JP5617566B2 - 回転電機と回転電機の固定子 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機に関わり、特に回転電機の固定子に装着される絶縁ボビンの構造に関わるものである。

回転電機は固定子と回転子から構成されている。固定子の固定子鉄心にはコイルが巻装される。コイルと固定子鉄心を絶縁するために、絶縁樹脂材料を用いた絶縁ボビンを固定子鉄心の軸方向両側から挿入するという手法が取られている。絶縁ボビンには、スロットの側面側から見たとき、端部が軸方向に対し、垂直であるものが用いられている。

特許文献１と特許文献２には絶縁ボビンの構造に関する発明が記載されている。これらの文献が開示する絶縁ボビンには、固定子鉄心に絶縁ボビンを取り付ける際の組立て性を考慮して、スロットの側面部の長さを径方向位置で変化させることにより挿入しやすくする工夫がなされている。

しかしながら、上下の絶縁ボビンのスロット側面部の端部における傾斜を同一の向きに設けると、ティース部の側面半径方向内側と半径方向外側で鉄心の露出部の長さが異なるため、絶縁性能が低い。また、軸長の短い固定子鉄心では絶縁ボビンの挿入後、巻線を施すまでに固定子鉄心から絶縁ボビンが浮き上がり、固定子鉄心から絶縁ボビンが脱落することが想定される。

特開２００１−２８６０８４号公報 特開２００８−２０６３１８号公報

この発明は以上のような課題を解決するために成されたもので、絶縁ボビンと固定子鉄心の組み立て性を向上することを目的としている。

本発明に係る回転電機は、コイルが巻装されたコア片が円筒形状に複数個配列されてなる固定子と、固定子の内側に間隔を介在して配設された回転子とを備えている。固定子のコア片には付き合わされた一対の絶縁ボビンが装着されており、一対の絶縁ボビンは、コア片のバックヨーク側からシュー側にかけて斜めにカットされ連続的に高さが増加する第１の傾斜部を有する第１の側面部と、第１の側面部と対向配置され、コア片のバックヨーク側からシュー側にかけて斜めにカットされ連続的に高さが減少する第２の傾斜部を有する第２の側面部とを備え、絶縁ボビンを第１の側面部の側面又は第２の側面部の側面に垂直な方向から見たときに、第１の傾斜部の斜辺と第２の傾斜部の斜辺とが互いに交差するものである。

この発明に係る絶縁ボビンは、コア片のバックヨーク側からシュー側にかけて斜めにカットされ連続的に高さが増加する第１の傾斜部を有する第１の側面部と、第１の側面部と対向配置され、コア片のバックヨーク側からシュー側にかけて斜めにカットされ連続的に高さが減少する第２の傾斜部を有する第２の側面部とを備え、絶縁ボビンを第１の側面部の側面又は第２の側面部の側面に垂直な方向から見たときに、第１の傾斜部の斜辺と第２の傾斜部の斜辺とが互いに交差するので、絶縁ボビンと固定子鉄心の組み立て性を向上することができる。

本発明にかかわる回転電機の概略構成を示す正面断面図（ａ）と側面断面図（ｂ）である。 実施の形態における絶縁ボビンが装着されたコア片の形態を示す平面図である。 実施の形態における絶縁ボビンの構造を示す斜視図である。 実施の形態における絶縁ボビンを上下に組み合わせた状態を示す側面図である。 実施の形態における絶縁ボビンの構造を示す側面図である。 絶縁ボビンの寸法関係を表す式である。

実施の形態
実施の形態を図１〜図６に基づいて説明する。図１（ａ）は回転電機の概略断面構成を表す正面図、図１（ｂ）は回転電機の概略断面構成を表す側面図である。インナーロータ型の回転電機１は、中空状の固定子２と、固定子２の中空部に、間隔を介在して配設された回転子３と、固定子２と回転子３を収容する円筒状のフレーム４から構成されている。固定子２は、磁性材料からなる円筒形状の固定子鉄心（ステータコア）５と、巻き線から形成された複数のコイル６から構成されている。この図では固定子鉄心５に９個のコイル６が取り付けられている。回転子３は金属製の回転子シャフト７と、回転子シャフトの周囲に配設される回転子連結材８から構成されている。回転子３は、コイル６に電流を流して固定子２を励磁するに伴い回転を始める。

図２は絶縁ボビンが装着されたコア片の形態を示す平面図である。コア片５ａは固定子鉄心の一部を指し、コア片５ａを円筒形状に複数個配列したものが固定子鉄心である。コア片５ａはＴ字状の形態を有していて、それぞれにコイルが巻装される。固定子鉄心を得る場合には、Ｔ字状に打ち抜かれた磁極ティースを積層し、円筒形状にろう付け等で連結する場合と、円環状に打ち抜かれた磁極片を積層する場合とがある。

コア片５ａはバックヨーク部２１とティース部２２とシュー部２３から構成されている。ティース部２２は半径方向に延在していて、樹脂製の絶縁ボビン１０が嵌合されている。各々のコア片５ａには２個の絶縁ボビン１０が付き合わされた状態で装着されている。コア片５ａの上側に嵌合しているものを第１の絶縁ボビン１０ａ、コア片５ａの下側に嵌合しているものを第２の絶縁ボビン１０ｂとすると、第１の絶縁ボビン１０ａと第２の絶縁ボビン１０ｂは対をなしている。固定子巻線は絶縁ボビン１０を介して施される。絶縁ボビン１０は、バックヨーク部２１に係合するバックヨーク部１１と、固定子巻線が巻装されるコイル巻き付け部１３と、固定子の内周縁に沿ってコイル巻き付け部に取り付けられる鍔部１２とから構成されている。

図３は本発明による回転電機の固定子に適用される絶縁ボビン１０の構造を示す斜視図である。コア片のティース部の両側に対応するようにスロット側面部が設けられ、夫々、第１スロット側面部１５、第２スロット側面部１６とする。第１スロット側面部１５と第２スロット側面部１６は対向配置されており、固定子巻線の巻き付けスロットを形成する。コイル巻き付け部１３は、コイルエンド部１４、第１スロット側面部１５、第１スロット側面部１５、コーナー部１７からなっている。コイル巻き付け部１３は、矩形枠体の形状とされ、その下面が固定子鉄心を構成する断面矩形状のティース部に嵌め込まれる。コイルエンド部１４には固定子巻線の端部が位置する。

コーナー部１７は２箇所設けられ、板状のコイルエンド部１４とスロット側面部１５、１６とを滑らかに接続している。本実施の形態では絶縁ボビン１０を半径方向外周側から絶縁ボビン１０に当接する固定子鉄心の端面を上として見たときに左側を第１スロット側面部１５、右側を第２スロット側面部１６として説明するが、右側を第１スロット側面部、左側を第２スロット側面部としてもよい。スロット側面部１５、１６の端部は回転軸に垂直な平面に対して平行でない傾斜部１５ａ、１６ａを有している。第１スロット側面部１５における傾斜部１５ａの角度と第２スロット側面部１６における傾斜部１６ａの向きは逆となっている。

すなわち、一対の絶縁ボビン１０は、コア片のバックヨーク側からシュー側にかけて斜めにカットされ連続的に高さが増加する第１の側面部と、第１の側面部と対向配置され、コア片のバックヨーク側からシュー側にかけて斜めにカットされ連続的に高さが減少する第２の側面部を、ともに有している。

図４は第１の絶縁ボビン１０ａと第２の絶縁ボビン１０ｂが組み合わされた状態を表す側面図である。第１の絶縁ボビン１０ａと第２の絶縁ボビン１０ｂのコイル巻きつけ部１３の形状寸法は同一となっている。Ｌｃは挿入されるコア片の厚みを表している。第１スロット側面部１５の傾斜部１５ａと第２スロット側面部１６の傾斜部１６ａは相対峙していて、両者の間には隙間Ｌｔが存在する。隙間Ｌｔは回転軸からの半径方向の位置に係わらず略一定である。これにより、固定子巻線と鉄芯が近接することを防止し、固定子巻線と固定子鉄心間の絶縁性能をより向上させることができる。また第１の絶縁ボビン１０ａと第２の絶縁ボビン１０ｂの間から露出する固定子鉄心の回転軸方向の長さを短くすることができるので絶縁性能を向上させることができる。コア片の厚みＬｃには誤差が存在するが、隙間Ｌｔが変化するので吸収される。

コイル巻き付け部１３に巻装される固定子巻線１９は、上面のコイルエンド部１４から端部に接続されたコーナー部１７にて折り曲げられて、第１スロット側面部１５に巻き付けられ、ティース部の反対側の位置に嵌め込まれた下半分の第２の絶縁ボビン１０ｂを経由して、先の面とは反対側の第２スロット側面部に戻ってきて、コーナー部１７にて折り曲げられて、上面のコイルエンド部１４に巻きつけられることによって、１周目の巻線が形成される。以降、所要の回数分、巻き付けが繰り返されて、所要の巻数の固定子巻線が得られる。

本実施の形態においては、第１の絶縁ボビン１０ａと第２の絶縁ボビン１０ｂの形状を同一としている。固定子巻線の巻始め線や巻き終り線を保持するためなどの理由により、第１の絶縁ボビン１０ａと第２の絶縁ボビン１０ｂのバックヨーク部１１の形状を変化させても同様の効果を得ることができる。また、第１の絶縁ボビン１０ａと第２の絶縁ボビン１０ｂを同一形状とする場合、金型費の削減や生産効率を向上させることが可能となる。

回転電機の出力を変化させるために固定子鉄心５の積層厚みを変化させることがある。このとき、第１の絶縁ボビン１０ａの形状を同一とし、第２の絶縁ボビン１０ｂのスロット側面部１５、１６の長さを固定子鉄心５の積層厚みの変化に応じて変化させることにより対応することも可能である。このようにすれば絶縁ボビン１０の種類を減らすことが可能となり、積層厚みの変化に応じて専用の絶縁ボビン１０を製作することに比べ、金型費の削減や生産効率を向上させることが可能となる。

図５は絶縁ボビン１０の側面図を示す。この図に基づいて、固定子鉄心への絶縁ボビン１０の挿入方法について記載する。本発明における絶縁ボビン１０を用いることにより、コア片のティース部２２の中心軸と絶縁ボビンのスロット側面部１５、１６の中心面を傾けることにより第１スロット側面部１５の内径側と第２スロット側面部１６の外径側を固定子鉄心５に対して空隙を設けて挿入することが可能である。

絶縁ボビンの挿入方向は上から下とする。第１スロット側面部の半径方向内側挿入長さＬ1iは第２スロット側面部の半径方向内側挿入長さＬ2iより長い。第１スロット側面部１５の最下部と第２スロット側面部１６の最下部が固定子鉄心の上面より下に挿入された後、徐々にスロット側面部の中心面がティース部２２の中心面と重なるよう傾きを変えることで容易に挿入することが可能である。このとき、スロット側面部１５、１６の端部全体を略直線状に構成することでより滑らかに挿入することが可能となる。

絶縁ボビン１０は固定子鉄心に対して嵌合により固定されている。絶縁ボビン１０が取り付けられた後、固定子巻線工程まで搬送される過程の振動などにより、絶縁ボビン１０が固定子に対して浮き上がることがある。絶縁ボビン１０の浮き上がりが生じても固定子巻線工程の手前で絶縁ボビン１０を固定子鉄心に対して押し付けることにより正常な取り付け位置に戻すことが可能である。

第１スロット側面部１５と第２スロット側面部１６がともに固定子鉄心のティース部に接している場合は絶縁ボビン１０が固定子鉄心から離脱することはない。第１スロット側面部１５または第２スロット側面部１６のいずれかがティース部から離れた場合に、絶縁ボビン１０は固定子鉄心５から離脱する。絶縁ボビン１０が完全に固定子鉄心から離脱した場合、容易に正常な位置に戻すことはできない。

第１スロット側面部１５または第２スロット側面部１６のいずれかがティース部から離れる条件は、第１スロット側面部の半径方向内側挿入長さＬ1iと第１スロット側面部の半径方向外側挿入長さＬ1oの最大値、または第２スロット側面部の半径方向内側挿入長さＬ2iと第２スロット側面部の半径方向外側挿入長さＬ2oの最大値のいずれかより絶縁ボビン１０が固定子鉄心に対し、浮き上がった場合である。

以上の内容を図６に示した数式を用いて説明する。本実施の形態における絶縁ボビン１０は（式１）であり、（式２）を満足することができる。これに対し、スロット側面部の端部が固定子鉄心の軸に垂直である絶縁ボビンでは、（式３）かつ（式４）であることから（式２）を満たすことができない。よって、本実施の形態における絶縁ボビン１０はスロット側面部の端部が固定子鉄心の軸に垂直である絶縁ボビンに比べ許容可能な浮き上がり高さを大きくすることが可能であり、生産性の向上に効果がある。

１０ 絶縁ボビン、１１ バックヨーク部、１２ 鍔部、１３ コイル巻き付け部

Claims (5)

1. コイルが巻装されたコア片が円筒形状に複数個配列されてなる固定子と、前記固定子の内側に間隔を介在して配設された回転子とを備えている回転電機において、
   前記固定子のコア片には付き合わされた一対の絶縁ボビンが装着されており、
   前記一対の絶縁ボビンは、前記コア片のバックヨーク側からシュー側にかけて斜めにカットされ連続的に高さが増加する第１の傾斜部を有する第１の側面部と、前記第１の側面部と対向配置され、前記コア片のバックヨーク側からシュー側にかけて斜めにカットされ連続的に高さが減少する第２の傾斜部を有する第２の側面部とを備え、
   前記絶縁ボビンを前記第１の側面部の側面又は前記第２の側面部の側面に垂直な方向から見たときに、前記第１の傾斜部の斜辺と前記第２の傾斜部の斜辺とが互いに交差すること
   を特徴とする回転電機。
2. 一対の絶縁ボビンは、同じ寸法形状を有していることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. コア片の厚みが、一対の絶縁ボビンがなす内側高さよりも厚く、片側の絶縁ボビンの第１の側面部と別側の絶縁ボビンの第２の側面部のなす間隔が一定であることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
4. 第１の側面部と第２の側面部は、滑らかなコーナー部を介して板状のコイルエンド部と接続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。
5. コイルが巻装されたコア片が円筒形状に複数個配列されてなる回転電機の固定子において、
   前記コア片には付き合わされた一対の絶縁ボビンが装着されており、
   前記一対の絶縁ボビンは、前記コア片のバックヨーク側からシュー側にかけて斜めにカットされ連続的に高さが増加する第１の傾斜部を有する第１の側面部と、前記第１の側面部と対向配置され、前記コア片のバックヨーク側からシュー側にかけて斜めにカットされ連続的に高さが減少する第２の傾斜部を有する第２の側面部とを備え、
   前記絶縁ボビンを前記第１の側面部の側面又は前記第２の側面部の側面に垂直な方向から見たときに、前記第１の傾斜部の斜辺と前記第２の傾斜部の斜辺とが互いに交差すること
   を特徴とする回転電機の固定子。

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