JP3629193B2

JP3629193B2 - 絶縁部材及び電動機固定子及び電動機固定子の組立方法

Info

Publication number: JP3629193B2
Application number: JP2000286531A
Authority: JP
Inventors: 修風間; 浩二増本; 智明及川; 庸賀田島; 裕之秋田; 卓仁宮島; 利夫荒井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-09-21
Filing date: 2000-09-21
Publication date: 2005-03-16
Anticipated expiration: 2020-09-21
Also published as: JP2002101590A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、巻線と固定子鉄心間の絶縁に、樹脂成形された絶縁部材を用いる電動機固定子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８は従来の樹脂成形された絶縁部材を用いた電動機固定子の斜視図である。図において、１は固定子鉄心、２は固定子鉄心ティース部であり、この固定子鉄心ティース部２に樹脂成形された絶縁部材３を挿入して装着し、絶縁部材３の巻装部に巻線４を巻回してある。
【０００３】
図９に図８のＡ−Ａ面から見た固定子鉄心ティース部２と絶縁部材３の断面図を示す。図において、図８と同一部品には同一符号を付し説明を省略する。樹脂成形された絶縁部材３は、固定子鉄心ティース部２の上下から挿入されるよう２つ以上の部品から構成されている。また、絶縁部材挿入始端５は固定子鉄心ティース部２に挿入するように開口しており、絶縁部材挿入終端６まで挿入される。
【０００４】
従来絶縁部材の寸法は、絶縁部材挿入始端開口巾をａ、絶縁部材挿入終端開口巾ｂ、固定子鉄心ティース巾をｃとすると、絶縁部材３の挿入性を良くするため、ａ＝ｂ≧ｃとなるよう設計していた。ここで、７は絶縁部材座面部、８は絶縁部材ティース側面部、９は固定子鉄心端面部を示す。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電動機固定子は以上のように構成されているので、固定子鉄心ティース巾ｃに対し、絶縁部材挿入始端開口巾ａ及び絶縁部材挿入終端開口巾ｂが広いため、絶縁部材３と固定子鉄心ティース部２との密着性が悪く、固定子のスロット有効溝断面積が低下する為、１スロットに巻回される巻線の量が低下し、モータ効率が低下するという問題点があった。
【０００６】
また、絶縁部材３は樹脂成形されている為、成形型で直角となるよう設計しても、成型品では角部が若干曲面になるという傾向があり、絶縁部材座面部７と絶縁部材ティース側面部８の交わる角部に若干の曲面が形成されてしまう。この為、座面での開口巾は曲面の分だけ小さくなり、絶縁部材３挿入時、絶縁部材座面部７が固定子鉄心端面部９に密着せず、巻線の周長が長くなりモータ効率が低下するという問題点があった。
【０００７】
また、絶縁部材３を固定子鉄心ティース部２に挿入する際、固定子鉄心ティース巾ｃに対し、絶縁部材挿入始端開口巾ａ及び絶縁部材挿入終端開口巾ｂが広いため、製造ラインにおいて、挿入後巻線を実施するまでの間で絶縁部材３が脱落しやすいという問題点があった。
【０００８】
また、絶縁部材３と固定子鉄心ティース部２の密着性を上げるため、ａ＝ｂ＝ｃに近づけると絶縁部材３挿入時に、絶縁部材挿入終端６付近に応力が集中し、破損するという問題点があった。
【０００９】
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、絶縁部材と固定子鉄心ティース部との密着性を向上し、銅損低減によりモータ効率を改善すると共に、絶縁部材の破損を防止し、製造ラインでの絶縁部材脱落を防止した、性能、信頼性、作業性を向上した電動機固定子を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る絶縁部材は、電動機固定子鉄心の各ティース部に軸方向に分割して挿入され、挿入始端が前記ティース部に挿入するように開口し、挿入終端まで挿入される絶縁部材において、挿入始端の開口巾が、電動機固定子鉄心のティース巾よりも狭いものである。
【００１１】
また、挿入始端の開口巾が電動機固定子鉄心のティース巾よりも狭く、挿入終端の開口巾が電動機固定子鉄心のティース巾よりも広いものである。
【００１２】
また、電動機固定子鉄心の各ティース部に軸方向に分割して挿入され、挿入始端がティース部に挿入するように開口し、挿入終端まで挿入され、ティース部と対向する座面部と、ティース部の側面と対向するティース側面部とを有する絶縁部材において、座面部に、ティース側面部と接する面を有する溝を設けたものである。
【００１３】
また、樹脂成形する際の成形型の合わせ部を、座面部と同一面上に設けたものである。
【００１４】
また、複数のティース部に対し、１個又は複数個のティース部毎に分割し挿入するものである。
【００１５】
この発明に係る電動機固定子の組立方法は、請求項１又は請求項２記載の絶縁部材を用いる電動機固定子の組立方法であって、テーパー状の治具を電動機固定子鉄心のティース部が挿入される隙間の中程に挿入し、絶縁部材の挿入始端開口部をティース巾より広げ、絶縁部材の挿入始端が挿入された後にテーパー状の治具を引き抜き、絶縁部材を絶縁部材の挿入終端まで挿入するものである。
【００１６】
この発明に係る電動機固定子は、複数のティース部を有する固定子鉄心と、この固定子鉄心のティース部に挿入され、コイル巻装部を有する樹脂成形の請求項１〜５の何れかに記載の絶縁部材と、ティース部に装着された絶縁部材の巻装部に巻回される電線と、を備えたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図面を用いて説明する。
図１は実施の形態１を示す図で、固定子鉄心ティース部と絶縁部材の断面図である。図において、樹脂成形された絶縁部材３は、固定子鉄心ティース部２の上下から挿入されるよう２つ以上の部品から構成されている。また、絶縁部材挿入始端５は固定子鉄心ティース部２に挿入するように開口しており、絶縁部材挿入終端６まで挿入される。７は絶縁部材座面部、８は絶縁部材ティース側面部、９は固定子鉄心端面部を示す。
【００１８】
絶縁部材の寸法は、絶縁部材挿入始端開口巾をａ、固定子鉄心ティース巾をｃとすると、本実施の形態では、ａ＜ｃとなるように設計する。
本実施の形態ではこれにより、絶縁部材３は固定子鉄心ティース部２に挿入された後も、絶縁部材挿入始端５開口部の復元力により固定子鉄心ティース部２に密着し、スロット有効溝断面積を広げることが可能となると共に、固定子製作時の絶縁部材３の脱落を防止するように作用する。
【００１９】
なお、絶縁部材３の固定子鉄心ティース部２への挿入時には、本実施の形態では絶縁部材挿入始端５開口部をティース巾よりも広げる必要があるため、テーパー状の治具を固定子鉄心ティース部２が挿入される隙間の中程に挿入し、絶縁部材挿入始端５開口部をティース巾より広げ、絶縁部材挿入始端５が挿入された後に治具を引き抜き、絶縁部材３を絶縁部材挿入終端６まで挿入している。
【００２０】
実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２を図面を用いて説明する。
図２は実施の形態２を示す図で、固定子鉄心ティース部と絶縁部材の断面図である。図において、絶縁部材挿入始端開口巾をａ、絶縁部材挿入終端開口巾をｂ、固定子鉄心ティース巾をｃとすると、本実施の形態ではａ＜ｃ＜ｂとなるように設計する。これにより、絶縁部材ティース側面部８が固定子鉄心ティース部２に接触する位置が、絶縁部材座面部７と絶縁部材ティース側面部８の交わる角部から離れた位置にすることが出来るため、前記角部の応力を緩和することができ、絶縁部材３の破損を防ぐことが出来る。
【００２１】
この応力集中をＣＡＥ解析した結果を図３に示す。図３（ａ）はｂ＝ｃとした場合の応力集中のＣＡＥ解析結果、図３（ｂ）はｂ＞ｃとした場合の応力集中のＣＡＥ解析結果を示す。これは絶縁部材３の絶縁部材座面部７と絶縁部材ティース側面部８の交わる付近を示したものであり、図３（ａ）に示すようにｂ＝ｃとした場合の最大応力は、応力集中部１０で示すように丁度絶縁部材座面部７と絶縁部材ティース側面部８が交わる角部で発生している。
【００２２】
図３（ｂ）に示すように、ｂ＞ｃとすることにより絶縁部材ティース側面部８が固定子鉄心ティース部２に接触する位置をコア積厚の３％程度絶縁部材座面部７より離れた位置にずらすことで、応力集中部１０が前記接触する点に移ると共に、最大応力が７７％まで緩和している。
【００２３】
実施の形態３．
以下、この発明の実施の形態３を図面を用いて説明する。
図４は実施の形態３を示す図で、固定子鉄心ティース部と絶縁部材の断面図である。図において、図１と同一部分については同一符号を付している。本実施の形態は、絶縁部材座面部７に絶縁部材ティース側面部８と接する面を持つ絶縁部材座面溝部１１を設けたものである。これにより、絶縁部材座面部７と絶縁部材ティース側面部８のなす角に、樹脂成形の際意図せずに生じてしまう若干の曲面により、絶縁部材座面部７での開口巾が曲面の分だけ狭くなることを防止し、設計通り絶縁部材座面部７でも開口巾がティース巾以上となる為、絶縁部材座面部７が固定子鉄心端面部９に密着することが可能になり、絶縁部材巻装部に巻回する巻線の周長を短くすることができ、モータ効率を改善することが出来る。
【００２４】
また、１つのティースに１つのコイルを巻回する集中直巻タイプの巻線では、絶縁部材と固定子鉄心が密着することにより、巻装部が安定した形状となることから、巻線の整列性を高めることができ、スロットの巻線占有率を向上が可能となり、モータ効率の改善をすることができる。
【００２５】
実施の形態４．
以下、この発明の実施の形態４を図面を用いて説明する。
図５は実施の形態４を示す図で、固定子鉄心ティース部と絶縁部材の断面図である。図において、図１と同一部分については同一符号を付している。本実施の形態は実施の形態３に対し、絶縁部材３を樹脂成形する際に発生する成形型合わせ部１２を、絶縁部材座面部７と同一面上に配置したものである。
【００２６】
成形型は形状により型の抜き方向が制限されるため、成形型の合わせ目を任意の場所に配置すると、成形型の形状が複雑となり高価なものとなってしまう。絶縁部材３は、固定子鉄心内部に挿入され、スロット内部を絶縁する直線的な部分と、固定子鉄心外部で巻線のコイルエンド部を保持し、巻線の渡り線や中性点、リード線等を納める複雑に入り組んだ形状を形作る部分とから形成される。
【００２７】
この境目、つまり絶縁部材座面部７と同一面を成形型の合わせ目とすることで、成形型のコストを安価にすることが可能であるが、成形部品の場合、成形型の合わせ目はその他の部分に比べ強度が弱く、破損しやすいという問題がある。実施の形態２で述べた通り、絶縁部材座面部７と絶縁部材ティース側面部８の交わる点は、応力が最も集中する箇所である。
【００２８】
そこで、実施の形態３で示した構造と併用することで最大応力点をずらし、成形型の合わせ目を座面と同一面に持ってきても、型の合わせ目に発生する応力を緩和することができ、絶縁部材３の歩留まりと信頼性を向上することができる。
【００２９】
図６にＣＡＥ解析の結果を示す。これは、絶縁部材座面部７と絶縁部材ティース側面部８の交わる点付近を拡大したものである。図６（ａ）は角部の形状を成形型で直角とした場合に、実際に成形したもので実測した曲面で応力を計算したものである。図６（ｂ）は座面に絶縁部材座面溝部１１を設けた場合の応力を計算したものである。この結果、応力集中部１０が絶縁部材座面溝部１１側に移動し、絶縁部材座面部７と同一面に発生する応力は８０％程度まで緩和されている。
【００３０】
本実施の形態は、絶縁部材座面溝部１１丸溝で示したが、角形状でも同様な効果は得られることは言うまでもない。
【００３１】
実施の形態５．
以下、この発明の実施の形態５を図面を用いて説明する。
図７は実施の形態５を示す図で、絶縁部材の斜視図である。図において、１は１は固定子鉄心、２は固定子鉄心ティース部、３は固定子鉄心ティース部２に装着される樹脂成形された絶縁部材である。
【００３２】
本実施の形態は、各ティース毎に一対の絶縁部材３を使用している。これにより、絶縁部材３挿入時に挿入始端開口部を広げる為の設備が少なくてすむため、設備投資の抑制に効果的である。
【００３３】
本実施の形態は、１ティース毎に分割した例を示したが、２ティース以上を１まとまりとして分割しても同様の効果は得られるのは言うまでもない。
【００３４】
【発明の効果】
この発明に係る絶縁部材は、挿入始端の開口巾を電動機固定子鉄心のティース巾よりも狭くしたことにより、絶縁部材はティース部に挿入された後も、挿入始端開口部の復元力によりティース部に密着し、スロット有効溝断面積を広げることが可能となると共に、固定子製作時の絶縁部材の脱落を抑制する効果を奏する。
【００３５】
また、挿入始端の開口巾が電動機固定子鉄心のティース巾よりも狭く、挿入終端の開口巾が電動機固定子鉄心のティース巾よりも広くしたことにより、応力集中部を絶縁部材の座面部より離れた位置にずらすことができると共に、最大応力を低減することができる。
【００３６】
また、座面部に、ティース側面部と接する面を有する溝を設けたことにより、座面部でも開口巾がティース巾以上となる為、座面部が固定子鉄心端面部に密着することが可能になり、絶縁部材巻装部に巻回する巻線の周長を短くすることができる。
【００３７】
また、樹脂成形する際の成形型の合わせ部を、座面部と同一面上に設けたことにより、成形型の合わせ目を座面と同一面に持ってきても、型の合わせ目に発生する応力を緩和することができ、絶縁部材の歩留まりと信頼性を向上することができる。
【００３８】
また、複数のティース部に対し、１個又は複数個のティース部毎に分割し挿入することにより、絶縁部材の挿入時に挿入始端開口部を広げる為の設備が少なくてすむため、設備投資の抑制に効果がある。
【００３９】
この発明に係る電動機固定子の組立方法は、請求項１又は請求項２記載の絶縁部材を用いる電動機固定子の組立方法であって、テーパー状の治具を電動機固定子鉄心のティース部が挿入される隙間の中程に挿入し、絶縁部材の挿入始端開口部をティース巾より広げ、絶縁部材の挿入始端が挿入された後にテーパー状の治具を引き抜き、絶縁部材を絶縁部材の挿入終端まで挿入することにより、挿入始端の開口巾を電動機固定子鉄心のティース巾よりも狭くしたものであも、容易に組立を行うことができる。
【００４０】
この発明に係る電動機固定子は、複数のティース部を有する固定子鉄心と、この固定子鉄心のティース部に挿入され、コイル巻装部を有する樹脂成形の請求項１〜５の何れかに記載の絶縁部材と、ティース部に装着された絶縁部材の巻装部に巻回される電線と、を備えたことにより、絶縁部材と固定子鉄心ティース部との密着性が向上し、モータ効率を改善すると共に、絶縁部材の信頼性向上、制作時の作業性向上、設備投資の抑制した電動機固定子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１を示す図で、絶縁部材及び固定子鉄心ティース部の断面図である。
【図２】実施の形態２を示す図で、絶縁部材及び固定子鉄心ティース部の断面図である。
【図３】実施の形態２を示す図で、ＣＡＥ応力解析結果を示す図である。
【図４】実施の形態３を示す図で、絶縁部材及び固定子鉄心ティース部の断面図である。
【図５】実施の形態４を示す図で、絶縁部材の斜視図である。
【図６】実施の形態４を示す図で、ＣＡＥ応力解析結果を示す図である。
【図７】実施の形態５を示す図で、絶縁部材及び固定子鉄心の斜視図である。
【図８】従来の電動機固定子の斜視図である。
【図９】従来の絶縁部材及び固定子鉄心ティース部の断面図である。
【符号の説明】
１固定子鉄心、２固定子鉄心ティース部、３絶縁部材、４巻線、５絶縁部材挿入始端、６絶縁部材挿入終端、７絶縁部材座面部、８絶縁部材ティース側面部、９固定子鉄心端面部、１０応力集中部、１１絶縁部材座面溝部、１２成形型合わせ部。

Claims

電動機固定子鉄心の各ティース部に軸方向に分割して挿入され、挿入始端が前記ティース部に挿入するように開口し、挿入終端まで挿入される絶縁部材において、
前記挿入始端の開口巾が、前記電動機固定子鉄心のティース巾よりも狭いことを特徴とする絶縁部材。
前記挿入終端の開口巾が、前記電動機固定子鉄心のティース巾よりも広いことを特徴とする請求項１記載の絶縁部材。
電動機固定子鉄心の各ティース部に軸方向に分割して挿入され、挿入始端が前記ティース部に挿入するように開口し、挿入終端まで挿入され、前記ティース部と対向する座面部と、前記ティース部の側面と対向するティース側面部とを有する絶縁部材において、
前記座面部に、前記ティース側面部と接する面を有する溝を設けたことを特徴とする絶縁部材。
樹脂成形する際の成形型の合わせ部を、前記座面部と同一面上に設けたことを特徴とする請求項３記載の絶縁部材。
複数のティース部に対し、１個又は複数個のティース部毎に分割し挿入することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の絶縁部材。
請求項１又は請求項２記載の絶縁部材を用いる電動機固定子の組立方法であって、
テーパー状の治具を電動機固定子鉄心のティース部が挿入される隙間の中程に挿入し、絶縁部材の挿入始端開口部をティース巾より広げ、絶縁部材の挿入始端が挿入された後に前記テーパー状の治具を引き抜き、絶縁部材を絶縁部材の挿入終端まで挿入することを特徴とする電動機固定子の組立方法。
複数のティース部を有する固定子鉄心と、
この固定子鉄心のティース部に挿入され、コイル巻装部を有する樹脂成形の請求項１〜５の何れかに記載の絶縁部材と、
前記ティース部に装着された前記絶縁部材の巻装部に巻回される電線と、
を備えたことを特徴とする電動機固定子。