JP5242075B2 - 回転電機の相間絶縁紙及び固定子 - Google Patents

Description

本発明は、固定子鉄心の軸方向両端部において各相のコイルエンド部間を絶縁する回転電機の相間絶縁紙及び固定子に関する。

一般に、回転電機、例えば三相の電動機の固定子においては、固定子鉄心の軸方向両端部より突出する各相のコイルエンド部間に相間絶縁紙の相間絶縁紙本体が挿入されて、コイルエンド部間の絶縁が行われている（例えば、特許文献１参照）。

図１４には、一般的な相間絶縁紙１０１が示されている。相間絶縁紙１０１は、一対の相間絶縁紙本体１０２，１０２と、この一対の相間絶縁紙本体１０２，１０２を繋ぐ連結条部１０３，１０３とから構成されている。そして、相間絶縁紙本体１０２，１０２がコイルエンド部間に挿入され、連結条部１０３，１０３が固定子鉄心のスロットに挿入される。

相間絶縁紙本体１０２，１０２が連結条部１０３，１０３で繋がれた構成にすることにより、一対の相間絶縁紙本体１０２，１０２に互いに離れる方向に力が働いても、相間絶縁紙本体１０２，１０２の距離を一定に離間して保つことができ、以って、コイルエンド部間の所定の位置に挟まり、十分な絶縁作用を有する。
相間絶縁紙１０１を成す相間絶縁紙本体１０２及び連結条部１０３は、例えばポリアミド系樹脂のような絶縁性及び耐熱性に優れた樹脂材料から成り、シート状に形成されたこの樹脂材料をプレス装置で型抜きすることにより、相間絶縁紙本体１０２及び連結条部１０３が一体に形成されている。
特開２００６−２８８０４１号公報

相間絶縁紙１０１の連結条部１０３をスロットに挿入するためには、連結条部１０３の短尺方向の幅寸法を、スロットの開口部の幅寸法よりも短くする必要がある。しかしながら、シート状の連結条部１０３の幅寸法を短くすると、曲がりやすくなる。従って、連結条部１０３がスロットに挿入される回転電機の製造時において、連結条部１０３がスロットに挿入された後に、一対の相間絶縁紙本体１０２，１０２に互いに近づく方向の力が働くと、連結条部１０３は曲がってスロットの開口部から飛び出し、相間絶縁紙本体１０２，１０２は所定の位置からずれて、相間絶縁紙本体１０２，１０２を一定距離離間して保つことができなくなり、コイルエンド部間の絶縁が不十分になる虞がある。そのため、スロットから飛び出した連結条部１０３を挿入し直し、相間絶縁紙本体１０２，１０２を所定の位置に配置し直してから、次のコイルを挿入する必要があり、作業効率が悪かった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、連結条部がスロットに挿入される回転電機の製造時において、スロットに挿入された連結条部の曲がりを極力防止できる回転電機の相間絶縁紙及び固定子を提供することである。

本発明の回転電機の相間絶縁紙は、固定子鉄心の軸方向両端部において複数相のコイルエンド部間を絶縁可能な形状に形成された一対の相間絶縁紙本体と、この一対の相間絶縁紙本体を繋ぎ、前記固定子鉄心のスロット内に位置する連結条部と、を有する。前記連結条部は、当該連結条部の長尺方向に延びる曲成部と、当該連結条部の短尺方向の両側にあって前記曲成部を挟むように設けられた壁部と、前記曲成部と前記絶縁紙本体との間を繋ぐ立上がり部と、前記壁部と前記立上がり部との間を繋ぐ背面部と、当該連結条部の長尺方向の両端部に形成されて前記相間絶縁紙本体に結合される結合部と、を有している。前記曲成部と前記壁部と前記立上がり部と前記背面部と前記結合部とは、前記連結条部を折り曲げることによって一体に形成されていることを特徴としている（請求項１の発明）。

本発明の回転電機の固定子は、固定子鉄心と、この固定子鉄心に着装された複数相のコイルと、請求項１ないし４のいずれかに記載の相間絶縁紙とを具備したことを特徴としている（請求項５の発明）。

本発明によれば、相間絶縁紙の連結条部に、連結条部の長尺方向に延びる曲成部を形成したので、一対の相間絶縁紙本体に互いに近づく方向の力が働いても、連結条部は、曲がり難く、スロットの開口部から飛び出し難くなる。これにより、一対の相間絶縁紙本体を一定距離離間して保つことができる。
又、相間絶縁紙の連結条部を相間絶縁紙本体よりも曲げ強度が大きい材料で構成したので、連結条部は、曲がり難くなり、一対の相間絶縁紙本体を一定距離離間して保つことができる。

以下、本発明の第１の実施形態を、図１乃至図７を参照して説明する。尚、便宜上、図中の紙面に対して手前側及び図中の上側に曲成部分が形成されるように折る場合を山折りとして、紙面に対して奥側及び図中の下側に曲成部分が形成されるように折る場合を谷折りとして説明し、他の実施形態も同様の向きで説明する。

まず、本実施形態に係る回転電機、例えば電動機の固定子の概略構成を図５に示す。固定子１は、固定子鉄心２に、複数相、例えば三相コイルたるＵ相コイル３、Ｖ相コイル４、Ｗ相コイル５が着装されて構成される。
固定子鉄心２は、複数枚の鋼板が積層されて一体的に結着されて形成された円環形状を成している。そして、固定子鉄心２の内周面には、各相のコイル３，４，５を配設させるために半閉スロット６が複数個所、例えば４８箇所に形成されている。半閉スロット６は、図６に示すように、半閉スロット６の開口部の幅寸法Ｗ_２が、半閉スロット６の最大幅寸法Ｗ_３よりも小さい形状である。

各半閉スロット６の内周面にはスロット絶縁紙７（図７に図示）が夫々配置されており、固定子鉄心２と半閉スロット６内に配設される各相のコイル３，４，５との絶縁を行っている。尚、固定子鉄心２の最外周側から順にＵ相コイル３、Ｖ相コイル４、Ｗ相コイル５が配置されている。

図７に示すように、固定子鉄心２の軸方向の両端部２ａ，２ａより突出するコイルエンド部３ａ，４ａ，５ａにおいて、Ｕ相コイル３のコイルエンド部３ａとＶ相コイル４のコイルエンド部４ａとの間、及びＶ相コイル４のコイルエンド部４ａとＷ相コイル５のコイルエンド部５ａとの間には相間絶縁紙１１の相間絶縁紙本体１２が夫々配置されており、コイルエンド部３ａ，４ａ，５ａ間の絶縁が行われる。

相間絶縁紙１１は、図１及び図７に示すように、一対の相間絶縁紙本体１２，１２と、この一対の相間絶縁紙本体１２，１２を繋ぐ複数本の、例えば３本の連結条部１３，１３，１３とから成り、相間絶縁紙本体１２と連結条部１３とは、溶着或いは接着により結合して構成されている。これら相間絶縁紙本体１２及び連結条部１３は、絶縁性及び耐熱性に優れた樹脂材料、例えばポリアミド系の樹脂材料から成っている。

各連結条部１３の短尺方向の中心には、図１及び図２に示すように、連結条部１３の長尺方向に延びる山折り状の曲成部１４が形成されている。連結条部１３の短尺方向の両側には曲成部１４の中心を挟んで壁部１５，１５が形成されている。又、図１に示すように、連結条部１３の長尺方向の両端部には、矩形状の結合部１６，１６が形成されており、この結合部１６の裏面（曲成部１４が形成されていない側の面）が、上述したように、相間絶縁紙本体１２に結合される構成である。又、図３に示すように、曲成部１４と結合部１６との間に二等辺三角形の立上がり部１７が形成され、壁部１５，１５と立上がり部１７との間に三角形の背面部１８，１８が形成されている。

この曲成部１４が形成された連結条部１３，１３，１３が、図７に示すように、固定子鉄心２の半閉スロット６に挿入される構成である。尚、図示はしないが、連結条部１３の曲成部１４が形成されている側（山折り側）が固定子鉄心２の外周側に位置するように挿入される。

ここで、連結条部１３の組立てについて図３及び図４を参照して説明する。
まず、図４に示す連結条部１３の折曲げ前の状態（展開状態）の材料を、結合部１６と立上がり部１７との境界線１９を中心に谷折りする。次に、連結条部１３の曲成部１４を中心に山折りして、壁部１５，１５及び立上がり部１７を形成する。すると、図３に示すように、背面部１８，１８が、立上がり部１７を挟んで結合部１６の反対側に形成される。

山折り状の曲成部１４が形成され、半閉スロット６に挿入された後の連結条部１３の短尺方向の幅寸法Ｗ_１を（図２参照）、半閉スロット６の開口部の幅寸法Ｗ_２より大きく、且つ、半閉スロット６の最大幅寸法Ｗ_３より小さく形成する（図６参照）。尚、より好ましくは、連結条部１３の幅寸法Ｗ_１を、半閉スロット６の開口部の幅寸法Ｗ_２の１．１倍以上、且つ、半閉スロット６の最大幅寸法Ｗ_３の０．９倍以下、即ち、Ｗ_２×１．１≦Ｗ_１≦Ｗ_３×０．９の関係を満たす寸法にする。

次に、コイルエンド部３ａ，４ａ，５ａ間に配置される相間絶縁紙１１の作用及び効果について説明する。
まず、図７に示すように、固定子鉄心２（半閉スロット６）にスロット絶縁紙７、Ｕ相コイル３、相間絶縁紙１１、Ｖ相コイル４、相間絶縁紙１１、Ｗ相コイル５をこの順に挿入していく。相間絶縁紙１１を半閉スロット６に挿入する場合には、上述したように、相間絶縁紙本体１２がコイルエンド部３ａ，４ａ，５ａ間に挿入され、連結条部１３が半閉スロット６に挿入される。相間絶縁紙１１の挿入の際には、連結条部１３の短尺方向の幅寸法Ｗ_１を半閉スロット６の開口部の幅寸法Ｗ_２よりも小さくなるように、曲成部１４を曲成させて、連結条部１３の曲成部１４側（山折り側）が固定子鉄心２の外周側に位置するように挿入する。この場合、挿入後に、曲成部１４が半閉スロット６内で自然に開くと、連結条部１３の短尺方向の幅寸法Ｗ_１が、半閉スロット６の開口部の幅寸法Ｗ_２よりも大きくなる。

尚、図示はしないが、コイルエンド部３ａ，４ａ，５ａを固定子鉄心２の外周方向（図７中、上方向）に拡開し、固定子鉄心２の端部２ａ側に押圧して整形を行い、更に、コイルエンド部３ａ，４ａ，５ａと、相間絶縁紙本体１２とを絶縁糸（図示せず）で緊縛し、ワニス（図示せず）を滴下することにより、固定子１が製造される。

上記構成によれば、相間絶縁紙１１の相間絶縁紙本体１２によりコイルエンド部３ａ，４ａ，５ａ間の絶縁が可能であり、又、相間絶縁紙本体１２と連結条部１３とが結合された構成であるので、一対の相間絶縁紙本体１２，１２に互いに離れる方向に力が働いても、相間絶縁紙本体１２，１２の距離を一定に離間して保つことができる。

そして、相間絶縁紙１１の連結条部１３に、連結条部１３の長尺方向に延びる山折り状の曲成部１４を形成したので、一対の相間絶縁紙本体１２，１２に互いに近づく方向の力が働いても、連結条部１３は曲がり難く、連結条部１３を半閉スロット６の開口部から飛び出し難くできる。これにより、一対の相間絶縁紙本体１２，１２を一定距離離間して保つことができる。

又、半閉スロット６に挿入された後の連結条部１３の短尺方向の幅寸法Ｗ_１を、半閉スロット６の開口部の幅寸法Ｗ_２より大きく、且つ、半閉スロット６の最大幅寸法Ｗ_３より小さくしたので、半閉スロット６に挿入された連結条部１３に曲がる作用が働いても、連結条部１３の幅方向の端部（壁部１５）が半閉スロット６の開口部側の内周面（壁）に当接し、連結条部１３の曲がりを防止できる。ここで、寸法Ｗ_１と、寸法Ｗ_２と、寸法Ｗ_３との関係を、Ｗ_２×１．１≦Ｗ_１≦Ｗ_３×０．９としたので、連結条部１３の曲がりをより防止できる。

次に、本発明の第２の実施形態を図８ないし図１１を参照して説明する。尚、上記第１の実施形態と同様な一部分には同符号を付し、その詳細な説明は省略する。
第２の実施形態の相間絶縁紙２１の連結条部２２は、連結条部１３と同材料で成っており、連結条部２２の曲成部２３は、図９に示すように、２箇所の曲成箇所２３ａ，２３ａを有した横倒しコ字状であり、図中の下側に開口部を有した形状を成している。この曲成部２３は、図８に示すように、連結条部２２の長尺方向に延びている。曲成部２３が曲成されることにより、図８，９，１０に示すように、連結条部２２の短尺方向に対向する両面には矩形状の壁部２４，２４が形成され、壁部２４，２４に挟まれた上面には、矩形状の上面部２５が形成される。又、図１０に示すように、上面部２５と絶縁紙本体１２と結合する結合部２６を繋ぐように台形の立上がり部２７が形成され、各壁部２４，２４と立上がり部２７との間には、直角三角形の背面部２８，２８が形成されている。

ここで、連結条部２２の組立てについて説明する。
まず、図１１に示す連結条部２２の折曲げ前の状態（展開状態）の材料を、結合部２６と立上がり部２７との境界線２９を中心に谷折りする。次に、曲成部２３の曲成箇所２３ａ，２３ａ、及び上面部２５と立上がり部２７との境界線３０を夫々山折りする。すると、背面部２８，２８が、立上がり部２７を挟んで結合部２６の反対側に形成される。
尚、曲成部１４が形成された連結条部２２の短尺方向の幅寸法がＷ_１となる（図９参照）。
かかる構成の相間絶縁紙２１においても、第１の実施形態の連結条部１３と同様の作用効果を得ることができる。

図１２及び図１３は本発明の参考例を示すものであり、相間絶縁紙３１の連結条部３２の材料が、上記第１及び第２の実施形態の連結条部１３，２２と異なる。即ち、第１及び第２の実施形態の連結条部１３，２２は、相間絶縁紙本体１２と同じポリアミド系の樹脂材料で構成したが、本参考例の連結条部３２は、相間絶縁紙本体１２よりも曲げ強度が大きい材料、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）で成っている。この場合、連結条部３２は平面形状を成し、連結条部３２の長尺方向の両端部が結合部３３，３３となる。この結合部３３，３３の一方の面、例えば裏面（図中の下側の面）は、溶着或いは接着により相間絶縁紙本体１２に結合される。尚、連結条部３２の短尺方向の幅寸法がＷ_１となる。

連結条部３２を半閉スロット６（図７参照）に挿入する場合には、連結条部３２の短尺方向が半閉スロット６の開口部の幅方向に対して交差する方向で連結条部３２を半閉スロット６に挿入し、挿入後に、連結条部３２の短尺方向と半閉スロット６の幅方向の向きを同じ（同心円）になるように、連結条部３２の向きを変える。

連結条部３２の連結条部３２を相間絶縁紙本体１２よりも曲げ強度が大きい材料で構成することにより、連結条部３２を曲がり難くできる。更に、連結条部１３の短尺方向の幅寸法Ｗ_１が、半閉スロット６の開口部の幅寸法Ｗ_２よりも大きいので、連結条部３２に曲がる力が加わっても、連結条部３２が半閉スロット６の開口部の半閉スロット６側の内周面（壁）に当接し、連結条部３２の曲がりを極力防止することができる。

尚、本発明は上記し且つ図面に示す実施形態に限定されず、次のような変形、拡張が可能である。
第１及び第２の実施形態の曲成部を有する連結条部は、材料の伸縮性を利用してプレス装置により、相間絶縁紙本体と一体に構成させても良い。
第１及び第２の実施形態の連結条部を半閉スロットに挿入する場合に、曲成部が固定子鉄心の内周側に位置するように挿入しても良い。
第１、第２の実施形態、及び参考例の連結条部の結合部の表面側に、相間絶縁紙本体が位置するように結合しても良い。

第１の実施形態の曲成部を、半円弧状に形成しても良い。
参考例の連結条部に、曲成部を形成しても良い。
便宜上、図中の紙面に対して手前側及び図中の上側に曲成部分が形成されるように折る場合を山折りとして、紙面に対して奥側及び図中の下側に曲成部分が形成されるように折る場合を谷折りとして説明したが、山折り、谷折りの方向を逆転しても良い。

尚、本発明の回転電機の相間絶縁紙は、半閉スロットに適用して説明したが、開放スロット（Ｗ_２とＷ_３が同じ寸法）にも適用できる。又、本発明の回転電機の相間絶縁紙は、三相コイルに適用して説明したが、三相コイル以外の複数相のコイルにも適用できる。更に、上記した構成部品の材料等についても、適宜変更することができる。

本発明の第１の実施形態を示す回転電機の相間絶縁紙の斜視図 図１のＡ−Ａ線に沿って切断して示す拡大断面図 連結条部の部分拡大斜視図 連結条部の部分拡大展開図 固定子の全体構成を概略的に示す側面図 スロットを概略的に示す部分拡大図 コイルエンド部の整形前における固定子の断面図 本発明の第２の実施形態を示す図１相当図 図８のＢ−Ｂ線に沿って切断して示す拡大断面図 図３相当図 図４相当図 本発明の参考例を示す回転電機の相間絶縁紙の分解図 図１相当図 従来の回転電機の相間絶縁紙を示す正面図

符号の説明

図面中、１は固定子、２は固定子鉄心、２ａは端部、３はＵ相コイル、３ａ，４ａ，５ａはコイルエンド部、４はＶ相コイル、５はＷ相コイル、６は半閉スロット（スロット）、１１，２１，３１は相間絶縁紙、１２は絶縁紙本体、１３，２２，３２は連結条部、１４，２３は曲成部、１５，２４は壁部、１６，２６は結合部、１７，２７は立上がり部、１８，２８は背面部を示す。

Claims (5)

1. 固定子鉄心の軸方向両端部において複数相のコイルエンド部間を絶縁可能な形状に形成された一対の相間絶縁紙本体と、
   この一対の相間絶縁紙本体を繋ぎ、前記固定子鉄心のスロット内に位置する連結条部と、を有し、
   前記連結条部は、当該連結条部の長尺方向に延びる曲成部と、当該連結条部の短尺方向の両側にあって前記曲成部を挟むように設けられた壁部と、前記曲成部と前記絶縁紙本体との間を繋ぐ立上がり部と、前記壁部と前記立上がり部との間を繋ぐ背面部と、当該連結条部の長尺方向の両端部に形成されて前記相間絶縁紙本体に結合される結合部と、を有し、
   前記曲成部と前記壁部と前記立上がり部と前記背面部と前記結合部とは、前記連結条部を折り曲げることによって一体に形成されていることを特徴とする回転電機の相間絶縁紙。
2. 連結条部の曲成部は、山折り状若しくは谷折り状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の相間絶縁紙。
3. 連結条部の曲成部は、横倒しコ字状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の相間絶縁紙。
4. 曲成部が形成された連結条部の短尺方向の寸法をＷ_１とし、固定子鉄心のスロットの開口部の幅寸法をＷ_２とし、前記スロットの最大幅寸法をＷ_３とした場合、
   Ｗ_２×１．１≦Ｗ_１≦Ｗ_３×０．９の関係を満たすことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の回転電機の相間絶縁紙。
5. 固定子鉄心と、
   この固定子鉄心に着装された複数相のコイルと、
   請求項１ないし４のいずれかに記載の相間絶縁紙とを具備したことを特徴とする回転電機の固定子。

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