JP5104361B2 - 回転電機の電機子、及び回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機に装着されるコイル間の絶縁を常に良好に行えるようにするための技術に関する。

電動機（モータ）や発電機等の回転電機には、コイルをステータティースに絶縁物を介して直接、巻回させた種類（集中巻回転電機）がある。コイルボビンは、ステータティースにコイルを巻回させる絶縁物として成形されたものである。

集中巻回転電機では、コイル間の絶縁をより良好に行うために、そのコイル間に絶縁部材を配置することが行われる。その絶縁部材を配置した従来の回転電機としては、特許文献１及び２にそれぞれ記載されたものがある。

特許文献１に記載された従来の回転電機では、ステータとコイルボビンの間に空隙を設け、断面がＴ字型の絶縁部材をコイルボビン間に挟み込む形で保持させている。それにより、その保持は、絶縁部材の持つ弾性力に依存する形で行われる。

特許文献２に記載された従来の回転電機では、コイルボビンにスリットを設け、絶縁部材の端部にそのスリットに係合する突起である係止部を設けている。それにより、コイルボビン間に挿入した絶縁部材をそのスリットにより位置決めするようにしている。このため、特許文献１に記載された従来の回転電機と比較し、より安定的に絶縁部材を保持できるようになっている。
特開２００２−１７１７０４号公報 特開２００６−３２０１３６号公報

上記特許文献１に記載された従来の回転電機では、Ｔ字型の絶縁部材を、絶縁部材が脱落しないようにきつ目の嵌め合いで挟む必要があるため、組付け性が悪い。
また、上記特許文献２に記載された従来の回転電機では、絶縁部材として短冊状のものを採用している。それにより、コイルボビンに設けたスリットは、回転電機の周方向上で絶縁部材を配置すべき位置と共に、回転電機の軸方向上の位置（絶縁部材の軸方向上の挿入量）を制限するように機能する。しかし、単に１箇所（スリット）での絶縁部材との接触により保持させる形となるため、適切な位置を安定的に保持（維持）させることが困難という問題点があった。

回転電機では、その構造や用途等から、少なからず振動が発生しているのが普通である。その振動は、絶縁部材の位置を変化させる力を作用させる。このこともあり、絶縁部材は常に安定的に適切な位置を維持させるようにすることが重要である。

また、特許文献２には、短冊状の絶縁部材を複数、連結させ、各コイルボビン間に絶縁部材を挿入した従来の回転電機も記載されている。そのように連結させることにより、絶縁部材はより安定的に適切な位置に維持させることができるようになる。しかし、各コイルボビンに求められる取付精度は非常に高くなる。なぜなら、各コイルボビンが全て適切な位置に配置されていなければ、何れかの絶縁部材に対し連結による悪影響が発生し、挿入可能な位置からずれてしまう場合があるからである。このことから、絶縁部材を連結させることは必ずしも望ましくないと考えられる。

本発明は、コイル間の絶縁に用いる絶縁部材を安定的に適切な位置に保持させ、かつ組付け性のよい技術を提供することを目的とする。

本発明の回転電機の電機子は、コイルボビンと、隣接するコイルボビン間に挿入される絶縁部材とを備え、コインボビンは、コイルが巻かれるコイル巻部と、コイル巻部を挟んで、ステータヨーク側とティース端側にそれぞれ配置される鍔部と、コイルが巻かれステータに取り付けられた際に、隣接するコイルボビン間に挿入される絶縁部材を位置決めする位置決め部とを有し、位置決め部は、ステータヨーク側の鍔部であって絶縁部材が挿入される端部の、絶縁部材挿入方向の一方側に配置され、他方側から挿入される絶縁部材の挿入方向の位置決めをする。

上記コイルボビンでは、絶縁部材はその端部が位置決め部により、その挿入方向上の位置決めが行われ、取り付けられる。そのように挿入することにより取り付けられるため、その組み付け（取り付け）は容易、かつ迅速に行うことができ、高い組付け性が実現される。また、位置決め部は絶縁部材が挿入される他方側に対して、一方側に配置されているので、絶縁部材を安定的に適切な状態（位置）に保持させることができる。

なお、上記コイルボビンは、ステータヨーク側の鍔部からステータヨーク端面に面する突出部を有し、少なくとも絶縁部材挿入方向の他方側の突出部は、絶縁部材の挿入を可能とする切り欠き部を有することが望ましい。この場合、絶縁部材挿入方向の一方側の突出部も、絶縁部材の挿入を可能とする切り欠き部を有し、位置決め部は、ステータヨーク側の鍔部からステータヨーク端面側に突出する部分により、他方側、及び一方側の突出部にそれぞれ設けられた切り欠き部に挿入された絶縁部材の位置決めを行い、ティース端側の鍔部からティース側に突出する他の位置決め部、を更に有する、ようにしても良い。また、位置決め部は、ティース端側の鍔部にも配置されていることが望ましい。或いは、鍔部の絶縁部材が挿入される端部の端面にスリットが形成され、位置決め部はスリットの一方側において、スリットを閉塞して絶縁部材の挿入方向の位置決めをすることが望ましい。

本発明の回転電機は、コイルボビンと、隣接するコイルボビン間に挿入される絶縁部材とを備え、コインボビンは、コイルが巻かれるコイル巻部と、コイル巻部を挟んで、ステータヨーク側とティース端側にそれぞれ配置される鍔部と、コイルが巻かれステータに取り付けられた際に、隣接するコイルボビン間に挿入される絶縁部材を位置決めする位置決め部とを有し、位置決め部は、ステータヨーク側の鍔部であって絶縁部材が挿入される端部の、絶縁部材挿入方向の一方側に配置され、他方側から挿入される絶縁部材の挿入方向の位置決めをする。

本発明では、絶縁部材は安定的に適切な位置に保持されるとともに組付け性がよい技術を提供できる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態によるコイルボビンを示す外観図、図２は、そのコイルボビン１に取り付けられる絶縁部材を示す図、図３は、第１の実施形態による回転電機のステータ（電機子）を示す図である。これら図１〜図３を参照して、第１の実施形態によるコイルボビン１、そのコイルボビン１を搭載することで実現される第１の実施形態による回転電機について詳細に説明する。ここでは便宜的に、特に断らない限り、方向や位置等は回転電機を想定したものとする。

本実施形態によるコイルボビン１は、２つの鍔部１２及び１３が回転電機の径方向上、異なる位置に設けられ、その２つの鍔部１２及び１３間が図３に示すコイル３５が巻かれるコイル巻部１５となっている。つまりコイル巻部１５を挟んで、ステータヨーク側の鍔部１３とティース端側の鍔部１２がそれぞれ配置されている。特には図示していないが、コイルボビン１は後述の第３の実施形態（図７）のように、図１において上下２つの部材から構成されている。そして、コイル巻部１５の内側には、図３に示すステータティース３２に取り付けるための穴１１が形成されている。ステータヨーク３１側の鍔部１３からステータヨーク３１の端面３１−１に面するように突出した２つの突出部１４は、ステータヨーク３１との間を適切に離間させる。すなわち図１において上側の突出部１４の下面１４−１と、下側の突出部１４の上面１４−２が、ステータヨーク３１の端面３１−１に面するようになっている。

本実施形態では、絶縁部材２０は図の上側から下側に向かう方向（図１の矢印方向）に挿入される。絶縁部材２０のステータ側の端部２２が挿入可能なように、２つの突出部１４にはそれぞれの鍔部１３側に切り欠き部１４ａを設け、鍔部１３の端に突出部１４側に突出する位置決め部１３ａを設けている。その位置決め部１３ａは、図２に示す絶縁部材２０の位置決めをするために設けている。すなわち、図１において絶縁部材２０の挿入方向である上下方向において、一方側である下側に位置決め部１３ａが配置され、他方側である上側から挿入される絶縁部材２０の上下方向の位置決めをする。なお、位置決め部１３ａは図１の奥行き方向全体に形成されている必要は無い。

他方のティース端側の鍔部１２には、突出部１３ａが形成された側（図１において下側）の端に、回転電機の内側に向かって突出する位置決め部１２ａを設けている。位置決め部１２ａについても図１の奥行き方向全体に形成されている必要は無い。このことから絶縁部材２０は、切り欠き部１４ａを通り、その端部がその位置決め部１３ａに当接するまで挿入していくことで組み付け（取り付け）るようになっている。それにより、容易、かつ迅速に挿入方向上、適切な位置に絶縁部材２０を取り付けることができるようになっていることから、高い組付け性が実現されている。

その挿入方向は、回転電機の軸方向と平行か、ほぼ平行なものである。それにより、２つの切り欠き部１４ａは絶縁部材２０が回転電機の径方向上、動くことが可能な可動範囲を制限するようになっている。

本実施形態では、絶縁部材２０として、絶縁紙を採用している。図２に示す点線は、絶縁部材（絶縁紙）２０を折る部分を表している。図２中の２１及び２２は、それらの点線に沿って折られた先の部分に相当する端部である。一方の点線では山折り、他方の点線では谷折りするようになっている。

本実施形態による回転電機のステータ（電機子）３０は、ステータヨーク３１から内側に突出した各ステータティース３２に、上記コイルボビン１を介してコイル３５を巻回し、そのコイルボビン１に絶縁部材２０を取り付けた構成となっている。それにより、絶縁部材２０による絶縁を常に安定的に行うことを実現させている。

図３（ａ）は、第１の実施形態による回転電機のステータ（電機子）の一部を示しており、絶縁部材２０は、図３（ａ）に示すように、２つの端部２１及び２２を隣り合うコイルボビン１の切り欠き部１４ａ或いは鍔部１２とティース３２の先端部分の間にそれぞれ挿入することで取り付ける。図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ部拡大図、図３（ｃ）は図３（ａ）のＢ部拡大図である。各切り欠き部１４ａは、その幅により、絶縁部材２０のそこに挿入された部分である端部２２が径方向上、動くことが可能な可動範囲を僅かなものに制限する。特に隣り合うコイルボビン１の鍔部１３間は狭くなっているために、端部２２が周方向上、動くことが可能な範囲は狭く、その狭さによって切り欠き部１４ａから周方向上に動いて抜け出るようなことを抑制できる。端部２１でも、その長さを適切なものとすることにより、隣に位置するコイルボビン１により鍔部１２とティース３２間から抜け出るようなことを抑制させることかできる。端部２１及び２２が抜け出るようなことが抑制されるために、絶縁部材２０が回転するようなことも抑制される。これらの結果、絶縁部材２０は挿入時の状態、つまり適切な位置を安定的に維持（保持）することになる。

図３に示すように配置される絶縁部材２０は、隣り合うコイルボビン１のコイル３５間全体にわたって存在する形となる。このため、コイル３５間はより良好に絶縁させることができる。

絶縁部材２０として絶縁紙を採用した場合には、端部２１及び２２がより深く切り欠き部１４ａ或いは鍔部１２とティース３２間に入る方向（周方向上コイルボビン１の内側に向かう方向）に働く力を弾性力により作用させることができる。そのように弾性力を用いるようにした場合には、安定性はより向上することになる。

なお、第１の実施形態では、絶縁部材２０は軸方向上から見てＺ字型に折り曲げた形としているが、図４（ａ）に示すように、軸方向上から見て絶縁部材２０が結果的にＩ字型となるように折り曲げ、各端部を隣り合う２つのコイルボビン１の切り欠き部１４ａ或いは鍔部１２とティース３２間にそれぞれ挿入することで取り付けるようにしても良い。或いは図４（ｂ）に示すように、コイルボビン１間に２つの絶縁部材２０を配置し、それぞれをコ字型に折り曲げることにより、各絶縁部材２０の２つの端部をそれぞれ同じコイルボビン１の切り欠き部１４ａ或いは鍔部１２とティース３２間に挿入することで取り付けるようにしても良い。

上述したように、径方向上の動きを制限することにより、絶縁部材２０は折り曲げた形状でコイルボビン１間に、その径方向上、不適切に動かないように配置することができる。周方向上の不適切な動きは、その周方向上、絶縁部材２０で保持させる部分の長さ、或いはその部分を含む端部（２１或いは２２）の長さの最適化により回避させることができる。このようなことから、絶縁部材２０は１箇所でも安定的に保持させることができる。従い、保持に用いる箇所は１箇所以上であれば良く、絶縁部材２０を折り曲げる形はそれを保持させる箇所の数、位置等に応じて決定すれば良い。
＜第２の実施形態＞
図５は、第２の実施形態によるコイルボビンを示す外観図、図６は、そのコイルボビンに取り付ける絶縁部材を示す図である。これら図５及び図６を参照して、第２の実施形態について詳細に説明する。ここでは、上記第１の実施形態と同じ、或いは基本的に同じものには同一の符号を付し、第１の実施形態から異なる部分にのみ着目する形で説明を行う。

第２の実施形態では、図５に示すように、２つの突出部１４のうち、矢印で示す絶縁部材２０の挿入方向から見て手前側（図５において上側）のもののみに切り欠き部１４ａを設けている。それにより、切り欠き部１４ａを設けていない図５において下側の突出部１４は、図１に示す位置決め部１３ａの代わりとして使用するようにしている。つまり下側の突出部１４を位置決め部としている。このため、絶縁部材２０としては、図６に示すように、端部２２の一部を切り取ったものを採用している。
＜第３の実施形態＞
図７は、第３の実施形態によるコイルボビンを示す斜視図、図８は、第３の実施形態による回転電機のステータ（電機子）を示す図である。これら図７及び図８を参照して、第３の実施形態によるコイルボビン１、そのコイルボビン１を搭載することで実現される第３の実施形態による回転電機について詳細に説明する。

第３の実施形態によるコイルボビン１は、図７に示すように、２つの部材２及び３を組み合わせることで実現させたものである。その内側には、図８に示すステータティース３２に取り付けるための穴１１が形成されている。穴１１が形成されている方向の直交方向に全体にわたって突出した板状の２つの鍔部１２及び１３は、第１の実施形態と同じく、図８に示すコイル３５を巻回する範囲を制限すると共に、ステータティース３２とコイル３５間等をより良好に絶縁するためのものである。鍔部１３から突出した２つの突出部１４も同じく、ステータヨーク３１との間を適切に離間させる。

第３の実施形態では、図７に示すように２つの鍔部１２及び１３の絶縁部材２０が挿入される端部の端面にそれぞれ、スリット１２ｂ及び１３ｂを設けている。それらスリット１２ｂ及び１３ｂは、図２（或いは図４）に示す絶縁部材２０を取り付けるためのものである。側面全体にわたって設けるのではなく、一方の端（図７の下側の端）から途中までとしてスリットが閉塞された位置決め部１２ｃ及び１３ｃを設けられている。その位置決め部１２ｃ及び１３ｃはそれぞれ絶縁部材２０の挿入方向上の位置決めをする。それにより、組み付ける場合には、一方の端から端部２１及び２２を挿入していき、それらが位置決め部１２ｃ及び１３ｃに達して組み付けが終了する。その組み付けは第１の実施形態と同様に、容易、かつ迅速に行うことができる。

上記端面に設けているために、コイルボビン１を回転電機に取り付けた場合には、スリット１２ｂ及び１３ｂの長手方向は軸方向と平行、或いは平行に近い角度となるように形成されている。その長手方向の直交方向上の幅であるスリット幅は、例えば絶縁部材２０の厚みより僅かに大きいものから絶縁部材２０の数個分の厚みの範囲内である。そのスリット幅は、径方向上の幅にほぼ相当し、絶縁部材２０が径方向上、動くことが可能な可動範囲を制限する。それらのスリット１２ｂ及び１３ｂは、反対側（図７の裏面側）にも形成されている。

第３の実施形態による回転電機のステータ（電機子）３０は、図８に示すように、ステータヨーク３１から内側に突出した各ステータティース３２に、上記コイルボビン１を介してコイル３５を巻回し、そのコイルボビン１に絶縁部材２０を取り付けた構成となっている。

絶縁部材２０は、第１の実施形態と同様に、２つの端部２１及び２２を隣り合うコイルボビン１のスリット１２ｂ及び１３ｂにそれぞれ挿入することで取り付ける。各スリット１２ｂ及び１３ｂは、そのスリット幅により、絶縁部材２０のそこに挿入された部分である端部２１及び２２が径方向上、動くことが可能な可動範囲を僅かなものに制限する。特に隣り合うコイルボビン１の鍔部１３間は狭くなっているために、端部２２が周方向上、動くことが可能な範囲は狭く、その狭さによってスリット１３ａから周方向上に動いて全て抜け出るようなことは抑制される。端部２１でも、その長さを適切なものとすることにより、隣に位置するコイルボビン１によりスリット１２ａから抜け出るようなことを抑制させることかできる。これらの結果、絶縁部材２０は挿入時の状態、つまり適切な位置を安定的に維持（保持）することになる。

回転電機は、ハイブリットカーや電気自動車等の電動車両に採用されている。そのような電動車両では、走行時における振動も発生するため、より過酷な環境に回転電機は置かれることになる。そのような過酷な環境下でも、第１〜第３の実施形態では絶縁部材２０を常に安定的に保持させることができる。このことから、第１〜第３の実施形態によるコイルボビン１を採用することで実現される回転電機は、そのような過酷な環境下で使用される回転電機として採用すべきものとなる。

第１の実施形態によるコイルボビンを示す外観図である。 第１の実施形態によるコイルボビンに取り付けられる絶縁部材を示す図である。 第１の実施形態による回転電機のステータ（電機子）を示す図である。 絶縁部材の他の使用例を示す図である。 第２の実施形態によるコイルボビンを示す外観図である。 第２の実施形態によるコイルボビンに取り付けられる絶縁部材を示す図である。 第３の実施形態によるコイルボビンを示す斜視図である。 第３の実施形態による回転電機のステータ（電機子）を示す図である。

符号の説明

１ コイルボビン
１２、１３ 鍔部
１２ｂ、１３ｂ スリット
１２ａ、１３ａ、１２ｃ、１３ｃ 位置決め部
１４ 突出部
１４ａ 切り欠き部
１５ コイル巻部
２０ 絶縁部材
３０ ステータ
３１ ステータヨーク
３２ ステータティース

Claims (6)

1. コイルボビンと、隣接するコイルボビン間に挿入される絶縁部材とを備え、
   前記コインボビンは、
   コイルが巻かれるコイル巻部と、
   前記コイル巻部を挟んで、ステータヨーク側とティース端側にそれぞれ配置される鍔部と、
   コイルが巻かれステータに取り付けられた際に、前記隣接するコイルボビン間に挿入される絶縁部材を位置決めする位置決め部とを有し、
   前記位置決め部は、ステータヨーク側の鍔部であって前記絶縁部材が挿入される端部の、絶縁部材挿入方向の一方側に配置され、他方側から挿入される絶縁部材の挿入方向の位置決めをする
   ことを特徴とする回転電機の電機子。
2. 前記コイルボビンは、前記ステータヨーク側の鍔部からステータヨーク端面に面する突出部を有し、
   少なくとも前記絶縁部材挿入方向の前記他方側の前記突出部は、前記絶縁部材の挿入を可能とする切り欠き部を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の電機子。
3. 前記絶縁部材挿入方向の前記一方側の前記突出部も、前記絶縁部材の挿入を可能とする切り欠き部を有し、
   前記位置決め部は、前記ステータヨーク側の鍔部から前記ステータヨーク端面側に突出する部分により、前記他方側、及び前記一方側の前記突出部にそれぞれ設けられた切り欠き部に挿入された前記絶縁部材の位置決めを行い、
   前記ティース端側の鍔部からティース側に突出する他の位置決め部、を更に有する
   ことを特徴とする請求項２に記載の回転電機の電機子。
4. 前記位置決め部は、前記ティース端側の鍔部にも配置されている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機の電機子。
5. 前記鍔部の前記絶縁部材が挿入される端部の端面にスリットが形成され、
   前記位置決め部は前記スリットの一方側において、前記スリットを閉塞して絶縁部材の挿入方向の位置決めをする
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の電機子。
6. コイルボビンと、隣接するコイルボビン間に挿入される絶縁部材とを備え、
   前記コインボビンは、
   コイルが巻かれるコイル巻部と、
   前記コイル巻部を挟んで、ステータヨーク側とティース端側にそれぞれ配置される鍔部と、
   コイルが巻かれステータに取り付けられた際に、前記隣接するコイルボビン間に挿入される絶縁部材を位置決めする位置決め部とを有し、
   前記位置決め部は、ステータヨーク側の鍔部であって前記絶縁部材が挿入される端部の、絶縁部材挿入方向の一方側に配置され、他方側から挿入される絶縁部材の挿入方向の位置決めをする
   ことを特徴とする回転電機。