JP2011234429A - Phase-to-phase insulating paper of rotary electric machine, and rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態は、回転電機の相間絶縁紙及び回転電機に関する。 The present embodiment relates to an interphase insulating paper for a rotating electrical machine and the rotating electrical machine.
回転電機においては、その固定子コイルのコイルエンド間に相間絶縁紙を設けて、コイルエンド相間を絶縁するようにしている。この相間絶縁紙としては、耐熱性、耐油性、機械的強度などを考慮して、例えばアラミドポリマーからなるアラミド紙単体や、このアラミド紙の両面を電気的絶縁性に優れたポリエチレンナフタレートフィルムで挟んで構成された3層構造のシート材などがよく用いられる。 In a rotating electrical machine, interphase insulating paper is provided between the coil ends of the stator coil to insulate the coil end phases. As this interphase insulating paper, considering heat resistance, oil resistance, mechanical strength, etc., for example, aramid paper alone made of aramid polymer, or both sides of this aramid paper are made of polyethylene naphthalate film with excellent electrical insulation. A sheet material having a three-layer structure sandwiched between them is often used.
ところで、近年、地球環境の問題から電気自動車(ハイブリッド車を含む)が注目されてきており、その駆動源としての車載用の回転電機の小型化が望まれている。
このため、従来では、固定子鉄心の両端部から外方に大きく突出する固定子コイルのコイルエンドを、固定子鉄心の外周方向に拡開成形して、軸方向に圧縮してコイルエンドの突出寸法を小さくすることが行われている。しかし、前述のシート材による相間絶縁紙では、コイルエンド成形圧縮時におけるコイルエンドの変形量を吸収しきれず、相間絶縁紙に破れやずれなどが生じる不具合があった。
By the way, in recent years, electric vehicles (including hybrid vehicles) have attracted attention due to problems of the global environment, and downsizing of an on-vehicle rotating electrical machine as a driving source is desired.
For this reason, conventionally, the coil end of the stator coil that protrudes largely outward from both ends of the stator core is expanded in the outer circumferential direction of the stator core and compressed in the axial direction to protrude the coil end. Reducing the dimensions has been done. However, the interphase insulating paper made of the above-described sheet material has a problem that the deformation amount of the coil end at the time of coil end molding compression cannot be absorbed and the interphase insulating paper is torn or displaced.
そこで、固定子コイルのコイルエンド成形圧縮時のコイルエンドの動きに対して、破れやずれを防止することができる回転電機の相間絶縁紙及び回転電機を提供する。 In view of this, an interphase insulating paper for a rotating electrical machine and a rotating electrical machine that can prevent breakage and displacement with respect to the movement of the coil end during coil end molding compression of the stator coil are provided.
本実施形態の回転電機の相間絶縁紙は、固定子鉄心の軸方向両端部において複数相の固定子コイルのコイルエンド間を絶縁可能な形状に形成された一対の相間絶縁紙本体と、この一対の相間絶縁紙本体を繋ぐように設けられて前記固定子鉄心のスロット内に位置する連結条部とを有し、前記相間絶縁紙本体は複数の層からなり、該複数の層のうち前記固定子鉄心の外周側に位置する外層と前記コイルエンドのマグネットワイヤとの摩擦係数は、前記固定子鉄心の内周側に位置する内層と前記コイルエンドのマグネットワイヤとの摩擦係数よりも大としたことを特徴とする。 The interphase insulating paper of the rotating electrical machine of the present embodiment includes a pair of interphase insulating paper main bodies formed in a shape capable of insulating between the coil ends of the stator coils of a plurality of phases at both axial end portions of the stator core, and the pair The interphase insulating paper body is connected to the stator core and is located in the slot of the stator core, and the interphase insulating paper body includes a plurality of layers, and the fixing of the plurality of layers The friction coefficient between the outer layer located on the outer peripheral side of the core and the magnet wire of the coil end is larger than the friction coefficient between the inner layer located on the inner side of the stator core and the magnet wire of the coil end. It is characterized by that.
(第1の実施形態)
以下、車載用回転電機に適用される第1の実施形態について、図1から図5を参照して説明する。
図1に示すように、固定子1は、複数のスロット2を備えた円筒状の固定子鉄心3を有して構成されている。このスロット2内には、スロット絶縁紙4(図2参照)を介して複数相(本実施形態では、U、V、Wの3相)の固定子コイル5が挿通され、その両端部はコイルエンド6として固定子鉄心3から突出している。また、図2にも示すように、複数相の固定子コイル5のコイルエンド6(U)、6(V)間及び6(V)、6(W)間には、各相間にそれぞれ複数枚の、例えば4枚ずつ、合計8枚の相間絶縁紙7が配設されている。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment applied to an in-vehicle rotating electrical machine will be described with reference to FIGS. 1 to 5.
As shown in FIG. 1, the
相間絶縁紙7は、図3に示すように、複数相のコイルエンド6間を絶縁可能となるように長尺なほぼ矩形状に形成された一対の相間絶縁紙本体8と、この一対の相間絶縁紙本体8を繋ぐようにこれらと一体的に形成された3本の連結条部9とから構成されている。一対の相間絶縁紙本体8において、該相間絶縁紙本体8同士が対向する側には、台形状の切欠部10が2箇所ずつ形成されている。更に、一対の相間絶縁紙本体8には、該相間絶縁紙本体8の長手方向に対して2段階の段差を有する折曲部11が2箇所ずつに形成されている。即ち、一対の相間絶縁紙本体8は左右対称の形状になっている。これにより、相間絶縁紙本体8は、図3(a)及び(b)に示すように、長手方向に伸縮可能(図3(b)が延びた状態)となっている。
As shown in FIG. 3, the interphase
図5で、図3におけるA−A線に沿って相間絶縁紙本体8の断面を示すように、相間絶縁紙本体8は、中間層8aの一方の面(固定子鉄心3の外周側に位置する面)に外層8bが貼付けられるとともに、他方の面(固定子鉄心3の内周側に位置する面)に内層8cが貼付けられて、複数層たる3層に構成されている。中間層8aには、例えば、アラミド紙に高温高圧でのカレンダ処理が施されて高密度化された、電気的絶縁性能に優れる耐熱絶縁紙が用いられる。外層8bには、例えば、アラミド紙に前記のようなカレンダ処理が施されていない、柔軟性に富んだ耐熱絶縁紙が用いられる。この場合、前記カレンダ処理が施された中間層8aに用いられる耐熱絶縁紙に比べて、カレンダ処理が施されていない外層8bは、コイルエンド6のマグネットワイヤ(例えば、エナメル線)との摩擦力が大きい。
5, the interphase insulating paper
また、内層8cには、例えば、低摩擦性能に優れたフッ素樹脂(例えば、四フッ化エチレン樹脂)などからなる耐熱絶縁紙が用いられる。この場合、前記カレンダ処理が施された中間層8aに用いられる耐熱絶縁紙に比べて、フッ素樹脂からなる内層8cは、コイルエンド6のマグネットワイヤとの摩擦力が小さい。これにより、外層8bとコイルエンド6のマグネットワイヤとの摩擦係数は、内層8cとコイルエンド6のマグネットワイヤとの摩擦係数より大きいこととなる。
Further, for the
ここで、本実施形態では、前記3層構造とした1枚の耐熱絶縁紙を打抜加工することによって、一対の相間絶縁紙本体8及びこれらを繋ぐ連結条部9が一体的に形成される。このため、連結条部9も相間絶縁紙本体8と同様の3層構造となっている。ちなみに、この一対の相間絶縁紙本体8を、該相間絶縁紙本体8とは別体(及び別部材)に作られた連結条部で連結させて構成しても良い。この場合、該連結条部は耐熱絶縁性等を備えていれば良い。
Here, in this embodiment, a pair of interphase insulating paper
このような構成の一つの相間絶縁紙7は、前述した図2(a)のように、相間絶縁紙本体8が複数相たるU、V相のコイルエンド6(U)、6(V)間に位置するように配置され、他の相間絶縁紙7は、相間絶縁紙本体8が複数相たるV、W相のコイルエンド6(V)、6(W)間に位置するように配置される。この場合、相間絶縁紙7の3本の連結条部9は、固定子鉄心3の適宜のスロット2内に位置されている。図4では、説明の便宜上、連結条部9が位置するスロットを符号2aで示す。
As shown in FIG. 2A, the interphase
なお、固定子鉄心3のスロット2内には、まず、三相の固定子コイル5(U)、5(V)、5(W)のうち、外周側に位置するW相の固定子コイル5(W)が最初に挿入される。次に、コイルエンド6(W)、6(V)間に配置される相間絶縁紙7の連結条部9が挿入されて配置される。このとき、カレンダ処理が施されていない、即ち、マグネットワイヤとの摩擦係数が大きい外層8bは、W相のコイルエンド6(W)と接触する向きに配置され、マグネットワイヤとの摩擦係数が小さい内層8cは、V相のコイルエンド6(V)と接触する向きに配置される。
In addition, in the
次に、他のスロット2内に、V相の固定子コイル5(V)が挿入される。そして、コイルエンド6(V)、6(U)間に配置される相間絶縁紙7の連結条部9が挿入されて配置される。このときも同じく、カレンダ処理が施されていない、マグネットワイヤとの摩擦係数が大きい外層8bは、V相のコイルエンド6(V)と接触する向きに配置され、マグネットワイヤとの摩擦係数が小さい内層8cは、U相のコイルエンド6(U)と接触する向きに配置される。そして、更に他のスロット2内に、内層側に位置するU相の固定子コイル5(U)が挿入される。これにより、各相コイルエンド間は相間絶縁紙7によって絶縁される。
Next, the V-phase stator coil 5 (V) is inserted into the
その後、コイルエンド6は、固定子1の小型化のために、図2(b)に示すように、固定子鉄心3の外周方向(図2において上方向)に拡開されるように成形されて、且つ、中心方向(図2において左右中央方向)に圧縮される。このとき、図4(この図4では、折曲部11が延びた状態になっている)に示すように、相間絶縁紙本体8部分がコイルエンド6とともに糸12(図4では説明の便宜上、U相のコイルエンド6(U)のみを糸12にて緊縛するように図示している。)にて緊縛される。この状態で該コイルエンド6にはワニスが滴下され、このワニスを固定子コイル5に含浸させることにより全体が固められて固定子1が構成される。
Thereafter, the
ここで、前述のようにコイルエンド6には、固定子1の小型化のための成形時に長手方向あるいは幅方向に対して力(引張力)が加えられる。これにより、相間絶縁紙7にもコイルエンド6と同様な力が作用してしまう。また、固定子コイル5が配置される位置、つまり、各相におけるコイルエンド6(U)、6(V)、6(W)によって成形圧縮される際のコイルエンド6の変形量が異なるため、相間絶縁紙本体8の表裏面が異なる向きや大きさの力で引っ張られてしまい、相間絶縁紙7にしわや破れが生じる虞があった。
Here, as described above, a force (tensile force) is applied to the
しかしながら、本実施形態は上記問題を解決し得る構成としている。ここで、本実施形態の作用効果について図2を参照して、3相のコイルエンド6うちコイルエンド6(U)、6(V)を代表して説明する。前述の通り、相間絶縁紙本体8において、外層8bとコイルエンド6(V)のマグネットワイヤとの摩擦係数は、内層8cとコイルエンド6(U)のマグネトワイヤとの摩擦係数より大きくなっている。このため、コイルエンド6が固定子鉄心3の外周方向に拡開されるように成形されて、且つ、中心方向に圧縮されると、外層8bとコイルエンド6(V)とは摩擦力が大きいためずれることなく移動(及び変形)する。つまり、外層8bはコイルエンド6(V)の移動に追従して移動することになる。
However, the present embodiment is configured to solve the above problem. Here, with reference to FIG. 2, the effect of this embodiment is demonstrated on behalf of the coil ends 6 (U) and 6 (V) among the three-phase coil ends 6. As described above, in the interphase insulating paper
これに対し、内層8cとコイルエンド6(U)とは摩擦力が小さいため、お互いが滑りながら移動する。つまり、内層8cはコイルエンド6(U)の移動には追従せずに移動することになる。これにより、相間絶縁紙本体8の表裏面には、主に外層8bとコイルエンド6(V)との間の摩擦力しか伝わらないため、相間絶縁紙本体8は変形量の小さい外周側のコイルエンド6(V)に追従して移動することになり、変形量の大きい内周側のコイルエンド6(U)には追従しない。従って、相間絶縁紙7の表裏面が異なった方向に引っ張られることがなく、相間絶縁紙本体8にしわが生じたり、ずれて破れてしまったりすることを極力防ぐことができる。この結果、コイルエンド6の成形圧縮時のコイルエンド6の動きに対して、効果的にしわや破れ、ずれを防止することができる。
On the other hand, since the
また、本実施形態の相間絶縁紙7は、相間絶縁紙本体8において2段階の折曲部11が形成されている(図3参照)。このため、コイルエンド6の成形時に相間絶縁紙本体8に対して長手方向の力(固定子鉄心3の円周方向の力)が、つまり相間絶縁紙本体8を破るような力が加わったとしても、この力は折曲部11が、図3(b)のように、延びることによって吸収されるので、相間絶縁紙本体8が破れてしまうことを極力防止することができる。
更に、相間絶縁紙本体8には切欠部10が形成されている。このため、コイルエンド6に相間絶縁紙本体8が配設された状態でワニスを滴下しても、切欠部10を通じてワニスが流れやすくなり、コイルエンド6及び固定子コイル5に対するワニスの浸透性を向上させることが可能となる。
そして、一対の相間絶縁紙本体8間には、これらを連結する連結条部9を3本設けるようにしたので、固定子鉄心3のスロット2に連結条部9を相通させることにより、コイルエンド6に対する相間絶縁紙7の位置決めを正確に行うことができる。
Further, the
Further, a
Since three connecting
(第2の実施形態)
次に第2の実施形態について図6を参照して説明する。
この第2の実施形態は、相間絶縁紙本体13を、外層13b(外層8bに相当)と内層13c(内層8cに相当)とを直接貼り合せた複数層たる2層構造としている。この第2の実施形態によれば、第1の実施形態と同様の破れやしわなどの防止効果を、2層構造の相間絶縁紙で得ることができる。ここで、この第2の実施形態は中間層を有していない分、第1の実施形態に比べて耐熱絶縁性能は若干劣ることになるが、柔軟性やコスト面では有利となる。従って、第1及び第2の実施形態を、固定子コイル5の仕様(例えば、通電量や発熱量等)に応じて適宜選択することができ、相間絶縁紙の選択肢が広がる。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG.
In the second embodiment, the interphase insulating paper
(第3の実施形態)
図7は第3の実施形態を示し、第1の実施形態とは次の点で異なる。
第3の実施形態の相間絶縁紙本体14は、前記中間層8aと同様にカレンダ処理が施されたアラミド紙からなる中間層14aを有している。この中間層14aの一方の面(固定子鉄心3の外周側に位置する面)は、放電加工などの表面処理(増摩擦処理)が施されて、コイルエンド6のマグネットワイヤとの摩擦係数を増加させた外層14bが形成されている。また、中間層14aの他方の面(固定子鉄心3の内周側に位置する面)は、減摩剤塗布や流体パラフィン塗布等の処理(減摩擦処理)が施されて、コイルエンド6のマグネットワイヤとの摩擦係数を減少させた内層14cが形成されている。このように、中間層14aの表裏面に摩擦を増減させる処理を施すことにより、外層14b及び内層14cに接触するコイルエンド6のマグネットワイヤとの摩擦係数を、外層14b側は大きく、内層14c側は小さくしている。この第3の実施形態によれば、第1の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
(Third embodiment)
FIG. 7 shows a third embodiment, which differs from the first embodiment in the following points.
The interphase insulating paper
また、この場合、低圧でカレンダ処理が施された比較的摩擦抵抗の大きいアラミド紙を母材層として、その一方の面(固定子鉄心3の外周側に位置する面)を摩擦抵抗の大きい外層とし、他方の面(固定子鉄心3の内周側に位置する面)のみに流体パラフィン塗布等の処理を施して摩擦抵抗を減少させた内層としても良い。この場合においても、摩擦抵抗の大きい外層と摩擦抵抗の小さい内層とからなる複数層たる2層構造を構成し、第1の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。 Further, in this case, aramid paper having a relatively high frictional resistance subjected to calendering at a low pressure is used as a base material layer, and one surface thereof (a surface located on the outer peripheral side of the stator core 3) is an outer layer having a high frictional resistance. Further, only the other surface (the surface located on the inner peripheral side of the stator core 3) may be treated as a fluid paraffin coating to form an inner layer with reduced frictional resistance. Even in this case, a two-layer structure of a plurality of layers including an outer layer having a high frictional resistance and an inner layer having a low frictional resistance can be configured, and the same operational effects as those of the first embodiment can be obtained.
(第4の実施形態)
図8は第4の実施形態を示し、第1の実施形態とは次の点で異なる。
第4の実施形態の相間絶縁紙本体15は、前記中間層8aと同様にカレンダ処理が施されたアラミド紙からなる耐熱絶縁紙を母材層15aとし、この母材層15aの一方の面(固定子鉄心3の外周側に位置する面)には、例えば、樹脂やゴムからなる短繊維16が静電植毛されて、表面の摩擦抵抗を増加させた外層15bが形成されている。そして、固定子鉄心3の内周側に位置する母材層15a自体を内層15cとして、複数層たる2層構造を構成している。ここで、外層15bにおいて、静電植毛された短繊維16を、コイルエンド6の拡開方向におけるコイルエンド6のマグネットワイヤとの摩擦係数を増加させる方向、即ち、固定子鉄心3に向かって一方向に押し倒す(寝かす)ことにより、コイルエンド6のマグネットワイヤとの間に生じる摩擦力に方向性を持たしている。例えば、図8にいては、マグネットワイヤが右方向の移動する場合は摩擦力が大きくなり、左方向に移動する場合は摩擦力が小さくなる。
(Fourth embodiment)
FIG. 8 shows a fourth embodiment, which differs from the first embodiment in the following points.
In the interphase insulating paper
ここで、第4の実施形態の作用効果について図2を流用して説明する(この場合、相間絶縁紙本体8は、相間絶縁紙本体15とする)。コイルエンド6の成形圧縮時には、コイルエンド6(V)と相間絶縁紙本体15との拡開方向への摩擦係数は大きいため、コイルエンド6(V)の移動に追従して相間絶縁紙本体15も移動する。しかし、コイルエンド6(V)のスプリングバックによってコイルエンド6(V)が拡開方向(成形圧縮方向)とは逆の方向に移動した場合、コイルエンド6(V)と相間絶縁紙本体15との拡開方向とは逆の方向への摩擦係数は小さいため、相間絶縁紙本体15はコイルエンド6(V)の移動には追従しない。従って、コイルエンド6(V)のスプリングバックによっても、相間絶縁紙本体15(相間絶縁紙7)の位置がずれたり破れたりすることを防止することができる。
Here, the effects of the fourth embodiment will be described with reference to FIG. 2 (in this case, the interphase insulating paper
以上のように、本実施形態の回転電機の相間絶縁紙によれば、複数層で構成された相間絶縁紙本体において、固定子鉄心の外周側に位置する面(外層)は、固定子鉄心の内周側に位置する面(内層)よりも、コイルエンドのマグネットワイヤとの摩擦係数が大きくなるよう構成している。つまり、相間絶縁紙本体とマグネットワイヤとを接触させたとき、外層の方が内層よりも滑り難くなっている。このため、コイルエンドを成形する際にコイルエンドが拡開圧縮されると、相間絶縁紙において、コイルエンドの変形量の小さい外周側(外層側)は滑り難いためコイルエンドの移動に追従する。これに対し、コイルエンドの変形量の大きい内周側(内層側)は滑り易いためコイルエンドの移動には追従しない。これにより、相間絶縁紙本体の表裏面が異なる向きに引っ張られることがないため、相間絶縁紙にしわや破れが生じるのを防ぐことができる。 As described above, according to the interphase insulating paper of the rotating electrical machine of the present embodiment, in the interphase insulating paper main body constituted by a plurality of layers, the surface (outer layer) located on the outer peripheral side of the stator core is the stator core. The friction coefficient between the coil end and the magnet wire is larger than the surface (inner layer) located on the inner peripheral side. That is, when the interphase insulating paper main body and the magnet wire are brought into contact with each other, the outer layer is less slippery than the inner layer. For this reason, when the coil end is expanded and compressed when the coil end is formed, the outer peripheral side (outer layer side) where the deformation amount of the coil end is small in the interphase insulating paper is difficult to slip, and follows the movement of the coil end. On the other hand, the inner peripheral side (inner layer side) where the deformation amount of the coil end is large is slippery and does not follow the movement of the coil end. Thereby, since the front and back surfaces of the interphase insulating paper main body are not pulled in different directions, wrinkles and tearing of the interphase insulating paper can be prevented.
以上説明した回転電機の相間絶縁紙及びこれを用いた回転電機は、上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適宜変更して適用可能である。 The interphase insulating paper for a rotating electrical machine described above and the rotating electrical machine using the same are not limited to the above-described embodiment, and can be applied by appropriately changing to various embodiments without departing from the gist thereof. .
図面中、1は固定子、2はスロット、3は固定子鉄心、5は固定子コイル、6はコイルエンド、7は相間絶縁紙、8、13、14、15は相間絶縁紙本体、8a、14aは中間層、8b、13b、14b、15bは外層、8c、13c、14c、15cは内層、9は連結条部を示す。 In the drawings, 1 is a stator, 2 is a slot, 3 is a stator core, 5 is a stator coil, 6 is a coil end, 7 is interphase insulating paper, 8, 13, 14, and 15 are interphase insulating paper bodies, 8a, 14a is an intermediate layer, 8b, 13b, 14b and 15b are outer layers, 8c, 13c, 14c and 15c are inner layers, and 9 is a connecting strip.
Claims (6)
この一対の相間絶縁紙本体を繋ぐように設けられて前記固定子鉄心のスロット内に位置する連結条部とを有し、
前記相間絶縁紙本体は複数の層からなり、該複数の層のうち前記固定子鉄心の外周側に位置する外層と前記コイルエンドのマグネットワイヤとの摩擦係数は、前記固定子鉄心の内周側に位置する内層と前記コイルエンドのマグネットワイヤとの摩擦係数よりも大としたことを特徴とする回転電機の相間絶縁紙。 A pair of interphase insulating paper bodies formed in a shape that can insulate between the coil ends of the stator coils of a plurality of phases at both axial ends of the stator core;
A connecting strip that is provided so as to connect the pair of interphase insulating paper main bodies and is located in a slot of the stator core;
The interphase insulating paper body is composed of a plurality of layers, and the coefficient of friction between the outer layer of the plurality of layers located on the outer peripheral side of the stator core and the magnet wire of the coil end is the inner peripheral side of the stator core. An interphase insulating paper for a rotating electrical machine, characterized in that the coefficient of friction is larger than the coefficient of friction between the inner layer located at the coil and the magnet wire at the coil end.
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