JP2013207820A

JP2013207820A - 固定子、電動機、固定子のコイルエンドの絶縁構造及び固定子の製造方法

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Publication number: JP2013207820A
Application number: JP2012070855A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Nagai; 昌幸永井
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2013-10-07
Anticipated expiration: 2032-03-27
Also published as: JP5944713B2

Abstract

【課題】異相コイル間の絶縁を確実に確保して固定子の製造品質を向上させ、異相間絶縁処理がなされたコイルエンドを効率的に成形できるようにする、
【解決手段】固定子鉄心のスロットにコイルを装着する際に、レーシングを行ったときに互いに交差する位置の異相コイル同士の少なくとも一方のコイルに対し、固定子鉄心の両端面から外方に突出した部分であって前記スロットの両端内縁から前記交差部に亘る部分に、電気絶縁性を有する粘着テープを巻き付けて被覆する絶縁処理を施す。
【選択図】図５

Description

本発明は、電動機の固定子の構造に係り、コイルエンドで交差する異相コイルの相間絶縁を強化する処理を施した構造のものに関する。

分布巻きを用いた電動機の固定子では、異相コイル間に絶縁性能を確保するために、各コイル相間に相間絶縁紙が挿入されている。
図８は相間絶縁紙を挿入して異相コイル間を絶縁した固定子を展開した模式図であり、同図に示されるように、固定子鉄心１００のスロットに第１相コイル１０１、第２相コイル１０２及び第３相コイル１０３を装着し、固定子鉄心１００の両端面から外方へ突出したコイルエンドにおいて各コイル１０１、１０２、１０３の間に帯状の相間絶縁紙１０４を挿入し、相間絶縁紙１０４で隔てられた各コイル１０１、１０２、１０３が接触するのを防止している。

固定子のコイルエンドを成形する実際の作業は、全てのコイルを固定子鉄心１００に収めた後、コイルエンドにおける各コイルの間を手で開いて、相間絶縁紙１０４を挿入し得る大きさの隙間を、相の異なる各コイル間全てに形成し、そこに予め用意しておいた前記相間絶縁紙１０４を挿入して、これを各コイルの交差部に入り込むまで押し込んで設置する。
相間絶縁紙１０４を設置したならば、コイルエンドに大きな圧力を加えてコイルエンド整形を行い、さらに整形した形状を保持するためにレーシングを行い、その後、コイルエンドに圧力と衝撃を加えることによってコイルエンドの最終整形を行い、最終整形された形状にワニス処理により固めてコイルエンドの成形が完了する。

このようにコイルエンドを成形する作業の過程で、コイルエンドには大きな圧力や衝撃が加えられ、その際、前記異相コイル間に挿入されていた相間絶縁紙１０４が変形したり位置がずれたりして異相コイル間の電気絶縁の機能が失われ、焼損に至らしめるおそれがある。
また、特に最終整形時に大きな圧力や衝撃が加わったときに、前記第１相コイル１０１と第２相コイル１０２、さらには第３相コイル１０３との交差部に部分的に大きな圧力が加わることにより、均一な厚みの相間絶縁紙１０４に局部的に大きな応力が作用して相間絶縁紙１０４を破損し、第１相コイル１０１と第２相コイル１０２、或いは第３相コイル１０３が直接接触して、レアショートを生じさせる場合がある。

このようなコイルエンドの成形作業工程における相間絶縁紙１０４の位置ずれ等の問題を解消するため、前記帯状の相間絶縁紙に代えて、所定の径で半円弧状に形成された相間絶縁紙や、応力が加わる部分の厚みを部分的に厚くした相間絶縁紙を用いることが行われている（例えば特許文献１、２参照）。

特開平５−１２２９１０号公報実開平５−４８５５５号公報

前記半円弧状の相間絶縁紙や部分的に厚みの異なる相間絶縁紙は、製造する固定子の大きさや形状に合わせて専用に作製する必要があり、多数種の固定子の製造に対応するためには個別に作製しなければならないため材料費が上昇し、固定子製造コストの大幅な増加を招くという問題がある。

また、前記専用に作製された相間絶縁紙をコイル間に挿入することにより、或いは帯状の相間絶縁紙とは別の絶縁紙片をコイルの交差部に挿入することにより異相コイル間の電気絶縁を図ったとしても、コイルエンドを成形する際に加えられる大きな圧力や衝撃によって、これら相間絶縁紙や絶縁紙片の挿入位置がずれ、異相コイル間に微小な隙間ができる可能性があることは否定できない。

仮に異相コイル間に微小な隙間があったとしても、ワニス処理によってコイルエンドは固化されているため、外部から大きな荷重が加わらない限り異相コイル同士が接触する危険はなく、電動機が所定の周波数や電圧で駆動されていれば、電気絶縁が破壊される事態が生じることもない。
しかし、電動機をインバータ駆動する場合は、インバータ駆動による立ち上がりが急峻なサージ電圧が印加されると、微小な隙間を保って配置された異相コイル間で部分放電が発生するおそれがある。従って、コイルエンドを成形する際に大きな圧力や衝撃が加えられても、異相コイル同士を絶縁材で隔てておくことにより、異相コイル間の絶縁が確実になされている必要がある。

本発明は従来技術の有するこのような問題点に鑑み、その目的とするところは、製造する固定子の大きさや形状に関わりなく、且つ専用に作製される相間絶縁紙や絶縁紙片を用いることなく、異相コイル間の絶縁を確実に確保して固定子の製造品質を向上させるとともに、異相間絶縁処理がなされたコイルエンドを効率的に成形できるようにすることを課題とする。

前記課題を解決するため本発明の固定子は、固定子鉄心のコイルエンドで交差する異相コイル同士の少なくとも一方のコイルが、当該コイルが装着されたスロットの端部内縁から前記交差部に亘って軟質な絶縁材で被覆された構成を有することを特徴とする。
本発明の固定子のコイルエンドの絶縁構造は、固定子鉄心のコイルエンドの異相コイル同士の交差部の少なくとも一方のコイルの表面を軟質な絶縁材で被覆することにより、当該交差部を相間絶縁してなることを特徴とする。
また、本発明の電動機は、前記構成の固定子や、前記コイルエンドの絶縁構造がなされた固定子を備えたものである。
なお、本発明でいう「コイル」は、エナメル電線のような一本の線材（コイル線）をいうのではなく、固定子鉄心のスロットに巻装される複数本の線材のまとまり、換言すれば複数本のコイル線のまとまりであるコイル線束を意味する。

これによれば、コイルエンドを成形する際に加わる大きな圧力や衝撃によって相間絶縁紙の位置ずれや破損が発生し易い異相コイルの交差部において、交差するコイルの一方のコイル表面を軟質な絶縁材で被覆してあるので、相間絶縁紙が位置ずれ等しても異相コイル間の絶縁を確実に確保することが可能である。
絶縁材による被覆は交差するコイルの一方になされていればよく、コイルエンドのボリュームが大きくなることもない。コイルエンドのボリュームが大きくならない範囲で、交差するコイルの両方を絶縁材で被覆してもよい。
また、固定子鉄心のスロットに装着されたコイルの、スロット端部の内側の位置から交差部に亘る位置まで絶縁材で被覆することで、固定子鉄心のスロット端部角部におけるコイルの絶縁も強化することができる。

前記構成の固定子において、コイル表面を被覆する絶縁材は、電気絶縁性を有する薄肉の部材であって、コイルエンド整形作業の際に、コイルの表面を被覆した状態を保ったまま、外力が加えられて変形するコイルと一体に屈曲乃至湾曲変形が可能な、柔軟な性状のものを用いることが好ましい。例えば電気絶縁性を有する合成樹脂フィルムやシート、ゴム、紙材、或いはこれらの材質からなるチューブ状その他の形状に加工されたもの等を用いることができる。
絶縁材の被覆位置がずれないように、絶縁材はコイル表面に一体に固着しておくことが好ましい。固着は、接着剤や粘着剤等適宜な固着手段を用いることができ、例えば絶縁材の裏面に接着剤を塗布しておき、これをコイルの表面に巻き付けるなどすればよい。電気絶縁性のある熱収縮チューブをコイルに被せ、これを加熱して収縮させることにより、コイルが絶縁材で被覆されるようにしてもよい。
絶縁材として電気絶縁性を有する粘着テープを用いれば、コイルの表面に粘着テープを巻き付けることで、コイルを所望の長さに亘って簡単に被覆してコイルに安定的に固着させておくこができて好ましい。粘着テープは取り扱いの便宜に優れ、大きさや形状の異なる様々な仕様の固定子にフレキシブルに対応して、コイルエンド成形における絶縁処理作業を効率的に行うことが可能である。

また、本発明の固定子の製造方法は、レーシングを行ったときに互いに交差する位置の異相コイル同士の少なくとも一方のコイルに対し、固定子鉄心の両端面から外方に突出した部分であって前記スロットの両端内縁から前記交差部に亘る部分に電気絶縁性を有する粘着テープを巻き付けて被覆する処理をそれぞれ施し、前記交差する対応位置のコイルを前記粘着テープの巻き付けによる被覆処理を行いつつ全てのスロットにコイルを装着した後、異相コイル間に相間絶縁紙を挿入し、コイルエンドの整形、レーシング、コイルエンドの最終整形を経てワニス処理を行うことを特徴とする。

これによれば、固定子鉄心のスロットにコイルを装着する際に、異相コイル同士で交差する部分に粘着テープを巻き付けて絶縁を確保するようにしているので、スロットに装着が完了した異相コイル間に相間絶縁紙を挿入した後、整形のためにコイルエンドに大きな圧力や衝撃を加えた際に、挿入した相間絶縁紙の位置がずれても、コイルに巻き付けた粘着テープにより異相コイル間の十分な絶縁性能が確保され、異相コイルの交差部における絶縁不良の発生を効果的に防止して、固定子及びこれを装備した電動機の品質を向上させることができる。

本発明によれば、固定子のコイルエンドを成形する際に発生していた異相コイルの絶縁不良を確実に防止し、インバータ駆動による電動機の運転時に部分放電が発生する可能性の高い部位を効率的に絶縁することができ、異相コイル間の十分な絶縁性能を確保した固定子を提供して、固定子及びこれを装備した電動機の品質を向上させることできる。
また、専用の相間絶縁紙や絶縁紙片を用いることなく、大きさや形状の異なる様々な仕様の固定子にフレキシブルに対応して、コイルエンド成形における絶縁処理作業を効率的に行うことが可能である。

固定子鉄心のスロットに第１相コイルを挿入する工程を説明するための図である。反口出線側において第１相コイルの根元部に粘着テープを巻き付ける工程を説明するための図である。口出線側において第１相コイルの根元部に粘着テープを巻き付ける工程を説明するための図である。スロットへの第１相コイルの挿入と粘着テープの巻き付けが完了した状態を説明するための図である。固定子鉄心のスロットに第２相コイルを挿入し粘着テープを巻き付ける工程を説明するための図である。固定子鉄心への装着が完了した異相コイル間に相間絶縁紙を挿入する工程を説明するための図である。コイルエンド整形後のレーシングを行う工程を説明するための図である。相間絶縁紙を挿入して異相コイル間を絶縁した固定子を展開した模式図である。

本発明の好適な一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図７は、固定子鉄心に三相の固定子巻線（後述する第１相、第２相及び第３相の各コイル）を巻き付けて固定子を製造する一例の過程を示しており、本発明の固定子は例えば以下の作業工程を経て製造することができる。

作業を始めるにあたり、固定子鉄心ＳＣに巻き付ける第１相コイル１、第２相コイル２及び第３相コイルの各コイルは、巻き枠にて巻き付ける単位毎で巻き取っておく。また、固定子鉄心ＳＣの内周面に複数形成された各スロットＳＬには、スロット絶縁紙４を挿入しておく。また、異相コイルの交差部の絶縁を確保するための粘着テープ５を用意しておく。粘着テープ５は、電気絶縁性を有する適宜な幅のものを用いることができる。

先ず、図１に示されるように、第１相コイル１の第１の単位コイルをスロットＳＬに挿入する。
挿入したならば、固定子鉄心ＳＣの反口出線側において、挿入した第１相コイル１の根元部に粘着テープ５を巻き付ける。この際、第１相コイル１の、スロットＳＬの端部よりも内側に挿入されている部分にも粘着テープ５が巻かれるようにするため、挿入した第１相コイル１を固定子鉄心ＳＣの軸線に沿って一旦外側へ引き出した状態で巻き付け作業を行い、引き出した第１相コイル１をスロットＳＬの内側に戻した状態でスロットＳＬの端縁から内側に５ｍｍ以上、粘着テープ５が巻き付けられているようにする。

第１相コイル１の、固定子鉄心ＳＣの端部よりも外方に突出した部分に粘着テープ５を巻き付ける長さは、コイルエンドの成形処理の際に第１相コイル１に重なる異相コイルの交差部に亘る部分までの長さとする。この長さは、固定子の仕様によって異なるが、例えば固定子鉄心ＳＣの端面から３０ｍｍ以上は巻き付けておくことが好ましい。

また、粘着テープ５の巻き付けは、第１相コイル１に対し、スロットＳＬ側である根元側からコイルエンドの曲線部側に向けて行うようにする。また、コイルエンドの整形を行い易くするため、コイルの直線部分である根元側は粘着テープ５を比較的密にしっかりと巻き付け、曲線部分であるコイルエンド側は緩く巻き付けるようにすることが好ましい。

上記と同様にして反対側の第１相コイル１にも粘着テープ５を巻き付け、巻き付け完了後、図２に示されるように、引き出していた第１相コイル１をスロットＳＬ内に戻す。このとき、前記の通り、固定子鉄心ＳＣの端面から３０ｍｍ以上は粘着テープ５が巻き付けられているようにする。

次いで、図３に示されるように、固定子鉄心ＳＣの口出線側においても、前記と同様にして、第１相コイル１の根元部分に粘着テープ５を巻き付ける。この際、口出しコイルには粘着テープ５を巻かないようにし、渡り線はコイルと一緒に粘着テープ５を巻き付ける。

次に、第１相コイル１の第２の単位コイルをスロットＳＬに挿入し、図４に示されるように、挿入したコイルに前記と同様にして粘着テープ５を巻き付ける。このときの粘着テープ５の巻き付け長さは、第１の単位コイルの巻き付け長さよりも若干長くし、例えば固定子鉄心ＳＣの端面から４０ｍｍ以上は粘着テープ５が巻き付けられているようにする。

次いで、第２相コイル２をスロットＳＬに挿入し、前記と同様にして粘着テープ５を巻き付ける。
この際、図５に示されるように、第２相コイル２は、その第１の単位コイル、第２の単位コイルの順でスロットＳＬに挿入し、粘着テープ５の巻き付け処理がなされるが、次工程で挿入される第三相コイル３と交差して当該コイルの下側に配置される部分のコイルのみに粘着テープ５を巻き付けるようにする。第２相コイル２をスロットＳＬに挿入後、第２相コイル２の整形処理を行う。

次に、第３相コイル３をスロットＳＬに挿入する。前記の作業工程で、第３相コイル３と交差する第１相コイル１及び第２相コイル２の表面には粘着テープ５が巻かれて交差部分の絶縁が確保されているため、第３相コイル３には粘着テープ５を巻き付けない。

第３相コイル３のスロットＳＬへの挿入が完了したならば、図６に示されるように、各異相コイル間に相間絶縁紙６を挿入し、これを各コイルの交差部の奥まで入り込むように押し込む。
そして、コイルエンドに大きな圧力を加えてコイルエンド整形を行った後、図６に示されるように、整形した形状を保持するためにレーシングを行い、その後、コイルエンドの最終整形を行い、最終整形された形状にワニス処理により固めることでコイルエンドの成形が完了し、異相コイル間の絶縁を強化した固定子を得ることができる。

上記作業工程により製造された固定子は、コイルエンドの成形処理の際に発生していた異相コイルの絶縁不良が確実に防止され、インバータ駆動による電動機の運転時に部分放電が発生する可能性の高い部位を効率的に絶縁することができ、異相コイル間の十分な絶縁性能を確保することが可能である。また、専用の相間絶縁紙や絶縁紙片は不要であり、大きさや形状の異なる様々な仕様の固定子にフレキシブルに対応して、コイルエンド成形における絶縁処理作業を効率的に行うことができる。

なお、図示した実施の形態は例示に過ぎず、本発明を何ら限定するものではない。粘着テープに代えて、他の軟質な絶縁材で交差するコイルを被覆するようにしてもよい。また、本発明は、図示した固定子とは異なる極数、コイル数等、大きさや形状等の仕様の異なる固定子や電動機に適用が可能である。

ＳＣ固定子鉄心、ＳＬスロット、１第１相コイル、２第２相コイル、３第３相コイル、４スロット絶縁紙、５粘着テープ、６相間絶縁紙

Claims

固定子鉄心のコイルエンドで交差する異相コイル同士の少なくとも一方のコイルが、当該コイルが装着されたスロットの端部内縁から前記交差部に亘って軟質な絶縁材で被覆された構成を有することを特徴とする固定子。
絶縁材は電気絶縁性を有する粘着テープであることを特徴とする請求項１に記載の固定子。
請求項１又は２に記載の固定子を備えた電動機。
固定子鉄心のコイルエンドの異相コイル同士の交差部の少なくとも一方のコイルの表面を軟質な絶縁材で被覆することにより、当該交差部を相間絶縁してなることを特徴とする固定子のコイルエンドの絶縁構造。
固定子鉄心のスロットにコイルを装着する際に、レーシングを行ったときに互いに交差する位置の異相コイル同士の少なくとも一方のコイルに対し、固定子鉄心の両端面から外方に突出した部分であって前記スロットの両端内縁から前記交差部に亘る部分に電気絶縁性を有する粘着テープを巻き付けて被覆する処理をそれぞれ施し、前記交差する対応位置のコイルを前記粘着テープの巻き付けによる被覆処理を行いつつ全てのスロットにコイルを装着した後、異相コイル間に相間絶縁紙を挿入し、コイルエンドの整形、レーシング、コイルエンドの最終整形を経てワニス処理を行うことを特徴とする固定子の製造方法。