JP2011160622A

JP2011160622A - 回転電機の固定子

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Publication number: JP2011160622A
Application number: JP2010022261A
Authority: JP
Inventors: Satoru Hasegawa; 覚長谷川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-02-03
Filing date: 2010-02-03
Publication date: 2011-08-18

Abstract

【課題】磁極ティース部とコイルとの間の絶縁性を確保しつつ、製造効率を向上させることができる回転電機の固定子を提供する。
【解決手段】ティース基端側延長部２１ｄとコアバック部１３ａの内周面との間には、第１嵌合部としての嵌合溝αが形成されている。ティース先端側延長部２１ｅと磁極ティース部１３ｂの先端面との間には、第１嵌合部としての嵌合溝βが形成されている。嵌合溝α，βの溝幅は、ティース中間側インシュレータ２２の第１面部の厚さ寸法と同等の寸法となっている。ティース中間側インシュレータ２２の第１面部の各角部は、第２嵌合部としての嵌合突起を構成している。第１面部の各角部と嵌合溝α，βとが互いに嵌合することによって、ティース中間側インシュレータ２２が磁極ティース部１３ｂに取り付けられている。
【選択図】図３

Description

この発明は、磁極ティース部と、その磁極ティース部に設けられたコイルとがインシュレータによって絶縁された回転電機の固定子に関する。

近年、例えばエレベータの巻上機に用いられるモータ等の回転電機では、省エネルギー化や小型高性能化の要求が高まっており、これに伴い、大電流・高電圧化対応となっている。また、このようなモータは、PWM（Pulse Width Modulation）インバータ制御によって駆動されるが、このPWM制御では、大電流、及び高電圧に耐性をもつスイッチング素子が用いられている。このようなPWMインバータ制御のスイッチングによる高電圧（インバータサージ電圧）が比較的短い周期で繰り返しモータの端子に重畳されると、固定子の絶縁構造に重大な影響が及ぶ。

ここで、例えば特許文献１に示すような従来の回転電機の固定子の絶縁構造について説明する。図７は、従来の回転電機としてのモータを示す断面図である。図８は、図７の固定子１１３の一部を拡大して示す斜視図である。図９は、図７の固定子１１３の形成前の集中巻線が施されたコア部材１２０Ａ〜１２０Ｄを示す平面図である。図１０は、図９の集中巻線を施す前のコア部材１２０の一部を拡大して示す斜視図である。

図７〜１０において、固定子１１３は、円弧状の複数のコア部材（部分固定子）１２０Ａ〜１２０Ｄが環状に接続されて構成されている。また、コア部材１２０Ａ〜１２０Ｄは、それぞれ円弧状のコアバック部１１３ａと、複数の磁極ティース部１１３ｂとを有している。複数の磁極ティース部１１３ｂは、コアバック部１１３ａの周方向に間隔をおいて配置され、かつコアバック部１１３ａの内周面からコアバック部１１３ａの径方向内側へ突出している。

複数の磁極ティース部１１３ｂには、それぞれ樹脂成型品の一対のインシュレータ（絶縁物）１２１Ｘ，１２１Ｙが取り付けられている。インシュレータ１２１Ｘ，１２１Ｙは、磁極ティース部１１３ｂにおける固定子軸方向（図７の紙面奥行方向）の両端面を覆うように配置されている。

複数の磁極ティース部１１３ｂのそれぞれのインシュレータ１２１Ｘ，１２１Ｙの外面には、相毎に集中巻線が施されて、コイル１１４が形成されている。複数のコイル１１４は、相毎に位相リング１１５を介して接続されている。固定子１１３の内部には、回転子１１７が回転自在に設けられている。回転子１１７の外周面には、複数の磁石１１８が固着されている。ここで、図１０に示すように、磁極ティース部１１３ｂにおけるインシュレータ１２１Ｘ，１２１Ｙ間の隙間（空隙部分）には、絶縁シート１２２が両面テープによって貼り付けられている。

特開２０００−２０１４６２号公報

図７〜１０に示すような従来の回転電機の固定子では、磁極ティース部１１３ｂにおけるインシュレータ１２１Ｘ，１２１Ｙ間の隙間に絶縁シート１２２が両面テープで貼り付けられている。このため、固定子１１３の製造工程において、絶縁シート１２２の貼り付け作業が必要であった。この貼り付け作業は、作業員の手作業で行われており、貼り付け作業にある程度時間を要していた。これに加えて、絶縁シート１２２を手作業で貼り付けるため、貼り付け位置ずれや貼り付け忘れなどの誤作業の問題が生じていた。以上のように、図７〜１０に示すような従来の回転電機の固定子では、製造効率が低下していた。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、磁極ティース部とコイルとの間の絶縁性を確保しつつ、製造効率を向上させることができる回転電機の固定子を得ることを目的とする。

この発明の回転電機の固定子は、コアバック部、及び前記コアバック部から固定子径方向へ向けて突出する磁極ティース部を有するコア部材と、前記磁極ティース部の先端と基端との間の被巻線領域に巻き付けられた巻線からなる筒状のコイルと、前記磁極ティース部と前記コイルとの間に介在され、かつ前記磁極ティース部の前記被巻線領域における固定子軸方向の一端面と、前記磁極ティース部の前記被巻線領域の固定子周方向の両端面における固定子軸方向の前記一端面側の箇所とを覆うように設けられた第１インシュレータと、前記磁極ティース部と前記コイルとの間に介在され、かつ前記磁極ティース部の前記被巻線領域における固定子軸方向の他端面と、前記磁極ティース部の前記被巻線領域の固定子周方向の両端面における固定子軸方向の前記他端面側の箇所とを覆うように設けられ、前記第１インシュレータとの間で隙間を空けて配置された第２インシュレータと、前記磁極ティース部と前記コイルとの間に介在され、かつ前記磁極ティース部の前記被巻線領域における固定子周方向両端面に、それぞれ前記第１及び第２インシュレータ間の隙間を塞ぐように設けられた第３及び第４インシュレータとを備え、前記第１及び第２インシュレータのそれぞれには、第１嵌合部が設けられ、前記第３及び第４インシュレータのそれぞれには、前記第１嵌合部と嵌合可能な第２嵌合部が設けられ、前記第３及び第４インシュレータは、前記第１及び第２嵌合部が互いに嵌合することによって、前記磁極ティース部に取り付けられているものである。

この発明の回転電機の固定子によれば、第１及び第２嵌合部が互いに嵌合することによって、第３及び第４インシュレータが磁極ティース部に取り付けられているので、固定子の製造工程において、図７〜１０に示す従来の回転電機の固定子のような絶縁シート１２２の貼り付け作業が不要となることから、磁極ティース部とコイルとの間の絶縁性を確保しつつ、製造効率を向上させることができる。

この発明の実施の形態１によるエレベータの巻上機を示す断面図である。図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。図１，２の固定子の一部を拡大して示す斜視図である。図３のティース端面側インシュレータを示す斜視図である。図３のティース中間側インシュレータを示す斜視図である。各インシュレータの取付順序を説明するための説明図である。従来の回転電機としてのモータを示す断面図である。図７の固定子の一部を拡大して示す斜視図である。図７の固定子の形成前の集中巻線が施されたコア部材を示す平面図である。図９の集中巻線を施す前のコア部材の一部を拡大して示す斜視図である。

以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるエレベータの巻上機を示す構成図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。なお、図１では、巻上機１の高さ方向中心から上半分の箇所を示す。
図１，２において、巻上機１は、モータ２、ブレーキ機構３及びシーブ４を有している。モータ２は、外枠１１、ケース１２、固定子１３、筒状の複数のコイル（集中巻線コイル）１４、位相リング１５、軸受１６、回転子１７及び永久磁石１８を有している。

外枠１１の形状は、鉛直断面コ字状でかつ側面視円状である（一側面に開口が設けられている）。また、外枠１１の側面視における中心部には、軸１１ａが設けられている。ケース１２は、外枠１１の内部と外部とを空間的に仕切るように、外枠１１の内周面における外縁部に取り付けられている。固定子１３は、外枠１１の内周面に固定されている。また、固定子１３は、円弧状の複数のコア部材が環状に接続されて構成されている。コア部材は、コアバック部１３ａと、複数の磁極ティース部１３ｂとを有している。

複数の磁極ティース部１３ｂは、それぞれ周方向に間隔をおいて、コアバック部１３ａの内周面から径方向内側へ突出している。また、磁極ティース部１３ｂの先端箇所は、固定子周方向の両方向と、固定子軸方向の両方向とのそれぞれへ向けて広がるように形成されている。さらに、磁極ティース部１３ｂの先端と基端との間には被巻線領域が形成されている。互いに隣り合う磁極ティース部１３ｂ同士の間には、スロット１３ｃが形成されている。

複数のコイル１４は、複数の磁極ティース部１３ｂのそれぞれの被巻線領域に、巻線が巻き付けられて形成されている。複数のコイル１４は、相毎に位相リング１５を介して電気的に接続されている。軸受１６は、軸１１ａに取り付けられている。回転子１７の形状は、環状である。また、回転子１７は、軸受１６に回転自在に取り付けられている。回転子１７の内周面は、制動面１７ａをなしている。制動面１７ａがブレーキ機構３のブレーキシューと接触した際に、回転子１７の回転が制動される。

永久磁石１８は、回転子１７の外周面に固着されている。シーブ４は、回転子１７に取り付けられており、回転子１７とともに回転される。また、シーブ４の外周面には、綱溝が設けられており、かごを昇降路内に吊り下げるためのロープ（図示せず）が巻き掛けられている。

次に、固定子１３の構成について、より具体的に説明する。図３は、図１，２の固定子１３の一部を拡大して示す斜視図である。図４は、図３のティース端面側インシュレータ２１を示す斜視図である。図５は、図３のティース中間側インシュレータ２２を示す斜視図である。なお、図３では、左右方向が固定子周方向であり、上下方向が固定子径方向であり、左下・右上の斜め方向が固定子軸方向である。また、図５では、図３の矢示Ｖに沿ってティース中間側インシュレータ２２を見た状態を示す。

図３〜５において、複数の磁極ティース部１３ｂのそれぞれには、第１及び第２インシュレータとしての一対のティース端面側インシュレータ２１Ｘ，２１Ｙ（以下、総称として「ティース端面側インシュレータ２１ともいう」）と、第３及び第４インシュレータとしての一対のティース中間側インシュレータ２２（図では１つのみを示す）とが設けられている。一対のティース端面側インシュレータ２１Ｘ，２１Ｙは、互いに同一の形状である。各インシュレータ２１Ｘ，２１Ｙ，２２は、樹脂成型品である。

ティース端面側インシュレータ２１の形状は、磁極ティース部１３ｂの形状に対応している。具体的に、ティース端面側インシュレータ２１は、コアバック被覆部２１ａ、主被覆部２１ｂ、ティース先端側被覆部２１ｃ、ティース基端側延長部２１ｄ及びティース先端側延長部２１ｅを有している。

コアバック被覆部２１ａは、コアバック部１３ａにおける磁極ティース部１３ｂの基端側の箇所を覆うように配置されている。主被覆部２１ｂの断面形状は、略Ｕ字状である。また、主被覆部２１ｂは、磁極ティース部１３ｂの被巻線領域における固定子軸方向の一端面及び他端面のいずれかの面と、磁極ティース部１３ｂの被巻線領域の固定子周方向の両端面における固定子軸方向の一端面及び他端面のいずれかの側の箇所とを覆うように配置されている。

ティース先端側被覆部２１ｃは、磁極ティース部１３ｂの先端箇所を覆うように配置されている。また、ティース先端側被覆部２１ｃは、磁極ティース部１３ｂの先端箇所の形状に対応するように、固定子周方向の両方向と、固定子軸方向の一方向とのそれぞれの方向へ向けて広がるように形成されている。

ティース基端側延長部２１ｄは、磁極ティース部１３ｂの基端側で、コアバック部１３ａの内周面に沿って、磁極ティース部１３ｂにおける固定子軸方向の他端面側へ向けて主被覆部２１ｂを延長するように形成されている。ティース先端側延長部２１ｅは、磁極ティース部１３ｂの先端側で、磁極ティース部１３ｂにおける固定子軸方向の他端面側へ向けて主被覆部２１ｂを延長するように形成されている。

ティース中間側インシュレータ２２は、第１〜第３面部２２ａ〜２２ｃを有している。第１面部２２ａは、矩形平板状に形成されている。また、第１面部２２ａの一方の面は、磁極ティース部１３ｂの被巻線領域における固定子径方向の中間部の表面と接している。第２面部２２ｂは、第１面部２２ａの一方の長辺（図５の上辺）の縁から、固定子周方向の一方へ向けて、第１面部２２ａに対して直角をなすように突出している。また、第２面部２２ｂの外面は、コアバック部１３ａの内周面と接している。

第３面部２２ｃは、第１面部２２ａの他方の長辺（図５の下辺）の縁から、固定子周方向の一方へ向けて突出している。また、第３面部２２ｃは、磁極ティース部１３ｂの先端箇所の形状に対応するように、第１面部２２ａに対して傾斜している。さらに、第３面部２２ｃの外面は、磁極ティース部１３ｂの先端箇所の外面に接している。

ここで、ティース基端側延長部２１ｄとコアバック部１３ａの内周面との間には、第１嵌合部としての嵌合溝αが形成されている。また、ティース先端側延長部２１ｅと磁極ティース部１３ｂの先端面との間には、第１嵌合部としての嵌合溝βが形成されている。これらの嵌合溝α，βの溝幅は、ティース中間側インシュレータ２２の第１面部２２ａの厚さ寸法と同等の寸法となっている。

ティース中間側インシュレータ２２の第１面部２２ｂの各角部（平面視の四隅）は、第２嵌合部としての嵌合突起を構成している。ティース中間側インシュレータ２２の第１面部２２ｂにおける一方の長辺と両方の短辺とのなす両角部は、ティース端面側インシュレータ２１Ｘ，２１Ｙのそれぞれの嵌合溝αに挿入されている。第１面部２２ｂにおける他方の長辺と両方の短辺とのなす両角部は、ティース端面側インシュレータ２１Ｘ，２１Ｙのそれぞれの嵌合溝βに挿入されている。

つまり、ティース中間側インシュレータ２２の第１面部２２ｂの各角部は、一対のティース端面側インシュレータ２１Ｘ，２１Ｙのそれぞれの嵌合溝α，βと嵌合している。従って、第１面部２２ｂの各角部と嵌合溝α，βとが互いに嵌合することによって、ティース中間側インシュレータ２２が磁極ティース部１３ｂに取り付けられている。

次に、ティース端面側インシュレータ２１Ｘ，２１Ｙ及びティース中間側インシュレータ２２の取付順序について説明する。図６は、各インシュレータ２１Ｘ，２１Ｙ，２２の取付順序を説明するための説明図である。なお、図６では、左右方向が固定子軸方向であり、上下方向が固定子径方向であり、紙面奥行方向が固定子周方向である。まず、図６（ａ）に示すように、磁極ティース部１３ｂの固定子軸方向一端面（図６の左端面）の周辺を覆うように、磁極ティース部１３ｂにティース端面側インシュレータ２１Ｘが取り付けられる。

この後に、磁極ティース部１３ｂにおける固定子軸方向の中央部の外面を覆うように、ティース中間側インシュレータ２２が配置される。そして、図６（ｂ）に示すように、ティース中間側インシュレータ２２が、磁極ティース部１３ｂにおける固定子軸方向の中央部の外面に沿って、ティース端面側インシュレータ２１Ｘへ向けて（図６の左方へ）摺動される。これにより、ティース端面側インシュレータ２１Ｘの嵌合溝α，βのそれぞれに、ティース中間側インシュレータ２２の第１面部２２ａにおける一方の短辺と両方の長辺とのなす両角部が挿入される。

そして、図６（ｃ）に示すように、磁極ティース部１３ｂの固定子軸方向他端面（図６の右端面）の周辺を覆うように、磁極ティース部１３ｂにティース端面側インシュレータ２１Ｙが取り付けられる。この後に、図６（ｄ）に示すように、ティース中間側インシュレータ２２が、磁極ティース部１３ｂにおける固定子軸方向の中央部の外面に沿って、ティース端面側インシュレータ２１Ｙへ向けて（矢示Ｂの方向へ）摺動される。

これにより、ティース端面側インシュレータ２１Ｙの嵌合溝α，βのそれぞれに、ティース中間側インシュレータ２２の第１面部２２ａにおける他方の短辺と両方の長辺とのなす両角部が挿入される。この結果、第１面部２２ａの全ての角部がティース端面側インシュレータ２１Ｘ，２１Ｙの嵌合溝α，βのそれぞれに挿入される。

従って、ティース端面側インシュレータ２１Ｘ，２１Ｙの嵌合溝α，βと、ティース中間側インシュレータ２２の第１面部２２ａの各角部とが嵌合することにより、ティース中間側インシュレータ２２が磁極ティース部１３ｂに取り付けられる。なお、磁極ティース部１３ｂの図６の紙面奥側にも、ティース中間側インシュレータ２２と同様のティース中間側インシュレータ（第４インシュレータ）が取り付けられる。

上記のような実施の形態１のエレベータの巻上機によれば、第１面部２２ｂの各角部と嵌合溝α，βとが互いに嵌合することによって、ティース中間側インシュレータ２２が磁極ティース部１３ｂに取り付けられている。この構成により、固定子１３の製造工程において、図７〜１０に示すような従来の回転電機の固定子のような絶縁シート１２２の貼り付け作業が不要となることから、磁極ティース部１３ｂとコイル１４との間の絶縁性を確保しつつ、製造効率を向上させることができる。

また、ティース中間側インシュレータ２２についての取付工程の自動化が可能となることにより、作業時間の短縮や誤作業の低減を図ることができる。

なお、実施の形態１では、エレベータの巻上機について説明した。しかしながら、この発明は、エレベータの巻上機以外のモータや、発電機にも適用することができる。

また、実施の形態１では、磁極ティース部１３ｂがコアバック部１３ａの内周面から固定子周方向内側に突出していた。しかしながら、この例に限定するものではなく、磁極ティース部１３ｂがコアバック部１３ａの外周面から固定子周方向外側に突出してもよい。

さらに、固定子軸方向の寸法が異なる複数種類の回転電機の固定子に適用する場合において、磁極ティース部１３ｂの固定子軸方向の寸法に応じて、ティース中間側インシュレータ２２のサイズを調整することによって、ティース端面側インシュレータ２１Ｘ，２１Ｙについて部品の単一化を図ることができる。

また、実施の形態１では、第１嵌合部として嵌合溝α，βが用いられ、第２嵌合部としてティース中間側インシュレータ２２の第１面部２２ａの角部が用いられた。しかしながら、第１嵌合部及び第２嵌合部の構成は、この例に限定するものではなく、互いに嵌合可能な構成であればよい。

１巻上機、２モータ、１３固定子、１３ａコアバック部、１３ｂ磁極ティース部、１４コイル、２１，２１Ｘ，２１Ｙティース端面側インシュレータ（第１及び第２インシュレータ）、２１ａコアバック被覆部、２１ｂ主被覆部、２１ｃティース先端側被覆部、２１ｄティース基端側延長部、２１ｅティース先端側延長部、２２ティース中間側インシュレータ（第３及び第４インシュレータ）、２２ａ第１面部、２２ｂ第２面部、２２ｃ第３面部、α，β 嵌合溝（第１嵌合部）。

Claims

コアバック部、及び前記コアバック部から固定子径方向へ向けて突出する磁極ティース部を有するコア部材と、
前記磁極ティース部の先端と基端との間の被巻線領域に巻き付けられた巻線からなる筒状のコイルと、
前記磁極ティース部と前記コイルとの間に介在され、かつ前記磁極ティース部の前記被巻線領域における固定子軸方向の一端面と、前記磁極ティース部の前記被巻線領域の固定子周方向の両端面における固定子軸方向の前記一端面側の箇所とを覆うように設けられた第１インシュレータと、
前記磁極ティース部と前記コイルとの間に介在され、かつ前記磁極ティース部の前記被巻線領域における固定子軸方向の他端面と、前記磁極ティース部の前記被巻線領域の固定子周方向の両端面における固定子軸方向の前記他端面側の箇所とを覆うように設けられ、前記第１インシュレータとの間で隙間を空けて配置された第２インシュレータと、
前記磁極ティース部と前記コイルとの間に介在され、かつ前記磁極ティース部の前記被巻線領域における固定子周方向両端面に、それぞれ前記第１及び第２インシュレータ間の隙間を塞ぐように設けられた第３及び第４インシュレータと
を備え、
前記第１及び第２インシュレータのそれぞれには、第１嵌合部が設けられ、
前記第３及び第４インシュレータのそれぞれには、前記第１嵌合部と嵌合可能な第２嵌合部が設けられ、
前記第３及び第４インシュレータは、前記第１及び第２嵌合部が互いに嵌合することによって、前記磁極ティース部に取り付けられている
ことを特徴とする回転電機の固定子。
前記第３及び第４インシュレータには、前記第２嵌合部としての前記嵌合突起が設けられており、
前記第１及び第２インシュレータのそれぞれは、
前記磁極ティース部の前記被巻線領域における固定子軸方向の一端面及び他端面のいずれかの面と、前記磁極ティース部の前記被巻線領域の固定子周方向の両端面における固定子軸方向の一端面及び他端面のいずれかの側の箇所とを覆うように配置された主被覆部と、
前記磁極ティース部の基端側で前記主被覆部を固定子軸方向の一端面及び他端面のいずれか一方から他方へ向けて延長するように配置され、前記磁極ティース部の固定子周方向両端面との間で、前記第１嵌合部としての嵌合溝を形成する一対のティース基端側延長部と、
前記磁極ティース部の先端側で前記主被覆部を固定子軸方向の一端面及び他端面のいずれか一方から他方へ向けて延長するように配置され、かつ前記磁極ティース部の固定子周方向両端面との間で、前記第１嵌合部としての嵌合溝を形成する一対のティース先端側延長部と
をそれぞれ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。