JP2019037092A - 回転子用インシュレータ - Google Patents

Abstract

【課題】回転子のコアに形成されるスキューしたスロットに容易に挿入することができるインシュレータを提供する。【解決手段】シャフト絶縁部４には、回転子１０のシャフト７が挿通される。シャフト絶縁部４は、シャフト７を絶縁する。コア端面絶縁部３は、シャフト絶縁部４によって支持される。コア端面絶縁部３は、回転子１０のコア６の軸方向の端面６ｂを絶縁する。複数のスロット面絶縁部２は、コア端面絶縁部３によって支持され、コア６のスキューしたスロット６ａに嵌合するように形成される。スロット面絶縁部２は、コア６のスロット６ａを囲む面を示すスロット面６ｃを絶縁する。【選択図】図１

Description

本発明は、回転子用インシュレータに関する。

インシュレータをアーマチュアコアに組み付ける際の組付作業性を改善することができる電動モータ用インシュレータが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１では、電動モータのアーマチュアコアに装着されるインシュレータは、アーマチュアコアのスロットに挿入されるスロット挿入部を有する。スロット挿入部の先端部中央側には、先端部から基部方向に向かって斜面状に延びる逃げ部が切欠形成されている。インシュレータをアーマチュアコアに装着する際、スロット挿入部は、側壁先端部が導入部となって、側壁先端部、逃げ部の外周側部位、頂部の順でスロット内に挿入される。

特開2009-240000号公報

電動モータ（回転電機）の磁気振動、磁気騒音低減策として、回転軸（シャフト）に対してスキューしたスロットを有するコアが提案されるが、特許文献１に開示されるようなインシュレータのスロット挿入部をスキューしたスロットに挿入することは困難である。スロット挿入部が回転軸に対して平行であり、スキューしていないからである。

本発明の目的は、回転子のコアに形成されるスキューしたスロットに容易に挿入することができるインシュレータを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、回転子のシャフトが挿通され、前記シャフトを絶縁するシャフト絶縁部と、前記シャフト絶縁部によって支持され、前記回転子のコアの軸方向の端面を絶縁するコア端面絶縁部と、前記コア端面絶縁部によって支持され、前記コアのスキューしたスロットに嵌合するように形成され、且つ、前記コアの前記スロットを囲む面を示すスロット面を絶縁する複数のスロット面絶縁部と、を備える。

本発明によれば、回転子のコアに形成されるスキューしたスロットに容易に挿入することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施形態によるインシュレータの構成図である。 インシュレータを回転子のコアに装着した状態を示す図である。 回転子の構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態によるインシュレータをスロット面絶縁部（スロット挿入部）側から見た部分斜視図である。 回転子の斜視図である。 本発明の実施形態によるインシュレータの切断線Ａ−Ａ（図６Ｂ）における部分断面図である。 本発明の実施形態によるインシュレータを軸方向から見た図である。 本発明の実施形態によるインシュレータの接続部の肉厚を示す断面図である。 本発明の実施形態によるインシュレータをコアに装着する過程を示す斜視図である。

以下、図面を用いて、本発明の実施形態によるインシュレータの構成を説明する。インシュレータは、電動モータ（回転電機）の回転子のコアを絶縁する。なお、各図において、同一符号は同一部分を表す。

初めに、図１〜図３を用いて、インシュレータ１の構成を説明する。図１は、本発明の実施形態によるインシュレータ１の構成図であり、図２は、インシュレータ１を回転子１０のコア６（積層コア）に装着した状態を示す図である。図３は、回転子１０の構成を示す斜視図である。

図１に示すように、インシュレータ１は、主として、スロット面絶縁部２（スロット挿入部）、コア端面絶縁部３（スロット連結部）、シャフト絶縁部４を備える。

図１に示すシャフト絶縁部４には、図２に示す回転子１０のシャフト７が挿通される。シャフト絶縁部４は、円筒状であり、シャフト７（図２）を絶縁する。コア端面絶縁部３は、シャフト絶縁部４によって支持される。コア端面絶縁部３は、放射状の形状であり、回転子１０のコア６の軸方向の端面６ｂ（図３）を絶縁する。なお、図７を用いて後述するように、シャフト絶縁部４とコア端面絶縁部３との接続部５は、インシュレータ１の他の部分より厚くなっている。

図１に示す複数のスロット面絶縁部２は、コア端面絶縁部３によって支持され、図２に示すコア６のスキューしたスロット６ａ（積層コアのスロットスキュー）に嵌合するように形成される。

詳細には、複数のスロット面絶縁部２のそれぞれは、コア６のスキューしたスロット６ａに沿ってスロット面上に所定の肉厚で形成される。スロット面絶縁部２は、コア６のスロット６ａを囲む面を示すスロット面６ｃ（図３）を絶縁する。なお、はめあい公差を考慮する必要があるが、スロット面絶縁部２の外周面の形状は、コア６のスロット面６ｃの形状と略一致する。

次に、図４及び図５を用いて、インシュレータ１の材料について説明する。図４は、本発明の実施形態によるインシュレータ１をスロット面絶縁部２（スロット挿入部）側から見た部分斜視図であり、図５は、回転電機用回転子の斜視図である。

インシュレータ１の材料は、曲げ弾性率が3.5GPa以下であり、かつ引張伸びが40％以上となる熱可塑性樹脂である。その理由は、以下の通りである。

ティース６ｄ（図３）に巻回されるコイル（不図示）とコア６との間を絶縁するため、樹脂成形されたインシュレータを介在させる構成は従来から採用されている。しかし、電動モータ（回転電機）の磁気振動、磁気騒音低減策としてコアをスキューした場合、コア端面に対しスロットがねじれた形状となるため、インシュレータを樹脂成形しスロット内に挿入することが困難となる。

このように、コアをスキューした場合、樹脂成形されたインシュレータを採用することが困難であるため、代替手段として、例えば、紛体の絶縁物を塗装するなどの方法でコアとコイルとの間の絶縁を確保していた。その結果、作業性、耐環境性の悪化を招いていた。

なお、このように絶縁した回転子の一例を図５に示す。図５では、紛体で絶縁されたコア６のティースにコイル８が直接巻回され、コイル８の端部が整流子９に接続されている。

一方、本実施形態によるインシュレータ１は、金型等により一体に樹脂成形される。図４に示すように、スロット内のコイル占積領域２ａを確保するためには、肉厚を極力薄くする必要があるが、そうすると、成形およびスロット内に挿入する際、樹脂割れが発生し易くなる。

そこで、応力に対する歪が大きく、成形後も柔軟性を持たせて割れ難くすることができるように、曲げ弾性率が3.5GPa以下であり、かつ引張伸びが40％以上となる熱可塑性樹脂をインシュレータ１の材料として使用した。これにより、コイル占積領域２ａを確保しつつ、成形およびスロット内に挿入する際の樹脂割れを抑制することができる。

その結果、コア６のスキューしたスロット６ａに沿ってインシュレータ１を形成し、コア６のスロット６ａに挿入することを可能とし、スキューされたコアに樹脂成形されたインシュレータを採用することを可能とした。

次に、図６Ａ及び図６Ｂを用いて、インシュレータ１の具体的な材料の一例を説明する。図６Ａは、本発明の実施形態によるインシュレータ１の切断線Ａ−Ａ（図６Ｂ）における部分断面図である。図６Ｂは、本発明の実施形態によるインシュレータ１を軸方向から見た図である。

インシュレータ１の具体的な材料は、ポリアミド系樹脂である。シミュレーション（解析）、実験等の結果から、曲げ弾性率が3.5GPa以下であり、かつ引張伸びが40％以上を満たす熱可塑性樹脂として、工業上利用されている熱可塑性樹脂のうちポリアミド系樹脂が最適であることが分かったからである。

図６Ｂに示すように、インシュレータ１のスロット面絶縁部２（スロット挿入部）はスキュー角θでねじれているが、図６Ａに示すように、本実施形態のスロット面絶縁部２の稜線は、直線状である。これにより、スロット面絶縁部２をコア６のスロット６ａに挿入し易くなる。なお、コア６のスロット６ａの稜線も直線状であることが前提である。

さらに、インシュレータ１の材料をポリアミド系樹脂とすることで、インシュレータ１がしなやかであるため、スロット面のねじれに対してインシュレータ１の挿入が容易となる。

次に、図７及び図８を用いて、インシュレータ１の接続部５の構成を説明する。図７は、本発明の実施形態によるインシュレータ１の接続部５の肉厚を示す断面図であり、図８は、本発明の実施形態によるインシュレータ１をコア６に装着する過程を示す斜視図である。

図７に示すように、シャフト絶縁部４とコア端面絶縁部３との接続部５は、インシュレータ１の他の部分より厚くなっている。すなわち、接続部５の肉厚は、シャフト絶縁部４、コア端面絶縁部３、スロット面絶縁部２のいずれの肉厚よりも厚くなっている。その理由は以下の通りである。

本実施形態では、コア６とコイル８との間を絶縁する絶縁部として、特にスロット面絶縁部２（スロット挿入部）等は、スロット内のコイル占積領域２ａを確保するため極力薄く形成している。これに対し、シャフト絶縁部４とコア端面絶縁部３との接続部５は、シャフト絶縁部４に対するコア端面絶縁部３（スロット連結部）の直角度を維持安定させるため、他の箇所よりも厚く形成している。

すなわち、コイル占積領域２ａを確保するため薄肉化するとインシュレータ１の強度が低下するため、変形防止など強度が必要な箇所のみ厚く形成している。

シャフト絶縁部４とコア端面絶縁部３との接続部５を厚く形成することにより、シャフト絶縁部４に対するコア端面絶縁部３の倒れ（反り）を抑制することができる。また、図８に示すように、シャフト７をガイドとしてインシュレータ１をスキュー方向に回転させながらスロット内に挿入することが容易となる。

なお、図３に示すように、コア６に装着するインシュレータ１は２つあり、互いに対向する２つのインシュレータ１でコア６を挟むように組み立てられる。

以上説明したように、本実施形態によれば、インシュレータ１を回転子１０のコア６に形成されるスキューしたスロット６ａに容易に挿入することができる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

本発明の実施形態は、以下の態様であってもよい。

（１）．回転軸に対してスキューした状態で当該回転軸方向に並べられる複数の積層鋼板により構成されるコアと、前記コアのスロットに挿入され、かつ前記コアのスキューに沿って形成されるインシュレータと、を備え、前記インシュレータは、曲げ弾性率が3.5GPa以下であり、かつ引張伸びが40％以上となる熱可塑性樹脂により成形される回転電機用の回転子。

（２）．（１）に記載の回転電機用の回転子であって、前記インシュレータは、例えばポリアミド系樹脂材料を使用し、コアに形成される複数のスキューされたスロット部と、当該複数のスキューされたスロット部を連結する連結部とを一体成形により形成される。

（３）．（１）に記載の回転電機用の回転子であって、前記インシュレータは、前記コアのスキューに沿って形成される複数のスロット部と、当該複数のスロット部を連結する連結部と、当該連結部と接続され、かつシャフトに形成されるシャフト絶縁部とを有し、前記シャフト絶縁部における前記連結部との接続部は、他の当該インシュレータの箇所よりも厚く形成される回転電機用の回転子。

（４）．（１）〜（３）のいずれかに記載の回転子を備えた回転電機。

１…インシュレータ
２…スロット面絶縁部
２ａ…コイル占積領域
３…コア端面絶縁部
４…シャフト絶縁部
５…接続部
６…コア
６ａ…スロット
６ｂ…端面
６ｃ…スロット面
６ｄ…ティース
７…シャフト
８…コイル
９…整流子
１０…回転子

Claims (5)

1. 回転子のシャフトが挿通され、前記シャフトを絶縁するシャフト絶縁部と、
   前記シャフト絶縁部によって支持され、前記回転子のコアの軸方向の端面を絶縁するコア端面絶縁部と、
   前記コア端面絶縁部によって支持され、前記コアのスキューしたスロットに嵌合するように形成され、且つ、前記コアの前記スロットを囲む面を示すスロット面を絶縁する複数のスロット面絶縁部と、
   を備えることを特徴とする回転子用インシュレータ。
2. 請求項１に記載の回転子用インシュレータであって、
   複数のスロット面絶縁部のそれぞれは、
   前記コアのスキューした前記スロットに沿って前記スロット面上に形成される
   ことを特徴とする回転子用インシュレータ。
3. 請求項１に記載の回転子用インシュレータであって、
   前記回転子用インシュレータの材料は、
   曲げ弾性率が3.5GPa以下であり、かつ引張伸びが40％以上となる熱可塑性樹脂である
   ことを特徴とする回転子用インシュレータ。
4. 請求項３に記載の回転子用インシュレータであって、
   前記熱可塑性樹脂は、
   ポリアミド系樹脂である
   ことを特徴とする回転子用インシュレータ。
5. 請求項３に記載の回転子用インシュレータであって、
   前記シャフト絶縁部とコア端面絶縁部との接続部は、
   前記回転子用インシュレータの他の部分より厚い
   ことを特徴とする回転子用インシュレータ。

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