JP2006034094A - ステータスロットの絶縁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単かつ明瞭に構成され、ステータスロットの完全な絶縁を保証する、電気機械のステータスロットの絶縁装置を提供することである。
【解決手段】 本発明に係る絶縁装置は、複数のハンマーと、各ハンマーの間にあるステータスロットとを有するステータを備えている電気機械におけるステータスロットの絶縁装置において、ステータスロットの形状に応じて適合化された成形部（１４乃至２０）を有し、軸方向においてステータを被覆することが可能な絶縁体を備えている形式の装置であって、絶縁体に装着された位相巻線（３４）および巻線端部（３６）をステータの端面において案内して被覆するように、絶縁体の端面と連結可能なカバー装置（４２）を備えていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数のハンマーと、各ハンマーの間にあるステータスロットとを有するステータを備えている電気機械におけるステータスロットの絶縁装置に関する。

本発明の主要な利用分野は、インナーロータ型モータ又はアウターロータ型モータとして設計された、ブラシレス直流モータ及びその他の永久磁石モータの分野である。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではなく、一般に、あらゆる種類の電気モータや発電機に適用可能である。

インナーロータ型の設計をもつ電気モータは、モータシャフトに取り付けられて一つ又は複数の永久磁石を取り囲むロータ構造と、環状のステータ保磁子と、例えば多数の積層された金属板からなるステータ構造とを備えている。このステータ構造は、リング状のステータ保磁子と、このステータ保磁子から内方に向かって突出するハンマーとを有する。ハンマーには位相巻線が巻回されている。ロータ構造は、ステータ構造に同軸に挿入されている。アウターロータ型モータでは、ロータがステータを同軸に取り囲む。

ステータのハンマーに電気機械の位相巻線を巻回す前に、ハンマーを電気的に絶縁しなければならない。この目的のために、プラスチックからなるコイル支持体によりハンマーを被覆することが知られている。また、ハンマーと、各ハンマーの間にあるステータスロットとにプラスチック被覆を形成することも知られている。さらに、従来の技術では、軸方向に両側からステータに装着可能な、ハンマー及びステータスロットの形状に応じて適合化された成形部を有する第１及び第２の部分を備えた、プラスチックからなる二部分により構成される絶縁体が知られている。この絶縁体の両部分は、軸方向において、ハンマー及びステータスロットに応じて適合化された成形部が、ステータに装着された後、その一部分がステータスロットの軸方向に亘って延び、それぞれの境界面が互いに突き合わされるように設定されている。両部分の合計がステータの軸方向長さよりも短いと、絶縁体の二つの部分を製造するときの公差に応じて、両部分の間に間隙が生じる場合がある。又は、絶縁体の両部分の合計がステータの軸方向長さよりも長いと、絶縁体の両部分が互いに重なり合い、その重なり合う領域の材料の厚さが原因となって、絶縁体とステータとの間に間隙が生じる可能性がある。絶縁体の両部分の間の間隙により、ステータのハンマーが位相巻線に対して十分に絶縁されない可能性がある。さらに、絶縁体とステータ材料との間の間隙には、漏れ電流領域が生じるおそれがある。従来の技術より、重なり合う領域に屈曲又は斜面を有する二部分からなる絶縁体も知られている。

このような絶縁体を有する従来の技術の電気機械では、ステータに巻回された位相巻線と巻線端部とが個別に結束されて、ステータに固定され、又は、ステータから離隔するように案内されるのが通常である。この工程は、非常に高い作業コストが掛かり、巻回されたステータの位相巻線がしばしば不明瞭に配置され、各巻線端部がどこでステータから引き出されているのか容易に認識できないことがある。

本発明の課題は、簡単かつ明瞭に構成され、ステータスロットの完全な絶縁を保証する、電気機械のステータスロットの絶縁装置を提供することである。

本発明は、ステータスロットの形状に応じて適合化された成形部を有する絶縁体を意図している。この絶縁体は、軸方向からステータに装着することが可能である。絶縁体の端面には、絶縁体に装着された位相巻線をステータの端面において明瞭な形で案内して被覆するために、カバー装置が設けられている。実際問題としては、絶縁体がステータに装着された後、ステータハンマーの周囲に位相巻線を巻回し、この位相巻線がステータスロットに充填され、ステータの端面に巻線端部が形成される。位相巻線と巻線端部を秩序ある形でまとめて案内するために、巻線端部が引き出されるべきステータの端面に、カバー装置が設けられる。

カバー装置は、例えば環状のカバープレートとして構成されていればよく、このカバープレートは、絶縁体とカバープレートとの間で位相巻線を包囲するために、成形部と間隔を隔てて絶縁体に保持される。又は、ステータの両方の端面にこのようなカバープレートを設けることもできる。この実施の形態は、ステータスロットの絶縁装置が、同時に、位相巻線を被覆する役割も担うことができるので、巻線端部がステータの外面において案内され、ステータが外部の影響から保護され、他のモータ部品をステータに取り付けることができるという利点がある。

カバー装置は、巻線端部を案内するための少なくとも一つの通路と、配線板等のモータ電子装置の部品を取り付けるための手段と、巻線端部を固定するための手段と、を備えていることが好ましい。このような方策により、電気モータの構造が簡易かつ明瞭になる。すなわち、モータ電気装置及びモータ電子装置の様々な構成要素をカバープレートにより案内して固定することができるので、それらの構成要素に保持・クランプ構成部品を追加する必要がない。位相巻線と巻線端部とを個別に結束したり、その他の方法によりステータに固定して案内することを必要としない。

本発明の格別に好都合な実施の形態では、カバー装置は、スナップフックを介して絶縁体の部分と連結される。

さらに本発明は、ステータのステータスロットの形状に適合した成形部を有する第１及び第２の部分を有する二部分からなる絶縁体を想定している。この絶縁体の両部分は、軸方向の両側からステータに装着することが可能であり、絶縁体の各部分は以下のように設計される。すなわち、軸方向においてステータスロットに応じて適合化された成形部が、ステータに装着されて、少なくとも部分的にステータスロットの軸方向長さに亘って延在し、軸方向において互いに重なり合うように設計されている。絶縁体の両部分が重なり合う領域では、第１の部分の成形部の第１のグループが、第２の部分の、それと対向する成形部に係合し、第１の部分の成形部の第２のグループは、第２の部分の、それと対向する成形部を包み込む。このように、従来の技術の場合とは異なり、絶縁体の両部分は、平坦な面において互いに接するのではない。また、重なり合う領域において第１の部分が第２の部分に全面的に差し込まれたり、その逆に差し込まれるように構成されているのでもない。むしろ絶縁体の両部分は、重なり合う領域において、第１の部分の成形部の一部が第２の部分の対応する成形部を包み込み、第１の部分のその他の部分は、第２の部分の対応する成形部に嵌挿されるように構成されている。偶数個のハンマー若しくはスロットを有するステータについては、第１及び第２の部分の成形部は、それぞれ他方の部分の対応する対向する成形部に交互に嵌挿され、又は、それを包み込むように構成されることが好ましい。それにより、絶縁体の両部分の間において格別に緊密な接触が生じるとともに、重なり合う領域における空気の侵入や間隙の形成をほぼ回避することができる。本発明の好適な実施の形態においては、絶縁体の両部分は同一構造であり、重なり合う領域において上下に嵌挿されている。このことは、絶縁体製造に多種の金型を要さず、同一の金型を用いて必要な絶縁体を製作することができるという利点がある。

本発明の好適な実施の形態では、第１の部分の第１及び第２のグループの成形部は重なり合う領域に外側面取り部又は内側面取り部を有し、第２の部分の対応する対向する成形部は、これと相補的に内側面取り部又は外側面取り部を有する。外側面取り部及び内側面取り部に代えて、外側屈曲部若しくは外側に位置する段部、又は、内側屈曲部若しくは内側に位置する段部を、絶縁体の両部分の成形部の互いに対向する縁部に設けることもできる。重なり合う領域に屈曲部又は段部を構成することは、絶縁体の両部分が組み合わせられた後、常に絶縁体の一定の壁厚が得られるという利点がある。但し、製造技術上の見地からは、屈曲部又は段部は、特に壁厚が薄い場合、射出成形プロセスのときに好ましくないフローラインが生じるという欠点がある。

傾斜した重なり合う領域を設けることにより、特に薄い壁厚が意図される場合に、射出成形プロセスにとって好都合な壁厚形状が得られる。第１及び第２の部分の成形部は、重なり合う領域で、別な方法によっても材料厚さの減少を図ることができる。こうして、絶縁体の両部分が組み合わされた後、段差のない平滑な壁面を得て、この壁面がステータのハンマー及びスロットに面として密着する。

上述した絶縁体の様々な実施の形態は、絶縁体の両部分が組み合わせられた後、平坦で段差のない絶縁層が得られ、この絶縁層がステータのハンマーとスロットとに密着し、空気の侵入や間隙形成のおそれなしに、ハンマーとスロットを確実に絶縁するという利点がある。

実際問題としては、絶縁体がステータに装着された後、ステータスロットに位相巻線を巻回して、位相巻線がステータスロットに充填され、ステータの両方の端面において巻線端部を形成する。カバー装置を絶縁体の第１又は第２の部分の端面に取り付けることにより、位相巻線の装着後、ステータのそれらの端面において巻線端部を被覆することができる。

絶縁体とカバープレートとは、プラスチック射出成形品であるのが好ましい。

次に、図面を参照しながら、好適な実施の形態を取り上げて、本発明について詳細に説明する。

以下においては、インナーロータ型の設計をもつブラシレス直流モータを例にとって本発明を説明する。しかしながら、当業者であれば理解できるように、本発明の原理はあらゆる種類の電気モータや発電機に適用可能である。

図１は、本発明に係る二部分からなる絶縁体の斜視図が示されている。絶縁体は、第１の部分１０と第２の部分１２とを備えている。絶縁体の両部分１０，１２の各々は、絶縁体１０，１２が装着されるべきステータのステータスロットの形状に応じて適合化された成形部１４，１６，１８，２０を有している。図１に示すように、各々の成形部１４，１６，１８，２０はステータスロットを完全に外装し、二つのステータスロットの間にあるハンマーの側面は、隣接する成形部によって絶縁被覆が施されている。第１の部分１０の成形部１４，１６及び第２の部分１２の成形部１８，２０は、図示した実施の形態では、それぞれ安定化リング２２乃至２４によって連結されている。

図１に示す実施の形態においては、第１の部分１０において一つおきに配置される成形部１６は外側面取り部２６を有し、その他の成形部１４は内側面取り部２７を有する。それに応じて、第２の部分１２においても一つおきに配置される成形部１８は外側面取り部２８を有し、第２の部分１２のその他の成形部２０は相応の内側面取り部３０を有する。成形部１８は、第１の部分１０の内側面取り部２７を有する成形部１４と対向配置されている。

絶縁体の両部分１０，１２がステータに装着されると、これらは内側面取り部及び外側面取り部２６，２７，２８，３０の領域において、両部分１０，１２の成形部１４，１６，１８，２０が交互に噛み合うように重なり合う。即ち、第１の部分の成形部１４が第２の部分の成形部１８を把持すると、第２の部分の隣接する成形部２０は第１の部分の対応する隣接する成形部１６を把持する。それにより、絶縁体の両部分１０，１２の間において格別に緊密な接触が得られる。

図１に示す面取り部２６，２７，２８，３０に代えて、重なり合う領域において内側屈曲部と外側屈曲部とを成形部に設けることもできる。重なり合う領域における成形部の材料厚さを例えば階段状に減少させていき、絶縁体の第１及び第２の部分１０，１２が組み合わせられると、均等な厚さの閉じた絶縁壁を形成することも可能である。

図２は、本発明の別の実施の形態に係る、ステータスロットの絶縁装置を備えたステータ本体の切断斜視図を示している。図２では、絶縁体の両部分１０，１２は組み合わせられた状態で、即ち、ステータに装着された状態で図示されている。図２において、両部分１０，１２の間の移行部（継ぎ目）は示されていない。図２の実施の形態では、絶縁体は図１と同様な構成にすることができるが、両部分のうちの一方が実質的にステータの軸方向長さ全体に亘って延在しており、それに対して他方の部分は、依然として開放されているステータの端面だけを被覆することも可能である。ステータのステータハンマー３２は、全体として絶縁体の第１及び第２の部分により取り囲まれており、絶縁されたステータハンマー３２は、ステータの端面に巻線端部３６を形成する位相巻線３４を支持している。位相巻線３４と巻線端部３６とは、図２には模式的にのみ図示されている。絶縁体の第２の部分１２は、図１の実施の形態の場合と同様に、安定化リング２４を有する。絶縁体の第１の部分１０では、この安定化リングは、巻線端部３６の上でカバープレート４２を固定する役割を担うスナップフック３８，４０により置き換えられている。当然のことながら、例えばカム（図示せず）を設けること等による、各部分１０，１２とカバープレート４２とのこれ以外の適当な連結も本発明の範疇に含まれる。

カバープレート４２は、位相巻線を案内し、巻線端部を覆い、ステータの内部に配置された電気モータの可動部品に対して巻間の境界になる役割を担う。カバープレート４２は、電気モータの様々な電気コンポーネント及び電子コンポーネントの案内及び取り付けを行うための手段を追加的に有する。例えば、カバープレート４２には、位相巻線の収容及び案内を行うための通路４４が設けられており、また、巻線端部の収容及び位置決めを行うための案内部材４６が一体成形されている。案内部材４６は、例えば、閉じたスリーブ又は部分的に開いたスリーブのような形態で構成されていてもよい。さらに、カバープレート４２には、図３を参照して説明するように、特に配線板等の電気モータのさらに別の電子部品を取り付けるための手段が設けられている。位相巻線を収容して案内するための通路４４、及び、巻線端部を収容して位置決めするための追加の案内部材４６をカバープレートに設けることにより、位相巻線の引き回し及び統合の機能も有し、巻線端部を秩序ある形で引き出すことができる、一体化された絶縁体を提供することが可能である。それにより、全体としてステータの組み立てが簡素化されるとともに、従来の技術によるスロット絶縁を備えたステータよりも電気機械内部における接続が簡単かつ明瞭になる。

図３は、図２に類似する図面を示しているが、図３においては、ステータが完全に閉じられて、センサ配線板４８の端面に装着されている。図２と対応する部品には同じ符号が付されており、再度個々に説明することはしない。図３には、位相巻線を収容するための通路４４を有する、ステータの端面に装着されたカバープレート４２が示されている。カバープレート４２には、巻線端部のための案内部材４６が設けられている。さらに、カバープレート４２には、センサ配線板４８を収容するための配線板支持体５０が取り付けられている。配線板支持体５０は、別個の構成部品としてカバープレート４２に取り付けることができ、又は、カバープレートと一体的に構成されていてもよい。図示した実施の形態では、カバープレート４２、案内部材４６及び配線板支持体５０は、例えばプラスチックの射出成形により一体的な構成部品として製作されている。絶縁体の両部分１０，１２も、プラスチックで射出成形により製作されるのが好ましい。

センサ配線板４８は、例えば回転位置を検出するために必要なセンサ装置や、ブラシレス直流モータを制御するための電子部品等を収容することができる。

図４は、ステータスロットを絶縁する本発明に係る装置が使用された電気モータの縦断面図を示している。対応する部品には、図１乃至図３の場合と同じ符号が付されている。

図４に示す電気モータの縦断面図には、一体化されたロータ保磁子５４とその上に装着された永久磁石５６とを備えたシャフト５２が模式的に示されている。ロータ構造５４，５６はステータに挿入されているが、図４においてはこのステータを、ステータハンマー３２と巻線端部３６と絶縁体の両部分１０，１２とにより模式的に図示している。絶縁体の第１の部分１０は、センサ配線板等を収容することができるカバープレート４２を支持している。さらに、シャフト５２の上には、ロータ位置を検出するための制御磁石７２を支持するロータハブ５８が装着されている。制御磁石７２に対向する位置にはセンサ配線板（図示せず）が配置され、このセンサ配線板は、ロータ位置を検出してロータ位置から例えば転流信号を導き出すために、例えばホールセンサ及び／又はコイルを支持する。ステータ及びロータはハウジング壁６０により包囲されており、シャフト５２の駆動側において、シャフト５２を支持するための軸受６２がこのハウジング壁に組み込まれている。シャフト５２のそれと対向する端部には、モータの蓋６６に組み込まれた軸受６４が配置されている。

図４は、ステータスロットを絶縁する本発明に係る装置を使用することができる電気モータの一例としての役割を担うにすぎず、本発明は、いかなる形においても、図示した実施の形態に限定されるものではない。以上の説明、請求項及び図面に開示されている構成要件は、単独でも任意の組み合せの形態でも、本発明を様々な構成において具現化するために有意義であり得る。

本発明に係る二部分からなる絶縁体を示す斜視図である。 本発明に係る絶縁装置が装着されたステータを示す、切断した部分的な斜視図である。 本発明に係る絶縁装置が装着されたステータを示す斜視外観図である。 本発明に係る絶縁装置を備えた電気モータを示す縦断面図である。

符号の説明

１０ 絶縁体の第１の部分
１２ 絶縁体の第２の部分
１４，１６，１８，２０ 成形部
２２，２４ 安定化リング
２６，２８ 外側面取り部
２７，３０ 内側面取り部
３２ ステータハンマー
３４ 位相巻線
３６ 巻線端部
３８，４０ スナップフック
４２ カバープレート
４４ 通路
４６ 案内部材
４８ センサ配線板
５０ 配線板支持体
５２ シャフト
５４ ロータ保磁子
５６ 永久磁石
５８ ロータハブ
６０ ハウジング壁
６２，６４ 軸受
６６ 蓋
７２ 制御磁石

Claims (17)

1. 複数のハンマーと、前記各ハンマーの間にあるステータスロットとを有するステータを備える電気機械におけるステータスロットの絶縁装置において、
   前記ステータスロットの形状に応じて適合化された成形部（１４乃至２０）を有し、軸方向において前記ステータに装着することが可能な絶縁体を備えている形式の装置であって、
   前記絶縁体に装着された位相巻線（３４）および巻線端部（３６）を前記ステータの端面に案内して被覆するように、前記絶縁体の端面と連結可能なカバー装置（４２）を備えていることを特徴とする、電気機械におけるステータスロットの絶縁装置。
2. 前記カバー装置は、前記成形部（１４乃至２０）と間隔をおきながら前記絶縁体に保持される環状のカバープレート（４２）を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記カバー装置は、前記位相巻線および巻線端部を案内するための通路（４４）を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記カバー装置は、配線板を取り付けるための手段（５０）を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記カバー装置は、前記位相巻線の端部を固定して引き出すための手段（４６）を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記カバー装置（４２）は、スナップフック（３８，４０）を介して前記絶縁体と連結されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記絶縁体及び前記カバー装置は、プラスチック射出成形品を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記絶縁体は、前記軸方向において両側から前記ステータに装着することが可能な、前記ステータスロットの形状に応じて適合化された前記成形部（１４乃至２０）を有する第１及び第２の部分（１０，１２）を備えており、前記絶縁体の各々の前記部分は前記軸方向において、前記第１及び第２の部分（１０，１２）の前記ステータスロットに応じて適合化された前記成形部（１４乃至２０）が少なくとも部分的に前記ステータスロットの軸方向長さに亘って延在して、前記軸方向において互いに重なり合うように設計されており、前記第１の部分（１０）の前記成形部（１６）の第１のグループは、前記第２の部分（１２）の、前記成形部（１６）の第１のグループと対向する前記成形部（２０）に係合し、前記第１の部分（１０）の前記成形部（１４）の第２のグループは、前記第２の部分の、前記成形部（１４）の第２のグループと対向する前記成形部（１８）を把持することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の装置。
9. 複数のハンマーと、前記各ハンマーの間にあるステータスロットとを有するステータを備える電気機械におけるステータスロットの絶縁装置において、
   前記ステータスロットの形状に応じて適合化された成形部（１４乃至２０）を含む第１及び第２の部分（１０，１２）を有する二部分からなり、軸方向において両側から前記ステータに装着することが可能な絶縁体を備え、前記絶縁体の各々の部分は、前記軸方向において前記第１及び第２の部分（１０，１２）の前記ステータスロットに応じて適合化された前記成形部（１４乃至２０）が少なくとも部分的に前記ステータスロットの軸方向長さに亘って延在して、前記軸方向において互いに重なり合うように設計されており、前記第１の部分（１０）の前記成形部（１６）の第１のグループは、前記第２の部分（１２）の、前記成形部（１６）の前記第１のグループと対向する前記成形部（２０）に係合し、前記第１の部分の前記成形部（１４）の第２のグループは、前記第２の部分（１２）の、前記成形部（１４）の前記第２のグループと対向する前記成形部（１８）を把持することを特徴とする、電気機械におけるステータスロットの絶縁装置。
10. 前記重なり合う領域において、前記第１の部分（１０）の前記第１のグループの前記成形部（１４）は内側面取り部を有するとともに、前記第２の部分（１２）の、前記第１のグループの前記成形部（１４）と対向する前記成形部（１８）は外側面取り部を有しており、前記第１の部分（１０）の前記第２のグループの前記成形部（１６）は外側面取り部を有するとともに、前記第２の部分（１２）の、前記第２のグループの前記成形部（１６）と対向する前記成形部（２０）は内側面取り部を有していることを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 前記重なり合う領域において、前記第１の部分（１０）の前記第１のグループの前記成形部（１４）は外側屈曲部を有するとともに、前記第２の部分（１２）の、前記第１のグループの前記成形部（１４）と対向する前記成形部（１８）は内側屈曲部を有しており、前記第１の部分（１０）の前記第２のグループの前記成形部（１６）は内側屈曲部を有するとともに、前記第２の部分（１２）の、前記第２のグループの前記成形部（１６）と対向する前記成形部（２０）は外側屈曲部を有していることを特徴とする請求項９に記載の装置。
12. 前記第１のグループの前記成形部（１４，１８）と前記第２のグループの前記成形部（１６，２０）が交互に相並んで配置されることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 前記絶縁体に装着された位相巻線（３４）および巻線端部（３６）を前記ステータの端面に案内して被覆するように、前記絶縁体の前記第１又は第２の部分（１０，１２）の端面と連結可能なカバー装置（４２）を備えることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか一項に記載の装置。
14. 前記カバー装置は、前記位相巻線および巻線端部を案内するための通路（４４）を有することを特徴とする請求項１３に記載の装置。
15. 前記カバー装置は、配線板を取り付けるための手段（５０）を有することを特徴とする請求項１３又は１４に記載の装置。
16. 前記カバー装置は、前記巻線の端部を固定するための手段（４６）を有することを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか一項に記載の装置。
17. 前記絶縁体は、二つのプラスチック射出成形品を有することを特徴とする請求項１３乃至１６のいずれか一項に記載の装置。

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