JP2021164323A - 絶縁部材、固定子および回転機 - Google Patents

Abstract

【課題】スロット内における、固定子巻線の挿入空間を広くすることができる技術を提供する。【解決手段】固定子巻線１３０は、固定子コア１１０の軸方向両側に、外壁部２１０、複数の内壁部２２０および複数の連結部２３０を有する絶縁部材２００が配置された状態で、スロット１１６内に挿入可能なノズル４００から供給される導線１３１がティース１１２に巻き付けられることによって形成される。絶縁部材２００の連結部２３０の上面２４０は、第１の上面部分２４１と、第１の上面部分２４１より径方向内側に設けられている第２の上面部分２４２を有している。第１の上面部分２４１は、底面２００Ａとの間の距離が、径方向外側から内側に向かって長くなるように傾斜している。第２の上面部分２４２は、底面２００Ａとの間の距離が、径方向外側から内側に向かって短くなるように傾斜している。【選択図】図５

Description

本発明は、固定子コアの軸方向両側に絶縁部材が配置された状態で固定子巻線が巻き付けられる固定子に関し、特に、固定子コアのスロット内における固定子巻線の挿入空間を広くする技術に関する。

固定子コアの軸方向両側に絶縁部材（「樹脂ボビン」と呼ばれている）が配置された状態で固定子巻線が巻き付けられる（「集中巻方式」と呼ばれている）固定子が知られている。固定子コアは、周方向に沿って延在するヨークと、ヨークから径方向に沿って延在する複数のティースと、周方向に隣接するティースによって形成される複数のスロットを有している。ティースは、ヨークから径方向に沿って内側に延在するティース基部と、ティース基部の先端側に設けられ、周方向に沿って延在するティース先端部を有している。なお、周方向に隣接するティース先端部の間に、スロット開口部が形成されている。絶縁部材は、周方向および軸方向に沿って延在する外壁部と、外壁部より内側に配置され、周方向および軸方向に沿って延在する複数の内壁部と、外壁部と複数の内壁部それぞれとを連結する複数の連結部を有している。絶縁部材は、外壁部、内壁部および連結部が、それぞれ固定子コアのヨーク、ティース先端部およびティース基部に対向するように配置される。
固定子巻線を集中巻き方式で巻き付ける方法として、スロット開口部を通して、内側からスロット内に挿入可能なニードルを用いる方法が知られている。
スロット開口部を通してスロット内に挿入可能なニードルを用いて固定子巻線を巻き付ける場合には、ニードルの移動範囲、特に、径方向に沿った移動範囲が制限されるため、固定子巻線を連結部の外壁部側の部分（ティース基部のヨーク側の部分）まで、すなわち、スロットの奥まで巻き付けるのが難しい。
そこで、特許文献１（特開２００２−２７２０４５号公報）に開示されている絶縁部材が提案されている。特許文献１に開示されている絶縁部材では、連結部の、底面と反対側の上面に、外壁部側における連結部の軸方向に沿った長さ（高さ）が、内壁部側における軸方向に沿った長さ（高さ）より短く（低く）なるように傾斜している傾斜面が形成されている。これにより、固定子巻線を、連結部の上面に形成された傾斜面に沿って外壁部側に滑らせながら巻き付けることができ、連結部の外壁部側の部分（ティース基部のヨーク側の部分）まで、すなわち、スロットの奥まで巻き付けることができる。

特開２００２−２７２０４５号公報

特許文献１に開示されている端部絶縁部材では、固定子巻線を、連結部の上面に形成されている傾斜面に沿って滑らせることによって、外壁部側まで挿入することができる。一方、連結部の上面が内壁部側まで延在しているため、内壁部側における、固定子巻線の挿入空間、すなわち、スロット内における、固定子巻線を形成する導線の挿入空間が狭くなっている。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、スロット内における、固定子巻線の挿入区間を広くすることができる技術を提供することを目的とする。

本発明の第１発明は、固定子コアの軸方向両側に配置される絶縁部材に関する。
本発明の絶縁部材は、固定子コアと対向する側に底面を有しているとともに、周方向および軸方向に沿って延在する外壁部と、外壁部より内側に配置され、周方向および軸方向に沿って延在する複数の内壁部と、径方向に沿って延在し、外壁部と複数の内壁部それぞれとを連結する複数の連結部と、を有している。外壁部、内壁部および連結部により、固定子巻線が配置される凹部が形成される。絶縁部材は、好適には、絶縁特性を有する樹脂により形成される。絶縁部材は、外壁部、内壁部および連結部が固定子コアのヨーク、ティース基部およびティース先端部に対向するように、固定子コアの軸方向両側に配置される。
連結部は、軸方向に沿って底面と反対側に形成された上面と、周方向一方側および周方向他方側に形成された第１の側面および第２の側面を有している。
上面は、第１の側面と第２の側面との間の中央を通る連結部中央線を含む断面で見て、第１の上面部分と、第１の上面部分より径方向内側に設けられている第２の上面部分を有している。第１の上面部分は、第１の上面部分と底面との間の距離が、径方向外側から径方向内側に向かって長くなるように傾斜状に形成されている。好適には、第１の上面部分は、直線状に傾斜している傾斜面に形成される。第２の上面部分は、第２の上面部分と底面との間の距離が、径方向外側から径方向内側に向かって短くなるように傾斜している。好適には、第２の上面部分は、直線状に傾斜している傾斜面に形成される。
本発明では、固定子巻線（詳しくは、固定子巻線を形成する導線）を、第１の上面の傾斜に沿って滑るせることによって、径方向外側の外壁部の位置に配置することができる。また、径方向内側の領域（内壁部側の領域）では、第２の上面部分によって固定子巻線（詳しくは、固定子巻線を形成する導線）の挿入空間が広くなる。これにより、スロット内における、固定子巻線（固定子巻線を形成する導線）の挿入量を増やすことができる。
第２発明は、固定子に関する。本発明の固定子は、固定子コア、固定子コアの軸方向両側に配置される絶縁部材、固定子巻線を備えている。そして、絶縁部材として第１発明の絶縁部材が用いられている。
第２発明は、第１発明と同様の効果を有している。
第２発明の異なる形態では、固定子コアは、軸方向に直角な断面で見て、周方向に沿って延在するヨーク、ヨークの径方向内側に設けられている複数のティース、周方向に隣接するティースによって形成される複数のスロットを有している。ティースは、ヨークから径方向内側に延在するティース基部、ティース基部の径方向内側に設けられ、周方向に沿って延在するティース先端部により形成されている。
固定子巻線は、絶縁部材の軸方向両側に、絶縁部材が、外壁部、内壁部および連結部が固定子コアのヨーク、ティース先端部およびティース基部に対向するように配置された状態で、スロットのスロット開口部を通してスロット内に挿入可能なニードルから供給される導線をティースに巻き付けることによって形成される。
本形態では、絶縁部材の上面の第１の上面部分と第２の上面部分との接続部は、スロット内におけるニードルの移動範囲内の、最も径方向外側の位置より径方向内側に配置されている。
本形態では、ニードルが、スロット内の最も径方向外側の位置に配置されている状態において、ニードルから供給される導線は、第１の上面部分に沿って滑りながら径方向外側（外壁部側）に配置することができる。
第２発明の異なる形態では、第１の上面部分と第２の上面部分との接続部は、スロット内におけるニードルの移動可能範囲内の、最も径方向外側の位置より、導線の直径Ｄの（１／２）以上離れている。
本形態では、ニードルから供給される導線を径方向外側に確実に配置することができる。
第３発明は、電動機に関する。本発明の電動機は、前述した固定子のいずれかと、固定子に対して相対的に回転可能に配置されている回転子を備えている。
第３発明は、第１発明と同様の効果を有する。

本発明では、スロット内における、固定子巻線の挿入区間を広くすることができる。

本発明の電動機委の一実施形態を示す図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図２の矢印ＩＩＩで示す部分を固定子コアと反対側（軸方向）から見た図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。 図３のＶ−Ｖ線断面図である。

以下に、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
なお、本明細書では、「軸方向」は、回転子が固定子に対して相対的に回転可能に配置されている状態において、回転子の回転中心線（図１、図２に示されている回転中心線Ｐ）の方向を示す。また、「周方向」は、回転子が固定子に対して相対的に回転可能に配置されている状態において、軸方向（回転中心線の方向）から見て、回転中心線を中心とする円周方向を示す。また、「径方向」は、回転子が固定子に対して相対的に回転可能に配置されている状態において、軸方向（回転中心線の方向）から見て、回転中心線を通る方向を示す。

本発明の電動機の一実施形態を、図１、図２を参照して説明する。図１は、本実施形態の電動機１０の断面図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
本実施形態の電動機１０は、固定子１００と、固定子１００に対して相対的に回転可能に配置されている回転子３００により構成される。
回転子３００は、回転子コア３１０と回転軸３２０等により構成される。回転子３００としては、種々の構成の回転子を用いることができる。

固定子１００は、固定子コア１１０と、固定子コア１１０の軸方向両側に配置される絶縁部材２００と、固定子巻線１３０等により構成される。
固定子コア１１０は、積層された複数の電磁鋼板により構成され、軸方向一方側（図１では、上方）および軸方向他方側（図１では、下方）にコア端面１１０Ａおよび１１０Ｂを有している。

固定子コア１１０は、軸方向と直角な断面（図２）で見て、周方向に沿って延在するヨーク１１１と、径方向に沿って延在する複数のティース１１２を有している。ティース１１２は、ヨーク１１１から径方向に沿って内側（回転中心線Ｐ側）に延在するティース基部１１３と、ティース基部１１３の内側に設けられ、周方向に沿って延在するティース先端部１１４を有している。ティース先端部１１４の内側には、円弧状のティース先端面１１５が形成されている。ティース先端面１１５によって、回転子３００が挿入される回転子挿入空間１１０ａが形成される。
周方向に隣接するティース１１２によって、スロット１１６が形成される。また、周方向に隣接するティース１１２のティース先端部１１４によって、スロット開口部１１７が形成される。
スロット１１６内には、スロット絶縁部材１２０を介して固定子巻線１３０（詳しくは、固定子巻線１３０を形成する導線１３１）が挿入される。

絶縁部材２００を、図３、図４、図５を参照して説明する。図３は、図２に矢印ＩＩＩで示されている部分を、固定子コア１１０と反対側（軸方向）から見た図であり、図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線断面図であり、図５は、図３のＶ−Ｖ線断面図である。

絶縁部材２００は、絶縁特性を有する樹脂により形成される（「樹脂ボビン」とも呼ばれる）。なお、絶縁部材２００は、樹脂以外の材料により形成することもできる。
絶縁部材２００は、底面２００Ａを有しているとともに、外壁部２１０、複数の内壁部２２０および複数の連結部２３０を有している。
外壁部２１０は、周方向および軸方向に沿って延在する。外壁部２１０は、外周面２１１と内周面２１２を有している。
内壁部２２０は、外壁部２１０より径方向内側（回転中心線Ｐ側）に配置され、周方向および軸方向に沿って延在する。内壁部２２０は、外周面２２１と内周面２２２を有している。
連結部２３０は、外壁部２１０と内壁部２２０を連結し、径方向に沿って延在する。連結部２３０は、軸方向に沿って底面２００Ａと反対側に形成された上面２４０と、周方向一方側（図３、図４において右側）に形成された第１の側面２５０と、周方向他方側（図３、図４において左側）に形成された第２の側面２６０を有している。

なお、図３において、線Ｋは、連結部２３０の第１の側面２５０と第２の側面２６０の間の中央を通る連結部中央線を示している。また、図３のＩＶ−ＩＶ線断面（図４）は、連結部中央線Ｋを含む断面、すなわち、連結部２３０の第１の側面２５０と第２の側面２６０の間の中央を通る、軸方向および径方向に沿って延在する断面である。以下では、連結部中央線Ｋを含む断面を、「連結部中央断面」という。
上面２４０が、本発明の「底面と反対側に形成された上面」に対応し、第１の側面２５０が、本発明の「周方向に沿って一方側（周方向一方側）に形成された第１の側面」に対応し、第２の側面２６０が、本発明の「周方向に沿って他方側（周方向他方側）に形成された第２の側面」に対応する。

絶縁部材２００は、底面２００Ａが固定子コア１１０のコア端面１１０Ａあるいは１１０Ｂに当接するように、固定子コア１１０の軸方向両側に配置される。
この時、図３に示されているように、絶縁部材２００の外壁部２１０、内壁部２２０および連結部２３０が、それぞれ固定子コア１１０のヨーク１１１、ティース先端部１１４およびティース基部１１３に対向する位置に配置される。好適には、絶縁部材２００を固定子コア１１０の所定位置に配置する位置決め機構が設けられる。例えば、凹部と、凹部に嵌合可能な突部により構成される位置決め機構が用いられる。

固定子巻線１３０を固定子コア１１０のティース１１２に巻き付ける方法としては、固定子コア１１０の軸方向両側に絶縁部材２００が配置された状態で、導線１３１を供給するニードル４００を用いて巻き付ける方法が用いられる。具体的には、図２に示されているように、スロット開口部１１７を通してスロット１１６内に挿入可能なニードル４００がティース１１２の回りに一方方向移動するように、ティース１１２の周方向両側のスロット１１６内を軸方向および径方向（矢印Ｂ方向）に沿って移動させるとともに、周方向両側のスロット１１６間を周方向（矢印Ｃ方向）に沿って移動させる。

ここで、スロットの内周面を形成する、固定子コア１１０のヨーク１１１の内周面が円弧状に形成されているため、ニードル４００の径方向に沿った移動範囲が制限される。例えば、スロット１１６内の挿入位置は、図２にＨで示される一点鎖線の位置に制限される。図２にＨで示されている一点鎖線（以下、「移動規制線」という）の位置は、スロット１１６内におけるニードル４００の移動範囲内の、最も径方向外側の位置である。この場合、ティース１１２の、移動規制線より径方向外側の領域（図２、図３に示されている、外壁部２１０の内周面２１２から、連結部中央線Ｋに沿った距離Ｌの領域）に導線１３１を巻き付けることができない。

本実施形態の絶縁部材２００では、連結部２３０の上面２４０は、連結部中央線Ｋを含む断面（図３に示されている連結部中央断面）で見て、第１の上面部分２４１と第２の上面部分２４２を有している。
第１の上面部分２４１は、一端側が外壁部２１０の内周面２１２と接続され、他端側が第２の上面部分２４２と接続されている。第１の上面部分２４１は、径方向外側（外壁部２１０の内周面との接続部）から径方向内側（第２の上面部分２４２との接続部２４３）に向かって、第１の上面部分２４１と底面２００Ａとの間の距離が長くなるように傾斜状に形成されている。本実施形態では、直線状に延在する傾斜面に形成されている。
第２の上面部分２４２は、一端側が第１の上面部分２４１の他端側に接続され、他端側が内壁部２２０の外周面２２１に接続されている。第２の上面部分２４２は、径方向外側（第１の上面部分２４１との接続部２４３）から径方向内側（内壁部２２０の外周面２２１との接続部）に向かって、第２の上面部分２４２と底面２００Ａとの間の距離が短くなるように傾斜状に形成されている。本実施形態では、直線状に延在する傾斜面に形成されている。

なお、第１の上面部分２４１と第２の上面部分２４２との接続部２４３は、ニードル４００の径方向に沿った移動が規制される移動規制線Ｈより径方向内側の位置に配置される。接続部２４３と移動規制線Ｈとの間の径方向に沿った距離Ｍは、移動規制線Ｈの位置に配置されているニードル４００から供給される導線１３１が、第１の上面部分２４１に沿って滑りながら径方向外側（外壁部２１０側）に移動するように設定される。例えば、距離Ｍは、導線１３１の直径Ｄの（１／２）以上［Ｍ≧（Ｄ／２）］に設定される。
また、距離Ｍは、第２の上面部分２４２上の空間が狭くなりすぎないように設定される。例えば、距離Ｍは、導線１３１の直径Ｄ以下［Ｍ≦Ｄ］に設定される。
また、第１の上面部分２４１と第２の上面部分との接続部２４３と、第１の上面部分２４１と外壁部２１０の内周面２１２との接続部との間の軸方向に沿った距離Ｔ（第１の上面部分２４１の径方向に対する傾斜角）は、導線１３１が第１の上面部分２４１に沿って滑りながら径方向外側（外壁部２１０側）に移動するように設定される。

本実施形態では、連結部２３０の上面２４０の径方向外側に、径方向内側から径方向外側に向かって、底面２００Ａに近づくように傾斜している第１の上面部分２４１を有している。これにより、ニードル４００が、径方向に沿った移動が移動規制線Ｈの位置で規制されていても、ニードル４００から供給される導線１３１は、第１の上面部分２４１に沿って滑りながら径方向外側（外壁部２１０側）に移動することができる。したがって、スロットの奥まで導線１３１を挿入することができる。
一方、連結部２３０の上面２４０は、第１の上面部分２４１より径方向内側に、径方向外側から径方向内側に向かって、底面２００Ａに近づくように傾斜している第２の上面部分２４２を有している。これにより、第１の上面部分２４１を内壁部２２０まで延在させた場合に較べて、第１の上面部分２４１より径方向内側の空間（第２の上面部分２４２に対応する空間）を広くすることができる。したがって、第１の上面部分２４１より径方向内側の空間（第２の上面部分２４２に対応する空間）に挿入可能な導線１３１の量が増大する。

以上の実施形態では、連結部２３０の上面２４０に、逆向きに傾斜している第１の上面部分２４１と第２の上面部分２４２を形成したが、第１の側面２５０および第２の側面２６０にも逆向きに傾斜している側面部分を形成することもできる。
例えば、第１の側面に、第１の側面部分と、第１の側面部分より径方向内側に設けられている第２の側面部分を形成する。第１の側面部分は、径方向外側から径方向内側に向かって、周方向に沿った幅が大きくなるように傾斜状に形成され、第２の側面部分は、径方向外側から径方向内側に向かって、周方向に沿った幅が小さくなるように傾斜状に形成される。また、第２の側面に、第３の側面部分と、第３の側面部分より径方向内側に設けられている第４の側面部分を形成する。第３の側面部分は、径方向外側から径方向内側に向かって、周方向に沿った幅が大きくなるように傾斜状に形成され、第４の側面部分は、径方向外側から径方向内側に向かって、周方向に沿った幅が小さくなるように傾斜状に形成される。
第１の側面および第２の側面をこのように形成することにより、径方向外側の領域に導線をより確実に配置することができるとともに、径方向内側の空間における導線の挿入空間をより広くすることができる。

以上のように、本実施形態の電動機を用いることにより、固定子コアの軸方向両側に絶縁部材が配置されている状態で固定子巻線を巻き付ける（集中巻き方式で巻き付ける）際に、固定子巻線を形成する導線を径方向外側の領域に配置することができるとともに、径方向内側における導線挿入空間を広くすることができ、導線の挿入量を増大させることができる。

本発明は、実施形態で説明した構成に限定されず、種々の変更、追加、削除が可能である。
実施形態では、固定子コア、絶縁部材および固定子巻線を有する固定子と回転子を備える電動機について説明したが、本発明は、絶縁部材あるいは、固定子コア、絶縁部材および固定子巻線を有する固定子として構成することもできる。
実施形態で説明した各構成は、単独で用いることもできるし、適宜選択した複数を組み合わせて用いることもできる。

１０ 電動機
１００ 固定子
１１０ 固定子コア
１１０Ａ、１１０Ｂ コア端面
１１０ａ 回転子挿入空間
１１１ ヨーク
１１２ ティース
１１３ ティース基部
１１４ ティース先端部
１１５ ティース先端面
１１６ スロット
１１７ スロット開口部
１２０ スロット絶縁部材
１３０ 固定子巻線
１３１ 導線
２００ 絶縁部材
２００Ａ 底面
２１０ 外壁部
２１１ 外周面
２１２ 内周面
２２０ 内壁部
２２１ 外周面
２２２ 内周面
２３０ 連結部
２４０ 上面
２４１ 第１の上面部分
２４２ 第２の上面部分
２５０ 第１の側面
２６０ 第２の側面
４００ ニードル

Claims (5)

1. 固定子コアの軸方向両側に配置され、固定子コアと対向する側に底面を有しているとともに、周方向および軸方向に沿って延在する外壁部と、前記外壁部より内側に配置され、周方向および軸方向に沿って延在する複数の内壁部と、径方向に沿って延在し、前記外壁部と前記複数の内壁部それぞれとを連結する複数の連結部と、を有する絶縁部材であって、
   前記連結部は、軸方向に沿って前記底面と反対側に形成された上面と、周方向一方側に形成された第１の側面と、周方向他方側に形成された第２の側面と、を有し、
   前記上面は、前記第１の側面と前記第２の側面との間の中央を通る連結部中央線を含む断面で見て、第１の上面部分と、前記第１の上面部分より径方向内側に設けられている第２の上面部分を有し、
   前記第１の上面部分は、前記第１の上面部分と前記底面との間の距離が、径方向に沿って外側から内側に向かって長くなるように傾斜状に形成され、前記第２の上面部分は、前記第２の上面部分と前記底面との間の距離が、径方向に沿って外側から内側に向かって短くなるように傾斜状に形成されていることを特徴とする絶縁部材。
2. 固定子コアと、前記固定子コアの軸方向両側に配置される絶縁部材と、固定子巻線と、を備える固定子であって、前記絶縁部材として請求項１に記載の絶縁部材が用いられていることを特徴とする固定子。
3. 請求項２に記載の固定子であって、
   前記固定子コアは、軸方向に直角な断面で見て、周方向に沿って延在するヨークと、前記ヨークから径方向内側に延在するティース基部および前記ティース基部の径方向内側に設けられ、周方向に沿って延在するティース先端部により形成される複数のティースと、周方向に隣接するティースによって形成されるスロットと、を有し、
   前記固定子巻線は、前記絶縁部材の軸方向両側に、前記絶縁部材が、前記外壁部、前記内壁部および前記連結部が前記固定子コアの前記ヨーク、前記ティース先端部および前記ティース基部に対向するように配置された状態で、前記スロットのスロット開口部を通して前記スロット内に挿入可能なニードルから供給される導線を前記ティースに巻き付けることによって形成され、
   前記絶縁部材の前記上面の前記第１の上面部分と前記第２の上面部分との接続部は、前記スロット内における前記ニードルの移動範囲内の、最も径方向外側の位置より径方向内側に配置されていることを特徴とする固定子。
4. 請求項３に記載の固定子であって、
   第１の上面部分と前記第２の上面部分との前記接続部は、前記スロット内における前記ニードルの移動可能範囲内の、前記最も径方向外側の位置より、前記導線の直径Ｄの（１／２）以上離れていることを特徴とする固定子。
5. 請求項４に記載の固定子と、前記固定子に対して相対的に回転可能に配置されている回転子と、を備えることを特徴とする電動機。

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