JP2005312222A - 回転電機の固定子 - Google Patents

Abstract

【課題】 安価で異相間の固定子コイルの絶縁信頼性の高い回転電機の固定子を得る。
【解決手段】 本発明の回転電機の固定子は、固定子鉄心の両端部から突出するように形成された固定子コイルのコイルエンドに装着された相間絶縁紙を備えたもので、固定子の相間絶縁紙は、固定子鉄心の端部に接する辺の中央部がその両端部より突出した形状にしたものである。また、この相間絶縁紙は、ウェッジの中へ差し込む張り出し部を有したものでもよく、固定子鉄心の端部に接する辺の中央が粘着テープまたは接着剤によりウェッジへ固定されてもよい。

【選択図】 図１

Description

本発明は、発電機や電動機等として用いられる回転電機に関し、特に固定子コイルの相間絶縁紙に関する。

従来の固定子の概観を図６に示す。図６は、相間絶縁紙を挿入前の回転電機の固定子を示すものであって、（ａ）は回転電機の固定子の斜視図、（ｂ）はコイルエンドの斜視図である。図において、４１は固定子鉄心、４２はスロット、４３はスロット絶縁、４３ａはスロットライナ、４３ｂはウェッジ、４４は固定子コイル、４６ａは固定子コイルの重なり部である。
回転電機では、固定子鉄心４１の両端部から突出した固定子コイル４４、つまりコイルエンドにおいて、位相が異なる２つの固定子コイル、つまり異相の固定子コイル４４ａ、４４ｂが重なって接触する部分、すなわち固定子コイルの重なり部４６ａが生じる（図６（ｂ）の斜線部）。定格運転時、異相の固定子コイル４４ａ、４４ｂの間に生じる電位差がその放電電圧よりも高い場合、部分放電を常時発生することになり、電線の放電劣化が進展して異相間短絡を招く。そこで、異相の固定子コイル４４ａ、４４ｂが接触しないように、相間絶縁紙が挿入される。
図７は、従来例１による相間絶縁紙を示すものであって、（ａ）は単体の斜視図、（ｂ）は相間絶縁紙を挿入後のコイルエンドの斜視図である。図において、４５は相間絶縁紙、４７ａ，４７ｂはその角部である。巻き方式が重ね巻きの場合は問題にならないが、同心巻きでの大コイルと小コイルの間に挿入されるような、特に１個のスロットに１個のコイルで、スロットの深さが深く、コイル飛びが１から３であるような、相間絶縁紙４５が大きくわん曲する場合、相間絶縁紙４５の２つの角部４７ａ，４７ｂが固定子鉄心４１の端部に当たり、その中央が奥まで入らず、異相の固定子コイル４４ａ、４４ｂが重なって接触する部分４６ｂが残る（図７（ｂ）の斜線部）。また、巻き方式にかかわらず、固定子コイル４４により押さえ付けられる力よりも、コイルエンドを固定紐で緊縛する時に引っ張る力や、形を整えるために固定子コイルを手前に引き出したりハンマリングをしたりする力の方が強い場合、相間絶縁紙４５が最初の位置からずれてしまい、異相の固定子コイル４４ａ、４４ｂが接触するようになる。
なお、相間絶縁紙４５は、耐熱性、電気絶縁性、機械的強度、耐環境性、及び作業性の点において優れる電気絶縁シートで構成される。具体的には全芳香族ポリアミド紙（商品名：ノーメックス、製造メーカ：デュポン帝人アドバンスドペーパー(株)）、電気絶縁用ポリエステルフィルム（商品名：ルミラーＸ１０、製造メーカ：東レ(株)）や、電気絶縁用ポリエステルフィルムの両面に全芳香族ポリアミド紙を接着剤で貼り合わせたノーメックスペーパ複合品（商品名：ＮＴＮ、製造メーカ：日東シンコー(株)）等が用いられる。
そこで、相間絶縁紙４５のずれを防止する対策が考えられている。図８は、従来例２による相間絶縁紙を示すものであって、（ａ）は単体の斜視図、（ｂ）は相間絶縁紙を挿入後の固定子の側断面図である。従来例２では、相間絶縁紙は、結線側の相間絶縁紙と反結線側の相間絶縁紙の間に山折り部を有する繋ぎ部を設け、一体化した形状としている（特許文献１参照）。図において、１は固定子鉄心、２は主コイル、３は補コイル、４は大相間絶縁紙、５は小相間絶縁紙、６は帯状の繋ぎ部である。
主コイル２は、コイルエンドの高さが高い部分２ａとその高さが低い部分２ｂとからなり、補コイル３についても、コイルエンドの高さが高い部分３ａとその高さが低い部分３ｂとからなる。大相間絶縁紙４はコイルエンドの高さが高い主コイル２ａとコイルエンドの高さが高い補コイル３ａの間に挿入されており、小相間絶縁紙５は、コイルエンドの高さが低い主コイル２ｂとコイルエンドの高さが低い補コイル３ｂの間に挿入されている。繋ぎ部６は、大相間絶縁紙４と小相間絶縁紙５とを繋ぐもので、山折りに折り曲げて帯状の幅方向に複数の面を有するようになっている。この繋ぎ部６は、プレスによる一体打ち抜きで製作されたもので、折り曲げがあるため、スロットの中で幅方向に広がってスロットから抜けにくくなり、大相間絶縁紙４と小相間絶縁紙５はお互いに引っ張り合って、最初の位置からのずれを防止している。
また、図９に、従来例３による相間絶縁紙と、コイルエンドに挿入後の斜視図を示す。従来例３では、相間絶縁紙は、繋ぎ部はなく、表方向と裏方向に略三角形の折り曲げ部を設けた形状としている（特許文献２参照）。図において、１２は三相ステータ、１８ａ〜１８ｃは固定子巻線、２０ａ〜２０ｃはコイルエンド、２２は相間絶縁紙、２８ａ〜２８ｃは平面部、３０ａと３０ｂは折り曲げ片部、６０ａと６０ｂは折り曲げ部である。この相間絶縁紙には折り曲げ片部が設けられているため、平面部の変化を吸収し、全体として最初の位置からのずれを防止している。
特開平５−２９２６９３号公報（第３頁、図１及び図４） 特開平７−２９８５３０号公報（第５頁、図２）

従来の回転電機は、コイルエンドにおいて異相の固定子コイルが接触しないように相間絶縁紙を挿入する（従来例１）。しかし、固定子コイルの形状や固定紐の緊縛、整形により、相間絶縁紙を所定の位置に挿入することができず、また最初の位置からずれてしまう場合がある。
また、従来例２では、相間絶縁紙は、結線側の相間絶縁紙と反結線側の相間絶縁紙の間に山折り部を有する繋ぎ部を設け、一体化された形状としている。しかし、相間絶縁紙の設計が複雑であり、打ち抜く機械と冶具が必要である。打ち抜いた中央部は他への転用はできないため材料効率が悪く、繋ぎ部の折り曲げ加工のための機械と冶具も必要である。繋ぎ部の長さ、幅、間隔が固定されるため、同じ製品にしか適用できず汎用性が悪い。さらに、固定子コイルと同時にスロットに挿入していく方式となり、固定子コイルをすべて挿入後に相間絶縁紙をあとから挿入していく方式、つまり後差し方式に適用できず、相間絶縁紙の折れ曲がりや傷つきに対する部分補修もできないという問題がある。
また、従来例３では、相間絶縁紙は、表方向と裏方向に略三角形の折り曲げ部を設けた形状としている。この場合も設計が複雑であり、切断する形状が単純ではないため工数がかかる。折り曲げ加工を行うための機械と冶具が必要であり、略三角形の形に、しかも反対方向に設ける必要がある。さらに、折り曲げ部の長さ、高さ、間隔が固定されるため、同じ製品にしか適用できず汎用性も悪い。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、設計が簡単で、大きく打ち抜いて材料効率を落としたり、複雑な折り曲げを行うことなく、出来上がり寸法による適用機種の制約もなく、後差し方式にも対応できる、つまり、安価で、異相間の固定子コイルの絶縁信頼性の高い回転電機の固定子を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、回転電機の固定子の相間絶縁紙を次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、前記固定子鉄心の端部に接する辺の２つの角部が三角形に切断されているものである。
また、請求項２に記載の発明は、前記固定子鉄心の端部に接する辺の中央に張り出し部を有し、前記張り出し部がウェッジの中へ差し込まれているものである。
また、請求項３に記載の発明は、前記固定子鉄心の端部に接する辺の中央が粘着テープまたは接着剤によりウェッジへ固定されているものである。
また、請求項４に記載の発明は、ウェッジの端部が差し込まれる貫通穴を有し、ウェッジの端部が差し込まれているものである。
また、請求項５に記載の発明は、表面の一部、または全面において、機械的な手法により凹凸が設けられているものである。

回転電機の固定子の相間絶縁紙において、請求項１に記載の発明によると、前記固定子鉄心の端部に接する辺の２つの角部が三角形に切断されているので、固定子鉄心の端部まで相間絶縁紙を挿入することができる。また、このように設計が簡単であり、大きく打ち抜いて材料効率を落としたり、複雑な折り曲げを行うことなく製作でき、出来上がり寸法による適用機種の制約もなく、後差し方式にも対応できる、つまり、安価で汎用性のある形状で、より確実に異相の固定子コイルが接触しないようにすることができる。
また、請求項２に記載の発明によると、前記固定子鉄心の端部に接する辺の中央に張り出し部を有し、前記張り出し部がウェッジの中へ差し込まれているので、相間絶縁紙がさらに固定され、最初の位置からのずれを防止することができる。
また、請求項３に記載の発明によると、前記固定子鉄心の端部に接する辺の中央が粘着テープまたは接着剤によりウェッジへ固定されているので、相間絶縁紙がさらに固定され、最初の位置からのずれを防止することができる。
また、請求項４に記載の発明によると、ウェッジの端部が差し込まれる貫通穴を有し、ウェッジの端部が差し込まれているので、相間絶縁紙がさらに固定され、最初の位置からのずれを防止することができる。
また、請求項５に記載の発明によると、表面の一部、または全面において、機械的な手法により凹凸が設けられているので、相間絶縁紙がさらに固定され、最初の位置からのずれを防止することができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の第１実施例を示すもので、（ａ）は相間絶縁紙単体の斜視図、（ｂ）はコイルエンドの斜視図である。図において、４５ａは相間絶縁紙である。なお、従来と同じ符号のものは同じ機能を示しており、これについては説明を省略する。
本発明が特許文献１と異なる部分は、相間絶縁紙の大きな打ち抜きや複雑な折り曲げをせず、固定子鉄心４１の端部に接する辺の２つの角部４７ａ、４７ｂが三角形に切断されている点である。
本発明の固定子コイルは、つぎの手順で作製する。
固定子鉄心４１のスロット４２の中にスロットライナ４３ａ、次いで固定子コイル４４が挿入され、固定子鉄心４１の端部から軸方向にウェッジ４３ｂが挿入される。そして、異相の固定子コイル４４ａと固定子コイル４４ｂのコイルエンドの間に、相間絶縁紙４５ａが挿入される。
コイルエンドの絶縁手順としては、スロット４２に固定子コイル４４ｂを挿入後、コイルエンドの上に相間絶縁紙４５ａを置いて保持したまま、スロット４２に固定子コイル４４ａを挿入する。または、後差し方式、つまり、スロット４２に固定子コイル４４ｂと固定子コイル４４ａを挿入後、相間絶縁紙４５ａを奥まで挿入する手順でも良い。
本発明によれば、相間絶縁紙４５ａは、固定子鉄心４１の端部に接する辺の２つの角部４７ａ、４７ｂが固定子鉄心４１に当たるということがないので、その中央も奥まで挿入することができる。このようにして、異相の固定子コイルが接触しないようにすることができる。
なお、図において、相間絶縁紙４５ａは、固定子鉄心４１の端部に接する辺と反対側の辺を四角のままで示すが、これは説明用にわかりやすい段階でとどめたもので、実際は丸く裁断される。この裁断は、固定子コイル４４の外形に合わせ、あらかじめ実施しておいてもよいし、挿入後に実施してもよい。

図２は、本発明の第２実施例を示すもので、（ａ）は相間絶縁紙単体の斜視図、（ｂ）はコイルエンドの斜視図である。図において、４５ｂは相間絶縁紙、４８は張り出し部である。相間絶縁紙４５ｂは、固定子鉄心４１の端部に接する辺の中央に張り出し部４８を有しており、張り出し部４８がウェッジ４３ｂの中へ差し込まれる。
これにより、固定子コイル４４ｂのコイルエンドに相間絶縁紙４５ｂを置いた時、簡単に固定することができ、その後に固定子コイル４４ａを重ねた時、さらに緊縛や整形時、相間絶縁紙ｂ４５ｂを最初の位置からずれないようにすることができる。

図３は、本発明の第３実施例を示すもので、（ａ）は相間絶縁紙単体の斜視図、（ｂ）はコイルエンドの斜視図である。図において、４５ｃは相間絶縁紙、４９は粘着テープである。
相間絶縁紙４５ｃを、固定子コイル４４ｂのコイルエンドに置き、前記固定子鉄心４１の端部に接する辺の中央をウェッジ４３ｂの表面に重ねて粘着テープ４９で貼り付ける。これにより、簡単に固定することができ、その後に固定子コイル４４ａを重ねた時、さらに緊縛や整形時、相間絶縁紙４５ｃを最初の位置からずれないようにすることができる。また、粘着テープ４９の代わりに、耐熱性を有するエポキシ樹脂系やシリコーン樹脂系の接着剤を用いて接着、固定しても良い。
なお、本実施例では、相間絶縁紙４５ｃに張り出し部４８があるものを用いたが、材料加工費や汎用性の点から、省略してかまわない。

図４は、本発明の第４実施例の固定子コイル部を示すもので、（ａ）は相間絶縁紙単体の斜視図、（ｂ）はウェッジの斜視図、（ｃ）はコイルエンドの斜視図である。図において、４５ｄは相間絶縁紙、５０は貫通穴、５１はウェッジ、５２は切り欠き部である。
相間絶縁紙４５ｄは、ウェッジ５１の端部が差し込まれる貫通穴５０が設けられ、ウェッジ５１は、切り欠き部５２を有している。そして、固定子コイル４４ｂのコイルエンドに相間絶縁紙４５ｄを置き、ウェッジ５１の切り欠き部５２の部分までを貫通穴５０の中に挿入する。挿入後は、貫通穴５０から出ているウェッジ５１が広がる。これにより、簡単に固定することができ、その後の固定子コイルａ４４ａを重ねた時、さらに緊縛や整形時、相間絶縁紙ｄ４５ｄを最初の位置からずれないようにすることができる。
なお、図において、ウェッジ５１に切り欠き部５２を設けているが、ウェッジ５１の長さが長くできる等、相間絶縁紙４５ｄが充分固定できる場合、省略してかまわない。相間絶縁紙４５ｄは張り出し部４８があるものを示すが、材料加工費や汎用性の点から、省略してもよい。

図５は、本発明の第５実施例の固定子コイル部を示すもので、（ａ）は相間絶縁紙単体の斜視図、（ｂ）はコイルエンドの斜視図である。図において、４５ｅは相間絶縁紙、５３は折り曲げ部である。
相間絶縁紙４５ｅは、表面に山折りと谷折りからなる折り曲げ部５３が設けられている。そして、固定子コイルｂ４４ｂと固定子コイル４４ａの間に挿入すると、折り曲げ部５３が広がる。これにより、簡単に固定することができ、緊縛や整形時、相間絶縁紙４５ｅを最初の位置からずれないようにすることができる。折り曲げはヒートプレス等の機械的な手法で行われる。また、全面ではなく、表面の一部のみでも良い。
なお、図において、相間絶縁紙４５ｅは張り出し部４８があるものを示すが、材料加工費や汎用性の点から、省略してもよい。

相間絶縁紙は、固定子鉄心の端部に接する辺の２つの角部が三角形に切断され、辺の中央の張り出し部がウェッジの中へ差し込まれ、または粘着テープまたは接着剤によりウェッジに固定され、または、ウェッジの端部が差し込まれる穴が設けられ、または表面に凹凸が設けられているものとすることにより、常に、コイルエンドにて異相の固定子コイルが接触しないようにすることができ、放電劣化による巻線焼損を防止でき、回転電機を含めた設備の信頼性を向上することができる。

本発明の第１実施例を示す図で、（ａ）は相間絶縁紙単体の斜視図、（ｂ）はコイルエンドの斜視図である。 本発明の第２実施例を示す図で、（ａ）は相間絶縁紙単体の斜視図、（ｂ）はコイルエンドの斜視図である。 本発明の第３実施例を示す図で、（ａ）は相間絶縁紙単体の斜視図、（ｂ）はコイルエンドの斜視図である。 本発明の第４実施例を示すもので、（ａ）は相間絶縁紙単体の斜視図、（ｂ）はウェッジの斜視図、（ｃ）はコイルエンドの斜視図である。 本発明の第５実施例を示す図で、（ａ）は相間絶縁紙単体の斜視図、（ｂ）はコイルエンドの斜視図である。 回転電機の固定子を示す図で、（ａ）は回転電機の固定子の斜視図、（ｂ）はコイルエンドの斜視図である。 従来例１を示す図で、（ａ）は相間絶縁紙単体の斜視図、（ｂ）はコイルエンドの斜視図である。 従来例２を示す図で、（ａ）は相間絶縁紙単体の斜視図、（ｂ）は固定子の側断面図である。 従来例３を示すコイルエンドの斜視図である。

符号の説明

１ 固定子鉄心
２ 主コイル
２ａ 主コイル（コイルエンドの高さが高い部分）
２ｂ 主コイル（コイルエンドの高さが低い部分）
３ 補コイル
３ａ 補コイル（コイルエンドの高さが高い部分）
３ｂ 補コイル（コイルエンドの高さが低い部分）
４ 大相間絶縁紙
５ 小相間絶縁紙
６ 繋ぎ部
１２ 三相ステータ
１８ａ〜１８ｃ 固定子巻線
２０ａ〜２０ｃ コイルエンド
２２ 相間絶縁紙
２８ａ〜２８ｃ 平面部
３０ａ、３０ｂ 折り曲げ片部
６０ａ、６０ｂ 折り曲げ部
４１ 固定子鉄心
４２ スロット
４３ スロット絶縁
４３ａ スロットライナ
４３ｂ ウェッジ
４４ 固定子コイル
４４ａ、４４ｂ 固定子コイル
４５、４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、４５ｅ 相間絶縁紙
４６ａ、４６ｂ 固定子コイルの重なり部
４７ａ、４７ｂ 角部
４８ 張り出し部
４９ 粘着テープ
５０ 貫通穴
５１ ウェッジ
５２ 切り欠き部
５３ 折り曲げ部

Claims (5)

1. 回転子鉄心と空隙を介して対向させ複数のスロットを有する固定子鉄心と、前記スロット内に巻回され前記固定子鉄心の両端部から突出するように形成された固定子コイルと、前記スロットのスロットライナ及びウェッジにより形成されたスロット絶縁と、前記固定子コイルのコイルエンドに装着された相間絶縁紙とを備えた回転電機の固定子において、
   前記固定子の相間絶縁紙は、前記固定子鉄心の端部に接する辺の中央部がその両端部より突出した形状であることを特徴とする回転電機の固定子。
2. 前記相間絶縁紙は、前記固定子鉄心の端部に接する辺の中央に、ウェッジの中へ差し込む張り出し部を有していることを特徴とする請求項１記載の回転電機の固定子。
3. 前記相間絶縁紙は、前記固定子鉄心の端部に接する辺の中央が粘着テープまたは接着剤によりウェッジへ固定されていることを特徴とする請求項１または２記載の回転電機の固定子。
4. 前記相間絶縁紙は、ウェッジの端部が差し込まれる貫通穴を有していることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機の固定子。
5. 前記相間絶縁紙は、表面の少なくとも一部に機械的な手法により凹凸が設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の回転電機の固定子。

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