JP6968217B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本願は、回転電機に関するものである。

近年、回転電機の小型化、高出力化に伴って、積層鉄心からなる固定子の巻線量が多くなり、隣接する巻線部同士が互いに近接配置されるようになってきている。特に、集中巻線方式の電動機において、複数の分割コアを環状に接続して形成される固定子を使用する。その場合、各固定子鉄心に交流電気のそれぞれ異なる相の巻線が巻きつけられるため、異なる相の巻線部が互いに接近していることになり、その巻線部の間を十分に絶縁することが必要となっている。

従来の回転電機の固定子の分割コアは、固定子鉄心の両側に、積層面と接して絶縁シートを装着し、この絶縁シートを介して導体線が巻回されているものが一般的である。この絶縁シートは、固定子鉄心のティース部に装着される装着部と、この装着部の両面から延長している延長部とで形成される。絶縁シートの装着部が固定子鉄心の軸方向の両端に設置されたインシュレータで固定され、絶縁シートの延長部が二重に重なってインシュレータの開口部側に露出する巻線部を覆って設置されるものである。また、絶縁シートの軸方向における延長部の長さを、固定子鉄心の軸方向両端から突出する巻線部を含めた長さ以上として、巻線部を覆うように配置して巻線部間の絶縁を向上したものがある（例えば、特許文献１を参照）。

分割コアを製作するに当たって、特許文献１では、絶縁シートにおける外径側の延長部を押圧冶具で外径側に押さえながら導体線を巻き回すことにより、導体線と絶縁シートの外径側の延長部とが干渉することを防止している。

特開２０１８−１９８５１５号公報（図１０）

しかしながら、特許文献１に記載の回転電機では、巻線工程において、絶縁シートの反りまたは自重により、絶縁シートの延長部がティース部の巻線領域に侵入することがあった。そのため、絶縁シートの延長部と導体線との接触により、絶縁シートの巻線内への巻き込み、または絶縁シートの破れが発生し、巻線部と固定子鉄心および隣接する巻線部との絶縁を確保できないことがあった。

また、絶縁シートの外径側の延長部を押圧冶具で外径側に押さえながら導体線を巻き回しており、外径側の絶縁シートの延長部の角部が、固定子鉄心のティース部の外径側の外縁部を支点に、ティース部の巻線領域に侵入することがあった。そのことが、巻線工程における絶縁シートの巻き込みの要因の一つであった。

本願は、巻線工程において、絶縁シートの延長部の巻線内への巻き込みと、絶縁シートの延長部の破れとを防止するための絶縁シートの構造を提供することを目的とする。また、これにより、回転電機の固定子を構成する分割コアの巻線部と固定子鉄心および隣接する巻線部との絶縁を確保するものである。

本願に係わる回転電機は、円環状に並べられた複数の分割コアを有する固定子を持つ回転電機であって、前記分割コアは、前記固定子の外周となるコアバック部から径方向に伸びたティース部を有する固定子鉄心と、前記ティース部の周方向の両側面に装着された絶縁シートと、前記絶縁シートを挟んで前記ティース部の周りに導体線を巻回した巻線部と、を備え、前記絶縁シートは、前記巻線部の内側で前記ティース部に接する装着部と、前記巻線部を包む延長部とを有し、前記延長部には、前記巻線部の軸方向の端部を覆う突出部を有し、前記装着部と前記延長部との間には、軸方向の折り目を有し、前記折り目の端の周辺から前記突出部の軸方向の端にある頂部に向けて傾斜を有し、前記傾斜は、前記装着部の端面の前記折り目より径方向内側から、前記突出部の頂部に向けて斜辺で繋がっている斜辺部で形成されているものである。
また、前記傾斜は、前記装着部の端面を前記折り目の端より周方向に延長した位置から、前記突出部の頂部に向けて斜辺で繋がっている斜辺部で形成されているものである。
さらにまた、前記傾斜は、前記装着部の端面を前記折り目の端より周方向に延長した位置から、前記突出部の軸方向に伸びる直線部を形成し、前記直線部の端から前記突出部の頂部に向けて斜辺で繋がっている斜辺部で形成されているものである。

本願の絶縁シートは、巻線部を包む延長部において、巻線部の軸方向の端部に向けて傾斜を有するため、導体線の巻き回し時に導体線と延長部の傾斜部分で接触するので、巻線工程における、絶縁シートの巻線内への巻き込み、および絶縁シートの破れを防止することができる。また、これにより、回転電機の固定子を構成する分割コアの巻線部と固定子鉄心および隣接する巻線部との絶縁を確保することが可能となる。

実施の形態１に係わる回転電機を示す部分断面図である。 実施の形態１に係わる回転電機の固定子を示す平面図である。 実施の形態１に係わる回転電機の分割コアを示す断面図である。 実施の形態１に係わる回転電機の分割コアを各構成要素に分解した斜視図である。 実施の形態１に係わる回転電機の絶縁シートを示す展開図である。 実施の形態１に係わる回転電機の分割コアの導体線の巻き回しの状態を示す斜視図である。 実施の形態１に係わる回転電機の分割コアの導体線の巻き回しの状態を示す正面図である。 実施の形態１に係わる回転電機の分割コアを示す斜視図である。 実施の形態２に係わる回転電機の絶縁シートを示す展開図である。 実施の形態２に係わる回転電機の絶縁シートを示す展開図である。 実施の形態２に係わる回転電機の絶縁シートを示す展開図である。 実施の形態２に係わる回転電機の絶縁シートを示す展開図である。 実施の形態２に係わる回転電機の絶縁シートを示す展開図である。

実施の形態１．
図１は、本願の実施の形態１に係る回転電機を示す部分断面図である。回転電機１は、トルクを外部に伝達する回転軸２を備えている。本願において、軸方向とは、回転軸２に平行な方向とし、径方向とは、回転軸２を中心とした場合の径方向とし、周方向とは、回転軸２を中心とした場合の周方向とする。図１では、回転電機１について、回転軸２の中心に対し右側正面の半分を断面図で示し、左側正面の半分を正面外形図で示している。

回転電機１は、ハウジング３と、ハウジング３に支持され、回転磁界を発生させる固定子４と、固定子４に対して回転軸２の中心側に設けられた回転子５と、ハウジング３に支持され、回転軸２を回転自在に支持する複数の軸受６とを備えている。

固定子４は、複数の分割コア４００に分割されている。また、分割コア４００は、固定子鉄心４１０と、インシュレータ４２０と、絶縁シート４３０（図１では見えない）と、巻線部４４０と、で構成されている。

回転子５は、回転軸２および軸受６を介して、ハウジング３に回転自在に支持されている。回転子５は、固定子４に対して周方向に回転する。固定子４と回転子５との間には、径方向に隙間が形成されている。回転子５は、回転軸２に固定され、磁束が通る回転子鉄心５０１と、回転子鉄心５０１の内部に埋め込まれた複数の永久磁石５０２とを有している。

図２は、図１の固定子４を示す平面図である。固定子４は、回転電機１の回転軸２の周方向に円環状に並べられた複数の分割コア４００から形成されている。分割コア４００は、固定子鉄心４１０の軸方向の両端にインシュレータ４２０を挿入し、絶縁シート４３０を両面テープまたは接着剤等を用いて固定子鉄心４１０に固定している。そして、詳細を後述する絶縁シート４３０とインシュレータ４２０とで絶縁された固定子鉄心４１０の周りには、絶縁被覆を施した導体線４４１を巻回した巻線部４４０が設けられている。この導体線４４１に電流が供給されることによって巻線部４４０に磁界を発生させる。このような巻線部４４０を設けた固定子鉄心４１０が環状に接続されて、回転電機１の固定子４を形成している。

図３は、図２の固定子４の分割コア４００を２つ並べたところを示す断面図である。固定子鉄心４１０に固定された絶縁シート４３０は、径方向に折り畳まれて配置されており、導体線４４１が積み重なった巻線部４４０を径方向と周方向に覆っている。巻線部４４０を覆っている絶縁シート４３０の一部は２重に重なっている。そのため、隣接する巻線部４４０は、２枚の絶縁シート４３０を介して接している箇所と、４枚の絶縁シート４３０を介して接している箇所を有する。

図４は、分割コア４００の各構成要素である固定子鉄心４１０と、インシュレータ４２０と、絶縁シート４３０とを分解した斜視図である。固定子鉄心４１０は、複数の電磁鋼板が軸方向に積層されることによって構成されている。また、固定子鉄心４１０は、コアバック部４１１と、コアバック部４１１の周方向中央部から径方向内側に伸びたティース部４１２と、ティース部４１２の径方向内側から周方向に突出するシュー部４１３とからなる。また、固定子鉄心４１０の軸方向の両端面に設けられたコアバック部４１１とティース部４１２とには、インシュレータ４２０と嵌合するための嵌合部４１４が設けられている。さらに、ティース部４１２の外径側には外縁部４１５がある。

インシュレータ４２０は、固定子鉄心４１０に嵌合する薄肉部４２１と、巻線部４４０の径方向内側の位置を規制するための内径側ガイド４２２と、巻線部４４０の径方向外側の位置を規制するための外径側ガイド４２３と、インシュレータ４２０の内径側ガイド４２２と外径側ガイド４２３とからなる。また、薄肉部４２１と内径側ガイド４２２と外径側ガイド４２３とには、絶縁シート４３０と接する位置にシートの厚み分凹んでいる段差部４２４が設けられている。絶縁シート４３０とインシュレータ４２０の薄肉部４２１とは、重なった状態で、絶縁シート４３０が固定されている。

本願の実施の形態では、インシュレータ４２０の材料には、例えば、ポリフェニレンスルファイドが用いられ、インシュレータ４２０は射出成形により形成されている。

図５は、実施の形態１に係わる絶縁シート４３０の展開図である。図４に示された絶縁シート４３０の斜視図部分と合わせて説明する。絶縁シート４３０は、固定子鉄心４１０のティース部４１２に装着する装着部４３１と、装着部４３１の内径側と外径側にそれぞれ周方向に延長された延長部４３２と、装着部４３１と延長部４３２の境界に形成された折り目４３３と、装着部４３１の軸方向長さより長い延長部４３２の軸方向の端である突出部４３４と、折り目４３３の端から突出部４３４の頂部４３５へ向けて軸方向に傾斜を有する斜辺で繋がっている斜辺部４３６とからなる。

本実施の形態では、絶縁シート４３０の材料には、例えば、ノーメックス紙の間に耐熱フィルムを挟んだ三層構造の絶縁シート４３０が用いられ、これを切り抜いた後、折り曲げて絶縁シート４３０を形成している。絶縁シート４３０の折り目４３３は、治具で約３０度まで折り曲げることで形成する。この角度で治具から外しても約９０度に変形を保つことができる。また、絶縁シート４３０の厚みは０．１〜０．３ｍｍ程度が好ましい。絶縁シート４３０の厚みが、０．１ｍｍより薄いと、絶縁性に不安が残り、０．３ｍｍより厚くなると、材料コストが高くなる。

図５の絶縁シート４３０の展開図において、頂部４３５の位置は、絶縁シート４３０の突出部４３４が巻線部４４０の軸方向の端を覆うために、折り目４３３の端を基点として次の位置に設けられることになる。周方向の位置Ｌ１は折り目４３３から巻線部４４０の周方向の厚みよりも同じかまたは小さく、軸方向の位置Ｌ２は装着部４３１の軸方向の端面から巻線部４４０の軸方向の厚みよりも同じかまたは大きいという関係になる。

図５の本願の実施の形態１による絶縁シート４３０は、頂部４３５と折り目４３３の端との間に斜辺で繋がった斜辺部４３６を設け、図５の破線で示す従来技術の直角の角部をなくすとともに、導体線４４１を巻き回すときに導体線４４１と絶縁シート４３０との接触を直線でなく傾斜した斜辺部４３６で受けるようにしたものである。

図６は、インシュレータ４２０と絶縁シート４３０とを装着した固定子鉄心４１０に導体線４４１を巻き回している状態を示す斜視図である。また、図７は、インシュレータ４２０と絶縁シート４３０とを装着した固定子鉄心４１０に導体線４４１を巻き回している状態を示す正面図である。

巻線工程は、分割コア４００ごとに行われる。台座にコアバック部４１１を固定して、台座ごと毎分１０００回転程度の速さで回転させ、約１０秒から２０秒で導体線４４１を巻き上げて、巻線部４４０を完成させる。

図６および図７において、絶縁シート４３０における延長部４３２の突出部４３４の軸方向端である頂部４３５は、装着部４３１の折り目４３３の端から斜辺部４３６で繋がって保持されている。また、絶縁シート４３０の周方向の延長部４３２の巻き込みを防止するために、押圧治具７で外側に押さえながら導体線４４１を巻回する。この押圧治具７を用いて巻線することで、延長部４３２の巻き込みを防止することができるが、固定子鉄心４１０のティース部４１２の外径側の外縁部４１５を支点に絶縁シート４３０の延長部４３２が少し反り返り、絶縁シート４３０と導体線４４１が接触することがある。

図６および図７はその接触時の状態を示した図であり、延長部４３２の突出部４３４の頂部４３５が装着部４３１の折り目４３３から斜辺部４３６で繋がって保持された状態で、導体線４４１が斜辺部４３６と接触している。この斜辺部４３６の傾斜によって突出部４３４の巻き込みを防止できる。また、従来技術では、頂部４３５の位置に直角の角部があり、その部分の反り返りで巻き込みが発生していたが、斜辺部４３６の傾斜により頂部４３５の角が取れたため、頂部４３５の反り返りを防ぐことができる。

また、図７に示すように絶縁シート４３０の内径側の延長部４３２は、ティース部４１２の内径側にあるシュー部４１３の傾斜によって、内径側の方向に張出している。そのため、押圧治具７を用いなくても、巻線工程での内径側の延長部４３２の巻き込みは防止できる。また、従来のように頂部４３５の位置に直角の角部を設けず、装着部４３１の折り目４３３の端から斜辺部４３６で繋がって頂部４３５を支えるようにしたので、自重および巻線時の風圧に対しても延長部４３２の垂れ、反り返りを少なくできる。よって、絶縁シート４３０の内径側でも巻線工程での巻き込みを防止できる。

図８は、分割コア４００を示す斜視図である。図８において、導体線４４１を巻き回した巻線部４４０とインシュレータ４２０とを装着した固定子鉄心４１０の絶縁シート４３０を折り畳んだ状態を示す斜視図である。絶縁シート４３０の延長部４３２における突出部４３４の軸方向の長さが、巻線部４４０の軸方向厚さよりも大きく、巻線部４４０の全体を絶縁シート４３０の延長部４３２で包み込むように配置し、隣接する巻線部４４０と絶縁している。また、絶縁シート４３０の斜辺部４３６がインシュレータ４２０の内径側ガイド４２２と外径側ガイド４２３とに接し、ティース部４１２の周方向外側に配置される絶縁シート４３０の突出部４３４の高さが、巻線部４４０の軸方向端より高くすることで、巻線部４４０と固定子鉄心４１０とを絶縁している。

以上説明したように、本願の実施の形態１に係わる回転電機１の固定子４によれば、絶縁シート４３０の延長部４３２における軸方向の突出部４３４は、絶縁シート４３０の折り目４３３の端から斜辺部４３６に繋がって形成されている。これにより、絶縁シート４３０の突出部４３４を折り目４３３で保持でき、突出部４３４が巻線領域に侵入することを防止できる。さらに、絶縁シート４３０の延長部４３２の突出部４３４がティース部４１２の巻線領域に侵入した場合においても、導体線４４１が絶縁シート４３０の斜辺部４３６に接触することで、絶縁シート４３０と導体線４４１との引っ掛かりを防止し、巻線時における絶縁シート４３０の巻き込みおよび破れを防止できる。その結果、巻線部４４０と隣接する巻線部４４０および固定子鉄心４１０との絶縁を確保することができる。従って、絶縁シートの４３０巻き込み、および絶縁シート４３０の破れによる生産時の不良を減らすことができ、回転電機１の生産性の向上と歩留まりの向上を図ることができる。

また、本実施の形態においては、絶縁シート４３０の突出部４３４が内径側と外径側にそれぞれ形成された構成を用いて説明したが、絶縁シート４３０の突出部４３４が内径側と外径側のどちらか一方にのみ形成されている構成においても、実施の形態１の構成と同じ斜辺部４３６を用いることで、同様の効果を得ることができる。

実施の形態２．
図９Ａから図９Ｅは、実施の形態２に係わる絶縁シート４３０の展開図である。この実施の形態２は、実施の形態１で示した絶縁シート４３０の形状の他の実施形態を示すものである。

図９Ａの絶縁シート４３０は、装着部４３１の端面の折り目４３３より径方向内側から、突出部４３４の頂部４３５に向けて斜辺で繋がっている斜辺部４３６が形成されたものである。実施の形態１の効果は、折り目４３３の端の周辺から頂部４３５に向けた傾斜を有するものに共通の効果であり、巻線時における絶縁シート４３０の巻き込みおよび破れを防止できる。従って、図９Ａの形状においても実施の形態１と同等の効果がある。

さらに、この形状の場合においては、実施の形態１に述べた効果に加えて、斜辺部４３６の軸方向の傾斜を実施の形態１よりも大きくとれるので、より巻き込み防止の効果を高めることができる。また、巻線部４４０の軸方向の厚さが大きく、突出部４３４の長さが長くなるような場合にも十分な傾斜を保って斜辺部４３６を設けることができる。

図９Ｂの絶縁シート４３０は、装着部４３１の端面を折り目４３３の端より周方向に延長した延長線部４３７の端から、突出部４３４の頂部４３５に向けて斜辺で繋がっている斜辺部４３６が形成されたものである。この形状の場合においては、実施の形態１に述べた効果に加えて、絶縁シート４３０の折り目４３３を付ける場合に、折り目４３３の寸法位置が多少ずれても、斜辺部４３６の正しい形状を保つことができるという効果がある。

図９Ｃの絶縁シート４３０は、装着部４３１の端面を折り目４３３の端より周方向に延長した延長線部４３７の端から、突出部４３４の軸方向に伸びる直線部４３８を形成し、直線部４３８の端から突出部４３４の頂部４３５に向けて斜辺で繋がっている斜辺部４３６が形成されたものである。実施の形態１に述べた効果に加えて、絶縁シート４３０の折り目４３３を付ける場合に、折り目４３３の寸法位置が多少ずれても、斜辺部４３６の正しい形状を保つことができるという効果があり、さらに斜辺部４３６の傾斜を大きくとることができるので、より巻き込み防止の効果を高めることができる。

図９Ｄの絶縁シート４３０は、折り目４３３の端から突出部４３４の頂部４３５に向けて、２の斜辺部４３６１、４３６２をつなぎ合わせて傾斜が形成されたものである。この形状の場合においては、実施の形態１に述べた効果に加えて、頂部４３５の周りの斜辺部４３６１の軸方向の傾斜を実施の形態１よりも大きくとれるので、より巻き込み防止の効果を高めることができる。なお、斜辺部４３６の数を２つで示したが、３つ以上の複数の斜辺部４３６をつなぎ合わせても同じ効果が得られる。

図９Ｅの絶縁シート４３０は、折り目４３３の端から突出部４３４の頂部４３５に向けて軸方向に張出した円弧４３９で傾斜が形成されたものである。実施の形態１に述べた効果に加えて、他の形状より頂部４３５の周りの軸方向の傾斜を大きくとれるので、巻き込み防止の効果をより高めることができる。

以上説明したように、実施の形態２に示した絶縁シート４３０を用いれば、実施の形態１で示された効果に加えて、巻き込み防止効果のより高い形状を設けることが可能となる。また、折り目４３３の位置ずれに対しても対応可能となる。さらに、これらの形状を組み合わせた形状でも同様な効果が期待できる。

本願は、様々な例示的な実施の形態および実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、および機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１ 回転電機、２ 回転軸、３ ハウジング、４ 固定子、５ 回転子、５０１ 回転子鉄心、５０２ 永久磁石、６ 軸受、７ 押圧治具、４００ 分割コア、４１０ 固定子鉄心、４１１ コアバック部、４１２ ティース部、４１３ シュー部、４１４ 嵌合部、４１５ 外縁部、４２０ インシュレータ、４２１ 薄肉部、４２２ 内径側ガイド、４２３ 外径側ガイド、４２４ 段差部、４３０ 絶縁シート、４３１ 装着部、４３２ 延長部、４３３ 折り目、４３４ 突出部、４３５ 頂部、４３６ 斜辺部、４３６１ 斜辺部、４３６２ 斜辺部、４３７ 延長線部、４３８ 直線部、４３９ 円弧、４４０ 巻線部、４４１ 導体線

Claims (4)

1. 円環状に並べられた複数の分割コアを有する固定子を持つ回転電機であって、
   前記分割コアは、
   前記固定子の外周となるコアバック部から径方向に伸びたティース部を有する固定子鉄心と、
   前記ティース部の周方向の両側面に装着された絶縁シートと、
   前記絶縁シートを挟んで前記ティース部の周りに導体線を巻回した巻線部と、を備え、
   前記絶縁シートは、前記巻線部の内側で前記ティース部に接する装着部と、前記巻線部を包む延長部とを有し、
   前記延長部には、前記巻線部の軸方向の端部を覆う突出部を有し、
   前記装着部と前記延長部との間には、軸方向の折り目を有し、
   前記折り目の端の周辺から前記突出部の軸方向の端にある頂部に向けて傾斜を有し、
   前記傾斜は、前記装着部の端面の前記折り目より径方向内側から、前記突出部の頂部に向けて斜辺で繋がっている斜辺部で形成されていることを特徴とする回転電機。
2. 円環状に並べられた複数の分割コアを有する固定子を持つ回転電機であって、
   前記分割コアは、
   前記固定子の外周となるコアバック部から径方向に伸びたティース部を有する固定子鉄心と、
   前記ティース部の周方向の両側面に装着された絶縁シートと、
   前記絶縁シートを挟んで前記ティース部の周りに導体線を巻回した巻線部と、を備え、
   前記絶縁シートは、前記巻線部の内側で前記ティース部に接する装着部と、前記巻線部を包む延長部とを有し、
   前記延長部には、前記巻線部の軸方向の端部を覆う突出部を有し、
   前記装着部と前記延長部との間には、軸方向の折り目を有し、
   前記折り目の端の周辺から前記突出部の軸方向の端にある頂部に向けて傾斜を有し、
   前記傾斜は、前記装着部の端面を前記折り目の端より周方向に延長した位置から、前記突出部の頂部に向けて斜辺で繋がっている斜辺部で形成されていることを特徴とする回転電機。
3. 円環状に並べられた複数の分割コアを有する固定子を持つ回転電機であって、
   前記分割コアは、
   前記固定子の外周となるコアバック部から径方向に伸びたティース部を有する固定子鉄心と、
   前記ティース部の周方向の両側面に装着された絶縁シートと、
   前記絶縁シートを挟んで前記ティース部の周りに導体線を巻回した巻線部と、を備え、
   前記絶縁シートは、前記巻線部の内側で前記ティース部に接する装着部と、前記巻線部を包む延長部とを有し、
   前記延長部には、前記巻線部の軸方向の端部を覆う突出部を有し、
   前記装着部と前記延長部との間には、軸方向の折り目を有し、
   前記折り目の端の周辺から前記突出部の軸方向の端にある頂部に向けて傾斜を有し、
   前記傾斜は、前記装着部の端面を前記折り目の端より周方向に延長した位置から、前記突出部の軸方向に伸びる直線部を形成し、前記直線部の端から前記突出部の頂部に向けて斜辺で繋がっている斜辺部で形成されていることを特徴とする回転電機。
4. 前記絶縁シートの前記突出部の前記頂部は、
   周方向に前記折り目から前記巻線部の周方向の厚みよりも同じかまたは小さな位置で、かつ軸方向に前記装着部の軸方向の端面から前記巻線部の軸方向の厚みよりも同じかまたは大きい位置に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転電機。

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