JP6502150B2 - 絶縁体の製造方法 - Google Patents

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この発明は、回転電機の固定子の絶縁体の製造方法に関するものである。
従来の回転電機の固定子鉄心に装着されるインシュレータとして、固定子鉄心のティース部両端部のそれぞれに、1つずつ嵌合されるエンドホルダを有し、ティース部の側面に装着されるサイド部がエンドホルダと別体に設けられ、エンドホルダおよびサイド部は、それぞれに収容部が凹設されていて、サイド部の両端部はエンドホルダから延設される係止爪によって挟み込まれている技術が示されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2007−252030号公報
しかしながら上記特許文献1に示された技術は、インシュレータのサイド部の長さが固定子鉄心と同じ長さのものが採用され、サイド部の両端が一対のエンドホルダに係止爪によって挟み込まれる構成であるので、係止爪における鉄心とコイル間の耐電圧特性が低下する。また固定子鉄心長に合致したインシュレータを準備する必要があることから、多くの種類の回転電機を生産する場合、多種類の固定子鉄心長に合致したインシュレータの在庫を必要とし、管理が複雑化、コスト高の要因となり、また固定子鉄心に取り付ける際に、サイド部とエンドホルダとを組み付ける作業を必要とするので、生産性向上の障害となり、ひいては回転電機がコスト高となるという問題点がある。
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであって、対地絶縁特性が向上し、多種類の鉄心長に対して容易に適応可能な絶縁体を設けた磁極を有する固定子およびその絶縁体の製造方法を提供することで多種類の絶縁体の在庫を不要とし、かつ前記絶縁体が固定子鉄心に取り付けられる際の作業性を改善して生産性を向上可能し、結果としてコスト低減したかつ対地耐圧特性の向上した回転電機の固定子の絶縁体の製造方法の提供を目的とする。
第1の発明は、回転電機の鉄心に取り付けられた絶縁体とコイルとで形成される磁極が、複数個フレームに配置された固定子において、絶縁体、第1の枠部と第2の枠部とシート絶縁とで構成され、第1の枠部と第2の枠部とは樹脂成形されているとともに、シート絶縁第1の枠部および第2の枠部に融合して連結され、第1の枠部が鉄心の軸方向の一方の端面部に、第2の枠部が鉄心の軸方向の他方の端面部に設けられているとともに、シート絶縁が鉄心の側面部に沿って設けられており、磁極は、第1の枠部、第2の枠部およびシート絶縁が鉄心に直接接触し、絶縁体上にコイルが設けられて形成された固定子の前記鉄心に取り付けられた絶縁体の製造方法であって、前記絶縁体が搬送手段によって搬送される前記シート絶縁に、成形型上においてノズルから射出する樹脂で前記第1の枠部を成形するとともに、前記シート絶縁を前記第1の枠部に融合して連結した後、前記搬送手段によって前記シート絶縁が前記鉄心の軸方向長さに相当するピッチ長だけ搬送され、停止後、前記成形型上において前記ノズルから射出する樹脂で第2の枠部を成形するとともに、前記シート絶縁を前記第2の枠部に融合して連結した後、前記シート絶縁を所定の長さに切断して形成されているものである。
第2の発明は、回転電機の鉄心に取り付けられた絶縁体とコイルとで形成される磁極が、複数個フレームに配置された固定子において、前記絶縁体が、第1の枠部と第2の枠部とシート絶縁とで構成され、前記第1の枠部と前記第2の枠部とは樹脂成形されているとともに、前記シート絶縁は前記第1の枠部および前記第2の枠部に融合して連結され、前記第1の枠部が前記鉄心の軸方向の一方の端面部に、前記第2の枠部が前記鉄心の軸方向の他方の端面部に設けられているとともに、前記シート絶縁が前記鉄心の側面部に沿って設けられており、前記磁極は、前記第1の枠部、前記第2の枠部および前記シート絶縁が前記鉄心に直接接触し、前記絶縁体上に前記コイルが設けられているとともに、前記シート絶縁には、同一材で一体的に形成されている外被絶縁部が設けられており、前記コイルの表面が外被絶縁部によって覆われて形成された固定子の前記鉄心に取り付けられた絶縁体の製造方法であって、前記絶縁体が搬送手段によって搬送される前記シート絶縁の幅寸法は前記第1の枠部と前記第2の枠部との間の寸法に、前記絶縁体上に巻き付けられる前記コイルを覆う前記外被絶縁部の長さを加えた寸法を有した幅広のシート絶縁で成形され、前記幅広のシート絶縁は切断用治具によって前記鉄心の軸方向長さに相当するピッチでもって幅方向の両側から前記第1の枠部および前記第2の枠部間の寸法を残すようにして、前記第1の枠部、前記第2の枠部が射出成形可能なよう、長手方向に切り欠き部が形成され、前記切り欠き部の前記長手方向の間隔部分に存在する前記幅広のシート絶縁は前記第1の枠部および前記第2の枠部間の寸法部分から、前記コイルが設けられる側に互いに対向するよう所定の角度で折り曲げられた後、前記搬送手段によって搬送され、成形型上においてノズルから射出する樹脂で前記第1の枠部を成形するとともに、前記幅広のシート絶縁を前記第1の枠部に融合して連結した後、前記搬送手段によって前記幅広のシート絶縁が前記鉄心の軸方向長さに相当するピッチ長だけ搬送され、停止後、前記成形型上において前記ノズルから射出する樹脂で前記第2の枠部を成形するとともに、前記幅広のシート絶縁を前記第2の枠部に融合して連結した後、前記幅広のシート絶縁を所定の長さに切断して形成されているものである。
第1の発明は、上記のような絶縁体の製造方法であり、固定子の体格によって鉄心の長さが異なった場合、鉄心の長さによらず、適用される鉄心長に合わせた絶縁体を製造可能である。つまり、シート絶縁上の第1の枠部と第2の枠部の成形位置を自動的に変更するだけで鉄心の長さの違いに対応した絶縁体を製造できる。従って生産性が向上し、結果として製造コストが低減され、従来の如く固定子の機種に合わせた複数の絶縁部材を在庫する必要がなく管理も容易となり、管理費用の低減化もはかれる。
また第の発明による絶縁体の製造方法も、上記第1の発明と同様の効果がある。
実施の形態1による固定子を示す平面図である。 実施の形態1による絶縁体と鉄心を説明する斜視図である。 実施の形態1によるコイル巻線を示す斜視図である。 実施の形態1による絶縁体の製造方法を説明する斜視図である。 実施の形態1による絶縁体の製造方法を説明する斜視図である。 実施の形態2による磁極を示す斜視図である。 実施の形態2によるシート絶縁の製造方法を説明する斜視図である。 実施の形態2による絶縁体の製造方法を説明する斜視図である。
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1を図に基づいて説明する。図1(a)は回転電機の固定子1の平面図、図1(b)は図1(a)のX〜X断面図である。図1において固定子1は複数の磁極3を円周上に配列し、フレーム2を焼き嵌めや圧入することによって締め付け連結し構成されている。磁極3は鉄心4と、この鉄心4に絶縁体5を取り付けた後、導体を複数回巻き付けたコイル6とによって構成されている。絶縁体5は鉄心4とコイル6との間の電気的絶縁と、コイル6を所定の位置に巻き付ける巻枠の機能とを備えている。鉄心4には図示省略した回転電機の電機子と対向する側の先端部4aと、隣り合う鉄心4と接合するヨーク部4bとが設けられている。尚、鉄心4は導板を打ち抜き後、カシメもしくは接着剤等で積層固着して構成されている。
次に絶縁体5を図2に示す斜視図に基づいて説明する。図2(a)は鉄心4に取り付け前の絶縁体5を示す図であり、図2(b)は鉄心4を示し、図2(c)は絶縁体5を鉄心4に取り付け途中を示す図であり、図2(d)は鉄心4に絶縁体5を取り付けた状態を示す図である。
図2(a)に示すように絶縁体5は、弾力性、可撓性を有し折り曲げ性の優れた例えば樹脂フィルムの電気絶縁材が用いられたシート絶縁51と、第1の枠部50aと第2の枠部50bとよりなり、これらは同一寸法形状であるとともに端面板54と一体的に樹脂注型によって成形されている。製法は後述する。
図2(b)〜図2(d)に示すように鉄心4の端面部4cに装着される絶縁体5の第1の枠部50aと第2の枠部50bは、鉄心4の先端部4a側に位置する先端部フランジ52と、鉄心4のヨーク部4b側に位置するヨーク部フランジ53と、この先端部フランジ52およびヨーク部フランジ53間に設けられた端面板54とによって構成され、これら第1の枠部50aと第2の枠部50bとシート絶縁51とは、樹脂注型によって一体的に固着されている。また先端部フランジ52には取付足52aが、ヨーク部フランジ53には取付足53aのそれぞれが設けられている。尚、図2(a)に示す端面板54の幅Bは鉄心幅Wと同一であり、端面板54間のピッチPは鉄心長Lと同一である。
図2(d)に示した状態では、鉄心4に第1の枠部50a、第2の枠部50bを取付足52a、53aで挟んで装着するとともに、シート絶縁51は鉄心4の側面部4dに沿わせその端部51aは例えば第2の枠部50bの端面板54の下部に挿入して固定している。つまり絶縁体5は鉄心4に接着剤等を用いることなく固着させる構造を採用している。
上記絶縁体5の鉄心4への取り付けを図2(c)、図2(d)に基づき詳細に説明するとともに、絶縁体5上に導体61を巻き付けてコイル6を形成する状態を図3について述べる。図1(a)に示した磁極3の1極分に相当する絶縁体5を図2(c)に示すように鉄心4に装着する。すなわち一体化されたシート絶縁51と先端部フランジ52、ヨーク部フランジ53、端面板54よりなる例えば第1の枠部50aを、図2(c)に示すように鉄心4の一方である端面部4cに取り付ける。この際取付足52aによって第1の枠部50aは鉄心4に固着される。次に鉄心4の側面部4dに沿って覆うようにシート絶縁51を折り曲げるとともに続いて図2(c)の他方の端面部4cに残りの第2の枠部50bを取り付け、図2(d)に示すように鉄心4の側面部4dに沿って覆うようにシート絶縁51を折り曲げて取り付ける。この際シート絶縁51の端部51aは第2の枠部50bの取付足52a、53aと鉄心4との間に挿入される。
次に図3に示すように巻線治具71を用いて導体61が絶縁体5上に複数回巻き付けられてコイル6を作成することにより、磁極3が形成される。この巻線時に絶縁体5はコイル6の巻きテンションによって鉄心4により強固に固着される。
以上のようにこの実施の形態1による固定子1は、磁極3の鉄心4に設けられる絶縁体5の第1の枠部50aと第2の枠部50bとシート絶縁51とが一体化して成形されているのでコイル6と鉄心4との間の対地絶縁特性が向上している。特に図示省略した回転電機の端子部は鉄心4の端面部4cに設けられるものであり、このことからコイル6の巻き始め巻き終わり部は第1の枠部50aまたは第2の枠部50bのいずれか一方付近に設定される場合が多い。前記コイル6の巻き始め部、巻き終わり部は、インパルス的な印加電圧が極大値となることから、第1の枠部50aと第2の枠部50bとシート絶縁51とが一体化した構造は、絶縁耐性が向上して回転電機の高電圧化に適用可能という優れた効果がある。また絶縁体5が第1の枠部50aと第2の枠部50bとシート絶縁51とで一体化されているので、磁極3の製造時におけるキッティング作業つまり必要な部品をまとめて一つの箱や台車に集積する作業が短時間で行えるとともに、絶縁体5の鉄心4に組み付けが接着剤等を使用する必要なく容易に行えるよう作業時間が短縮し、磁極3の製造生産性が向上、コスト低減化がはかれる。
次に前記実施の形態1による磁極3に設けられる絶縁体5の製造方法について述べる。図4に示すように、成形型501を用いて絶縁体5を作製するものであり、この図4では説明の便宜上成形型501は下型のみを図示し、上型は図示省略している。シート絶縁51の幅WSは例えば第1の枠部50aの内幅に合致したものであり、図4の左側よりローラ504等の移動手段によって自動供給後、成形型501の位置で停止しその状態で成形用の樹脂503をノズル502から射出してシート絶縁51と先端部フランジ52、ヨーク部フランジ53、端面板54よりなる第1の枠部50aとを一体化して成形する。第1の枠部50aを成形した後、所定のピッチPでシート絶縁51と共に図4に示す絶縁体5をR方向に移動させる。この際所定のピッチPは成形される第2の枠部50bと前記第1の枠部50aとの間隔であり、図2では端面板54の間隔でもって代表的に示しており、このピッチPは絶縁体5が適用される鉄心4の鉄心長Lに対応する。また移動は移動用のローラ504をサーボモータで駆動、制御することで、ピッチPを高精度に確保している。1ピッチ移動後、前述した工程と同様にして次の第2の枠部50bを成形し、シート絶縁51を所定の長さに切断して図2(a)に示した絶縁体5を作成する。このような製造方法によって絶縁体5が製造されるので、回転電機の仕様、出力等により固定子1に配置される磁極3の鉄心長Lが、複数種類必要とする多機種、大量生産の場合であっても、絶縁体5の製造は鉄心長Lに合わせてローラ504の駆動、制御を行う、すなわち鉄心長Lに合わせてシート絶縁51上の第1の枠部50aと第2の枠部50bのピッチPを変更して容易に絶縁体5を製造できるので従来技術の如く、機種に合わせた複数の絶縁部材を在庫する必要が無く、管理も容易となり、低コスト化しかつ大量生産に対応可能な絶縁体5の製造方法を提供できる。
尚、上記ではシート絶縁51を磁極3に適応した所定の長さに切断する例を示したが、図5に示すような製造方法を採用すれば絶縁体5を連続的に製造可能となり生産性が向上する。すなわち幅広のシート絶縁51Bを注形用の成形型501に供給する前に、図5に示す「A」の位置でシート絶縁51Bを打ち抜きスリットSを形成する。このスリット幅は先端部フランジ52あるいはヨーク部フランジ53の厚さに相当し、このスリットS内に前記先端部フランジ52あるいはヨーク部フランジ53のいずれかが成形可能とする。次に「B」の位置で図4で述べた製造方法で第1の枠部50aを成形しシート絶縁51と一体化させ、所定ピッチPで第2の枠部50bを形成、「C」の位置で鉄心長Lに適応した長さに切断、取り出しを行う。
実施の形態2.
次に実施の形態2による磁極3を図6に基づいて説明する。図6(a)は絶縁体5aを鉄心4に装着した状態を示す斜視図である。この絶縁体5aは、実施の形態1で示した絶縁体5に、図2(b)に示す鉄心長Lと同じ長さを有する先端部側の外被シート絶縁55aと、ヨーク部側の外被シート絶縁55bを設けたものであり、この双方の外被シート絶縁55a、55bは後述する図8に示すようにシート絶縁51aに対して折り曲げ角αをもって折り曲げて成形されている。
図6(b)は実施の形態1と同様に、鉄心4に絶縁体5aを装着後コイル6を形成し、先端部側の外被シート絶縁55aをコイル6の表面を包み込むように、またヨーク部側の外被シート絶縁55bをコイル6および前記外被シート絶縁55aを包み込むように互いに折り曲げて磁極3を形成した状態を示す。尚、この外被シート絶縁55a、55bの表面は図示省略した固定用絶縁テープや接着剤等で互いに離別しないよう固定している。このような構成の磁極3とすることで、この磁極3をフレーム2内に設置した場合、隣り合う異極のコイル6との間の絶縁特性を向上させることができ、高電圧回転電機として適用可能となり、より安定した品質の固定子1を備えた回転電機となるという効果がある。
次にこの実施の形態2の絶縁体5aの製造方法について説明する。図7に示すように、実施の形態1のシート絶縁51より幅広のシート絶縁幅WBのシート絶縁51aを用い、このシート絶縁51aを切断用治具504および切断用刃504aを用いて、図2で説明した端面板54が配置される個所に対応する場所に切り欠き部55cを設ける。この切り欠き部55cはシート絶縁51aをR方向に移動して前述した所定のピッチP毎に設ける。このシート絶縁51aを図2や後述の図8の如く適用される1磁極毎の長さに切断してもよく、あるいはシート絶縁51aを順送りに移動し、1ピッチP毎に第1の枠部50aおよび第2の枠部50bを繰り返し設けて、後工程で1磁極分毎に切断してもよい。後者の場合、生産性が向上する効果がある。
その後、図8に示すように、前記切り欠き部55cの存在しない個所の長さLのシート絶縁51aをプレス機等を用いて折り曲げ角αにて折り曲げて、図6にも示した先端部側の外被シート絶縁55aとヨーク部側外被シート絶縁55bを形成する。この外被シート絶縁55a、55bの長さLは鉄心長Lと等しく、外被シート絶縁55aと外被シート絶縁55bとが対向する間隔WSは実施の形態1に示したシート絶縁51のシート絶縁幅WSと同等である。
前記折り曲げ角αは90°以下の鋭角とすることで、後工程の第1の枠部50a、第2の枠部50bの成形時における成形型501との干渉を防止している。一方、より小さな折り曲げ角αを採用すると、コイル6の巻線作業性を低下させる為、磁極3の体格に対応した折り曲げ角αが選定される。このようにして作成されたシート絶縁51aは、図8に示す成形型501に配置した状態で実施の形態1と同様の方法にて樹脂503を注形し、第1の枠部50a、第2の枠部50bを形成するとともにシート絶縁51aを第1の枠部50a、第2の枠部50bと一体化させ絶縁体5aとする。この実施の形態2による絶縁体5aの製造方法は、前述した実施の形態1と同様の効果がある。
尚、この発明は、その発明の実施の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
1 固定子、2 フレーム、3 磁極、4 鉄心、4a 先端部、4b ヨーク部、
4c 端面部、4d 側面部、5,5a 絶縁体、6 コイル、50a 第1の枠部、
50b 第2の枠部、51,51a シート絶縁、52 先端部フランジ、
52a 取付足、53 ヨーク部フランジ、53a 取付足、54 端面板、
55a,55b 外被絶縁部、55c 切り欠き部、501 成形型、502 ノズル、503 樹脂、504 ローラ。

Claims (5)

  1. 回転電機の鉄心に取り付けられた絶縁体とコイルとで形成される磁極が、複数個フレームに配置された固定子において、前記絶縁体、第1の枠部と第2の枠部とシート絶縁とで構成され、前記第1の枠部と前記第2の枠部とは樹脂成形されているとともに、前記シート絶縁前記第1の枠部および前記第2の枠部に融合して連結され、前記第1の枠部が前記鉄心の軸方向の一方の端面部に、前記第2の枠部が前記鉄心の軸方向の他方の端面部に設けられているとともに、前記シート絶縁が前記鉄心の側面部に沿って設けられており、前記磁極は、前記第1の枠部、前記第2の枠部および前記シート絶縁が前記鉄心に直接接触し、前記絶縁体上に前記コイルが設けられて形成された固定子の前記鉄心に取り付けられた絶縁体の製造方法であって、前記絶縁体が搬送手段によって搬送される前記シート絶縁に、成形型上においてノズルから射出する樹脂で前記第1の枠部を成形するとともに、前記シート絶縁を前記第1の枠部に融合して連結した後、前記搬送手段によって前記シート絶縁が前記鉄心の軸方向長さに相当するピッチ長だけ搬送され、停止後、前記成形型上において前記ノズルから射出する樹脂で第2の枠部を成形するとともに、前記シート絶縁を前記第2の枠部に融合して連結した後、前記シート絶縁を所定の長さに切断して形成されている絶縁体の製造方法。
  2. 前記第1の枠部および前記第2の枠部は、前記鉄心の前記回転電機の電機子と対向する側の先端部側に設けられる先端部フランジと、前記鉄心のヨーク部側に設けられるヨーク部フランジと、前記先端部フランジと前記ヨーク部フランジとの間を連結する端面板とが射出成形されており、前記シート絶縁の幅は前記先端部フランジと前記ヨーク部フランジとの間と同一寸法である請求項に記載の絶縁体の製造方法。
  3. 前記搬送手段によって搬送される前記シート絶縁は、前記鉄心の前記回転電機の電機子と対向する側の先端部フランジと前記鉄心のヨーク部側に設けられるヨーク部フランジとの間の寸法よりも大きな幅寸法を有した幅広のシート絶縁であり、前記成形型上に搬送される前工程において、前記幅広のシート絶縁の幅方向の一方端から長手方向に前記所定の長さの絶縁体と同様の長さのスリットが設けられ、前記スリットの幅は前記第1の枠部および前記第2の枠部の前記先端部フランジあるいは前記ヨーク部フランジのいずれかを成形時に設置可能とするものであ、その後、前記第1の枠部および前記第2の枠部を成形後に前記スリットから切り出されて前記絶縁体を形成する請求項に記載の絶縁体の製造方法。
  4. 回転電機の鉄心に取り付けられた絶縁体とコイルとで形成される磁極が、複数個フレームに配置された固定子において、前記絶縁体が、第1の枠部と第2の枠部とシート絶縁とで構成され、前記第1の枠部と前記第2の枠部とは樹脂成形されているとともに、前記シート絶縁は前記第1の枠部および前記第2の枠部に融合して連結され、前記第1の枠部が前記鉄心の軸方向の一方の端面部に、前記第2の枠部が前記鉄心の軸方向の他方の端面部に設けられているとともに、前記シート絶縁が前記鉄心の側面部に沿って設けられており、前記磁極は、前記第1の枠部、前記第2の枠部および前記シート絶縁が前記鉄心に直接接触し、前記絶縁体上に前記コイルが設けられているとともに、前記シート絶縁には、同一材で一体的に形成されている外被絶縁部が設けられており、前記コイルの表面が外被絶縁部によって覆われて形成された固定子の前記鉄心に取り付けられた絶縁体の製造方法であって、前記絶縁体が搬送手段によって搬送される前記シート絶縁の幅寸法は前記第1の枠部と前記第2の枠部との間の寸法に、前記絶縁体上に巻き付けられる前記コイルを覆う前記外被絶縁部の長さを加えた寸法を有した幅広のシート絶縁で成形され、前記幅広のシート絶縁は切断用治具によって前記鉄心の軸方向長さに相当するピッチでもって幅方向の両側から前記第1の枠部および前記第2の枠部間の寸法を残すようにして、前記第1の枠部、前記第2の枠部が射出成形可能なよう、長手方向に切り欠き部が形成され、前記切り欠き部の前記長手方向の間隔部分に存在する前記幅広のシート絶縁は前記第1の枠部および前記第2の枠部間の寸法部分から、前記コイルが設けられる側に互いに対向するよう所定の角度で折り曲げられた後、前記搬送手段によって搬送され、成形型上においてノズルから射出する樹脂で前記第1の枠部を成形するとともに、前記幅広のシート絶縁を前記第1の枠部に融合して連結した後、前記搬送手段によって前記幅広のシート絶縁が前記鉄心の軸方向長さに相当するピッチ長だけ搬送され、停止後、前記成形型上において前記ノズルから射出する樹脂で前記第2の枠部を成形するとともに、前記幅広のシート絶縁を前記第2の枠部に融合して連結した後、前記幅広のシート絶縁を所定の長さに切断して形成されている絶縁体の製造方法。
  5. 前記第1の枠部および前記第2の枠部は、前記鉄心の前記回転電機の電機子と対向する側の先端部側に設けられる先端部フランジと、前記鉄心のヨーク部側に設けられるヨーク部フランジと、前記先端部フランジと前記ヨーク部フランジとの間を連結する端面板とが射出成形されている請求項に記載の絶縁体の製造方法。
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