JP7460571B2 - Stator and rotating electric machine having the same - Google Patents
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Description
本発明は、固定子及びこれを有する回転電機に関する。 The present invention relates to a stator and a rotating electric machine having the same.
近年、自動車の電動化の進展に伴い、電気機器、特に回転電機の高出力密度化が求められている。そして、高出力密度化の手法の一つである高電圧化が各自動車メーカにおいて進められている。これに対応するため、回転電機においては、高電圧化に対応した絶縁信頼性に優れた固定子が種々検討されている。 In recent years, with the advancement of electrification in automobiles, there is a demand for higher power density in electrical equipment, particularly rotating electrical machines. One method of increasing power density is to increase voltage, which is being promoted by each automobile manufacturer. In response to this, various stators with excellent insulation reliability that can handle high voltages are being considered for rotating electrical machines.
例えば、特許文献1には、スロット部とコイルエンド部の絶縁層の厚み又は絶縁材料が異なる構成とすることにより、回転電機の小型化と、高電圧、高出力化を両立する技術が開示されている。
For example,
特許文献2には、導体の所定の部位の絶縁被膜を厚くすることにより絶縁抵抗を大きくして、セグメント導体同士を接合する場合に、接合部と隣接するセグメント導体との絶縁性能を確保する技術が開示されている。 Patent document 2 discloses a technology that increases the insulation resistance by thickening the insulating coating at a specific portion of the conductor, thereby ensuring the insulation performance between the joint and the adjacent segment conductor when joining segment conductors.
また、インバータの高速化により、モータに対する入力電圧の立ち上がり速度も高速化が進展している。入力電圧の立ち上がり速度が速まることにより、同一コイル内においても電位差が生じるため、絶縁に対する新たな課題となっている。 In addition, as inverter speeds increase, the rise speed of the input voltage to the motor is also becoming faster. This faster rise speed of the input voltage creates a potential difference even within the same coil, creating new insulation challenges.
非特許文献1には、インバータ駆動モータにおけるサージの発生原理、サージのモータ進入とターン間電圧等についての解説が記載されている。非特許文献1には、モータコイルにサージが進入するとコイルの第一ターンにサージ電圧の大半が加わること、電圧立ち上がり時間が50ns以下になる場合があること、第一ターンでの電圧パルスとターン通過後の遅れ電圧パルスとの差が生じることにより隣接ターン間電圧が生じること等が記載されている。
Non-Patent
特許文献1及び2に記載の技術では、絶縁被膜の厚さを変えることにより絶縁性の向上を図っている。しかしながら、コイルの絶縁性を高める必要がある範囲、すなわち、コイルを構成する巻線のうちどの部分について絶縁性を高める必要があるのかについては明確にされていない。
In the techniques described in
また、非特許文献1に記載されているように、隣接ターン間電圧が生じることについては一般に知られているが、具体的に隣接ターン間電圧の影響で絶縁対策が必要となるコイル内の範囲については明確にされていない。
In addition, as described in
よって、従来の例においては、不必要な範囲にまで絶縁対策を施すことになっていたと考えられる。 Therefore, in conventional examples, insulation measures would have been implemented to an unnecessary extent.
本発明の目的は、固定子のコイルを構成する巻線において電位差が大きくなる特定の範囲について絶縁破壊を防止することにある。 The purpose of the present invention is to prevent dielectric breakdown in a specific range where the potential difference in the windings that make up the stator coil becomes large.
本発明は、回転電機を構成する固定子であって、固定子鉄心と、コイルと、を備え、コイルは、複数相の巻線と、口出し線と、複数相の巻線が電気的に接続される中性点と、を有し、巻線は、導体と、導体を覆う第一の絶縁被膜及び第二の絶縁被膜と、を含み、第二の絶縁被膜は、第一の絶縁被膜よりも耐サージ性が高く、第二の絶縁被膜が導体を覆う範囲は、巻線の全長のうち中性点側の20~50%の部分である。 The present invention relates to a stator constituting a rotating electrical machine, which includes a stator core and a coil, and the coil is electrically connected to a plurality of phase windings, a lead wire, and a plurality of phase windings. the winding includes a conductor, a first insulating coating and a second insulating coating covering the conductor, the second insulating coating being more insulating than the first insulating coating; The second insulating film also has high surge resistance, and the range where the second insulating film covers the conductor is 20 to 50% of the total length of the winding on the neutral point side.
本発明によれば、固定子のコイルを構成する巻線において電位差が大きくなる特定の範囲について絶縁破壊を防止することができる。 According to the present invention, it is possible to prevent insulation breakdown in a specific range where the potential difference in the windings that make up the stator coil becomes large.
本開示は、絶縁性に優れた構造を有する固定子及びこれを有する回転電機に関する。 The present disclosure relates to a stator having a structure with excellent insulation and a rotating electric machine having the same.
本発明者は、固定子の電圧分担率の測定などを進め、鋭意研究を重ねた結果、電位の伝播遅延により、固定子のコイルを構成する巻線のうち中性点から特定の範囲においては、その電位が口出し線の電位に比べ、大きく異なることを見出した。 After extensive research, including measurements of the stator's voltage distribution rate, the inventors discovered that, due to potential propagation delay, the potential of the windings that make up the stator coil is significantly different from the potential of the lead wires in a specific range from the neutral point.
この結果から、当該範囲に適用する絶縁被膜の耐サージ性を高めることが効果的であるとの着想に至った。 From these results, we came to the idea that it would be effective to increase the surge resistance of the insulating coating applied to this range.
具体的には、当該巻線を構成する導体を覆う第一の絶縁被膜及び第二の絶縁被膜のうち、第二の絶縁被膜の耐サージ性を第一の絶縁被膜よりも高くし、第二の絶縁被膜が導体を覆う範囲を、巻線の全長のうち中性点側の20~50%の部分とすることが望ましいことを見出した。 Specifically, it was found that, of the first and second insulating coatings that cover the conductors that make up the winding, it is desirable to make the surge resistance of the second insulating coating higher than that of the first insulating coating, and to set the range in which the second insulating coating covers the conductor to 20-50% of the entire length of the winding on the neutral point side.
以下、本開示の固定子を構成する巻線に用いる絶縁被膜について詳細に説明する。 Hereinafter, the insulating coating used for the windings forming the stator of the present disclosure will be described in detail.
(絶縁被膜の構成)
絶縁被膜は、第一の絶縁被膜及び第二の絶縁被膜ともに、電気絶縁性を有する樹脂を含む。樹脂の具体例としては、ポリビニルホルマール、ポリエステル、ポリエステルイミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ナイロン、ポリオキシメチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリテトラフルオロエチレンなどが挙げられる。これらのうち、耐熱性、加工性及び接着性の観点から、ポリエステル、ポリエステルイミド、ポリアミドイミド及びポリイミドが好ましい。また、樹脂は、単体で用いても、複数の樹脂を複層して用いてもよい。複層手段は、焼き付け塗布や多層押し出しなどの既存の手法を用いることができ、特に限定されるものではない。なお、これらの樹脂は、溶接前の1個のセグメントコイル内では同一であることが望ましい。言い換えると、セグメントコイルは、第一の絶縁被膜及び第二の絶縁被膜のうちいずれか一方のみを有することが望ましい。
(Configuration of the insulating coating)
The insulating coating includes a resin having electrical insulation properties in both the first insulating coating and the second insulating coating. Specific examples of the resin include polyvinyl formal, polyester, polyesterimide, polyamideimide, polyimide, nylon, polyoxymethylene, polyphenylene sulfide, polyetheretherketone, polytetrafluoroethylene, and the like. Among these, polyester, polyesterimide, polyamideimide, and polyimide are preferred from the viewpoints of heat resistance, processability, and adhesiveness. The resin may be used alone or in a multi-layered form of multiple resins. The multi-layering means may be an existing method such as baking coating or multi-layer extrusion, and is not particularly limited. It is preferable that these resins are the same within one segment coil before welding. In other words, it is preferable that the segment coil has only one of the first insulating coating and the second insulating coating.
(耐サージ性を向上する成分)
耐サージ性向上の手法としては、無機粒子の添加や低誘電率化が挙げられる。
(Component that improves surge resistance)
Methods for improving surge resistance include adding inorganic particles and lowering the dielectric constant.
無機粒子としては、電気絶縁性を有すればよく、シリカ、アルミナ、マイカなどが挙げられる。これらは単体でも、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。 The inorganic particles need only have electrical insulation properties, and include silica, alumina, mica, and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
無機粒子の添加の例としては、第一の絶縁被膜にポリアミドイミドを、第二の絶縁被膜にナノシリカ粒子添加ポリアミドイミドを用いる手法などが挙げられる。 An example of adding inorganic particles is a method of using polyamideimide for the first insulating coating and polyamideimide with nanosilica particles added for the second insulating coating.
基材となる樹脂については、上記の樹脂群から選択され、単体でも、複数種類用いてもよい。 The resin used as the base material is selected from the above resin group, and may be used alone or in combination with multiple types.
低誘電率化の例としては、第一の絶縁被膜に誘電率4のポリアミドイミドを、第二の絶縁被膜に誘電率3.5のポリイミドを用いる手法などが挙げられる。これらの樹脂の組み合わせは、第二の絶縁被膜の誘電率が第一の絶縁被膜の誘電率より低ければよく、特に限定されるものではない。 An example of lowering the dielectric constant is a method of using polyamideimide with a dielectric constant of 4 for the first insulating coating and polyimide with a dielectric constant of 3.5 for the second insulating coating. The combination of these resins is not particularly limited as long as the dielectric constant of the second insulating film is lower than the dielectric constant of the first insulating film.
(第二の絶縁被膜の適用部位)
第二の絶縁被膜の適用部位は、電源の入力部位である口出し線と、口出し線と中性点との間であって周回巻線を構成する周回巻線部の前記中性点に隣接する側であって当該周回巻線部の全長に対し20~50%の部分であることが好ましい。この部位は、電源入力時のパルス立ち上がりにより、電位差が大きくなる部位である。また、焼き付け塗布により絶縁被膜を形成する場合、第二の絶縁被膜の耐サージ性を向上させる樹脂厚は、全体の5%以上100%未満であることが好ましく、さらに好ましいのは、20%以上60%未満である。20%より薄い場合は耐サージ性が不十分である可能性となり、60%より厚い場合は導体や被膜間の接着力が弱まる可能性がある。また、第一の絶縁被膜及び第二の絶縁被膜ともに、その被膜厚さは電源電圧に対して適した厚さを選定すればよく、特に制限はされない。
(Application area of second insulating coating)
The area to which the second insulating coating is applied is between the lead wire, which is the input part of the power supply, and the lead wire and the neutral point, and is adjacent to the neutral point of the surrounding winding part that constitutes the surrounding winding. It is preferable that it is a portion of 20 to 50% of the total length of the circumferential winding portion. This region is a region where the potential difference becomes large due to the rise of the pulse when power is input. Further, when forming an insulating film by baking coating, the resin thickness that improves the surge resistance of the second insulating film is preferably 5% or more and less than 100% of the total, and more preferably 20% or more. Less than 60%. If it is thinner than 20%, the surge resistance may be insufficient, and if it is thicker than 60%, the adhesive strength between the conductor and the coating may be weakened. Furthermore, the thickness of both the first insulating film and the second insulating film is not particularly limited, as long as the thickness is selected to be suitable for the power supply voltage.
(回転電機の構成)
つぎに、回転電機の構成を説明する。以下で説明する実施形態は、あくまでも一例であり、これらの例に限定されるものではない。なお、以下の説明では、回転電機の一例として、ハイブリット自動車に用いられる電動機を用いる。以下の説明において、「軸方向」は、回転電機の回転軸に沿った方向を指すものとする。また、「周方向」は、回転電機の回転方向に沿った方向を指すものとする。「径方向」は、回転電機の回転軸を中心としたときの動径方向(半径方向)を指すものとする。「内周側」は径方向内側(内径側)を指し、「外周側」はその逆方向、すなわち径方向外側(外径側)を指すものとする。
(Configuration of Rotating Electric Machine)
Next, the configuration of the rotating electric machine will be described. The embodiments described below are merely examples, and the present invention is not limited to these examples. In the following description, an electric motor used in a hybrid vehicle will be used as an example of a rotating electric machine. In the following description, "axial direction" refers to a direction along the rotation axis of the rotating electric machine. Furthermore, "circumferential direction" refers to a direction along the rotation direction of the rotating electric machine. "Radial direction" refers to a radial direction (radial direction) when the rotation axis of the rotating electric machine is the center. "Inner circumference side" refers to the radial inside (inner diameter side), and "outer circumference side" refers to the opposite direction, i.e., the radial outside (outer diameter side).
図1は、実施形態に係る回転電機の一例を示す断面図である。 FIG. 1 is a sectional view showing an example of a rotating electric machine according to an embodiment.
本図においては、回転電機10は、回転子11と、固定子20と、ハウジング50と、を備えている。回転子11は、回転子鉄心12と、回転軸13と、を含む。回転子11には、永久磁石18と、エンドリング(図示せず)が設けられている。固定子20は、固定子鉄心21(固定子コア)を含む。
In this figure, the rotating
ハウジング50の内周側には、コイル40を有する固定子20が固定されている。固定子20の内周側には、回転子11が回転可能に設置されている。ハウジング50は、炭素鋼など鉄系材料の切削により、鋳鋼やアルミニウム合金の鋳造により、または、プレス加工により、円筒状に成形した、回転電機10の外被を構成している。ハウジング50は、枠体或いはフレームとも称されている。
The
ハウジング50の外周側には、液冷ジャケット130が設置されている。液冷ジャケット130の内周壁とハウジング50の外周壁との間に設けられた隙間は、油などの液状の冷媒157の冷媒通路153である。冷媒通路153は、液漏れしないように構成されている。液冷ジャケット130は、軸受144、145を有し、「軸受ブラケット」とも呼ぶことができる。
A
直接液体冷却の場合、冷媒157は、冷媒通路153を通り、冷媒出口154、155から固定子20へ向けて流出し、固定子20を冷却する。その後、冷媒157は、冷媒貯留部150に一時的に貯留され、外部に設置されたポンプにより循環される。
In the case of direct liquid cooling, the refrigerant 157 passes through the
固定子鉄心21は、珪素鋼板の薄板が積層された構成を有する。
The
固定子20に設置されたコイル40で発生する熱は、固定子鉄心21を介してハウジング50に伝えられ、液冷ジャケット130内を流通する冷媒157により外部に移動し、放熱される。
Heat generated in the
回転子鉄心12は、珪素鋼板の薄板が積層された構成を有する。回転子11の回転軸13は、回転子鉄心12の中心に固定されている。回転軸13は、液冷ジャケット130に取り付けられた軸受144、145により回転自在に支持されている。これにより、回転子11は、固定子20内の所定の位置で、固定子20に対向した位置で回転する。
The
回転電機10の組立は、予め、固定子20をハウジング50の内側に挿入してハウジング50の内周壁に取付けておき、その後、固定子20内に回転子11を挿入する。次に、回転軸13に軸受144、145が嵌合するようにして液冷ジャケット130に組み付ける。
To assemble the rotating
つぎに、固定子20の要部の構成について説明する。
Next, the configuration of the main parts of the
図2は、実施形態に係る回転電機の固定子の一例を示す斜視図である。 Figure 2 is a perspective view showing an example of a stator of a rotating electric machine according to an embodiment.
本図においては、固定子20は、固定子鉄心21と、固定子コイル60と、を含む。固定子コイル60は、固定子鉄心21の内周部に多数個設けられているスロット15に巻回されている。
In this figure, the
固定子20は、固定子鉄心21と、固定子鉄心21の内周部に多数個設けられているスロット15に巻回された固定子コイル60と、を含む。固定子コイル60は、断面が略矩形形状の導体で形成されたものであって、絶縁被膜を有する。本実施例においては、導体は、銅合金で形成されている。固定子コイル60の導体の断面形状を略矩形形状とすることにより、スロット15内における導体の占積率を向上させ、回転電機10の効率を向上させることができる。
The
また、各スロット15にはスロットライナー301が、固定子鉄心21の外周部には絶縁紙300が配設され、固定子鉄心21と固定子コイル60等との電気的絶縁および接着を確実にしている。スロットライナー301は、銅線を包装するように口字形状、B字形状又はS字形状に成形されている。
Further, a
セグメント状のコイルをスロットライナー301が配設されたスロット15に挿入し、溶接することにより、固定子コイル60とする。その後、スロット15内に固着ワニスを含浸し、加熱することにより、コイルを固着する。すなわち、固定子コイル60の巻線は、セグメントコイルで構成されている。
The segment-shaped coil is inserted into the
固定子コイル60は、口出し線26a、26b、26cと、中性点27と、を有する。口出し線26a、26b、26cと中性点27とは、近接して配置されている。
The
以上の説明は、永久磁石式の回転電機についてであるが、本開示に係る回転電機の特徴は、固定子のコイル絶縁に関するものであるため、回転子は、永久磁石式以外にも、インダクション式や、シンクロナスリラクタンス、爪磁極式等にも適用可能である。また、巻線方式は、波巻方式であるが、同様の特徴を持つ巻線方式であれば、適用可能である。また、内転型について説明をしているが、外転型においても同様に適用可能である。 The above explanation is about a permanent magnet type rotating electric machine, but since the feature of the rotating electric machine according to the present disclosure is related to the coil insulation of the stator, the rotor may be an induction type as well as a permanent magnet type. It is also applicable to synchronous reluctance, claw magnetic pole type, etc. Further, although the winding method is a wave winding method, any winding method having similar characteristics can be applied. Further, although the explanation is given for the adductor type, it is equally applicable to the abductor type.
図3は、スター結線を有するコイルを示す模式構成図である。 Figure 3 is a schematic diagram showing a coil with star connection.
本図に示すように、固定子のコイル40は、口出し線26a、26b、26cと、中性点27と、を有する。口出し線26a、26b、26cと中性点27とは、三相の巻線で接続されている。また、口出し線26a、26b、26cと中性点27とは、実際には近接して配置されている。
As shown in this figure, the
本図においては、U相の巻線を表す口出し線26aと中性点27とを結ぶ線分の全体の長さを100とした場合に、中性点27から太い実線で示す長さ25の範囲にある巻線を第二の絶縁被膜402で覆っている。すなわち、巻線全体のうち、中性点27から25%の範囲を第二の絶縁被膜402で覆っている。一方、破線で示す巻線の残りの部分(口出し線26aから75%の範囲)は、第一の絶縁被膜401で覆っている。V相及びW相についても同様である。口出し線26a、26b、26c及び中性点27も、第二の絶縁被膜402で覆っている。
In this figure, if the total length of the line segment connecting the
なお、本図においては、スター結線の場合について示しているが、本開示の巻線の構成は、これに限定されるものではなく、デルタ結線等、他の結線構造を有する固定子にも適用可能である。 Note that although this figure shows the case of star connection, the winding configuration of the present disclosure is not limited to this, and can also be applied to stators with other connection structures such as delta connection. It is possible.
図4は、四往復の巻線を有するコイルを示す模式構成図である。 FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a coil having four reciprocating windings.
本図に示すコイル40は、巻線の往復構造を明瞭にするため、三相のうちの一相について、口出し線46及び中性点47を有する構成として模式的に表している。
The
本図においては、コイル40は、口出し線46から中性点47に向かって、第一ターン41、第二ターン42、第三ターン43及び第四ターン44を含む構成を有する。これらのターンがそれぞれ、一往復の巻線を構成している。
In this figure, the
一般に、口出し線46にパルス電圧が印加されると、急峻な電流値の変化が生じる。この際、コイル40の巻線には、インダクタンスによる誘導起電力が発生する。このため、巻線の口出し線46から遠い中性点47側の部分には、パルス電圧が伝播しにくい。このため、口出し線46側と中性点47側とで大きな電位差が生じる場合がある。口出し線46側と中性点47側の導体が隣接している場合、電位差のため、絶縁破壊が生じやすくなる。MHzオーダーのパルス電圧の場合、電流の時間変化率も特に顕著となり、誘導起電力も大きくなる傾向がある。
Generally, when a pulse voltage is applied to the
本発明者は、MHzオーダーのパルス電圧をコイルに印加する実験的検討を鋭意行った結果、巻線全体のうち、中性点から20~50%の範囲を第二の絶縁被膜で覆うことが望ましいという考えに至った。言い換えると、周回巻線において第二の絶縁被膜で覆う範囲は、周回巻線の全長のうち中性点側の20~50%の部分であることが望ましい。 As a result of intensive experimental studies on applying pulse voltages on the order of MHz to the coil, the inventor of the present invention found that it is possible to cover 20 to 50% of the entire winding from the neutral point with a second insulating film. I came to the conclusion that it is desirable. In other words, it is desirable that the range covered by the second insulating coating in the circumferential winding is 20 to 50% of the total length of the circumferential winding on the neutral point side.
ここで、第二の絶縁被膜で覆う範囲の下限値は、後述の実施例、比較例等の絶縁破壊寿命試験の結果に基いている。一方、当該範囲の上限値については、第二の絶縁被膜で覆う範囲を広くすれば十分な寿命が得られることは言うまでもないが、密度の高い無機微粒子等を樹脂に添加するため、第二の絶縁被膜で覆う範囲を必要以上に広くすれば、コストの面だけでなく、コイルの軽量化にも反することになる。したがって、当該範囲の上限値については、50%が望ましい。更に望ましくは40%であり、特に望ましくは30%である。後述のとおり、25%としても、100%覆った場合と同程度の絶縁破壊寿命が得られたからである。 The lower limit of the area covered by the second insulating coating is based on the results of the dielectric breakdown life test in the examples and comparative examples described below. On the other hand, as for the upper limit of this range, it goes without saying that a sufficient life can be obtained by widening the area covered by the second insulating coating, but if the area covered by the second insulating coating is wider than necessary because dense inorganic fine particles are added to the resin, this not only increases the cost but also goes against the weight reduction of the coil. Therefore, the upper limit of this range is preferably 50%. More preferably, it is 40%, and especially preferably 30%. As described below, even with 25%, the same dielectric breakdown life was obtained as when 100% was covered.
図4においては、四往復の巻線を有するコイルについて示しているが、コイルの巻線が八往復の場合も、同様に、周回巻線において第二の絶縁被膜で覆う範囲は、周回巻線の全長のうち中性点側の20~50%の部分であることが望ましいことがわかっている。すなわち、コイルの巻線が八往復の場合は、そのうちの中性点側のおよそ二往復の巻線を第二の絶縁被膜で覆えばよい。 Figure 4 shows a coil with four round turns of winding, but in the case of eight round turns of winding, it has been found that it is desirable for the area of the circumferential winding to be covered with the second insulating coating to be 20 to 50% of the total length of the circumferential winding on the neutral point side. In other words, if the coil has eight round turns of winding, it is sufficient to cover approximately two round turns of the winding on the neutral point side with the second insulating coating.
以下、実施例及び比較例について説明する。 Examples and comparative examples will be described below.
実施例等の固定子においては、口出し線の端部及び中性点、並びに口出し線と中性点との間に位置するコイルを構成する巻線(周回巻線)のうち中性点側の所定の部分を第二の絶縁被膜で覆い、それ以外の周回巻線を第一の絶縁被膜で覆った構成としている。第二の絶縁被膜は、第一の絶縁被膜に比べ、耐サージ性に優れている。なお、第一の絶縁被膜及び第二の絶縁被膜の厚さ(膜厚)は等しく、70μmである。 In the stator of the example, etc., the end of the lead wire and the neutral point, and the winding (circular winding) that constitutes the coil located between the lead wire and the neutral point, on the neutral point side. A predetermined portion is covered with the second insulating film, and the other windings are covered with the first insulating film. The second insulating coating has better surge resistance than the first insulating coating. Note that the thicknesses (film thicknesses) of the first insulating film and the second insulating film are the same, which is 70 μm.
第一の絶縁被膜としては、無機微粒子を含まないポリアミドイミドを用いた。 The first insulating coating was made of polyamideimide that does not contain inorganic fine particles.
一方、第二の絶縁被膜としては、総膜厚の60%がナノシリカ微粒子を含むポリアミドイミドを用いた。つまり、70μmの厚さに対し、28μmは無機粒子を含まないポリアミドイミドを用い、42μmは無機粒子を含むポリアミドイミドを用いている。周回巻線において第二の絶縁被膜で覆う範囲は、周回巻線の全長のうち中性点側の25%の部分(図3と同様の部分)とした。 On the other hand, as the second insulating film, polyamideimide containing nanosilica particles in 60% of the total film thickness was used. That is, for a thickness of 70 μm, polyamide-imide containing no inorganic particles is used for 28 μm, and polyamide-imide containing inorganic particles is used for 42 μm. The range covered by the second insulating coating in the circumferential winding was 25% of the total length of the circumferential winding on the neutral point side (the same portion as in FIG. 3).
第一の絶縁被膜としては、総膜厚の20%がナノシリカ微粒子を含むポリアミドイミドを用いた。 The first insulating coating was made of polyamideimide containing nano-silica particles, with 20% of the total thickness being made up of the material.
一方、第二の絶縁被膜としては、総膜厚の60%がナノシリカ微粒子を含むポリアミドイミドを用いた。周回巻線において第二の絶縁被膜で覆う範囲は、周回巻線の全長のうち中性点側の25%の部分とした。 On the other hand, as the second insulating film, polyamideimide containing nanosilica particles in 60% of the total film thickness was used. The range covered by the second insulating coating in the circumferential winding was 25% of the total length of the circumferential winding on the neutral point side.
(比較例1)
周回巻線の全ての範囲において、絶縁被膜としてナノシリカ微粒子を含まないポリアミドイミドを用いた。すなわち、第二の絶縁被膜を用いることなく、全ての範囲を第一の絶縁被膜で覆った構成とした。
(Comparative example 1)
Polyamideimide containing no nanosilica particles was used as the insulating coating in all areas of the winding. That is, the entire area was covered with the first insulating film without using the second insulating film.
(比較例2)
第一の絶縁被膜としては、無機微粒子を含まないポリアミドイミドを用いた。
(Comparative Example 2)
The first insulating coating was made of polyamideimide containing no inorganic fine particles.
一方、第二の絶縁被膜としては、総膜厚の60%がナノシリカ微粒子を含むポリアミドイミドを用いた。周回巻線において第二の絶縁被膜で覆う範囲は、周回巻線の全長のうち中性点側の15%の部分とした。 On the other hand, the second insulating coating was made of polyamideimide containing nano-silica particles for 60% of the total thickness. The area of the circumferential winding covered by the second insulating coating was 15% of the total length of the circumferential winding on the neutral point side.
(参考例)
周回巻線の全ての範囲において、絶縁被膜として総膜厚の60%がナノシリカ微粒子を含むポリアミドイミドを用いた。すなわち、第一の絶縁被膜を用いることなく、全ての範囲を第二の絶縁被膜で覆った構成とした。
(Reference example)
The insulating coating was made of polyamideimide containing nano-silica particles for 60% of the total thickness over the entire area of the peripheral winding, i.e., the entire area was covered with the second insulating coating without using the first insulating coating.
なお、これらの固定子は、セグメントコイルを用いているため、第一の絶縁被膜の適用部位及び第二の絶縁被膜の適用部位は、それぞれ、第一の絶縁被膜を有するセグメントコイル及び第二の絶縁被膜を有するセグメントコイルのいずれか一方をコア挿入の際に適宜選択することができるため、従来の製造装置を用いて製造することが可能である。 In addition, since these stators use segment coils, the application areas of the first insulating coating and the application areas of the second insulating coating can be appropriately selected from either the segment coil having the first insulating coating or the segment coil having the second insulating coating when inserting the core, and therefore they can be manufactured using conventional manufacturing equipment.
(効果の検証)
作製した実施例1及び2、比較例1及び2並びに参考例の固定子について線間課電寿命試験を実施した。この試験においては、パルス電子技術(株)製高圧パルス発生器PG-W15KDを電源として用い、500Hzで2kVをU相口出し線に印加し、V相を接地した。なお、中性点は、事前に切断した。
(Verification of effectiveness)
A line-to-line voltage life test was carried out on the fabricated stators of Examples 1 and 2, Comparative Examples 1 and 2, and Reference Example. In this test, a high-voltage pulse generator PG-W15KD manufactured by Pulse Electronics Technology Co., Ltd. was used as a power source, 2 kV at 500 Hz was applied to the U-phase output wire, and the V-phase was grounded. The neutral point was previously disconnected.
表1は、試験結果を示したものである。 Table 1 shows the test results.
本表から、実施例1及び2並びに参考例の固定子は、耐サージ性に優れた第二の絶縁被膜を有さないコイルのみで作製した比較例1よりも、絶縁破壊に要する時間が1.5倍以上長くなっており、絶縁性に関して寿命が向上していることがわかる。 From this table, it can be seen that the stators of Examples 1 and 2 and the Reference Example take 1.5 times longer to undergo dielectric breakdown than Comparative Example 1, which was made using only a coil that does not have the second insulating coating with excellent surge resistance, and that the life span is improved in terms of insulation.
また、比較例2においては、第二の絶縁被膜で覆う範囲を15%の部分としているため、実施例1及び2並びに参考例に比べ、絶縁寿命の向上効果が十分でない。 Furthermore, in Comparative Example 2, since the area covered by the second insulating coating was 15%, the effect of improving the insulation life was not sufficient compared to Examples 1 and 2 and the Reference Example.
さらに、実施例1及び2の固定子は、耐サージ性に劣る第一の絶縁被膜を有するコイルを一部に用いているにもかかわらず、耐サージ性に優れた第二の絶縁被膜のみを有するコイルで作製した参考例と同等の絶縁破壊寿命を有している。 Furthermore, although the stators of Examples 1 and 2 use coils with a first insulating coating that has poor surge resistance in some parts, they have a dielectric breakdown life equivalent to that of the reference example, which was made with a coil having only the second insulating coating that has excellent surge resistance.
このほか、いくつかの実験から、第二の絶縁被膜で覆う範囲を20%の部分としても、実施例1及び2と同等の絶縁破壊寿命を有していることがわかっている。 In addition, several experiments have shown that even if the area covered by the second insulating film is 20%, the dielectric breakdown life is equivalent to that of Examples 1 and 2.
以上より、本開示に係る固定子及びこれを有する回転電機は、高コストな耐サージ性に優れた絶縁被膜の使用量削減と、絶縁特性の向上とを両立することができる。 As a result, the stator disclosed herein and the rotating electric machine having the stator can achieve both a reduction in the amount of expensive, surge-resistant insulating coating used and improved insulation properties.
なお、本開示に係る固定子及びこれを有する回転電機は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施例は、本開示に係る固定子等の構成等を分かりやすく説明するために詳細に記載したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 The stator and rotating electric machine having the same according to the present disclosure are not limited to the above-mentioned embodiment, but include various modified examples. The above-mentioned embodiment is described in detail to clearly explain the configuration of the stator and the like according to the present disclosure, and is not necessarily limited to having all of the configurations described. In addition, it is possible to add, delete, or replace part of the configuration of the embodiment with other configurations.
10:回転電機、11:回転子、12:回転子鉄心、13:回転軸、15:スロット、18:永久磁石、20:固定子、21:固定子鉄心、40:コイル、41:第一ターン、42:第二ターン、43:第三ターン、44:第四ターン、46:口出し線、47:中性点、50:ハウジング、60:固定子コイル、130:液冷ジャケット、144、145:軸受、150:冷媒貯留部、153:冷媒通路、154:冷媒出口、155:冷媒出口、401:第一の絶縁被膜、402:第二の絶縁被膜、300:絶縁紙、301:スロットライナー、501:固着ワニス、157:冷媒。 10: rotating machine, 11: rotor, 12: rotor core, 13: rotating shaft, 15: slot, 18: permanent magnet, 20: stator, 21: stator core, 40: coil, 41: first turn, 42: second turn, 43: third turn, 44: fourth turn, 46: outlet wire, 47: neutral point, 50: housing, 60: stator coil, 130: liquid cooling jacket, 144, 145: bearing, 150: refrigerant reservoir, 153: refrigerant passage, 154: refrigerant outlet, 155: refrigerant outlet, 401: first insulating coating, 402: second insulating coating, 300: insulating paper, 301: slot liner, 501: adhesive varnish, 157: refrigerant.
Claims (8)
固定子鉄心と、
コイルと、を備え、
前記コイルは、複数相の巻線と、口出し線と、前記複数相の巻線が電気的に接続される中性点と、を有し、
前記巻線は、導体と、前記導体を覆う第一の絶縁被膜及び第二の絶縁被膜と、を含み、
前記第二の絶縁被膜は、前記第一の絶縁被膜よりも耐サージ性が高く、
前記第二の絶縁被膜が前記導体を覆う範囲は、前記巻線の全長のうち前記中性点側の20~50%の部分である、固定子。 A stator that constitutes a rotating electric machine,
stator core;
comprising a coil;
The coil has multiple phase windings, a lead wire, and a neutral point to which the multiple phase windings are electrically connected,
The winding includes a conductor, a first insulation coating and a second insulation coating covering the conductor,
The second insulating coating has higher surge resistance than the first insulating coating,
In the stator, the range in which the second insulating film covers the conductor is 20 to 50% of the total length of the winding on the neutral point side.
回転子と、を備えた、回転電機。 A stator according to any one of claims 1 to 7;
A rotating electric machine comprising:
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