WO2015005050A1 - 回転電機のインシュレータ構造 - Google Patents

Abstract

　長辺側コイル巻線面34を、コイル巻線方向両端間途中箇所34aにおいて中高に形成し、この中高箇所34aから短辺側コイル巻線面35に向かうにつれ高さが徐々に低下するよう形成して斜面34b,34cを設定する。これにより長辺側コイル巻線面34が、これに沿うコイル13の部分の巻き太り状態に一致する形状となり、当該コイル部分と長辺側コイル巻線面34との間に隙間（空気層）が発生しない。よって、コイル13の発生熱が良好に長辺側コイル巻線面34（インシュレータ12）へ伝達されて外部に放散され、コイル13の抜熱性を向上させることができる。

Description

回転電機のインシュレータ構造

　本発明は、円周方向へ順次配列された矩形断面形状のステータティース部にそれぞれ、該ティース部を個々に包囲する同様な矩形断面形状のインシュレータを介してコイルを巻装したステータ、および該ステータコイルと磁気結合可能に配置されたロータから成る回転電機に用いるインシュレータ構造の改良提案に関するものである。

　回転電機のインシュレータ構造としては従来、例えば特許文献1に記載のごとく、集中巻きステータコアのティース部を個々に包囲するよう当該ステータティース部に嵌合させて配した矩形断面形状の樹脂製インシュレータが提案されている。

　特許文献1では、当該樹脂製インシュレータの、断面形状が矩形であるコイル巻胴面上にコイルを巻線し、このインシュレータを介してコイルをステータティース部に巻装したステータ構造が開示されている。

特開２００４－１４０９６４号公報

　しかし上記の提案技術にあっては、コイルを巻き付ける矩形断面形状のコイル巻胴面を成す４個のコイル巻線面（上記矩形の長辺をなす２個の長辺側コイル巻線面および上記矩形の短辺をなす２個の短辺側コイル巻線面）が全て平坦面であるため、以下のような問題を生ずる。

　特に、コイル巻胴面を成す４個のコイル巻線面のうち２個の長辺側コイル巻線面は、コイル巻線長が長くなるため、これら長辺側コイル巻線面に沿うよう巻線されたコイル部分は、曲げ弾性変形に起因して長辺側コイル巻線面から大きく浮き上がった巻き太り状態となる。

　長辺側コイル巻線面に沿うコイル部分の巻き太り状態は、インシュレータの平坦な長辺側コイル巻線面との間に大きな隙間（空気層）を発生させ、コイル熱をインシュレータに伝達し難くして、このコイル熱がティース部からステータコアを経て外部に放散されるのを妨げる。
　その結果として、巻線コイルの抜熱性が低下し、これによるコイルの温度上昇を招き、コイル皮膜の劣化が早まって、コイルの絶縁性能が低下するという問題を生ずる。

　長辺側コイル巻線面に沿うコイル部分の巻き太り状態は更に、長辺側コイル巻線面および短辺側コイル巻線面の平坦形状と相まって、これら長辺側コイル巻線面および短辺側コイル巻線面間の湾曲遷移面にコイル巻き付け応力を集中させてしまうこととなり、インシュレータの耐久上および強度上大いに不利益であるという問題をも生ずる。

　本発明は、長辺側コイル巻線面を、これに沿うコイル部分の巻き太り状態に近づくような中高部分が存在する形状にすれば、当該コイル部分と長辺側コイル巻線面との間に大きな隙間（空気層）が発生せず、巻線コイルの抜熱性に係わる問題を緩和もしくは解消可能であると共に、長辺側コイル巻線面および短辺側コイル巻線面間の湾曲遷移面にコイル巻き付け応力が集中するのを緩和もしくは解消し得て、インシュレータの耐久上および強度上の不利益に関する問題をも緩和もしくは解消可能であるとの観点から、この着想を具体化した回転電機のインシュレータ構造を提案することを目的とする。

　この目的のため、本発明による回転電機のインシュレータ構造は、これを以下のごとくに構成する。
　先ず、前提となる回転電機を説明するに、これは、円周方向へ順次配列された矩形断面形状のステータティース部にそれぞれ、該ティース部を個々に包囲する同様な矩形断面形状のインシュレータを介してコイルを巻装したステータ、および該ステータコイルと磁気結合可能に配置されたロータから成るものである。

　本発明は、かかる回転電機のインシュレータ構造に係わるもので、
　前記インシュレータの、断面形状が前記矩形であるコイル巻胴面のうち、前記矩形の長辺をなす2個の長辺側コイル巻線面をそれぞれ、コイル巻線方向両端間途中箇所において中高に形成すると共に、該中高箇所から、前記矩形の短辺をなす2個の短辺側コイル巻線面に向かうにつれ高さが徐々に低下するよう形成した点に特徴づけられる。

　本発明による回転電機のインシュレータ構造にあっては、長辺側コイル巻線面をそれぞれ、コイル巻線方向両端間途中箇所において中高に形成すると共に、この中高箇所から短辺側コイル巻線面に向かうにつれ高さが徐々に低下するよう形成したため、
　長辺側コイル巻線面が、これに沿うコイル部分の巻き太り状態に近づく形状となり、当該コイル部分と長辺側コイル巻線面との間に大きな隙間（空気層）が発生せず、巻線コイルの抜熱性に係わる問題を緩和もしくは解消可能であると共に、長辺側コイル巻線面および短辺側コイル巻線面間の湾曲遷移面にコイル巻き付け応力が集中するのを緩和もしくは解消し得て、インシュレータの耐久上および強度上の不利益に関する問題をも緩和もしくは解消することができる。

本発明の第１実施例になるインシュレータ構造を具えた回転電機を、その軸線方向に見て示す要部破断正面図である。 図１における回転電機に用いたインシュレータ構造の全体斜視図である。 図２に示すインシュレータ構造の横断面図である。 図２，３のインシュレータ構造に対するコイル巻き付け作業状態を示す、図３と同様な横断面図である。 図４のコイル巻き付け作業中においてコイル巻き付け張力が、長辺側コイル巻線面および短辺側コイル巻線面間の湾曲遷移面に作用する状態を示す、インシュレータ構造の要部拡大断面図である。 本発明の第2実施例になるインシュレータ構造の全体斜視図である。 図６に示すインシュレータ構造の斜面に設けたコイル巻線方向突条を示す拡大断面図である。

　1　ステータ（回転電機）
　2　ロータ（回転電機）
　11　ステータティース部
　12　インシュレータ
　13　ステータコイル
　21　永久磁石
　22　モータ軸
　31,32　フランジ部
　33　コイル巻胴面
　34　長辺側コイル巻線面
　34a　中高箇所
　34b,34c　斜面
　34d,34e　コイル巻線方向突条
　34f,34g　コイルガイド溝
　35　短辺側コイル巻線面
　36　湾曲遷移面

　以下、この発明の実施例を添付の図面に基づいて説明する。

＜構成＞
　図1は、本発明の第１実施例になるインシュレータ構造を具えた回転電機を、その軸線方向に見て示す要部破断正面図、図２は、同実施例になるインシュレータ構造の全体斜視図、図３は、同実施例になるインシュレータ構造の横断面図である。

　先ず、図１に基づき回転電機を概略説明するに、1は、円環状のステータ、2は、円環状ステータ1の中心部にラジアルエアギャップを持たせて同心配置したロータであり、これらステータ1およびロータ2により回転電機を構成する。

　ステータ1は、複数個（図１では9個）のティース部11を円周方向へ等間隔に順次配列して具え、これらステータティース部11はそれぞれ、ステータ1の径方向に延在させると共に、当該延在方向を横切る断面形状が矩形であるものとする。

　これら矩形断面形状のステータティース部11にはそれぞれ、これらを個々に包囲するよう図２，３のごとき同様な矩形断面形状となした、例えば樹脂製のインシュレータ12を嵌合する。
　上記インシュレータ12にはステータコイル13を例えば集中巻きし、これらインシュレータ12を介して各ステータティース部11にコイル13を巻装する。

　ロータ2は外周に、ステータティース部11（コイル13）と同数の永久磁石21を円周方向等間隔に配列して具え、中心部にモータ軸22を結着する。
　ロータ2は、永久磁石21がステータコイル13との磁気結合により回転力を付与されることで回転駆動され、この回転力はロータ21からモータ軸22を経て出力される。

　以下、本実施例におけるインシュレータ12を、図２，３に基づき詳細に説明する。
　インシュレータ12は上記した通り、全体的に矩形断面形状となすため、両端フランジ部31,32間にあって、コイル13を巻き付けるべきコイル巻胴面33も断面形状が、ステータティース部11の断面形状と同様な矩形である。

　ところで本実施例においては、コイル巻胴面33のうち、上記矩形の長辺をなす2個の長辺側コイル巻線面34をそれぞれ、コイル巻線方向両端間途中箇所34aにおいて中高となるよう、この中高箇所34aにおけるコイル巻胴部の肉厚Dを最大肉厚Dmaxに形成する。
　しかし、上記矩形の短辺をなす2個の短辺側コイル巻線面35はそれぞれ、全面に亘って同レベルとなるよう、全域に亘って肉厚Dを同じに形成する。
　そして、長辺側コイル巻線面34と短辺側コイル巻線面35との間は、湾曲遷移面36によって滑らかに連続させる。

　更に長辺側コイル巻線面34はそれぞれ、中高箇所34aから湾曲遷移面36までの間において、短辺側コイル巻線面35に向かうにつれ高さが徐々に低下するよう、コイル巻胴部の肉厚Dを中高箇所34aから短辺側コイル巻線面35に向かうにつれ薄くし、これにより中高箇所34aから短辺側コイル巻線面35に向かって傾斜する斜面34b,34cを設定する。

　そして、好ましくは中高箇所34aの高さおよび斜面34b,34cの傾斜角を、長辺側コイル巻線面34が図４に示すごとく、前記した巻き太り状態となるコイル13の巻線経路に一致するよう決定し、これにより巻装後のコイル13が長辺側コイル巻線面34から浮き上がることのないようにする。　　

　なお、長辺側コイル巻線面34の中高箇所34aはそれぞれ図４に示すように、長辺側コイル巻線面34のコイル巻線方向（図４に矢αで示す）両端間中程よりも、コイル巻線方向遅れ側に同じ距離だけずれた箇所とする。
　ここで「コイル巻線方向遅れ側にずれた箇所」と称するは、図４に巻線途中の状態で示すコイル13の巻線方向と、長辺側コイル巻線面34のコイル巻線方向両端間中程箇所に対する長辺側コイル巻線面中高箇所34aの相対位置とから明らかなように、「コイル巻線方向と逆方向にずれた箇所」を意味するものとする。

　かくして、両長辺側コイル巻線面34の中高箇所34aからこれに近い方における短辺側コイル巻線面35までの距離は図４にAで示すごとく同じとなり、また両長辺側コイル巻線面34の中高箇所34aから他方の短辺側コイル巻線面35までの距離も図４にBで示すごとく同じとなり、両長辺側コイル巻線面34の中高箇所34aは、コイル巻線中心Oに関し点対称な箇所となる。

＜効果＞
　上記した第１実施例のインシュレータ12によれば、長辺側コイル巻線面34をそれぞれ、コイル巻線方向両端間途中箇所34aにおいて中高に形成し、この中高箇所34aから短辺側コイル巻線面35に向かうにつれ高さが徐々に低下するよう形成して斜面34b,34cを設定したため、以下の効果が奏し得られる。

　つまり長辺側コイル巻線面34が、上記した中高箇所34aおよび斜面34b,34cの設定により、図４に示すごとく当該長辺側コイル巻線面34に沿うコイル13の部分の巻き太り状態に近づく形状、またはこれに一致する形状となる。

　これにより、当該コイル13の部分と長辺側コイル巻線面34との間にほとんど隙間（空気層）が発生しないこととなり、コイル13の発生熱が良好に長辺側コイル巻線面34（インシュレータ12）へ伝達され、このコイル熱をティース部11（図１参照）からステータコアを経て外部に放散されるのを助長することができる。
　よって本実施例のインシュレータ12によれば、巻線コイル13の抜熱性を向上させることができ、コイル13の温度上昇を抑制してコイル皮膜の劣化が早まったり、コイル13の絶縁性能が低下するという問題を解消可能である。

　なお、インシュレータ12のコイル巻胴面33にコイル13を巻き付ける巻線時は、コイル13を図５に矢βで示す巻き付け張力を付与した状態で作業を行うため、このコイル巻き付け張力βが長辺側コイル巻線面34および短辺側コイル巻線面35間の湾曲遷移面36にコイル巻き付け応力を集中させる傾向となる。

　しかるに本実施例のインシュレータ12によれば、長辺側コイル巻線面34とコイル13との間に隙間が発生しないことによって、コイル巻き付け応力を長辺側コイル巻線面34にも分散させることができる。
　このため、コイル巻き付け応力が湾曲遷移面36に集中するのを緩和もしくは解消し得て、インシュレータ12が耐久上および強度上の不利益を被るという問題を緩和もしくは解消することができる。

　更に本実施例のインシュレータ12によれば、両長辺側コイル巻線面34の中高箇所34aをそれぞれ図４に示すように、長辺側コイル巻線面34のコイル巻線方向両端間中程よりも、コイル巻線方向遅れ側に同じ距離だけずらせて、コイル巻線中心Oに関し点対称な箇所としたため、以下の効果を奏し得る。

　つまり、コイル13の巻線中心O（図４参照）方向に見たコイル巻き付け形状は、コイル巻線方向によって決まる非対称な菱形となるが、
　本実施例のインシュレータ12では中高箇所34aの上記点対称配置によって、コイル巻胴面33の形状を上記コイル巻き付け形状（非対称菱形）に符合させることができ、長辺側コイル巻線面34と、これに沿うコイル部分との間にほとんど隙間（空気層）が発生しないようにするという前記の効果を更に確実なものにすることができる。

＜構成＞
　図６，７は、本発明の第２実施例になるインシュレータ構造を示し、本実施例においては基本的に前記した第１実施例と同様な構成とするが、以下の点において異ならせたものとする。

　第１実施例の構成によると、インシュレータ12のコイル巻胴面33に対するコイル巻線容量を犠牲にすることなく前記した作用・効果を達成するためには、長辺側コイル巻線面34の中高箇所34aにおける肉厚を従前通りとなし、中高箇所34aから湾曲遷移面36に向かうにつれ、長辺側コイル巻線面34の肉厚を徐々に薄肉に形成して斜面34b,34cを設定する必要がある。
　しかしこの場合、湾曲遷移面36、およびこれに近い長辺側コイル巻線面34の領域が、要求強度を確保し得るような肉厚にならないことがある。

　本実施例は、かかる強度上の不安を払拭するため図６，７に示すごとく、長辺側コイル巻線面34の斜面34b,34cにそれぞれ、中高箇所34aからコイル巻線方向に沿って延在し、長辺側コイル巻線面34および短辺側コイル巻線面35間の湾曲遷移面36に至る複数個のコイル巻線方向突条34d,34eを設け、これらコイル巻線方向突条34d,34e間に溝34f,34gを画成する。

　ここでコイル巻線方向突条34d,34eは、中高箇所34aから湾曲遷移面36へ向かうにつれ高くなるものとする。
　また、相互に隣り合うコイル巻線方向突条34d,34eの間隔はコイル13の直径に同程度とし、これらコイル巻線方向突条34d,34e間に画成される溝34f,34gを巻線コイルのガイド溝として機能させる。

＜効果＞
　上記した第２実施例のインシュレータ12においては、長辺側コイル巻線面34の斜面34b,34cにそれぞれ、中高箇所34aからコイル巻線方向に沿って延在し、湾曲遷移面36に至る複数個のコイル巻線方向突条34d,34eを設けたため、
　これらコイル巻線方向突条34d,34eによって、長辺側コイル巻線面34の斜面34b,34cが補強されることとなる。

　よって、インシュレータ12のコイル巻胴面33に対するコイル巻線容量を犠牲にすることなく前記第１実施例の作用・効果を達成するために、長辺側コイル巻線面34の斜面34b,34cおよび湾曲遷移面36の肉厚を低下させた場合も、これら長辺側コイル巻線面34の斜面34b,34cおよび湾曲遷移面36が強度不足に陥ることがなく、コイル巻胴面33の強度不足に係わる問題を回避することができる。

　なお本実施例では、コイル巻線方向突条34d,34eを中高箇所34aから湾曲遷移面36へ向かうにつれ高くしたため、
　斜面34b,34cが中高箇所34aから湾曲遷移面36へ向かうにつれ薄肉となって強度不足に陥りやすいところながら、これら斜面34b,34cを全域に亘って十分な強度となるよう補強することができ、上記コイル巻胴面33の強度不足に係わる問題解決を確実に実現することが可能である。

　また本実施例では、相互に隣り合うコイル巻線方向突条34d,34eの間隔をコイル13の直径に同程度とし、これらコイル巻線方向突条34d,34e間に画成される溝34f,34gを巻線コイルのガイド溝として機能させるため、
　コイル巻線作業時にコイル13が規定の経路を外れて巻き付けられるのを回避することができ、巻線時に相互に重なり合った部分でコイル13が異常な応力を受け、耐久性が低下するのを防止可能である。

その他の実施例

　なお上記の両実施例ではいずれも、ステータコイル13の断面形状が円形である場合について説明したが、例えば方形断面形状や矩形断面形状など他の断面形状のステータコイルである場合も本発明の前記した着想は適用可能であり、これらの場合も上記した実施例１，２によると同様な作用・効果を奏し得るのは言うまでもない。

Claims (5)

1. 　円周方向へ順次配列された矩形断面形状のステータティース部にそれぞれ、該ティース部を個々に包囲する同様な矩形断面形状のインシュレータを介してコイルを巻装したステータ、および該ステータコイルと磁気結合可能に配置されたロータから成る回転電機に用いるインシュレータ構造において、
   　前記インシュレータの、断面形状が前記矩形であるコイル巻胴面のうち、前記矩形の長辺をなす2個の長辺側コイル巻線面をそれぞれ、コイル巻線方向両端間途中箇所において中高に形成すると共に、該中高箇所から、前記矩形の短辺をなす2個の短辺側コイル巻線面に向かうにつれ高さが徐々に低下するよう形成したことを特徴とする回転電機のインシュレータ構造。
2. 　請求項1に記載された、回転電機のインシュレータ構造において、
   　前記長辺側コイル巻線面の中高箇所はそれぞれ、該長辺側コイル巻線面のコイル巻線方向両端間中程よりも、コイル巻線方向遅れ側にずれた箇所であることを特徴とする回転電機のインシュレータ構造。
3. 　請求項2に記載された、回転電機のインシュレータ構造において、
   　前記長辺側コイル巻線面の中高箇所は、コイル巻線中心に関し点対称な箇所であることを特徴とする回転電機のインシュレータ構造。
4. 　請求項1～3のいずれか1項に記載された、回転電機のインシュレータ構造において、
   　前記長辺側コイル巻線面にそれぞれ、前記中高箇所からコイル巻線方向に沿って延在し、前記長辺側コイル巻線面および短辺側コイル巻線面間の湾曲遷移面に至るコイル巻線方向突条を設けたことを特徴とする回転電機のインシュレータ構造。
5. 　請求項4に記載された、回転電機のインシュレータ構造において、
   　前記コイル巻線方向突条は、前記中高箇所から前記湾曲遷移面に向かうにつれ高くなるものであることを特徴とする回転電機のインシュレータ構造。

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