JP2021044935A

JP2021044935A - 絶縁紙構造

Info

Publication number: JP2021044935A
Application number: JP2019165367A
Authority: JP
Inventors: 瑞樹坂本; Mizuki Sakamoto
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-09-11
Filing date: 2019-09-11
Publication date: 2021-03-18

Abstract

【課題】折り曲げ部分の樹脂の脱落がなくステータとコイルとの間の沿面距離を確保することができる絶縁紙構造を提供する。【解決手段】単一の絶縁紙Ｓを折り曲げて形成する回転電機の絶縁部材１０は、ステータティース３の軸方向の一方の端面３ｔを覆う第１面部１１と、第１面部１１から延在しステータコア２の軸方向の一方の端面２ｔを覆う第２面部１２と、ステータティース３の端面３ｔに直交する側面３ａを覆う第３面部１３と、ステータティース３の側面３ａと反対側の側面３ｂを覆う第４面部１４と、第３面部１３に直交する直交面１５ａとステータコア２の端面２ｔから軸方向に突出する突出面１５ｂとを有する第５面部１５と、第４面部１４に直交する直交面１６ａとステータコア２の端面２ｔから軸方向に突出する突出面１６ｂとを有する第６面部１６と、を備えることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、単一の絶縁紙を折り曲げて形成する回転電機の絶縁紙構造に関する。

この種の絶縁紙構造として、単一の絶縁紙を折り曲げて、ステータとコイルとの間を絶縁するものが開示されている（特許文献１参照）。この絶縁紙構造は、折り曲げる箇所にのみ樹脂を塗布しないようにしている。

特開２０１７−７７０９５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の絶縁紙構造においては、絶縁紙を折り曲げる箇所に樹脂を塗布しない領域が設けられているので、樹脂の塗布工程に手間が掛かってしまい、工程数やサイクルタイムが増加してしまうという問題がある。工程数やサイクルタイムの増加を抑制するため、絶縁紙の全面に樹脂を塗布することが考えられるが、樹脂を全面に塗布すると、１８０°で折り曲げる部分の樹脂が脱落してしまうという問題がある。絶縁紙構造において、絶縁紙の１８０°で折り曲げる部分をなくしてステータに固定することができる形状にした場合には、ステータとコイルとの間に配置される絶縁紙の表面に沿った最短距離、いわゆる沿面距離を確保することができず、ステータとコイルとの間に短絡が発生してしまうおそれがある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、折り曲げ部分の樹脂の脱落がなくステータとコイルとの間の沿面距離を確保することができる絶縁紙構造を提供することを課題とする。

本発明に係る絶縁紙構造は、単一の絶縁紙を折り曲げて形成する回転電機の絶縁紙構造であって、ステータの軸方向の一方の端面を覆う第１面部と、前記第１面部から延在しコアの前記軸方向の一方の端面を覆う第２面部と、前記ステータの前記端面に直交する側面を覆う第３面部と、前記ステータの前記側面と反対側の側面を覆う第４面部と、前記第３面部に直交する直交面と前記コアの前記端面から前記軸方向に突出する突出面とを有する第５面部と、前記第４面部に直交する直交面と前記コアの前記端面から前記軸方向に突出する突出面とを有する第６面部と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る絶縁紙構造においては、第５面部がコアの端面から軸方向に突出する突出面を有し、第６面部がコアの端面から軸方向に突出する突出面を有しているので、各突出面の部分により、ステータとコイルとの間の沿面距離が確保される。また、本発明に係る絶縁紙構造においては、第１面部と第３面部が直交するとともに、第１面部と第４面部が直交しており、第３面部と第５面部が直交するとともに、第４面部と第６面部が直交しているので、１８０°で折り曲げる部分がない。その結果、折り曲げ部分の樹脂が脱落することはない。本発明に係る絶縁紙構造においては、９０°の折り曲げだけでステータとコイルとの間の絶縁が確保される。

本発明によれば、折り曲げ部分の樹脂の脱落がなくステータとコイルとの間の沿面距離を確保することができる絶縁紙構造を提供することができる。

本発明の実施形態に係る絶縁部材が適用されるステータの図であり、図１（ａ）は、ステータの平面図を示し、図１（ｂ）は、ステータの側面図を示す。本発明の実施形態に係る絶縁部材の図であり、図２（ａ）は、折り曲げて形成した絶縁部材の斜視図を示し、図２（ｂ）は、絶縁部材の展開図を示す。本発明の実施形態に係るコイル、ステータコアおよび絶縁部材の図であり、図２（ａ）に示すＢから見た側面図を示し、図３（ａ）は、第５面部および第６面部に突出面が形成された絶縁部材を示し、図３（ｂ）は、第５面部および第６面部に突出面が形成されていない絶縁部材を示す。本発明の実施形態に係る絶縁部材の作製および絶縁部材をステータに組み込む工程を示す工程図。本発明の実施形態に係る絶縁部材をステータに組み込む工程を示す説明図であり、図５（ａ）は、絶縁部材の斜視図を示し、図５（ｂ）は、図１（ａ）に示すステータのＡ部の斜視図を示し、図５（ｃ）は、絶縁部材を組み込んだ状態のステータのＡ部の斜視図を示す。従来の絶縁部材を示す図であり、図６（ａ）は、絶縁部材の斜視図を示し、図６（ｂ）は、絶縁部材を組み込んだ状態のステータの斜視図を示し、図６（ｃ）は、絶縁部材の展開図を示す。

本発明に係る絶縁紙構造を適用した実施形態に係る絶縁部材１０について図面を参照して説明する。絶縁部材１０は、本発明に係る絶縁紙構造を構成する。

まず、本実施形態に係る絶縁部材１０が組み込まれるステータ１について説明する。ステータ１は、図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、ステータコア２と、ステータティース３と、ステータ巻線からなるコイル４とにより構成されており、図示しないケーシングに固定されている。ステータ１と、ステータ１のステータティース３の内側に組み込まれた図示しないロータとにより回転電機が構成されている。本実施形態に係る絶縁部材１０が組み込まれるステータ１のステータコア２は、本発明に係る絶縁紙構造におけるコアに対応し、ステータティース３は、ステータに対応する。

ステータコア２は、筒状に形成されており、ステータティース３は、ステータコア２の内周面から径方向内側に突出して形成されている。ステータティース３は、軸方向に直交する周方向に沿って互いに間隔をおいて複数が配列されている。各ステータティース３は、ステータコア２の軸方向に沿って延びて周方向に所定間隔を空けて互いに対向する複数の突出壁を有している。ステータコア２とステータティース３は一体的に形成されている。互いに隣接する各突出壁の間には空間からなるスロットＳＬが形成されている。したがって、スロットＳＬも、周方向に沿って互いに間隔をおいて配列されている。

各ステータティース３には、絶縁部材１０がそれぞれ組み込まれ、絶縁部材１０の表面を覆うようにしてコイル４が各スロットＳＬを通って分布巻きで巻回されている。コイル４は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の三相ステータ巻線からなり、各相が順次周方向に設けられている。

絶縁部材１０は、図２（ａ）に示すよう、第１面部１１と、第２面部１２と、第３面部１３と、第４面部１４と、第５面部１５と、第６面部１６とにより構成されている。第１面部１１、第２面部１２、第３面部１３、第４面部１４、第５面部１５および第６面部１６は、図２（ｂ）に示すように、単一の絶縁紙Ｓが折り曲げられて形成されている。

絶縁紙Ｓは、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などのシート状の絶縁材およびポリアミド（ＰＡ）、いわゆるアラミド繊維の不織布で形成されている。絶縁紙Ｓは、各ステータティース３とコイル４との間の電気的絶縁を確保する機能を有する。

第１面部１１は、図１（ａ）、図２（ａ）、図５（ａ）、図５（ｂ）および図５（ｃ）に示すように、ステータティース３の軸方向の一方の端面３ｔを覆う略矩形の平面形状を有しており、第２面部１２は、第１面部１１の長手方向一方側の端部から第１面部１１と同一面上に延在してステータコア２の軸方向の一方の端面２ｔを覆う平面形状を有する。第１面部１１および第２面部１２は、ステータコア２の軸方向の一方の端面２ｔと反対する端面側への移動、つまりステータコア２の軸方向他方側への移動を阻止するストッパーとしても機能する。

第３面部１３と第４面部１４は、第１面部１１の幅方向両側の端部にそれぞれ連続して互いに平行に延びるように設けられている。ステータティース３は、軸方向一方側の端面３ｔに直交して端面３ｔから軸方向他方側に向かって延びる一対の側面３ａ、３ｂを有しており、第３面部１３は、ステータティース３の端面３ｔに直交する側面３ａを覆う平面形状を有し、第４面部１４は、ステータティース３の側面３ａと反対側の側面３ｂを覆う平面形状を有する。第３面部１３および第４面部１４は、ステータティース３における周方向の位置を固定する位置固定手段としても機能する。

第５面部１５は、第３面部１３の第２面部１２側の端部に連続して設けられており、第３面部１３に直交してステータコア２の内周面に沿う直交面１５ａと、ステータコア２の端面２ｔから軸方向に突出する突出面１５ｂとを有する平面形状を有している。第６面部１６は、第４面部１４の第２面部１２側の端部に連続して設けられており、第４面部１４に直交してステータコア２の内周面に沿う直交面１６ａと、ステータコア２の端面２ｔから軸方向に突出する突出面１６ｂとを有する平面形状を有している。

第５面部１５の突出面１５ｂは、図３（ａ）に示すように、ステータコア２の内周端部２ａとコイル４の外周端部４ａとの間における絶縁部材１０の表面に沿った最短距離、いわゆる沿面距離を長くする機能を有している。即ち、突出面１５ｂにより、沿面距離はＢ１の長さが確保されている。この沿面距離が長いほど、ステータコア２とコイル４との絶縁性が高まる。

絶縁部材１０に対し、第５面部１５に突出面１５ｂが形成されていない絶縁部材（比較例）の場合は、図３（ｂ）に示すように、沿面距離はＢ２の長さであり、第５面部１５に突出面１５ｂが形成されている絶縁部材１０と比較して著しく短くなっている。第６面部１６の突出面１６ｂも、第５面部１５の突出面１５ｂと同様に形成されており、第５面部１５の突出面１５ｂと同様に機能する。

以上のように構成された実施形態に係る絶縁部材１０の作製および組込みの工程について図面を参照して説明する。
実施形態に係る絶縁部材１０の作製および組込みの工程は、図４に示すように、絶縁紙の作製、絶縁紙の切れ目形成、絶縁紙の折り目形成、絶縁部材の形成、および絶縁部材のステータティースへの挿入の各工程を含んで構成されている。各工程は順次行われる。なお、絶縁紙の切れ目形成の工程は、絶縁紙の折り目形成の工程の後に行われてもよい。

絶縁紙の作製の工程においては、例えばロール状に巻回された長尺のシートなどの絶縁紙を矩形に裁断して、図２（ｂ）に示す所定の大きさの枚葉の絶縁紙Ｓを作製する（ステップＳ１）。枚葉の絶縁紙Ｓの所定の大きさは、ステータ１を構成するステータコア２、ステータティース３の形状および大きさに応じて適宜選択される。絶縁紙Ｓは、本実施形態では、平面視略矩形を有しており、その長手方向がステータコア２の周方向に沿うように配置され、短手方向がステータコア２の径方向に沿うように配置される。以下の説明では、絶縁紙Ｓの長手方向を周方向、短手方向を径方向と称する場合がある。

絶縁紙の切れ目形成の工程においては、図２（ｂ）に示すように、絶縁紙Ｓの周方向の中央部にて幅Ｗ１の間隔を有するように、絶縁紙Ｓの径方向外側の端辺から深さＤの直線の切れ目Ｌ１、Ｌ２を入れる（ステップＳ２）。そしてさらに、切れ目Ｌ１、Ｌ２の端から切れ目Ｌ１、Ｌ２に直交して互いに離間する方向に真っすぐな切れ目を入れる。切れ目Ｌ１、Ｌ２に直交する切れ目の端同士の間隔は、幅Ｗ２となる。なお、幅Ｗ２は、ステータティース３の厚みよりも僅かに大きい寸法となる。

絶縁紙の折り目形成の工程においては、絶縁紙Ｓの径方向外側の端辺からの深さＤの位置で周方向一方側の端部から切れ目Ｌ２に直交する切れ目の端まで延在する直線の折り目Ｌ３を入れる（ステップＳ３）。次いで、折り目Ｌ３と同様、径方向外側の端辺からの深さＤの位置で周方向他方側の端部から切れ目Ｌ１に直交する切れ目の端まで延在する直線の折り目Ｌ４を入れる。折り目Ｌ３、Ｌ４は、谷折りで直角に折り曲げられる。また、幅Ｗ２で、径方向の直線の折り目Ｌ５、Ｌ６を入れる。折り目Ｌ５は、切れ目Ｌ２に直交する切れ目の端から絶縁紙Ｓの径方向内側の短辺まで延在し、折り目Ｌ６は、切れ目Ｌ１に直交する切れ目の端から絶縁紙Ｓの径方向内側の短辺まで延在する。折り目Ｌ５、Ｌ６は山折りで直角に折り曲げられる。

絶縁部材の形成の工程においては、絶縁紙Ｓの折り目Ｌ３、Ｌ４を谷折りで折り曲げた後、折り目Ｌ５、Ｌ６を山折りで折り曲げる（ステップＳ４）。なお、絶縁紙Ｓの折り目Ｌ５、Ｌ６を山折りで直角に折り曲げた後、折り目Ｌ３、Ｌ４を谷折りで直角に折り曲げてもよい。これらの折り曲げにより、図２（ａ）に示す絶縁部材１０が形成される。

絶縁部材のステータティースへの挿入の工程においては、第３面部１３が、ステータティース３の側面３ａに対向し、第４面部１４が、ステータティース３の側面３ｂに対向する位置で、図５（ａ）に示す絶縁部材１０を、図５（ｂ）に示すように、太矢印で示す軸方向に、ステータティース３に挿入する（ステップＳ５）。絶縁部材１０の第１面部１１は、図５（ｃ）に示すように、ステータティース３の端面３ｔに当接し、第２面部１２は、ステータコア２の端面２ｔに当接する。

以上のように構成された実施形態に係る高圧タンク１０の製造方法の効果について説明する。

本実施形態に係る絶縁部材１０は、単一の絶縁紙Ｓを折り曲げて形成され、ステータティース３の軸方向の一方の端面３ｔを覆う第１面部１１と、第１面部１１から延在しステータコア２の軸方向の一方の端面２ｔを覆う第２面部１２と、ステータティース３の端面３ｔに直交する側面３ａを覆う第３面部１３と、ステータティース３の側面３ａと反対側の側面３ｂを覆う第４面部１４とを備えている。また、本実施形態に係る絶縁部材１０は、第３面部１３に直交する直交面１５ａとステータコア２の端面２ｔから軸方向に突出する突出面１５ｂとを有する第５面部１５と、第４面部１４に直交する直交面１６ａとステータコア２の端面２ｔから軸方向に突出する突出面１６ｂとを有する第６面部１６とを備えている。

本実施形態に係る絶縁部材１０は、第５面部１５がステータコア２の端面２ｔから軸方向に突出する突出面１５ｂを有し、第６面部１６がステータコア２の端面２ｔから軸方向に突出する突出面１６ｂを有しているので、各突出面の部分により、図３（ａ）に示すように、ステータコア２の内周端部２ａとコイル４の外周端部４ａとの間の沿面距離Ｂ１を、図３（ｂ）に示す沿面距離Ｂ２よりも著しく長くすることができる。その結果、ステータコア２とコイル４との絶縁性を高くすることができるという効果が得られる。

また、本実施形態に係る絶縁部材１０は、第１面部１１と第３面部１３が直交するとともに、第１面部１１と第４面部１４が直交しており、第３面部１３と第５面部１５が直交するとともに、第４面部１４と第６面部１６が直交して折り曲げられているので、１８０°で折り曲げる部分がない。その結果、折り曲げ部分の樹脂が脱落することはないという効果が得られる。本実施形態に係る絶縁部材１０においては、９０°の折り曲げだけでステータとコイルとの間の絶縁が確保されるという効果が得られる。

また、本実施形態に係る絶縁部材１０は、従来の絶縁部材の問題点を解消することができるという効果が得られる。即ち、従来の絶縁部材３０は、図６（ａ）に示すように、背部３１と、側部３２、３３と、カフサ部３４とにより構成されており、側部３２、３３は、背部３１から同方向に直角に折り曲げられている。カフサ部３４は、背部３１、側部３２、３３の一方の端部で略１８０°で折り曲げられており、所定の幅を有している。即ち、所定の幅のカフサ折りで形成されている。

従来の絶縁部材３０は、図６（ｂ）に示すように、ステータ４０の各スロットＳＬ１に挿入され、カフサ部３４が軸方向の位置決めの機能を果たしている。しかしながら、従来の絶縁部材３０は、カフサ部３４が略１８０°で折り曲げられているために、折り曲げ部の樹脂が脱落してしまうという問題があった。これに対して、本実施形態に係る絶縁部材１０は、略１８０°で折り曲げられるカフサ部３４が設けられていないので、折り曲げ部の樹脂が脱落してしまうという従来の問題が解消されるという効果が得られる。

また、従来の絶縁部材３０は、図６（ａ）、図６（ｃ）に示すように、カフサ部３４が、背部３１、側部３２、３３の一方の端部で、所定の幅で折り曲げられているので、材料使用量が増大していた。これに対して、本実施形態に係る絶縁部材１０は、略１８０°で折り曲げられるカフサ部３４が設けられていないので、材料使用量が増大することはなく、約３％の使用量の低減が可能となるという効果が得られた。また、折りおよび曲げ加工後の径方向の絶縁紙Ｓの厚さの３３％が低減され、ステータ１により構成される回転電機の径方向の体格が低減されるという効果が得られる。

また、従来の絶縁部材３０は、ステータコア４１の内周端部とコイルの外周端部との間に、ステータコア４１の軸方向の端部４１ｔから突出する部分が形成されていないので、沿面距離Ｂ２が短くなっており、短絡のおそれがあった。これに対し、本実施形態に係る絶縁部材１０は、突出面１５ｂ、突出面１６ｂを有しているので、各突出面の部分により、図３（ａ）に示す沿面距離Ｂ１を著しく長くすることができる。その結果、ステータコア２とコイル４との絶縁性を高くすることができ、短絡のおそれを解消することができるという効果が得られる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

１・・・ステータ、２・・・ステータコア（コア）、２ａ・・・内周端部、２ｔ，３ｔ・・・端面、３・・・ステータティース（ステータ）、３ａ，３ｂ・・・側面、４・・・コイル、４ａ・・・外周端部、１０・・・絶縁部材（絶縁紙構造）、１１・・・第１面部、１２・・・第２面部、１３・・・第３面部、１４・・・第４面部、１５・・・第５面部、１５ａ，１６ａ・・・直交面、１５ｂ，１６ｂ・・・突出面、１６・・・第６面部、Ｓ・・・絶縁紙、ＳＬ・・・スロット

Claims

単一の絶縁紙を折り曲げて形成する回転電機の絶縁紙構造であって、
ステータの軸方向の一方の端面を覆う第１面部と、
前記第１面部から延在しコアの前記軸方向の一方の端面を覆う第２面部と、
前記ステータの前記端面に直交する側面を覆う第３面部と、
前記ステータの前記側面と反対側の側面を覆う第４面部と、
前記第３面部に直交する直交面と前記コアの前記端面から前記軸方向に突出する突出面とを有する第５面部と、
前記第４面部に直交する直交面と前記コアの前記端面から前記軸方向に突出する突出面とを有する第６面部と、
を備えることを特徴とする絶縁紙構造。