JP2008259367A - 絶縁部材、回転電機の固定子、回転電機、及び回転電機の固定子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルの位置ずれ及びねじれを抑制することができる絶縁部材、当該絶縁部材を備える固定子及び当該固定子の製造方法、並びに当該固定子を備える回転電機を提供する。
【解決手段】環状のヨーク部から半径方向に突出するティース部と前記ティース部の外周に配置される平角コイルとの間に設けられ、前記ティース部と前記平角コイルとを絶縁する絶縁部材であって、前記絶縁部材は、少なくとも前記絶縁部材における軸方向端面側の両側面から、前記平角コイルに向かって突出し、前記平角コイルと接する突出部を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、絶縁部材、電動機の固定子、回転電機、及び回転電機の固定子の製造方法の技術に関する。

一般に、回転電機は、固定子と回転子とを備え、固定子と回転子が電磁気的に相互作用することにより、回転子を回転させ、駆動力を発生させる。

図７は、電動機に使用される固定子の構成を示す一部模式平面図である。また、図８は、図７に示すＡ−Ａ線における固定子の模式断面図である。図７及び８に示すように、固定子３は、環状のヨーク部３２及びヨーク部３２の半径方向に突出するティース部３４を含む固定子コア３０と、コイル３６と、絶縁部材３８とを備えている。

図７に示すような従来の固定子３では、製造時又は使用時に、ティース部３４からコイル３６又は絶縁部材３８が脱落し易いため、これらの脱落を防止する様々な固定子が提案されている。

例えば、特許文献１には、ティース部から突出する突出部により、絶縁部材を固定することができる固定子が提案されている。

しかし、特許文献１の固定子では、絶縁部材を固定することは可能であるが、コイルが固定されていないため、コイルの位置ずれが起こり、固定子を製造する際の作業性が悪くなる場合がある。

コイルの位置ずれには、主に固定子の軸方向への位置ずれがある。図９（イ），（ロ）は、固定子の軸方向にコイルの位置ずれが生じた固定子の模式断面図である。固定子の軸方向へのコイルの位置ずれとは、図９（イ），（ロ）に示すよう、コイル３６の位置が、固定子３の軸方向（固定子３の軸方向は、ヨーク部３２の軸方向を意味する（図９に示す矢印Ｘ））上下に、ずれることである。コイル３６は、各ティース部３４に設けられているため、各ティース部３４に設けられているコイル３６が、固定子１の軸方向上下に、それぞれずれると、回転電機を製造する際の作業性、絶縁品質等が悪くなる場合がある。

コイルの位置ずれを抑制する方法として、例えば、特許文献２には、絶縁部材に巻線が巻かれるガイド溝を有する凸部を設けた固定子が提案されている。

しかし、特許文献２の固定子では、巻線の種類として、巻線の断面形状が円形である巻線（以下、通常の巻線）を使用している。巻線には、上記通常の巻線と、巻線の断面形状が四角形である巻線（以下、平角線）等がある。一般的に、通常の巻線を巻回したコイル（以下、通常のコイル）は、平角線を巻回したコイル（以下、平角コイル）と比較して、占積率（導体断面積／スロット面積）が低くなるため、回転電機の性能を向上させることが困難である。

また、平角コイルを用いた固定子の製造において、絶縁部材の外周に平角コイルを配置するには、予め平角線を巻回した平角コイルを絶縁部材に挿入する方法や、絶縁部材に平角線を直接巻回する方法等がある。上記のうち、固定子の製造における作業性の点から、予め平角線を巻回した平角コイルを絶縁部材に挿入する方法が好ましい。しかし、予め平角線を巻回した平角コイルには、応力が生じ、ねじれが発生し易い。

図１０は、ねじれが発生した平角コイルを絶縁部材に挿入した状態における固定子の模式上面図である。図１０に示すように、ねじれが発生した平角コイル４０を絶縁部材３８に挿入すると、平角コイル４０が他の平角コイル４０と接触又は緩衝してしまう場合がある。このような固定子３を回転電機に用いると、回転電機の性能が低下する場合がある。

特開２００３−１６９４３０号公報 特許第２９７５９０２号明細書

本発明は、コイルの位置ずれ及びねじれを抑制することができる絶縁部材、当該絶縁部材を備える固定子及び当該固定子の製造方法、並びに当該固定子を備える回転電機である。

本発明は、環状のヨーク部から半径方向に突出するティース部と前記ティース部の外周に配置される平角コイルとの間に設けられ、前記ティース部と前記平角コイルとを絶縁する絶縁部材であって、前記絶縁部材は、少なくとも前記絶縁部材における軸方向端面側の両側面から、前記平角コイルに向かって突出し、前記平角コイルと接する突出部を有する。

また、前記絶縁部材において、前記平角コイルと接する突出部の面の少なくとも一部が、前記ヨーク部から前記ティース部に向かってテーパ状であることが好ましい。

また、本発明は、環状のヨーク部から半径方向に突出するティース部と前記ティース部の外周に配置される平角コイルとの間に設けられ、前記ティース部と前記平角コイルとを絶縁する絶縁部材を含む回転電機の固定子であって、前記絶縁部材は、少なくとも前記絶縁部材における軸方向端面側の両側面から、前記平角コイルに向かって突出し、前記平角コイルと接する突出部を有する。

また、前記回転電機の固定子において、前記平角コイルと接する突出部の面の少なくとも一部が、前記ヨーク部から前記ティース部に向かってテーパ状であることが好ましい。

また、本発明は、環状のヨーク部から半径方向に突出するティース部と前記ティース部の外周に配置される平角コイルとの間に設けられ、前記ティース部と前記平角コイルとを絶縁する絶縁部材を含む回転電機の固定子を備える回転電機であって、前記絶縁部材は、少なくとも前記絶縁部材における軸方向端面側の両側面から、前記平角コイルに向かって突出し、前記平角コイルと接する突出部を有する。

また、本発明は、環状のヨーク部から半径方向に突出するティース部と前記ティース部の外周に配置される平角コイルとの間に設けられ、前記ティース部と前記平角コイルとを絶縁する絶縁部材を含む回転電機の固定子の製造方法であって、少なくとも前記絶縁部材における軸方向端面側の両側面から、前記平角コイルに向かって突出し、前記平角コイルと接する突出部を有する絶縁部材に、予め平角線を巻回した平角コイルを配置する平角コイル配置工程を備える。

本発明によれば、環状のヨーク部から半径方向に突出するティース部とティース部の外周に配置される平角コイルとの間に設けられ、ティース部と平角コイルとを絶縁する絶縁部材が、少なくとも絶縁部材における軸方向端面側の両側面から、平角コイルに向かって突出し、平角コイルと接する突出部を有することにより、コイルの位置ずれ及びねじれを抑制することができる絶縁部材、当該絶縁部材を備える固定子、及び当該固定子を備える回転電機を提供することができる。

また、本発明によれば、環状のヨーク部から半径方向に突出するティース部と前記ティース部の外周に配置される平角コイルとの間に設けられ、ティース部と平角コイルとを絶縁する絶縁部材を含む回転電機の固定子の製造方法であって、少なくとも固定子の軸方向に直行する両側面から、固定子の軸方向に突出し、平角コイルと接する突出部を有する絶縁部材に平角コイルを配置する平角コイル配置工程を備えることによって、コイルの占積率を高めるとともに、コイルの位置ずれ及びねじれを抑制することができる固定子の製造方法を提供することができる。

本発明の実施の形態について以下説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る固定子の構成の一例を示す一部模式平面図である。また、図２は、図１のＡ−Ａ線における固定子の模式断面図である。図１及び２に示すように、固定子１は、固定子コア１０と、平角コイル１２と、絶縁部材１４とを備える。

固定子コア１０は、環状のヨーク部１６と、ヨーク部１６の半径方向に突出するティース部１８とを有する。

本実施形態に係る絶縁部材１４は、平角コイル１２とティース部１８との間に設けられ、平角コイル１２とティース部１８とを絶縁するものである。絶縁部材１４は、少なくとも絶縁部材１４における軸方向端面側の両側面１４ａから平角コイル１２に向かって突出し、平角コイル１２と接する突出部２０を有する。ここで、絶縁部材１４における軸方向端面側の両側面１４ａとは、固定子コア１０の軸方向（図２に示す矢印Ｘ）に直行（又は略直行）する面である。

突出部２０を設けることによって、平角コイル１２には、固定子１の軸方向への張力が付与され、平角コイル１２を固定することができる。そのため、平角コイル１２が、固定子１の軸方向に位置ずれする（図９参照）ことを抑制することができる。

次に、突出部２０の寸法、形状等について説明する。図３は、図１のＢ−Ｂ線における固定子の模式断面図である。突出部２０の厚み（図２に示すＴ）及び長さ（図３に示すＬ）は、平角コイル１２に向かって突出し、平角コイル１２と接するように規定されていれば特に制限されるものではない。例えば、図３に示す突出部２０の長さは、平角コイル１２の幅（図３に示すＬに対応）と同等に規定されているが、これに限定されるものではなく、平角コイル１２の幅より大きいものでも、小さいものでもよい。また、突出部２０の高さ（図３に示すＴ）も上記同様であるが、平角コイル１２とヨーク部１６又はティース部１８との絶縁を十分に確保することができる高さに規定することが好ましい。

突出部２０の形状は、平角コイル１２が固定子１の軸方向へ位置ずれすることを抑制することができれば、その形状は特に制限されるものではない。しかし、固定子の製造時の作業性を考慮すると、平角コイル１２を絶縁部材１４に挿入することが容易となる点で、平角コイル１２と接する突出部２０の面が、図３に示すヨーク部１６からティース部１８に向かって（すなわち、固定子コアの外周面から内周面に向かって（図３に示す矢印Ｙ））テーパ状であることが好ましい。

図４は、テーパ状の突出部の一例を示す図１のＢ−Ｂ線における固定子の模式断面図である。図４に示すように、平角コイル１２と接する突出部２０の面が、ヨーク部１６からティース部１８に向かって（固定子コアの外周面から内周面に向かって（図４に示す矢印Ｙ））テーパ状である。固定子１の製造時の作業性から、平角コイル１２は、予め平角線を巻回した平角コイル１２を作製し、作製した平角コイル１２を絶縁部材１４に挿入する場合がある。このような方法で固定子１を製造する場合には、突出部２０が、ヨーク部１６からティース部１８に向かってテーパ状であることによって、予め平角線を巻回した平角コイル１２を絶縁部材１４に挿入することが容易となり、固定子１の製造における作業性が向上する。本実施形態では、平角コイル１２と接する（又は対向する）突出部２０の面全体がテーパ状であるが、これに限定されるものではなく、平角コイル１２と接する（対向する）突出部２０の面の一部が、テーパ状であってもよい。

突出部２０の形状は、ヨーク部１６からティース部１８に向かって連続的に高さが変化するテーパ状であるものに限られず、ヨーク部１６側の一部が突出するものであってもよい。図５は、ヨーク部側の一部が突出した突出部の一例を示す図１のＢ−Ｂ線における固定子の模式断面図である。図５に示すように、突出部２０は、ヨーク部１６側の一部が突出し、平角コイル１２と接している。このような構成でも、固定子の製造における作業性を向上させることができる。

また、絶縁部材１４に設けられる突出部２０の個数等は、特に制限されるものではない。

絶縁部材１４（及び突出部２０）を構成する材料としては、非磁性及び絶縁性を有するものであれば特に制限されるものではなく、例えば、ポリブチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリイミド（ＰＩ）、フェノール、ＬＣＰ等の樹脂等を用いることができる。

本実施形態に用いられる平角コイル１２は、平角線（巻線の断面形状が四角形）が巻回されたものである。平角線の材質は、タフピッチ銅、無酸素銅等の銅等を使用することができる。平角コイル１２は、通常の巻線（巻線の断面形状が円形である）を巻回したコイルより、コイルの占積率を高くすることができる。したがって、本実施形態に係る固定子を用いることによって、回転電機の性能を向上させることができる。

また、上記でも説明したように、固定子１の製造において、作業性の点から、予め平角線を巻回した平角コイル１２を絶縁部材１４に挿入し、絶縁部材１４の外周に配置される場合がある。このように、予め平角線を巻回した平角コイル１２には、応力が生じ、ねじれが発生し易い。しかし、本実施形態の絶縁部材１４には、突出部２０が設けられているため、絶縁部材１４に挿入された平角コイル１２は、固定子１の軸方向への張力が付与される。そのため、ねじれた平角コイル１２を正常に（図１に示すように、平角コイル１２が固定子１の半径方向に沿った状態）戻すことができる。したがって、本実施形態の絶縁部材１４を固定子１に設けることによって、他の平角コイル１２と緩衝することを抑制することができるため（図１０参照）、回転電機の性能を向上させることができる。

本実施形態に用いられるヨーク部１６及びティース部１８は、電磁鋼板を積層した積層体、圧粉磁性材料の成形体等であれば特に制限されるものではない。

本実施形態に用いられる圧粉磁性材料としては、例えば、純Ｆｅ系、Ｆｅ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ｃｏ系、Ｆｅ−Ｃｒ系、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系等のＦｅ系金属（合金）の粒子等が挙げられる。

さらに、圧粉磁性材料は、上記粒子等に、シリコン樹脂、フェノール樹脂等の絶縁剤を含有させたものであってもよい。

このように、本実施形態に係る固定子は、絶縁部材における軸方向端面側の両側面から、平角コイルに向かって突出し、平角コイルと接する突出部を有する絶縁部材を備えているため、絶縁部材に配置される平角コイルの位置ずれ及びねじれを抑制することができる。

次に、本実施形態に係る固定子の製造方法について説明する。

固定子の製造方法は、少なくとも絶縁部材における軸方向端面側の両側面から、平角コイルに向かって突出し、平角コイルと接する突出部を有する絶縁部材に平角コイルを配置する平角コイル配置工程を備えるものである。

絶縁部材１４に平角コイル１２を配置するには、上記説明したように、予め平角線を巻回した平角コイル１２を絶縁部材１４に挿入する方法や、絶縁部材１４に平角線を直接巻回する方法等がある。上記でも説明したように、固定子１の製造時の作業性が容易である点で、予め平角線を巻回した平角コイル１２を絶縁部材１４に挿入する方法が好ましい。

上記でも説明したように、予め平角線を巻回した平角コイル１２には、ねじれが発生し易い。したがって、従来の固定子の製造方法では、例えば、平角コイルを絶縁部材に挿入後、平角コイルのねじれを解消するために、中間成形を行う必要がある（中間成形工程）場合がある。しかし、本実施形態では、上記でも説明したように、絶縁部材１４に設けられた突出部２０によって、固定子１の軸方向へのテンションを平角コイル１２に付与することができる。そのため、平角コイル１２のねじれを正常に戻すことができ、その後の中間成形工程を必要としない場合がある。

本実施形態に用いられる固定子コア（例えば、図１に示す固定子コア１０）は、環状のヨーク部及びティース部が一体成形されたものでも、複数個に分割された分割固定子コアを環状に配置したものでも特に制限されるものではない。分割固定子コアを環状に配置して固定子コアを得る場合には、ヨーク部の外周面に、非磁性リングを設け、やきばめすることによって、得られる。

次に本実施形態に係る固定子を備える回転電機について説明する。

図６は、本実施形態に係る回転電機の構成の一例を示す模式図である。回転電機は、ＡＣモータ、ＳＲモータ、クローポール型モータ等のパルスモータ等特に制限されるものでない。本実施形態では、ＳＲモータ（以下単にモータと呼ぶ）を例に以下説明する。図６に示すように、回転電機２は、固定子１、回転子２２、固定子１及び回転子２２を収容する枠体（不図示）を備えている。本実施形態に用いられる固定子１は、上記説明した固定子と同様の構成を有する。また、固定子１は、枠体の内側に固定されている。

回転子２２は、シャフト２４、回転子コア２６を備えるものである。図６に示すように回転子２２は、中央に配設されたシャフト２４の周りに回転子コア２６が固定されている。また、回転子２２は、固定子１との間に所定のギャップを有するように挿入配置されている。

回転子コア２６には、複数の永久磁石（２８ａ，２８ｂ・・・）が設けられている。また、回転子コア２６は、プレス装置により打ち抜き加工された複数の上記電磁鋼板を積層して一体化すること等により構成されている。回転子コア２６の構成はこれに限定されるものではなく、上記磁性粉を金型に投入し加圧成形されたものであってもよい。シャフト２４は、枠体にベアリング（不図示）を介して支持されている。

次に、本実施形態に係る回転電機２の稼動について説明する。例えば、固定子１のティース部１８ａに設けられた平角コイル（不図示）に電流を流すことによって、永久磁石２８ａからティース部１８ａ内へ磁束が流れ、永久磁石２８ａがティース部１８ａに引きつけられる。さらに、別のティース部１８ｂの平角コイル（不図示）に電流を流すことによって、他の永久磁石２８ｂがティース部１８ｂに引き付けられる。これを連続的に行うことによって回転子２２が回転し、トルクが発生する。

以上、図６により本実施形態に係る回転電機２について説明したが、回転電機の構成は、これに限定されるものではなく、例えば、永久磁石が回転子コア内に埋め込まれた埋め込み型モータ等であってもよく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更があっても、それらは、本発明に含まれるものである。

本発明の実施形態に係る固定子の構成の一例を示す一部模式平面図である。また、 図１のＡ−Ａ線における固定子の模式断面図である。 図１のＢ−Ｂ線における固定子の模式断面図である。 テーパ状の突出部の一例を示す図１のＢ−Ｂ線における固定子の模式断面図である。 ヨーク部側の一部が突出した突出部の一例を示す図１のＢ−Ｂ線における固定子の模式断面図である。 本実施形態に係る回転電機の構成の一例を示す模式図である。 電動機に使用される固定子の構成を示す一部模式平面図である。 図６に示すＡ−Ａ線における固定子の模式断面図である。 固定子の軸方向に対してコイルの位置ずれが生じた固定子の模式断面図である。 ねじれが発生した平角コイルを絶縁部材に挿入した状態における固定子の模式上面図である。

符号の説明

１，３ 固定子、２ 回転電機、１０，３０ 固定子コア、１２，４０ 平角コイル、１４，３８ 絶縁部材、１４ａ 側面、１６，３２ ヨーク部、１８，１８ａ，１８ｂ，３４ ティース部、２０ 突出部、２２ 回転子、２４ シャフト、２６ 回転子コア、２８ａ，２８ｂ 永久磁石、３６ コイル。

Claims (6)

1. 環状のヨーク部から半径方向に突出するティース部と前記ティース部の外周に配置される平角コイルとの間に設けられ、前記ティース部と前記平角コイルとを絶縁する絶縁部材であって、
   前記絶縁部材は、少なくとも前記絶縁部材における軸方向端面側の両側面から、前記平角コイルに向かって突出し、前記平角コイルと接する突出部を有することを特徴とする絶縁部材。
2. 請求項１記載の絶縁部材であって、前記平角コイルと接する突出部の面の少なくとも一部が、前記ヨーク部から前記ティース部に向かってテーパ状であることを特徴とする絶縁部材。
3. 環状のヨーク部から半径方向に突出するティース部と前記ティース部の外周に配置される平角コイルとの間に設けられ、前記ティース部と前記平角コイルとを絶縁する絶縁部材を含む回転電機の固定子であって、
   前記絶縁部材は、少なくとも前記絶縁部材における軸方向端面側の両側面から、前記平角コイルに向かって突出し、前記平角コイルと接する突出部を有することを特徴とする回転電機の固定子。
4. 請求項３記載の回転電機の固定子であって、前記平角コイルと接する突出部の面の少なくとも一部が、前記ヨーク部から前記ティース部に向かってテーパ状であることを特徴とする回転電機の固定子。
5. 環状のヨーク部から半径方向に突出するティース部と前記ティース部の外周に配置される平角コイルとの間に設けられ、前記ティース部と前記平角コイルとを絶縁する絶縁部材を含む回転電機の固定子を備える回転電機であって、
   前記絶縁部材は、少なくとも前記絶縁部材における軸方向端面側の両側面から、前記平角コイルに向かって突出し、前記平角コイルと接する突出部を有することを特徴とする回転電機。
6. 環状のヨーク部から半径方向に突出するティース部と前記ティース部の外周に配置される平角コイルとの間に設けられ、前記ティース部と前記平角コイルとを絶縁する絶縁部材を含む回転電機の固定子の製造方法であって、
   少なくとも前記絶縁部材における軸方向端面側の両側面から、前記平角コイルに向かって突出し、前記平角コイルと接する突出部を有する絶縁部材に、予め平角線を巻回した平角コイルを配置する平角コイル配置工程を備えることを特徴とする回転電機の固定子の製造方法。

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