JP6572058B2 - 電動機の固定子 - Google Patents

Description

本発明は、コイルエンドにモールド注型された電動機の固定子に関する。

従来の電動機の固定子について、図１０〜１２に示す。図１０は従来の電動機の固定子の斜視図、図１１は図１０に示す固定子のコア端面の径方向断面図である。図１２は、図１０に示す固定子の内側から見た内面図で、内部の構造は破線で示す。従来の電動機の固定子は、円環状の電磁鋼板を積層した固定子鉄心１と、固定子鉄心１の内側に設けた複数のティース２によって形成されたスロット６と、スロット６に巻回した巻線４と、巻線４のスロット６からの飛び出し防止のためスロット開口部７に挿入された絶縁板５と、巻線４のコイルエンド９に注型されたモールド３とを備えている。

巻線４に交流電流を流すと、固定子に回転磁界が発生し、固定子内側部に所定のギャップを設けて配置した図示しない回転子の磁極と磁気的に作用して回転子が回転する。

一方、巻線４に電流が流れ、電気抵抗により巻線温度が上昇し、巻線４の許容温度を越えると電動機が使用できなくなる。そこで、巻線温度の上昇をできるだけ抑えるために、最も温度が高くなるコイルエンド９を熱伝導の良いモールド３で注型することで、固定子の外周に嵌装した図示しない水冷ジャケット等に熱を伝え、冷却するようにしていた。このようにコイルエンドを樹脂等によりモールドした電動機の固定子を特許文献１（段落０００５等参照）に示す。

特開２００６−１４９０５３号公報

従来の電動機の固定子において、巻線に電流が流れると、電流の入切により巻線温度が上昇と下降を繰り返す。すると、固定子鉄心とモールドの線膨張係数の差に起因して発生する熱応力がモールドに加わりクラックが発生するという問題がある。特にクラックが発生し易い場所は、応力が集中するモールドの内側のティース角部であり、ここを起点にしてクラックが発生し、軸方向に伸展する。本発明は、モールドのクラックを防止することを目的とする。

本発明に係る電動機の固定子は、円環状の電磁鋼板を積層した固定子鉄心と、前記固定子鉄心の内周面に設けられた複数のティースによって形成された複数のスロットと、前記スロットに巻回された巻線と、前記巻線の前記固定子鉄心の軸方向端に形成されたコイルエンドと、前記コイルエンドを覆うモールドとを備えた電動機の固定子であって、前記モールドにおける、前記固定子鉄心の軸方向端のティース角部近傍の前記コイルエンドの内周面に対応する部分に、前記モールドを補強する帯状の補強材を少なくとも一周分配置しており、前記補強材は、ガラスクロス織布又は炭素繊維織布である、ことを特徴とする。

また、前記スロットの開口部に挿入され、前記固定子鉄心の軸方向端面から突出する突出部を有する絶縁板を備え、前記絶縁板の固定子径方向内側面に、前記補強材を接着固定したことを特徴とする。

また、前記補強材は、前記固定子鉄心の軸方向両端にそれぞれ配置された一対の帯状部と、一対の帯状部を複数個所で互いに連結して、前記複数のスロットに挿入される複数の連結部とが一体形成された梯子形状であることを特徴とする。

また、前記スロットの開口部に挿入され、前記固定子鉄心の軸方向端面から突出する突出部を有する絶縁板を備え、前記絶縁板の固定子径方向外側面と前記コイルエンドの内周面との間に、前記補強材を挟んで固定したことを特徴とする。

また、前記絶縁板は、前記固定子鉄心の軸方向に少なくとも２分割されていることを特徴とする。さらに、前記絶縁板の前記突出部は、所定の前記絶縁板に設けられていることを特徴とする。

本発明の電動機の固定子によれば、帯状の補強材を、ティース角部近傍のコイルエンド内周面に一周分配置固定する。帯状の補強材によりティース角部近傍のモールドが補強されるのでクラックの発生を防止することができる。

本発明の第１実施例である電動機の固定子の内側から見た内面図である。 本発明の第１実施例である電動機の固定子のＡ面の径方向断面図である。 本発明の第２実施例である電動機の固定子の内側から見た内面図である。 本発明の第２実施例である電動機の固定子のＡ面の径方向断面図である。 本発明の第３実施例である電動機の固定子の内側から見た内面図である。 本発明の第３実施例で使用する補強材の形状の一部を示す図である。 本発明の第３実施例である電動機の固定子のＡ面の径方向断面図である。 本発明の第４実施例である電動機の固定子の内側から見た内面図である。 本発明の第４実施例である電動機の固定子のＡ面の径方向断面図である。 従来の電動機の固定子の斜視図である。 従来の電動機の固定子のコア端面の径方向断面図である。 従来の電動機の固定子の内側から見た内面図である。

本発明の第１実施例について説明する。図１は、第１実施例である電動機の固定子の内側から見た内面図でモールド３の内部を破線で示す。図２は、第１実施例である電動機の固定子のＡ面の径方向断面図である。

図１、２において、１は固定子鉄心、２はティース、３はモールド、４は巻線、５は絶縁板、６はスロット、７はスロット開口部、８はティース角部、９は巻線４のコイルエンド、１０は帯状補強材、１１は絶縁紙である。

本実施例の電動機の固定子は、円環状の電磁鋼板を積層した固定子鉄心１と、固定子鉄心１の内側に設けた複数のティース２と、ティース２によって形成されたスロット６と、スロット６に巻回した巻線４と、スロット開口部７に挿入された絶縁板５と、巻線４のコイルエンド９に注型されたモールド３で構成されている。すなわち、図１０に示す従来の電動機の固定子と同じ構成である。本実施例では、上記構成に加え、帯状の補強材１０が、固定子鉄心１の軸方向端面Ａ、Ｂのティース角部８の近傍のコイルエンド内周面に少なくとも１周分配置されて固定されている。なお、帯状の補強材１０をコイルエンド内周面に一周分固定してもクラックの発生を防止できない場合には、帯状の補強材１０を複数周分固定すると良い。これにより、一周分固定する場合に比べて、モールド３の補強効果が高くなり、クラックを防止することができる。

帯状の補強材１０は、コイルエンド９の内周面に接着する方法と、モールド注型時に、固定子の内側にモールド３が漏れないように挿入する軸状の治具に巻きつけた状態でモールド注型し、固定する方法とのいずれかによって、モールド３における、固定子鉄心１の軸方向端のティース角部８の近傍のコイルエンド９の内周面に対応する部分に固定されている。

帯状の補強材１０の材質としては、モールド３を補強するために、モールド３と一体に成型できることが望ましいため、ガラスクロス、炭素繊維等のモールド３が通過可能な材質が使用される。

本実施例によれば、帯状の補強材１０をクラックの発生し易いティース角部８の近傍のコイルエンド内周面に配置しモールド３と一体に成型している。このため、巻線４への電流の入切により巻線温度が上昇と下降を繰り返して、固定子鉄心１とモールド３の線膨張係数の差に起因して発生する熱応力がモールド３に加わっても、帯状の補強材１０により、ティース角部８の近傍のモールド３が補強されるので、ティース角部８の近傍からのクラックの発生を防止することができる。

また、帯状の補強材１０を帯状にした理由は、コイルエンド９のモールド３は円環状をしており、温度が変化すると円環状のモールド３が伸びたり縮んだりするため、部分的に補強材を入れても、補強材が入っていない部分の強度が不足しクラックが発生するためである。

なお、本実施例では、スロット開口部７に絶縁板５を挿入しているが、オープニング部が狭い場合には、絶縁紙を用いても良い。さらに、図１に示すように、コイルエンド９に帯状の補強材１０を直接被せて糸で固定する等の他の補強方法を併用しても良い。

次に本発明の第２実施例について説明する。図３は、第２実施例である電動機の固定子の内側から見た内面図である。図４は、第２実施例である電動機の固定子のＡ面の径方向断面図である。図３、４において、図１、２と同じ構成については、同符号を付してその説明を省略し、相違する構成のみ説明する。

本実施例では、図３に示すように、スロット開口部７に挿入された絶縁板１２は、固定子鉄心１の端面より突出する突出部１２ａを有している。帯状の補強材１０を、固定子鉄心１の軸方向端面Ａ、Ｂのティース角部８の近傍のモールド内周面に位置する絶縁板１２の突出部１２ａの固定子鉄心１の径方向内側面に、少なくとも１周分配置し固定する。

帯状の補強材１０は、絶縁板１２の突出部１２ａの固定子鉄心１の径方向内側面に接着する方法と、モールド注型時に、固定子の内面側にモールド３が漏れないように挿入する軸状の治具と絶縁板１２の間に、帯状の補強材１０を挿入し、モールド成型時に一緒に固定する方法とのいずれかによって、モールド３における、固定子鉄心１の軸方向端のティース角部８の近傍のコイルエンド９の内周面に対応する部分に固定されている。

本実施例によれば、帯状の補強材１０を、クラックの発生し易いティース角部８の近傍のコイルエンド内周面に配置してモールド３と一体に成型している。このため、帯状の補強材１０により、ティース角部８の近傍のモールド３が補強されるので、ティース角部８の近傍からのクラックの発生を防止することができる。

さらに、本実施例によれば、帯状の補強材１０は、固定子鉄心１の端面より突出した絶縁板１２により外周側に広がらないように規制されるので、ティース角部８の近傍のコイルエンド内周面に確実に配置することができる。

次に、本発明の第３実施例について説明する。図５は、第３実施例である電動機の固定子の内側から見た内面図である。図６は、第３実施例で使用する補強材の形状の一部を示している。図７は、第３実施例である電動機の固定子のＡ面の径方向断面図である。図５〜７において、図１、２と同じ構成については、同符号を付してその説明を省略し、相違する構成のみ説明する。

本実施例では、上記構成に加え、梯子状の補強材１３を用いる。梯子状の補強材１３は、第１実施例や第２実施例で固定子鉄心１の軸方向端面Ａ、Ｂのコイルエンド内周面に使用した帯状の補強材１０が、スロット開口部７に挿入した長方形の補強材と一体に形成されたものであり、固定子内周面に少なくとも１周分配置し固定する。

図５、６に示すように、梯子状の補強材１３は、固定子鉄心１の軸方向両端にそれぞれ配置された一対の帯状部１３ａと、一対の帯状部１３ａを複数個所で互いに連結して、複数のスロット開口部７に挿入される複数の連結部１３ｂとが一体形成された梯子形状である。

梯子状の補強材１３の材質としては、帯状の補強材１０と同様に、モールド３を補強するために、モールド３と一体に成型できることが望ましいため、ガラスクロス、炭素繊維等のモールド３が通過可能な材質が使用される。

梯子状の補強材１３の固定方法については、絶縁板１４の表面に接着する方法と、モールド注型時に、固定子鉄心１の内周面にモールド３が漏れないように挿入する軸状の治具と、絶縁板１４の間に梯子状の補強材１３を挿入し、モールド３の際に固定する方法と、絶縁板１４をスロット開口部７から抜いた状態で、まず、梯子状の補強材１３を配置し、その後、絶縁板１４をスロット開口部７に挿入し固定する方法等がある。いずれの方法によっても、梯子状の補強材１３は、モールド３における、固定子鉄心１の軸方向端のティース角部８の近傍のコイルエンド９の内周面に対応する部分に配置される。

なお、絶縁板１４の表面に接着する方法と、軸状の治具との間に挿入し、モールド３の際に固定する方法は、絶縁板１４の内面側に梯子状の補強材１３が剥き出しになるので、スロット開口部７も梯子状の補強材１３と共に、コイルエンド９と一体にモールド注型すると良い。一方、梯子状の補強材１３を配置し、その後で、絶縁板１４をスロット開口部７に挿入し固定する方法では、梯子状の補強材１３より内面側に絶縁板１４が配置されるので、スロット開口部７は必ずしもモールド注型されていなくても良い。

本実施例によれば、梯子状の補強材１３をクラックの発生し易いティース角部８の近傍のコイルエンド内周面に配置してモールド３と一体に成型している。このため、梯子状の補強材１３により、ティース角部８の近傍のモールド３が補強されるので、ティース角部８の近傍からのクラックの発生を防止することができる。

さらに、本実施例によれば、梯子状の補強材１３は、スロット開口部７に挿入される部分により、コイルエンド９で、外周側に広がらないように規制されるので、ティース角部８の近傍のコイルエンド内周面に確実に配置することができる。

なお、他の効果として、第１実施例や第２実施例では、帯状の補強材１０を固定子鉄心１の軸方向端面Ａ、Ｂのコイルエンド内面部にそれぞれ配置し固定しているが、本実施例の梯子状の補強材１３は一体化されているので、軸方向端面Ａ、Ｂに一度に配置できるため、梯子状の補強材１３の固定に要する工数を削減することができる。

次に本発明の第４実施例について説明する。図８は、第４実施例である電動機の固定子の内側から見た内面図である。図９は、第４実施例である電動機の固定子のＡ面の径方向断面図である。図８、９において、図１、２と同じ構成については、同符号を付してその説明を省略し、相違する構成のみ説明する。

本実施例では、絶縁板１５を、固定子鉄心１の軸方向長さよりも長く形成し、固定子鉄心１の軸方向端面Ａ、Ｂから突出させる。すなわち、固定子鉄心１の軸方向端面Ａ、Ｂから突出する突出部１５ａを有している。なお、絶縁板１５は、軸方向で２分割以上に分割されていてもよい。帯状の補強材１０は、この突出した絶縁板１５の外周面とコイルエンド内周面の間に挟まれて、ティース角部８の近傍のコイルエンド内周面に少なくとも一周分配置し固定される。

絶縁板１５を２分割以上に分割する理由は、スロット６に挿入された巻線４のコイルエンド９が、挿入時のスプリングバックにより固定子の内面側に張り出すため、コイルエンド内周面と絶縁板１５の外面が接近し、帯状の補強材１０を挿入することが難しいためである。

絶縁板１５を２分割することによって、絶縁板１５をスロット開口部７から軸方向端面Ａ、Ｂにおいて片方ずつ抜き差しする。そして、まず、Ａ面の絶縁板１５をスロット開口部７から抜いた状態で、ティース角部８の近傍に帯状の補強材１０を配置し、絶縁板１５で帯状の補強材１０をクリップするようにしてスロット開口部７に挿入し固定する。Ａ面の絶縁板１５を全て挿入したら、次にＢ面についても、Ａ面と同様の方法で、絶縁板１５で帯状の補強材１０を固定する。

絶縁板１５を２分割以上にした場合は、端面から抜き差しする絶縁板１５以外は、スロット開口部７に挿入したままにして、スプリングバックでスロット開口部７から固定子の内面側に出てこようとする巻線４を押さえる役割をさせ、残りの２枚でＡ面、Ｂ面の帯状の補強材１０を固定するようにしても良い。

また、帯状の補強材１０の固定については、全ての絶縁板１５を使用する必要はなく、複数の絶縁板１５のうち所定の絶縁板１５にのみ突出部１５ａを設けて、この突出部１５ａを使用して行ってもよい。この場合、絶縁板１５で帯状の補強材１０を固定していない絶縁板１５については、絶縁板１５の内面側に帯状の補強材１０を配置するか、または、絶縁板１５（分割の有無は問わない）を固定子鉄心１の軸方向長さよりも短く形成し、固定子端面より突出させないようにしても良い。これにより、絶縁板１５で帯状の補強材１０を固定する箇所が少なくなるため帯状の補強材１０の固定する作業工数を削減できる。

本実施例によれば、帯状の補強材１０をクラックの発生し易いティース角部８の近傍のコイルエンド内周面に配置してモールドと一体に成型している。このため、帯状の補強材１０により、ティース角部８の近傍のモールド３が補強されるので、ティース角部８の近傍からのクラックの発生を防止することができる。

１ 固定子鉄心、２ ティース、３ モールド、４ 巻線、５、１２、１４、１５ 絶縁板、６ スロット、７ スロット開口部、８ ティース角部、９ コイルエンド、１０、１３ 補強材、１１ 絶縁紙、１２ａ、１５ａ 突出部、１３ａ 帯状部、１３ｂ 連結部。

Claims (6)

1. 円環状の電磁鋼板を積層した固定子鉄心と、前記固定子鉄心の内周面に設けられた複数のティースによって形成された複数のスロットと、前記スロットに巻回された巻線と、前記巻線の前記固定子鉄心の軸方向端に形成されたコイルエンドと、前記コイルエンドを覆うモールドとを備えた電動機の固定子であって、
   前記モールドにおける、前記固定子鉄心の軸方向端のティース角部近傍の前記コイルエンドの内周面に対応する部分に、前記モールドを補強する帯状の補強材を少なくとも一周分配置しており、
   前記補強材は、ガラスクロス織布又は炭素繊維織布である、
   ことを特徴とする電動機の固定子。
2. 前記スロットの開口部に挿入され、前記固定子鉄心の軸方向端面から突出する突出部を有する絶縁板を備え、
   前記絶縁板の固定子径方向内側面に、前記補強材を接着固定したことを特徴とする請求項１に記載の電動機の固定子。
3. 前記補強材は、前記固定子鉄心の軸方向両端にそれぞれ配置された一対の帯状部と、一対の帯状部を複数個所で互いに連結して、前記複数のスロットに挿入される複数の連結部とが一体形成された梯子形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の電動機の固定子。
4. 前記スロットの開口部に挿入され、前記固定子鉄心の軸方向端面から突出する突出部を有する絶縁板を備え、
   前記絶縁板の固定子径方向外側面と前記コイルエンドの内周面との間に、前記補強材を挟んで固定したことを特徴とする請求項１に記載の電動機の固定子。
5. 前記絶縁板は、前記固定子鉄心の軸方向に少なくとも２分割されていることを特徴とする請求項４に記載の電動機の固定子。
6. 前記絶縁板の前記突出部は、所定の前記絶縁板に設けられていることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の電動機の固定子。

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