JP5870003B2 - 回転電機の絶縁構造及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機の絶縁構造に関し、特に固定子の絶縁構造及びその製造方法に関するものである。

モータやオルタネータなどの回転電機は、回転子と、固定子と、それらを覆うハウジングなどから構成されている。回転電機を構成する部材のうち固定子は、軟磁性材料による鉄心と、鉄心に巻き付けられた電線と、鉄心と電線の間を絶縁する絶縁体などから構成される固定子ティースが複数個周方向に配置されて構成されている。固定子の電線には大容量の電流が通電されるため、絶縁体には絶縁性が求められるとともに、回転電機の性能を維持するため、鉄心形状を保持できるように強度も求められる。

絶縁体としては、一般に絶縁紙や絶縁性の樹脂材料を射出成形したものが用いられている。射出成形により得られる絶縁体は、鉄心の寸法に合わせて所望の形状を精度良く得ることができるため、電線の巻線や固定子の固定などの点で有効である。
しかし、射出成形には金型が必須であるため、鉄心の形状変更に伴って射出成形用の金型も形状変更する必要があり、形状の変更自由度が低く、製造コストが増加することが問題であった。
上記の問題を解決する技術として、鉄心の周囲に絶縁性のフィルムを加圧成形する例が特許文献１により開示されている。特許文献１は、圧縮成型したフィルムにより、コイル巻き付け部と鍔部を構成し、これらを組み合わせることで、鉄心−電線間の絶縁を確保し、鉄心の端部に配置される鍔部により鉄心とフィルムの形状を保持した回転電機の絶縁構造に関するものであり、絶縁体の形状変更が容易な構造である。

特開２００６−３１１７０６号公報

しかしながら、上記特許文献１の絶縁構造は、鍔部の存在を前提として、コイル巻き付け部を可能な限り薄くすることを課題としており、コイル巻き付け部単体では、鉄心形状を保持できず、固定子ティースの磁気性能に大きな影響を与えることから、鍔部を必要とするものであり、製造コストの低減に限界が生じることが問題となる。
すなわち、鉄心は軟磁性材料の板材を積層することにより構成されているが、各板材が切断加工時の変形等により板ばね状になっているため、積み厚方向に加圧して、板材間の隙間を低減し、占積率、すなわち、鉄心の見かけの体積と、軟磁性材料の板材の実体積との比を確保する必要がある。

特許文献１の絶縁構造では、鍔部を鉄心形状に合わせた寸法とすることで、鍔部により鉄心を積み厚方向に加圧して保持することが可能であるが、コイル巻き付け部を構成するフィルム部は強度が低いため、単独では鉄心を加圧した状態を保持できず、鉄心の中央部分が膨らんだ状態になってしまう。
中央部分の膨らんだ鉄心は軟磁性材料内部に生じる応力が増加するため、占積率の低下に伴い、鉄損が増加して回転電機の効率が低下する。
さらに、フィルムの圧縮成形する際には鉄心形状に合わせた加圧治具が必要であるため、製造コストが増加する。

本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであって、任意形状で、占積率の高い固定子ティースを金型レスで製造することができる回転電機の絶縁構造及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明による回転電機の絶縁構造は、固定子と、回転子とを有するアキシャルギャップ型の回転電機の絶縁構造において、前記固定子を構成する固定子ティースは、径方向を積み厚方向として軟磁性材料の板材を積層して構成する鉄心と、前記鉄心の周囲に配置される電線と、前記鉄心と前記電線の間に配置される絶縁体とを備え、前記絶縁体は、伸縮性のある部材で構成されており、伸張した状態で前記鉄心の周囲に装着されており、前記鉄心を構成する軟磁性材料の板材を前記積み厚方向に加圧する引張強度を備えていることを特徴とする。

上記課題を解決するため、本発明による別の回転電機の絶縁構造は、固定子と、回転子とを有するアキシャルギャップ型の回転電機の絶縁構造において、前記固定子を構成する固定子ティースは、径方向を積み厚方向として軟磁性材料の板材を積層してなる鉄心と、前記鉄心の周囲に配置される電線と、前記鉄心と前記電線の間に配置される絶縁体とを備え、前記絶縁体は、曲げ強度１０〜２０００ＭＰａの弾性体で構成されており、前記軟磁性材料の板材の幅方向に拡張した状態で前記鉄心の周囲に装着されており、前記鉄心を構成する軟磁性材料の板材を前記積み厚方向に加圧する曲げ強度を備えていることを特徴とする。

上記課題を解決するため、本発明により回転電機の絶縁構造の製造方法は、固定子ティースを有する回転電機の絶縁構造の製造方法であって、径方向を積み厚方向として軟磁性材料の板材を積層して構成した鉄心を該積み厚方向に加圧して把持する第１の工程と、前記鉄心の周囲に伸縮性の絶縁体を配置する第２の工程と、前記絶縁体を前記鉄心の周囲に固定する第３の工程とを有し、前記第２の工程では、分割された前記絶縁体を複数回に分けて配置することを特徴とする。

本発明によれば、鉄心の周囲を伸縮性または弾性の絶縁体で覆うことにより、任意形状で、占積率の高い固定子ティースを金型レスで作製でき、回転電機の絶縁構造を低コストで得ることができる。

本発明の実施例１に関わるアキシャルギャップ型の回転電機の構成を示した図である。 本発明の実施例１に関わるアキシャルギャップ型の回転電機の固定子ティースの構成を示した図である。 本発明の実施例１に関わる鉄心と絶縁体の形態１を示した図である。 本発明の実施例１に関わる鉄心と絶縁体の形態２を示した図である。 本発明の実施例１に関わる鉄心と絶縁体の形態３を示した図である。 本発明の実施例１に関わる鉄心と絶縁体の形態４を示した図である。 本発明の実施例１に関わる絶縁体の圧縮力を示した図である。 本発明の実施例１に関わる鉄心と絶縁体の形態５を示した図である。 本発明の実施例１に関わる鉄心と絶縁体の構成を示した図である。 本発明の実施例１に関わる形態１の回転電機の製造方法を示した図である。 本発明の実施例１に関わる形態２の回転電機の製造方法を示した図である。 本発明の実施例１に関わる形態３の回転電機の製造方法を示した図である。 本発明の実施例１に関わる形態４の回転電機の製造方法を示した図である。 本発明の実施例１に関わる形態５の回転電機の製造方法を示した図である。 本発明の実施例２に関わる鉄心と絶縁体の形態１を示した図である。 本発明の実施例２に関わる絶縁体の圧縮力を示した図である。 本発明の実施例２に関わる鉄心と絶縁体の形態２を示した図である。 本発明の実施例２に関わる鉄心と絶縁体の形態３を示した図である。

以下、本発明の実施形態の例について、アキシャルギャップ型の回転電機を例にとって図面を参照しながら説明するが、鉄心と電線の間に絶縁体を有する回転電機であればアキシャルギャップ型に限定されるものではない。

［実施例１］
図１〜９を用いて、本発明の絶縁構造を用いた固定子ティースの構造の実施例１を説明する。
図１は、本実施例による絶縁構造を用いたアキシャルギャップ型の回転電機の構造について説明した図である。アキシャルギャップ型の回転電機１０は、磁石２０が円板状の部材２１上に円周方向に複数個配置された回転子５０と、鉄心３１に絶縁体３２を介して巻装された電線３３とからなる固定子ティース３０が円周方向に複数個配置された固定子６０と、回転子５０と固定子６０とを同心円上に配置するための回転軸７０と、それらを格納するハウジング８０とを有している。なお、磁石２０は電磁石に置き換えることも可能である。

固定子ティース３０は通電により励磁され、磁石２０と固定子ティース３０との間に引力を生じさせ、異なる固定子ティース３０を連続して励磁させることにより回転子５０と固定子６０の間に回転運動を発現させる。固定子６０は、複数個の固定子ティース３０により構成されるため、各固定子ティース３０には個別にブロック状の鉄心３１が設けられ、各鉄心３１の周囲に絶縁体３２と電線３３が配置される。

図２は、本実施例における固定子ティースの構造について説明した図である。固定子ティース３０は、鉄心３１と、絶縁体３２と、電線３３とから構成されている。絶縁体３２は、鉄心３１と電線３３との絶縁を確保するために鉄心３１の周囲に配置され、絶縁体３２の周囲には電線３３が巻き付けられている。鉄心３１は、電磁鋼板、アモルファス金属またはパーメンジュールなどの板状の軟磁性材料からなり、図２の例では、上面からみて台形状の端面が形成されるよう、順次幅が広くなる軟磁性材料の板材を積層することにより形成される。
なお、図２において、上向きの矢印は回転電機の軸長方向を示し、これに直交する矢印は、鉄心３１を構成する軟磁性材料からなる板材の積み厚方向を示す。これは、後述する図３〜図６、図８、図９でも同様である。

各板材は、軟磁性材料製の薄板を切断加工する際に生じる切り口の変形、残留応力により板ばね状になっており、これらを単に積み重ねた状態では、各板材間に軸長方向の間隙が発生することになる。
一方、電線３３には、銅やアルミなどを母材とした断面略円形または断面略矩形の単線または撚り線が用いられており、絶縁体３２を介して鉄心３１に電線３３を巻き付ける際、鉄心３１を構成する軟磁性材料の板材を積み厚方向に加圧し、板材間に発生する間隙が押し縮められた状態に保持することで、設計上目標とする占積率を得る必要がある。

図３は、これを実現するための第１実施例の形態１を示しており、固定子ティースを構成する鉄心及び絶縁体の構造を説明した図である。
この実施例では、絶縁体３２は、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、合成ゴムなどを基材としたもので、伸縮性を有し、引張強度１０〜２００ＭＰａの絶縁性テープからなる。
絶縁性テープを用いた絶縁構造は、積み厚方向に加圧した状態で把持された鉄心３１の周囲に絶縁体３２を１周以上巻き付け、絶縁体３２同士を端部で接着、融着または溶着して固定することにより得られる。

絶縁体３２を構成する絶縁性テープは、引張強度１０〜２００ＭＰａを有しているため、巻始め端を、積み厚方向に加圧された鉄心３１に固定した状態で、テープ巻き付け装置により、所定のテンションを維持しながら全周に沿って巻き付けた後、両端部が固定される。これにより、鉄心３１に対して加えていた積み厚方向の加圧力を保持して、軟磁性材料の板材の占積率を設計上の目標値に保持することができる。
絶縁性テープの引張強度、そして、巻き付け時に絶縁性テープに加えるテンションは、設計上目標とする占積率を得るのに必要な圧縮応力を維持する観点で選択され、軟磁性材料の材質、板材の一枚毎の大きさ、厚さ、積み厚等に応じて最適値が選択される。
例えば、絶縁性テープを２重に巻き付ける際は、絶縁性テープ自体の引張強度は、必要な圧縮応力の半分程度とすればよい。

また、絶縁体３２の固定は、粘着面を有する絶縁体を用いて粘着面で接着させる方式、自己融着性を有する絶縁体を用いて融着させる方式、または絶縁体の端面をレーザ等で溶かして溶着させる方式などが挙げられる。
図３の形態では、例えば、鉄心３１の軸長方向で半分以下となる上半部を把持具により把持するとともに積み厚方向に加圧することで、把持していない下半部においても、板材間の間隙が設計上の占積率を満たすようにして、把持具に干渉しない下側部分に絶縁性テープ３２ａを巻き付ける。下側部分を絶縁性テープ３２ａで巻き付けることにより、把持を解除した状態でも鉄心３１の下側部分が圧縮された状態に保持されるので、この状態で、鉄心３１の上側部分に絶縁性テープ３２ｂを巻き付ける。
したがって、この形態１では、絶縁体３２を構成する絶縁性テープ３２ａ、３２ｂは、鉄心３１の軸長方向に複数個に分割された構造となる。

図４に形態２として示すように、鉄心３１の軸長方向の両端部を把持して積み厚方向に加圧する場合は、把持部材が干渉しない鉄心３１の中心部分に絶縁性テープ３２ａが巻き付けられた後、両端部の把持を解除して、鉄心３１の軸長方向両端部側に絶縁性テープ３２ｂがそれぞれ巻き付けられるため３分割となる。

図５は、本実施例のさらに別の形態を示しており、固定子ティースの鉄心及び絶縁体の形態３について説明した図である。
絶縁体３２は、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、合成ゴムなどを基材とした引張強度１０〜２００ＭＰａの絶縁性テープからなる。この絶縁性テープを用いた絶縁構造は、絶縁性テープを巻き始める際に、絶縁性テープが干渉しない位置で、把持部材等により積み厚方向に把持して鉄心３１を加圧する。そして、把持部材の加圧箇所を軸長方向にシフトさせながら、絶縁体３２としての絶縁性テープをその幅方向端面が互いに接するように、鉄心３１の周囲にらせん状に巻き付け、巻き始め部及び巻き終わり部の絶縁体３２同士を接着、融着または溶着して固定することにより得られる。この形態によれば、図３のように絶縁体３２が分割されることなく鉄心３１の周囲に配置することが可能となる。

図６は本実施例の形態４を示しており、絶縁性テープをらせん状に巻き付ける際、その幅方向両端部が一部重なるようにしたものである。
図３及び図５で示した形態のように絶縁体３２を鉄心３１の軸長方向に重ねることなく配置すると、回転電機の型式によっては、絶縁体３２同士の隙間に電線３３が配置されたときに、鉄心３１と電線３３が接触し絶縁が確保できないケースが発生する場合がある。
このような場合、図６に示すように、絶縁性テープの幅方向両端部が一部重なるようにすることで、絶縁性テープの厚さを確保でき、鉄心３１と電線３３との接触を防止することできる。

図７は、実施例１の絶縁体により発現する鉄心の圧縮力について説明した図である。
上述の基材を用いた絶縁体３２は、所望の伸縮性と引張強度を有するため、絶縁体３２を鉄心３１の周囲に巻き付つけることにより、絶縁体３２が収縮しようとする力で鉄心３１を加圧することが可能である。
接着、融着または溶着して固定された絶縁性テープは、鉄心３１の積み厚方向に膨らもうとする力と、絶縁体３２がこれに抗して収縮しようとする力の釣り合いの位置で安定し、鉄心３１を構成する軟磁性材料の板材を積み厚方向に加圧しながら鉄心形状を保持することができる。

釣り合いの位置で安定した状態での鉄心３１の見かけの体積と実体積との比が占積率となり、鉄心３１を加圧するほど見かけの体積に対する実体積の割合が増加して占積率が増加し、鉄心３１を隙間なく加圧した位置で釣り合った場合には占積率が１００％となる。
この釣り合いの位置は、絶縁体３２の材質、厚さ、そして、巻き付ける周回数、さらには、巻き付け時に絶縁性テープに加えるテンションを変更することにより調整できる。
発現する圧縮力は、引張強度の高い材料ほど、そして、テンションが強いほど高くなり、また、絶縁性テープの厚さと巻き付ける周回数の積、すなわち絶縁体３２の総厚に比例する。例えば、厚さ０．０５ｍｍの軟磁性材料を４５ｍｍ分積層した最小幅１０ｍｍ、最大幅２０ｍｍ、軸長１００ｍｍの鉄心の場合、占積率９０％となる積み厚５０ｍｍに圧縮したときに１００ＭＰａ程度の力で膨らもうとするため、ポリイミドを基材とした厚さ０．０８ｍｍの絶縁性テープを２周巻き付けることにより１００ＭＰａの圧縮力が生じさせ、積み厚５０ｍｍの鉄心を得ることが可能である。

図８は、本実施例の形態５を示しており、断面中空の伸縮性のある絶縁体を用いた場合の固定子ティースの構造について説明した図である。
すなわち、絶縁体３２は、絶縁性テープに限らず、伸縮性のある絶縁体であれば使用可能であり、本実施例では、断面中空の伸縮性の絶縁体は、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、合成ゴムなどを基材とした引張強度１０〜１００ＭＰａで絶縁体である。この絶縁体３２は、例えば、所定の径を有する筒状絶縁体からなり、鉄心３１の周囲に嵌合させることで、鉄心３１に対して加えていた積み厚方向の加圧力を保持して、軟磁性材料の板材の占積率を設計上の目標値に保持するものである。

すなわち、内側の断面積が鉄心の断面積より小さい断面中空の筒状絶縁体を使用した場合の固定子ティースは、実施例１の図３に示す形態１と同様に、例えば、鉄心３１の上側部分を把持具を使用して把持することにより、積み厚方向に把持された鉄心３１の周囲に、拡張具により鉄心３１の外形に合わせて拡張した下側筒状絶縁体３２ｃを下側から挿入配置し、拡張具を開放して鉄心３１の下部に装着する。これにより、鉄心３１の下部を固定した後、筒状の上側絶縁体３２ｄを同じように装着することで、筒状絶縁体３２ｃ、３２ｄ自体の弾性力により鉄心３１の周囲を積み厚方向に加圧することができる。
この形態では、絶縁性のテープを使用した場合と同様に、上側あるいは下側を把持具により把持された鉄心３１に、筒状絶縁体３２ｃ、３２ｄを装着する必要があるため、把持具に干渉されないよう、絶縁体３２は鉄心３１の軸長方向に複数個に分割された構造となる。もちろん、実施例１の図４に示す形態２のように、筒状絶縁体を３分割してもよい。

鉄心３１の周囲に配置された断面中空の伸縮性の絶縁体３２は、鉄心３１の積み厚方向に膨らもうとする力と絶縁体３２の収縮しようとする力の釣り合いの位置で安定し、鉄心３１を軟磁性材料の積み厚方向に加圧しながら鉄心形状を保持する。釣り合いの位置は、絶縁体３２の材質及び肉厚を変更することにより調整できる。発現する圧縮力は、引張強度の高い材料ほど高く、絶縁体３２の肉厚に比例するため、図７と同様に材料と絶縁体の肉厚を選定することに、設計上の占積率が得られる値とすることができる。
例えば、厚さ０．０５ｍｍの軟磁性材料を４５ｍｍ分積層した最小幅１０ｍｍ、最大幅２０ｍｍ、軸長１００ｍｍの鉄心の場合、占積率９０％となる積み厚５０ｍｍに圧縮したときに１００ＭＰａ程度の力で膨らもうとするため、合成ゴムを基材とした厚さ０．３ｍｍの断面中空の伸縮性の絶縁体を１層配置することにより１００ＭＰａの圧縮力が生じ、積み厚５０ｍｍの鉄心を得ることが可能である。

断面中空の筒状絶縁体として、熱収縮性のものを使用してもよい。断面中空の熱収縮性の絶縁体は、例えば、ポリオレフィンなどを基材とした引張強度１０〜１００ＭＰａで絶縁体である。
熱収縮前において、内側の断面積が鉄心の断面積より大きい断面中空の熱収縮性の絶縁体を使用した場合の固定子ティースは、積み厚方向に把持された鉄心３１の周囲に絶縁体３２を配置し、加熱炉やホットプレートなどにより絶縁体３２を鉄心３１ごと加熱して収縮させ、鉄心３１を加圧することにより得られる。熱収縮性絶縁体は一般的に、５０〜２００度で加熱することにより、１／２〜１／８に収縮する。絶縁性のテープを使用した場合と同様に把持された鉄心３１に配置する必要があるため、絶縁体３２は鉄心３１の軸長方向に複数個に分割された構造となる。

鉄心３１の周囲に配置された断面中空の熱収縮性絶縁体は、鉄心３１の積み厚方向に膨らもうとする力と、絶縁体３２を加熱することで収縮しようとする力の釣り合いの位置で安定し、鉄心３１を軟磁性材料の積み厚方向に加圧しながら鉄心形状を保持する。釣り合いの位置は、絶縁体３２の材質及び肉厚を変更することにより調整できる。
発現する圧縮力は引張強度の高い材料ほど高く、絶縁体３２の肉厚に比例するため、図７と同様に材料と絶縁体の肉厚を選定することができる。例えば、厚さ０．０５ｍｍの軟磁性材料を４５ｍｍ分積層した最小幅１０ｍｍ、最大幅２０ｍｍ、軸長１００ｍｍの鉄心の場合、占積率９０％となる積み厚５０ｍｍに圧縮したときに１００ＭＰａ程度の力で広がろうとするため、ポリオレフィンを基材とした厚さ５ｍｍの断面中空の熱収縮性絶縁体を１層配置することにより１００ＭＰａの圧縮力が生じ、積み厚５０ｍｍの鉄心を得ることが可能である。

図９は、鉄心の積み厚の１／１０以上の肉厚の伸縮性絶縁材料を用いて、一体的に形成した絶縁体３２により、鉄心３１に積み厚方向の加圧力を保持するようにした場合の固定子ティースの構造について説明した図である。
絶縁体３２の一部に切り欠き部３４を設けることにより、軸長方向に分割せずに鉄心形状を加圧して保持することが可能である。
すなわち、鉄心３１を加圧して把持する爪状の治具がちょうど進入できる切り欠き部３４を絶縁体３２に設け、鉄心３１を把持したまま絶縁体３２の内部に嵌入することで、鉄心３１を軟磁性材料の積み厚方向に加圧しながら鉄心形状を保持させた後に、絶縁体の切り欠き部３４から爪状の治具を引き抜くことにより、絶縁体３２が分割されていない固定子ティースを得ることができる。

把持に用いる爪状の治具の厚さは、鉄心３１の積み厚が大きいほど剛性が必要となるため大きくなる。鉄心形状を保持するためには、爪状の治具の厚さは積み厚の１／２０以上必要となるため、絶縁体３２の厚さは爪状の治具が抜ける寸法で、かつ鉄心３１の加圧力が確保できるよう、爪状の治具の厚さの２倍以上となる鉄心の積み厚の１／１０以上が必要である。切り欠き部３４の位置は、鉄心３１を積み厚方向に加圧して保持できるよう図９（ａ）に示すように鉄心３１の積み厚方向の両側に配置される必要がある。また、鉄心３１の積み厚方向と直角方向の幅が大きい場合には、図９（ｂ）に示すように鉄心形状を保持しやすいよう切り欠き部３４の数を増やしてもよい。

図１０〜１４を用いて、本実施例の絶縁構造を用いた固定子ティースの製造方法に関し、各形態毎にその一例を説明する。
図１０は、図３を用いて説明した、形態１の絶縁構造の製造方法を示すフロー図である。
第１に、把持具を用いて、板状の軟磁性材料を積層して形成した鉄心３１を、鉄心の軸長方向からみて、半分以下の箇所を把持して積み厚方向に加圧する（Ｓ１１）。
第２に、鉄心３１の把持していない軸長方向の片側に伸縮性の絶縁体３２の端部を保持しつつ、所定のテンションを付加しながら巻き付ける（Ｓ１２）。
第３に、伸縮性の絶縁体３２の端部を接着、融着または溶着などで固定する（Ｓ１３）。第３の工程にて鉄心３１の周囲に絶縁体３２を配置し終わっていない場合は、一旦鉄心３１の把持を外し、鉄心３１の絶縁体３２の配置し終わった部分を把持し、鉄心３１の把持していない部分に絶縁体３２を巻き付ける工程を繰り返す（Ｓ１５）。
以上の工程により、伸縮性の絶縁体３２を用いた絶縁構造を得ることができる。

図１１は、図４を用いて説明した、形態２の絶縁構造の製造方法を示すフロー図である。
第１に、板状の軟磁性材料を積層して形成した鉄心３１を、鉄心の軸長方向の端部を積み厚方向に加圧して把持する（Ｓ２１）。
第２に、鉄心３１の把持していない軸長方向の中心部分に伸縮性の絶縁体３２をの端部を保持しつつ、所定のテンションを付加しながら巻き付つける（Ｓ２２）。
第３に、伸縮性の絶縁体３２の端部を接着、融着または溶着などで固定する（Ｓ２３）。第３の工程にて鉄心３１の周囲に絶縁体３２を配置し終わっていない場合は、一旦鉄心３１の把持を外し、鉄心３１の絶縁体３２の配置し終わった部分を把持し、鉄心３１の把持していない部分に絶縁体３２を巻きつける工程を繰り返す（Ｓ２５）。
以上の工程により、伸縮性の絶縁体３２を用いた絶縁構造を得ることができる。

図１２は、図５を用いて説明した形態３の絶縁構造の製造方法を示すフロー図である。
第１に、板状の軟磁性材料を積層して形成した鉄心３１を、鉄心の軸長方向上反部を積み厚方向に加圧して把持する（Ｓ３１）。
第２に、鉄心３１の把持していない軸長方向の中心部分に伸縮性の絶縁体３２の端部を保持しつつ、所定のテンションを付加しながら巻き付ける（Ｓ３２）。
第３に、鉄心３１の把持した位置を絶縁体３２を巻き始めた側と反対方向にずらし、把持をずらして空いた部分に絶縁体３２を巻きつける。
第３の工程で鉄心３１の周囲に絶縁体３２を配置し終わっていない場合は、一旦鉄心３１の把持を外し、鉄心３１の絶縁体３２の配置し終わった部分を把持し、鉄心３１の把持していない部分に絶縁体３２を巻きつける工程を繰り返す（Ｓ３５）。第４に、伸縮性の絶縁体３２の端部を接着、融着または溶着などで固定する（Ｓ３６）。
以上の工程により、伸縮性絶縁体３２を用いた絶縁構造を得ることができる。

図１３は、図８を用いて説明した、断面中空の伸縮性絶縁体を使用した、形態４の絶縁構造の製造方法を示すフロー図である。第１に、板状の軟磁性材料を積層して形成した鉄心３１を、鉄心の軸長方向の半分以下を積み厚方向に加圧して把持する（Ｓ４１）。
第２に、鉄心３１の把持していない軸長方向の片側に断面中空の伸縮性の絶縁体３２を拡張して、鉄心３１の軸長方向の片側を覆うように配置する（Ｓ４２）。
第３に、断面中空の伸縮性の絶縁体３２の拡張を開放し、把持していない部分の鉄心３１を絶縁体３２で加圧する（Ｓ４３）。第３の工程にて鉄心３１の周囲に絶縁体３２を配置し終わっていない場合は、一旦鉄心３１の把持を外し、鉄心３１の絶縁体３２の配置し終わった部分を把持し、鉄心３１の把持していない部分に絶縁体３２を配置する工程を繰り返す（Ｓ４５）。
以上の工程により、断面中空の伸縮性絶縁体３２を用いた絶縁構造を得ることができる。

図１４は、図８において説明した断面中空の熱収縮性絶縁体を使用した、形態５の絶縁構造の製造方法を示すフロー図である。
第１に、板状の軟磁性材料を積層して形成した鉄心３１を、鉄心の軸長方向上半部を積み厚方向に加圧して把持する（Ｓ５１）。
第２に、鉄心３１の把持していない軸長方向下半部に断面中空の熱収縮性絶縁体３２を配置する（Ｓ５２）。
第３に、断面中空の熱収縮性絶縁体３２を鉄心３１ごと加熱し、収縮させて把持していない部分の鉄心３１を絶縁体３２で加圧する（Ｓ５３）。
第３の工程にて鉄心３１の周囲に絶縁体３２を配置し終わっていない場合は、一旦鉄心３１の把持を外し、鉄心３１の絶縁体３２の配置し終わった部分を把持し、鉄心３１の把持していない部分に絶縁体３２を配置する工程を繰り返す（Ｓ５５）。
以上の工程により、断面中空の熱収縮性絶縁体３２を用いた絶縁構造を得ることができる。
以上説明したように、本実施例によれば、所定の引張強度を備えた伸縮性の絶縁体３２を鉄心３１と電線３３の間に配置することにより、鉄心３１と電線３３の絶縁を確保し、かつ鉄心３１を加圧しながら保持することにより、設計上占積率を長期にわたり維持することが可能となり、形状変更が容易な絶縁構造を低コストで得ることができる。

［実施例２］
図１５〜１８を用いて、本発明の絶縁構造を用いた固定子ティースの構造の第２実施例を説明する。
図１５は、実施例２による固定子ティースの鉄心及び絶縁構造の形態１について説明した図である。鉄心３１は、電磁鋼板、アモルファス金属またはパーメンジュールなどの軟磁性材料からなり、軟磁性材料の板材を積層して得られるため、板ばね状になっている。絶縁体３６は、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリブチレン、ポリカーボネート、エポキシ、ウレタン、フェノール、ポリイミド、液晶ポリマーなどの樹脂材料、もしくは、絶縁紙と板ばねを重ねた部材で構成された曲げ強度１０〜２０００ＭＰａの絶縁構造であり、板ばねを使用する場合は、ばね鋼、ステンレス鋼、黄銅、りん青銅、ベリリウム銅などの金属材料や繊維強化プラスチック材などからなる。絶縁体３６は、例えば、上述した樹脂材料の板材を加熱成型することにより、内側が鉄心３１の外形に合わせた形状に成形されており、鉄心３１の積み厚方向に沿って分断部９１が設けられている。これにより、分断部９１を押し広げるようにして絶縁体３６を鉄心３１の外周に配置した後、絶縁体３６を開放することで、絶縁体３６の曲げ応力によって、分断部９１両側部が鉄心３１を構成する板材を積み厚方向に押圧し、占積率を設計上の目標値に保持するものである。

図１６は、絶縁体により発現する鉄心の圧縮力について説明した図である。
鉄心３１は、積層された磁性材料の板材の厚さの減少や積み厚の増加に伴い、積み厚方向の隙間が増加するため、加圧した際の積み厚方向に膨らもうとする力も大きくなる。
すなわち、上述の材料からなる板材を積層してなる絶縁体３６は弾性を有し、積み厚方向に膨らもうとするため、分断部９１を鉄心３１の外形より小さくなるよう内側に曲げて成形しておくことにより、鉄心３１を絶縁体３６の内側に配置した際に分断部９１の周辺が鉄心３１の積み厚方向に弾性変形する。
絶縁体３６は、鉄心３１の積み厚方向に膨らもうとする力と、絶縁体の分断部９１の周辺で、元に戻ろうとする力の釣り合いの位置で安定し、鉄心３１を軟磁性材料の積み厚方向に加圧しながら鉄心形状を保持することが可能となる。
釣り合いの位置で安定した状態で、鉄心３１に対する加圧力が高いほど、各板材が密着し、見かけの体積に対する実体積の割合が増加するため占積率が増加し、鉄心３１を隙間なく加圧した位置で釣り合った場合には占積率が１００％となる。
釣り合いの位置は、絶縁体３６の材質、厚さ及び分断部９１を積み厚方向に曲げた際の変形量を変更することにより調整できる。

発現する圧縮力は曲げ強度の高い材料ほど高く、分断部の変形量と厚さの３乗の積に比例する。例えば、厚さ０．０５ｍｍの軟磁性材料を４５ｍｍ分積層した最小幅１０ｍｍ、最大幅２０ｍｍ、軸長１００ｍｍの鉄心の場合、占積率９０％となる積み厚５０ｍｍに圧縮したときに１００ＭＰａ程度の力で広がろうとするため、絶縁体の分断部の片側には５０ＭＰａの圧力が生じる。厚さ２ｍｍのフェノール樹脂の絶縁体を用い、分断部を８ｍｍ内側に変形させておいた絶縁体の内側に鉄心を配置することにより５０ＭＰａの圧縮力が生じ、積み厚５０ｍｍの鉄心を得ることが可能である。

図１７は、実施例２による固定子ティースの鉄心及び絶縁構造の形態２について説明した図である。絶縁体３６は、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリブチレン、ポリカーボネート、エポキシ、ウレタン、フェノール、ポリイミド、液晶ポリマーなどの樹脂材料、もしくは、絶縁紙と板ばねを重ねた部材で構成された曲げ強度１０〜２０００ＭＰａの絶縁構造であり、板ばねはばね鋼、ステンレス鋼、黄銅、りん青銅、ベリリウム銅などの金属材料や繊維強化プラスチック材などからなる。
図１７（ａ）に示すように、絶縁体３６は、非可動部３６ａと、一部凸形状が設けられた可動部３６ｂと、一部凹形状が設けられた可動部３６ｃとを有する。可動部３６ｂ及び３６ｃは鉄心３１の積み厚方向に設けられ、半球状の凸形状の嵌め合い部９２ａと、半球状の凹形状の嵌め合い部９２ｂとが設けられている。

開放状態の非可動部３６ａの内部に、鉄心を構成する板材を積層した状態で装填した後、可動部３６ｂと可動部３６ｃを互いに押し込むように閉じて嵌め合い部により固定する。
この状態での絶縁体３６の内側の形状は、鉄心３１の外形に合わせた形状に成形されている。鉄心３１は、絶縁体３６の内側で非可動部３６ａ上に配置されているので、絶縁体の可動部３６ｂと可動部３６ｃとを固定することにより加圧されることになる。絶縁体の可動部３６ｂ及び可動部３６ｃが嵌め合い部９２ａ及び９２ｂで固定され、積み厚方向の膨らみが抑えられた鉄心３１は、軟磁性材料の積み厚方向に加圧され、鉄心形状が保持される。

鉄心３１は、鉄心３１を構成する軟磁性材料の厚さの減少や積み厚の増加に伴い積み厚方向の隙間が増加するため、加圧した際の積み厚方向に膨らもうとする力も大きくなる。
そこで、嵌め合い部９２ａ及び９２ｂの直径を増加することにより、可動部３６ｂと可動部３６ｃの固定を強化することが可能である。また、図１７（ｂ）に示すように、可動部３６ｂに設けられた凸形状及び可動部３６ｃに設けられた凹形状の数を増加させることにより、可動部３６ｂと可動部３６ｃの固定を強化することも可能である。

図１８は、実施例２による固定子ティースの鉄心及び絶縁構造の形態３について説明した図である。
嵌め合い部は、貫通穴と棒材に置き換えることも可能である。鉄心３１は、絶縁体３６の内側で非可動部３６ａ上に配置され、絶縁体の可動部３６ｂ及び可動部３６ｃを固定することにより加圧される。絶縁体の可動部３６ｂ及び可動部３６ｃに設けられた貫通穴９３に棒材９４を差し込んで固定され、積み厚方向の膨らみが抑えられた鉄心３１は、軟磁性材料の積み厚方向に加圧され、鉄心形状が保持される。

以上説明した実施例によれば、弾性の絶縁体３６を鉄心３１と電線３３の間に配置することにより、鉄心３１と電線３３の絶縁を確保し、かつ鉄心３１を加圧しながら保持することが可能となり、形状変更が容易な絶縁構造を低コストで得ることができる。

以上、本発明について実施形態に基づき具体的に説明したが、個別に説明した数種の発明を組み合わせて使用することも可能である。また、アキシャルギャップ型の回転電機の場合の例を用いて説明したが、柱状の鉄心形状であれば絶縁体の形状は自由に変更できるため、ラジアルギャップ型の回転電機においても同様の効果を得ることができる。
すなわち、ラジアルギャップ型の回転電機では、鉄心を構成する軟磁性材料の板材が、軸長方向に積層されるため、絶縁体により、軸長方向に膨らもうとする鉄心を押圧するよう形態を採用することにより、占積率を設計上の目標値に保持することができる。
このように、本発明は発明の実施形態に限定されるものではなく、鉄心と電線の間に絶縁体が配置されて構成される固定子ティースを有する回転電機において、その要旨を逸脱しない範囲において変更可能であることはいうまでもない。

１０・・・アキシャルギャップ型の回転電機
２０・・・磁石
２１・・・円板状の部材
３０・・・固定子ティース
５０・・・回転子
６０・・・固定子
７０・・・回転軸
８０・・・ハウジング
３１・・・固定子ティースの鉄心
３２・・・固定子ティースの絶縁体
３３・・・固定子ティースの電線
３４・・・固定子ティースの絶縁体の切り欠き部
３６・・・固定子ティースの絶縁体
３６ａ・・・固定子ティースの絶縁体の非可動部
３６ｂ・・・固定子ティースの絶縁体の可動部
３６ｃ・・・固定子ティースの絶縁体の可動部
９１・・・固定子ティースの絶縁体の分断部
９２・・・固定子ティースの絶縁体の嵌め合い部
９３・・・固定子ティースの絶縁体の貫通穴
９４・・・棒材

Claims (16)

1. 固定子と、
   回転子とを有するアキシャルギャップ型の回転電機の絶縁構造において、
   前記固定子を構成する固定子ティースは、
   径方向を積み厚方向として軟磁性材料の板材を積層して構成する鉄心と、
   前記鉄心の周囲に配置される電線と、
   前記鉄心と前記電線の間に配置される絶縁体とを備え、
   前記絶縁体は、伸縮性のある部材で構成されており、伸張した状態で前記鉄心の周囲に装着されており、前記鉄心を構成する軟磁性材料の板材を前記積み厚方向に加圧する引張強度を備えていることを特徴とする回転電機の絶縁構造。
2. 請求項１に記載の回転電機の絶縁構造において、
   前記絶縁体は、引張強度１０〜２００ＭＰａの絶縁性テープで構成され、前記鉄心の軸長方向に複数個に分割されて巻装されていることを特徴とする回転電機の絶縁構造。
3. 請求項１に記載の回転電機の絶縁構造において、
   前記絶縁体は、引張強度１０〜２００ＭＰａの絶縁性テープで構成され、前記鉄心の周囲にらせん状に巻装されていることを特徴とする回転電機の絶縁構造。
4. 請求項１に記載の回転電機の絶縁構造において、
   前記絶縁体は、引張強度１０〜１００ＭＰａの断面中空の伸縮性の部材で構成され、前記鉄心の軸長方向に複数個に分割されて装着されていることを特徴とする回転電機の絶縁構造。
5. 請求項１に記載の回転電機の絶縁構造において、
   前記絶縁体は、引張強度１０〜１００ＭＰａの断面中空の熱収縮性の部材で構成され、加熱収縮させることにより、前記鉄心の軸長方向に複数個に分割されて装着されことを特徴とする回転電機の絶縁構造。
6. 請求項３に記載の回転電機の絶縁構造において、
   前記絶縁体は、前記鉄心の軸長方向に一部重なって配置されていることを特徴とする回転電機の絶縁構造。
7. 請求項１に記載の回転電機の絶縁構造において、
   前記絶縁体は、引張強度１０〜１００ＭＰａの断面中空の伸縮性の部材で構成され、前記鉄心の積み厚方向に少なくとも１箇所以上の切り欠きが設けられていることを特徴とする回転電機の絶縁構造。
8. 固定子と、
   回転子とを有するアキシャルギャップ型の回転電機の絶縁構造において、
   前記固定子を構成する固定子ティースは、
   径方向を積み厚方向として軟磁性材料の板材を積層して構成する鉄心と、
   前記鉄心の周囲に配置される電線と、
   前記鉄心と前記電線の間に配置される絶縁体とを備え、
   前記絶縁体は、曲げ強度１０〜２０００ＭＰａの弾性体で構成されており、前記軟磁性材料の板材の幅方向に拡張した状態で前記鉄心の周囲に装着されており、前記鉄心を構成する軟磁性材料の板材を前記積み厚方向に加圧する曲げ強度を備えていることを特徴とする回転電機の絶縁構造。
9. 請求項８に記載の回転電機の絶縁構造において、
   前記絶縁体は、前記鉄心を構成する軟磁性材料の積み厚方向が一部分断されていることを特徴とする回転電機の絶縁構造。
10. 請求項８に記載の回転電機の絶縁構造において、
    前記絶縁体は、前記鉄心を構成する軟磁性材料の積み厚方向に開閉可能な蓋部が設けられた部材で構成され、前記蓋部の形状は少なくとも１組以上の凸部と凹部を有し、前記凸部と前記凹部とにそれぞれ設けられた半球状の凸部と半球状の凹部で前記蓋部が固定されていることを特徴とする回転電機の絶縁構造。
11. 請求項８に記載の回転電機の絶縁構造において、
    前記絶縁体は、前記鉄心を構成する軟磁性材料の積み厚方向に開閉可能な蓋部が設けられた部材で構成され、前記蓋部の形状は少なくとも１組以上の凸部と凹部を有し、前記凸部と前記凹部とに設けられた貫通穴に棒状の部材が挿入され前記蓋部が固定されていることを特徴とする回転電機の絶縁構造。
12. 固定子ティースを有するアキシャルギャップ型の回転電機の絶縁構造の製造方法であって、
    径方向を積み厚方向として軟磁性材料の板材を積層して構成した鉄心を該積み厚方向に加圧して把持する第１の工程と、
    前記鉄心の周囲に伸縮性の絶縁体を配置する第２の工程と、
    前記絶縁体を前記鉄心の周囲に固定する第３の工程とを有し、
    前記第２の工程では、分割された前記絶縁体を複数回に分けて配置することを特徴とする回転電機の絶縁構造の製造方法。
13. 請求項１２に記載の回転電機の絶縁構造の製造方法において、
    前記第２の工程では、前記絶縁体を構成する絶縁性テープを前記鉄心に巻き付けることを特徴とする回転電機の絶縁構造の製造方法。
14. 請求項１２に記載の回転電機の絶縁構造の製造方法において、
    前記第２の工程では、断面中空の前記絶縁体を径方向に拡張して前記鉄心の周囲に配置することを特徴とする回転電機の絶縁構造の製造方法。
15. 請求項１４に記載の回転電機の絶縁構造の製造方法において、
    前記第２の工程では、熱収縮性を持つ前記断面中空の絶縁体を前記鉄心の周囲に配置した後に前記鉄心とともに加熱することを特徴とする回転電機の絶縁構造の製造方法。
16. 固定子ティースを有するアキシャルギャップ型の回転電機の絶縁構造の製造方法であって、
    径方向を積み厚方向として軟磁性材料の板材を積層して構成した鉄心を該積み厚方向に加圧して把持する第１の工程と、
    前記鉄心の周囲に伸縮性の絶縁体を配置する第２の工程と、
    前記絶縁体を前記鉄心の周囲に固定する第３の工程とを有し、
    前記第２の工程では、前記鉄心の把持をずらしながら前記絶縁体をらせん状に配置することを特徴とする回転電機の絶縁構造の製造方法。

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