JP2012090486A

JP2012090486A - 回転電機の固定子

Info

Publication number: JP2012090486A
Application number: JP2010237034A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Maeda; 浩樹前田; Katsumi Ohata; 克己大畑; Masaya Omiya; 正也大宮
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-10-22
Filing date: 2010-10-22
Publication date: 2012-05-10
Anticipated expiration: 2030-10-22
Also published as: JP5271991B2

Abstract

【課題】組立が容易で、巻線が隣り合うインシュレータの間隙に落ち込むことがなく、安価に提供し得る回転電機の固定子を得る。
【解決手段】隣り合うティース部２相互を周方向に繋ぐヨーク部３に切欠き部５が形成され、該切欠き部で展開された磁性体を折り曲げて円筒状に形成される回転電機の固定子であって、上記ヨーク部におけるスロット底面３１と上記切欠き部を形成する分割面３２との間に段部７が形成され、上記ティース部の周面、上記スロット底面、及び上記段部における径方向に延在する側面部７１の表面を覆うように一体的にモールド成形されたインシュレータ４を備えるようにしたものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、ヨーク部分に切欠き部が設けられた鉄心を円筒状に折り曲げるようにして形成される回転電機の固定子に関するものである。

従来の技術として、複数の磁性薄板を積層した複数の突極が互に連結されている磁性部材を円環状に折り曲げて形成される連結鉄心の突極の表面を覆って配設される絶縁部材と、絶縁部材を介して鉄心コアの突極へ巻設されるコイルとを有している電機子と、電機子の半径方向内方に配置されている回転子とを備えたモータにおいて、互に隣接する突極にそれぞれ配設されている絶縁部材が、磁性部材の折り曲げ時に互に当接することで、各突極間に形成されるそれぞれのスロット幅寸法を均一化するようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。

特開２００２−２９１１９０号公報（第１頁、図１）

上記のような従来の技術の場合、各スロットの幅寸法が等間隔となり、作用する磁力のばらつきがなくなり、トルクが均一化されるなどの効果が得られるものの、絶縁部材を鉄心コアとは別途樹脂成形し、組立時に各スロットに軸方向の両側から挿入するようにしているものでは、組立作業に要する時間や費用が大きくなり、また絶縁部材の成形には高い寸法精度が要求され製造費用が膨らむという課題があった。

かかる課題解決のために、ティース部からスロット底部にかけてインシュレータをモールドで一体成形する方法が考えられるが、その場合には、インシュレータのスロット底部における分割面側の端部位置がモールド成形に必要な金型シール部によって規制されるため、周方向の長さが足りず、鉄心を円環状に折曲した時に、隣り合うインシュレータ間隙が巻線の直径よりも大きくなり、巻線がインシュレータ間隙に落ち込み、連結鉄心と接触することで絶縁性を損なう恐れがあった。また、かかる条件下で絶縁性を確保するためには、巻線の数を減らさなければならず、占積率向上が図れないという問題があった。

この発明は上記のような従来技術の実状に鑑みなされたものであり、組立が容易で、巻線が隣り合うインシュレータの間隙に落ち込む恐れがなく、絶縁性能や占積率が向上された安価に提供し得る回転電機の固定子を得ることを目的としている。

この発明に係る回転電機の固定子は、隣り合うティース部相互を周方向に繋ぐヨーク部に切欠き部が形成され、該切欠き部で展開された磁性体の鉄心を折り曲げて円筒状に形成される回転電機の固定子であって、上記ヨーク部におけるスロット底面と上記切欠き部を形成する分割面との間に段部が形成され、上記ティース部の周面、上記スロット底面、及び上記段部における径方向に延在する側面部の表面を覆うように一体的にモールド成形されたインシュレータを備えていることを特徴とするものである。

この発明においては、ヨーク部におけるスロット底面と切欠き部を形成する分割面との間に段部を形成し、ティース部の周面、スロット底面、及び段部における径方向に延在する側面部の表面を一体的に覆うようにモールド成形されたインシュレータを備えるようにしたことにより、スロット底面を覆うインシュレータの周方向の長さが長くなり、隣り合うインシュレータ相互の間隙を巻線の直径よりも小さくすることができる。このため、隣り合うインシュレータ間の間隙に巻線が落ち込むことで絶縁性を損なう恐れがなくなる。また、巻線を増やすことも可能となるので、占積率向上が図られ、品質向上を図ることができる。さらに、モールド成形によりインシュレータが鉄心と一体成形されているので組立が容易であり、加工コストも低減することができる。

この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子の要部を展開状態で示す断面図である。図１の固定子鉄心を円筒状に折り曲げた状態を示す要部断面図である。図１のティース部に巻線を施した状態を示す要部断面図である。図３の固定子鉄心を円筒状に折り曲げた状態を示す要部断面図である。比較のために従来装置を想定した固定子鉄心構造を説明する参考図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子の要部を展開状態で示す断面図、図２は図１の固定子鉄心を円筒状に折り曲げた状態を示す要部断面図、図３は図１のティース部に巻線を施した状態を示す要部断面図、図４は図３の固定子鉄心を円筒状に折り曲げた状態を示す要部断面図である。なお、図１、２、４において、矢印の先に引き出した拡大円Ａ、Ｂ、Ｃに示す図は何れも拡大図である。図において、実施の形態１に係る回転電機の固定子鉄心１は、中心方向に突設された複数のティース部２と、隣り合うティース部２相互の外周部を周方向に繋ぐように形成されたヨーク部３と、ティース部２の外周面、ヨーク部３の内周面でなるスロット底面３１、及び後述する段部７に跨るように一体にモールドされたインシュレータ４とを有している。図２に示すように、隣り合うティース部２相互の間にはスロットＳが形成される。

隣り合うティース部２相互の周方向中間部に位置するヨーク部３には、径方向中心側から外周面方向に形成された切欠き部５と、この切欠き部５の外周端に形成された薄肉部６が構成されている。なお、製造過程の当初、切欠き部５の内の所定の１か所は切欠きが外周面まで達しており（図示省略）、その箇所で固定子鉄心１は周方向に分離され、展開された状態に形成されている。そして、ヨーク部３におけるスロット底面３１と、切欠き部５を形成する分割面３２との間、即ちスロット底面３１と分割面３２が交わる角部には階段状の段部７が形成されている。段部７は図２の拡大円Ｂに示すようにスロット底面３１に繋がる径方向に延在する側面部７１と、この側面部７１の外径側端部と分割面３２に繋がる周方向に延在する段差面７２からなっている。

上記インシュレータ４は、ティース部２の外周面からヨーク部３におけるスロット底面３１を経て、段部７における側面部７１に跨って一体に覆うようにモールド成形されている。そして、段部７においては、段差面７２の内、図１の拡大円Ａに示すように分割面３２側の所定長（寸法ｃ）がインシュレータ端面４１から露出されており、該露出部分がインシュレータ４をモールド成形する際に必要な金型シール部７２ａとなっている。なお、この例では、ティース部２は周方向に等間隔で設けられ、切欠き部５は隣り合うティース部２の中央に設けられている。１つのティース部２に着目した場合、図１に示すように中心線Ｏに対して切欠き部５と段部７は図の左右対称に形成されている。また、固定子鉄心１は所定枚数の磁性薄板を積層して形成されている。

また、図２に示すように、対向する分割面３２が互いに当接するようにヨーク部３を薄肉部６で折り曲げて円筒状にした場合、拡大円Ｂに示すようにインシュレータ４の角部４ａが、対向する隣側の角部４ａと干渉しないように寸法ｆの小間隙が形成される。この間隙の寸法ｆは、ティース部２の周りに図３に示す如くエナメル線などの巻線８を施した後、図４の如く円筒状に折り曲げたとき、巻線８の直径φよりも十分に小さいものであり、
０≦ｆ＜φ
の関係となるように構成される。
また、金型シール部７２ａに必要な寸法をｃ、インシュレータ４の厚みをｄ、段差面７２の周方向の寸法をｅ、としたとき、段部７における段差面７２の寸法ｅは、
ｅ≧ｃ＋ｄ
の関係となるように構成される。

一方、図１の拡大円Ａ中に示す破線は、図５に示す従来装置を想定した比較例の固定子鉄心とインシュレータの形状、位置を示しており、該破線で示す３２Ａはヨーク部３Ａの分割面、同じく４１Ａはインシュレータ端面である。該比較例としての固定子鉄心１Ａは、図５の参考図に示すように上記実施の形態１の段部７が設けられていない従来装置に相当するものである。即ち、図５において、ティース部２の外周部を周方向に繋ぐように設けられたヨーク部３Ａにおけるスロット底面３１Ａは、切欠き部５を形成する分割面３２Ａに連なるように形成されている。そして、図５の拡大円Ｄに示すように、スロット底面３１Ａは、大部分がインシュレータ４Ａに覆われ、インシュレータ端面４１Ａと分割面３２Ａの上端部近傍の間に所定の寸法ｃ_Ａの金型シール部３１Ａａが露出されている。

ここで、図５中に示すように、比較例におけるスロット底面３１Ａのティース部２の端面から切欠き部５を形成する分割面３２Ａまでの寸法をｂ_Ａ、スロット底面３１Ａを覆うインシュレータ４Ａにおけるティース部２の端面からインシュレータ端面４１Ａまでの寸法をａ_Ａ、インシュレータ４Ａの厚みをｄ_Ａとする。また、固定子鉄心１Ａの各ティース部２に巻線８をコイル状に施した後、円筒状に折り曲げたときの対向するインシュレータ４Ａ相互の間隙の寸法を図５の拡大円Ｅに示すようにｆ_Ａとする。

次に、上記のように構成された実施の形態１の動作について説明する。まず、図１に示すように、スロット底面３１のティース部２の端面から段部７の側面部７１までの寸法をｂ、インシュレータ４におけるスロット底面３１を覆う部分のティース部２の端面からインシュレータ端面４１までの寸法をａ、とする。また、前提として、実施の形態１のインシュレータ４の厚さｄと、比較例のインシュレータ４の厚さｄ_Ａとは等しく、同様に金型シール部７２ａの寸法ｃと、金型シール部３１Ａａの寸法ｃ_Ａは等しく、さらに、巻線８（８ａ）の直径ｆやティース部２の大きさ等も互いに等しいものとする。即ち、
ｄ＝ｄ_Ａ、ｃ＝ｃ_Ａ、とする。

この実施の形態１においては、ヨーク部３におけるスロット底面３１と、切欠き部５を形成する分割面３２との間に階段状の段部７を形成し、その段部７における分割面３２と繋がる段差面７２の内、分割面３２側の所定長（寸法ｃ以上）を金型シール部７２ａとして露出状態で確保する一方、インシュレータ４をティース部２の周囲表面からスロット底面３１を経て、段部７における周方向側の側面部７１に跨って覆うように設けたことにより、図１の拡大円Ａに示すように、インシュレータ４におけるティース部２の端面からインシュレータ端面４１までの寸法ａが、比較例の場合の寸法ａ_Ａに対して、
ａ＞ａ_Ａ
と、大きくなる。

また、インシュレータ４の周方向の寸法ａが大きくなることによって、固定子鉄心１を折り曲げたときの隣り合うインシュレータ４の対向する角部４ａ相互間の間隙の寸法ｆが比較例の場合の寸法ｆ_Ａに対して、
ｆ＜ｆ_Ａ
と、小さくなる。その結果、隣り合うインシュレータ４の間隙に巻線８（８ａ）が落ち込み、固定子鉄心１と巻線８が接触する恐れがなくなる。さらに、スロット底面３１におけるインシュレータ４の周方向の寸法ａが比較例の場合よりも大きくなり、かつ、インシュレータ４間の間隙の寸法ｆが小さくなることによって、図４の拡大円Ｃに示すように、破線で示す巻線８ａを増やすことも可能となり、占積率の向上が可能である。
また、段部７における段差面７２の寸法ｅを、ｅ≧ｃ＋ｄの関係となるように構成したことで、金型シール部７２ａが確実に確保され、インシュレータ４のモールド成形を容易に実施できる。

上記のように、実施の形態１によれば、ヨーク部３におけるスロット底面３１と、切欠き部５を形成する分割面３２との間に階段状の段部７を形成し、ティース部２の外周面、スロット底面３１、及び段部７における径方向に延在する側面部７１の表面を一体的に覆うようにモールド成形されたインシュレータ４を設けたことにより、スロット底面３１を覆うインシュレータ４の周方向の長さａを長くすることができ、しかも隣り合うインシュレータ相互の間隙ｆを巻線８の直径φよりも小さくすることができる。

このため、隣り合うインシュレータ相互間の空隙に巻線８が落ち込ことで絶縁性を損なう恐れがなくなり、絶縁性の面でより品質向上を図ることができる。また、巻線８を増やすことが可能となるので、占積率向上を図ることができる。さらに、インシュレータ４が固定子鉄心１と一体成形されているので組立が容易であり、加工コストを低減することができる。また、固定子鉄心１を折曲したときの対向するインシュレータ４相互間の寸法ｆは、巻線８の直径φよりも小さい寸法であり、且つ折曲後においても隣り合うインシュレータ４同士が干渉しない構造であることにより、固定子鉄心１の折曲後の真円度が確保できる。また、段差面７２の周方向の寸法ｅを、金型シール部７２ａの長さｃとインシュレータ４の肉厚ｄを加えた値以上としたことで、インシュレータ４の一体モールド成形の安定化を図ることができる。

なお、上記実施の形態の説明では、金型シール部７２ａが露出されている場合について例示したが、この場合の露出とは、要するに鉄心の表面がインシュレータ４に覆われていない状態であって、例えば金型シール部７２ａの表面を含浸樹脂の硬化被膜が覆っているものなどであっても露出に含まれるものとする。その他、この発明の範囲内で種々の変形や変更が可能であることは言うまでもない。

１、１Ａ固定子鉄心、２ティース部、３、３Ａヨーク部、３１、３１Ａスロット底面、３１Ａａ金型シール部、３２、３２Ａ分割面、４、４Ａインシュレータ、４ａ角部、４１、４１Ａインシュレータ端面、５切欠き部、６薄肉部、７段部、７１側面部、７２段差面、７２ａ金型シール部、８、８ａ巻線、Ｏ中心線、Ｓスロット、 φ 直径。

Claims

隣り合うティース部相互を周方向に繋ぐヨーク部に切欠き部が形成され、該切欠き部で展開された磁性体を折り曲げて円筒状に形成される回転電機の固定子であって、上記ヨーク部におけるスロット底面と上記切欠き部を形成する分割面との間に段部が形成され、上記ティース部の周面、上記スロット底面、及び上記段部における径方向に延在する側面部の表面を覆うように一体的にモールド成形されたインシュレータを備えたことを特徴とする回転電機の固定子。
上記段部における上記分割面と繋がる周方向に延在する段差面の内、上記分割面側の所定長が上記モールド成形に必要な金型シール部長さとして、上記インシュレータから露出さ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固定子。
隣り合う上記ティース部に設けられた上記インシュレータの対向する角部相互の間隙寸法は、上記ティース部に巻回された巻線の直径よりも小さい寸法であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機の固定子。
上記段部における上記段差面の周方向の寸法は、モールド成形に必要な金型シール部長さと上記インシュレータの肉厚を加えた値以上であることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の回転電機の固定子。