JP6105835B2 - 回転電機の相間絶縁紙の製造方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、回転電機の相間絶縁紙および回転電機に関する。

一般に、回転電機は、コイル相間が相間絶縁紙によって絶縁されている。例えば特許文献１に記載の回転電機では、一対の相間絶縁紙本体およびこれらを繋ぐ連結条部を有して構成された相間絶縁紙によって、異相の固定子コイルのコイルエンド間が絶縁されている。この場合、相間絶縁紙は、連結条部が固定子鉄心のスロット内に収容されることにより相間絶縁紙本体の位置が決定される。そして、この相間絶縁紙本体によって、固定子鉄心の軸方向両端部から露出したコイルエンド間が絶縁される。

相間絶縁紙は、材料を打ち抜くことで一体に構成できるが、このように構成すると、材料取りの効率いわゆる歩留まりが良くないので、相間絶縁紙本体と連結条部とを別体に打ち抜いてから、これらを接合することが考えられている。この場合、相間絶縁紙本体と連結条部とは、例えば接合部分に圧力を加えながら超音波を与えて発熱させて溶着する超音波溶着や、加熱部を押し当てて溶着する熱溶着などによって接合される。この構成によると、接着剤などを用いる必要がないため、環境性に優れるとともにコストを削減することができる。

特開２００８−２６３７２６号公報

しかし、上記のように相間絶縁紙本体と連結条部とを溶着するものでは、溶着の際の熱によって相間絶縁紙本体が溶融されて接合部分が劣化したり薄くなることがあり、これにより相間絶縁紙本体の絶縁性能が低下するおそれがあった。

そこで、相間絶縁紙本体と連結条部との接合部分について絶縁性能の低下を抑制することのできる回転電機の相間絶縁紙の製造方法を提供する。

本実施形態の回転電機の相間絶縁紙の製造方法は、アラミド紙で構成され固定子鉄心の軸方向両端部において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、前記相間絶縁紙本体に比べて融点が低いポリフェニレンサルファイド樹脂で構成され、前記一対の相間絶縁紙本体に接触する接触面を両端部に有し前記接触面が溶着された状態で該一対の相間絶縁紙本体を連結する連結条部と、を備える回転電機の相間絶縁紙の製造方法である。前記相間絶縁紙本体と前記連結条部とは、前記相間絶縁紙本体の融点よりも充分に低い温度で溶着される。

第一実施形態を示す永久磁石電動機の概略図 三相の固定子コイルおよび相間絶縁紙が配置された状態の固定子の斜視図 相間絶縁紙の斜視図 相間絶縁紙本体および連結条部の接合前の状態を示す分解斜視図 第二実施形態を示す図３相当図 第二実施形態を示す図４相当図

以下、複数の実施形態による回転電機の相間絶縁紙および回転電機について、図面を参照して説明する。なお、各実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。

（第一実施形態）
まず、第一実施形態について、図１から図４を参照して説明する。
図１は、回転電機として電気自動車やハイブリット自動車などにも用いられる、インバータにより駆動される永久磁石電動機１０を示している。永久磁石電動機１０は、主に回転子１１および回転子１１の外周側に設けられた固定子１２から構成されている。

回転子１１は、回転子鉄心１１１と、回転子鉄心１１１の内周部に設けられた回転軸１１２とを有して構成されている。回転子鉄心１１１は、例えば珪素鋼板をプレスで打ち抜いて円環状に形成された鉄心片を複数枚積層して一体的に構成されている。回転軸１１２は、回転子鉄心１１１を鉄心材の積層方向に貫いて回転子鉄心１１１に固定されている。回転子１１は、回転子鉄心１１１の外周面と固定子１２の内周面との間に僅かな隙間いわゆるエアギャプを隔てて回転可能に配置されている。

回転子鉄心１１１には、回転軸１１２方向から径方向外側へ向かってＶ字状に広がる複数対この場合八対の磁石用スロット１１３が、それぞれ等間隔に形成されていている。そして、これら八対の磁石用スロット１１３には、それぞれネオジムなどの希土類系元素を含む磁性体で形成された永久磁石１１４が挿入されている。この場合、各永久磁石１１４は、回転子１１の周方向において互いに極性の異なる磁極すなわちＮ極またはＳ極が交互となるように配置されている。

固定子１２は、図２にも示すように、複数のコイル用スロット１２１が形成された円筒状の固定子鉄心１２２を有して構成されている。固定子鉄心１２２は、例えば珪素鋼板をプレスで打ち抜いて円環状に形成された鉄心片を複数枚積層して一体的に構成されている。コイル用スロット１２１内には、スロット絶縁紙１３を介して複数相、本実施形態の場合、Ｕ、Ｖ、Ｗの三相の固定子コイル１４（Ｕ）、１４（Ｖ）、１４（Ｗ）が挿通されている。そして、その両端部はコイルエンド部１５（Ｕ）、１５（Ｖ）、１５（Ｗ）として固定子鉄心１２２の軸方向両端部から突出している。

三相の固定子コイル１４（Ｕ）、１４（Ｖ）、１４（Ｗ）においてコイルエンド部１５（Ｕ）、１５（Ｖ）、１５（Ｗ）間には、各相間にそれぞれ複数枚、例えば４枚ずつ、合計８枚の相間絶縁紙１６が配設されている。これにより、固定子鉄心１２２の軸方向両端部において、複数相のコイルエンド部１５間、つまり異相となるコイルエンド部１５（Ｕ）、１５（Ｖ）間、およびコイルエンド部１５（Ｖ）、１５（Ｗ）間が絶縁されている。

相間絶縁紙１６は、図３に示すように、一対の相間絶縁紙本体１７を三本の連結条部１８で連結して構成されている。相間絶縁紙本体１７は、図２に示す固定子鉄心１２２の軸方向両端部において異相のコイルエンド部１５間を絶縁可能な形状、具体的には、固定子１２の周方向へ長尺な矩形状に形成されている。連結条部１８は、コイル用スロット１２１と同程度の幅寸法に設定された紙紐状に形成されている。そして、連結条部１８は、その両端部が相間絶縁紙本体１７に接合されて、一対の相間絶縁紙本体１７を連結している。

この連結条部１８は、相間絶縁紙本体１７に比べて融点が低い材料で構成されている。即ち、本実施形態の場合、相間絶縁紙本体１７は、例えばアラミド紙などの絶縁紙で構成されている。一般にアラミド紙は、高温環境下において耐久性、機械的および電気的特性に優れており、融点は４００℃以上とされている。これに対して、連結条部１８は、例えばポリフェニレンサルファイド樹脂（polyphenylene sulfide、以下ＰＰＳ樹脂と称す）で構成されている。一般にＰＰＳ樹脂は、引張り強さや曲げ強さなどの機械的強度が高く、また寸法安定性に優れており、融点は２８０℃程度とされている。
このように、ＰＰＳ樹脂から構成される連結条部１８は、アラミド紙から構成される相間絶縁紙本体１７に比べて融点が低い。換言すれば、相間絶縁紙本体１７は連結条部１８に対して充分に融点が高い構成となっている。

このように構成された相間絶縁紙本体１７および連結条部１８は、図４に示すように、それぞれ別体に打ち抜かれてから接合される。具体的には、まず、アラミド紙を打ち抜いて相間絶縁紙本体１７を得るとともに、ＰＰＳ樹脂シートを打ち抜いて連結条部１８を得る。そして、図３に示すように、連結条部１８の両端の接合部１８１を相間絶縁紙本体１７に重ね合わせた状態で、接合部１８１に圧力を加えながら超音波を与えて発熱させたり加熱部を押し当てたりする。すると、連結条部１８の接合部１８１において、相間絶縁紙本体１７との接触面が融解し、これにより接合部１８１が相間絶縁紙本体１７に対して溶着される。

このように、相間絶縁紙１６は、相間絶縁紙本体１７と連結条部１８とが溶着により接合されて一体に構成される。そして、この相間絶縁紙１６は、連結条部１８が固定子鉄心１２２のコイル用スロット１２１内に収容されて配設される。これにより、相間絶縁紙本体１７は、異相のコイルエンド部１５間に配置されて、これらコイルエンド部１５間を絶縁する。

なお、詳細は図示しないが、コイルエンド部１５（Ｕ）、１５（Ｖ）、１５（Ｗ）は、固定子１２の小型化のために、固定子鉄心１２２の径方向外側へ拡開されるとともに軸方向内側へ圧縮されて成形される。そして、コイルエンド部１５にワニスが滴下され、このワニスを固定子コイル１４に含浸させることにより全体が固められて固定子１２が構成される。

上記した第一実施形態によれば次のような作用効果を得ることができる。
本実施形態の構成によれば、連結条部１８は、相間絶縁紙本体１７に比べて融点が充分に低い材料で構成されている。つまり、相間絶縁紙本体１７の融点は、連結条部１８の融点に比べて充分に高い。これによれば、相間絶縁紙本体１７と連結条部１８とは、相間絶縁紙本体１７の融点よりも充分に低い温度で溶着される。この場合、相間絶縁紙本体１７は、溶着の際の熱によってほとんど溶融することがない。そのため、相間絶縁紙本体１７の接合部分が、溶着の際の熱によって劣化したり薄くなることを防止でき、その結果、相間絶縁紙本体１７と連結条部１８との接合部分の絶縁性能が低下することを抑制できる。

（第二実施形態）
次に、図５および図６を参照して第二実施形態について説明する。
この第二実施形態において、相間絶縁紙１９は、主に第一実施形態と同様の構成であるが、相間絶縁紙１９を構成する相間絶縁紙本体２０の形状について第一実施形態と異なっている。
具体的には、相間絶縁紙本体２０は、固定子１２の周方向へ長尺なほぼ矩形状に形成されており、さらに、その長手方向の縁部から突出した耳部２０１を有している。本実施形態においても、相間絶縁紙本体２０はアラミド紙などで構成され、連結条部２１はＰＰＳ樹脂などで構成されている。

相間絶縁紙本体２０および連結条部２１も、図６に示すようにそれぞれ別体に打ち抜かれると、図５に示すように相間絶縁紙本体２０の耳部２０１に連結条部２１の両端の接合部２１１が溶着されて、相間絶縁紙本体２０および連結条部２１が一体に結合される。この連結条部２１は、コイル用スロット１２１内に収容された状態で、固定子鉄心１２２から軸方向外側へ突出しない長さ寸法に設定されている。そして、耳部２０１は連結条部２１とともにコイル用スロット１２１に収容される。

この構成によれば、第一実施形態と同様に、連結条部２１は相間絶縁紙本体２０に比べて融点の低い材料で構成されているため、相間絶縁紙本体２０と連結条部２１との接合部分について絶縁性能の低下を抑制することができる。さらに、相間絶縁紙本体２０と連結条部２１との接合部分つまり耳部２０１および接合部２１１は、コイル用スロット１２１内に収容されるためコイルエンド部１５間の絶縁には寄与しない。そのため、仮に溶着の際の熱によって相間絶縁紙本体１７の接合部分が劣化することがあったとしても、コイルエンド間の絶縁性能に影響を与えることがなく、その結果、絶縁性能の低下がより効果的に抑制される。

以上説明した実施形態によれば、相間絶縁紙の連結条部は、相間絶縁紙本体に比べて融点が低い材料で構成され、その両端部が一対の相間絶縁紙本体に溶着された状態で該一対の相間絶縁紙本体を連結する。これによれば、相間絶縁紙本体の融点よりも低い温度で、連結条部を相間絶縁紙本体に対して溶着することができる。そのため、相間絶縁紙本体において連結条部との接合部分が溶着の際の熱によって劣化したり薄くなることが防がれて、その結果、相間絶縁紙本体と連結条部との接合部分について絶縁性能の低下を抑制することができる。

なお、上記各実施形態において、相間絶縁紙１６、１９は、異相のコイルエンド部１５間、即ちコイルエンド部１５（Ｕ）、１５（Ｖ）間、およびコイルエンド部１５（Ｖ）、１５（Ｗ）間を絶縁する構成とした。しかし、これに限られず、例えば同相のコイルエンド部１５間を絶縁するものに適用してもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

図面中、１０は永久磁石電動機（回転電機）、１２は固定子、１２２は固定子鉄心、１５はコイルエンド部、１６、１９は相間絶縁紙、１７、２０は相間絶縁紙本体、１８、２１は連結条部を示す。

Claims (1)

1. アラミド紙で構成され固定子鉄心の軸方向両端部において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、
   前記相間絶縁紙本体に比べて融点が低いポリフェニレンサルファイド樹脂で構成され、前記一対の相間絶縁紙本体に接触する接触面を両端部に有し前記接触面が溶着された状態で該一対の相間絶縁紙本体を連結する連結条部と、を備える回転電機の相間絶縁紙の製造方法であって、
   前記相間絶縁紙本体と前記連結条部とは、前記相間絶縁紙本体の融点よりも充分に低い温度で溶着されることを特徴とする、
   回転電機の相間絶縁紙の製造方法。

Images