JP5692168B2 - 電気機器の絶縁部材 - Google Patents

Description

本発明は、電気機器のコアとコアに巻装されるコイルを絶縁する絶縁部材に関する。

電動機、発電機等の電気機器において、コア（鉄心）とコアに巻装されるコイルの間に介在し、両者を絶縁する絶縁部材を有するものが知られている。コイルは、導線をあらかじめ所定の形状に巻回し、これをコアに装着するものが知られている。下記特許文献１には、あらかじめ所定形状に形成されたコイルに絶縁部材を取り付け、絶縁部材と共にコイルをコアに装着する技術が開示されている。この文献に記載されたコイルは、長円形（２つの半円の端同士を２本の直線で繋いだ形状、または陸上競技等のトラックの形状）に導線が巻回されて形成されている。絶縁部材は、長円両端の半円を繋ぐ二つの辺の部分にそれぞれ対応して設けられた部分と、これらを、コイルの巻回軸線方向の一端において繋ぐ部分を有し、概略コの字形を有している。コの字の横画の先端を互いに接近させるように変形させて、当該絶縁部材を先端よりコイル内周に挿入し、挿入後、コの字を広げてコイル内周に密着させることで、絶縁部材がコイルに取り付けられる。絶縁部材のコイルに挿入される先端部分に係合部１７０，１７１を設け、根元部分にヨーク絶縁部１６２を配置し、両者によりコイルを、コイルの巻回軸線方向より挟持することができる。この挟持により、コイルのスプリングバックを防止することができる（特許文献１、段落００４７等参照）。

特開２００９−１０６１１３号公報

上記特許文献においては、絶縁部材を変形させるために、絶縁部材は、長円形のコイルの半円形部分に対応する部分には設けられていない。絶縁部材が設けられていない部分があるために、コイルとコアとの絶縁を確保できない場合がある。また、コイルの、コア端面から突出している部分（コイルエンド）を小さくするために、コイルの半円形の部分を直線とし、全体としてコイルの形状を方形とした場合、コイルエンドとコアが更に接近するために、絶縁の確保はより難しくなる。また、絶縁部材をいくつかの部分に分割した場合には、分割された個々の部材の境界部分の絶縁性を確保する必要がある。

本発明は、コイルが巻回軸線方向に伸びることを防止すると共に、絶縁性も確保することを目的とする。

本発明の絶縁部材は、電気機器のコアとコアに装着されるコイルとを絶縁するため、あらかじめ成形されたコイルに、コイルの内周面全面を覆うように取り付けられ、カセットコイル方式でコイルと共にコアに装着される。絶縁部材は、二つの分割片からなる。詳細には、コイルを構成する導線が巻回される際の軸線を巻回軸線とすれば、この巻回軸線に直交する方向において、絶縁部材は、二つの分割片に分割されている。二つの分割片は、コイルがコアに装着されたときにコイルエンドとなるコイルの二つの部分にそれぞれ対応している。二つの分割片はそれぞれ、コイルエンドとなるコイルの部分を、コイルの巻回軸線方向において挟持する対をなすフランジを有している。一つの分割片に形成された対をなすフランジによってコイルを挟持することで、コイルの巻回軸線方向へのスプリングバックによる伸びを強固に押さえ込むことができる。また、対をなすフランジの一方は、分割方向とコイル巻回軸線方向の双方に直交する方向において、コイルの内径以下の寸法となっている。これにより、絶縁部材の分割片をコイル内に容易に挿入することができる。二つの分割片は、分割方向において、互いに重なり合う重複部分を有する。

一体の部材である分割片にコイルを挟持するフランジを設けたことでスプリングバック力に抗して強固にコイルを保持することができる。また、絶縁部材を分割した境界部分において、分割片同士が重なり合うようにしたことより、確実に絶縁できるようになる。

本実施形態の絶縁部材がコイルに取り付けられた状態を示す図である。 コイルを単体で示す図である。 絶縁部材を単体で示す図である。 絶縁部材の組み付け過程を説明する図である。 絶縁部材の組み付け過程を説明する図である。

以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図１は、絶縁部材１０がコイル１２に装着された状態を示す図であり、（ａ）が正面図、（ｂ）が中央断面図である。図２は、コイル１２を単体で示す図であり、（ａ）が正面図、（ｂ）が側面図である。図３は、絶縁部材１０を単体で示す図であり、（ａ）が正面図、（ｂ）が側面図である。また、以下の説明においては、コイルおよび絶縁部材がカセットコイル方式で装着される電気機器が電動機であり、内周側にロータ、外周側にステータが配置される最も一般的なインナロータ構成を有するものを想定して説明する。しかし、他の電気機器への適用を排除するものではない。例えば、外周側にロータ、内周側にステータが配置されるアウタロータ電動機、ロータとステータが回転軸線方向において対応するアキシャル電動機、さらにリニア電動機にも本発明を適用することが可能である。また、発電機、あるいは電動機と発電機の機能を併せ持つ電気機器などの他の電気機器に適用することも可能である。

コイル１２は、断面が長方形の導線１４を巻回して所定形状に形成されている。導線１４は、軸線１６を中心として、その周囲を周回するように巻回される。この軸線１６を巻回軸線１６、これが延びる方向を「巻回軸線方向」と記す。この実施形態のコイル１２においては、導線１４は略方形に、約５回巻回されている。コイル１２がコア、例えば電動機のステータコアに装着されたときには、コイル１２の内側の空間にステータコアのティース１８が位置することになる。インナロータ電動機の場合、ティース１８は、円環または円筒形状のヨークから径方向内側に向けて延びている。このティース１８が延びる方向は、巻回軸線１６の方向であり、またステータの径方向でもある。

ティース１８は、ステータの所定方向に配列されている。インナロータ電動機の場合には、円環あるいは円筒形状のステータの周方向に沿って配置される。この方向は、図１の（ａ）、図２の（ａ）において左右方向である。隣接するティース１８の間の空間はスロットと呼ばれ、このスロット内に位置するコイル１２の部分を、以下、スロット内部分２０と記す。導線１４は、スロットから出て隣のスロットまで延びる部分を有し、コイル１２のこの部分をコイルエンド２２と記す。コイルエンド２２は、ティースの配列方向に直交する方向において、ティース１８に隣接して位置する。コイル１２は、巻回軸線１６に直交する面内において、２本のスロット内部分２０と、２本のコイルエンド２２により、角の丸まった方形形状を有する。この方形形状は、ティース１８の断面形状に適合させたものである。また、ティースの形状に合わせて他の形状を採ることができる。例えば、ティースの断面形状が台形であれば、これに合わせてコイルの形状も台形とすることができる。さらに、コイルの形状はティースの形状と一致する必要はなく、例えば方形のティース断面形状に対して、陸上競技のトラックのような長円形状としてもよい。

絶縁部材１０は、絶縁性の材料、例えば樹脂で形成される。絶縁部材１０は、巻回軸線１６に直交する方向において二つの分割片２４，２６に分割されている。二つの分割片の区別が必要な場合には、第１分割片２４、第２分割片２６と記して区別する。二つの分割片２４，２６は、それぞれ対向するコイルエンド２２に対応して設けられる。したがって、絶縁部材１０を分割する方向は、各図において上下の方向であり、これは、インナロータ電動機の場合であれば、電動機の回転軸線方向に一致する。この方向を「分割方向」と記す。分割方向が、各図において一点鎖線２８で示されている。分割位置は、分割方向において、コイル１２の巻回された部分の中央付近とすることができる。しかし、分割位置は、中央からずれても良く、また、左右で異なっていてもよい。

絶縁部材１０は、コイルの内径に沿う筒状部３０と、筒状部３０の両端に位置する第１フランジ３２および第２フランジ３４を有する。筒状部３０、第１および第２フランジ３２，３４の、第１分割片２４に属する部分には符号の後に「Ａ」を付し、第２分割片２６に属する部分には「Ｂ」を付してこれらを区別する。

筒状部３０は、コイル１２の内周面の全面を覆い、コイル１２とティース１８の間に介在してこれらを絶縁している。筒状部３０の外周面は、コイル１２の内周面に沿う形状となっている。また、筒状部３０の内周面は、ティース１８の外周面に沿う形状になっている。第１フランジ３２は、コイル１２の巻回軸線方向の一端に当接している。この実施形態では、第１フランジ３２は、筒状部３０の全周にわたって設けられ、二つのスロット内部分２０および二つのコイルエンド２２の全てにほぼ当接している。一方、第２フランジ３４は、筒状部３０の、分割方向において両端のみに設けられ、側方には設けられていない。よって、第２フランジ３４は、コイルエンド２２にのみ当接している。第２フランジ３４の、分割方向と巻回軸線方向の双方に直交する方向（図２の（ａ）において左右方向）における寸法ｗは、同じ方向のコイル１２の内径寸法以下である。以下、分割方向と巻回軸線方向の双方に直交する方向を「横断方向」と記す。前述のように、筒状部３０の外周面はコイル１２の内周面に沿うものであるから、筒状部３０の横断方向の寸法も、コイル１２の内径寸法以下であることが分かる。よって、絶縁部材１０の、コイル１２の内側に挿入される部分の横断方向の寸法は、コイル１２内径の横断方向の寸法以下となっている。

第２フランジ３４の横断方向の幅ｗを、同方向のコイル１２の内径より小さくしたことで、導線１４を巻回してコイル１２を形成した後に、コイル１２の内側部分に分割片２４，２６を挿入することが可能となる。

図１に示すように、絶縁部材１０の筒状部３０をコイル１２の内周面に沿わせて配置すると、第１フランジ３２と第２フランジ３４が、巻回軸線方向においてコイル１２を挟持する。つまり、第１分割片２４の第１フランジ３２Ａと第２フランジ３４Ａが図１中、上側のコイルエンド２２を挟持し、第２分割片２６の第１フランジ３２Ｂと第２フランジ３４Ｂが図１中、下側のコイルエンド２２を挟持する。この挟持により、コイル１２が巻回軸線方向に伸びようとするスプリングバック力に抗して、コイル１２を保持することができる。二つの分割片２４，２６は、それぞれ一体に形成された部材であり、例えばいくつかの部材を組み合わせて形成された場合に比して、巻回軸線方向に関して、より強固にコイル１２を保持することができる。

第１および第２分割片２４，２６は、コイルエンド２２の内側、つまりコアに装着された際、コイルエンド２２とティース１８の間に位置する中央部分３６Ａ，３６Ｂを有する。さらに、第１および第２分割片２４，２６は、中央部分３６Ａ，３６Ｂの横断方向両端から、相手側の分割片に向けて延びる側方板３８Ａ，３８Ｂを有する。側方板３８Ａ，３８Ｂは、コアに装着されたときには、コイルのスロット内部分２０とティース１８の間に位置する。第１分割片２４の中央部分３６Ａと二つの側方板３８Ａにより、筒状部３０を縦割りにした半分である半筒が形成される。同様に、第２分割片２６の中央部分３６Ｂと二つの側方板３８Ｂにより半筒が形成される。側方板３８Ａ，３８Ｂは、コアに装着された状態において、それら先端が互いに重なり合っている。つまり、二つの分割片２４，２６は、分割方向において、互いに重なり合う重複部分４０を有する。重複部分４０を設けることにより、スロット内において、絶縁部材１０がコイル１２とティース１８の間を確実に分断して絶縁が確保される。

次に、絶縁部材１０のコイル１２への取り付けについて説明する。図４は、第１分割片２４の取り付け工程を説明する図であり、（ａ）正面図、（ｂ）が側面図、（ｃ）が中央断面図である。二つの分割片２４，２６のうち、第１分割片２４を、まず取り付ける。第１分割片２４は、図に示す矢印の軌跡に沿って移動されてコイル１２に取り付けられる。第１分割片２４を、第２フランジ３４Ａが設けられた側からコイル１２の内側空間に挿入する。このとき、第２フランジ３４Ａがコイル１２に当たらないよう、取り付け後の位置より図中やや下方にずらした状態で挿入する。前述のように、筒状部３０および第２フランジ３４Ａの横断方向の寸法は、コイル１２の内径寸法以下であるので、第１分割片２４を変形させることなく、コイル１２の内側に挿入することができる。挿入後、図中上側のコイルエンド２２に向けて移動させコイルエンド２２に取り付ける。コイルエンド２２に取り付けられた第１分割片２４は、第１および第２フランジ３２Ａ，３４Ａによりコイルエンド２２を巻回軸線方向より挟持する。

図５は、第２分割片２６の取り付け工程を説明する図であり、（ａ）正面図、（ｂ）が側面図、（ｃ）が中央断面図である。第１分割片２４がコイル１２に取り付けられた後、第２分割片２６が取り付けられる。第２分割片２６は、図に示す矢印の軌跡に沿って移動されてコイル１２に取り付けられる。第２分割片２６を、第２フランジ３４Ｂが設けられた側からコイル１２の内側空間に挿入する。このとき、第２フランジ３４Ｂがコイルに当たらないよう、取り付け後の位置より図中やや上方にずらした状態で挿入する。挿入後、図中下側のコイルエンド２２に向けて移動させコイルエンド２２に取り付ける。コイルエンド２２に取り付けられた第２分割片２６は、第１および第２フランジ３２Ｂ，３４Ｂによりコイルエンド２２を巻回軸線方向より挟持する。また、二つの分割片２４，２６の側方板３８Ａ，３８Ｂは、その先端において重なり合う。

第１および第２分割片２４，２６の側方板３８Ａ，３８Ｂの厚さは、重複部分４０の寸法ｋに寸法ｍを加えた範囲で重複部分４０の厚さと同じとなっている。これにより、第２分割片２６を挿入したときに、第２分割片２６の側方板３８Ｂが、第１分割片２４の側方板３８Ａに押され、変形することが防止される。側方板３８Ｂについて、若干の変形が許容されるのであれば、側方板３８Ａ，３８Ｂを薄くするのは、重複部分４０の範囲ｋに寸法誤差を考慮した余裕を加えた範囲に限定してもよい。

１０ 絶縁部材、１２ コイル、１６ 巻回軸線、１８ ティース、２２ コイルエンド、２４ 第１分割片、２６ 第２分割片、２８ 分割方向を示す線、３０ 筒状部、３２（３２Ａ，３２Ｂ） 第１フランジ、３４（３４Ａ，３４Ｂ） 第２フランジ、３６Ａ，３６Ｂ 中央部分、３８Ａ，３８Ｂ 側方板、４０ 重複部分。

Claims (1)

1. 電気機器のコアとコイルを絶縁し、コイルの内周面全面を覆うように取り付けられた状態でコイルと共にコアに装着される絶縁部材であって、
   絶縁部材は、コイルの巻回軸線に直交する方向である分割方向において、コイルがコアに装着されたときコイルエンドとなる二つの部分に対応して二つの分割片に分割され、
   二つの分割片はそれぞれ、コイルエンドとなるコイルの部分を、コイルの巻回軸線方向において挟持する対をなすフランジを有し、
   対をなすフランジの一方は、分割方向とコイルの巻回軸線方向のそれぞれに直交する方向において、コイル内径以下の寸法であり、
   二つの分割片は、分割方向において、互いに重なり合う重複部分を有する、
   電気機器の絶縁部材。

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