JP2022170669A - コイルセンタリング絶縁フィルムを含む、電気モータのステータ用の予備成形されたコイルアセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】製造について費用効果がある予備成形されたコイルアセンブリを提供する。【解決手段】予備成形されたコイルアセンブリの端部に第１及び第２の巻線支持部３０ａを有し、歯が２つの反対側の側部１４ａ，１４ｂを含み、予備成形されたコイルアセンブリが、第１及び第２の絶縁フィルム２７ａ，２７ｂを含み、第１及び第２の絶縁フィルム２７ａ，２７ｂが、重なった絶縁フィルム部分を有する上下の折り返し部２８ａ，２８ｂを含み、側部１４ａ，１４ｂと絶縁フィルム２７ａ，２７ｂの対応する非折り返し部の間の第１及び第２の距離ｄ１，ｄ２を確保するために、重なったフィルム絶縁部の一方側が、絶縁フィルム２７ａ，２７ｂの対応する部分に当接し、重なったフィルム絶縁部の他方側が、巻線支持部３０ａの壁３８ａ，３８ｂに当接し、歯に対してセンタリングされるように、第１及び第２の距離ｄ１，ｄ２が等しい。【選択図】図５

Description

本発明は、電気モータのステータ用の予備成形されたコイルアセンブリに関するものである。予備成形されたコイルアセンブリは、ステータが取り付けられたときにステータの歯に対してコイルアセンブリをセンタリングさせるコイルセンタリング絶縁フィルムを含んでいる。本発明は、予備成形されたコイルアセンブリを製造する方法と、ステータの各歯に取り付けられる予備成形されたコイルアセンブリを含む電気モータとに関するものでもある。

電気モータのステータの対応する積層された歯における予備成形されたコイルアセンブリの正確な位置決めを達成することは困難である。一般的に、各予備成形されたコイルアセンブリは、モータの組立注に対応する歯に対して手動で位置決めされる。したがって、通常、予備成形されたコイルアセンブリは、センタリングされず、図１に図示されているように歯の一方側又は他方側にもたれかかっている。

誘電体絶縁の観点から、各予備成形されたコイルアセンブリは、理想的には対応する歯に対してセンタリングされるべきであり、図２に図示されているように、歯の両側において小さな隙間を残すべきである。モータの誘電体絶縁は、予備成形されたコイルアセンブリとステータの対応する歯との間の物理的なインターフェースと密接に関連している。歯の両側における隙間の対称性により、モータの誘電体絶縁が劇的に改善されるとともに、当該隙間が真空注封プロセス中に絶縁液体化合物で満たされるため、高電圧を受けてもその寿命が劇的に改善される。逆に、各歯の両側における隙間の間の非対称性は、モータの絶縁及びその寿命に悪影響を有する。

ステータの歯の反対側の間の隙間と、歯に取り付けられた対応する予備成形されたコイルアセンブリとは、図３に図示されているように、予備成形されたコイルアセンブリの巻線支持部の２つの反対側の側壁の厚さによって規定されることができる。特許文献１には、このような巻線支持部の例が開示されている。

図３の巻線支持部の問題は、反対側の側壁の厚さが隙間自体の厚さを規定しているという事実に起因している。誘電的な観点から、隙間は大きいべきであるものの、性能の観点からは、隙間は、銅充填ファクタ及び放熱を最大化するために隙間は小さい必要がある。最良の妥協は、それぞれ非常に小さな同一の厚さをもった反対側の側壁を有する巻線支持部を有することである。

この厚さを達成するために、巻線支持部を製造するための方法は、射出技術に基づいたものである必要がある。この独創的な選択により、新たな巻線支持部を創造するための時間及びコストに関する労力はとても大きくなる。プロトタイプモータ及び少量生産には、新たな巻線支持部をリーズナブルなコストで製造することは考えられない。加えて、コイルのコアにおける巻線支持部の反対側の薄い側壁により、典型的にはガラス強化ポリマから成る側壁が過度の速度及び張力により破損することがあるため、オルソサイクリックコイルの巻付け中に巻付け速度及び銅線における張力に関して巻付けのプロセスが制限される。

独国特許出願公開第１０２０１１０８１０３０号明細書

したがって、本発明の目的は、上述の欠点を回避し、又は少なくとも軽減するように構成された予備成形されたコイルアセンブリを提供することにある。

特に、本発明の目的は、製造について費用効果がある予備成形されたコイルアセンブリを提供することにある。

本発明の他の目的は、オルソサイクリックコイルの巻付け中に銅線によって加えられる張力に耐えるのに十分堅牢な巻線支持部を含む予備成形されたコイルアセンブリを提供することにある。

これら目的は、予備成形されたコイルアセンブリのそれぞれ反対側の端部に位置する第１及び第２の巻線支持部と、ステータの歯の周囲に嵌合される細長い開口部をその間に有する第１及び第２の細長い巻線部分を形成するように第１及び第２の巻線支持部の周囲に巻き付けられた巻線部分とを有する、電気モータのステータ用の予備成形されたコイルアセンブリによって達成される。歯は、２つの反対側の側部を含んでいる。予備成形されたコイルアセンブリは、それぞれ前記第１及び第２の巻線部分の周囲に配置された第１及び第２の絶縁フィルムを更に含んでいる。第１及び第２の絶縁フィルムのそれぞれは、それぞれ重なった絶縁フィルム部分を有する上側の折り返し部及び下側の折り返し部を含んでいる。それぞれ重なったフィルム絶縁部の一方側は、それぞれ第１及び第２の巻線部分の内側で絶縁フィルムの対応する部分に当接する。歯のそれぞれの反対側の側部と第１及び第２の絶縁フィルムの対応する非折り返し部との間の第１及び第２の距離を確保するために、それぞれ重なったフィルム絶縁部の他方側が、それぞれの巻線支持部のそれぞれの第１及び第２の反対側の壁に当接する。予備成形されたコイルアセンブリが歯の周囲に取り付けられたときに歯に対してセンタリングされるように、第１及び第２の距離が等しい。

一実施例では、第１及び第２の距離のそれぞれが０．２～０．４ｍｍである。

一実施例では、第１及び第２の距離のそれぞれが概ね０．３ｍｍに等しい。

一実施例では、第１及び第２の絶縁フィルムのそれぞれの厚さは、非折り返し部において０．２～０．４ｍｍの範囲にあるとともに好ましくは概ね０．３ｍｍに等しい。一実施例では、フィルムの厚さは、上側及び下側の折り返し部において０．４～０．８ｍｍの範囲にあるとともに好ましくは概ね０．６ｍｍに等しい。一実施例では、各重なったフィルム絶縁部分の厚さは、０．２～０．４ｍｍの範囲であり、好ましくは０．３ｍｍに等しい。

一実施例では、第１及び第２の巻線支持部のそれぞれが、末端巻線部と、第１及び第２の反対側の側壁を含むベース部とを含んでいる。末端巻線部の下部は、第１及び第２の絶縁フィルムの折り返し範囲が対応する突出部に対して、好ましくは該突出部の平坦な面に対して位置するようにベース部のそれぞれ第１及び第２の反対側の側壁に対して垂直に末端部へ延びる保護部を有するベース部よりも幅広なベース部に隣接している。

一実施例では、反対側の側壁のそれぞれと対応する突出部の末端部との間の距離は、対応する絶縁フィルムの対応する折り返し部の厚さに概ね等しい。

一実施例では、距離は概ね０．６ｍｍに等しい。

一実施例では、第１及び第２の巻線支持部それぞれの末端巻線部は、絶縁フィルムによって覆われていない第１及び第２の細長い巻線部分の対応する部分に当接する２つの反対側の側壁を含んでいる。

本発明の他の態様は、複数の歯と、該複数の歯の周囲に取り付けられた対応する複数の予備成形されたコイルアセンブリとを含む、電気モータ用、特に回転型電気モータ用のステータに関するものである。各歯のそれぞれ反対側の側部と第１及び第２の絶縁フィルムそれぞれの対応する非折り返し部の間の距離は、絶縁樹脂で満たされた各歯の両側における隙間を形成する。

本発明の他の態様は、上記ステータを含む、電気モータ、特に回転型電気モータに関するものである。

本発明の他の態様は、予備成形されたコイルアセンブリを製造する方法であって、以下のステップ：
－巻線支持部サポートの各端部に第１及び第２の巻線支持部を取り付けるステップであって、各巻線支持部が、末端巻線部と、２つの反対側の側壁を含むベース部とを含み、これにより、末端巻線部の下部が、各反対側の側壁に対して垂直に延びる第１及び第２の一連の保護部を形成するベース部よりも幅広なベース部に隣接する、前記ステップと、
－第１及び第２の絶縁フィルムを設け、該第１及び第２の絶縁フィルムそれぞれの２つの反対側の部分を折り返すステップと、
－第１及び第２の巻線支持部それぞれの各々の２つの反対側の側壁に対して折り返された部分に対して当接させるステップであって、折り返し範囲が、対応する巻線支持部のそれぞれの第１及び第２の一連の突出部の平坦な面に対して位置する、前記ステップと、
－間に細長い開口部を有する第１及び第２の細長い巻線部分を形成するために、第１及び第２の巻線支持部の周囲に巻き付けられた巻線部分を得るように第１及び第２の巻線支持部の周囲に巻線を巻回するステップと、
－それぞれ前記第１及び第２の細長い巻線部分の周囲に前記第１及び第２の絶縁フィルムを巻き付けるステップと
を含む前記方法である。

例示され、図面に図示されたいくつかの実施例の説明により、本発明がより良好に理解される。

歯に対して非対称に周囲に取り付けられた予備成形されたコイルアセンブリを有するステータの歯の断面図である。 歯に対して対称に周囲に取り付けられた予備成形されたコイルアセンブリを有するステータの歯の断面図である。 従来技術によるステータの歯に取り付けられた予備成形されたコイルアセンブリの上部の正面図である。 本発明の一実施例による予備成形されたコイルアセンブリの上部の斜視図である。 ステータの歯に取り付けられた図４の予備成形されたコイルアセンブリの上部の正面図である。 図４に一部示された予備成形されたコイルアセンブリの斜視図である。 図６の予備成形されたコイルアセンブリの正面図である。 折り返し部を図示する予備成形されたコイルアセンブリの２つの絶縁フィルムのうち１つの上部の斜視図である。 図７の予備成形されたコイルアセンブリの２つの巻線支持部のうち１つの斜視図である。 他の角度から見た、図９の巻線支持部の他の斜視図である。

図１には、歯に対して非対称にステータの歯に取り付けられた予備成形されたコイルアセンブリが示されている一方、図２には、モータの誘電体絶縁と、高電圧を受ける場合のモータの寿命とを劇的に改善するために、歯に対して対称に取り付けられた後述する予備成形されたコイルアセンブリが示されている。

図４～図７を参照すると、予備成形されたコイルアセンブリ２０は、当該予備成形されたコイルアセンブリ２０のそれぞれ反対側に位置する第１及び第２の巻線支持部３０ａ，３０ｂと、図５に示されるようにステータ１０の歯１２の周囲に嵌合する細長い開口部２６をその間に有する第１及び第２の細長い巻線部分２４ａ，２４ｂを形成するように第１及び第２の巻線支持部３０ａ，３０ｂの周囲に巻き付けられた巻線部分２２とを含んでいる。

予備成形されたコイルアセンブリ２０は、図４に示されているように、第１及び第２の絶縁フィルム２７ａ，２７ｂを更に含んでいる。１つの絶縁フィルム２７ａは１つの細長い巻線部分２４ａの周囲に巻き付けられており、他の絶縁フィルム２７ｂは他の細長い巻線部分２４ｂに巻き付けられている。各絶縁フィルム２７ａ，２７ｂは、上下の折り返し部２８ａ，２８ｂと、その間の非折り返し部２９とを含んでいる。各折り返し部２８ａ，２８ｂは、重なった絶縁フィルム部を構成している。換言すれば、折り返し部２８ａ，２８ｂの厚さは、非折り返し部２９の厚さの二倍である。

図９及び図１０に示されているように、各巻線支持部３０ａ，３０ｂは、末端巻線部３２と、ベース部３６とを含んでいる。各巻線支持部３０ａ，３０ｂのベース部３６は、図６及び図７に示されているように、それぞれステータ１０の歯１２の上側及び下側に係合するように適合された対向する２つの側壁３８ａ，３８ｂ及び下側３９を含んでいる。

図５～図７を参照すると、各上下の折り返し部の重なった絶縁フィルムの一方側は、各第１及び第２の巻線部分２４ａ，２４ｂの内側における絶縁フィルム２７ａ，２７ｂの対応する部分に当接する一方、対応する絶縁フィルム２７ａ，２７ｂのそれぞれ重なった絶縁フィルム部分の他方側は、対応する巻線支持部３０ａ，３０ｂのそれぞれ反対側の側壁３８ａ，３８ｂに当接する。

図９及び図１０に示されているように、第１及び第２の巻線支持部３０ａ，３０ｂそれぞれの末端巻線部は、巻付けプロセス中に巻線を形成する電気伝導体の巻線方向をガイドするための隣接した溝３４を備えている。そして、予備成形されたコイルアセンブリ２０は、ステータ１０（図５）の対応する歯１２において径方向へ押圧される。

そして、ベース部３６に隣接する末端巻線部３２の下部はベース部３６よりも幅広であり、当該ベース部は、それぞれ反対側の側壁３８ａ，３８ｂに対して垂直に延び、かつ、第１及び第２の絶縁フィルム２７ａ，２７ｂのそれぞれの折り返された範囲２８ｃが対応する一連の保護部３４ａ，３４ｂ（図５）に対して、好ましくはその平坦な面に対して配置されるように任意の隣接する溝３４の底部に対応する末端部３５を有する、第１及び第２の一連の突出部３４ａ，３４ｂを形成している。

より詳細には、図９及び図１０において１つの側壁３８ｂ及び対応する末端部３５から延びる距離ｄ３は、図５に示されているように、対応する絶縁フィルム２７ａ，２７ｂの対応する折り返し部２８ａの厚さに等しい。各絶縁フィルムの折り返し部２８ａは、歯１２のそれぞれ２つの反対側１４ａ，１４ｂの間に同一の幅の第１及び第２の隙間４０ａ，４０ｂを形成し、それによって、各絶縁フィルムの非折り返し部２９は、予備成形されたコイルアセンブリが歯１２に対して対称に中心であることを保証する。

０．２～０．４ｍｍの範囲、好ましくは約０．３ｍｍの同一の幅を有する第１及び第２の隙間を形成するために、非折り返し範囲２９における第１及び第２の絶縁フィルム２７ａ，２７ｂの厚さは、０．２～０．４ｍｍであり、好ましくは約０．３ｍｍである。

予備成形されたコイルアセンブリ２０は、ステータの歯と同一の形状を有する長方形の金属製のサポート部の両端に第１及び第２の巻線支持部３０ａ，３０ｂを配置する巻付けプロセス（不図示）によって形成される。そして、巻線は、巻線機によって第１及び第２の巻線支持部３０ａ，３０ｂの周囲に層状に巻き付けられる。巻線は、例えば、次の層を線径の半分だけずらして配置することで、線を六角形の網目状に配置するように巻付けられることが可能である。

ステータ１０の対応する歯１２との全ての予備成形されたコイルアセンブリ２０の自己アラインメントの後、及び全ての電気的な接続がなされると、合成樹脂が（典型的には真空下で）注入される注封モールドにステータを配置する注封作業が行われ、合成樹脂は、硬化し、特に衝撃、振動、水湿潤及び湿気に対して永続的に保護する。

合成樹脂は、各歯１２と各予備成形されたコイルアセンブリのそれぞれ第１及び第２の絶縁フィルム２７ａ，２７ｂの非折り返し部２９との間の第１及び第２の隙間４０ａ，４０ｂを埋め、これにより、モータの誘電体絶縁と、高電圧を受ける場合のモータの寿命とが劇的に改善される。

１０ ステータ
１２ 歯
１４ａ，１４ｂ ２つの反対側の側部
２０ 予備成形されたコイルアセンブリ
２２ 巻線部分
２４ａ，２４ｂ 第１及び第２の巻線部分
２６ 細長い開口部
２７ａ，２７ｂ 第１及び第２の絶縁フィルム
２８ａ，２８ｂ 折り返し部
２８ｃ 折り返し範囲
２９ 非折り返し部
３０ａ，３０ｂ 第１及び第２の巻線支持部
３２ 末端巻線部
３３ａ，３３ｂ 反対側の側壁
３４ 隣接した溝
３４ａ，３４ｂ 第１及び第２の突出部
３５ 末端部
３６ ベース部
３８ａ，３８ｂ 反対側の側壁
３９ 前側
ｄ１，ｄ２ 第１及び第２の距離
４０ａ，４０ｂ 隙間

Claims (11)

1. 電気モータのステータ（１０）用の予備成形されたコイルアセンブリ（２０）であって、該予備成形されたコイルアセンブリ（２０）のそれぞれ反対側の端部に位置する第１及び第２の巻線支持部（３０ａ，３０ｂ）と、ステータ（１０）の歯（１２）の周囲に嵌合される細長い開口部（２６）をその間に有する第１及び第２の細長い巻線部分（２４ａ，２４ｂ）を形成するように第１及び第２の巻線支持部（３０ａ，３０ｂ）の周囲に巻き付けられた巻線部分（２２）とを有し、歯が、２つの反対側の側部（１４ａ，１４ｂ）を含み、予備成形されたコイルアセンブリ（２０）が、それぞれ前記第１及び第２の巻線部分（２４ａ，２４ｂ）の周囲に配置された第１及び第２の絶縁フィルム（２７ａ，２７ｂ）を更に含み、該第１及び第２の絶縁フィルム（２７ａ，２７ｂ）のそれぞれが、それぞれ重なった絶縁フィルム部分を有する上側の折り返し部及び下側の折り返し部（２８ａ，２８ｂ）を含み、歯（１２）のそれぞれの反対側の側部（１４ａ，１４ｂ）と第１及び第２の絶縁フィルム（２７ａ，２７ｂ）の対応する非折り返し部（２９）との間の第１及び第２の距離（ｄ１，ｄ２）を確保するために、それぞれ重なったフィルム絶縁部の一方側が、それぞれ第１及び第２の巻線部分（２４ａ，２４ｂ）の内側で絶縁フィルム（２７ａ，２７ｂ）の対応する部分に当接し、それぞれ重なったフィルム絶縁部の他方側が、それぞれの巻線支持部（３０ａ，３０ｂ）のそれぞれの第１及び第２の反対側の壁（３８ａ，３８ｂ）に当接し、予備成形されたコイルアセンブリ（２０）が歯の周囲に取り付けられたときに歯に対してセンタリングされるように、前記第１及び第２の距離（ｄ１，ｄ２）が等しいことを特徴とする予備成形されたコイルアセンブリ。
2. 前記第１及び第２の距離（ｄ１，ｄ２）のそれぞれが０．２～０．４ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の予備成形されたコイルアセンブリ（２０）。
3. 前記第１及び第２の距離（ｄ１，ｄ２）のそれぞれが概ね０．３ｍｍに等しいことを特徴とする請求項１又は２に記載の予備成形されたコイルアセンブリ（２０）。
4. 前記第１及び第２の絶縁フィルム（２７ａ，２７ｂ）のそれぞれの厚さが、前記非折り返し部（２９）において０．２～０．４ｍｍの範囲にあるとともに好ましくは概ね０．３ｍｍに等しく、フィルムの厚さが、前記上側及び下側の折り返し部（２８ａ，２８ｂ）において０．４～０．８ｍｍの範囲にあるとともに好ましくは概ね０．６ｍｍに等しく、各重なったフィルム絶縁部分の厚さが、好ましくは０．３ｍｍに等しいことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の予備成形されたコイルアセンブリ（２０）。
5. 第１及び第２の巻線支持部（３０ａ，３０ｂ）のそれぞれが、末端巻線部（３２）と、第１及び第２の反対側の側壁（３８ａ，３８ｂ）を含むベース部（３６）とを含んでおり、末端巻線部（３２）の下部が、第１及び第２の絶縁フィルム（２７ａ，２７ｂ）の折り返し範囲（２８ｃ）が対応する突出部（３４ａ，３４ｂ）に対して、好ましくは該突出部の平坦な面に対して位置するようにベース部（３６）のそれぞれ第１及び第２の反対側の側壁（３８ａ，３８ｂ）に対して垂直に末端部（２５）へ延びる保護部（３４ａ，３４ｂ）を有するベース部よりも幅広なベース部（３６）に隣接していることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の予備成形されたコイルアセンブリ（２０）。
6. 前記反対側の側壁（３８ａ，３８ｂ）のそれぞれと対応する突出部（３４ａ，３４ｂ）の末端部（２５）との間の距離（ｄ３）が、対応する絶縁フィルム（２７ａ，２７ｂ）の対応する折り返し部（２８ａ，２８ｂ）の厚さに概ね等しいことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の予備成形されたコイルアセンブリ（２０）。
7. 前記距離（ｄ３）が概ね０．６ｍｍに等しいことを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の予備成形されたコイルアセンブリ（２０）。
8. 第１及び第２の巻線支持部（３０ａ，３０ｂ）それぞれの前記末端巻線部（３２）が、絶縁フィルムによって覆われていない第１及び第２の細長い巻線部分（２４ａ，２４ｂ）の対応する部分に当接する２つの反対側の側壁（３３ａ，３３ｂ）を含んでいることを特徴とする請求項５～７のいずれか１項に記載の予備成形されたコイルアセンブリ（２０）。
9. 複数の歯（１２）と、該複数の歯の周囲に取り付けられた請求項１～８のいずれか１項に記載の複数の予備成形されたコイルアセンブリ（２０）とを含む、電気モータ用のステータ（１０）であって、各歯（１２）のそれぞれ反対側の側部（１４ａ，１４ｂ）と第１及び第２の絶縁フィルム（２７ａ，２７ｂ）のそれぞれとの間の距離（ｄ１，ｄ２）が、絶縁樹脂で満たされた各歯（４０ａ，４０ｂ）の両側における隙間（４０ａ，４０ｂ）を形成していることを特徴とするステータ。
10. 請求項９に記載のステータ（１０）を含む、電気モータ、特に回転型電気モータ。
11. 請求項１～８のいずれか１項に記載の予備成形されたコイルアセンブリを製造する方法であって、以下のステップ：
    －巻線支持部サポートの各端部に第１及び第２の巻線支持部（３０ａ，３０ｂ）を取り付けるステップであって、各巻線支持部が、末端巻線部（３２）と、２つの反対側の側壁（３８ａ，３８ｂ）を含むベース部（３６）とを含み、末端巻線部（３２）の下部が、各反対側の側壁（３８ａ，３８ｂ）に対して垂直に延びる第１及び第２の一連の保護部（３４ａ，３４ｂ）を形成するベース部よりも幅広なベース部（３６）に隣接する、前記ステップと、
    －第１及び第２の絶縁フィルム（２７ａ，２７ｂ）を設け、該第１及び第２の絶縁フィルムそれぞれの２つの反対側の部分を折り返すステップと、
    －第１及び第２の巻線支持部（３０ａ，３０ｂ）それぞれの各々の２つの反対側の側壁（３８ａ，３８ｂ）に対して折り返された部分（２８ｃ）に対して当接させるステップであって、折り返し範囲（２８ｃ）が、対応する巻線支持部（３０ａ，３０ｂ）のそれぞれの第１及び第２の一連の保護部（３４ａ，３４ｂ）の平坦な面に対して位置する、前記ステップと、
    －間に細長い開口部（２６）を有する第１及び第２の細長い巻線部分（２４ａ，２４ｂ）を形成するために、第１及び第２の巻線支持部（３０ａ，３０ｂ）の周囲に巻き付けられた巻線部分（２２）を得るように第１及び第２の巻線支持部（３０ａ，３０ｂ）の周囲に巻線を巻回するステップと、
    －それぞれ前記第１及び第２の細長い巻線部分（２４ａ，２４ｂ）の周囲に前記第１及び第２の絶縁フィルム（２７ａ，２７ｂ）を巻き付けるステップと
    を含む前記方法。

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