JP2016201866A - 固定子およびその固定子の鉄心に取り付けられた絶縁体の製造方法ならびにその固定子を備えた回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄心とコイル間の絶縁性の向上した絶縁体を有する磁極を備えた固定子を提供する。【解決手段】第１の枠部５０ａと第２の枠部５０ｂとシート絶縁５１とが樹脂成形された絶縁体５の、第１の枠部５０ａが鉄心４の軸方向一方の端面部４ｃに、第２の枠部５０ｂが他方の端面部４ｃに設けられ、シート絶縁５１が鉄心４の側面部４ｄに沿って設けられ、第１の枠部５０ａ、第２の枠部５０ｂ、シート絶縁５１が鉄心４に直接接触し、コイル６が絶縁体５の上に設けられた磁極とする。【選択図】図１

Description

この発明は、回転電機の固定子およびその固定子の鉄心に取り付けられた絶縁体の製造方法ならびにその固定子を備えた回転電機に関するものである。

従来の回転電機の固定子鉄心に装着されるインシュレータとして、固定子鉄心のティース部両端部のそれぞれに、１つずつ嵌合されるエンドホルダを有し、ティース部の側面に装着されるサイド部がエンドホルダと別体に設けられ、エンドホルダおよびサイド部は、それぞれに収容部が凹設されていて、サイド部の両端部はエンドホルダから延設される係止爪によって挟み込まれている技術が示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−２５２０３０号公報

しかしながら上記特許文献１に示された技術は、インシュレータのサイド部の長さが固定子鉄心と同じ長さのものが採用され、サイド部の両端が一対のエンドホルダに係止爪によって挟み込まれる構成であるので、係止爪における鉄心とコイル間の耐電圧特性が低下する。また固定子鉄心長に合致したインシュレータを準備する必要があることから、多くの種類の回転電機を生産する場合、多種類の固定子鉄心長に合致したインシュレータの在庫を必要とし、管理が複雑化、コスト高の要因となり、また固定子鉄心に取り付ける際に、サイド部とエンドホルダとを組み付ける作業を必要とするので、生産性向上の障害となり、ひいては回転電機がコスト高となるという問題点がある。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであって、対地絶縁特性が向上し、多種類の鉄心長に対して容易に適応可能な絶縁体を設けた磁極を有する固定子およびその絶縁体の製造方法を提供することで多種類の絶縁体の在庫を不要とし、かつ前記絶縁体が固定子鉄心に取り付けられる際の作業性を改善して生産性を向上可能し、結果としてコスト低減したかつ対地耐圧特性の向上した固定子と、その固定子を備えた回転電機ならびに絶縁体の製造方法の提供を目的とする。

第１の発明は、鉄心に取り付けられた絶縁体とコイルとで形成される磁極が、複数個フレームに配置された固定子において、絶縁体は、第１の枠部と第２の枠部とシート絶縁とで構成され、第１の枠部と第２の枠部とは樹脂成形されているとともに、シート絶縁が第１の枠部および第２の枠部に融合して連結され、第１の枠部が鉄心の軸方向の一方の端面部に、第２の枠部が鉄心の軸方向の他方の端面部に設けられているとともに、シート絶縁が鉄心の側面部に沿って設けられており、磁極は、第１の枠部、第２の枠部およびシート絶縁が鉄心に直接接触し、絶縁体上にコイルが設けられているものである。

第２の発明は、第１の発明の固定子の鉄心に取り付けられた絶縁体の製造方法であって、搬送手段によって搬送されるシート絶縁に、成形型上においてノズルから射出する樹脂で第１の枠部を成形するとともに、シート絶縁を第１の枠部に融合して連結した後、搬送手段によってシート絶縁が鉄心の軸方向長さに相当するピッチ長だけ搬送され、停止後、成形型上においてノズルから射出する樹脂で第２の枠部を成形するとともに、シート絶縁を第２の枠部に融合して連結した後、シート絶縁を所定の長さに切断して絶縁体を形成するものである。

第３の発明は、第１の発明による固定子を備えた回転電機である。

第１の発明は、上記のような構成を採用した固定子であるので、コイルと鉄心間の対地絶縁特性が向上し高電圧化に適している。また絶縁体を鉄心に取り付け作業が容易、簡略化され、固定子の製造コストが低減する。

また第２の発明は、上記第１の発明に用いられる絶縁体の製造方法であり、固定子の体格によって鉄心の長さが異なった場合、鉄心の長さによらず、適用される鉄心長に合わせた絶縁体を製造可能である。つまり、シート絶縁上の第１の枠部と第２の枠部の成形位置を自動的に変更するだけで鉄心の長さの違いに対応した絶縁体を製造できる。従って生産性が向上し、結果として製造コストが低減され、従来の如く固定子の機種に合わせた複数の絶縁部材を在庫する必要がなく管理も容易となり、管理費用の低減化もはかれる。

また第３の発明は、上記第１の発明の固定子を備えた回転電機であるので、対地絶縁特性が向上し、長寿命化が可能となり、さらに高電圧化に対応可能となる。

実施の形態１による固定子を示す平面図である。 実施の形態１による絶縁体と鉄心を説明する斜視図である。 実施の形態１によるコイル巻線を示す斜視図である。 実施の形態１による絶縁体の製造方法を説明する斜視図である。 実施の形態１による絶縁体の製造方法を説明する斜視図である。 実施の形態２による磁極を示す斜視図である。 実施の形態２によるシート絶縁の製造方法を説明する斜視図である。 実施の形態２による絶縁体の製造方法を説明する斜視図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。図１（ａ）は回転電機の固定子１の平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ〜Ｘ断面図である。図１において固定子１は複数の磁極３を円周上に配列し、フレーム２を焼き嵌めや圧入することによって締め付け連結し構成されている。磁極３は鉄心４と、この鉄心４に絶縁体５を取り付けた後、導体を複数回巻き付けたコイル６とによって構成されている。絶縁体５は鉄心４とコイル６との間の電気的絶縁と、コイル６を所定の位置に巻き付ける巻枠の機能とを備えている。鉄心４には図示省略した回転電機の電機子と対向する側の先端部４ａと、隣り合う鉄心４と接合するヨーク部４ｂとが設けられている。尚、鉄心４は導板を打ち抜き後、カシメもしくは接着剤等で積層固着して構成されている。

次に絶縁体５を図２に示す斜視図に基づいて説明する。図２（ａ）は鉄心４に取り付け前の絶縁体５を示す図であり、図２（ｂ）は鉄心４を示し、図２（ｃ）は絶縁体５を鉄心４に取り付け途中を示す図であり、図２（ｄ）は鉄心４に絶縁体５を取り付けた状態を示す図である。
図２（ａ）に示すように絶縁体５は、弾力性、可撓性を有し折り曲げ性の優れた例えば樹脂フィルムの電気絶縁材が用いられたシート絶縁５１と、第１の枠部５０ａと第２の枠部５０ｂとよりなり、これらは同一寸法形状であるとともに端面板５４と一体的に樹脂注型によって成形されている。製法は後述する。
図２（ｂ）〜図２（ｄ）に示すように鉄心４の端面部４ｃに装着される絶縁体５の第１の枠部５０ａと第２の枠部５０ｂは、鉄心４の先端部４ａ側に位置する先端部フランジ５２と、鉄心４のヨーク部４ｂ側に位置するヨーク部フランジ５３と、この先端部フランジ５２およびヨーク部フランジ５３間に設けられた端面板５４とによって構成され、これら第１の枠部５０ａと第２の枠部５０ｂとシート絶縁５１とは、樹脂注型によって一体的に固着されている。また先端部フランジ５２には取付足５２ａが、ヨーク部フランジ５３には取付足５３ａのそれぞれが設けられている。尚、図２（ａ）に示す端面板５４の幅Ｂは鉄心幅Ｗと同一であり、端面板５４間のピッチＰは鉄心長Ｌと同一である。
図２（ｄ）に示した状態では、鉄心４に第１の枠部５０ａ、第２の枠部５０ｂを取付足５２ａ、５３ａで挟んで装着するとともに、シート絶縁５１は鉄心４の側面部４ｄに沿わせその端部５１ａは例えば第２の枠部５０ｂの端面板５４の下部に挿入して固定している。つまり絶縁体５は鉄心４に接着剤等を用いることなく固着させる構造を採用している。

上記絶縁体５の鉄心４への取り付けを図２（ｃ）、図２（ｄ）に基づき詳細に説明するとともに、絶縁体５上に導体６１を巻き付けてコイル６を形成する状態を図３について述べる。図１（ａ）に示した磁極３の１極分に相当する絶縁体５を図２（ｃ）に示すように鉄心４に装着する。すなわち一体化されたシート絶縁５１と先端部フランジ５２、ヨーク部フランジ５３、端面板５４よりなる例えば第１の枠部５０ａを、図２（ｃ）に示すように鉄心４の一方である端面部４ｃに取り付ける。この際取付足５２ａによって第１の枠部５０ａは鉄心４に固着される。次に鉄心４の側面部４ｄに沿って覆うようにシート絶縁５１を折り曲げるとともに続いて図２（ｃ）の他方の端面部４ｃに残りの第２の枠部５０ｂを取り付け、図２（ｄ）に示すように鉄心４の側面部４ｄに沿って覆うようにシート絶縁５１を折り曲げて取り付ける。この際シート絶縁５１の端部５１ａは第２の枠部５０ｂの取付足５２ａ、５３ａと鉄心４との間に挿入される。
次に図３に示すように巻線治具７１を用いて導体６１が絶縁体５上に複数回巻き付けられてコイル６を作成することにより、磁極３が形成される。この巻線時に絶縁体５はコイル６の巻きテンションによって鉄心４により強固に固着される。

以上のようにこの実施の形態１による固定子１は、磁極３の鉄心４に設けられる絶縁体５の第１の枠部５０ａと第２の枠部５０ｂとシート絶縁５１とが一体化して成形されているのでコイル６と鉄心４との間の対地絶縁特性が向上している。特に図示省略した回転電機の端子部は鉄心４の端面部４ｃに設けられるものであり、このことからコイル６の巻き始め巻き終わり部は第１の枠部５０ａまたは第２の枠部５０ｂのいずれか一方付近に設定される場合が多い。前記コイル６の巻き始め部、巻き終わり部は、インパルス的な印加電圧が極大値となることから、第１の枠部５０ａと第２の枠部５０ｂとシート絶縁５１とが一体化した構造は、絶縁耐性が向上して回転電機の高電圧化に適用可能という優れた効果がある。また絶縁体５が第１の枠部５０ａと第２の枠部５０ｂとシート絶縁５１とで一体化されているので、磁極３の製造時におけるキッティング作業つまり必要な部品をまとめて一つの箱や台車に集積する作業が短時間で行えるとともに、絶縁体５の鉄心４に組み付けが接着剤等を使用する必要なく容易に行えるよう作業時間が短縮し、磁極３の製造生産性が向上、コスト低減化がはかれる。

次に前記実施の形態１による磁極３に設けられる絶縁体５の製造方法について述べる。図４に示すように、成形型５０１を用いて絶縁体５を作製するものであり、この図４では説明の便宜上成形型５０１は下型のみを図示し、上型は図示省略している。シート絶縁５１の幅ＷＳは例えば第１の枠部５０ａの内幅に合致したものであり、図４の左側よりローラ５０４等の移動手段によって自動供給後、成形型５０１の位置で停止しその状態で成形用の樹脂５０３をノズル５０２から射出してシート絶縁５１と先端部フランジ５２、ヨーク部フランジ５３、端面板５４よりなる第１の枠部５０ａとを一体化して成形する。第１の枠部５０ａを成形した後、所定のピッチＰでシート絶縁５１と共に図４に示す絶縁体５をＲ方向に移動させる。この際所定のピッチＰは成形される第２の枠部５０ｂと前記第１の枠部５０ａとの間隔であり、図２では端面板５４の間隔でもって代表的に示しており、このピッチＰは絶縁体５が適用される鉄心４の鉄心長Ｌに対応する。また移動は移動用のローラ５０４をサーボモータで駆動、制御することで、ピッチＰを高精度に確保している。１ピッチ移動後、前述した工程と同様にして次の第２の枠部５０ｂを成形し、シート絶縁５１を所定の長さに切断して図２（ａ）に示した絶縁体５を作成する。このような製造方法によって絶縁体５が製造されるので、回転電機の仕様、出力等により固定子１に配置される磁極３の鉄心長Ｌが、複数種類必要とする多機種、大量生産の場合であっても、絶縁体５の製造は鉄心長Ｌに合わせてローラ５０４の駆動、制御を行う、すなわち鉄心長Ｌに合わせてシート絶縁５１上の第１の枠部５０ａと第２の枠部５０ｂのピッチＰを変更して容易に絶縁体５を製造できるので従来技術の如く、機種に合わせた複数の絶縁部材を在庫する必要が無く、管理も容易となり、低コスト化しかつ大量生産に対応可能な絶縁体５の製造方法を提供できる。

尚、上記ではシート絶縁５１を磁極３に適応した所定の長さに切断する例を示したが、図５に示すような製造方法を採用すれば絶縁体５を連続的に製造可能となり生産性が向上する。すなわち幅広のシート絶縁５１Ｂを注形用の成形型５０１に供給する前に、図５に示す「Ａ」の位置でシート絶縁５１Ｂを打ち抜きスリットＳを形成する。このスリット幅は先端部フランジ５２あるいはヨーク部フランジ５３の厚さに相当し、このスリットＳ内に前記先端部フランジ５２あるいはヨーク部フランジ５３のいずれかが成形可能とする。次に「Ｂ」の位置で図４で述べた製造方法で第１の枠部５０ａを成形しシート絶縁５１と一体化させ、所定ピッチＰで第２の枠部５０ｂを形成、「Ｃ」の位置で鉄心長Ｌに適応した長さに切断、取り出しを行う。

実施の形態２．
次に実施の形態２による磁極３を図６に基づいて説明する。図６（ａ）は絶縁体５ａを鉄心４に装着した状態を示す斜視図である。この絶縁体５ａは、実施の形態１で示した絶縁体５に、図２（ｂ）に示す鉄心長Ｌと同じ長さを有する先端部側の外被シート絶縁５５ａと、ヨーク部側の外被シート絶縁５５ｂを設けたものであり、この双方の外被シート絶縁５５ａ、５５ｂは後述する図８に示すようにシート絶縁５１ａに対して折り曲げ角αをもって折り曲げて成形されている。
図６（ｂ）は実施の形態１と同様に、鉄心４に絶縁体５ａを装着後コイル６を形成し、先端部側の外被シート絶縁５５ａをコイル６の表面を包み込むように、またヨーク部側の外被シート絶縁５５ｂをコイル６および前記外被シート絶縁５５ａを包み込むように互いに折り曲げて磁極３を形成した状態を示す。尚、この外被シート絶縁５５ａ、５５ｂの表面は図示省略した固定用絶縁テープや接着剤等で互いに離別しないよう固定している。このような構成の磁極３とすることで、この磁極３をフレーム２内に設置した場合、隣り合う異極のコイル６との間の絶縁特性を向上させることができ、高電圧回転電機として適用可能となり、より安定した品質の固定子１を備えた回転電機となるという効果がある。

次にこの実施の形態２の絶縁体５ａの製造方法について説明する。図７に示すように、実施の形態１のシート絶縁５１より幅広のシート絶縁幅ＷＢのシート絶縁５１ａを用い、このシート絶縁５１ａを切断用治具５０４および切断用刃５０４ａを用いて、図２で説明した端面板５４が配置される個所に対応する場所に切り欠き部５５ｃを設ける。この切り欠き部５５ｃはシート絶縁５１ａをＲ方向に移動して前述した所定のピッチＰ毎に設ける。このシート絶縁５１ａを図２や後述の図８の如く適用される１磁極毎の長さに切断してもよく、あるいはシート絶縁５１ａを順送りに移動し、１ピッチＰ毎に第１の枠部５０ａおよび第２の枠部５０ｂを繰り返し設けて、後工程で１磁極分毎に切断してもよい。後者の場合、生産性が向上する効果がある。
その後、図８に示すように、前記切り欠き部５５ｃの存在しない個所の長さＬのシート絶縁５１ａをプレス機等を用いて折り曲げ角αにて折り曲げて、図６にも示した先端部側の外被シート絶縁５５ａとヨーク部側外被シート絶縁５５ｂを形成する。この外被シート絶縁５５ａ、５５ｂの長さＬは鉄心長Ｌと等しく、外被シート絶縁５５ａと外被シート絶縁５５ｂとが対向する間隔ＷＳは実施の形態１に示したシート絶縁５１のシート絶縁幅ＷＳと同等である。
前記折り曲げ角αは９０°以下の鋭角とすることで、後工程の第１の枠部５０ａ、第２の枠部５０ｂの成形時における成形型５０１との干渉を防止している。一方、より小さな折り曲げ角αを採用すると、コイル６の巻線作業性を低下させる為、磁極３の体格に対応した折り曲げ角αが選定される。このようにして作成されたシート絶縁５１ａは、図８に示す成形型５０１に配置した状態で実施の形態１と同様の方法にて樹脂５０３を注形し、第１の枠部５０ａ、第２の枠部５０ｂを形成するとともにシート絶縁５１ａを第１の枠部５０ａ、第２の枠部５０ｂと一体化させ絶縁体５ａとする。この実施の形態２による絶縁体５ａの製造方法は、前述した実施の形態１と同様の効果がある。

尚、この発明は、その発明の実施の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 固定子、２ フレーム、３ 磁極、４ 鉄心、４ａ 先端部、４ｂ ヨーク部、
４ｃ 端面部、４ｄ 側面部、５，５ａ 絶縁体、６ コイル、５０ａ 第１の枠部、
５０ｂ 第２の枠部、５１，５１ａ シート絶縁、５２ 先端部フランジ、
５２ａ 取付足、５３ ヨーク部フランジ、５３ａ 取付足、５４ 端面板、
５５ａ，５５ｂ 外被絶縁部、５５ｃ 切り欠き部、５０１ 成形型、５０２ ノズル、５０３ 樹脂、５０４ ローラ。

Claims (10)

1. 鉄心に取り付けられた絶縁体とコイルとで形成される磁極が、複数個フレームに配置された固定子において、前記絶縁体は、第１の枠部と第２の枠部とシート絶縁とで構成され、前記第１の枠部と前記第２の枠部とは樹脂成形されているとともに、前記シート絶縁が前記第１の枠部および前記第２の枠部に融合して連結され、前記第１の枠部が前記鉄心の軸方向の一方の端面部に、前記第２の枠部が前記鉄心の軸方向の他方の端面部に設けられているとともに、前記シート絶縁が前記鉄心の側面部に沿って設けられており、前記磁極は、前記第１の枠部、前記第２の枠部および前記シート絶縁が前記鉄心に直接接触し、前記絶縁体上に前記コイルが設けられている固定子。
2. 請求項１に記載の前記固定子の前記鉄心に取り付けられた絶縁体の製造方法であって、搬送手段によって搬送される前記シート絶縁に、成形型上においてノズルから射出する樹脂で前記第１の枠部を成形するとともに、前記シート絶縁を前記第１の枠部に融合して連結した後、前記搬送手段によって前記シート絶縁が前記鉄心の軸方向長さに相当するピッチ長だけ搬送され、停止後、前記成形型上において前記ノズルから射出する樹脂で前記第２の枠部を成形するとともに、前記シート絶縁を前記第２の枠部に融合して連結した後、前記シート絶縁を所定の長さに切断して前記絶縁体を形成する絶縁体の製造方法。
3. 前記第１の枠部および前記第２の枠部は、前記鉄心の先端部側に設けられる先端部フランジと、前記鉄心のヨーク部側に設けられるヨーク部フランジと、前記先端部フランジと前記ヨーク部フランジとの間を連結する端面板とが射出成形されており、前記シート絶縁の幅は前記先端部フランジと前記ヨーク部フランジとの間と同一寸法である請求項２に記載の絶縁体の製造方法。
4. 前記第１の枠部および前記第２の枠部は取付足を有し、前記鉄心の先端部側に設けられた先端部フランジと、前記鉄心のヨーク部側に設けられたヨーク部フランジと、前記先端部フランジと前記ヨーク部フランジとの間を連結する端面板とが設けられており、前記端面板が前記鉄心の端面部に配置されるとともに、前記取付足が前記鉄心の側面部を挟んで取り付けられている請求項１に記載の固定子。
5. 前記シート絶縁が、弾力性、可撓性を有して折り曲げ可能な樹脂フィルムである請求項１または請求項４に記載の固定子。
6. 前記搬送手段によって搬送される前記シート絶縁は、前記鉄心の先端部側に設けられる先端部フランジと前記鉄心のヨーク部側に設けられるヨーク部フランジとの間の寸法よりも大きな幅寸法を有した幅広のシート絶縁であり、前記成形型上に搬送される前工程において、前記幅広のシート絶縁の幅方向の一方端から長手方向に前記所定の長さの絶縁体と同様の長さのスリットが設けられ、前記スリットの幅は前記第１の枠部および前記第２の枠部の前記先端部フランジあるいは前記ヨーク部フランジのいずれかを成形時に設置可能とするものである、その後、前記第１の枠部および前記第２の枠部を成形後に前記スリットから切り出されて絶縁体を形成する請求項２に記載の絶縁体の製造方法。
7. 前記絶縁体の前記シート絶縁には、同一材で一体的に形成されている外被絶縁部が設けられており、前記コイルの表面が前記外被絶縁部によって覆われている請求項１または請求項４または請求項５のいずれか１項に記載の固定子。
8. 請求項７の前記固定子の前記鉄心に取り付けられた絶縁体の製造方法であって、前記シート絶縁の幅寸法は前記第１の枠部と前記第２の枠部との間の寸法に前記コイルを覆う外被絶縁部の長さを加えた幅寸法を有した幅広のシート絶縁で成形され、前記幅広のシート絶縁は切断用治具によって前記鉄心の軸方向長さに相当するピッチでもって幅方向の両側から前記第１の枠部および前記第２の枠部間の寸法を残すようにして、前記第１の枠部、前記第２の枠部が射出成形可能なよう、長手方向に切り欠き部が形成され、前記切り欠き部の前記長手方向の間隔部分に存在する前記幅広のシート絶縁は前記第１の枠部および前記第２の枠部間の寸法部分から、前記コイルが設けられる側に互いに対向するよう所定の角度で折り曲げられた後、搬送手段によって搬送され成形型上においてノズルから射出する樹脂で前記第１の枠部を成形するとともに、前記幅広のシート絶縁を前記第１の枠部に融合して連結した後、前記搬送手段によって前記幅広のシート絶縁が前記鉄心の軸方向長さに相当するピッチ長だけ搬送され、停止後、前記成形型上において前記ノズルから射出する樹脂で前記第２の枠部を成形するとともに、前記幅広のシート絶縁を前記第２の枠部に融合して連結した後、前記幅広のシート絶縁を所定の長さに切断して前記絶縁体を形成する絶縁体の製造方法。
9. 前記第１の枠部および前記第２の枠部は、前記鉄心の先端部側に設けられる先端部フランジと、前記鉄心のヨーク部側に設けられるヨーク部フランジと、前記先端部フランジと前記ヨーク部フランジとの間を連結する端面板とが射出成形されている請求項８に記載の絶縁体の製造方法。
10. 請求項１、請求項４、請求項５、請求項７のいずれか１項に記載の固定子を備えた回転電機。

Images