に説明する課題があると考えられる。
【０００６】
特許文献１に記載の技術を用いた場合、固定子の絶縁性を相間絶縁紙及びインシュレータによって確保する必要があるため、それぞれに確実な絶縁性を確保するために相間絶縁紙及びインシュレータのコストが高くなってしまうと考えられる。また、スロットに挿入するセグメントの数が増えると、固定子の径方向に隣り合うセグメントの間に必ず相間絶縁紙を挟むという構成の場合、コイルエンドにおいて大きく幅を採る必要が出てくる他、固定子の軸方向へのセグメントの延長も検討する必要があり、固定子の小型化という目的に反する結果となってしまう。
【０００７】
そこで、本発明はこのような課題を解決するために、相間絶縁紙を減らしコイルエンド部分の小型化が可能なセグメント式固定子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明の一態様によるセグメント式固定子は以下のような特徴を有する。
【０００９】
（１）固定子コアの有するスロットに挿入したＵ字セグメントのリード側が捻られてコイルを形成するセグメント式固定子において、前記固定子コアの反リード側に設けられる前記Ｕ字セグメントのレーンチェンジ部は、前記Ｕ字セグメントのうち、第１セグメントに備えられ、前記スロットから前記固定子コアの反リード側に突出する反リード側突出部分に形成される、前記固定子コアの内周側にレーンチェンジする第１レーンチェンジ部と、前記第１セグメントと同じ前記スロットに挿入される第２セグメントに備えられ、前記固定子コアの反リード側に突出して前記固定子コアの外周側にレーンチェンジされる第２レーンチェンジ部と、を有し、前記第１セグメント又は前記第２セグメントの、前記固定子コアのリード側に突出するリード側端部は、前記固定子コアの周方向に沿って一方向に曲げられる、前記固定子コアの最外周に位置する最外周リード側端部と、前記固定子コアの周方向に沿って他方向に曲げられる、前記固定子コアの最内周に位置する最内周リード側端部と、前記最外周と前記最内周以外の前記リード側端部であり、２本ずつペアで曲げられ、隣り合う前記ペア同士は、前記固定子コアの周方向に沿って逆方向に曲げられている内側リード側端部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
このような特徴を有する本発明の一態様によるセグメント式固定子により、以下のような作用、効果が得られる。
【００１１】
上記（１）に記載の態様により、固定子コアに挿入するＵ字セグメントのレーンチェンジ部が第１レーンチェンジ部と第２レーンチェンジ部の２種類タイプが用意され、リード側に突出するリード側端部の捻り方向を最外周と最内周以外を２本ずつペアで曲げることで、リード側及び反リード側に用いる相間絶縁紙を減らすことが可能である。これは、隣り合うＵ字セグメント同士で相を揃えることが可能になる為であり、基本的にペアとなるＵ字セグメント同士の間に相間絶縁紙を必要としない。このように、固定子のコイルエンドに用いる相間絶縁紙を削減することで、固定子のコストダウンに繋げることが可能となる。また課題でも示したが、相間絶縁紙の挿入枚数を減らすことができることで、固定子のコイルエンドの軸方向の高さと幅を抑えることが出来る。このため、固定子の小型化に貢献可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態の、固定子の斜視図である。
【図２】本実施形態の、固定子の反リード側の平面図である。
【図３】本実施形態の、セグメントの平面図である。
【図４】本実施形態の、半相分のセグメントコイルの斜視図である。
【図５】本実施形態の、１相分のセグメントコイルが固定子コアに挿入された様子を平面図である。
【図６】本実施形態の、セグメントコイルの反リード側のコイルエンドの拡大図である。
【図７】（ａ）本実施形態の、固定子コアの概略斜視図である。（ｂ）本実施形態の、固定子コアにインシュレータを挿入した様子の概略斜視図である。（ｃ）本実施形態の、セグメントの概略斜視図である。（ｄ）本実施形態の、固定子コアにセグメントを挿入した様子の概略断面図である。（ｅ）本実施形態の、固定子コアにセグメントを挿入し、セグメントの端部を溶接した様子の概略断面図である。
【図８】本実施形態の、固定子の反リード側に配置される相間絶縁紙の位置について説明する模式図である。
【図９】本実施形態の、固定子のリード側の部分拡大平面図である。
【図１０】本実施形態の、固定子の反リード側の部分拡大図である。
【図１１】本実施形態の、固定子のリード側に配置される相間絶縁紙の位置について説明する模式図である。
【図１２】本実施形態の、固定子の結線を表す模式図である。
【図１３】比較のために用意した、固定子の反リード側の拡大図である。
【図１４】比較のために用意した、固定子のリード側の拡大図である。
【図１５】比較のために用意した、固定子の反リード側の模式図である。
【図１６】比較のために用意した、固定子のリード側の模式図である。
【図１７】本実施形態の、固定子のリード側のコイルエンドの拡大斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
まず、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
【００１４】
図１に、本実施形態の固定子１０の斜視図を示す。図２に、固定子１０の反リード側の平面図を示す。固定子１０は、固定子コア１１とコイル２０を備えている。固定子コア１１はプレス等の加工方法によって打ち抜き形成された電磁鋼板を積層して形成されている。固定子コア１１には内周側にティース１２が突出するように備えられており、隣り合うティース１２の間にはスロット１３が備えられている。したがってティース１２及びスロット１３は固定子コア１１に対して放射線状に配置されることになる。
【００１５】
本実施形態では固定子コア１１の有するティース１２は４８本で、スロット１３は４８スロットとなっている。スロット１３には、後述する図７に示される様な略コの字状に折り曲げられて形成されたインシュレータ２５で隔てられ、セグメントＳｇが複数本ずつ挿入されている。インシュレータ２５は絶縁性を有する樹脂製もしくは紙製で、固定子コア１１とセグメントＳｇとの間の絶縁を確保している。また固定子コア１１には外周側に凸となるリブ１４が３カ所用意されており、このリブ１４にボルト孔１４ａが用意されている。ボルト孔１４ａには図示しないボルトが通されて、図示しないカバーの取り付けや固定子コア１１をトランスアクスルケースなどへの取り付け等に用いられる。
【００１６】
コイル２０は、セグメントＳｇを固定子コア１１のスロット１３に挿入した後、固定子コア１１のコイルエンド側に突出した端部を接合することで円環状に形成されたものである。図３に、セグメントＳｇの平面図を示す。セグメントＳｇは、平角導体Ｄを略Ｕ字状にエッジワイズ曲げ加工して形成したものである。なお、実際にはセグメントＳｇは複数種類用意され、又、固定子コア１１に挿入した後に捻られるので、図３ではあくまで説明のために簡略化して示している。セグメントＳｇは、開口側にリード部Ｓｇａを備える。リード部Ｓｇａは便宜上、第１リード部ＳｇａＡと第２リード部ＳｇａＢと呼び分けており、それぞれの先端は後述する接合部Ｓｇｆを形成する為に部分的に絶縁性の被覆が剥離されている。
【００１７】
リード部Ｓｇａと接続してスロット１３内に配置されるスロット内導線部Ｓｇｂを備える。スロット内導線部Ｓｇｂは便宜上、第１スロット内導線部ＳｇｂＡと第２スロット内導線部ＳｇｂＢと呼び分けている。又、反リード部Ｓｇｃとして、斜辺部Ｓｇｄとレーンチェンジ部Ｓｇｅとを備えている。斜辺部Ｓｇｄも、便宜上、第１斜辺部ＳｇｄＡと第２斜辺部ＳｇｄＢと呼び分けている。固定子１０はＵ相、Ｖ相、Ｗ相を有する３相のモータを形成する固定子１０である。平角導体Ｄは矩形断面の導電率の高い銅等の金属製の線材が用いられており、その周囲に絶縁被覆が施されている。なお、セグメントＳｇは複数種類用意されており、細かい部分の形状が異なる。ただし、基本的には図３に示す形状と類似している。
【００１８】
図４に、半相分のセグメントコイルＳＣｈの斜視図を示す。なお、図４のセグメントコイルＳＣｈは説明の都合で一部省略している。図５に、１相分のセグメントコイルＳＣが固定子コアに挿入された様子を平面図に示す。図４に示した半相分のセグメントコイルＳＣｈを６つ重ねることで、コイル２０が形成される。セグメントコイルＳＣは、図３に示すセグメントＳｇのリード部Ｓｇａを捻ることで一続きのコイルとして形成される。図５では、Ｕ相第１コイルＳＣｈＵ１とＵ相第２コイルＳＣｈＵ２とが隣り合うスロット１３に挿入されている。Ｕ相第１コイルＳＣｈＵ１とＵ相第２コイルＳＣｈＵ２とがコイルエンドにおいて図示しないバスバで結合され、１相分のＵ相コイルＳＣＵが形成される。
【００１９】
図６に、セグメントコイルＳＣｈの反リード側のコイルエンドの拡大図を示す。便宜的にスロット１３に挿入されているスロット内導線部Ｓｇｂを固定子コア１１の外周側から、第１スロット内導線部Ｓｇｂ１、第２スロット内導線部Ｓｇｂ２、第３スロット内導線部Ｓｇｂ３……、第１０スロット内導線部Ｓｇｂ１０としている。よって第１０スロット内導線部Ｓｇｂ１０が固定子コア１１のスロット１３の最内周に配置される。そして、第１スロット内導線部Ｓｇｂ１から伸びた反リード部Ｓｇｃのレーンチェンジ部Ｓｇｅを第１レーンチェンジ部Ｓｇｅ１とし、その他のレーンチェンジ部Ｓｇｅについてもスロット内導線部Ｓｇｂに対応させて番号が振られている。
【００２０】
セグメントコイルＳＣｈの反リード側は、図４乃至図６に示される様にレーンチェンジ部Ｓｇｅが千鳥に配置される。具体的には、第１スロット内導線部Ｓｇｂ１と斜辺部Ｓｇｄを介して接続される第１レーンチェンジ部Ｓｇｅ１が図６の左側から固定子コア１１の内周側にレーンチェンジされているのに対し、第１レーンチェンジ部Ｓｇｅ１に隣接して配置される第２レーンチェンジ部Ｓｇｅ２は図６左側から固定子コア１１の外周側にレーンチェンジされている。結果として、第１レーンチェンジ部Ｓｇｅ１と第２レーンチェンジ部Ｓｇｅ２とは固定子コア１１の径方向に向かい合うような形状となる。
【００２１】
同様にして、第２レーンチェンジ部Ｓｇｅ２の内周側に配置される第５レーンチェンジ部Ｓｇｅ５は図６の右方向から固定子コア１１の内周側にレーンチェンジされている。また、第６レーンチェンジ部Ｓｇｅ６は固定子コア１１の外周側に、第９レーンチェンジ部Ｓｇｅ９は固定子コア１１の内周側に、第１０レーンチェンジ部Ｓｇｅ１０は固定子コア１１の外周側にレーンチェンジする。
【００２２】
一方の、第３スロット内導線部Ｓｇｂ３と斜辺部Ｓｇｄを介して接続される第３レーンチェンジ部Ｓｇｅ３が図６の左側から外周側にレーンチェンジされているのに対し、第３レーンチェンジ部Ｓｇｅ３に隣接して配置される第４レーンチェンジ部Ｓｇｅ４は図６左側から固定子コア１１の内周側にレーンチェンジされている。同様に、第７レーンチェンジ部Ｓｇｅ７は固定子コア１１の外周側に、第８レーンチェンジ部Ｓｇｅ８は固定子コア１１の内周側にレーンチェンジする。すなわち、固定子コア１１の径方向に隣り合うレーンチェンジ部は、径方向に異なる方向にレーンチェンジするように千鳥に配置される。
【００２３】
また、図６中央側のレーンチェンジ部Ｓｇｅが６つ配置される六線部ＵＡでは、斜辺部Ｓｇｄも、Ｓｇｄ１、Ｓｇｄ２、Ｓｇｄ５、Ｓｇｄ６、Ｓｇｄ９、Ｓｇｄ１０の６本あり、図６右側のレーンチェンジ部Ｓｇｅが４つ配置される四線部分ＵＢでは、斜辺部ＳｇｄもＳｇｄ３，Ｓｇｄ４，Ｓｇｄ７、Ｓｇｄ８の４本ある。セグメントコイルＳＣｈはこの六線部ＵＡと四線部分ＵＢとが交互に形成されてなる。
【００２４】
このようにセグメントＳｇが配置されるコイル２０は、実際には固定子コア１１にセグメントＳｇが挿入されることで形成される。次に、セグメントＳｇを固定子コア１１に挿入される手順について説明する。図７に、固定子コア１１にセグメントＳｇを挿入する工程を単純化した模式図を示す。図７（ａ）は、固定子コア１１の概略斜視図であり、図７（ｂ）は、固定子コア１１にインシュレータ２５を挿入した様子の概略斜視図であり、図７（ｃ）は、セグメントＳｇの概略斜視図であり、図７（ｄ）は、固定子コア１１にセグメントＳｇを挿入した様子の概略断面図であり、図７（ｅ）は、固定子コア１１にセグメントＳｇを挿入し、セグメントＳｇの端部を溶接した様子の概略断面図である。なお、図７に示す固定子コア１１は説明のために簡略化してあり、スロット１３の数等詳細部分が異なる。また、セグメントＳｇの形状も省略している。また、セグメントＳｇを挿入するスロット１３の位置関係も実際とは異なる。
【００２５】
セグメントＳｇは、固定子コア１１に対して、図７（ａ）〜（ｄ）に示すような手順で挿入される。すなわち、固定子コア１１の反リード側となる方向から、セグメントＳｇの有する第１リード部Ｓｇａ１及び第２リード部Ｓｇａ２をスロット１３に対して挿入し、図７（ｄ）に示すような状態とする。この際には、図７（ｂ）に示されるようにインシュレータ２５がスロット１３に挿入されているものとする。固定子コア１１にセグメントＳｇが挿入された後、セグメントＳｇのリード部Ｓｇａに捻りを加える。リード部Ｓｇａに捻りを加えることで図４に示されるセグメントコイルＳＣｈが６つ組み合わさったコイル２０が、固定子コア１１に挿入された状態で形成される。この結果、固定子１０の反リード側が、図２に示される様な状態になる。なお、この際に相間絶縁紙２６は所定の位置に配置されているものとする。図７（ｅ）で第１リード部ＳｇａＡと第２リード部ＳｇａＢとが溶接されて接合部Ｓｇｆを形成する。なお、この接合ルールに関しては後述する。
【００２６】
図８に、固定子１０の反リード側に配置される相間絶縁紙２６の位置について説明する模式図を示す。なお、図８は説明のため１相分だけを抽出し模式的な結線を示している。図１０に、固定子１０の反リード側の部分拡大図を示す。相間絶縁紙２６は、外周側から反リード側第１相間絶縁紙２６Ａ１、反リード側第２相間絶縁紙２６Ａ２、反リード側第３相間絶縁紙２６Ａ３、反リード側第４相間絶縁紙２６Ａ４、反リード側第５相間絶縁紙２６Ａ５、反リード側第６相間絶縁紙２６Ａ６が用いられる。
【００２７】
そして、前述のように１つのスロット１３に納められるスロット内導線部Ｓｇｂを外周側から第１スロット内導線部Ｓｇｂ１乃至第１０スロット内導線部Ｓｇｂ１０と定義すると、反リード側第１相間絶縁紙２６Ａ１は、第１レーンチェンジ部Ｓｇｅ１の下に配置される。反リード側第２相間絶縁紙２６Ａ２は、第２スロット内導線部Ｓｇｂ２と第３スロット内導線部Ｓｇｂ３との間に配置される。反リード側第３相間絶縁紙２６Ａ３は、第４スロット内導線部Ｓｇｂ４と第５スロット内導線部Ｓｇｂ５との間に配置される。反リード側第４相間絶縁紙２６Ａ４は、第６スロット内導線部Ｓｇｂ６と第７スロット内導線部Ｓｇｂ７との間に配置される。反リード側第５相間絶縁紙２６Ａ５は、第８スロット内導線部Ｓｇｂ８と第９スロット内導線部Ｓｇｂ９との間に配置される。そして、反リード側第６相間絶縁紙２６Ａ６は、第１０レーンチェンジ部Ｓｇｅ１０の下に配置される。
【００２８】
そして、固定子１０の反リード側にはセグメントＳｇの反リード部Ｓｇｃが配置される。反リード部Ｓｇｃは図６に示すように六線部ＵＡ及び四線部分ＵＢが存在するため、図１０に示すように六線部ＵＡが重ねられる部分と四線部分ＵＢが重ねられる部分が混在することになる。そして、Ｕ１相、Ｕ２相、Ｖ１相、Ｖ２相、Ｗ１相、Ｗ２相の順にセグメントＳｇが図２に示すような円筒状に配置される。なお、図１０には便宜上異なる相を網掛けで塗り分けてある。Ｕ１相及びＵ２相は白抜きで示し、Ｖ１相及びＶ２相は薄い網掛けを、Ｗ１相及びＷ２相は濃い網掛けをして示している。
【００２９】
図９に、固定子１０のリード側に配置される相間絶縁紙の位置について説明する模式図を示す。矢印はリード部Ｓｇａの曲げ方向を示している。前述したように固定子１０のリード側ではリード部Ｓｇａが捻られるが、捻られる前に相間絶縁紙２６が配置される必要がある。図１１に、固定子１０のリード側の部分拡大平面図を示す。なお、図９は説明のために１相分だけを抽出し模式的な結線を示している。
【００３０】
相間絶縁紙２６は外周側からリード側第１相間絶縁紙２６Ｂ１、リード側第２相間絶縁紙２６Ｂ２、リード側第３相間絶縁紙２６Ｂ３、リード側第４相間絶縁紙２６Ｂ４、及びリード側第５相間絶縁紙２６Ｂ５の５枚の相間絶縁紙２６が配置される。なお、図１１には便宜上異なる相を網掛けで塗り分けてある。Ｕ１相及びＵ２相は白抜きで示し、Ｖ１相及びＶ２相は薄い網掛けを、Ｗ１相及びＷ２相は濃い網掛けをして示している。また、リード部Ｓｇａに関しても、説明のために固定子１０の外周方向から第１リード部Ｓｇａ１、第２リード部Ｓｇａ２、……第１０リード部Ｓｇａ１０としている。
【００３１】
相間絶縁紙２６の配置される位置は、図９に示す通り、第１スロット内導線部Ｓｇｂ１と第２スロット内導線部Ｓｇｂ２との間にリード側第１相間絶縁紙２６Ｂ１が配置され、第３スロット内導線部Ｓｇｂ３と第４スロット内導線部Ｓｇｂ４との間にリード側第２相間絶縁紙２６Ｂ２が配置され、第５スロット内導線部Ｓｇｂ５と第６スロット内導線部Ｓｇｂ６との間にリード側第３相間絶縁紙２６Ｂ３が配置され、第７スロット内導線部Ｓｇｂ７と第８スロット内導線部Ｓｇｂ８との間にリード側第４相間絶縁紙２６Ｂ４が配置され、第９スロット内導線部Ｓｇｂ９と第１０スロット内導線部Ｓｇｂ１０との間にリード側第５相間絶縁紙２６Ｂ５が配置される。
【００３２】
その後、図９に示される様に、第１スロット内導線部Ｓｇｂ１に接続されるリード部Ｓｇａは図９の右側に、第２スロット内導線部Ｓｇｂ２及び第３スロット内導線部Ｓｇｂ３にそれぞれ接続されるリード部Ｓｇａは図９左側に、第４スロット内導線部Ｓｇｂ４及び第５スロット内導線部Ｓｇｂ５にそれぞれ接続されるリード部Ｓｇａは図９右側に、第６スロット内導線部Ｓｇｂ６及び第７スロット内導線部Ｓｇｂ７にそれぞれ接続されるリード部Ｓｇａは図９左側に、第８スロット内導線部Ｓｇｂ８及び第９スロット内導線部Ｓｇｂ９にそれぞれ接続されるリード部Ｓｇａは図９右側に、第１０スロット内導線部Ｓｇｂ１０に接続されるリード部Ｓｇａは図９左側に、治具を用いて捻られる。
【００３３】
リード部Ｓｇａを捻った後に、図示しないバスバで結合することで、図１に示すような固定子１０が形成される。図１２に、固定子１０の結線を表す模式図を示す。図１２には、１相分の結線を示しており、スロット１３に配置されるスロット内導線部Ｓｇｂの番号が、接続される順番となっている。すなわち、１番から順に８１番まで接続されて、１相分のセグメントコイルＳＣが形成されることになる。縦の欄はスロット１３の外周側から番号を振ったスロット内導線部Ｓｇｂの順番が示してある。なお、説明のため、右端のスロットと左端のスロットは２スロット分重複させて記載している。すなわち、２２スロットと２３スロットが左右の端部に描かれている。また、スロット同士を繋ぐ破線が反リード部Ｓｇｃを示し、実線がリード部Ｓｇａを示す。リード部Ｓｇａは中央で溶接されている様子を示し、反リード部Ｓｇｃはレーンチェンジ部Ｓｇｅによってレーンチェンジされている。
【００３４】
本実施形態のセグメントを用いた固定子１０は上記構成であるので、以下に説明する作用及び効果を奏する。
【００３５】
本実施形態の固定子１０によって、固定子１０に用いる相間絶縁紙２６の枚数を減らすことができる。固定子コア１１の有するスロット１３に挿入したセグメントＳｇのリード側が捻られてコイル２０を形成するセグメント式の固定子１０において、固定子コア１１の反リード側に設けられるセグメントＳｇのレーンチェンジ部は、セグメントＳｇのうち、第１のセグメントＳｇに備えられ、スロット１３から固定子コア１１の反リード側に突出する反リード部Ｓｇｃに形成される、固定子コア１１の内周側にレーンチェンジする第１レーンチェンジ部Ｓｇｅと、第１のセグメントＳｇと同じスロット１３に挿入される第２セグメントＳｇに備えられ、固定子コア１１の反リード側に突出して固定子コア１１の外周側にレーンチェンジされる第２レーンチェンジ部Ｓｇｅ２と、を有する。
【００３６】
また、第１セグメントＳｇ又は第２セグメントＳｇの、固定子コア１１のリード側に突出するリード部Ｓｇａは、固定子コア１１の周方向に沿って一方向に曲げられる、固定子コア１１の最外周に位置する第１リード部Ｓｇａ１と、固定子コア１１の周方向に沿って他方向に曲げられる、固定子コア１１の最内周に位置する第１０リード部Ｓｇａ１０と、最外周と最内周以外のリード部Ｓｇａであり、２本ずつペアで曲げられ、隣り合うペア同士は、固定子コア１１の周方向に沿って逆方向に曲げられている第２リード部Ｓｇａ２乃至第９リード部Ｓｇａ９と、を有するものである。
【００３７】
したがって、固定子コア１１に挿入するセグメントＳｇのレーンチェンジ部が第１レーンチェンジ部Ｓｇｅ１と第２レーンチェンジ部Ｓｇｅ２の２種類タイプが用意され、リード側に突出するリード側端部の捻り方向を最外周と最内周以外を２本ずつペアで曲げることで、リード側及び反リード側に用いる相間絶縁紙２６を減らす事が可能である。
【００３８】
図１３に、比較のために用意した固定子１００の反リード側の拡大図を示す。図１４に、固定子１００のリード側の拡大図を示す。図１５に、固定子１００の反リード側の模式図を示す。図８に対応するものである。図１６に、固定子１００のリード側の模式図を示す。図１１に対応するものである。図１４及び図１５に示す固定子１００は、同図に示すようにリード側に相間絶縁紙２６が９枚必要であり、反リード側には相間絶縁紙２６を１１枚必要とする。一方、本実施形態の固定子１０では、リード側に５枚、反リード側に６枚の相間絶縁紙２６を必要とするため、比較のために用意した固定子１００と比べると相間絶縁紙２６を削減することが可能となる。
【００３９】
これは、隣り合うセグメントＳｇ同士で相を揃えることが可能になる為である。まず、固定子１０のリード側についての説明を行う。図１１に示す、固定子１０の周方向に隣り合うＵ１相及びＵ２相は同相であるので、間に相関絶縁を必要としない。一方、周方向に隣り合うＵ２相とＶ２相は異相である。この為、相関絶縁を必要とする。ただし、固定子１０の径方向に相間絶縁紙２６を配置すれば良く、周方向及び軸方向には相間絶縁紙２６のような絶縁紙を配置する必要はない。
【００４０】
図１７に、本実施形態の固定子のリード側のコイルエンドの拡大斜視図を示す。図１７に示すように、リード部ＳｇａがＳｇｂに対して斜めに角度がつくように捻られる結果、固定子１０の周方向に隣り合うリード部Ｓｇａ同士の間に空間Ｓが設けられ、絶縁性が保たれるためである。ただし、固定子の径方向に隣り合うリード部Ｓｇａ同士は、スロット１３内における占積率を高めるためにＳｇｂが密着して配置される結果、距離が近くなるために、例えばＵ２相のリード部ＳｇａとＶ１相のリード部Ｓｇａとが隣り合う部分で、絶縁性が保てなくなる虞があり、相間絶縁紙２６を必要とする。
【００４１】
そして、図９に示す通り、隣り合う第１リード部Ｓｇａ１と第２リード部Ｓｇａ２、第３リード部Ｓｇａ３と第４リード部Ｓｇａ４、第５リード部Ｓｇａ５と第６リード部Ｓｇａ６、第７リード部Ｓｇａ７と第８リード部Ｓｇａ８、第９リード部Ｓｇａ９と第１０リード部Ｓｇａ１０のそれぞれの間に、相間絶縁紙２６が配置される。一方、隣り合う第２リード部Ｓｇａ２と第３リード部Ｓｇａ３、第４リード部Ｓｇａ４と第５リード部Ｓｇａ５、第６リード部Ｓｇａ６と第７リード部Ｓｇａ７、第８リード部Ｓｇａ８と第９リード部Ｓｇａ９はそれぞれ同相同士となるので相間絶縁紙２６を必要としない。このため、結果的に固定子１０のリード側には５枚の相間絶縁紙２６で足りることになる。これは、図９に示されるように、隣り合う第２リード部Ｓｇａ２と第３リード部Ｓｇａ３、第４リード部Ｓｇａ４と第５リード部Ｓｇａ５、第６リード部Ｓｇａ６と第７リード部Ｓｇａ７、第８リード部Ｓｇａ８と第９リード部Ｓｇａ９がペアとなり、それぞれ同一方向に捻られている為である。
【００４２】
一方、図１５に示すように、固定子１００の径方向に隣り合うリード部Ｓｇａ同士が逆方向に捻られるタイプの固定子１００では、隣り合うリード部Ｓｇａ同士で相が異なるため、本実施形態とは異なり、レーンチェンジ部Ｓｇｅの下に６組とセグメントＳｇの組間５カ所に５枚の、合計１１枚の相間絶縁紙２６を必要とすることになる。
【００４３】
次に固定子１０の反リード側について説明する。図８に示すように、本実施形態の固定子１０は、レーンチェンジ部Ｓｇｅが向かい合うようにセグメントＳｇが配置される。この為、同相のセグメントＳｇが同じスロット１３から隣り合う状態に配置されることになる。例えば、第３スロット内導線部Ｓｇｂ３と第４スロット内導線部Ｓｇｂ４とはスロット１１３ａに隣り合うように配置されている。従って、第３スロット内導線部Ｓｇｂ３と第４スロット内導線部Ｓｇｂ４の間には相間絶縁紙２６を配置する必要がない。
【００４４】
一方、図１０に示すように第３スロット内導線部Ｓｇｂ３及び第４スロット内導線部Ｓｇｂ４の隣には、他相の第３スロット内導線部Ｓｇｂ３及び第４スロット内導線部Ｓｇｂ４が配置されることになるので、例えば、Ｕ２相の隣にはＶ１相のセグメントＳｇが配置される。このため、径方向に隣り合う斜辺部Ｓｇｄ同士で相間の絶縁を必要とする。従って、反リード側第１相間絶縁紙２６Ａ１乃至反リード側第６相間絶縁紙２６Ａ６の６枚の相間絶縁紙２６を必要とする。
【００４５】
このように、固定子１０の最外周と最内周以外の周方向に隣り合うセグメントＳｇがペアとなるため、ペア同士の間には相間絶縁紙２６を必要とせず、従って相間絶縁紙２６の枚数を削減することが出来る。具体的には、図８に示す通り、固定子１０の反リード側には４枚の相間絶縁紙２６を必要とすることになる。一方で、図１５に示される固定子１００の場合、レーンチェンジ部Ｓｇｅが整列するように配置されているので、図１５に示す通り相間絶縁紙２６を１１枚必要とする。これは、図１３に示すように周方向に隣り合う斜辺部Ｓｇｄ同士で相が違うからであり、例えばＵ２相とＶ１相とでは、固定子１００の径方向に斜辺部Ｓｇｄが交互に配置される構成となっている。つまり、反リード側においても、固定子１００に比べて本実施形態の固定子１０は相間絶縁紙２６の枚数を減らすことが可能となっている。
【００４６】
したがって、相間絶縁紙２６の使用枚数を、リード側及び反リード側において減らす事ができ、単純に相間絶縁紙２６の使用枚数が減った分だけのコストダウンが可能になる他、課題でも示したが、相間絶縁紙２６の挿入枚数を減らすことができることで、固定子１０のコイルエンドの軸方向の高さと幅を抑えることが出来る。これは、相間絶縁紙２６の挿入枚数が増えることは、固定子１０の径方向の幅を必要とする為である。したがって、固定子１０に用いるセグメントＳｇの数が増える、すなわち固定子１０を用いたモータの出力を増やすためにコイル２０のターン数を増やす結果、固定子１０の径方向の幅をより必要とする結果となる。
【００４７】
これは固定子１０のスロット１３に対するセグメントＳｇの占積率を高める必要があるため、セグメントＳｇ同士は密着させてスロット１３内にスロット内導線部Ｓｇｂを配置する一方で、相間絶縁紙２６を所定のセグメントＳｇの間に挟む必要があり、相間絶縁紙２６の幅の分だけ、セグメントＳｇを固定子１０の内周側か外周側にオフセットさせる必要があることを意味する。しかしながら、内周側にオフセットさせるには図示しないロータとの関係上限界があるため、固定子１０の外周側にオフセットさせて行かざるを得ず、必然的に固定子１０の外径を大きくする方向にスペースを必要とするためである。
【００４８】
また、このことは固定子１０の軸方向の高さを必要とする結果に繋がる。セグメントＳｇを固定子１０の内周側或いは外周側にオフセットさせるためには、セグメントＳｇの長さをオフセットさせるために多少なりとも長くする必要があることを意味し、セグメントＳｇの厚みもゼロではないため、オフセットさせるのに必要な距離を固定子１０の軸方向に稼ぐ必要があるためである。つまり相間絶縁紙２６の枚数が増えることは、固定子１０の大型化を助長する結果となり、逆に本実施形態のように、相間絶縁紙２６の枚数を減らすことが可能となることで、固定子１０の小型化に貢献することができる。
【００４９】
以上、本実施形態に則して発明を説明したが、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更することにより実施することもできる。
【００５０】
例えば、本実施形態の固定子１０は、ティース１２の数が４８の一体型の固定子コアを用いているが、ティース１２及びスロット１３の数は設計事項であってこれに限定されるものではない。また、実施形態の中で示した材質も、適宜同等の機能を持つものに置き換えることを制限しない。また、セグメントＳｇの形状等についても、設計事項の範囲内で変更することを妨げない。
【符号の説明】
【００５１】
１０ 固定子
１１ 固定子コア
１２ ティース
１３ スロット
１４ リブ
２０ コイル
２５ インシュレータ
２６ 相間絶縁紙
１００ 固定子
１１３ａ スロット
ＳＣ セグメントコイル
Ｓｇ セグメント
Ｓｇａ リード部
Ｓｇｂ スロット内導線部
Ｓｇｃ 反リード部
Ｓｇｄ 斜辺部
Ｓｇｅ レーンチェンジ部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セグメントコイルを用いたセグメント式固定子に関するものであり、詳しくはセグメントコイルの形状を工夫することでセグメント式固定子のコイルエンドに用いる相間絶縁紙の数を減らすことが可能な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題に鑑みて自動車に駆動用のモータを搭載するケースが多くなってきている。車載される駆動用のモータは、車両を動かす為に大出力でかつ車載されるために省スペースであることが望ましい。特にハイブリッド車はエンジンとモータをエンジンルームの中に納める必要があるため、小型化の要請が高い。モータの出力を向上させるためにはモータに用いるコイルの断面積を増やし、固定子の占積率を高める方法が模索されている。一方、モータの小型化に関しては様々なアプローチで小型化が検討されている。
【０００３】
特許文献１には、セグメント式ステータ構造に関する技術が開示されている。固定子コアに、径方向の移動を規正する保持部を有したインシュレータを備えた上で、絶縁被覆されていないセグメントを挿入し、コイルエンド部分に円環状の相間絶縁紙を挿入して形成している。絶縁をインシュレータと相間絶縁紙によって確保し、被覆されていないセグメントを用いることで、リード側コイルエンドにおける溶接性を向上させることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１６６５９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術を適用してセグメント式固定子を形成するにあたっては、以下に説明する課題があると考えられる。
【０００６】
特許文献１に記載の技術を用いた場合、固定子の絶縁性を相間絶縁紙及びインシュレータによって確保する必要があるため、それぞれに確実な絶縁性を確保するために相間絶縁紙及びインシュレータのコストが高くなってしまうと考えられる。また、スロットに挿入するセグメントの数が増えると、固定子の径方向に隣り合うセグメントの間に必ず相間絶縁紙を挟むという構成の場合、コイルエンドにおいて大きく幅を採る必要が出てくる他、固定子の軸方向へのセグメントの延長も検討する必要があり、固定子の小型化という目的に反する結果となってしまう。
【０００７】
そこで、本発明はこのような課題を解決するために、相間絶縁紙を減らしコイルエンド部分の小型化が可能なセグメント式固定子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明の一態様によるセグメント式固定子は以下のような特徴を有する。
【０００９】
（１）固定子コアの有するスロットに挿入したＵ字セグメントのリード側が捻られてコイルを形成するセグメント式固定子において、前記固定子コアの反リード側に設けられる前記Ｕ字セグメントのレーンチェンジ部は、前記Ｕ字セグメントのうち、第１セグメントに備えられ、前記スロットから前記固定子コアの反リード側に突出する反リード側突出部分に形成される、前記固定子コアの内周側にレーンチェンジする第１レーンチェンジ部と、前記第１セグメントと同じ前記スロットに挿入される第２セグメントに備えられ、前記固定子コアの反リード側に突出して前記固定子コアの外周側にレーンチェンジされる第２レーンチェンジ部と、を有し、前記第１セグメント又は前記第２セグメントの、前記固定子コアのリード側に突出するリード側端部は、前記固定子コアの周方向に沿って一方向に曲げられる、前記固定子コアの最外周に位置する最外周リード側端部と、前記固定子コアの周方向に沿って他方向に曲げられる、前記固定子コアの最内周に位置する最内周リード側端部と、前記最外周と前記最内周以外の前記リード側端部であり、２本ずつペアで曲げられ、隣り合う前記ペア同士は、前記固定子コアの周方向に沿って逆方向に曲げられている内側リード側端部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
このような特徴を有する本発明の一態様によるセグメント式固定子により、以下のような作用、効果が得られる。
【００１１】
上記（１）に記載の態様により、固定子コアに挿入するＵ字セグメントのレーンチェンジ部が第１レーンチェンジ部と第２レーンチェンジ部の２種類タイプが用意され、リード側に突出するリード側端部の捻り方向を最外周と最内周以外を２本ずつペアで曲げることで、リード側及び反リード側に用いる相間絶縁紙を減らすことが可能である。これは、隣り合うＵ字セグメント同士で相を揃えることが可能になる為であり、基本的にペアとなるＵ字セグメント同士の間に相間絶縁紙を必要としない。このように、固定子のコイルエンドに用いる相間絶縁紙を削減することで、固定子のコストダウンに繋げることが可能となる。また課題でも示したが、相間絶縁紙の挿入枚数を減らすことができることで、固定子のコイルエンドの軸方向の高さと幅を抑えることが出来る。このため、固定子の小型化に貢献可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態の、固定子の斜視図である。
【図２】本実施形態の、固定子の反リード側の平面図である。
【図３】本実施形態の、セグメントの平面図である。
【図４】本実施形態の、半相分のセグメントコイルの斜視図である。
【図５】本実施形態の、１相分のセグメントコイルが固定子コアに挿入された様子を平面図である。
【図６】本実施形態の、セグメントコイルの反リード側のコイルエンドの拡大図である。
【図７】（ａ）本実施形態の、固定子コアの概略斜視図である。（ｂ）本実施形態の、固定子コアにインシュレータを挿入した様子の概略斜視図である。（ｃ）本実施形態の、セグメントの概略斜視図である。（ｄ）本実施形態の、固定子コアにセグメントを挿入した様子の概略断面図である。（ｅ）本実施形態の、固定子コアにセグメントを挿入し、セグメントの端部を溶接した様子の概略断面図である。
【図８】本実施形態の、固定子の反リード側に配置される相間絶縁紙の位置について説明する模式図である。
【図９】本実施形態の、固定子のリード側の部分拡大平面図である。
【図１０】本実施形態の、固定子の反リード側の部分拡大図である。
【図１１】本実施形態の、固定子のリード側に配置される相間絶縁紙の位置について説明する模式図である。
【図１２】本実施形態の、固定子の結線を表す模式図である。
【図１３】比較のために用意した、固定子の反リード側の拡大図である。
【図１４】比較のために用意した、固定子のリード側の拡大図である。
【図１５】比較のために用意した、固定子の反リード側の模式図である。
【図１６】比較のために用意した、固定子のリード側の模式図である。
【図１７】本実施形態の、固定子のリード側のコイルエンドの拡大斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
まず、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
【００１４】
図１に、本実施形態の固定子１０の斜視図を示す。図２に、固定子１０の反リード側の平面図を示す。固定子１０は、固定子コア１１とコイル２０を備えている。固定子コア１１はプレス等の加工方法によって打ち抜き形成された電磁鋼板を積層して形成されている。固定子コア１１には内周側にティース１２が突出するように備えられており、隣り合うティース１２の間にはスロット１３が備えられている。したがってティース１２及びスロット１３は固定子コア１１に対して放射線状に配置されることになる。
【００１５】
本実施形態では固定子コア１１の有するティース１２は４８本で、スロット１３は４８スロットとなっている。スロット１３には、後述する図７に示される様な略コの字状に折り曲げられて形成されたインシュレータ２５で隔てられ、セグメントＳｇが複数本ずつ挿入されている。インシュレータ２５は絶縁性を有する樹脂製もしくは紙製で、固定子コア１１とセグメントＳｇとの間の絶縁を確保している。また固定子コア１１には外周側に凸となるリブ１４が３カ所用意されており、このリブ１４にボルト孔１４ａが用意されている。ボルト孔１４ａには図示しないボルトが通されて、図示しないカバーの取り付けや固定子コア１１をトランスアクスルケースなどへの取り付け等に用いられる。
【００１６】
コイル２０は、セグメントＳｇを固定子コア１１のスロット１３に挿入した後、固定子コア１１のコイルエンド側に突出した端部を接合することで円環状に形成されたものである。図３に、セグメントＳｇの平面図を示す。セグメントＳｇは、平角導体Ｄを略Ｕ字状にエッジワイズ曲げ加工して形成したものである。なお、実際にはセグメントＳｇは複数種類用意され、又、固定子コア１１に挿入した後に捻られるので、図３ではあくまで説明のために簡略化して示している。セグメントＳｇは、開口側にリード部Ｓｇａを備える。リード部Ｓｇａは便宜上、第１リード部ＳｇａＡと第２リード部ＳｇａＢと呼び分けており、それぞれの先端は後述する接合部Ｓｇｆを形成する為に部分的に絶縁性の被覆が剥離されている。
【００１７】
リード部Ｓｇａと接続してスロット１３内に配置されるスロット内導線部Ｓｇｂを備える。スロット内導線部Ｓｇｂは便宜上、第１スロット内導線部ＳｇｂＡと第２スロット内導線部ＳｇｂＢと呼び分けている。又、反リード部Ｓｇｃとして、斜辺部Ｓｇｄとレーンチェンジ部Ｓｇｅとを備えている。斜辺部Ｓｇｄも、便宜上、第１斜辺部ＳｇｄＡと第２斜辺部ＳｇｄＢと呼び分けている。固定子１０はＵ相、Ｖ相、Ｗ相を有する３相のモータを形成する固定子１０である。平角導体Ｄは矩形断面の導電率の高い銅等の金属製の線材が用いられており、その周囲に絶縁被覆が施されている。なお、セグメントＳｇは複数種類用意されており、細かい部分の形状が異なる。ただし、基本的には図３に示す形状と類似している。
【００１８】
図４に、半相分のセグメントコイルＳＣｈの斜視図を示す。なお、図４のセグメントコイルＳＣｈは説明の都合で一部省略している。図５に、１相分のセグメントコイルＳＣが固定子コアに挿入された様子を平面図に示す。図４に示した半相分のセグメントコイルＳＣｈを６つ重ねることで、コイル２０が形成される。セグメントコイルＳＣは、図３に示すセグメントＳｇのリード部Ｓｇａを捻ることで一続きのコイルとして形成される。図５では、Ｕ相第１コイルＳＣｈＵ１とＵ相第２コイルＳＣｈＵ２とが隣り合うスロット１３に挿入されている。Ｕ相第１コイルＳＣｈＵ１とＵ相第２コイルＳＣｈＵ２とがコイルエンドにおいて図示しないバスバで結合され、１相分のＵ相コイルＳＣＵが形成される。
【００１９】
図６に、セグメントコイルＳＣｈの反リード側のコイルエンドの拡大図を示す。便宜的にスロット１３に挿入されているスロット内導線部Ｓｇｂを固定子コア１１の外周側から、第１スロット内導線部Ｓｇｂ１、第２スロット内導線部Ｓｇｂ２、第３スロット内導線部Ｓｇｂ３……、第１０スロット内導線部Ｓｇｂ１０としている。よって第１０スロット内導線部Ｓｇｂ１０が固定子コア１１のスロット１３の最内周に配置される。そして、第１スロット内導線部Ｓｇｂ１から伸びた反リード部Ｓｇｃのレーンチェンジ部Ｓｇｅを第１レーンチェンジ部Ｓｇｅ１とし、その他のレーンチェンジ部Ｓｇｅについてもスロット内導線部Ｓｇｂに対応させて番号が振られている。
【００２０】
セグメントコイルＳＣｈの反リード側は、図４乃至図６に示される様にレーンチェンジ部Ｓｇｅが千鳥に配置される。具体的には、第１スロット内導線部Ｓｇｂ１と斜辺部Ｓｇｄを介して接続される第１レーンチェンジ部Ｓｇｅ１が図６の左側から固定子コア１１の内周側にレーンチェンジされているのに対し、第１レーンチェンジ部Ｓｇｅ１に隣接して配置される第２レーンチェンジ部Ｓｇｅ２は図６左側から固定子コア１１の外周側にレーンチェンジされている。結果として、第１レーンチェンジ部Ｓｇｅ１と第２レーンチェンジ部Ｓｇｅ２とは固定子コア１１の径方向に向かい合うような形状となる。
【００２１】
同様にして、第２レーンチェンジ部Ｓｇｅ２の内周側に配置される第５レーンチェンジ部Ｓｇｅ５は図６の右方向から固定子コア１１の内周側にレーンチェンジされている。また、第６レーンチェンジ部Ｓｇｅ６は固定子コア１１の外周側に、第９レーンチェンジ部Ｓｇｅ９は固定子コア１１の内周側に、第１０レーンチェンジ部Ｓｇｅ１０は固定子コア１１の外周側にレーンチェンジする。
【００２２】
一方の、第３スロット内導線部Ｓｇｂ３と斜辺部Ｓｇｄを介して接続される第３レーンチェンジ部Ｓｇｅ３が図６の左側から外周側にレーンチェンジされているのに対し、第３レーンチェンジ部Ｓｇｅ３に隣接して配置される第４レーンチェンジ部Ｓｇｅ４は図６左側から固定子コア１１の内周側にレーンチェンジされている。同様に、第７レーンチェンジ部Ｓｇｅ７は固定子コア１１の外周側に、第８レーンチェンジ部Ｓｇｅ８は固定子コア１１の内周側にレーンチェンジする。すなわち、固定子コア１１の径方向に隣り合うレーンチェンジ部は、径方向に異なる方向にレーンチェンジするように千鳥に配置される。
【００２３】
また、図６中央側のレーンチェンジ部Ｓｇｅが６つ配置される六線部ＵＡでは、斜辺部Ｓｇｄも、Ｓｇｄ１、Ｓｇｄ２、Ｓｇｄ５、Ｓｇｄ６、Ｓｇｄ９、Ｓｇｄ１０の６本あり、図６右側のレーンチェンジ部Ｓｇｅが４つ配置される四線部分ＵＢでは、斜辺部ＳｇｄもＳｇｄ３，Ｓｇｄ４，Ｓｇｄ７、Ｓｇｄ８の４本ある。セグメントコイルＳＣｈはこの六線部ＵＡと四線部分ＵＢとが交互に形成されてなる。
【００２４】
このようにセグメントＳｇが配置されるコイル２０は、実際には固定子コア１１にセグメントＳｇが挿入されることで形成される。次に、セグメントＳｇを固定子コア１１に挿入される手順について説明する。図７に、固定子コア１１にセグメントＳｇを挿入する工程を単純化した模式図を示す。図７（ａ）は、固定子コア１１の概略斜視図であり、図７（ｂ）は、固定子コア１１にインシュレータ２５を挿入した様子の概略斜視図であり、図７（ｃ）は、セグメントＳｇの概略斜視図であり、図７（ｄ）は、固定子コア１１にセグメントＳｇを挿入した様子の概略断面図であり、図７（ｅ）は、固定子コア１１にセグメントＳｇを挿入し、セグメントＳｇの端部を溶接した様子の概略断面図である。なお、図７に示す固定子コア１１は説明のために簡略化してあり、スロット１３の数等詳細部分が異なる。また、セグメントＳｇの形状も省略している。また、セグメントＳｇを挿入するスロット１３の位置関係も実際とは異なる。
【００２５】
セグメントＳｇは、固定子コア１１に対して、図７（ａ）〜（ｄ）に示すような手順で挿入される。すなわち、固定子コア１１の反リード側となる方向から、セグメントＳｇの有する第１リード部Ｓｇａ１及び第２リード部Ｓｇａ２をスロット１３に対して挿入し、図７（ｄ）に示すような状態とする。この際には、図７（ｂ）に示されるようにインシュレータ２５がスロット１３に挿入されているものとする。固定子コア１１にセグメントＳｇが挿入された後、セグメントＳｇのリード部Ｓｇａに捻りを加える。リード部Ｓｇａに捻りを加えることで図４に示されるセグメントコイルＳＣｈが６つ組み合わさったコイル２０が、固定子コア１１に挿入された状態で形成される。この結果、固定子１０の反リード側が、図２に示される様な状態になる。なお、この際に相間絶縁紙２６は所定の位置に配置されているものとする。図７（ｅ）で第１リード部ＳｇａＡと第２リード部ＳｇａＢとが溶接されて接合部Ｓｇｆを形成する。なお、この接合ルールに関しては後述する。
【００２６】
図８に、固定子１０の反リード側に配置される相間絶縁紙２６の位置について説明する模式図を示す。なお、図８は説明のため１相分だけを抽出し模式的な結線を示している。図１０に、固定子１０の反リード側の部分拡大図を示す。相間絶縁紙２６は、外周側から反リード側第１相間絶縁紙２６Ａ１、反リード側第２相間絶縁紙２６Ａ２、反リード側第３相間絶縁紙２６Ａ３、反リード側第４相間絶縁紙２６Ａ４、反リード側第５相間絶縁紙２６Ａ５、反リード側第６相間絶縁紙２６Ａ６が用いられる。
【００２７】
そして、前述のように１つのスロット１３に納められるスロット内導線部Ｓｇｂを外周側から第１スロット内導線部Ｓｇｂ１乃至第１０スロット内導線部Ｓｇｂ１０と定義すると、反リード側第１相間絶縁紙２６Ａ１は、第１レーンチェンジ部Ｓｇｅ１の下に配置される。反リード側第２相間絶縁紙２６Ａ２は、第２スロット内導線部Ｓｇｂ２と第３スロット内導線部Ｓｇｂ３との間に配置される。反リード側第３相間絶縁紙２６Ａ３は、第４スロット内導線部Ｓｇｂ４と第５スロット内導線部Ｓｇｂ５との間に配置される。反リード側第４相間絶縁紙２６Ａ４は、第６スロット内導線部Ｓｇｂ６と第７スロット内導線部Ｓｇｂ７との間に配置される。反リード側第５相間絶縁紙２６Ａ５は、第８スロット内導線部Ｓｇｂ８と第９スロット内導線部Ｓｇｂ９との間に配置される。そして、反リード側第６相間絶縁紙２６Ａ６は、第１０レーンチェンジ部Ｓｇｅ１０の下に配置される。
【００２８】
そして、固定子１０の反リード側にはセグメントＳｇの反リード部Ｓｇｃが配置される。反リード部Ｓｇｃは図６に示すように六線部ＵＡ及び四線部分ＵＢが存在するため、図１０に示すように六線部ＵＡが重ねられる部分と四線部分ＵＢが重ねられる部分が混在することになる。そして、Ｕ１相、Ｕ２相、Ｖ１相、Ｖ２相、Ｗ１相、Ｗ２相の順にセグメントＳｇが図２に示すような円筒状に配置される。なお、図１０には便宜上異なる相を網掛けで塗り分けてある。Ｕ１相及びＵ２相は白抜きで示し、Ｖ１相及びＶ２相は薄い網掛けを、Ｗ１相及びＷ２相は濃い網掛けをして示している。
【００２９】
図９に、固定子１０のリード側に配置される相間絶縁紙の位置について説明する模式図を示す。矢印はリード部Ｓｇａの曲げ方向を示している。前述したように固定子１０のリード側ではリード部Ｓｇａが捻られるが、捻られる前に相間絶縁紙２６が配置される必要がある。図１１に、固定子１０のリード側の部分拡大平面図を示す。なお、図９は説明のために１相分だけを抽出し模式的な結線を示している。
【００３０】
相間絶縁紙２６は外周側からリード側第１相間絶縁紙２６Ｂ１、リード側第２相間絶縁紙２６Ｂ２、リード側第３相間絶縁紙２６Ｂ３、リード側第４相間絶縁紙２６Ｂ４、及びリード側第５相間絶縁紙２６Ｂ５の５枚の相間絶縁紙２６が配置される。なお、図１１には便宜上異なる相を網掛けで塗り分けてある。Ｕ１相及びＵ２相は白抜きで示し、Ｖ１相及びＶ２相は薄い網掛けを、Ｗ１相及びＷ２相は濃い網掛けをして示している。また、リード部Ｓｇａに関しても、説明のために固定子１０の外周方向から第１リード部Ｓｇａ１、第２リード部Ｓｇａ２、……第１０リード部Ｓｇａ１０としている。
【００３１】
相間絶縁紙２６の配置される位置は、図９に示す通り、第１スロット内導線部Ｓｇｂ１と第２スロット内導線部Ｓｇｂ２との間にリード側第１相間絶縁紙２６Ｂ１が配置され、第３スロット内導線部Ｓｇｂ３と第４スロット内導線部Ｓｇｂ４との間にリード側第２相間絶縁紙２６Ｂ２が配置され、第５スロット内導線部Ｓｇｂ５と第６スロット内導線部Ｓｇｂ６との間にリード側第３相間絶縁紙２６Ｂ３が配置され、第７スロット内導線部Ｓｇｂ７と第８スロット内導線部Ｓｇｂ８との間にリード側第４相間絶縁紙２６Ｂ４が配置され、第９スロット内導線部Ｓｇｂ９と第１０スロット内導線部Ｓｇｂ１０との間にリード側第５相間絶縁紙２６Ｂ５が配置される。
【００３２】
その後、図９に示される様に、第１スロット内導線部Ｓｇｂ１に接続されるリード部Ｓｇａは図９の右側に、第２スロット内導線部Ｓｇｂ２及び第３スロット内導線部Ｓｇｂ３にそれぞれ接続されるリード部Ｓｇａは図９左側に、第４スロット内導線部Ｓｇｂ４及び第５スロット内導線部Ｓｇｂ５にそれぞれ接続されるリード部Ｓｇａは図９右側に、第６スロット内導線部Ｓｇｂ６及び第７スロット内導線部Ｓｇｂ７にそれぞれ接続されるリード部Ｓｇａは図９左側に、第８スロット内導線部Ｓｇｂ８及び第９スロット内導線部Ｓｇｂ９にそれぞれ接続されるリード部Ｓｇａは図９右側に、第１０スロット内導線部Ｓｇｂ１０に接続されるリード部Ｓｇａは図９左側に、治具を用いて捻られる。
【００３３】
リード部Ｓｇａを捻った後に、図示しないバスバで結合することで、図１に示すような固定子１０が形成される。図１２に、固定子１０の結線を表す模式図を示す。図１２には、１相分の結線を示しており、スロット１３に配置されるスロット内導線部Ｓｇｂの番号が、接続される順番となっている。すなわち、１番から順に８１番まで接続されて、１相分のセグメントコイルＳＣが形成されることになる。縦の欄はスロット１３の外周側から番号を振ったスロット内導線部Ｓｇｂの順番が示してある。なお、説明のため、右端のスロットと左端のスロットは２スロット分重複させて記載している。すなわち、２２スロットと２３スロットが左右の端部に描かれている。また、スロット同士を繋ぐ破線が反リード部Ｓｇｃを示し、実線がリード部Ｓｇａを示す。リード部Ｓｇａは中央で溶接されている様子を示し、反リード部Ｓｇｃはレーンチェンジ部Ｓｇｅによってレーンチェンジされている。
【００３４】
本実施形態のセグメントを用いた固定子１０は上記構成であるので、以下に説明する作用及び効果を奏する。
【００３５】
本実施形態の固定子１０によって、固定子１０に用いる相間絶縁紙２６の枚数を減らすことができる。固定子コア１１の有するスロット１３に挿入したセグメントＳｇのリード側が捻られてコイル２０を形成するセグメント式の固定子１０において、固定子コア１１の反リード側に設けられるセグメントＳｇのレーンチェンジ部は、セグメントＳｇのうち、第１のセグメントＳｇに備えられ、スロット１３から固定子コア１１の反リード側に突出する反リード部Ｓｇｃに形成される、固定子コア１１の内周側にレーンチェンジする第１レーンチェンジ部Ｓｇｅと、第１のセグメントＳｇと同じスロット１３に挿入される第２セグメントＳｇに備えられ、固定子コア１１の反リード側に突出して固定子コア１１の外周側にレーンチェンジされる第２レーンチェンジ部Ｓｇｅ２と、を有する。
【００３６】
また、第１セグメントＳｇ又は第２セグメントＳｇの、固定子コア１１のリード側に突出するリード部Ｓｇａは、固定子コア１１の周方向に沿って一方向に曲げられる、固定子コア１１の最外周に位置する第１リード部Ｓｇａ１と、固定子コア１１の周方向に沿って他方向に曲げられる、固定子コア１１の最内周に位置する第１０リード部Ｓｇａ１０と、最外周と最内周以外のリード部Ｓｇａであり、２本ずつペアで曲げられ、隣り合うペア同士は、固定子コア１１の周方向に沿って逆方向に曲げられている第２リード部Ｓｇａ２乃至第９リード部Ｓｇａ９と、を有するものである。
【００３７】
したがって、固定子コア１１に挿入するセグメントＳｇのレーンチェンジ部が第１レーンチェンジ部Ｓｇｅ１と第２レーンチェンジ部Ｓｇｅ２の２種類タイプが用意され、リード側に突出するリード側端部の捻り方向を最外周と最内周以外を２本ずつペアで曲げることで、リード側及び反リード側に用いる相間絶縁紙２６を減らす事が可能である。
【００３８】
図１３に、比較のために用意した固定子１００の反リード側の拡大図を示す。図１４に、固定子１００のリード側の拡大図を示す。図１５に、固定子１００の反リード側の模式図を示す。図８に対応するものである。図１６に、固定子１００のリード側の模式図を示す。図１１に対応するものである。図１４及び図１５に示す固定子１００は、同図に示すようにリード側に相間絶縁紙２６が９枚必要であり、反リード側には相間絶縁紙２６を１１枚必要とする。一方、本実施形態の固定子１０では、リード側に５枚、反リード側に６枚の相間絶縁紙２６を必要とするため、比較のために用意した固定子１００と比べると相間絶縁紙２６を削減することが可能となる。
【００３９】
これは、隣り合うセグメントＳｇ同士で相を揃えることが可能になる為である。まず、固定子１０のリード側についての説明を行う。図１１に示す、固定子１０の周方向に隣り合うＵ１相及びＵ２相は同相であるので、間に相関絶縁を必要としない。一方、周方向に隣り合うＵ２相とＶ２相は異相である。この為、相関絶縁を必要とする。ただし、固定子１０の径方向に相間絶縁紙２６を配置すれば良く、周方向及び軸方向には相間絶縁紙２６のような絶縁紙を配置する必要はない。
【００４０】
図１７に、本実施形態の固定子のリード側のコイルエンドの拡大斜視図を示す。図１７に示すように、リード部ＳｇａがＳｇｂに対して斜めに角度がつくように捻られる結果、固定子１０の周方向に隣り合うリード部Ｓｇａ同士の間に空間Ｓが設けられ、絶縁性が保たれるためである。ただし、固定子の径方向に隣り合うリード部Ｓｇａ同士は、スロット１３内における占積率を高めるためにＳｇｂが密着して配置される結果、距離が近くなるために、例えばＵ２相のリード部ＳｇａとＶ１相のリード部Ｓｇａとが隣り合う部分で、絶縁性が保てなくなる虞があり、相間絶縁紙２６を必要とする。
【００４１】
そして、図９に示す通り、隣り合う第１リード部Ｓｇａ１と第２リード部Ｓｇａ２、第３リード部Ｓｇａ３と第４リード部Ｓｇａ４、第５リード部Ｓｇａ５と第６リード部Ｓｇａ６、第７リード部Ｓｇａ７と第８リード部Ｓｇａ８、第９リード部Ｓｇａ９と第１０リード部Ｓｇａ１０のそれぞれの間に、相間絶縁紙２６が配置される。一方、隣り合う第２リード部Ｓｇａ２と第３リード部Ｓｇａ３、第４リード部Ｓｇａ４と第５リード部Ｓｇａ５、第６リード部Ｓｇａ６と第７リード部Ｓｇａ７、第８リード部Ｓｇａ８と第９リード部Ｓｇａ９はそれぞれ同相同士となるので相間絶縁紙２６を必要としない。このため、結果的に固定子１０のリード側には５枚の相間絶縁紙２６で足りることになる。これは、図９に示されるように、隣り合う第２リード部Ｓｇａ２と第３リード部Ｓｇａ３、第４リード部Ｓｇａ４と第５リード部Ｓｇａ５、第６リード部Ｓｇａ６と第７リード部Ｓｇａ７、第８リード部Ｓｇａ８と第９リード部Ｓｇａ９がペアとなり、それぞれ同一方向に捻られている為である。
【００４２】
一方、図１５に示すように、固定子１００の径方向に隣り合うリード部Ｓｇａ同士が逆方向に捻られるタイプの固定子１００では、隣り合うリード部Ｓｇａ同士で相が異なるため、本実施形態とは異なり、レーンチェンジ部Ｓｇｅの下に６組とセグメントＳｇの組間５カ所に５枚の、合計１１枚の相間絶縁紙２６を必要とすることになる。
【００４３】
次に固定子１０の反リード側について説明する。図８に示すように、本実施形態の固定子１０は、レーンチェンジ部Ｓｇｅが向かい合うようにセグメントＳｇが配置される。この為、同相のセグメントＳｇが同じスロット１３から隣り合う状態に配置されることになる。例えば、第３スロット内導線部Ｓｇｂ３と第４スロット内導線部Ｓｇｂ４とはスロット１１３ａに隣り合うように配置されている。従って、第３スロット内導線部Ｓｇｂ３と第４スロット内導線部Ｓｇｂ４の間には相間絶縁紙２６を配置する必要がない。
【００４４】
一方、図１０に示すように第３スロット内導線部Ｓｇｂ３及び第４スロット内導線部Ｓｇｂ４の隣には、他相の第３スロット内導線部Ｓｇｂ３及び第４スロット内導線部Ｓｇｂ４が配置されることになるので、例えば、Ｕ２相の隣にはＶ１相のセグメントＳｇが配置される。このため、径方向に隣り合う斜辺部Ｓｇｄ同士で相間の絶縁を必要とする。従って、反リード側第１相間絶縁紙２６Ａ１乃至反リード側第６相間絶縁紙２６Ａ６の６枚の相間絶縁紙２６を必要とする。
【００４５】
このように、固定子１０の最外周と最内周以外の周方向に隣り合うセグメントＳｇがペアとなるため、ペア同士の間には相間絶縁紙２６を必要とせず、従って相間絶縁紙２６の枚数を削減することが出来る。具体的には、図８に示す通り、固定子１０の反リード側には４枚の相間絶縁紙２６を必要とすることになる。一方で、図１５に示される固定子１００の場合、レーンチェンジ部Ｓｇｅが整列するように配置されているので、図１５に示す通り相間絶縁紙２６を１１枚必要とする。これは、図１３に示すように周方向に隣り合う斜辺部Ｓｇｄ同士で相が違うからであり、例えばＵ２相とＶ１相とでは、固定子１００の径方向に斜辺部Ｓｇｄが交互に配置される構成となっている。つまり、反リード側においても、固定子１００に比べて本実施形態の固定子１０は相間絶縁紙２６の枚数を減らすことが可能となっている。
【００４６】
したがって、相間絶縁紙２６の使用枚数を、リード側及び反リード側において減らす事ができ、単純に相間絶縁紙２６の使用枚数が減った分だけのコストダウンが可能になる他、課題でも示したが、相間絶縁紙２６の挿入枚数を減らすことができることで、固定子１０のコイルエンドの軸方向の高さと幅を抑えることが出来る。これは、相間絶縁紙２６の挿入枚数が増えることは、固定子１０の径方向の幅を必要とする為である。したがって、固定子１０に用いるセグメントＳｇの数が増える、すなわち固定子１０を用いたモータの出力を増やすためにコイル２０のターン数を増やす結果、固定子１０の径方向の幅をより必要とする結果となる。
【００４７】
これは固定子１０のスロット１３に対するセグメントＳｇの占積率を高める必要があるため、セグメントＳｇ同士は密着させてスロット１３内にスロット内導線部Ｓｇｂを配置する一方で、相間絶縁紙２６を所定のセグメントＳｇの間に挟む必要があり、相間絶縁紙２６の幅の分だけ、セグメントＳｇを固定子１０の内周側か外周側にオフセットさせる必要があることを意味する。しかしながら、内周側にオフセットさせるには図示しないロータとの関係上限界があるため、固定子１０の外周側にオフセットさせて行かざるを得ず、必然的に固定子１０の外径を大きくする方向にスペースを必要とするためである。
【００４８】
また、このことは固定子１０の軸方向の高さを必要とする結果に繋がる。セグメントＳｇを固定子１０の内周側或いは外周側にオフセットさせるためには、セグメントＳｇの長さをオフセットさせるために多少なりとも長くする必要があることを意味し、セグメントＳｇの厚みもゼロではないため、オフセットさせるのに必要な距離を固定子１０の軸方向に稼ぐ必要があるためである。つまり相間絶縁紙２６の枚数が増えることは、固定子１０の大型化を助長する結果となり、逆に本実施形態のように、相間絶縁紙２６の枚数を減らすことが可能となることで、固定子１０の小型化に貢献することができる。
【００４９】
以上、本実施形態に則して発明を説明したが、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更することにより実施することもできる。
【００５０】
例えば、本実施形態の固定子１０は、ティース１２の数が４８の一体型の固定子コアを用いているが、ティース１２及びスロット１３の数は設計事項であってこれに限定されるものではない。また、実施形態の中で示した材質も、適宜同等の機能を持つものに置き換えることを制限しない。また、セグメントＳｇの形状等についても、設計事項の範囲内で変更することを妨げない。
【符号の説明】
【００５１】
１０ 固定子
１１ 固定子コア
１２ ティース
１３ スロット
１４ リブ
２０ コイル
２５ インシュレータ
２６ 相間絶縁紙
１００ 固定子
１１３ａ スロット
ＳＣ セグメントコイル
Ｓｇ セグメント
Ｓｇａ リード部
Ｓｇｂ スロット内導線部
Ｓｇｃ 反リード部
Ｓｇｄ 斜辺部
Ｓｇｅ レーンチェンジ部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子コアの有するスロットに挿入したＵ字セグメントのリード側が捻られてコイルを形成するセグメント式固定子において、
前記固定子コアの反リード側に設けられる前記Ｕ字セグメントのレーンチェンジ部は、
前記Ｕ字セグメントのうち、第１セグメントに備えられ、前記スロットから前記固定子コアの反リード側に突出する反リード側突出部分に形成される、前記固定子コアの内周側にレーンチェンジされる第１レーンチェンジ部と、
前記第１セグメントと同じ前記スロットに挿入される第２セグメントに備えられ、前記固定子コアの反リード側に突出して前記固定子コアの外周側にレーンチェンジされる第２レーンチェンジ部と、
を有し、
前記第１セグメント又は前記第２セグメントの、前記固定子コアのリード側に突出するリード側端部は、
前記固定子コアの周方向に沿って一方向に曲げられる、前記固定子コアの最外周に位置する最外周リード側端部と、
前記固定子コアの周方向に沿って他方向に曲げられる、前記固定子コアの最内周に位置する最内周リード側端部と、
前記最外周と前記最内周以外の前記リード側端部であり、２本ずつペアで曲げられ、隣り合う前記ペア同士は、前記固定子コアの周方向に沿って逆方向に曲げられている内側リード側端部と、
を有することを特徴とするセグメント式固定子。
【請求項１】
固定子コアの有するスロットに挿入したＵ字セグメントのリード側が捻られてコイルを形成するセグメント式固定子において、
前記固定子コアの反リード側に設けられる前記Ｕ字セグメントのレーンチェンジ部は、
前記Ｕ字セグメントのうち、第１セグメントに備えられ、前記スロットから前記固定子コアの反リード側に突出する反リード側突出部分に形成される、前記固定子コアの内周側にレーンチェンジされる第１レーンチェンジ部と、
前記第１セグメントと同じ前記スロットに挿入される第２セグメントに備えられ、前記固定子コアの反リード側に突出して前記固定子コアの外周側にレーンチェンジされる第２レーンチェンジ部と、
を有し、
前記第１セグメント又は前記第２セグメントの、前記固定子コアのリード側に突出するリード側端部は、
前記固定子コアの周方向に沿って一方向に曲げられる、前記固定子コアの最外周に位置する最外周リード側端部と、
前記固定子コアの周方向に沿って他方向に曲げられる、前記固定子コアの最内周に位置する最内周リード側端部と、
前記最外周と前記最内周以外の前記リード側端部であり、２本ずつペアで曲げられ、隣り合う前記ペア同士は、前記固定子コアの周方向に沿って逆方向に曲げられている内側リード側端部と、
を有することを特徴とするセグメント式固定子。
【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１６】
【図１７】
【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１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１３−５５５９（Ｐ２０１３−５５５９Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３３３５８（Ｐ２０１１−１３３３５８）
【出願日】平成２３年６月１５日（２０１１．６．１５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１５日（２０１１．６．１５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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