JP2009131019A - 回転電機の電機子 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁シートがスロットの開口空間部からはみ出すことなく、絶縁シートによる確実な絶縁が確保され得るようにした回転電機の電機子を提供する。
【解決手段】電機子は、軸方向に貫通し円周方向に配列された複数個のスロット２１を有し各スロット２１の外周側にスリット状の開口空間部２２が形成されている電機子コア２０と、各スロット２１の内壁面に沿って配置された複数の絶縁シート４０と、各スロット２１に巻装された複数本のコイル導体５１からなる電機子コイル５０と、を備えている。絶縁シート４０は、筒状に丸められて繋ぎ目４１となる周方向両端部が重なり合う状態でスロット２１内に収納され、繋ぎ目４１が開口空間部２２と対向しない所に位置するように配設されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、モータや発電機などの回転電機の電機子に関し、詳しくは電機子コアのスロット内に配設される絶縁シートの改良に関する。

従来より、自動車等の車両においては、例えばエンジンの作動を開始させるための機器としてスタータが装備されており、このスタータには、回転力を発生するモータ（回転電機）が使用されている。モータは、例えば特許文献１に開示されているように、ハウジング内で回転可能に設けられる電機子（アーマチャ）を有する。

この電機子は、図５に示すように、モータのハウジング（図示せず）に回転自在に支承される回転軸７１と、回転軸７１上に軸方向に併設された電機子コア７２及び整流子（コンミテータ）７３と、電機子コア７２に設けられた複数のスロット７４内に配置された絶縁シート７５と、各スロット７４に巻装された複数本のコイル導体７６からなる電機子コイル７７と、を備えている。

電機子コア７２は、その外周部に、軸方向に貫通し円周方向に所定ピッチで配列された複数のスロット７４を有し、各スロット７４の外周側には電機子コア７２の外周面に開口するスリット状の開口空間部７８がそれぞれ形成されている。各スロット７４には、各スロット７４内に挿入されるコイル導体７６と電機子コア７２との間を絶縁する絶縁シート７５がスロット７４の内壁面に沿って配置されている。この絶縁シート７５は、略Ｕ字形状に湾曲された状態で各スロット７４内へ軸方向に挿入され、繋ぎ目となる両端部（Ｕ字形の開口端部）が開口空間部７８の所に位置するように配設されている。

各コイル導体７５は、一対の直状部を有する松葉形状に形成されており、各直状部の中間部が、二つのスロット７４内に別々に挿入されている。電機子コア７２の一端側から突出した各コイル導体７６の一端部は、捻り加工が施された後、整流子７３のライザ部７３ａに接続されている。また、各コイル導体７６の他端部は、電機子コア７２の他端側から反整流子側に突出し、別々のスロット７４内に挿入された直状部の中間部から突出した他端部どうしが接続されていることによりＵ字形状となっている。

ところで、上記のように各スロット７４内に配設される絶縁シート７５は、確実な絶縁を確保するためには、充分なシート長さに設定する必要がある。しかし、特許文献１の場合のように、絶縁シート７５の繋ぎ目が開口空間部７８の所に位置していると、図６に示すように、絶縁シート７５の繋ぎ目となる両端部７５ａ、７５ｂが開口空間部７８から径方向外方へはみ出してしまい、電機子の回転時に、風切り音等の異音発生の原因となったり、風損増加にも繋がったりする。

また、電機子コア７２とこれの外周側に配置される界磁鉄心（図示せず）との間には、僅かな隙間しか形成されていないため、絶縁シート７５の端部と界磁鉄心とが干渉を起こして出力損失に繋がる恐れもある。さらに、出力性能を向上させるために、電機子コア７２の外周部を切削する場合には、開口空間部７８からはみ出した絶縁シート７５の端部を除去する加工も必要になるため、工数も多くなるという問題もある。また、絶縁シート７５の端部の除去加工は、断続加工となるため、絶縁シート７５の材質によっては、刃具の寿命が短くなるという欠点がある。

なお、絶縁シート７５の充分なシート長さが確保されていない場合には、図７に示すように、絶縁シート７５の一方の端部７５ｂがスロット７４の底部側に引っ込んだ状態に配設されて、適正位置からずれた位置に配設されてしまうことがある。この場合には、電機子の回転時に発生する遠心力により、コイル導体７６が径方向外方へ移動して、電機子コア７２のスロット７４内に露出した内壁面と接触してしまい、絶縁不良となる。
特許第３７７７３７１号公報

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、絶縁シートがスロットの開口空間部からはみ出すことなく、絶縁シートによる確実な絶縁が確保され得るようにした回転電機の電機子を提供することを解決すべき課題とするものである。

上記課題を解決する本発明は、軸方向に貫通し円周方向に配列された複数のスロットを有し各該スロットの外周側にスリット状の開口空間部が形成されている電機子コアと、各前記スロットの内壁面に沿って配置された複数の絶縁シートと、各前記スロットに巻装された複数本のコイル導体からなる電機子コイルと、を備えた回転電機の電機子において、前記絶縁シートは、筒状に丸められて繋ぎ目となる周方向両端部が重なり合う状態で前記スロット内に収納され、前記繋ぎ目が前記開口空間部と対向しない所に位置するように配設されていることを特徴としている。

本発明の回転電機の電機子では、絶縁シートの繋ぎ目（周方向両端部どうしが重なり合った部分）が、スロットの外周側に形成されたスリット状の開口空間部と対向しない所に位置するように配設されているため、絶縁シートの繋ぎ目にある周方向両端部が、スリット状の開口空間部からはみ出すことがない。なお、繋ぎ目が開口空間部と対向しない所に位置している場合には、換言すれば、繋ぎ目はスロットの内壁面と対向する所に位置している。

また、本発明における絶縁シートは、筒状に丸められて繋ぎ目となる周方向両端部が重なり合う状態でスロット内に収納されていることにより、スロット内に挿入されたコイル導体の中間部全体を完全に包み込むように配設されているので、スロット内におけるコイル導体と電機子コアとの間の確実な絶縁が確保される。

本発明の好適な態様として、絶縁シートは、スロットの内壁面に密着するように設けられている。このようにすれば、絶縁シートの繋ぎ目（周方向両端部どうしが重なり合った部分）の周方向長さは初期において最短となる。そのため、電機子の回転時に発生する遠心力により、スロット内に配置されたコイル導体の中間部が径方向外方へ移動する力を受けた際にも、絶縁シートの繋ぎ目の周方向長さは、減少することがなく、増大するのみである。これにより、スロット内におけるコイル導体と電機子コアとの間の絶縁不良をより確実に防止することが可能となる。

本発明の他の好適な態様として、絶縁シートの周方向長さは、スロットの内壁面の周方向長さに開口空間部の周方向幅を加えた長さよりも長くされている。このようにすれば、絶縁シートの繋ぎ目は、周方向両端部どうしが必ず重なり合った状態になるので、スロット内におけるコイル導体と電機子コアとの間の絶縁不良をより確実に防止することが可能となる。

本発明のその他の好適な態様として、絶縁シートは、繋ぎ目がスロットの底部側に位置するように配設されている。ここで、スロットの底部側とは、スロット内において、スリット状の開口空間部と反対側であって、径方向において中央よりも内方側のことをいう。このようにすれば、絶縁シートの繋ぎ目が、スリット状の開口空間部から遠く離れた所に位置するようになるので、絶縁シートの端部がスリット状の開口空間部からはみ出すのをより確実に防止することが可能となる。なお、絶縁シートの繋ぎ目がスロットの底部に位置するようにすれば、その繋ぎ目は、スリット状の開口空間部から最も遠く離れた所に位置するようになるので、絶縁シートの端部の開口空間部からのはみ出しを防止する上で最適となる。

本発明の回転電機の電機子によれば、絶縁シートは、繋ぎ目が開口空間部と対向しない所に位置するように配設されているため、絶縁シートの繋ぎ目にある周方向両端部が、開口空間部からはみ出すのを確実に防止することができる。そのため、電機子が回転する際の風切り音等の異音の発生や風損による出力損失を確実に防止することができる。また、電機子コアと界磁鉄心との間の僅かな隙間に、絶縁シートが巻き込まれることもないので、干渉による異音の発生や出力損失も確実に防止することができる。さらに、出力性能を向上させるために、電機子コアの外周部を切削する場合には、従来では行われていた絶縁シートの端部の除去加工も不要となるので、工数が低減し低コスト化が可能となる。また、断続切削による刃具の寿命短縮も回避することができる。

そして、絶縁シートは、筒状に丸められて繋ぎ目となる周方向両端部が重なり合う状態でスロット内に収納されているため、スロット内に挿入されたコイル導体の中間部全体を完全に包み込むように配設されているので、スロット内におけるコイル導体と電機子コアとの間の確実な絶縁を確保することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本実施形態に係る回転電機の電機子の上半分を断面で示す側面図であり、図２は本実施形態に係る回転電機の電機子において電機子コアの要部を拡大して示す径方向断面図である。本実施形態の回転電機の電機子は、例えば自動車用スタータに採用される始動モータ（図示せず）のアーマチャとして用いられるものであり、図１に示すように、回転軸１０と、複数のスロット２１及び開口空間部２２を有する電機子コア２０と、整流子（コンミテータ）３０と、各スロット２１の内壁面に沿って配置された複数の絶縁シート４０と、複数本のコイル導体５１からなる電機子コイル５０と、から構成されている。

回転軸１０は、始動モータのハウジングに回転自在に支承されるものであり、その軸方向一端部（図１において左端部）にはアーマチャギア１１が固定されている。

電機子コア２０は、プレス成形により同一形状に形成された多数枚の薄い鋼板を積層してなり、回転軸１０の軸方向中間部の外周に圧入固定されている。この電機子コア２０の外周部には、軸方向に貫通し円周方向に沿って等間隔に配列された複数のスロット２１が設けられている。各スロット２１の断面形状は、長軸が径方向に位置するような長円形状を呈している。各スロット２１の外周側には、軸方向に延び、スロット２１と電機子コア２の外周面に開口するスリット状の開口空間部２２が形成されている。

整流子３０は、回転軸１０の軸方向他端部（図１において右端部）に固定されている。この整流子３０は、円周方向において分割形成された複数のセグメント３１により構成されており、回転軸１０の外周面に対して円筒形状に組み付けられている。整流子３０の電機子コア２０側端部には、電機子コイル５０が接続されるライザ部３２が設けられている。この整流子３０の外周面にはブラシ（図示せず）が配置される。

絶縁シート４０は、矩形の絶縁紙や樹脂フィルムなどからなり、一辺の長さがスロット２１の内壁面の軸方向長さと略同じで、他の一辺の長さがスロット２１の内壁面の周方向長さに開口空間部２２の周方向幅を加えた長さよりも長い大きさの矩形に形成されている。この絶縁シート４０は、図２に示すように、筒状に丸められて繋ぎ目４１となる周方向両端部が重なり合う状態でスロット２１内へ軸方向に挿入されることにより、各スロット２１内にそれぞれ収納配置されている。絶縁シート４０は、スロット２１の内壁面に密着した状態になっており、その繋ぎ目（周方向両端部どうしが重なり合った部分）４１が開口空間部２２と対向しない所に位置するように配設されている。即ち、絶縁シート４０は、繋ぎ目４１がスロット２１の内壁面と対向する所に位置するように配設されている。

本実施形態の場合、繋ぎ目４１は、スロット２１の底部側（径方向において中央よりも内方側）に位置するように配置されているが、特にスロット２１の開口空間部２２から最も遠く離れた底部に位置するようにされている。これにより、絶縁シート４０の繋ぎ目４１となる周方向両端部が、スロット２１の開口空間部２２からはみ出すことがないように、絶縁シート４０が最適な状態に配設されている。

電機子コイル５０を構成する各コイル導体５１は、例えば銅線の表面をポリエステル皮膜などで被覆したものからなり、一対の直状部を有する松葉形状に形成されている。各コイル導体５１は、図３に示すように、それぞれの直状部５１ａ、５１ｂの中間部が、電機子コア２０の各スロット２１のうちから選択された一対のスロット２１、２１内に別々に挿入されている。各スロット２１では、互いに異なるコイル導体５１、５１の直状部５１ａ、５１ｂが径方向において内外に重なるように挿入されている。或る一つのスロット２１内に挿入された一組の直状部５１ａ、５１ｂの中間部は、そのスロット２１の内壁面に沿って配設された絶縁シート４０によって完全に包み込まれている。これにより、各スロット２１内において直状部５１ａ、５１ｂの中間部と電機子コア２０との間の確実な絶縁が確保されている。

各コイル導体５１の直状部５１ａ、５１ｂの一端部（図３において上端部）は、電機子コア２０の一端側（図３において上端側、図１において左端側）から反整流子３０側に突出しており、その突出部５１ｃは、別々のスロット２１から突出した直状部５１ａ、５１ｂの一端部どうしが接続されていることにより略Ｕ字形状を呈している。

また、各コイル導体５１の直状部５１ａ、５１ｂの他端部（図３において下端部）は、電機子コア２の他端側（図３において下端側、図１において右端側）から整流子３０側に突出している。この突出部の先端部を除く部分には、図４に示すように、捻り加工が施されることによって互いに逆方向へ捻れた捻れ部５１ｄ、５１ｅが形成される。その後、別々のスロット２１から突出した直状部５１ａ、５１ｂの先端部５１ｆ、５１ｇどうしが、整流子３０のライザ部３２に設けられた溝に嵌合された状態でヒュージングされることによってライザ部３２に接続される。

なお、図３及び図４においては、１本のコイル導体５１のみ図示されているが、実際には、全てのコイル導体５１がそれぞれ挿入されるスロット２１の位置と対応するようにして予め組み付けられた状態で、全コイル導体５１の直状部５１ａ、５１ｂが同時にそれぞれ対応するスロット２１に挿入される。その後、上記の捻り加工やヒュージングが施されることにより、電機子コイル５０が電機子コア２０に対して、所謂「かんざし巻」と呼ばれる方法で巻装される。

以上のように構成された本実施形態の電機子は、自動車用スタータに採用される始動モータのアーマチャとして好適に用いられる。この電機子によれば、絶縁シート４０の繋ぎ目４１が、スリット状の開口空間部２２と対向しない所に位置するように配設されているため、絶縁シート４０の繋ぎ目４１にある周方向両端部が、スロット２１の外周側に形成された開口空間部２２からはみ出すことがない。そのため、電機子が回転する際の風切り音等の異音の発生や風損による出力損失を確実に防止することができる。

また、電機子コアと界磁鉄心との間の僅かな隙間に、絶縁シート４０が巻き込まれることもないので、干渉による異音の発生や出力損失も確実に防止することができる。さらに、出力性能を向上させるために、電機子コア２０の外周部を切削する場合には、従来では行われていた絶縁シート４０の端部の除去加工も不要となるので、工数が低減し低コスト化が可能となる。また、断続切削による刃具の寿命短縮も回避することができる。

そして、本実施形態における絶縁シート４０は、筒状に丸められて繋ぎ目４１となる周方向両端部が重なり合う状態でスロット２１内に収納されていることから、スロット２１内に挿入されたコイル導体５１の中間部全体を完全に包み込むように配設されているので、スロット２１内におけるコイル導体５１と電機子コア２０との間の確実な絶縁を確保することができる。

また、この絶縁シート４０は、スロット２１の内壁面に密着するように設けられているため、電機子の回転時に発生する遠心力により、スロット２１内に配置されたコイル導体５１の中間部が径方向外方へ移動する力を受けた際にも、絶縁シート４０の繋ぎ目４１の周方向長さは増大するのみであることから、スロット２１内におけるコイル導体５１と電機子コア２０との間の絶縁不良をより確実に防止することができる。

さらに、絶縁シート４０の周方向の長さは、スロット２１の内壁面の周方向長さに開口空間部２２の周方向幅を加えた長さよりも長くされていることから、絶縁シート４０の繋ぎ目４１は、周方向両端部どうしが必ず重なり合った状態になるため、スロット２１内におけるコイル導体５１と電機子コア２０との間の絶縁不良をより確実に防止することができる。

また、スロット２１内に配設された絶縁シート４０は、繋ぎ目４１がスロット２１の底部に位置するようにされているため、その繋ぎ目４１は、開口空間部２２から最も遠く離れた所に位置するようになるので、絶縁シート４０端部の開口空間部２２からのはみ出しを防止する上で最適な配置にすることができる。

本発明の実施形態に係る回転電機の電機子の上半分を断面で示す側面図である。 本発明の実施形態における電機子コアの要部を拡大して示す断面図である。 本発明の実施形態における電機子コアに対して１本のコイル導体をセットした状態を示す斜視図である。 図３において電機子コアにセットされたコイル導体に対して捩じり加工が施された状態を示す斜視図である。 従来の回転電機の電機子の下の一部を断面で示す側面図である。 従来の回転電機の電機子において電機子コアの一部を拡大して示す径方向断面図である。 従来の回転電機の電機子コアの一部を拡大して示す径方向断面図である。

符号の説明

１０…回転軸 ２０…電機子コア ２１…スロット ２２…開口空間部 ３０…整流子 ４０…絶縁シート ４１…繋ぎ目 ５０…電機子コイル ５１…コイル導体

Claims (4)

1. 軸方向に貫通し円周方向に配列された複数のスロットを有し各該スロットの外周側にスリット状の開口空間部が形成されている電機子コアと、各前記スロットの内壁面に沿って配置された複数の絶縁シートと、各前記スロットに巻装された複数本のコイル導体からなる電機子コイルと、を備えた回転電機の電機子において、
   前記絶縁シートは、筒状に丸められて繋ぎ目となる周方向両端部が重なり合う状態で前記スロット内に収納され、前記繋ぎ目が前記開口空間部と対向しない所に位置するように配設されていることを特徴とする回転電機の電機子。
2. 前記絶縁シートは、前記スロットの内壁面に密着するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の電機子。
3. 前記絶縁シートの周方向長さは、前記スロットの内壁面の周方向長さに前記開口空間部の周方向幅を加えた長さよりも長くされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機の電機子。
4. 前記絶縁シートは、前記繋ぎ目が前記スロットの底部側に位置するように配設されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の回転電機の電機子。