WO2009154035A1

WO2009154035A1 - インシュレータ、電機子及びモータ

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Publication number: WO2009154035A1
Application number: PCT/JP2009/057581
Authority: WO
Inventors: 秀樹藤井
Original assignee: ダイキン工業株式会社
Priority date: 2008-06-19
Filing date: 2009-04-15
Publication date: 2009-12-23
Also published as: JP2010004637A

Abstract

　本発明は、集中巻方式を採用する回転電機において電機子巻線温度を検出する信頼性を高める。電機子（１０）において、インシュレータ（２０）のコイル絶縁部（２２）にティース（１２）とは反対側に開口する溝（２６）を設け、溝（２６）と連通する孔（２８）を径方向（Ｒ）外側のコイル押さえ部（２４ａ）に設ける。孔（２８）から温度センサを挿入して溝（２６）に載置し、導線を巻回して電機子巻線を整形することにより導線のテンションによって温度センサを固定する。電機子コイルが温度センサを溝（２６）へ付勢しても溝（２６）において分散されるため、温度センサの破損を免れやすい。

Description

インシュレータ、電機子及びモータ

　本発明は、インシュレータ及び電機子に関し、モータに適用できる。

　モータに適用される電機子コイルの温度保護を目的として、当該電機子コイルの近傍に温度センサを取付ける技術が下掲の特許文献１～３に開示されている。

　電機子コイルが分布巻方式で巻回される場合には、コイルエンド部に温度センサを取付けることは容易である。具体例を挙げれば、巻線加工の最終工程において、コイルエンドの一部をヘラ等で押し開けて変形させ、そこに温度センサを挿入できる。又は、コイルエンドの整形前に温度センサのダミーを固定子コアに外接させた状態で巻線加工を施し、巻線加工終了後にダミーの代わりに温度センサを挿入できる。

　しかしながら、電機子コイルが集中巻方式で巻回される場合には、コイルエンドが固定子コアに密着するために、上述のようにコイルエンドを変形させて温度センサを挿入することができない。また、ダミーを固定子コアに外接させた状態のまま集中巻方式で巻回するのは非効率的である。

　そこで、集中巻方式を採用する場合には、巻回する電線表面に温度センサを接着剤等で貼り付けたり、巻線の周辺に温度センサを取付けて間接的に巻線温度を検出したりしていた。

特開２００７－０８２３４４号公報特開２００８－０２９１２７号公報特許第３４４７７０２号公報

　しかしながら、電線表面に接着剤で温度センサを取付ける場合には、接着作業の如何によりその信頼性に不安がある。また、巻線周辺の温度から間接的に巻線温度を検出する場合には、急激な温度変化が起こったときに当該温度変化を検出するまでに時間が掛かり、しかも信頼性も低い。

　本発明は上記課題に鑑み、集中巻方式を採用する回転電機において電機子巻線温度検出の信頼性を高める技術を提供することを目的とする。

　上記課題を解決すべく、第１の発明は、周囲に電機子コイル（１６）が設けられるティース（１２）上に載置される第１部（２２）と、前記第１部から略垂直で一方向に延在する第２部（２４；２４ａ，２４ｂ）を有するインシュレータ（２０）であって、前記第２部は、その厚さ方向に貫通する孔（２８）を呈し、前記第１部は、前記一方側に開口し、かつ前記孔と連通する溝（２６）を呈する。

　第２の発明は、第１の発明であって、前記溝（２６）は、前記一方向とは反対側にも開口する。

　第３の発明は、第２の発明であって、前記第２部（２４；２４ａ，２４ｂ）は、前記溝（２６）の延在方向に沿って相互に対向して複数設けられ、前記複数の前記第２部のそれぞれが有する前記孔（２８）は、前記溝を介して連通する。

　第４の発明は、ティース（１２）と、前記ティースの周囲に設けられる電機子コイル（１６）と、前記ティース上に載置される第１部（２２）と、前記第１部から略垂直で一方向に延在する第２部（２４；２４ａ，２４ｂ）を有するインシュレータ（２０）とを備える電機子（１０）であって、前記第２部は、その厚さ方向に貫通する孔（２８）を呈し、前記第１部は、前記一方側に開口し、かつ前記孔と連通する溝（２６）を呈し、前記溝及び前記孔に収容する温度センサ（５２）を更に備える。

　第５の発明は、第４の発明であって、前記溝（２６）は、前記温度センサ（５２）の外径と整合する形状を呈する。

　第６の発明は、第４又は第５の発明であって、前記溝（２６）は、前記一方向とは反対側にも開口する。

　第７の発明は、第６の発明であって、前記第２部（２４；２４ａ，２４ｂ）は、前記溝（２６）の延在方向に沿って相互に対向して複数設けられ、前記複数の前記第２部のそれぞれが有する前記孔（２８）は、前記溝を介して連通する。

　第８の発明は、第４ないし第７のいずれかの発明を備える、モータ（１００）である。

　第１の発明では、ティースを有する電機子が構成するモータの回転軸方向におけるティースの端部において、第２部をティースと反対側に配置しつつ第１部をティースに載置し、第１部を介してティースに電機子コイルを設けている。よって、ティースの回転軸方向の端部における電機子コイルとティースとの間を効果的に絶縁する。

　溝には、電機子コイルを設ける前に、例えば温度センサを配設することができる。しかも電機子コイルを集中巻によってインシュレータを介してティースに巻回すれば、コイルのテンションによって当該温度センサを溝へ向けて付勢して固定できる。このとき、温度センサに付勢されることにより温度センサと第１部との間に発生する力は、溝において分散されるため、温度センサの破損を免れやすい。また、当該温度センサの一部を当該コイルに接触させることができるので、温度検出能力の向上に資する。

　第２の発明によれば、溝に例えば温度センサを配設した場合に、コイル又はティースの温度のうちいずれか高温となっている部位の温度を計測できる。

　第３の発明によれば、孔が溝の両端に設けられているので、当該インシュレータを採用した電機子をラジアルギャップ型モータに採用した場合、一の孔はロータ側に開口することになるので、ロータの温度、ひいてはロータに配設された磁石の温度を間接的に検出できる。

　第４の発明によれば、温度センサを破損させることなく配設することができ、しかも当該温度センサをコイルのテンションによって固定できる。また、当該温度センサの一部を当該コイルに接触させることができるので、温度検出能力の向上に資する。

　第５の発明によれば、温度センサに対して、過剰な機械的ストレスが加えられることを回避又は抑制できる。

　第６の発明によれば、コイル又はティースの温度のうちいずれか高温となっている部位の温度を計測できる。

　第７の発明によれば、孔が溝の両端に設けられているので、当該電機子をラジアルギャップ型モータに採用した場合、一の孔はロータ側に開口することになるので、ロータの温度、ひいてはロータに配設された磁石の温度を間接的に検出できる。

　第８の発明によれば、上記と同様の効果を得ることができる。

　本発明の目的、特徴、局面及び、利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。

本発明の第１実施形態に係るインシュレータを搭載した回転電機の平面図である。回転電機が備えるティースの一部とインシュレータとを示す斜視図である。電機子の部分拡大図である。本発明の第２実施形態に係るインシュレータを搭載した電機子の部分拡大図である。本発明の第３実施形態に係るインシュレータとティースの一部とを示す斜視図である。

　以下、本発明の好適な態様について図面を参照しながら説明する。なお、図２を初めとする以下の図には、本発明に関係する要素のみを示す。

　〈第１実施形態〉
　図１は本発明の第１実施形態に係るインシュレータ２０を搭載した回転電機１００の平面図であり、回転軸Ｑ方向から俯瞰した図を示している。また、図２は回転電機１００が備えるティース１２の一部とインシュレータ２０とを示す斜視図である。

　図１に示す如く回転電機１００は、回転電機１００の回転軸Ｑを中心に回転する回転子３０と、回転軸Ｑを中心とする径方向ＲにエアギャップＡＧを介して回転子３０と対向する電機子１０とを備えている。

　回転子３０は略円柱形を呈しており、その内部で磁石３２が磁極面３２Ｎ，３２Ｓを径方向Ｒに向けて磁極を交番させながら環状に埋設されている。ここで、磁石３２の磁極面３２Ｎ，３２Ｓの中心は径方向Ｒと直交する。

　電機子１０は回転子３０と同心環状を呈するヨーク１８の内壁から回転子３０へと向けて径方向Ｒと略平行に突出する複数のティース１２を備えている。本実施形態では、一のヨーク１８と一のティース１２とが一対で形成され、これらを環状に並べて電機子１０を形成している。また、本実施形態では、ヨーク１８とティース１２とは、回転軸Ｑ方向を法線とする面内に延在する鋼板を打抜いて回転軸Ｑ方向に積層して形成する。つまり、ヨーク１８とティース１２とは一対一で一体に成形されていると把握できる。

　電機子１０はまたインシュレータ２０と電機子コイル１６とを備えている。

　図２に示す如く、インシュレータ２０は複数のティース１２のそれぞれに対して、回転軸Ｑ方向の端面上に設けられる。なお、図２ではティース１２及びヨーク１８の回転軸Ｑ方向の高さの一方側の端面からしか図示していないが、他方側の端面にもインシュレータ２０を備えている。

　インシュレータ２０はティース１２上に載置されるコイル絶縁部（課題を解決する手段の第１部）２２と、コイル絶縁部２２の径方向Ｒ端部から略垂直に屹立するコイル押さえ部２４（課題を解決する手段の第２部）とに分けて把握できる。コイル押さえ部２４は径方向Ｒ外側で電機子コイル１６を押さえるコイル押さえ部２４ａと、径方向Ｒ内側で電機子コイル１６を押さえるコイル押さえ部２４ｂとを有している。

　図３は電機子１０の部分拡大図であり、回転軸Ｑから径方向Ｒに見た図を示している。なお、径方向Ｒ内側のコイル押さえ部２４ｂは想像線（二点鎖線）で示している。

　図３に示す如く、コイル絶縁部２２は径方向Ｒの断面視で略半楕円形を呈しており、当該半楕円の弦がティース１２の端面と接していることが望ましい。コイル絶縁部２２の表面のうち、ティース１２と接していない表面が滑らかに連続していることによって電機子コイル１６のテンションはコイル絶縁部２２全体に均一に掛かる。

　また、当該弦の長さとティース１２の端面の幅（回転軸Ｑ及び径方向Ｒのいずれにも直交する方向の長さ）とは略等しいことが望ましい。当該弦の長さがティース１２の端面の幅よりも大きい場合には、ティース１２と電機子コイル１６とを効率的に絶縁するのが困難になる。また、当該弦の長さがティース１２の端面の幅よりも小さい場合には、電機子コイル１６に掛かるテンションが不均一になり、破損の原因となる。

　コイル絶縁部２２は、径方向Ｒに沿って当該楕円弧から当該弦へと向けて凹んだ溝２６を呈している。また、径方向外側のコイル押さえ部２４ａは、溝２６の延在方向に沿って滑らかに溝２６と連通し、径方向外側に開口する孔２８を呈している。

　換言すれば、径方向外側のコイル押さえ部２４ａは、その厚み方向たる径方向Ｒに貫通する孔２８を呈し、コイル絶縁部２２は、回転軸Ｑ方向のティース１２とは反対側で開口し、かつ孔２８と連通する溝２６を呈する。

　電機子コイル１６は、ティース１２及びインシュレータ２０の周囲で径方向Ｒを巻回軸として導線１４を集中巻方式で巻回して整形される。

　回転軸Ｑ方向におけるティース１２の端部において、コイル絶縁部２２をティース１２上に載置しつつコイル押さえ部２４ａをティース１２と反対側に配置する。コイル絶縁部２２を介してティース１２に電機子コイル１６が設けられることによって、電機子コイル１６とティース１２との間を効果的に絶縁する。

　溝２６には、導線１４を巻回して電機子コイル１６を設ける前に、例えば温度センサ５２（図１，図３参照）を配設することができる。しかも電機子コイル１６を集中巻によってインシュレータ２０を介してティース１２に巻回すれば、電機子コイル１６のテンションによって温度センサ５２を溝２６へ向けて付勢して固定できる。いま、コイル絶縁部２２の表面のうちティース１２と接していない表面は滑らかに連続している（具体的には略半楕円形を呈している）ので、溝２６に配設される温度センサ５２を確実に溝２６へ向けて付勢できる。温度センサ５２が付勢されることによって温度センサ５２とコイル絶縁部２２との間に発生する力は、溝２６において分散されるため、温度センサ５２の破損を免れやすい。また、温度センサ５２の一部を電機子コイル１６に接触させることができるので、温度検出能力の向上に資する。したがって、溝２６は温度センサ５２の外形と整合する形状を呈していることが望ましい。

　なお、図１では一の回転電機１００に温度センサ５２を１つしか配設していないが、各ティース１２に配設しても良い。

　温度センサ５２を配設するには例えば以下のような手法が有効である。すなわち、溝２６に温度センサ５２を載置し、その後にティース１２及びインシュレータ２０の周囲に導線１４を巻回して電機子コイル１６を整形する。このような手法を採用することによって、温度センサ５２を破損させることなく配設することができる。

　このように、溝２６に温度センサ５２を設ける場合、すなわち、電機子１０の温度を検出したい場合には、例えば以下のようにしても良い。

　〈第２実施形態〉
　図４は本発明の第２実施形態に係るインシュレータ２０Ａを搭載した電機子の部分拡大図であり、回転軸Ｑから径方向Ｒに見た図を示している。なお、径方向Ｒ内側のコイル押さえ部２４ｂは想像線（二点鎖線）で示している。なお、上記実施形態と同様の機能を有する構成については同一符号を付してその説明を省略する。

　溝２６Ａはティース１２と反対側だけでなく、ティース１２側にも開口している。溝２６Ａがティース１２側にも開口することによって、温度センサ５２は電機子コイル１６を構成する導線１４及びティース１２の双方に接することができるので、いずれか高温となっている部位の温度を計測でき、電機子コイル１６の温度保護に資する。

　〈第３実施形態〉
　図５は本発明の第３実施形態に係るインシュレータ２０Ｂとティース１２の一部とを示す斜視図である。

　インシュレータ２０Ｂには上記第１実施形態で示した溝２６が径方向Ｒ全体に亘って延在する溝２６Ｂが形成されている。また、径方向Ｒ内側のコイル押さえ部２４ｂは溝２６Ｂと連通して径方向Ｒに貫通する孔２８Ｂを呈している。

　このように孔２８，２８Ｂがコイル押さえ部２４ａ，２４ｂの双方に設けられ、両孔２８，２８Ｂ同士の間に溝２６Ｂが延在していれば、孔２８Ｂは回転子３０側に開口することになるので、回転子３０の温度、ひいては回転子３０に埋設されている磁石３２の温度を間接的に検出できる。

　以上、本発明の好適な態様について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、上記第２実施形態と上記第３実施形態とを組合せて、溝２６が回転軸Ｑ方向のいずれにも開口していて、かつ２つのコイル押さえ部２４ａ，２４ｂの双方が溝２６に連通して貫通する孔を呈していても良い。これらの説明はすべての局面において例示であって、例示されていない無数の変形例が、本発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

Claims

　周囲に電機子コイル（１６）が設けられるティース（１２）上に載置される第１部（２２）と、
　前記第１部から略垂直で一方向に延在する第２部（２４；２４ａ，２４ｂ）を有するインシュレータ（２０）であって、
　前記第２部は、その厚さ方向に貫通する孔（２８）を呈し、
　前記第１部は、前記一方側に開口し、かつ前記孔と連通する溝（２６）を呈する、インシュレータ。
　請求項１記載のインシュレータ（２０）であって、
　前記溝（２６）は、前記一方向とは反対側にも開口する、インシュレータ。
　請求項２記載のインシュレータ（２０）であって、
　前記第２部（２４；２４ａ，２４ｂ）は、前記溝（２６）の延在方向に沿って相互に対向して複数設けられ、
　前記複数の前記第２部のそれぞれが有する前記孔（２８）は、前記溝を介して連通する、インシュレータ。
　ティース（１２）と、
　前記ティースの周囲に設けられる電機子コイル（１６）と、
　前記ティース上に載置される第１部（２２）と、前記第１部から略垂直で一方向に延在する第２部（２４；２４ａ，２４ｂ）を有するインシュレータ（２０）と
を備える電機子（１０）であって、
　前記第２部は、その厚さ方向に貫通する孔（２８）を呈し、
　前記第１部は、前記一方側に開口し、かつ前記孔と連通する溝（２６）を呈し、
　前記溝及び前記孔に収容する温度センサ（５２）を更に備える、電機子。
　請求項４記載の電機子（１０）であって、
　前記溝（２６）は、前記温度センサ（５２）の外径と整合する形状を呈する、電機子。
　請求項４又は請求項５記載の電機子（１０）であって、
　前記溝（２６）は、前記一方向とは反対側にも開口する、電機子。
　請求項６記載の電機子（１０）であって、
　前記第２部（２４；２４ａ，２４ｂ）は、前記溝（２６）の延在方向に沿って相互に対向して複数設けられ、
　前記複数の前記第２部のそれぞれが有する前記孔（２８）は、前記溝を介して連通する、電機子。
　請求項４又は請求項５記載の電機子（１０）を備えるモータ（１００）。
　請求項６記載の電機子（１０）を備えるモータ（１００）。
　請求項７記載の電機子（１０）を備えるモータ（１００）。