JP4826736B2

JP4826736B2 - 電機子

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Publication number: JP4826736B2
Application number: JP2005336621A
Authority: JP
Inventors: 秀樹藤井
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2005-11-22
Filing date: 2005-11-22
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2025-11-22
Also published as: JP2007143354A

Description

本発明は電機子に関し、特にその備える電機子コイル同士の絶縁に関する。

回転電機の電機子は複数のスロットを有しており、当該スロットには電機子コイルが巻回される。運転電圧が高い回転電機の設計においては、電機子のスロットを多く採ることにより、直列接続される電機子コイルの数を増加させ、以てコイル一つ当たりが分担して支持する電圧を低減することが可能であった。

また、回転電機の高効率化の手段として電機子コイルの使用量を増加させることにより、抵抗損が低減できる。これによりスロットから出ている電機子コイル（いわゆる「コイルエンド」）の体積は増大する。そして回転電機を小型化する要求のため、電機子コイルのコイルエンドは可能な限り機械的成型工程によって圧縮される。

通常、異相の電機子コイル間は「絶縁紙」と通称される薄い絶縁体（必ずしも紙から成型されるものには限定されない）が介在して配置される。これは異相の電機子コイルは電機子の径方向において隣接し、かつそれらの間では相が異なる電位が印加されており、当該電機子コイル間で発生する高い電圧に対する耐圧を高める要求があるからである。

図１５は同相の電機子コイル６１，６２の位置を例示する斜視図である。通常、電機子コイル６１，６２は複数の巻線で構成されることが多いが、図示の簡単のため、全図において電機子コイル６１，６２は概観的にそのおおまかな輪郭を描いている。電機子のコア１に設けられたスロット１１のうち、隣接するスロット１１には同相の電機子コイル６１，６２が隣接して巻回されている。電機子コイル６１，６２はスロット１１の底部１１１及び側壁１１２側からスロット内絶縁紙２によって、スロット１１の開口部１１３側から楔３によって、それぞれ包まれている。スロット内絶縁紙２はカフス部２１を有している。

なお、異相の電機子コイル間の絶縁紙の配置については、例えば下記の特許文献に例示されている。

特許第３６５２６７７号公報特開平５−１２２９１０号公報特開平７−２９８５３０号公報特開平８−２７５４２５号公報特開２００４−２６０９５６号公報特開２００４−３６４３８２号公報特開２００４−３６４４４９号公報特開２００５−１１０４１７号公報特開２００４−２８９９３０号公報

他方、同相の電機子コイル間には絶縁紙は配置されていなかった。これは（ｉ）同相の電機子コイル間にはそれほど大きな電圧が印加されていなかったこと、（ｉｉ）同相の電機子コイルは異相の電機子コイルとは異なり、電機子の径方向において隣接しないこと、（ｉｉｉ）同相の電機子コイルが電機子の周方向において隣接しても、その隣接箇所には巻線組立工程において絶縁紙を固定しにくいこと、が主たる理由であると考えられる。

しかしながら、昨今の趨勢により、回転電機の運転電圧は上昇し、電機子コイル一つ当たりが分担する電圧も従来と比較すると上昇する傾向にある。回転電機が、特にインバータなどのスイッチング素子を用いた電源により駆動される場合には、波頭長が極端に短いサージ電圧が電機子コイル内へ進入する。これは各相の電機子コイルの巻き始めコイルの電圧分担を更に過大にする。

電機子コイルとして丸線を用いて分布巻きを行う場合、通常は、巻枠を用いて乱巻にて電機子コイルを巻回してから、電機子コアのスロットへ入れ込む。この場合、電機子コイルの巻き始めは巻枠の内径側に存在し、巻き終わりは電機子コイルの外周側に位置することになる。つまり通常は、電機子コイルの一つにおいて、その巻き始めと巻き終わりとが機械的に接触することは殆どない。このため、一つの電機子コイルの内部においては電機子コイル同士が接触してはいるものの、それら同士の間の耐圧が問題となることはない。

ところが、隣接するスロットにおいて配置される電機子コイル同士を考えれば、いずれの電機子コイルの巻き終わりも電機子コイルの外周側に位置することとなる。よって当該電機子コイル同士に同相の電流が流れる場合であっても、それらのコイルエンド同士には電機子コイル一つ分が分担する電圧がかかる。かかる事情は整列巻きで電機子コイルを巻回する場合についても同様である。

また電機子の径方向に沿って隣接しなくても周方向には隣接するため、電機子を小型化することによって同相のコイルエンドが隣接する距離も短くなる。そして上述のようにコイルエンドの体積が増大することにより、同相の電流が流れる電機子コイル（以下、簡単のため「同相の電機子コイル」ともいう）同士の絶縁距離は短くなってしまう。またコイルエンドを圧縮する成型工程によって機械的なストレスが与えられる。このような状況下では、隣接する同相の電機子コイル間での絶縁破壊を防止することが重要となる。

図１６は、電機子のコア１が小型化されたことによって電機子コイル６１，６２が非常に近接し、接触した様子を示す斜視図である。このように電機子コイル６１，６２が接触すると、コイル自体の表面に施されたエナメル（例えば３０μｍ厚）などの絶縁皮膜のみで大きな電圧を支えることができなければ、絶縁破壊が生じてしまう。

図１７は三相六極用の電機子コイルのスター結線（並列回路数１）を示す回路図である。電源電圧が実効値４００Ｖである場合、コイル一つ当たりが分担する電圧は実効値約３８．５Ｖ（＝４００／√３）となる。よって電機子の巻き始めコイル（電源側コイル）と巻き終わり側のコイル（中性点側コイル）との間の電圧は、各々のコイルのコイルエンドが接触すると考えて実効値１９２．５Ｖ（＝４００／√３×５／６）にも達する。

図１８は三相六極用の電機子コイルのデルタ結線（並列回路数１）を示す回路図である。スター結線の場合と同様に考えて、電源電圧が実効値４００Ｖである場合、電機子の巻き始めコイルと巻き終わり側のコイルの各々のコイルエンドが接触すると考えて実効値３３３Ｖ（＝４００×５／６）にも達し、スター結線の場合よりも耐えるべき電圧は上昇する。

上述の電圧は商用電源を用いた計算で求められたものである。しかしスイッチングを伴うインバータで駆動される回転電機では、上述のサージ電圧が印加されることとなる。その場合には耐えるべき電圧は更に上昇することとなる。

そこで本発明は、従来、看過されていた同相コイル間の耐圧を高める技術を提供することを目的としている。

この発明にかかる電機子は、電機子コイル（６１，６２）と、前記電機子コイル（６１，６２）が巻回される複数のスロット（１１）を有するコア（１）と、隣接する一対の前記スロット（１１）においてそれぞれ巻回され、同相の電流が流れる一対の前記電機子コイル（６１，６２）のコイルエンド同士の間で配置される絶縁紙（１０１；２０１，２０２；３０１，３０２；４０１；５２）とを備える。前記一対の電機子コイルの前記コイルエンドは隣接する一対の前記スロットの出口において互いに逆方向に屈曲し、前記屈曲している箇所が前記絶縁紙で絶縁される。

そしてその第１の態様は、前記スロット（１１）はその延在方向と直交する方向に開口する開口部（１１３）を有する。また前記絶縁紙（２０１）は、前記スロット（１１）の内部であって前記開口部とは反対側で、前記一対の前記電機子コイルの一方（６２）を覆うスロット内絶縁部（２２，２４）と、前記スロット内絶縁部と連結して、前記電機子コイルの前記一方を前記スロットの外部で覆う覆部（２３）とを有する。

この発明にかかる電機子の第２の態様は、電機子の第１の態様であって、前記覆部（２３）は前記スロット内絶縁部（２２，２４）の両端に設けられる。

この発明にかかる電機子の第３の態様は、電機子の第２の態様であって、前記スロット内絶縁部（２２，２４）の両端には、前記スロット（１１）の外部にはみ出して折り曲げられるカフス部（２１）が更に設けられる。

またこの発明にかかる電機子の第４の態様では、前記絶縁紙（４０１）は、異相の前記電機子コイルを絶縁する異相絶縁部（４３）と、前記異相絶縁部の途中から分岐し、前記一対の前記電機子コイル（６１，６２）のコイルエンド同士の間に介在して配置される同相絶縁部（４２）とを有する。

この発明にかかる電機子の第５の態様は、電機子の第４の態様であって、前記同相絶縁部（４２）と前記異相絶縁部（４３）とは連続する絶縁紙材から構成される。また前記絶縁紙材に所定間隔を空けて、谷折り（４４）、山折り、谷折り（４４）が形成され、一対の前記谷折り近傍が接合されて前記山折りが突出する。そして当該接合が行われる接合箇所（４５）と前記山折りとの間で前記同相絶縁部が、前記接合箇所に関して前記同相絶縁部とは反対側で前記異相絶縁部が、それぞれ形成される。

この発明にかかる電機子によれば、従来、看過されていた同相の電機子コイル間の耐圧が高められる。

この発明にかかる電機子の第１の態様によれば、隣接する一対のスロットにおいてそれぞれ巻回され、同相の電流が流れる一対の電機子コイルのコイルエンド同士の間に、覆部が介在して配置する。

この発明にかかる電機子の第２の態様によれば、絶縁紙がスロットの延在する方向に沿って移動することを防ぎつつ、同相の電流が流れる電機子コイルのコイルエンド同士の間の耐圧を電機子の両端において向上させる。

この発明にかかる電機子の第３の態様によれば、絶縁紙がスロットの延在する方向に沿って移動することを防ぐ効果を高める。

この発明にかかる電機子の第４の態様によれば、異相の電機子コイル同士を絶縁しつつ、同相の電機子コイル同士をも絶縁する。

この発明にかかる電機子の第５の態様によれば、異相の電機子コイル同士と、同相の電機子コイル同士との双方を絶縁する絶縁紙が容易に得られる。

第１の実施の形態．
図１は第１の実施の形態にかかる絶縁紙１０１を示す平面図である。絶縁紙１０１は、幅狭部２３１と、幅狭部２３１と連結した幅広部２３２とを有している。幅広部２３２は谷折り線２３３において折り曲げられる。

図２は絶縁紙１０１が設けられた電機子の構造を示す斜視図である。電機子のコア１は複数のスロット１１を備えており、その隣接する二つには、同相の電機子コイル６１，６２が各々巻回される。

電機子コイル６１，６２はスロット１１の底部１１１及び側壁１１２側からスロット内絶縁紙２によって包まれる。また幅狭部２３１（図１）がスロット１１に、例えばその底部１１１において差し込まれる。また上述のように幅広部２３２は谷折り線２３３において折り曲げられるので、幅広部２３２は電機子コイル６１を覆う。

つまり隣接する一対のスロット１１においてそれぞれ巻回され、同相の電流が流れる一対の電機子コイル６１，６２のコイルエンド同士の間に、幅広部２３２が介在して配置される。そしてかかる幅広部２３２の介在により、従来看過されていた同相の電機子コイル６１，６２間の耐圧が高められる。

コア１の径方向の一方側の面１２（図では内周面）において、スロット１１は開口部１１３を有している。見方を変えればスロット１１はコア１において一方向に延在しており、その延在方向と直交する方向に開口部１１３が開口している。そして電機子コイル６１，６２は開口部１１３側から楔３によって各々覆われている。

なお、スロット内絶縁紙２はカフス部２１を有している。カフス部２１は図示されたコイルエンドとは反対側のコイルエンド側（図示せず）でもスロット内絶縁紙２が有している。カフス部２１はスロット内絶縁紙２がスロット１１に沿って移動することを防止するため、スロット１１の外部からはみ出して折り曲げられ、コア１と接触する。他方、絶縁紙１はその幅狭部２３１はスロット１１内に挿入されてコア１とは接触するものの、コア１とは接触せずに電機子コイル６１を覆う幅広部２３２を有している。

このように電機子コイル６１が幅広部２３２で覆われるのであれば、電機子コイル６２は幅広部２３２で覆う必要は小さい。つまり絶縁紙１０１はスロット１１の全てに必要ではなく、その半分に対して配置されれば足りる。

第２の実施の形態．
図３及び図４は、第２の実施の形態にかかる絶縁紙２０１を示す、それぞれ平面図及び斜視図である。絶縁紙２０１は、スロット内絶縁部２２と、スロット内絶縁部２２，２４と連結する覆部２３とを有している。スロット内絶縁部２２，２４は谷折り線２５において折り曲げられる。

図５は絶縁紙２０１が設けられた電機子の構造を示す斜視図である。スロット内絶縁部２２，２４（図３）はスロット１１に挿入される。そしてスロット１１の内部であって開口部１１３とは反対側で（即ち底部１１１側、望ましくは更に側壁１１２側でも）電機子コイル６２を覆う。また覆部２３はスロット１１の外部で、電機子コイル６２を覆う。第１の実施の形態と類似して、電機子コイル６２が覆部２３で覆われる場合には、電機子コイル６１が覆部２３で覆われる必要はない。よって絶縁紙２０１はスロット１１の全てに必要ではなく、その半分に対して配置されれば足りる。絶縁紙２０１が設けられないスロット１１においてはスロット内絶縁紙２が挿入される。絶縁紙２０１が設けられるスロット１１においても、スロット内絶縁紙２が設けられるスロット１１においても、開口部１１３側から楔３で電機子コイルを覆うことができる。

このようにして、隣接する一対のスロット１１においてそれぞれ巻回され、同相の電流が流れる一対の電機子コイル６１，６２のコイルエンド同士の間に、覆部が介在して配置される。よって第１の実施の形態と同様に、従来、看過されていた同相の電機子コイル間の耐圧が高められる。

なお、覆部２３はスロット内絶縁部２２，２４の両端に設けられることが望ましい。この場合、絶縁紙２０１がスロットの延在する方向に沿って移動することを防ぐことができる上、電機子コイル６１，６２のコイルエンド同士の間の耐圧が電機子の両端において向上する。

また、図３、図４に示されるように、カフス部２１をスロット内絶縁部２４の両端に設けることも望ましい。カフス部２１とスロット内絶縁部２４とは境界２６において折り曲げられる。この境界２６は、図３においては山折り線として、図４においては谷折り線として、それぞれ現れる。

第３の実施の形態．
図６及び図７は、第３の実施の形態にかかる絶縁紙３０１を示す、それぞれ平面図及び斜視図である。絶縁紙３０１は、楔部３１，３２，３４と、覆部３３とを有している。

楔部３１，３２，３４は開口部１１３側で電機子コイルを覆う。覆部３３は楔部３１，３２，３４と連結して、当該電機子コイルを覆う。

楔部３１，３２，３４は、より詳細には開口側楔部３１と、側壁側楔部３２，３４とに区分される。開口側楔部３１と側壁側楔部３２とは谷折り線３５で折り曲げられ、開口側楔部３１と側壁側楔部３４とは谷折り線３６で折り曲げられる。

図８は絶縁紙３０１が設けられた電機子の構造を示す斜視図である。開口側楔部３１スロット１１の内部であって開口部１１３側で電機子コイル６２を覆う。図８には現れないが、側壁側楔部３２，３４はスロット１１の内部であって側壁１１２側で電機子コイル６２を覆う。

かかる絶縁紙３０１を設けることにより、電機子コイル６１，６２のコイルエンド同士の間に覆部３３が介在して配置する。よって第１の実施の形態、第２の実施の形態と同様に、従来、看過されていた同相の電機子コイル間の耐圧が高められる。

覆部３３がスロットの側壁から突出して設けられるので、絶縁紙３０１がスロット１１の延在する方向に沿って移動することを防ぎつつ、電機子コイル６１，６２の耐圧が電機子の両端において向上する。

絶縁紙３０１も絶縁紙１０１，２０１と同様にして、スロット１１の全てに必要ではなく、その半分に対して配置されれば足りる。絶縁紙３０１が配置されないスロット１１には楔３が設けられる。絶縁紙３０１が配置されるスロット１１においても、楔３が配置されるスロット１１においても、スロット内絶縁紙２を配置することができる。

第４の実施の形態．
図９は、第４の実施の形態にかかる絶縁紙２０２を示す平面図である。絶縁紙２０２は絶縁紙２０１の覆部２３とそれ以外の部位（カフス部２１やスロット内絶縁部２２，２４）の境界の入角に、孔２０を空けた構造を呈している。

図１０は、第４の実施の形態にかかる絶縁紙３０２を示す平面図である。絶縁紙３０２は絶縁紙３０１の覆部３３とそれ以外の部位（開口部楔部３１、側壁側楔部３２）の境界の入角に、孔３０を空けた構造を呈している。

このように孔２０，３０を設けることにより、覆部とそれ以外の部位との間に生じる応力を緩和して、亀裂の発生などの破損を防止する。

第５の実施の形態．
図１１は第５の実施の形態にかかる絶縁紙４０１を示す平面図である。絶縁紙４０１は、異相絶縁部４３と、異相絶縁部４３の途中から分岐する同相絶縁部４２とを有する。

図１２は絶縁紙４０１が設けられた電機子の構造を示す斜視図である。同相の電機子コイル６１，６２同士の間に同相絶縁部４２が介在して配置される。同相絶縁部４２は隣接して巻回される電機子コイル６１，６２間に、コア１とは離れて、周方向を遮って配置される。他方、異相絶縁部４３は、異相の電機子コイル（図示せず）を絶縁するべく、周方向に沿って延在する。

このように絶縁紙４０１を用いることにより、異相の電機子コイル同士を絶縁しつつ、同相の電機子コイル同士をも絶縁することができる。

例えば同相絶縁部４２と異相絶縁部４３とは、連続する絶縁紙材から構成することができる。この絶縁紙材に所定間隔を空けて、谷折り、山折り、谷折りを形成し、一対の谷折り近傍を接合して山折りを突出させる。図１１では谷折りが谷折り線４４として示され、接合した位置が接合箇所４５として図示されている。

この突出した山折りと接合箇所４５との間で同相絶縁部４２が形成され、接合箇所４５に関して同相絶縁部４２とは反対側で異相絶縁部４３が形成される。

このような形成により、異相の電機子コイル同士と、同相の電機子コイル同士との双方を絶縁する絶縁紙４０１が容易に得られる。

望ましくは、図１１のように、異相絶縁部４３を対として設け、それらを連結部４１で連結することが望ましい。連結部４１をスロット１１を通して配置することにより、同相絶縁部４２及び異相絶縁部４３の位置ずれを防止することができる。

第６の実施の形態．
図１３及び図１４は第６の実施の形態にかかる絶縁紙５２が設けられた電機子の構造を示す斜視図である。絶縁紙５２は、周方向に延在して異相の電機子コイルを径方向において絶縁しつつ、その端部５２ａが電機子コイル６１，６２のコイルエンド同士の間に介在して配置される。

図１３では、端部５２ａが電機子コイル６２のコイルエンドを覆う態様が例示されている。図１４では、端部５２ａが電機子コイル６２のコイルエンドの外周側から、電機子コイル６１のコイルエンドの内周側へと延在する例示されている。端部５２ａは電機子コイル６２のコイルエンドの内周側から、電機子コイル６１のコイルエンドの外周側へと延在してもよい。

本実施の形態においても第５の実施の形態と同様に、異相の電機子コイル同士を絶縁しつつ、同相の電機子コイル同士をも絶縁する。

上記で説明した電機子は、界磁子と併せて回転電機を構成する。

本発明の第１の実施の形態にかかる絶縁紙を示す平面図である。本発明の第１の実施の形態にかかる絶縁紙が設けられた電機子の構造を示す斜視図である。本発明の第２の実施の形態にかかる絶縁紙を示す平面図である。本発明の第２の実施の形態にかかる絶縁紙を示す斜視図である。本発明の第２の実施の形態にかかる絶縁紙が設けられた電機子の構造を示す斜視図である。本発明の第３の実施の形態にかかる絶縁紙を示す平面図である。本発明の第３の実施の形態にかかる絶縁紙を示す斜視図である。本発明の第３の実施の形態にかかる絶縁紙が設けられた電機子の構造を示す斜視図である。本発明の第４の実施の形態にかかる絶縁紙を示す平面図である。本発明の第４の実施の形態にかかる絶縁紙を示す平面図である。本発明の第５の実施の形態にかかる絶縁紙を示す平面図である。本発明の第５の実施の形態にかかる絶縁紙が設けられた電機子の構造を示す斜視図である。本発明の第６の実施の形態にかかる絶縁紙が設けられた電機子の構造を示す斜視図である。本発明の第６の実施の形態にかかる絶縁紙が設けられた電機子の構造を示す斜視図である。従来の技術を例示する斜視図である。従来の技術で看過されていた問題点を示す斜視図である。電機子コイルのスター結線を示す回路図である。電機子コイルのデルタ結線を示す回路図である。

符号の説明

１コア
２スロット内絶縁紙
３楔
１１スロット
２０，３０孔
２１カフス部
２２，２４スロット内絶縁部
２３，３３覆部
３１開口側楔部
３２，３４側壁側楔部
４４谷折り線
４５接合箇所
５２，１０１，２０１，３０１，４０１絶縁紙
６１，６２電機子コイル
５２ａ端部
１１３開口部
２３１幅狭部
２３２幅広部

Claims

電機子コイル（６１，６２）と、
前記電機子コイル（６１，６２）が巻回される複数のスロット（１１）を有するコア（１）と、
隣接する一対の前記スロット（１１）においてそれぞれ巻回され、同相の電流が流れる一対の前記電機子コイル（６１，６２）のコイルエンド同士の間で配置される絶縁紙（１０１；２０１，２０２；３０１，３０２；４０１；５２）と
を備え、
前記一対の電機子コイルの前記コイルエンドは隣接する一対の前記スロットの出口において互いに逆方向に屈曲し、前記屈曲している箇所が前記絶縁紙で絶縁され、
前記スロット（１１）はその延在方向と直交する方向に開口する開口部（１１３）を有し、
前記絶縁紙（２０１）は、
前記スロット（１１）の内部であって前記開口部とは反対側で、前記一対の前記電機子コイルの一方（６２）を覆うスロット内絶縁部（２２，２４）と、
前記スロット内絶縁部と連結して、前記電機子コイルの前記一方を前記スロットの外部で覆う覆部（２３）と
を有する電機子。
前記覆部（２３）は前記スロット内絶縁部（２２，２４）の両端に設けられる、請求項１記載の電機子。
前記スロット内絶縁部（２２，２４）の両端には、前記スロット（１１）の外部にはみ出して折り曲げられるカフス部（２１）が更に設けられる、請求項２記載の電機子。
電機子コイル（６１，６２）と、
前記電機子コイル（６１，６２）が巻回される複数のスロット（１１）を有するコア（１）と、
隣接する一対の前記スロット（１１）においてそれぞれ巻回され、同相の電流が流れる一対の前記電機子コイル（６１，６２）のコイルエンド同士の間で配置される絶縁紙（１０１；２０１，２０２；３０１，３０２；４０１；５２）と
を備え、
前記一対の電機子コイルの前記コイルエンドは隣接する一対の前記スロットの出口において互いに逆方向に屈曲し、前記屈曲している箇所が前記絶縁紙で絶縁され、
前記絶縁紙（４０１）は、異相の前記電機子コイルを絶縁する異相絶縁部（４３）と、
前記異相絶縁部の途中から分岐し、前記一対の前記電機子コイル（６１，６２）のコイルエンド同士の間に介在して配置される同相絶縁部（４２）と
を有する電機子。
前記同相絶縁部（４２）と前記異相絶縁部（４３）とは連続する絶縁紙材から構成され、
前記絶縁紙材に所定間隔を空けて、谷折り（４４）、山折り、谷折り（４４）が形成され、一対の前記谷折り近傍が接合されて前記山折りが突出し、
当該接合が行われる接合箇所（４５）と前記山折りとの間で前記同相絶縁部が、前記接合箇所に関して前記同相絶縁部とは反対側で前記異相絶縁部が、それぞれ形成される請求項４記載の電機子。