JP2014158381A

JP2014158381A - 回転電機

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Publication number: JP2014158381A
Application number: JP2013028456A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Matsumoto; 芳和松本
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2013-02-15
Filing date: 2013-02-15
Publication date: 2014-08-28
Anticipated expiration: 2033-02-15
Also published as: CN203722367U; JP5660402B2

Abstract

【課題】回転電機の絶縁性の低下を防止する。
【解決手段】回転電機１は、巻線１７を巻回した複数のインシュレータ１６を周方向に複数個配列し、固定子鉄心４を備えた固定子３と、固定子３の径方向内側又は外側に設けられ、回転軸８を備えた回転子２と、固定子鉄心４の軸方向一方側端部に、複数のインシュレータ１６の反回転子側を囲むように設けられた絶縁シート２１と、を有し、絶縁シート２１は、隣接する２つのインシュレータ１６，１６の間の空隙１５に向かって回転子側へ突出する突出部２２を備える。
【選択図】図６

Description

開示の実施形態は、回転電機に関する。

特許文献１には、環状の固定子コアの軸方向一方側端部に、円環状のシート状絶縁体を配置した回転電機が記載されている。

特開２００２−１７６７５３号公報（図１５）

上記従来技術のように環状の固定子コアに複数のインシュレータが周方向に配列される構造において、各インシュレータの巻線（言い替えればコイル）を結線したりコイル同士を接続するための巻線が、固定子コアの軸方向一方側端部に沿って延設される場合がある。この延設される巻線が、隣接する２つのインシュレータの間の空隙に誤って入り込むと、巻線が固定子コアに近接し、絶縁性が低下する場合があった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、絶縁性の低下を防止できる回転電機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、巻線を巻回した複数のインシュレータを周方向に複数個配列し、固定子鉄心を備えた固定子と、前記固定子の径方向内側又は外側に設けられ、回転軸を備えた回転子と、前記固定子鉄心の軸方向一方側端部に、前記複数のインシュレータの反回転子側を囲むように設けられた絶縁体と、を有し、前記絶縁体は、隣接する２つの前記インシュレータの間の空隙に向かって前記回転子側へ突出する突出部を備える回転電機が適用される。

本発明の回転電機によれば、絶縁性の低下を防止することができる。

一実施形態の回転電機の全体構成を表す側断面図である。図１のＡ−Ａ矢視図である。固定子コイルのコイル巻線手順の例を説明するための説明図である。絶縁シートの全体構造を表す平面図である。絶縁シートの詳細構造を表す、図４の部分拡大図である。絶縁シートの突出部の詳細構造を表す、図２の部分拡大図に相当する斜視図である。絶縁シートの突出部近傍における渡り線の引き回し状態の一例を表す斜視図、及び、当該部位での実際の結束状態を表す斜視図である。空隙に入り込んだ渡り線による絶縁不良を突出部が抑制する効果を表す、図２中のＢ−Ｂ矢視図に相当する説明図である。長さが長い突出部を備えた絶縁シートを有する変形例において、空隙に入り込んだ渡り線による絶縁不良を、突出部が抑制する効果を表す説明図である。

以下、一実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

＜回転電機の全体構成＞
まず、図１及び図２を用いて本実施形態の回転電機１の全体構成について説明する。図１及び図２に示すように、回転電機１は、略円筒状の回転子２と、回転子２の外側に設けられた略円筒状の固定子３とを備える、インナーロータ型の電動機である。回転子２は回転軸８を有している。なお、以下適宜、回転子２及び固定子３の径方向を単に「径方向」と称し、回転子２及び固定子３の軸方向を単に「軸方向」と称する。

また、回転電機１は、略円筒状のフレーム９と、フレーム９の軸方向一方側（すなわち反負荷側。図１中の左側）の開口部を塞ぐ反負荷側ブラケット１１と、フレーム９の軸方向他方側（すなわち負荷側。図１中の右側）の開口部を塞ぐ負荷側ブラケット１２とを備えている。反負荷側ブラケット１１および負荷側ブラケット１２は、それぞれ軸受１０ａ及び軸受１０ｂを介して上記回転軸８を回転自在に支持している。

回転子２は、回転軸８に固定されている。回転子２は、それぞれ軸方向に延設される複数個の永久磁石７を備えている。複数個の永久磁石７は、回転子２の周縁部に周方向に沿って配列されている（図２では２個の永久磁石７のみを略示）。回転子２は、固定子３と磁気的空隙を空けて設けられている。

＜固定子の詳細構造＞
固定子３は、フレーム９の内周面に固着した固定子鉄心４と、固定子鉄心４の周方向に沿って配列された複数個（この例では１２個）の固定子コイル５とを備えている。固定子鉄心４には、その径方向内側に、複数（この例では１２個）のティース１３が備えられている。これら複数のティース１３は、それぞれが軸方向に貫通しつつ、周方向に沿って配列されている。この例では、固定子コイル５の軸方向の少なくとも上記他方側（図１の右側）のコイルエンド５ａは、固定子鉄心４の軸方向の上記他方側と同側の端部４ａ（図１の右側）に密着するように折り曲げられている。なお、固定子鉄心４は、この例では、複数個の分割鉄心４Ａを周方向に配列することで構成されているが、１個の単体の円筒状鉄心であってもよい。

＜巻線の巻回＞
固定子コイル５は、固定子鉄心４の上記ティース１３に取り付けられたインシュレータ１６の周囲に、巻線１７を巻回することにより形成されている。インシュレータ１６は、この例では、上記径方向に沿った穴部を内側に有する、略矩形状の枠体である。インシュレータ１６は、上記径方向の内周側及び外周側に、それぞれ鍔部１６ａ及び鍔部１６ｂを備えている。インシュレータ１６は、上記穴部が固定子鉄心４のティース１３に内周側から径方向に嵌装されることによって、固定子鉄心４の周方向に沿って複数個配列される。ティース１３に取り付けられたインシュレータ１６の周方向両側の直線部は、隣り合う２つのティース１３，１３の間に形成される、軸方向に貫通するスロット１４に収容される。インシュレータ１６に巻回された巻線１７は、隣り合う２つのインシュレータ１６，１６の間に形成される空隙１５に収容される。なお、インシュレータ１６は、鍔部１６ａと同様な鍔部を有する半体と、鍔部１６ｂと同様な鍔部を有する半体とに半割したものを、固定子鉄心４のティース１３に軸方向両端側から嵌装したり、固定子鉄心４のティース１３に径方向両側から嵌装するなど、種々の形式のものを使用することができる。

＜絶縁確保の手法＞
上記複数のインシュレータ１６それぞれにおいてコイルが構成されるときにおける、各インシュレータ１６の巻線１７を接続したり固定子コイル５同士を結線する渡り線の絶縁確保の手法について、以下、その詳細を順を追って説明する。

＜コイル巻線態様の例＞
固定子コイル５では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相について、電流の方向が順方向のコイルと逆方向のコイルとが設けられる。例えば、径方向に対向する２つの固定子コイル５，５を１組として、隣り合う２組の計４個の固定子コイル５のそれぞれによって、Ｕ相コイル、若しくはＶ相コイル、若しくはＷ相コイルが構成されている。

すなわち、例えば図２に示すように、複数個のインシュレータ１６（言い換えれば固定子コイル５）の位置を、時計方向に＃１位置，＃２位置，＃３位置，・・・，＃１１位置，＃１２位置とする。

図２において、この例では、互いに径方向に対向する＃２位置及び＃８位置のインシュレータ１６，１６に、電流の方向が順方向となるようにそれぞれ巻線１７が巻回されて、（順方向の）１組のＶ相コイル５Ｖａ，５Ｖａが構成されている。

また、上記＃２位置及び＃８位置の時計方向に沿って右隣り（以下、単に「右隣り」という）の、互いに径方向に対向する＃３位置及び＃９位置のインシュレータ１６，１６に、電流の方向が逆方向となるように巻線１７が巻回されて、（逆方向の）１組のＶ相コイル５Ｖｂ，５Ｖｂが構成されている。

また、上記＃３位置及び＃９位置のさらに右隣りの、互いに径方向に対向する＃４位置及び＃１０位置のインシュレータ１６，１６に、電流の方向が順方向となるように巻線１７が巻回されて、（順方向の）１組のＷ相コイル５Ｗａ，５Ｗａが構成されている。

また、上記＃４位置及び＃１０位置のさらに右隣りの、互いに径方向に対向する＃５位置及び＃１１位置のインシュレータ１６，１６に、電流の方向が逆方向となるように巻線１７が巻回されて、（逆方向の）１組のＶ相コイル５Ｗｂ，５Ｗｂが構成されている。

また、上記＃５位置及び＃１１位置のさらに右隣りの、互いに径方向に対向する＃６位置及び＃１２位置のインシュレータ１６，１６に、電流の方向が順方向となるように巻線１７が巻回されて、（順方向の）１組のＵ相コイル５Ｕａ，５Ｕａが構成されている。

また、上記＃６位置及び＃１２位置のさらに右隣りの、互いに径方向に対向する＃７位置及び＃１位置のインシュレータ１６，１６に、電流の方向が逆方向となるように巻線１７が巻回されて、逆方向の１組のＵ相コイル５Ｕｂ，５Ｕｂが構成されている。

＜巻線延設部＞
ここで、固定子鉄心４の上記軸方向一方側（反負荷側。図１中の左側、図２中の紙面手前側）には、上述の複数のインシュレータ１６の径方向外側、すなわち回転子２とは反対側（以下適宜「反回転子側」という）となるように、略環状の巻線延設部２０（後述の図３、図６、図７等も参照）が備えられる。この巻線延設部２０には、各インシュレータ１６の巻線１７を接続したり固定子コイル５同士を結線するための渡り線（後述の渡り線１８ａ〜ｆ等を参照）が延設される。巻線接続部２０は、この例では、インシュレータ１６の外周側の上記鍔部１６ｂ（図２参照）と固定子鉄心４の外周側の小突起状の縁部１９とによって囲まれた、浅い環状溝である。

＜コイル巻線手順の例＞
図２を用いて上述したＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルの配置例に沿いつつ、図３を用いて、固定子コイル５の巻線手順の一例（Ｖ相コイルの巻線手順）を説明する。なお、図示の煩雑を避けるために、固定子鉄心４の巻線接続部２０に設ける絶縁シート２１は図示を省略している。

図３において、図示の状態は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のうちＵ相及びＷ相については、インシュレータ１６への巻線１７の巻回が終了した状態を表している。すなわち、Ｕ相については、＃６位置及び＃１２位置の順方向のＵ相コイル５Ｕａ，５Ｕａと、＃７位置及び＃１位置の逆方向のＵ相コイル５Ｕｂ，５Ｕｂと、が形成されている。また、Ｗ相については、＃４位置及び＃１０位置の順方向のＷ相コイル５Ｗａ，５Ｗａと、＃５位置及び＃１１位置の逆方向のＷ相コイル５Ｗｂ，５Ｗｂと、が形成されている。

＜＃２位置のコイルの巻回＞
上記の状態から、Ｖ相の固定子コイル５を巻線する手順について、説明する。図３において、まず、Ｖ相のリード線２５との接続部２６ａに対し巻線１７を接続し、さらに＃２位置のインシュレータ１６の巻き始め側への渡り用の巻線、すなわち渡り線（以下適宜、「渡り線１８ａ」という）として引き出す。その後、＃２位置のインシュレータ１６に対し、上記渡り線１８ａに続く巻線１７を、上記巻き始め側から、軸方向一方側（図３の紙面の手前側）で矢印Ｘａの向きとなる順方向となるように巻回する。なお、図示の明確化と理解の容易化のために、図３中、インシュレータ１６に巻回した巻線１７は図示していない（以下同様）。これにより、Ｖ相の順方向の＃２位置のＶ相コイル５Ｖａが形成される。

＜＃３位置のコイルの巻回＞
その後、上述のようにして＃２位置のインシュレータ１６に巻回された巻線１７の巻き終わり側から、巻線１７を、上記右隣りの＃３位置のインシュレータ１６への渡り用の巻線、すなわち渡り線（以下適宜、「渡り線１８ｅ」という）として引き出す。その後、渡り線１８ｅに続く巻線１７を、上記右隣りの＃３位置のインシュレータ１６に対し、軸方向一方側で上記矢印Ｘａとは逆の矢印Ｘｂの向きとなる逆方向となるように巻回する。これにより、Ｖ相の逆方向の＃３位置のＶ相コイル５Ｖｂが形成される。

＜＃９位置への渡り＞
その後、上述のようにして＃３位置のインシュレータ１６に巻回された巻線１７の巻き終わり側（軸方向他方側、図３の紙面の奥側に位置する）から、巻線１７を軸方向一方側に引き出す。そして、引き出された巻線１７を、相間渡り用の巻線、すなわち渡り線（以下適宜、「渡り線１８ｂ」という）として、固定子鉄心４の上記巻線接続部２０に沿って延設する（ただし、理解の便宜のために、図３中、渡り線１８ｂは巻線接続部２０に重ねず、径方向外側に離して図示している）。詳細には、この渡り線１８ｂは、＃３位置のインシュレータ１６と径方向に対向する、＃９位置のインシュレータ１６まで延設された後、＃９位置のインシュレータ１６とその右隣りの＃１０位置のインシュレータ１６との間に位置する、相間接続部２６ｂに接続される。

＜＃９位置のコイルの巻回＞
その後、相間接続部２６ｂから巻線１７を引き出し、＃９位置のインシュレータ１６の巻き始め側への渡り用の巻線、すなわち渡り線（以下適宜、「渡り線１８ｃ」という）として、軸方向他方側（図３の紙面の奥側）へ引き入れる。その後、＃９位置のインシュレータ１６に対し、上記渡り線１８ｃに続く巻線１７を、上記巻き始め側から、軸方向一方側で上記矢印Ｘｂの向きとなる逆方向となるように巻回する。これにより、Ｖ相の逆方向の＃９位置のＶ相コイル５Ｖａが形成される。

＜＃８位置のコイルの巻回＞
その後、上述のようにして＃９位置のインシュレータ１６に巻回された巻線１７の巻き終わり側から、巻線１７を、上記右隣りとは反対側の左隣り（図３中では右側に隣接して図示）の＃８位置のインシュレータ１６への渡り用の巻線、すなわち渡り線（以下適宜、「渡り線１８ｆ」という）として引き出す。その後、渡り線１８ｆに続く巻線１７を、上記左隣りの＃８位置のインシュレータ１６に対し、軸方向他方側で上記矢印Ｘａの向きとなる順方向となるように、巻回する。これにより、Ｖ相の順方向の＃８位置のＶ相コイル５Ｖａが形成される。以上によって、Ｖ相の固定子コイル５（Ｖ相コイル５Ｖａ，５Ｖａ，５Ｖｂ，５Ｖｂ）が完成される。

＜中性点への接続＞
その後、上述のようにして＃８位置のインシュレータ１６に巻回された巻線１７の巻き終り側（軸方向他方側、図３の紙面の奥側に位置する）から、巻線１７を軸方向一方側に引き出す。そして、引き出された巻線１７を、中性点渡り線用の巻線、すなわち渡り線（以下適宜、渡り線１８ｄという）として、固定子鉄心４の上記巻線接続部２０に沿って延設する（ただし、理解の便宜のために、図３中、中性点渡り線１８ｄを巻線接続部２０に重ねず、固定子鉄心４の外側に図示している）。詳細には、この渡り線１８ｄは、＃８位置のインシュレータ１６とその上記左隣りの＃７位置のインシュレータ１６との境に位置する、上記中性点接続部２６ｃに接続される。

このとき、中性点接続部２６ｃには、Ｕ相の＃７位置のインシュレータ１６に巻回した巻線１７の巻き終り側と、Ｗ相の＃１１位置のインシュレータ１６に巻回した巻線１７の巻き終り側と、がそれぞれ接続されている。したがって、上述したように、Ｖ相の＃８位置のインシュレータ１６に巻回した巻線１７の巻き終り側が当該中性点接続部２６ｃへ接続されることによって、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相コイルのスター接続が形成される。

＜絶縁シート＞
そして、本実施形態では、上述のように渡り線１８ａ〜ｆ等が延設される巻線接続部２０の表面に、渡り線１８ａ〜ｆと固定子鉄心４との絶縁性を向上させるための絶縁シート２１（絶縁体）が設けられる。

絶縁シート２１は、図２に示すように、固定子鉄心４の上記巻線接続部２０に沿った薄厚の環状体である。すなわち、この絶縁シート２１は、複数のインシュレータ１６の反回転子側を囲むように設けられている。絶縁シート２１は、図４及び図５に示すように、内周側縁部に周方向に沿って上記固定子コイル５の数と同数で設けられた複数個（この例では１２個）の突出部２２と、外周縁部（言い換えれば反回転子側の縁部）に周方向に沿って上記固定子コイル５の数と同数で設けられた複数個（この例では１２個）の凹み部２３と、を備えている。凹み部２３は、突出部２２と略同じ周方向位置に設けられている。

＜突出部＞
突出部２２は、図６及び上述の図２に示すように、隣接する２つのインシュレータ１６，１６の間の上記空隙１５に向かって、回転子側（この例では径方向内側）へ突出している。この突出部２２により、図７（ａ）に示すように、上記渡り線１８ａ〜ｆが誤って空隙１５の中へ深く潜り込むのが抑制され、概ね、絶縁シート２１上を周方向に沿って延設されることとなる。

＜凹み部＞
凹み部２３は、図７（ｂ）や上述の図２及び図６に示すように、回転子側（径方向内側）へと凹む形状を備えている。本実施形態では、上記図１〜図６及び図７（ａ）では図示の煩雑回避のために省略したが、実際は、図７（ｂ）に示すように、この凹み部２３の位置において、上記渡り線１８ａ〜ｆのうち絶縁シート２１に沿うように延設される部位と、当該絶縁シート２１とが、絶縁性の紐２７（結束部材）によって結束されている。すなわち、凹み部２３は、紐２７を入り込ませるガイド機能を兼ねている。

＜実施形態の効果＞
以上説明したように、本実施形態の回転電機１では、固定子鉄心４において複数のインシュレータ１６が周方向に配列され、各インシュレータ１６には巻線１７が巻回される。このとき、各インシュレータ１６の巻線１７（言い替えれば固定子コイル５）を結線したり固定子コイル５，５同士を接続するための渡り線１８ａ〜ｆの少なくとも一部が、固定子鉄心４の軸方向一方側端部に沿って延設されている。本実施形態では、当該固定子鉄心４の軸方向一方側端部に絶縁シート２１が設けられ、この絶縁シート２１によって、上記のように延設される渡り線１８ａ〜ｆと固定子鉄心４との間の絶縁が確保される。

そして、特に、本実施形態では、複数のインシュレータ１６の径方向外側を囲むように設けられる絶縁シート２１が、径方向内側への突出部２２を備えている。この突出部２２は、上記のように周方向に配列される複数のインシュレータ１６のうち、互いに隣接する２つのインシュレータ１６，１６の間の空隙１５に向かって、径方向内側へと突出する。これにより、上記のように固定子鉄心４の軸方向一方側端部に沿って延設される渡り線１８ａ〜ｆが誤って空隙に入り込もうとした場合であっても、図８に示すように、突出部２２を固定子鉄心４と渡り線１８ａ〜ｆとの間に介在させ、入り込みを抑制することができる。この結果、上記渡り線１８ａ〜ｆが空隙１５に深く入り込んで（２点鎖線参照）固定子鉄心４と接触点Ｐで接触し（又は近接し）絶縁性が低下するのを、防止することができる。

また、本実施形態では特に、絶縁シート２１のうち、突出部２２と略同じ周方向位置となる反回転子側の縁部に、回転子側へと凹む形状の凹み部２３が備えられる。これにより、図７（ｂ）に示したように、絶縁シート２１の軸方向一方側に沿うように延設される複数の渡り線１８ａ〜ｆを絶縁シート２１と共に結束するとき、当該凹み部２３の位置において結束することで不用意な位置ずれが生じにくくなり、安定的に結ぶことができる。

また、本実施形態では特に、絶縁シート２１の軸方向一方側に沿うように延設される複数の渡り線１８ａ〜ｆを、凹み部２３の位置において、紐２７によって当該絶縁シート２１とともに結束する。その際、紐２７が凹み部２３に入り込みつつ結束が行われる。これにより、複数の渡り線１８ａ〜ｆを絶縁シート２１ごと結束した合体物の外径が、紐２７の位置において当該紐２７の外径ぶんだけ大径化するのを、確実に防止することができる。

＜変形例＞
なお、開示の実施形態は、上記に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。

例えば、図８に対応する図９に示すように、実施形態の上記突出部２２よりも長い突出部２２′を設けてもよい。この突出部２２′は、絶縁シート２１から径方向内側（言い替えれば回転子側）に延び、隣り合う２つのインシュレータ１６，１６の間の空隙１５に突出する。そしてさらに、突出部２２′の先端側は、当該空隙１５で鉤状に方向を変えつつ屈曲して、固定子鉄心４の上記軸方向他方側（図９中下側）に延びる。

これにより、上記２つのインシュレータ１６，１６の間の空隙１５の奥深くまで突出部２２′を到達させることができる。この結果、前述の渡り線１８ａ〜ｆの空隙１５への入り込みをさらに確実に抑制でき、さらに絶縁性を向上することができる。

なお、以上では、回転電機１が、回転子２を固定子３の内側に備えたインナーロータ型である場合を一例として説明したが、回転子を固定子の外側に備えたアウターロータ型の回転電機に対しても適用可能である。その場合、絶縁シート２０は、複数のインシュレータ１６の径方向内側（反回転子側）を囲むように設けられ、絶縁シート２０の突出部２２は、隣り合う２つのインシュレータ１６の間の空隙に向かって径方向外側（回転子側）へ突出する。さらに、回転電機１が電動機である場合を一例として説明したが、回転電機１が発電機である場合にも適用することができる。

また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態及び変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。

その他、一々例示はしないが、上記実施形態及び変形例は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。

１回転電機
２回転子
３固定子
４固定子鉄心
８回転軸
１５空隙
１６インシュレータ
１７巻線
１８ａ〜ｆ渡り線
２０巻線延設部
２１絶縁シート（絶縁体）
２２突出部
２２′ 突出部
２３凹み部
２７紐（結束部材）

Claims

巻線を巻回した複数のインシュレータを周方向に複数個配列し、固定子鉄心を備えた固定子と、
前記固定子の径方向内側又は外側に設けられ、回転軸を備えた回転子と、
前記固定子鉄心の軸方向一方側端部に、前記複数のインシュレータの反回転子側を囲むように設けられた絶縁体と、
を有し、
前記絶縁体は、
隣接する２つの前記インシュレータの間の空隙に向かって前記回転子側へ突出する突出部を備える
ことを特徴とする回転電機。
前記突出部は、
前記回転子側から軸方向他方側へと屈曲して延設されている
ことを特徴とする請求項１記載の回転電機。
前記絶縁体は、
前記突出部と略同じ周方向位置となる前記反回転子側の縁部に、前記回転子側へと凹む形状の凹み部を備える
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の回転電機。
前記絶縁体の前記軸方向一方側に沿うように延設される複数の巻線を、前記凹み部の位置において当該絶縁体とともに結束する、結束部材を有する
ことを特徴とする請求項３記載の回転電機。