JP4215001B2 - 相間絶縁紙およびその相間絶縁紙を使用したステータ - Google Patents

相間絶縁紙およびその相間絶縁紙を使用したステータ Download PDF

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Description

本発明は、モータの相間絶縁を確保するために各コイル相間に挿入する相間紙絶縁紙およびその相間絶縁紙を使用したステータに関する。特に、電気自動車やハイブリッド車などの車両用モータに用いるのに好適なものである。
分布巻き(特に、インサータ方式)を用いたモータでは、異相コイル間に絶縁距離を持たせる(絶縁性能を確保する)ために、各コイル相間に相間絶縁紙が挿入されている。例えば、三相モータでは、U相とV相との間、V相とW相との間に相間絶縁紙が挿入されている(図1参照)。
この相間絶縁紙は、一般的には平面形状であるため、次相のコイルをステータコアに挿入する際に、相間絶縁紙の位置がずれてしまったり、あるいは次相のコイルと相間絶縁紙が干渉して噛み込んでしまうおそれがあった。そして、このように相間絶縁紙の位置がずれたり、噛み込んでしまったりしてしまうと、各コイル相間における絶縁性能を十分に確保することができなくなる。特に、電気自動車やハイブリッド車等の車両用モータでは、モータ自体が大きく、ステータコアのスロット数も多く、複雑に入り込むコイルエンド形状となっているため、相間絶縁紙の位置ずれや噛み込みが発生しやすい。
そこで、各コイル相間に相間絶縁紙を確実に挿入することができ、また各コイル相間における絶縁性能を十分に確保するための工夫が色々と提案されている。そのうちの1つとして、例えば、特開2004−166476号公報に開示されたものがある。ここに開示された相間絶縁紙100は、図5に示すように、ステータコアのスロットに挿入される脚部140,140と、両端部で脚部140,140により連結され、ステータコアに挿入したときに両端面から突出する平面部120,130とを有する両面一体型(はしご型)の形状となっている。そして、平面部120,130が折り曲げられて上面が傾斜する凸部121,131が形成されている。
特開2004−166476号公報
しかしながら、上記した特開2004−166476号公報に開示された相間絶縁紙では、各コイル相間の絶縁性能が十分に確保されないおそれがあるという問題があった。なぜなら、ステータコアに各相コイル及び相間絶縁紙を装着した後にコイルの成形を行うが、このとき、図6に示すように、U相コイル51Uの割れ目A(U相コイル51Uが挿入された隣接するスロット間の部分)にV相コイル51Vが入り込んで、U−V相間絶縁紙100がU相コイル51U間の割れ目Aに落ち込んでしまう。そうすると、U相コイル51UとV相コイル51VとをU−V相間絶縁紙100によって完全に分離することができず、U相コイル51UとV相コイル51Vとが接触するおそれがあるからである。
そして、各コイル相間の絶縁性能の確保は、電気自動車やハイブリッド車などの車両用モータでは特に重要である。なぜなら、車両用モータは、動作領域が広いために使用電圧が高く、一般のモータよりもモータの絶縁性能に関する規格が厳しいからである。また、車両用モータは、コスト低減のために高回転化の傾向があり、今後ますます使用電圧が高くなる傾向になるからである。
そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、各相コイルの相間絶縁を十分に確保することができる相間絶縁紙およびステータを提供することを課題とする。
上記問題点を解決するためになされた本発明に係る相間絶縁紙は、モータの相間絶縁を確保するために各コイル相間に挿入する相間絶縁紙において、ステータコアのスロットに挿入される脚部と、前記ステータコアの軸方向両端部で前記脚部により連結されるとともに、前記ステータコアの両端面から突出して各コイル相間の絶縁を行う平面部と、前記平面部を折り曲げることにより、前記ステータコアの内周側に向かって突出するとともに上面が傾斜するように形成された凸部と、前記凸部における前記ステータコアの外周側端部に設けられ、前記平面部から前記凸部とは反対側に突出する鍔部とを有するものである。
この相間絶縁紙は、ステータコアの両端面に突出する平面部が相間紙両端部において脚部により接続された両端面一体型(はしご型)の形状をなしている。このため、脚部をステータコアのスロットに装着すると、ステータコアの両端面に平面部が突出して各コイル相間の絶縁性能を確保することができる。そして、この相間絶縁紙には、凸部の端部に平面部から凸部とは反対側に突出する鍔部が設けられている。これにより、ステータコアに各相コイル及び相間絶縁紙を装着した後にコイルの成形を行った際、最外周に配置されるコイル(三相ステータの場合であればU相)の割れ目に、次相のコイル(三相ステータの場合であればV相)が入り込んでも、鍔部によって最外周に配置される最外相コイルとその次相のコイルとを完全に分離することができる。つまり、鍔部により、最外周に配置されるコイルとその次相のコイルとが接触することを防止することができる。従って、この相間絶縁紙によれば、各コイル相間における絶縁性能を十分に確保することができる。
そして、本発明に係る相間絶縁紙においては、前記鍔部は、略半円形状に形成されていることが望ましい。
鍔部を略半円形状に形成することにより、最外周に配置される最外相コイルの割れ目に入り込む次相のコイルの形状に沿うように相間絶縁紙の鍔部が変形するため、最外相コイルとその次相のコイルとの接触をより確実に防止することができるからである。
また、上記問題点を解決するためになされた本発明に係るステータは、上記した相間絶縁紙を、前記ステータコアのスロットに装着される各相コイル間に介在させて、前記ステータコアの周方向に前記平面部の一部を重ねて配置することにより各コイル相間の絶縁を確保することを特徴とするものである。
このステータでは、ステータコアの周方向に平面部の一部が重ねられた状態で上記した相間絶縁紙が配置されるので、その重なり部分で脚部のみによりコイル相間の絶縁性能を確保している部分をカバーすることができる。したがって、各コイル相間における絶縁性能の信頼性が大幅に向上する。
そして、本発明に係るステータにおいては、前記ステータコアの最外周に配置される最外相コイルとその最外相コイルに隣接するコイルとの間に前記相間絶縁紙が介在していればよい。
最外周に配置される最外相コイル以外の割れ目に対して、次相のコイルが入り込むことはほとんどなく従来の相間絶縁紙で隣接する互いのコイルを十分に分離することができる。従って、上記の相間絶縁紙は、ステータコアの最外周に配置される最外相コイルとその最外相コイルに隣接するコイルとの間に介在させれば十分な相間絶縁性能を確保することができる。
本発明に係る相間絶縁紙およびステータによれば、上記した通り、各相コイルの相間絶縁を十分に確保することができる相間絶縁紙およびステータが提供されている。
以下、本発明の相間絶縁紙およびステータを具体化した最も好適な実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。本実施の形態は、分布巻きを用いたハイブリッド車駆動用のモータに本発明を適用したものである。
そこでまず、本実施の形態に係るステータの概略構成を図1に示す。図1は、ステータ50の概略構成を示す斜視図である。本実施の形態に係るステータ50は、図1に示すように、U相コイル51U、V相コイル51V、およびW相コイル51Wを備える三相ステータである。このステータ50は、ステータコア52と、ステータコア52に配設される上記した三相のコイル51U,51V,51Wと、U相−V相間に配設される相間絶縁紙10UV、V相−W相間に配設される相間絶縁紙10VWとを備える。なお、相間絶縁紙10UV,10VWの詳細については後述する。
ここで、ステータコア52は、複数枚の鋼板が積層されて一体的に接着されて形成された円環形状のものである。そして、ステータコア52の内周面には、図1に示すように、各相コイル51U,51V,51Wを配設させるための複数のスロット53が所定の間隔をおいて形成されている。一方、各相のコイル51U,51V,51Wは、エナメル線を巻回して形成されたものである。そして、これら各相のコイル51U,51V,51Wが、相間絶縁紙10UV,10VWを介してステータコア52のスロット53に挿入されるようになっている。
続いて、本実施の形態に係る相間絶縁紙について図2、図3を参照しながら説明する。図2は、U相コイル51UとV相コイル51Vの間に挿入される相間絶縁紙10UVの斜視図である。図3は、V相コイル51VとW相コイル51Wの間に挿入される相間絶縁紙10VWの斜視図である。
まず、U相コイル51UとV相コイル51Vの間に挿入される相間絶縁紙10UVについて説明する。この相間絶縁紙10UVが本発明に係る相間絶縁紙に相当する。相間絶縁紙10UVは、図2に示すように、中央部分が略長方形状に切り抜かれた略四角形(一辺が約10cm程度の大きさ)の形状をなし、硬質な紙材あるいは樹脂により形成されたものである。なお、相間絶縁紙の大きさはモータの大きさにより定まるので、モータの大きさが異なれば相間絶縁紙の大きさも異なる。
そして、相間絶縁紙10UVにおいては、その上下に平面部20,30がそれぞれ形成されている。これら平面部20,30は、相間絶縁紙10UVの両端で脚部40,40により連結されて一体となっている。そして、この脚部40がステータコア52のスロット53に装着されるようになっている。これにより、相間絶縁紙10UVがステータコア52に装着された際、平面部20,30はステータコア52の両端面から突出するようになっている。すなわち、相間絶縁紙10UVは、両端面一体型(はしご型)の形状をなしている。
ここで、各平面部20,30には、それぞれ凸部21,31が形成されている。これら凸部21,31は、平面部20,30を折り曲げることにより形成されている。具体的には、平面部20に谷折り部22と山折り部23が設けられており、これらの谷折り部22と山折り部23とでそれぞれ折り曲げられることにより、凸部21が形成されている。そして、山折り部23は、谷折り部22に対して平行には設けられておらず、凸部21の上面形状が平面視で台形状となるように斜めに設けられている。このため、凸部21の側面は略三角形状となり、凸部21の上面はステータコア52の内周方向に向かって傾斜が付いている。
同様に、平面部30にも谷折り部32と山折り部33が設けられており、これらの谷折り部32と山折り部33とでそれぞれ折り曲げられることにより、凸部31が形成されている。そして、山折り部33は、谷折り部32に対して平行には設けられておらず、凸部31の上面形状が平面視で台形状になるように斜めに設けられている。このため、凸部31の側面は略三角形状となり、凸部31の上面はステータコア52の内周方向に向かって傾斜が付いている。
このように凸部21,31を形成することにより、相間絶縁紙10UVがステータコア52に挿入された際に、既にステータコア52に挿入されているU相コイル51Uを包み込むようになっている。また、相間絶縁紙10UVをステータコア52に挿入した状態においては、凸部21,31は、ステータコア52の内側から外側に向かって拡大するテーパを形成する、言い換えるとすり鉢状になることになる。このため、次相のコイル(V相コイル51V)は、凸部21,31に迎え入れられるようにして、ステータコア52に挿入されることになる。このため、次相のコイル(V相コイル51V)をステータコア52に挿入する際に、相間絶縁紙10UVがコイル相間(U相−V相間)で噛み込まないようになっている。
そして、凸部21,31の端部に平面部20,30から凸部21,31とは反対側に突出する略半円形状の鍔部24,34が設けられている。これにより、ステータコア52に各相コイル51U,51V及び相間絶縁紙10UVを装着した後にコイルの成形を行った際、U相コイル51Uの割れ目Aに、V相コイル51Vが入り込んでも、鍔部24,34によってU相コイル51UとV相コイル51Vとを完全に分離することができるようになっている。なお、鍔部24,34の外周方向へ突出する大きさは、最終的に生産するステータ(モータ)の仕様により最適値を決定すればよい。
一方、脚部40は、平面部20と30とを相間絶縁紙端部で連結しているものである。これらの脚部40,40の幅は、相間絶縁紙10UVを挿入するステータコア52のスロット53の幅よりも若干大きめに形成されている。これにより、相間絶縁紙10UVをステータコア52に挿入、より詳しく述べると脚部40,40をステータコア52のスロット53に挿入すると、脚部40,40自身の弾発力により、脚部40,40がステータコア52のスロット53内でずれることなくしっかりと保持されるようになっている。
次に、V相コイル51VとW相コイル51Wの間に挿入される相間絶縁紙10VWについて説明する。相間絶縁紙10VWは、上記した従来の相間絶縁紙100と同様のものである。すなわち、相間絶縁紙10VWは、図3に示すように、中央部分が略長方形状に切り抜かれた略四角形の形状をなし、硬質な紙材あるいは樹脂により形成されたものである。そして、相間絶縁紙10VWにおいては、その上下に平面部60,70がそれぞれ形成されている。これら平面部60,70は、相間絶縁紙10VWの両端で脚部80,80により連結されて一体となっている。そして、この脚部80がステータコア52のスロット53に装着されるようになっている。これにより、相間絶縁紙10VWがステータコア52に装着された際、平面部60,70はステータコア52の両端面から突出するようになっている。すなわち、相間絶縁紙10VWも、両端面一体型(はしご型)の形状をなしている。
ここで、各平面部60,70には、それぞれ凸部61,71が形成されている。これら凸部61,71は、平面部60,70を折り曲げることにより形成されている。具体的には、平面部60に谷折り部62と山折り部63が設けられており、これらの谷折り部62と山折り部63とでそれぞれ折り曲げられることにより、凸部61が形成されている。そして、山折り部63は、谷折り部62に対して平行には設けられておらず、凸部61の上面形状が平面視で台形状となるように斜めに設けられている。このため、凸部61の側面は略三角形状となり、凸部61の上面はステータコア52の内周方向に向かって傾斜が付いている。
同様に、平面部70にも谷折り部72と山折り部73が設けられており、これらの谷折り部72と山折り部73とでそれぞれ折り曲げられることにより、凸部71が形成されている。そして、山折り部73は、谷折り部72に対して平行には設けられておらず、凸部71の上面形状が平面視で台形状になるように斜めに設けられている。このため、凸部71の側面は略三角形状となり、凸部71の上面はステータコア52の内周方向に向かって傾斜が付いている。
このように凸部61,71を形成することにより、相間絶縁紙10VWがステータコア52に挿入された際に、既にステータコア52に挿入されているV相コイル51Vを包み込むようになっている。また、相間絶縁紙10VWをステータコア52に挿入した状態においては、凸部61,71は、ステータコア52の内側から外側に向かって拡大するテーパを形成する、言い換えるとすり鉢状になることになる。このため、次相のコイル(W相コイル51W)は、凸部61,71に迎え入れられるようにして、ステータコア52に挿入されることになる。このため、次相のコイル(V相コイル51W)をステータコア52に挿入する際に、相間絶縁紙10VWがコイル相間(V相−W相間)で噛み込まないようになっている。
一方、脚部80は、平面部60と70とを相間絶縁紙端部で連結しているものである。これらの脚部80,80の幅は、相間絶縁紙10VWを挿入するステータコア52のスロット53の幅よりも若干大きめに形成されている。これにより、相間絶縁紙10VWをステータコア52に挿入、より詳しく述べると脚部80,80をステータコア52のスロット53に挿入すると、脚部80,80自身の弾発力により、脚部80,80がステータコア52のスロット53内でずれることなくしっかりと保持されるようになっている。
次に、上記の構成を有する相間絶縁紙10UV,10VWを使用してステータ50を組み立てる作業について、図4を参照しながら説明する。図4は、U相コイル51UとUV相間絶縁紙10UVとV相コイル51V(一部のみ図示)をステータコア52に挿入した状態を示す図である。
まず、U相コイル51Uが不図示のブレードに巻きかけられ、不図示のストリッパにより押し上げられてステータコア52のスロット53に挿入される。そして、ステータコア52のスロット53に挿入されたU相コイル51Uに対して拡張成形が行われる。この拡張成形は、次相のコイル(例えば、V相コイル51V)をステータコア52に挿入するために、ステータコア52のスロット53を空けておくために行われるコイル成形である。
そして、U相コイル51Uの拡張成形が終了すると、U−V相間絶縁用の相間絶縁紙10UVがステータコア52に挿入される。この相間絶縁紙10UVの挿入は、図示しない挿入治具を用いて自動的に行われる。すなわち、まず、挿入治具に保持された相間絶縁紙10UVが、ステータコア52の内周側に配置される。次いで、挿入治具に保持された相間絶縁紙10UVがステータコア52に挿入される。つまり、相間絶縁紙10UVの脚部40,40がステータコア52のスロット53内に押し込まれる。このとき、U相コイル51Uがステータコア52のスロット53に挿入されている部分に相間絶縁紙10UVの凸部21(31)が配置されるように挿入される。
ここで、脚部40,40の幅がスロット53の幅よりも若干大きいので、脚部自身の弾発力により脚部40,40がスロット53内にしっかりと保持される。このため、ステータコア52に挿入された相間絶縁紙10UVの位置ずれが確実に防止される。これにより、後述するV相コイル51Vをステータコア52に挿入する際に、既にステータコア52に挿入されている相間絶縁紙10UVの位置がずれない。
その後、順次、相間絶縁紙10UVが、上記のようにして、平面部20(30)の一部が互いに重なり合うように、ステータコア52に挿入される。これにより、平面部20(30)の重なり部分で脚部40,40のみによりコイル相間の絶縁性能を確保している部分をカバーすることができる。したがって、各コイル相間における絶縁性能の信頼性が大幅に向上する。なお、本実施の形態では、U相コイル51Uが挿入されたステータコア52に対して、8枚の相間絶縁紙10UVが挿入される。これにより、ステータコア52の全周に隙間なく相間絶縁紙10UVが配置されることになる。
次いで、V相コイル51Vがステータコア52のスロット53に挿入される。このとき、既にステータコア52に挿入されている相間絶縁紙10UVの凸部21(31)がすり鉢形状を構成しているので、V相コイル51Vを迎え入れる。このため、V相コイル51Vのステータコア52への挿入が非常にスムーズに行われるので、U相コイル51UとV相コイル51Vとの間に相間絶縁紙10UVが噛み込むようなことがない。また、ステータコア52に既に挿入された相間絶縁紙10UVは、脚部40,40によりしっかりとスロット53内に保持されている。このため、V相コイル51Vをステータコア52に挿入する際に、既にステータコア52に挿入された相間絶縁紙10UVの位置がずれない。
そして、V相コイル51Vの拡張成形が行われる。このとき、U相コイル51Uの割れ目A(U相コイル51Uが挿入された隣接するスロット間の部分)にV相コイル51Vが入り込んでしまう。しかしながら、相間絶縁紙10UVには略半円形状の鍔部24(34)が形成されているため、図4に示すように、U相コイル51UとV相コイル51Vと完全に分離することができる。従って、相間絶縁紙10UVにより、U相コイル51UとV相コイル51Vとの接触を確実に防止することができる。よって、U相コイル51UとV相コイル51Vとの相間における絶縁性能を十分に確保することができる。
その後、上記した手順で、V相−W相間に配設される相間絶縁紙10VWがステータコア52に挿入され、さらにW相コイル51Wがステータコア52に挿入される。そして、最終成形が行われて、図1に示すような三相ステータ50が完成する。この三相ステータ50では、最外相であるU相コイル51Uとそれに隣接するV相コイル51Vとの間に相間絶縁紙10UVを介在させ、V相コイル51VとW相コイル51Wとの間に相間絶縁紙10VWを介在させているので、各コイル相間における絶縁性能を十分に確保することができる。また、各相間絶縁紙10UV,10VWはそれぞれステータコア52の周方向に平面部20(30),60(70)の一部が重ねられた状態で配置されているので、その重なり部分で脚部40,80のみによりコイル相間の絶縁性能を確保している部分をカバーすることができる。したがって、各コイル相間における絶縁性能の信頼性が大幅に向上する。
以上、詳細に説明したように本実施の形態に係る相間絶縁紙10UVには、凸部21,31の端部に平面部20,30から凸部21,31とは反対側に突出する鍔部24,34が設けられている。このため、ステータコア52にV相コイル51Vを挿入した後にコイル成形を行った際、U相コイル51Uの割れ目AにV相コイル51Vが入り込んでも、鍔部24,34によってU相コイル51UとV相コイル51Vとを完全に分離することができる。従って、鍔部24,34を設けたことにより、U相コイル51UとV相コイル51Vとの接触を確実に防止することができるので、各コイル相間における絶縁性能を十分に確保することができる。
そして、ステータ50では、U相コイル51UとV相コイル51Vとの間に相間絶縁紙10UVを介在させ、V相コイル51VとW相コイル51Wとの間に相間絶縁紙10VWを介在させている。このため、ステータ50は、各コイル相間における絶縁性能を十分に確保したものとなっている。
なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記した実施の形態では、ハイブリッド車駆動用のモータに対し本発明に係る相間絶縁紙およびステータを適用したものを例示したが、本発明は自動車のモータに限られることなく、分布巻きを用いたあらゆる用途に使用されるモータに適用することができる。
実施の形態に係るステータの概略構成を示す斜視図である。 実施の形態に係る相間絶縁紙(U−V相間)の概略構成を示す斜視図である。 実施の形態に係る相間絶縁紙(V−W相間)の概略構成を示す斜視図である。 U相コイルとU−V相間絶縁紙とV相コイル(一部のみ図示)をステータコアに挿入した状態を示す図である。 従来の相間絶縁紙(U−V相間)の概略構成を示す斜視図である。 従来の相間絶縁紙を使用したステータの概略構成を示す斜視図である。
符号の説明
10UV 相間絶縁紙(U−V相間)
10VW 相間絶縁紙(V−W相間)
20,30 平面部
21,31 凸部
24,34 鍔部
40 脚部
50 ステータ
51U U相コイル
51V V相コイル
51W W相コイル
52 ステータコア
53 スロット

Claims (4)

  1. モータの相間絶縁を確保するために各コイル相間に挿入する相間絶縁紙において、
    ステータコアのスロットに挿入される脚部と、
    前記ステータコアの軸方向両端部で前記脚部により連結されるとともに、前記ステータコアの両端面から突出して各コイル相間の絶縁を行う平面部と、
    前記平面部を折り曲げることにより、前記ステータコアの内周側に向かって突出するとともに上面が傾斜するように形成された凸部と、
    前記凸部における前記ステータコアの外周側端部に設けられ、前記平面部から前記凸部とは反対側に突出する鍔部と
    を有することを特徴とする相間絶縁紙。
  2. 請求項1に記載する相間絶縁紙において、
    前記鍔部は、略半円形状に形成されていることを特徴とする相間絶縁紙。
  3. 請求項1または請求項2に記載する相間絶縁紙を、前記ステータコアのスロットに装着される各相コイル間に介在させて、前記ステータコアの周方向に前記平面部の一部を重ねて配置することにより各コイル相間の絶縁を確保することを特徴とするステータ。
  4. 請求項3に記載するステータにおいて
    前記ステータコアの最外周に配置される最外相コイルとその最外相コイルに隣接するコイルとの間に前記相間絶縁紙が介在していることを特徴とするステータ。
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