JP2014099999A - スロット絶縁紙 - Google Patents

Abstract

【課題】スロット絶縁紙の所望の部分の破損耐性を高める。
【解決手段】スロット絶縁紙１２は、電動機または発電機のコア１０のスロット１８内に配置される。スロット絶縁紙１２をシート状に広げた状態において、当該スロット絶縁紙１２の一部の領域（高剛性部３６）が、他の領域（一般部３８）よりも破損に対して耐性のある破損耐性部とされている。スロット絶縁紙１２は、複数の絶縁層を積層して形成することができる。破損耐性部において、例えば積層された絶縁層の少なくとも１層を高剛性の材料で構成された高剛性層とすることで、この部分を高い剛性を有する部分とすることができる。高剛性とすることにより、破損耐性を高めることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動機または発電機のコアのスロット内に配置されるスロット絶縁紙に関する。

電動機は、二つの部分を有し、一方の部分に電力を投入して移動磁界を形成し、他方の部分が形成された移動磁界と相互作用することにより二つの部分に相対的な運動を生じさせる電気機器である。移動磁界を形成する側の部分は、コアとコイルを有する。コアは、磁界の移動方向に延びるヨークと、ヨークから突出し、かつ磁界移動方向に配列されたティースとを含む。ティースの間の部分はスロットと呼ばれる。コイルは、導線がティースに巻き付くようにして形成され、この結果、コイルの一部はスロット内に位置する。

発電機は、電動機が電気エネルギを二つの部材の相対運動という力学的エネルギに変換するのに対し、これとは逆に二つの部材の相対運動を電気エネルギに変換する電気機器である。発電機の構造は、電動機の構造と概略同じであり、電動機と発電機の双方に機能する機器も知られている。以下では、例として電動機について説明するが、発電機、および電動機と発電機の双方に機能する機器を排除するものではないことを理解されたい。

電動機のコアとコイルの間の絶縁を確保するために、スロットを規定するコアの表面に沿って絶縁紙（以下、スロット絶縁紙と記す。）が配置される場合がある。このスロット絶縁紙は、植物性繊維を漉いた所謂「紙」の他、樹脂や、また雲母等の鉱物製のものも知られている。下記特許文献１には、特性の異なるシート材を積層して形成されたスロット絶縁紙が記載されている（例えば段落００１２参照）。また、下記特許文献２にも複数の層を有するスロット絶縁紙が記載されている。また、下記特許文献３，４には、シート状の材料を折り返すことにより、その部分の強度を確保したスロット絶縁紙が記載されている。

特開２００８−１７８１９７号公報 特開２０１０−１１５０４０号公報 特開平４−２１０７４４号公報 特開２０１１−２０００４６号公報

スロット絶縁紙は、絶縁を確保するために、破損しないことが求められるが、破損しやすさはスロット内の位置によって異なる。例えば、コイルが強く当たる部分は、破損しやすい。しかし、特許文献１，２に記載されたスロット絶縁紙は、全体に均一であり、部分的に破損に対する耐性を高めることは示されていない。特許文献３，４は、スロット絶縁紙を折り返し、二重とすることで、その部分の破損を防止しているが、折り曲げの作業工程が必要となる。また、折り曲げられた部分が戻ろうとする反力により、スロット内への挿入作業の作業性が悪化する場合がある。

本発明は、スロット絶縁紙において、所望の部分の破損耐性を向上することを目的とする。

本発明のスロット絶縁紙は、当該絶縁紙をシート状に広げた状態で、絶縁紙の一部の領域が、他の領域よりも破損に対して耐性のある破損耐性部となっている。

スロット絶縁紙は、複数の絶縁層を積層して構成されることができ、このとき破損耐性部は、複数の絶縁層の少なくとも１層が、破損耐性部となっている領域以外の領域の各絶縁層を構成する材料よりも高い剛性を有する材料により構成された高剛性層となっている。高剛性層を有することにより、破損耐性部は変形しにくくなり、これにより、折れ曲がりなどの変形に起因する破損の可能性が低減される。

高剛性層を含む絶縁層の厚さを均一にすることができる。これは、絶縁層の１層の中で、高剛性層とそれ以外の一般層の厚さを等しくすることにより実現できる。これによれば、層を厚くすることにより高剛性を得る場合に比して、スロット絶縁紙を配置することによるスロットの実質的な断面積の減少が小さくなる。

このスロット絶縁紙をスロット内に配置したとき、破損耐性部がスロットの底面に対向する位置となるようにすることができる。スロット絶縁紙をスロットに挿入する際、破損耐性部をスロットの底面に沿わせるように挿入することで、この挿入作業の作業性が向上する。破損耐性部の高い剛性により、スロット絶縁紙の挿入時の座屈や破損が抑制される。

高剛性層を含む絶縁層以外の絶縁層の少なくとも１層は、１枚のシート材により構成された単一シート層とすることができる。そして、高剛性層を含む絶縁層の高剛性層と高剛性層以外の一般層のそれぞれが単一シート層に接着剤にて接着され、高剛性層と一般層は直接には結合されていないようにすることができる。これにより、高剛性層と一般層の境において折り曲げが容易になる。

また、破損耐性部を、接着剤の層の厚さを破損耐性部となっている領域以外の領域の接着剤の層より厚くすることにより構成することができる。接着剤の層が厚くなることにより、接着剤層の弾性作用でこの部分と対応するスロット絶縁紙が曲がりやすくなり、変形による破損を抑えることができる。

接着剤の層を厚くした破損耐性部は、当該スロット絶縁紙がスロット内に配置された際に、スロットが延びる方向においてスロットの端部に位置するようにできる。これによりスロット絶縁紙が、コイルの導線の曲がりに倣って変形しやすくなり、変形による破損を抑えることができる。

必要な部分にのみ破損耐性部を設けることで、スロット絶縁紙のコストが削減される。

本発明に係るスロット絶縁紙を、コアと共に示す斜視図である。 スロット絶縁紙およびコイルがスロット内に収められた状態を示す図である。 スロット絶縁紙が広げられた状態を示す図である。 本発明に係る他のスロット絶縁紙を示す斜視図である。 図４に示すスロット絶縁紙が広げられた状態を示す図である。

以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。電動機の相対移動する二つの部分は、通常一方が固定され、他方が移動する。移動する部分は、一つの軸線の回りに回転する種類があり、これは回転型の電動機となる。回転型の電動機では、移動する部分はロータと呼ばれ、固定された部分はステータと呼ばれる。また、移動する部分が、直線、または自由に延びる曲線に沿って移動する、所謂リニア電動機も知られている。リニア電動機では、移動する部分はスライダなどと呼ばれ、固定された部分はステータと呼ばれる。

図１には、電動機のステータのコア１０とスロット絶縁紙１２が示されている。コア１０は、ヨーク１４と、ヨーク１４から突出しヨーク１４の延びる方向に配列されたティース１６とを有する。隣り合うティース１６の間の空間はスロット１８と呼ばれ、このスロット１８内には、図２に示すように、コイル２０の導線が配置される。図１に示すヨーク１４は直線状に延びており、このコア１０はリニア電動機のコアである。ヨークを円周に沿って延びるように配置し、その円の内側に向けてティースを突出させれば、回転型の電動機、特にインナーロータ型の電動機のコアとなる。コア１０は、電磁鋼板等の薄板を積層して形成することができる。積層の方向は、図１に示すＸ方向である。

ティース１６には、コイル２０が巻装されている。コイル２０を形成する導線は、スロット１８の延びる方向（図１中Ｘ方向）に沿ってスロット１８内に配置され、スロット１８の端（図１において上面または下面）から出て、コア１０の端面２２に沿って他のスロット１８に向けて延びる。そして、前記の他のスロット内に進入し、反対側の端面から出て、再び更に他のスロット、または元のスロットに向けて延び、そのスロット内に進入する。これが繰り返されてコイル２０が形成される。コイル２０の、あるスロット１８から出て他のスロット１８に延びる部分、すなわちコア１０の端面２２に沿って位置する部分は、コイルエンドと呼ばれている。

コイル２０は、ステータの延びる方向に沿って配列され、これらのコイル２０に所定の交流電力を供給することで、ティース１６の配列方向に移動する磁界を形成することができる。スライダまたはロータに、前記の移動磁界と相互作用する構成を設けることにより（例えば永久磁石を配置する。）、スライダまたはロータは磁界の移動に従って移動する。

スロット１８は、対向するティース１６の側面２４と、ヨーク１４の側面２６で規定された空間であり、図１においてＸ方向に延びる溝形状の空間である。スロット１８を溝とみて、ヨーク１４の側面２６をスロット底面２６、ティース１６の側面２４をスロット壁面２４と記す。また、この溝が延びる方向をスロット１８の延びる方向と記している。スロット１８の延びる方向において両端は開放しており、この部分をスロット端部開口３０と記す。また、スロット１８は、スロット底面２６の反対側に位置する面においても開放しており、この部分をスロット頂部開口３２と記す。図示するように、ティース１６の先端は、ティース配列方向において広がっており、その分スロット頂部開口３２は、スロット１８の溝幅よりも狭くなっている。また、コアがインナーロータ型の電動機の場合、対向するスロット壁面は内側に向かって間隔が狭くなる。このため、スロット底面に比べ、スロット頂部開口の幅は、かなり狭くなる。

スロット絶縁紙１２は、シート状の素材がスロット１８の形状に合わせて折り曲げられ、スロット１８内に収められる。スロット絶縁紙１２は、図１に示すように略コの字形に折り曲げられ、一方のスロット端部開口３０から、スロット１８の延びる方向に沿って挿入される。このようにスロット端部開口３０からスロット絶縁紙１２を挿入するのは、スロット頂部開口３２が狭く挿入が難しいこと、およびスロット端部開口３０から挿入すれば、略コの字形に成形されたスロット絶縁紙１２が更に変形されることを抑えることができるためである。スロット絶縁紙１２が、スロット１８内に収められた後、導線がコア１０に巻かれてコイル２０が形成される。

図２は、コイル２０が巻装された状態のステータの断面を示す図である。スロット絶縁紙１２は、スロット１８の内表面であるスロット壁面２４およびスロット底面２６に沿って配置される。スロット絶縁紙１２の更に内側にコイル２０の導線が配置される。コイル２０とコア１０の間にスロット絶縁紙１２が介在し、両者の絶縁が確保される。

図３は、スロット絶縁紙１２を、折り曲げて略コの字形に成形する前の平らに広げられた状態を示す図である。スロット絶縁紙１２の紙面が図（ｂ）に示され、図（ｂ）における上辺の端面が図（ａ）に示されている。厚さ、すなわち図（ａ）における上下方向の寸法については、強調して示されており、実際の厚さは遙かに薄い。スロット絶縁紙１２は、積層された複数、例えば３層の絶縁層３４を有する。各絶縁層３４は、同一の形状であり、互いに結合されて一枚のシートとなっている。各絶縁層３４は、例えば接着剤を用いて接着して結合することができる。

スロット絶縁紙１２は、広げた状態で、一部の領域が他の領域に対して剛性の高い高剛性部３６となっている。前記他の領域、つまり高剛性部３６以外の領域は、高剛性部３６より剛性が低い一般的な剛性を有する部分であり、以下一般部３８と記す。スロット絶縁紙１２を広げた状態とは、折り曲げによって山や谷が形成されたり、折り畳まれて二重とされた部分がない平らな状態を意味する。したがって、高剛性部３６は、スロット絶縁紙を折り曲げて、例えば段ボール紙のように波形に形成することによって断面寸法を大きくすることによって高剛性となったものではない。

スロット絶縁紙１２の内の高剛性部３６の位置は、スロット絶縁紙１２がスロット内に配置されたとき、スロット底面２６に対向する位置である。図３の（ｂ）において、高剛性部３６は、左右方向において中央に、上下方向の全体にわたって延びる帯状の領域に設けられ、そして高剛性部３６の左右方向の両側が一般部３８である。スロット絶縁紙１２は、高剛性部３６と一般部３８の境界で折り曲げられて略コの字形状に成形され、コの字の縦画が高剛性部３６となり、２本の横画が一般部３８となる。

高剛性部３６は、高剛性部３６を構成する絶縁層３４のうち、少なくとも１層が一般部３８を構成する絶縁層３４より高い剛性を有する材料で構成される。この高い剛性を有する層を以下、高剛性層４０と記す。一方、高剛性層４０以外の層は、一般部３８を構成する絶縁層３４と同じ材質の材料で構成することができる。

スロット絶縁紙１２の３層の絶縁層３４のうち、中央の絶縁層３４ａは、１枚のシート材から構成された単一シート層４２である。単一シート層４２は、一般部３８の絶縁層の１層を構成すると共に高剛性部３６の高剛性層４０以外の層も構成している。つまり、単一シート層４２は、高剛性層４０よりも低い剛性の材料から構成される。中央の絶縁層３４ａの上下両側に位置する絶縁層３４ｂは、高剛性層４０と、高剛性層４０よりも剛性の低い材料で構成される一般層４４とにより構成される。両側の絶縁層３４ｂの高剛性部３６に属する領域は高剛性層４０で構成され、一般部３８に属する領域は一般層４４で構成される。一般層４４の材質は、単一シート層と同じものとすることができる。

高剛性層４０と一般層４４はそれぞれが単一シート層４２に結合される。高剛性層４０と一般層４４同士は直接結合されないようにすることができる。これにより、これらの層の境界においてスロット絶縁紙１２が折り曲げやすくなる。また、高剛性層４０と一般層４４の厚さを同一のものとすることができる。これにより、両側の絶縁層３４ｂの厚さが均一となり、スロット絶縁紙１２の全体の厚さも均一となる。高剛性部３６を設けるために厚さを増加していないので、スロット１８内の空間の断面積が確保され、コイルの占積率が維持される。

単一シート層４２および一般層４４の材質は、例えばアラミド不織布、ポリエチレン系の樹脂フィルムとすることができる。また、高剛性層４０の材質は、例えばガラス繊維やアラミド繊維の織布または不織布にエポキシ樹脂やアクリル樹脂などを含浸させた繊維強化プラスチックとすることができる。

スロット絶縁紙１２をスロット１８内に収める工程においては、まず図３に示された平らなシート状のスロット絶縁紙１２が折り曲げられて、図１に示す略コの字形に成形される。図３の（ｂ）に示される鎖線を折り曲げることにより所定の形状となる。次に、スロット絶縁紙１２を、スロット端部開口３０からスロット内へと挿入する。このとき、高剛性部３６をスロット底面２６に沿わせるようにし、高剛性部３６を押すようにして挿入する。スロット底面２６は、その両側にスロット壁面２４が位置しているので、これらの壁面２４に高剛性部３６が案内されて安定した挿入ができる。また、高剛性部３６は剛性が高く、挿入時にこの部分を押すようにしても、座屈や破損が生じにくく、作業が容易となる。さらに、高剛性部３６と一般部３８の間の折り目は、前述したように折り曲げやすく、折り曲げに対する反力も小さい。したがって、スロット絶縁紙１２の断面形状を略コの字形に容易に維持することができ、スロット内への挿入が容易となる。さらにまた、高剛性部３６がコの字の縦画に位置し、ほぼ同一の構成を有する二つの一般部３８がコの字の横画として高剛性部３６の両側に位置することから、挿入の際に二つの一般部３８が受ける抵抗力がバランスし、偏らずに挿入ができる。

一般部３８のコイル２０に接する面には、コイル２０の導線がすべりやすくなる材料を用いることができる。この材料の剛性が低くても、挿入時に高剛性部３６を押すようにすることで、作業性の悪化が抑えられる。

以上のように、本実施形態のスロット絶縁紙１２によれば、スロット絶縁紙１２をスロット１８内へ挿入する際の作業性を改善するという課題を解決することができる。スロット絶縁紙１２は、これをシート状に広げた状態で、当該スロット絶縁紙１２がスロット内に納められたときにスロットが延びる方向（図１中Ｘ方向）に沿った帯状の領域が、他の領域に対して高い剛性を有する高剛性部３６となっている。スロット１８内への挿入は、帯状の高剛性部３６の延びる方向に沿って挿入する。高剛性部３６を押すように挿入しても、高剛性部３６は剛性が高く、座屈などの変形が生じにくい。したがって、挿入作業が容易となる。また、座屈などの変形による破損も抑制される。

スロット絶縁紙１２を多層構造とするとき、少なくとも１層を他の部分よりも高い剛性を有する材料により構成することで、高剛性部３６を形成することができる。

図４および図５は、スロット絶縁紙の他の例を示す図である。スロット絶縁紙５０の挿入対象となるコアは、図１および図２に示したものと同一のものであるので、説明は省略する。図５は、スロット絶縁紙５０を、折り曲げて略コの字形に成形する前の平らに広げられた状態を示す図である。スロット絶縁紙５０の紙面が図（ａ）に示され、図（ａ）における右辺の端面が図（ｂ）に示されている。厚さ、すなわち図（ｂ）における左右方向の寸法については、強調して示されており、実際の厚さは遙かに薄い。スロット絶縁紙５０は、複数、例えば３層の絶縁層５２を有する。絶縁層５２は、同一の形状であり、接着剤を用いて互いに結合されて積層され、一枚のシートとなっている。この接着剤の層を接着層５４と記す。絶縁層５２を構成する材料は、例えばアラミド不織布、ポリエチレン系の樹脂フィルムとすることができる。

スロット絶縁紙５０は、図５の（ａ）の上辺近傍において、接着層５４が厚くされている。この部分への接着剤の塗布量を増やすことで、図５の（ｂ）に示すように接着層５４を厚くすることができる。この部分は、接着剤の柔軟性により、他の部分に比して積層された絶縁層５４間のずれが許容され、スロット絶縁紙５０の曲げ、撓みの変形が許容される。つまり、接着層５４が厚くされた部分は柔軟性が高くなる。この部分を柔軟部５６と記し、これ以外の部分を一般部５８と記す。柔軟部５６は、その柔軟性により、破損に対する耐性が高まる。つまり、このスロット絶縁紙５０において、柔軟部５６は、一般部５８よりも破損に対する耐性が高い部分である。

柔軟部５６は、スロット絶縁紙５０がスロット１８内に収められたとき、スロット１８の端部、すなわちスロット端部開口３０の縁およびその周囲に位置する。コイルエンドの部分では、スロット１８から出たコイル２０の導線は、コア１０の端面に沿う方向に曲げられる。スロット絶縁紙５０も、コイル２０の導線の曲げに倣って曲げられる。柔軟部５６は、その柔軟性によって、導線の曲げに良く倣い、破損しにくくなる。また、コイルエンドの成形においても、スロット絶縁紙５０が柔軟であるために、スロット絶縁紙５０からの反力が小さくなり加工が容易になる。さらに、スロット絶縁紙５０が破損しにくくなるため、コイル２０の導線をより大きく曲げることが可能になり、コイルエンド部分の小形化が可能となる。

１０ コア、１２ スロット絶縁紙、１８ スロット、２０ コイル、２４ スロット壁面、２６ スロット底面、３０ スロット端部開口、３４ 絶縁層、３６ 高剛性部、３８ 一般部、４０ 高剛性層、４２ 単一シート層、４４ 一般層、５０ スロット絶縁紙、５２ 絶縁層、５４ 接着層、５６ 柔軟部、５８ 一般部。

Claims (9)

1. 電動機または発電機のコアのスロット内に配置されるスロット絶縁紙であって、
   当該スロット絶縁紙をシート状に広げた状態で、スロット絶縁紙の一部の領域が、他の領域よりも破損に対して耐性のある破損耐性部となっている、
   スロット絶縁紙。
2. 請求項１に記載のスロット絶縁紙であって、
   積層される複数の絶縁層を有し、
   破損耐性部において、絶縁層の少なくとも１層が、前記他の領域の各絶縁層を構成する材料よりも高い剛性を有する材料により構成された高剛性層となっている、
   スロット絶縁紙。
3. 請求項２に記載のスロット絶縁紙であって、高剛性層の属する絶縁層は厚さが均一である、スロット絶縁紙。
4. 請求項２または３に記載のスロット絶縁紙であって、当該スロット絶縁紙がスロット内に配置された際に、破損耐性部がスロットの底面に対向する位置にある、スロット絶縁紙。
5. 請求項２から４のいずれか１項に記載されたスロット絶縁紙であって、
   高剛性層を含む絶縁層以外の絶縁層の少なくとも１層は、１枚のシート材により構成された単一シート層であり、
   高剛性層を含む絶縁層は、高剛性層と高剛性層以外の一般層のそれぞれが単一シート層に接着剤にて接着され、高剛性層と一般層は直接には結合されていない、
   スロット絶縁紙。
6. 請求項１に記載のスロット絶縁紙であって、
   接着剤を介して積層される複数の絶縁層を有し、
   破損耐性部において、前記接着剤の層の厚さが前記他の領域の接着剤の層の厚さよりも厚くなっている、スロット絶縁紙。
7. 請求項６に記載のスロット絶縁紙であって、当該スロット絶縁紙がスロット内に配置された際に、破損耐性部がスロットが延びる方向においてスロット端部に位置する、スロット絶縁紙。
8. 請求項１に記載のスロット絶縁紙であって、
   前記破損耐性部は、前記他の領域よりも剛性の高い高剛性部であり、
   スロット絶縁紙の、当該スロット絶縁紙がスロット内に配置されたときにスロットの延びる方向に沿った帯状の部分が、前記高剛性部となっている、
   スロット絶縁紙。
9. 請求項８に記載のスロット絶縁紙であって、
   前記高剛性部は、当該スロット絶縁紙がスロットの断面形状に合わせて成形されたとき、スロットの底面に対応する部分に位置する、
   スロット絶縁紙。

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