絶縁性皮膜付導線及び回転電機
【課題】絶縁性皮膜付導線の導体部の上に絶縁性皮膜部を形成する構造において、占積率を向上させることである。
【解決手段】コイル巻線５０の導体部５２は、基本断面形状を矩形としながら、その各辺が外側に湾曲する形状を有する断面形状を有する。具体的には、矩形形状の長辺に曲率半径Ｒ1の湾曲を付し、短辺に曲率半径Ｒ2の湾曲を付す。曲率半径Ｒ1，Ｒ2の大きさは、導体部５２の角部における絶縁性皮膜部５４の厚さと、各辺における絶縁性皮膜部５４の厚さが同じとなるように、熱可塑性樹脂等の表面張力を考慮して設定される。換言すれば、このコイル巻線６０に他のコイル巻線を積み重ねるとき、隣接する導体部の各側面の中心部分とこれに向かい合う隣接する導体部の各側面の中心部分の間の絶縁性皮膜部を挟む距離Ｌを最短とするようにＲ1，Ｒ2を設定する。
【解決手段】コイル巻線５０の導体部５２は、基本断面形状を矩形としながら、その各辺が外側に湾曲する形状を有する断面形状を有する。具体的には、矩形形状の長辺に曲率半径Ｒ1の湾曲を付し、短辺に曲率半径Ｒ2の湾曲を付す。曲率半径Ｒ1，Ｒ2の大きさは、導体部５２の角部における絶縁性皮膜部５４の厚さと、各辺における絶縁性皮膜部５４の厚さが同じとなるように、熱可塑性樹脂等の表面張力を考慮して設定される。換言すれば、このコイル巻線６０に他のコイル巻線を積み重ねるとき、隣接する導体部の各側面の中心部分とこれに向かい合う隣接する導体部の各側面の中心部分の間の絶縁性皮膜部を挟む距離Ｌを最短とするようにＲ1，Ｒ2を設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁性皮膜付導線及び回転電機に係り、特に、導体部の上に絶縁性皮膜部を形成して構成されるコイル巻線用の絶縁性皮膜付導線及びこれを用いる回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機の固定子には、固定子巻線あるいは電機子巻線と呼ばれるコイル巻線が配置される。固定子は、周方向に沿って複数のティースと呼ばれる突出部が配置されるステータコアと、巻線部とを含んで構成される。巻線部は、ステータコアの隣接するティースの間のスロットと呼ばれる空間にコイル巻線を挿入し、ティースに所定の方式でこのコイル巻線を巻回するスロット巻線と、巻回が終るとそのスロットからステータコアの外に引き出されるコイルエンド部とを含む。
【０００３】
コイル巻線は、スロット内でも、コイルエンド部でも、互いに重なって配置されるので、絶縁性能の向上と積み重ねの体積的効率の向上が求められる。
【０００４】
例えば、特許文献１には、回転電機の固定子のスロットの中に絶縁シートと共に収容される電機子巻線の成形方法として、絶縁性皮膜が均一膜厚の断面丸形状被覆電線を圧延ローラで上下方向から押圧し、上下面を扁平化して、円弧状側面の絶縁性皮膜の膜厚よりも上下面の絶縁性皮膜の膜厚が薄い断面太鼓形状巻線とすることが開示されている。このようにすることでスロット内のデッドスペースを小さくできると述べられている。なお、上下面の絶縁性皮膜が薄くても絶縁シートで絶縁性能が確保できるとされている。
【０００５】
また、特許文献２には、絶縁性皮膜を用いるものではないが、絶縁テープで絶縁された磁石ワイヤとして、断面が正方形または矩形の磁石ワイヤの場合、コイルに９０度に折り曲げられて巻かれる際に、塑性変形が生じ、断面形状が台形となって絶縁テープを損傷することが述べられている。ここでは、導体の断面形状を、ワイヤ厚さと等しいかまたはそれよりも大きな曲率半径の両縁部とすることで、塑性変形をしても台形形状にならないことが述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−１８９４８２号公報
【特許文献２】特開平６−４４８２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
コイル巻線の積み重ねの体積的効率について、例えば、スロットの体積空間に対するコイル巻線の導体部の占める体積の割合である占積率で示すものとすると、占積率を上げるには、コイル巻線の断面形状を矩形とし、その矩形の平坦な辺同士を接触するようにして隣接するコイル巻線を配置することが考えられる。この場合に、矩形断面の導体部の上に絶縁性皮膜部を形成する方法として、導体部の上に絶縁ワニスを塗布しその後焼付処理する方法、あるいは熱可塑性樹脂を用いて一旦流動体化して導体部の表面を覆ってその後固化する方法等をとると、流動体の表面張力によって、必ずしも矩形形状に一様な厚さに絶縁性皮膜部が形成されないことが生じる。このように絶縁性皮膜部が一様厚さでないと、導体部をせっかく矩形形状にしても、外形が矩形形状とならないので、これを例えばスロット内に積み重ねると、隣接するコイル巻線の間、コイル巻線とスロット内壁との間に隙間ができ、占積率が低下する。
【０００８】
本発明の目的は、導体部の上に絶縁性皮膜部を形成する構造において、占積率を向上させることができる絶縁性皮膜付導線及びこれを用いる回転電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る絶縁性皮膜付導線は、巻線枠に順次巻線されるコイル巻線用の絶縁性皮膜付導線であって、多角形状の基本断面形状を有する導体部と、導体部の上に設けられ熱可塑性樹脂で構成される絶縁性皮膜部と、を有し、導体部は、巻線されたときの隣接する導体部の間で、導体部の各側面の中心部分とこれに向かい合う隣接する導体部の各側面の中心部分の間の絶縁性皮膜部を挟む距離が最短となるように、基本断面形状の各辺が湾曲した断面形状を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る絶縁性皮膜付導線において、絶縁性皮膜部は、熱可塑性樹脂で形成されることが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係る絶縁性皮膜付導線において、導体部の各辺のそれぞれの湾曲の大きさは、導体部の多角形状の角部における熱可塑性樹脂の厚さと、各辺における熱可塑性樹脂の厚さの相違に基づいて予め設定されることが好ましい。
【００１２】
また、本発明に係る絶縁性皮膜付導線において、導体部は、正方形または矩形形状の基本断面形状を有することが好ましい。
【００１３】
また、本発明に係る回転電機は、ロータ軸に取り付けられる回転子であるロータと、ロータの外周側に設けられ、コイル巻線用の絶縁性皮膜付導線を含む固定子であるステータと、を備え、絶縁性皮膜付導線は、多角形状の基本断面形状を有する導体部と、導体部の上に設けられ熱可塑性樹脂で構成される絶縁性皮膜部と、を有し、導体部は、巻線されたときの隣接する導体部の間で、導体部の各側面の中心部分とこれに向かい合う隣接する導体部の各側面の中心部分の間の絶縁性皮膜部を挟む距離が最短となるように、基本断面形状の各辺が湾曲した断面形状を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
上記構成により、絶縁性皮膜付導線の導体部は、巻線されたときの隣接する導体部の間で、導体部の各側面の中心部分とこれに向かい合う隣接する導体部の各側面の中心部分の間の絶縁性皮膜部を挟む距離が最短となるように、基本断面形状の各辺が湾曲した断面形状を有する。これによって、例えば、導体部の上の絶縁性皮膜部が形成されるときに、表面張力等で導体部断面形状の角部で厚く、辺部で薄くなる傾向を有したとしても、導体部の湾曲断面によって、コイル巻線としては外形的にはほぼ多角形形状となって、隣接するコイル巻線、スロット内壁とコイル巻線との間に空隙が生じることを抑制できる。
【００１５】
絶縁性皮膜付導線において、絶縁性皮膜部は、熱可塑性樹脂で形成されるとき、流動性によって、表面張力等で導体部断面形状の角部で厚く、辺部で薄くなる傾向を有するが、導体部の湾曲断面によって、コイル巻線としては外形的にはほぼ多角形形状となって、隣接するコイル巻線、スロット内壁とコイル巻線との間に空隙が生じることを抑制できる。
【００１６】
また、絶縁性皮膜付導線において、導体部の各辺のそれぞれの湾曲の大きさは、導体部の多角形状の角部における熱可塑性樹脂の厚さと、各辺における熱可塑性樹脂の厚さの相違に基づいて予め設定されるので、隣接するコイル巻線、スロット内壁とコイル巻線との間に隙間が生じることを効果的に抑制できる。
【００１７】
また、絶縁性皮膜付導線において、導体部は、正方形または矩形形状の基本断面形状を有するので、例えば、スロット内の占積率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る実施の形態のコイル巻線用絶縁皮膜付導線が用いられる回転電機の様子を示す図である。
【図２】図１における固定子を抜き出して示す図である。
【図３】図２におけるＡ部を内径側から見た様子を示す図である。
【図４】図３のＳ−Ｓ線に沿った断面の様子を示す図である。
【図５】本発明に係る実施の形態のコイル巻線の断面形状を示す図である。
【図６】比較として、導体部が矩形形状のコイル巻線の断面形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下では、回転電機として、永久磁石型ロータとステータ巻線を有するステータとの組み合わせを説明するが、ロータは永久磁石型以外の形式でもよく、例えば、リラクタンス型ロータであってもよい。また、以下では、ロータコアもステータコアも電磁鋼板を積層して形成されたものを説明するが、電磁鋼板以外の材料であってもよく、例えば、粉末成形等で形成されるものであってもよい。
【００２０】
以下では、絶縁性皮膜部は、導体部の上に熱可塑性樹脂で形成されるものとして説明するが、熱可塑性樹脂を複数層で構成されるものとしてもよく、また、導体部と熱可塑性樹脂との間にエナメル層等の中間層を設けるものとしてもよく、熱可塑性樹脂の表面に接着層を設けるものとしてもよい。
【００２１】
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００２２】
図１は、回転電機１０の構成を示す図である。回転電機１０は三相同期型であって、モータケース１２に出力軸であるロータ軸１４が支持され、ロータ軸１４に回転子であるロータ２０が固定され、ロータ２０の外周側に固定子であるステータ３０が配置される。
【００２３】
ロータ２０は、上記のようにロータ軸１４に固定された回転子で、電磁鋼板を積層して形成されるロータコア２２と、ロータコア２２に埋め込み型で配置される複数の永久磁石２４を含んで構成される。なお、永久磁石２４は、ロータコア２２に埋め込まずに、ステータ３０に直接向かい合うように配置されてもよい。
【００２４】
ステータ３０は、ロータ２０に対し回転磁界を与える機能を有し、この回転磁界とロータ２０の永久磁石２４との電磁的協働作用によって、ロータ２０に回転エネルギを与える固定子である。ステータ３０は、電磁鋼板を積層して形成されるステータコア３２と、ステータコアに巻回される巻線部とで構成される。
【００２５】
ステータコア３２は、円環状の部材で、内周側に、周方向に沿って複数のティースと呼ばれる突出部が配置される。巻線部は、ステータコア３２の隣接するティースの間のスロットと呼ばれる空間にコイル巻線を挿入し、ティースに所定の方式でこのコイル巻線を巻回するスロット巻線と、巻回が終るとそのスロットからステータコア３２の外に引き出されるコイルエンド部とを含んで構成される。図１では、ステータコア３２の内部にスロット巻線が隠れているので、コイルエンド部３４のみが図示されている。
【００２６】
図２は、図１のステータ３０の部分を抜き出して斜視図で示す図である。ここでは、ステータコア３２の内周側に複数のティース３６が示され、隣接するティース３６の間の隙間空間であるスロット３８が僅かに示され、スロット３８からステータコア３２の軸方向の両側に引き出されたコイル巻線がコイルエンド部３４を形成する様子が示される。
【００２７】
図３は、図２のＡ部を内径側から見た様子を示す図、図４は、図３のＳ−Ｓ線に沿った断面の様子を示す図である。図３では、ステータコア３２がティース３６として示され、スロット３８がその中に配置される絶縁シート４０が見える様子が示される。図４に示されるように、この絶縁シートの中のコイル巻線５０の部分が、スロット巻線３３に相当するである。図３では、ステータコア３２の上部側および下部側のコイルエンド部３４のそれぞれにおいて、２つのコイル巻線５０が重なりあう様子が示されている。
【００２８】
ステータコア３２のスロット３８内では、図４に示されるように、１本のコイル巻線５０が順次積み重ねられて挿入される。つまり、回転電機１０の三相の同じ相のコイル巻線５０が隣接して積み重ねられて配置される。１本のコイル巻線５０は、銅線等で構成される導体部５２と、その上に、ポリアミド（ＰＡ）等の熱可塑性樹脂から構成される絶縁性皮膜部５４を有する。
【００２９】
導体部５２の材質は、銅以外の良導体金属であってもよい。絶縁性皮膜部５４の材質は、ポリアミド以外のものを用いることができる。例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエステル（ＰＥ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）等を用いることができる。導体部５２の上に絶縁性皮膜部５４を形成する方法としては、熱可塑性樹脂と溶剤の混合物である絶縁ワニスを導体部５２の上に塗布し、適当な焼付炉で焼付する方法を用いることができる。
【００３０】
導体部５２は、矩形形状の基本断面形状を有し、その矩形形状の各辺が外側に湾曲した断面形状を有する。この各辺が外側に湾曲した形状は、絶縁性皮膜部５４を形成するときに絶縁ワニスの表面張力によってその膜厚が角部で厚く、辺部で薄くなることを考慮して設定される。
【００３１】
導体部５２の断面の湾曲形状の設定について、図５、図６を用いて説明する。図５は、矩形を基本断面形状としてその各辺が外側に湾曲する形状を有する導体部５２に、絶縁性皮膜部５４を形成したコイル巻線５０の断面図である。図６は、比較のための図で、矩形断面形状を有する導体部６２に絶縁性皮膜部６４を形成したコイル巻線６０の断面図である。
【００３２】
上記のように、熱可塑性樹脂を含む絶縁ワニスを導体部５２，６２に塗布して、絶縁性皮膜部５４，６４を形成する方法では、流動体である絶縁ワニスの表面張力で、導体部５２，６２の角部の膜厚が厚くなり、その分、隣接する角部の間の部分である辺部のところで膜厚が薄くなる。このことから、導体部６２が矩形断面形状を有する図６の場合には、コイル巻線６０の全体断面図としては、矩形形状ではなく、角部が張り出し、その分、各辺のところにくぼみ６６，６８ができる。
【００３３】
このコイル巻線６０に他のコイル巻線を積み重ねると、この張り出した角部同士で接触することになる。図６で、張り出した角部の外側を結ぶ包絡線を破線で示したが、この包絡線で囲まれた矩形形状が、コイル巻線６０の占有断面積に相当する。図６では、くぼみ６６，６８の部分が包絡線形状との間の隙間となって、占積率は、くぼみ６６，６８の分、低い値となる。
【００３４】
図５では、図６で説明した絶縁ワニスの流動性と表面張力を考慮し、導体部５２の基本断面形状を矩形としながら、その各辺が外側に湾曲する形状を有するものとしている。具体的には、矩形形状の長辺に曲率半径Ｒ1の湾曲を付し、短辺に曲率半径Ｒ2の湾曲を付す。曲率半径Ｒ1，Ｒ2の大きさは、導体部５２の角部における絶縁性皮膜部５４の厚さと、各辺における絶縁性皮膜部の厚さが同じとなるように、絶縁ワニスの表面張力を考慮して設定される。
【００３５】
このように曲率半径Ｒ1，Ｒ2の大きさを設定することで、コイル巻線５０の断面における外形の包絡線で囲まれる矩形形状と、コイル巻線５０の外形との間にくぼみ５６，５８による隙間がほとんど生じないようにできる。換言すれば、このコイル巻線６０に他のコイル巻線を積み重ねるとき、隣接する導体部との間で、導体部の各側面の中心部分とこれに向かい合う隣接する導体部の各側面の中心部分の間の絶縁性皮膜部を挟む距離Ｌを最短とするように、曲率半径Ｒ1，Ｒ2の大きさが設定される。これによって、例えばスロット３８にコイル巻線５０を積み重ねて挿入したときに、図６で説明したコイル巻線６０に比べて、占積率が格段に向上する。
【００３６】
なお、上記では、導体部５２の基本断面形状を矩形として説明したが、基本断面形状が多角形の場合でも、その角部と各辺部の間で同様の膜厚差が生じるので、各辺を外側に湾曲させた断面形状とすることがよい。また、上記において、絶縁ワニスを用いて絶縁性皮膜部を形成するものとして説明したが、その他の形成方法であっても、熱可塑性樹脂、あるいはこれを含む混合物が流動性を有している場合にも、同様に、各辺を外側に湾曲させた断面形状とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明に係る絶縁性皮膜付導線は、回転電機の固定子巻線等に利用できる。
【符号の説明】
【００３８】
１０ 回転電機、１２ モータケース、１４ ロータ軸、２０ ロータ、２２ ロータコア、２４ 永久磁石、３０ ステータ、３２ ステータコア、３３ スロット巻線、３４ コイルエンド部、３６ ティース、３８ スロット、４０ 絶縁シート、５０，６０ コイル巻線、５２ 導体部、５２，６２ 導体部、５４，６４ 絶縁性皮膜部、５６，５８ くぼみ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁性皮膜付導線及び回転電機に係り、特に、導体部の上に絶縁性皮膜部を形成して構成されるコイル巻線用の絶縁性皮膜付導線及びこれを用いる回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機の固定子には、固定子巻線あるいは電機子巻線と呼ばれるコイル巻線が配置される。固定子は、周方向に沿って複数のティースと呼ばれる突出部が配置されるステータコアと、巻線部とを含んで構成される。巻線部は、ステータコアの隣接するティースの間のスロットと呼ばれる空間にコイル巻線を挿入し、ティースに所定の方式でこのコイル巻線を巻回するスロット巻線と、巻回が終るとそのスロットからステータコアの外に引き出されるコイルエンド部とを含む。
【０００３】
コイル巻線は、スロット内でも、コイルエンド部でも、互いに重なって配置されるので、絶縁性能の向上と積み重ねの体積的効率の向上が求められる。
【０００４】
例えば、特許文献１には、回転電機の固定子のスロットの中に絶縁シートと共に収容される電機子巻線の成形方法として、絶縁性皮膜が均一膜厚の断面丸形状被覆電線を圧延ローラで上下方向から押圧し、上下面を扁平化して、円弧状側面の絶縁性皮膜の膜厚よりも上下面の絶縁性皮膜の膜厚が薄い断面太鼓形状巻線とすることが開示されている。このようにすることでスロット内のデッドスペースを小さくできると述べられている。なお、上下面の絶縁性皮膜が薄くても絶縁シートで絶縁性能が確保できるとされている。
【０００５】
また、特許文献２には、絶縁性皮膜を用いるものではないが、絶縁テープで絶縁された磁石ワイヤとして、断面が正方形または矩形の磁石ワイヤの場合、コイルに９０度に折り曲げられて巻かれる際に、塑性変形が生じ、断面形状が台形となって絶縁テープを損傷することが述べられている。ここでは、導体の断面形状を、ワイヤ厚さと等しいかまたはそれよりも大きな曲率半径の両縁部とすることで、塑性変形をしても台形形状にならないことが述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−１８９４８２号公報
【特許文献２】特開平６−４４８２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
コイル巻線の積み重ねの体積的効率について、例えば、スロットの体積空間に対するコイル巻線の導体部の占める体積の割合である占積率で示すものとすると、占積率を上げるには、コイル巻線の断面形状を矩形とし、その矩形の平坦な辺同士を接触するようにして隣接するコイル巻線を配置することが考えられる。この場合に、矩形断面の導体部の上に絶縁性皮膜部を形成する方法として、導体部の上に絶縁ワニスを塗布しその後焼付処理する方法、あるいは熱可塑性樹脂を用いて一旦流動体化して導体部の表面を覆ってその後固化する方法等をとると、流動体の表面張力によって、必ずしも矩形形状に一様な厚さに絶縁性皮膜部が形成されないことが生じる。このように絶縁性皮膜部が一様厚さでないと、導体部をせっかく矩形形状にしても、外形が矩形形状とならないので、これを例えばスロット内に積み重ねると、隣接するコイル巻線の間、コイル巻線とスロット内壁との間に隙間ができ、占積率が低下する。
【０００８】
本発明の目的は、導体部の上に絶縁性皮膜部を形成する構造において、占積率を向上させることができる絶縁性皮膜付導線及びこれを用いる回転電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る絶縁性皮膜付導線は、巻線枠に順次巻線されるコイル巻線用の絶縁性皮膜付導線であって、多角形状の基本断面形状を有する導体部と、導体部の上に設けられ熱可塑性樹脂で構成される絶縁性皮膜部と、を有し、導体部は、巻線されたときの隣接する導体部の間で、導体部の各側面の中心部分とこれに向かい合う隣接する導体部の各側面の中心部分の間の絶縁性皮膜部を挟む距離が最短となるように、基本断面形状の各辺が湾曲した断面形状を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る絶縁性皮膜付導線において、絶縁性皮膜部は、熱可塑性樹脂で形成されることが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係る絶縁性皮膜付導線において、導体部の各辺のそれぞれの湾曲の大きさは、導体部の多角形状の角部における熱可塑性樹脂の厚さと、各辺における熱可塑性樹脂の厚さの相違に基づいて予め設定されることが好ましい。
【００１２】
また、本発明に係る絶縁性皮膜付導線において、導体部は、正方形または矩形形状の基本断面形状を有することが好ましい。
【００１３】
また、本発明に係る回転電機は、ロータ軸に取り付けられる回転子であるロータと、ロータの外周側に設けられ、コイル巻線用の絶縁性皮膜付導線を含む固定子であるステータと、を備え、絶縁性皮膜付導線は、多角形状の基本断面形状を有する導体部と、導体部の上に設けられ熱可塑性樹脂で構成される絶縁性皮膜部と、を有し、導体部は、巻線されたときの隣接する導体部の間で、導体部の各側面の中心部分とこれに向かい合う隣接する導体部の各側面の中心部分の間の絶縁性皮膜部を挟む距離が最短となるように、基本断面形状の各辺が湾曲した断面形状を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
上記構成により、絶縁性皮膜付導線の導体部は、巻線されたときの隣接する導体部の間で、導体部の各側面の中心部分とこれに向かい合う隣接する導体部の各側面の中心部分の間の絶縁性皮膜部を挟む距離が最短となるように、基本断面形状の各辺が湾曲した断面形状を有する。これによって、例えば、導体部の上の絶縁性皮膜部が形成されるときに、表面張力等で導体部断面形状の角部で厚く、辺部で薄くなる傾向を有したとしても、導体部の湾曲断面によって、コイル巻線としては外形的にはほぼ多角形形状となって、隣接するコイル巻線、スロット内壁とコイル巻線との間に空隙が生じることを抑制できる。
【００１５】
絶縁性皮膜付導線において、絶縁性皮膜部は、熱可塑性樹脂で形成されるとき、流動性によって、表面張力等で導体部断面形状の角部で厚く、辺部で薄くなる傾向を有するが、導体部の湾曲断面によって、コイル巻線としては外形的にはほぼ多角形形状となって、隣接するコイル巻線、スロット内壁とコイル巻線との間に空隙が生じることを抑制できる。
【００１６】
また、絶縁性皮膜付導線において、導体部の各辺のそれぞれの湾曲の大きさは、導体部の多角形状の角部における熱可塑性樹脂の厚さと、各辺における熱可塑性樹脂の厚さの相違に基づいて予め設定されるので、隣接するコイル巻線、スロット内壁とコイル巻線との間に隙間が生じることを効果的に抑制できる。
【００１７】
また、絶縁性皮膜付導線において、導体部は、正方形または矩形形状の基本断面形状を有するので、例えば、スロット内の占積率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る実施の形態のコイル巻線用絶縁皮膜付導線が用いられる回転電機の様子を示す図である。
【図２】図１における固定子を抜き出して示す図である。
【図３】図２におけるＡ部を内径側から見た様子を示す図である。
【図４】図３のＳ−Ｓ線に沿った断面の様子を示す図である。
【図５】本発明に係る実施の形態のコイル巻線の断面形状を示す図である。
【図６】比較として、導体部が矩形形状のコイル巻線の断面形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下では、回転電機として、永久磁石型ロータとステータ巻線を有するステータとの組み合わせを説明するが、ロータは永久磁石型以外の形式でもよく、例えば、リラクタンス型ロータであってもよい。また、以下では、ロータコアもステータコアも電磁鋼板を積層して形成されたものを説明するが、電磁鋼板以外の材料であってもよく、例えば、粉末成形等で形成されるものであってもよい。
【００２０】
以下では、絶縁性皮膜部は、導体部の上に熱可塑性樹脂で形成されるものとして説明するが、熱可塑性樹脂を複数層で構成されるものとしてもよく、また、導体部と熱可塑性樹脂との間にエナメル層等の中間層を設けるものとしてもよく、熱可塑性樹脂の表面に接着層を設けるものとしてもよい。
【００２１】
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００２２】
図１は、回転電機１０の構成を示す図である。回転電機１０は三相同期型であって、モータケース１２に出力軸であるロータ軸１４が支持され、ロータ軸１４に回転子であるロータ２０が固定され、ロータ２０の外周側に固定子であるステータ３０が配置される。
【００２３】
ロータ２０は、上記のようにロータ軸１４に固定された回転子で、電磁鋼板を積層して形成されるロータコア２２と、ロータコア２２に埋め込み型で配置される複数の永久磁石２４を含んで構成される。なお、永久磁石２４は、ロータコア２２に埋め込まずに、ステータ３０に直接向かい合うように配置されてもよい。
【００２４】
ステータ３０は、ロータ２０に対し回転磁界を与える機能を有し、この回転磁界とロータ２０の永久磁石２４との電磁的協働作用によって、ロータ２０に回転エネルギを与える固定子である。ステータ３０は、電磁鋼板を積層して形成されるステータコア３２と、ステータコアに巻回される巻線部とで構成される。
【００２５】
ステータコア３２は、円環状の部材で、内周側に、周方向に沿って複数のティースと呼ばれる突出部が配置される。巻線部は、ステータコア３２の隣接するティースの間のスロットと呼ばれる空間にコイル巻線を挿入し、ティースに所定の方式でこのコイル巻線を巻回するスロット巻線と、巻回が終るとそのスロットからステータコア３２の外に引き出されるコイルエンド部とを含んで構成される。図１では、ステータコア３２の内部にスロット巻線が隠れているので、コイルエンド部３４のみが図示されている。
【００２６】
図２は、図１のステータ３０の部分を抜き出して斜視図で示す図である。ここでは、ステータコア３２の内周側に複数のティース３６が示され、隣接するティース３６の間の隙間空間であるスロット３８が僅かに示され、スロット３８からステータコア３２の軸方向の両側に引き出されたコイル巻線がコイルエンド部３４を形成する様子が示される。
【００２７】
図３は、図２のＡ部を内径側から見た様子を示す図、図４は、図３のＳ−Ｓ線に沿った断面の様子を示す図である。図３では、ステータコア３２がティース３６として示され、スロット３８がその中に配置される絶縁シート４０が見える様子が示される。図４に示されるように、この絶縁シートの中のコイル巻線５０の部分が、スロット巻線３３に相当するである。図３では、ステータコア３２の上部側および下部側のコイルエンド部３４のそれぞれにおいて、２つのコイル巻線５０が重なりあう様子が示されている。
【００２８】
ステータコア３２のスロット３８内では、図４に示されるように、１本のコイル巻線５０が順次積み重ねられて挿入される。つまり、回転電機１０の三相の同じ相のコイル巻線５０が隣接して積み重ねられて配置される。１本のコイル巻線５０は、銅線等で構成される導体部５２と、その上に、ポリアミド（ＰＡ）等の熱可塑性樹脂から構成される絶縁性皮膜部５４を有する。
【００２９】
導体部５２の材質は、銅以外の良導体金属であってもよい。絶縁性皮膜部５４の材質は、ポリアミド以外のものを用いることができる。例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエステル（ＰＥ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）等を用いることができる。導体部５２の上に絶縁性皮膜部５４を形成する方法としては、熱可塑性樹脂と溶剤の混合物である絶縁ワニスを導体部５２の上に塗布し、適当な焼付炉で焼付する方法を用いることができる。
【００３０】
導体部５２は、矩形形状の基本断面形状を有し、その矩形形状の各辺が外側に湾曲した断面形状を有する。この各辺が外側に湾曲した形状は、絶縁性皮膜部５４を形成するときに絶縁ワニスの表面張力によってその膜厚が角部で厚く、辺部で薄くなることを考慮して設定される。
【００３１】
導体部５２の断面の湾曲形状の設定について、図５、図６を用いて説明する。図５は、矩形を基本断面形状としてその各辺が外側に湾曲する形状を有する導体部５２に、絶縁性皮膜部５４を形成したコイル巻線５０の断面図である。図６は、比較のための図で、矩形断面形状を有する導体部６２に絶縁性皮膜部６４を形成したコイル巻線６０の断面図である。
【００３２】
上記のように、熱可塑性樹脂を含む絶縁ワニスを導体部５２，６２に塗布して、絶縁性皮膜部５４，６４を形成する方法では、流動体である絶縁ワニスの表面張力で、導体部５２，６２の角部の膜厚が厚くなり、その分、隣接する角部の間の部分である辺部のところで膜厚が薄くなる。このことから、導体部６２が矩形断面形状を有する図６の場合には、コイル巻線６０の全体断面図としては、矩形形状ではなく、角部が張り出し、その分、各辺のところにくぼみ６６，６８ができる。
【００３３】
このコイル巻線６０に他のコイル巻線を積み重ねると、この張り出した角部同士で接触することになる。図６で、張り出した角部の外側を結ぶ包絡線を破線で示したが、この包絡線で囲まれた矩形形状が、コイル巻線６０の占有断面積に相当する。図６では、くぼみ６６，６８の部分が包絡線形状との間の隙間となって、占積率は、くぼみ６６，６８の分、低い値となる。
【００３４】
図５では、図６で説明した絶縁ワニスの流動性と表面張力を考慮し、導体部５２の基本断面形状を矩形としながら、その各辺が外側に湾曲する形状を有するものとしている。具体的には、矩形形状の長辺に曲率半径Ｒ1の湾曲を付し、短辺に曲率半径Ｒ2の湾曲を付す。曲率半径Ｒ1，Ｒ2の大きさは、導体部５２の角部における絶縁性皮膜部５４の厚さと、各辺における絶縁性皮膜部の厚さが同じとなるように、絶縁ワニスの表面張力を考慮して設定される。
【００３５】
このように曲率半径Ｒ1，Ｒ2の大きさを設定することで、コイル巻線５０の断面における外形の包絡線で囲まれる矩形形状と、コイル巻線５０の外形との間にくぼみ５６，５８による隙間がほとんど生じないようにできる。換言すれば、このコイル巻線６０に他のコイル巻線を積み重ねるとき、隣接する導体部との間で、導体部の各側面の中心部分とこれに向かい合う隣接する導体部の各側面の中心部分の間の絶縁性皮膜部を挟む距離Ｌを最短とするように、曲率半径Ｒ1，Ｒ2の大きさが設定される。これによって、例えばスロット３８にコイル巻線５０を積み重ねて挿入したときに、図６で説明したコイル巻線６０に比べて、占積率が格段に向上する。
【００３６】
なお、上記では、導体部５２の基本断面形状を矩形として説明したが、基本断面形状が多角形の場合でも、その角部と各辺部の間で同様の膜厚差が生じるので、各辺を外側に湾曲させた断面形状とすることがよい。また、上記において、絶縁ワニスを用いて絶縁性皮膜部を形成するものとして説明したが、その他の形成方法であっても、熱可塑性樹脂、あるいはこれを含む混合物が流動性を有している場合にも、同様に、各辺を外側に湾曲させた断面形状とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明に係る絶縁性皮膜付導線は、回転電機の固定子巻線等に利用できる。
【符号の説明】
【００３８】
１０ 回転電機、１２ モータケース、１４ ロータ軸、２０ ロータ、２２ ロータコア、２４ 永久磁石、３０ ステータ、３２ ステータコア、３３ スロット巻線、３４ コイルエンド部、３６ ティース、３８ スロット、４０ 絶縁シート、５０，６０ コイル巻線、５２ 導体部、５２，６２ 導体部、５４，６４ 絶縁性皮膜部、５６，５８ くぼみ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻線枠に順次巻線されるコイル巻線用の絶縁性皮膜付導線であって、
多角形状の基本断面形状を有する導体部と、
導体部の上に設けられ熱可塑性樹脂で構成される絶縁性皮膜部と、
を有し、
導体部は、巻線されたときの隣接する導体部の間で、導体部の各側面の中心部分とこれに向かい合う隣接する導体部の各側面の中心部分の間の絶縁性皮膜部を挟む距離が最短となるように、基本断面形状の各辺が湾曲した断面形状を有することを特徴とする絶縁性皮膜付導線。
【請求項２】
請求項１に記載の絶縁性皮膜付導線において、
絶縁性皮膜部は、熱可塑性樹脂で形成されることを特徴とする絶縁性皮膜付導線。
【請求項３】
請求項２に記載の絶縁性皮膜付導線において、
導体部の各辺のそれぞれの湾曲の大きさは、導体部の多角形状の角部における絶縁性皮膜部の厚さと、各辺における絶縁性皮膜部の厚さの相違に基づいて予め設定されることを特徴とする絶縁性皮膜付導線。
【請求項４】
請求項３に記載の絶縁性皮膜付導線において、
導体部は、正方形または矩形形状の基本断面形状を有することを特徴とする絶縁性皮膜付導線。
【請求項５】
ロータ軸に取り付けられる回転子であるロータと、
ロータの外周側に設けられ、コイル巻線用の絶縁性皮膜付導線を含む固定子であるステータと、
を備え、
絶縁性皮膜付導線は、
多角形状の基本断面形状を有する導体部と、
導体部の上に設けられ熱可塑性樹脂で構成される絶縁性皮膜部と、
を有し、
導体部は、巻線されたときの隣接する導体部の間で、導体部の各側面の中心部分とこれに向かい合う隣接する導体部の各側面の中心部分の間の絶縁性皮膜部を挟む距離が最短となるように、基本断面形状の各辺が湾曲した断面形状を有することを特徴とする回転電機。
【請求項１】
巻線枠に順次巻線されるコイル巻線用の絶縁性皮膜付導線であって、
多角形状の基本断面形状を有する導体部と、
導体部の上に設けられ熱可塑性樹脂で構成される絶縁性皮膜部と、
を有し、
導体部は、巻線されたときの隣接する導体部の間で、導体部の各側面の中心部分とこれに向かい合う隣接する導体部の各側面の中心部分の間の絶縁性皮膜部を挟む距離が最短となるように、基本断面形状の各辺が湾曲した断面形状を有することを特徴とする絶縁性皮膜付導線。
【請求項２】
請求項１に記載の絶縁性皮膜付導線において、
絶縁性皮膜部は、熱可塑性樹脂で形成されることを特徴とする絶縁性皮膜付導線。
【請求項３】
請求項２に記載の絶縁性皮膜付導線において、
導体部の各辺のそれぞれの湾曲の大きさは、導体部の多角形状の角部における絶縁性皮膜部の厚さと、各辺における絶縁性皮膜部の厚さの相違に基づいて予め設定されることを特徴とする絶縁性皮膜付導線。
【請求項４】
請求項３に記載の絶縁性皮膜付導線において、
導体部は、正方形または矩形形状の基本断面形状を有することを特徴とする絶縁性皮膜付導線。
【請求項５】
ロータ軸に取り付けられる回転子であるロータと、
ロータの外周側に設けられ、コイル巻線用の絶縁性皮膜付導線を含む固定子であるステータと、
を備え、
絶縁性皮膜付導線は、
多角形状の基本断面形状を有する導体部と、
導体部の上に設けられ熱可塑性樹脂で構成される絶縁性皮膜部と、
を有し、
導体部は、巻線されたときの隣接する導体部の間で、導体部の各側面の中心部分とこれに向かい合う隣接する導体部の各側面の中心部分の間の絶縁性皮膜部を挟む距離が最短となるように、基本断面形状の各辺が湾曲した断面形状を有することを特徴とする回転電機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−９０４４１（Ｐ２０１２−９０４４１Ａ）
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３５１６０（Ｐ２０１０−２３５１６０）
【出願日】平成２２年１０月２０日（２０１０．１０．２０）
【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２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２０日（２０１０．１０．２０）
【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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