JP2007221859A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】固定子の静電容量を低減することができ、固定子コアと巻線との間の電気絶縁を確保することができる回転電機を提供すること。
【解決手段】回転子２と、この回転子２の径方向外側に対向配置された固定子１とを有する。固定子１は、周方向に沿って配置された複数のスロットが形成された円筒形の固定子コア１１と、固定子コア１１のスロットに挿入されて固定子コア１１の軸方向両端面から突出する固定子巻線６と、固定子コア１１の軸方向両端面の入り口部分において固定子巻線６と固定子コア１１との間に形成された隙間に配置された封止部材２０とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、乗用車や家電に搭載されたコンプレッサの回転駆動等に使用される回転電機に関する。

従来から、互いに独立した多数の空孔が形成された絶縁フィルムの両側を空孔を内含しない絶縁フィルムで挟み込んだ絶縁部材を固定子コアと巻線の間に挿入してこれらの間の静電容量を小さくすることにより、これらの間に生じる漏れ電流を低減した圧縮機用モータが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、従来から、固定子コアのスロット部の形状やスロット内に挿入される絶縁紙の形状に凹凸を持たせることにより、絶縁紙とスロットとの間の距離を大きくして静電容量を低減することにより、固定子コアと巻線の間に生じる漏れ電流を低減した電動機が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００１−２１８４０８号公報 特開平８−１０７６４２号公報

ところで、特許文献１に開示された圧縮機用モータでは、巻線と絶縁部材の間や絶縁部材と固定子コアの間に存在する隙間に、絶縁フィルムや空気よりも誘電率の高い冷媒が侵入することにより静電容量が増加するという問題があった。また、空孔が形成された絶縁フィルムの両側を空孔を内含しない別の絶縁フィルムで挟み込んだ絶縁部材はある程度の厚みを有するため、スロット内が狭くなって巻線の占積率を低下させ、モータ（回転電機）の性能が低下するという問題があった。

また、特許文献２に開示された電動機では、静電容量低下のために固定子コアや絶縁紙に凹凸を持たせることにより、固定子において磁路を狭くすることになり、性能を低下させるという問題があった。また、固定子コアと絶縁紙の間の隙間に冷媒が侵入すれば、特許文献１に開示されたモータと同様に、静電容量が増加するという問題があった。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、固定子の静電容量を低減することができ、固定子コアと巻線との間の電気絶縁を確保することができる回転電機を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の回転電機は、回転子と、この回転子の径方向外側に対向配置された固定子とを有しており、固定子は、周方向に沿って配置された複数のスロットが形成された円筒形の固定子コアと、固定子コアのスロットに挿入されて固定子コアの軸方向両端面から突出する固定子巻線と、固定子コアの軸方向両端面の入り口部分において固定子巻線と固定子コアとの間に形成された隙間に配置された封止部材とを備えている。固定子コアの軸方向両端面近傍の入り口部を封止部材で封止することにより、これらの入り口部間で挟まれた固定子コアのスロット内において、固定子巻線と固定子コアとの間に隙間を確保することができ、絶縁紙等でこの隙間を埋める場合に比べて静電容量を小さくすることができる。入り口部において封止部材を用いて固定子巻線が固定されるため、固定子コアから突出した固定子巻線に振動等の外力が加わった場合であっても固定子コアの端部に固定子巻線が接触することがなく、固定子コアと固定子巻線との間の電気絶縁を確保することができる。

また、上述した固定子巻線は、断面が四角形形状を有する複数の導体セグメントを端部において接合することにより形成されていることが望ましい。平角の導体セグメントを用いることにより、導体セグメントの外形形状と固定子コアのスロット内形状とを一致させることが容易となり、これらの間の隙間を均一にして封止部材による封止を確実に行うことができる。

また、上述した封止部材は、セグメント導体の一部に塗布された樹脂によって形成されることが望ましい。樹脂を導体セグメント挿入前に塗布するだけで封止部材を形成することが可能となるため、製造が容易となる。

また、上述した樹脂は、発泡性を有し、加熱によって膨張することが望ましい。導体セグメントを固定子コアに挿入した後に樹脂を膨張させることにより、隙間を確実に封止することが可能となる。

また、上述した封止部材は、スロット内に配置された導体セグメントを包囲する筒形状の絶縁紙であり、固定子コアの軸方向両端面の入り口部分において折り曲げることにより、導体セグメントと固定子コアとの間に形成された隙間を封止することが望ましい。絶縁紙を追加するだけで封止部材とすることができるため、少ない部品点数および工程の追加により、簡単に隙間を封止することが可能になる。

また、上述した封止部材は、固定子コアのスロットに導体セグメントを挿入した後に固定子コアの軸方向両端面の入り口部分に塗布される樹脂粉体であることが望ましい。樹脂粉体を導体セグメント挿入後に塗布するだけで封止部材を形成することが可能となるため、製造が容易となる。

また、上述した樹脂粉体は、熱硬化性を有し、加熱によって硬化することが望ましい。これにより、封止部材を硬化させてその形状を安定させることができ、隙間封止と電気絶縁の長期的な確保が容易となる。

以下、本発明を適用した一実施形態の回転電機について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、一実施形態の回転電機の全体構造を示す断面図である。図２は、固定子の部分的な拡大断面図である。

図１に示すように、本実施形態の回転電機１００は、固定子１、回転子２、フロントベアリング３、リアベアリング４、フレーム５、クラスタブロック１２を含んで構成されている。この回転電機１００は、例えば乗用車や家庭用コンプレッサ等を駆動する用途に用いられる。

固定子１は、周方向に沿って配置された複数のスロットが形成された円筒形の固定子コア１１と、固定子巻線６を構成する複数種類の導体セグメント１０とを備えている。固定子コア１１は、所定厚さの積層鋼板を複数枚重ねることによって形成された積層コアとして形成されている。固定子巻線６は、多相固定子巻線としての三相固定子巻線である。固定子巻線６は、例えば外部の三相インバータ制御回路（図示せず）から給電されている。

回転子２は、固定子１の内側に対向配置されており、永久磁石が内部に組み込まれている。回転子２のシャフト（回転軸）７がフロントベアリング３およびリアベアリング４によって回転自在に支持されている。フレーム５は、これらのフロントベアリング３およびリアベアリング４を収容する。

クラスタブロック１２は、固定子巻線６の各相から引き出された３本の引出しリード線９の端部に接続された３つの接続端子を内蔵する端子ケースである。これらの接続端子には、外部の三相インバータ制御回路が接続される。クラスタブロック１２より引き出された引出しリード線９は、シャフト７の軸線と平行に伸びた後、径方向内側に曲げられ、さらに軸線と平行になるよう曲げられて導体セグメント１０の径方向側に位置し、スロット最外層より引き出された口出し線用引出し線８と径方向で合わされ、双方の軸方向端を溶接にて結線する。溶接部は絶縁樹脂１３にて覆われている。

本実施形態では、上述した固定子巻線６は、断面が四角形形状を有する平角のＵ字状の導体セグメント１０を固定子コア１１の一方の軸方向端面側から固定子コア１１の各スロットに挿通し、スロットから各導体セグメント１０の飛び出し端部を固定子コア１１の他方の軸方向端面側に必要な長さだけ突出させ、各導体セグメント１０の飛び出し端部を周方向にほぼ電気角でπ／２だけそれぞれ捻り、各導体セグメント１０の飛び出し端部の先端部（接合部）を所定の組み合わせで溶接によって接合することにより構成されている。

図２に示すように、固定子コア１１と固定子巻線６の間または固定子巻線６同士の間には、これらの間に形成される隙間を塞ぐ封止部材２０が備わっている。なお、図２には、固定子コア１１の一方の軸方向端面側（Ｕ字状の導体セグメント１０のターン部側）の封止部材２０が図示されているが、他方の軸方向端面側（導体セグメント１０の飛び出し端部側）にも同様に封止部材２０が備わっている。封止部材２０が隙間に充填されることにより、固定子コア１１のスロット内への冷媒の侵入を防ぐことができ、固定子巻線６と固定子コア１１との間の静電容量を低減することが可能になる。

図３は、封止部材２０として導体セグメント１０に封止部材２０として樹脂を塗布した図である。導体セグメント１０の固定子コア１１軸方向両端面入り口部に相当する部分に樹脂２０Ａが塗布されている。この樹脂２０Ａは、導体セグメント１０を固定子コア１１に挿入した後に熱を加えることで膨張して硬化する。例えば、樹脂２０Ａとして発泡性の樹脂を使ってもよい。このような樹脂２０Ａを用いることにより、固定子コア１１の軸方向の両端面入り口部と導体セグメント１０との間の隙間を封止することができる。また、導体セグメント１０は、捻り加工の際に固定子コア１１と触れ、絶縁皮膜が欠損するおそれがあるが、この樹脂で絶縁被膜を保護してその欠損を回避することができる。なお、樹脂２０Ａは、導体セグメント１０全体に塗布するようにしてもよい。

図４は、封止部材２０として絶縁紙を用いる場合の構造を示す図である。絶縁紙２０Ｂを加工し、４本の導体セグメント１０の全体を包囲することにより、固定子コア１１と導体セグメント１０の隙間を封止するものである。図４に断面形状を示すように、絶縁紙２０Ｂは、固定子コア１１に導体セグメント１０を挿入する向きに沿って前方と後方で折り曲げる形状を変えている。なお、この絶縁紙２０Ｂは、固定子コア１１の各スロットの内周面に沿って４本の導体セグメント１０全体を外周側から包囲する筒形状を有している。このような形状の絶縁紙２０Ｂを用いることにより、挿入後は折り曲げた部分の持つバネ作用により隙間を塞ぎ、冷媒の侵入を遮ることができる。また、絶縁紙２０Ｂを用いることにより、導体セグメント１０と固定子コア１１の間の電気絶縁を保つことができる。

図５は、封止部材２０として樹脂粉体を用いる場合の構造を示す図である。導体セグメント１０を挿入後、固定子コア１１の軸方向両端面の入り口部と導体セグメント１０との間の隙間に樹脂粉体２０Ｃを塗布して封止する。熱硬化性の樹脂粉体２０Ｃを用いる場合には、樹脂２０Ｃを塗布後に加熱して硬化させる。樹脂粉体２０Ｃは、固定子コア１１の外部のみ（図５（ａ））、内部のみ（図５（ｂ））、内部外部の両方（図５（ｃ））のいずれに塗布するようにしてもよい。なお、図４に示した絶縁紙２０Ｂを併用するようにしてもよい。

図６は、図２に示すＶＩ−ＶＩ線の拡大断面図である。図６（ａ）には、封止部材２０として図３に示した樹脂２０Ａあるいは図５に示した樹脂粉体２０Ｃを用いた場合の断面構造が示されている。図６（ｂ）には、導体セグメント１０の周囲を絶縁紙２０Ｄ（この絶縁紙２０Ｄは図４に示した形状の絶縁紙２０Ｂとは異なり、従来から用いられている単純な筒形状を有している）で覆うとともに、絶縁紙２０Ｄと導体セグメント１０あるいは固定子コア１１との間に、図３に示した樹脂２０Ａあるいは図５に示した樹脂粉体２０Ｃを配置した場合の断面構造が示されている。図６（ｃ）には、封止部材２０として図４に示した絶縁紙２０Ｂを用いた場合の断面構造が示されている。絶縁紙２０Ｂのもつバネ作用により縦横両方向から導体セグメント１０に密着し、導体セグメント１０同士あるいは導体セグメント１０と固定子コア１１の間に形成された隙間を封止することができる。また導体セグメント１０同士もこのバネ作用により密着する。なお、上述した各種の封止部材２０は、適宜併用するようにしてもよい。

このように、本実施形態の回転電機１００では、固定子コア１１の軸方向両端面近傍の入り口部を封止部材２０で封止することにより、これらの入り口部間で挟まれた固定子コア１１のスロット内において、固定子巻線６と固定子コア１１との間に隙間を確保することができ、絶縁紙等でこの隙間を埋める場合に比べて静電容量を小さくすることができる。入り口部において封止部材２０を用いて固定子巻線６が固定されるため、固定子コア１１から突出した固定子巻線６に振動等の外力が加わった場合であっても固定子コア１１の端部に固定子巻線６が接触することがなく、固定子コア１１と固定子巻線６との間の電気絶縁を確保することができる。

また、固定子巻線６として平角の導体セグメント１０を用いることにより、導体セグメント１０の外形形状と固定子コア１１のスロット内形状とを一致させることが容易となり、これらの間の隙間を均一にして封止部材２０による封止を確実に行うことができる。

また、封止部材２０を、セグメント導体１０の一部に塗布された樹脂２０Ａによって形成することにより、樹脂２０Ａを導体セグメント挿入前に塗布するだけで封止部材２０を形成することが可能となるため、製造が容易となる。特に、発泡性を有し、加熱によって膨張する樹脂２０Ａを用いることにより、隙間を確実に封止することが可能となる。

また、封止部材２０を、スロット内に配置された導体セグメント１０を包囲する筒形状の絶縁紙２０Ｂによって形成することにより、固定子コア１１の軸方向両端面の入り口部分において折り曲げて、導体セグメント１０と固定子コア１１との間に形成された隙間を封止することができる。絶縁紙２０Ｂを追加するだけで封止部材２０とすることができるため、少ない部品点数および工程の追加により、簡単に隙間を封止することが可能になる１。

また、封止部材２０を、固定子コア１１のスロットに導体セグメント１０を挿入した後に固定子コア１１の軸方向両端面の入り口部分に塗布する樹脂粉体２０Ｃによって形成することにより、樹脂粉体２０Ｃを導体セグメント挿入後に塗布するだけで封止部材２０を形成することが可能となるため、製造が容易となる。特に、熱硬化性を有し、加熱によって硬化する樹脂粉体２０Ｃを用いることにより、封止部材２０を硬化させてその形状を安定させることができ、隙間封止と電気絶縁確実の長期的な確保が容易となる。

一実施形態の回転電機の全体構造を示す断面図である。 固定子の部分的な拡大断面図である。 封止部材として導体セグメントに樹脂を塗布した図である。 封止部材として絶縁紙を用いる場合の構造を示す図である。 封止部材として樹脂粉体を用いる場合の構造を示す図である。 図２に示すＶＩ−ＶＩ線の拡大断面図である。

符号の説明

１ 固定子
２ 回転子
３ フロントベアリング
４ リアベアリング
５ フレーム
６ 固定子巻線
１０ 導体セグメント
１１ 固定子コア
２０ 封止部材
２０Ａ 樹脂
２０Ｂ、２０Ｄ 絶縁紙
２０Ｃ 樹脂粉体

Claims (7)

1. 回転子と、この回転子の径方向外側に対向配置された固定子とを有する回転電機において、
   前記固定子は、周方向に沿って配置された複数のスロットが形成された円筒形の固定子コアと、前記固定子コアのスロットに挿入されて前記固定子コアの軸方向両端面から突出する固定子巻線と、前記固定子コアの軸方向両端面の入り口部分において前記固定子巻線と前記固定子コアとの間に形成された隙間に配置された封止部材とを備えることを特徴とする回転電機。
2. 請求項１において、
   前記固定子巻線は、断面が四角形形状を有する複数の導体セグメントを端部において接合することにより形成されていることを特徴とする回転電機。
3. 請求項２において、
   前記封止部材は、前記セグメント導体の一部に塗布された樹脂によって形成されることを特徴とする回転電機。
4. 請求項３において、
   前記樹脂は、発泡性を有し、加熱によって膨張することを特徴とする回転電機。
5. 請求項２において、
   前記封止部材は、前記スロット内に配置された前記導体セグメントを包囲する筒形状の絶縁紙であり、前記固定子コアの軸方向両端面の入り口部分において折り曲げることにより、前記導体セグメントと前記固定子コアとの間に形成された隙間を封止することを特徴とする回転電機。
6. 請求項２において、
   前記封止部材は、前記固定子コアのスロットに前記導体セグメントを挿入した後に前記固定子コアの軸方向両端面の入り口部分に塗布される樹脂粉体であることを特徴とする回転電機。
7. 請求項６において、
   前記樹脂粉体は、熱硬化性を有し、加熱によって硬化することを特徴とする回転電機。
   

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