JP5122002B2 - 回転電機のステータ - Google Patents

Description

この発明は、回転電機のステータ構造に関するものである。

従来の回転電機のステータにおいて、スロット絶縁は絶縁フィルムをスロット内でスロット形状に沿うように配置しその上からコイルを巻回することでティースとコイルとを電気的に絶縁しており、また相間絶縁は絶縁フィルムを隣接するティースに巻回された巻線コイル間に挿入・介在させることで電気的に絶縁している（例えば、特許文献１参照）。

特許第４１０９０１６（段落番号[０００７]、［０００８］、図１等）

近年、モータの高効率化競争が激化している。高効率化に寄与する手段の一つとして、コイルの占積率向上を目的として樹脂成形品よりなる絶縁体を絶縁フィルムに置き換える技術が求められている。
上記従来の電動機ステータは、絶縁フィルムをスロット内に沿うように配置してティースとコイルとの絶縁を図るスロット絶縁と、コイル巻回後に巻線コイル間に挿入されて隣接する巻線コイル間の絶縁を図る相間絶縁とを有し、コイルや鉄心の絶縁を図っている。しかし、スロット絶縁や相間絶縁がフィルム状の絶縁体である場合には、その取り扱いや位置固定が難しく、例えばモータ運転中にスロット開口部から絶縁フィルムが漏れてくるといった問題がある。特に占積率向上のためにコイルをスロット開口部近辺まで巻回した場合にはこのような問題が顕著となる。
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、絶縁フィルムを確実に固定でき、スロットからの絶縁フィルム漏れを防止することができるステータを得ることを目的とする。

この発明に係る回転電機のステータは、周方向に延在するバックヨーク部と、バックヨーク部の中央部から中心方向に突出したティース部と、ティース部の先端に位置するティース先端部とからなる複数の分割コアを環状に配置して構成される回転電機のステータである。そして、分割コアの軸方向両端面に配置される一対のインシュレータと、ティース部両側面に装着されティース部に巻回されるコイルと分割コアとを絶縁する絶縁フィルムとを備えている。インシュレータは、ティース先端部より周方向に突出する突出部と、突出部のティース先端部軸方向端面側に設けられ絶縁フィルムが差し込まれるスリットと、突出部周方向端面側に形成されるリブとを備えている。スリットに差し込まれた絶縁フィルムはリブを挟んでバックヨーク部側に折り返され、隣接するリブ間に挟まれて固定され、隣接する分割コアのティース部に巻回されるコイル間の絶縁を図り、絶縁フィルムは一枚の絶縁体から折り曲げて形成され、隣接する分割コアのティース部に巻回されるコイル間の絶縁を図り、絶縁フィルムは一枚の絶縁体から折り曲げて形成される。

この発明の回転電機のステータによれば、スリットに差し込まれた絶縁フィルムはリブを挟んでバックヨーク部側に折り返され、隣接するインシュレータの突出部間に挟まれて固定され、隣接する分割コアのティース部に巻回されるコイル間の絶縁を図り、絶縁フィルムは一枚の絶縁体から折り曲げて形成され、隣接する分割コアのティース部に巻回されるコイル間の絶縁を図り、絶縁フィルムは一枚の絶縁体から折り曲げて形成されるため、絶縁フィルムを確実に位置決めし固定することができる。また、絶縁フィルムが固定されることにより、絶縁フィルムがティース先端のスロット開口部から内周側に漏れ出ることを防止することができる。

この発明の実施の形態１における回転電機のステータの構成を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１における回転電機のステータの構成を示す断面図である。 この発明の実施の形態１における分割コアとインシュレータの構成を説明するための分解斜視図である。 この発明の実施の形態１における図１の一部拡大図である。 この発明の実施の形態１における分割コアにインシュレータを装着した状態の拡大斜視図である。 この発明の実施の形態１における図２の一部拡大図である。 この発明の実施の形態１における別例のリブを説明する斜視図である。 この発明の実施の形態１における別例のリブを説明する断面図である。 この発明の実施の形態１における回転電機のステータの組立工程の一例を説明する図である。 この発明の実施の形態１における回転電機のステータの組立工程の一例を説明する斜視図である。 この発明の実施の形態１における回転電機のステータの組立工程の一例を説明する斜視図である。 この発明の実施の形態１における回転電機のステータの組立工程の一例を説明する斜視図である。 この発明の実施の形態１における回転電機のステータの組立工程の一例を説明する斜視図である。 この発明の実施の形態１における回転電機のステータの組立工程の一例を説明する断面図である。 この発明の実施の形態１における絶縁フィルムの別例を説明する部分断面図である。 この発明の実施の形態２の分割コアおよび絶縁フィルムの構成を説明するための斜視図である。 この発明の実施の形態２におけるステータの構成を示す断面図である。 この発明の実施の形態２における図１７の一部拡大図であり、絶縁フィルムの構成を説明するための部分断面図である。 この発明の実施の形態２における別例の絶縁フィルムの構成を説明するための部分断面図である。 この発明の実施の形態２における別例の分割コアの構成を説明するための斜視図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における回転電機のステータの構成を示す斜視図、図２は図１の断面図、図３は分割コアとインシュレータの構成を説明するための分解斜視図、図４は図１の一部拡大図、図５は分割コアにインシュレータを装着した状態の拡大斜視図、図６は図２の一部拡大図である。

図１〜３に示すように、ステータ１は複数の分割コア２を環状に配置して構成される回転電機のステータ１である。ステータ１の内周側には図示しないロータが所定の空隙を介して配置される。
分割コア２は、周方向に延在するバックヨーク部２０と、バックヨーク部２０の中央部から中心方向に突出するティース部２１と、ティース部２１の先端に位置するティース先端部２２からなる。ティース先端部２２はティース部２１よりも周方向両側に突出した形状である。

各分割コア２の軸方向両端面には、分割コア２のバックヨーク部２０、ティース部２１、ティース先端部２２を覆うように一対のインシュレータ３が装着されている。また、各分割コア２の周方向両側にはバックヨーク部２０の内周面やティース部２１の側面を覆うフィルム状の絶縁フィルム４が装着されている。ティース部２１には、インシュレータ３および絶縁フィルム４を介して図示しないコイル５が巻回されている。分割コア２とコイル５間は、インシュレータ３および絶縁フィルム４により電気的に絶縁されている。
インシュレータ３や絶縁フィルム４を介してコイル５が巻回された分割コア２は、バックヨーク部２０の周方向端部同士が当接するように環状に配置され、隣接するティース部２１間にスロット６を有するステータ１を形成している。

一対のインシュレータ３は例えば樹脂成形品であり、分割コア２のバックヨーク部２０の一部を覆うヨーク被覆部３０、ティース部２１を覆うティース被覆部３１、ティース先端部２２を覆う先端被覆部３２からなる。図４、図５に示すように、先端被覆部３２は、ティース先端部２２よりもさらに周方向に突出する突出部３３を有している。突出部３３のティース先端部２２軸方向端面側には、ティース先端部２２の周方向側端面に沿ってスリット３４が形成されている。スリット３４が形成されることにより、突出部３３の先端部分にあたる周方向端面側にリブ３５が形成されている。
また、インシュレータ３の内周面、すなわちインシュレータ３の先端被覆部３２の内周面は、ティース先端部２２の内周面より径方向外側に少なくとも絶縁フィルム４の厚み分だけ下がっている。

絶縁フィルム４は例えばポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）等の樹脂からなるフィルム状の絶縁体であり、図４、図６に示すように、バックヨーク部２０の内周面、ティース部２１の側面、ティース先端部２２の外周面を沿うように覆っている。絶縁フィルム４の軸方向の長さは分割コア２の軸方向の長さよりも長く設定されており、絶縁フィルム４のティース先端部２２側はインシュレータ３のスリット３４に径方向外側から差し込まれ、リブ３５を挟んでバックヨーク部２０側へ折り返されている。折り返された絶縁フィルム４は隣接する分割コア２に装着されたインシュレータ３の突出部３３の先端にあるリブ３５間に挟まれ固定されている。この時、インシュレータ３の先端被覆部３２の内周面がティース先端部２２の内周面より径方向外側に少なくとも絶縁フィルム４の厚み分下がった構成とすれば、絶縁フィルム４の折り返し部分がティース先端部２２の内周面よりも中心側に突出することを防止することができる。

なお、上記の例では、インシュレータ３において、リブ３５の内周面は突出部３３の内周面と同一平面状であったが（図５、６等参照）、例えば図７、図８に示すような形状であってもよい。すなわち、リブ３５Ａの内周面がインシュレータ３の先端被覆部３２の内周面より径方向外側に少なくとも絶縁フィルム４の厚み分だけ下がって形成されていてもよい。なお、図７、図８は別例のリブ３５Ａを示す図であり、各々図５、図６に対応するものである。このようなリブ３５Ａに沿って絶縁フィルム４を折り返せば、絶縁フィルム４の折り返し部分が先端被覆部３２およびティース先端部２２の内周面よりも中心側に突出することを防止できる。さらに、上述したような先端被覆部３２の内周面をティース先端部２２の内周面より径方向外側に一段下げた構成とすれば、絶縁フィルム４の折り返し部分がティース先端部２２の内周面よりも中心側に突出することを確実に防止できる。

次にステータ１の組立工程の一例について図９〜図１４を参照して説明する。なお、図９〜図１４の図面のうち図９はリブ３５を採用し、図１０〜図１４ではリブ３５Ａを採用しているが、どちらのリブを採用しても同様の工程で組立できる。
まず図９に示すように、分割コア２、一対のインシュレータ３、絶縁フィルム４を準備する。絶縁フィルム４は、分割コア２の形状に合わせて折り曲げ加工されており、分割コア２の両側部に配置される部分がティース先端部２２の内周側で繋がった形状をしている。このような絶縁フィルム４は一枚の直方体形状のフィルム状絶縁体を折り曲げることにより形成することができる。

次に各部材を装着する。まず、分割コア２に絶縁フィルム４を装着する。その後、スリット３４に絶縁フィルム４が差し込まれるようにインシュレータ３を軸方向両側から装着する。インシュレータ３は例えばピンや接着剤等により分割コア２に固定される。図１０は分割コア２に絶縁フィルム４およびインシュレータ３が装着された状態を示す斜視図である。その後、ティース部２１には、インシュレータ３および絶縁フィルム４を介して図示しないコイル５が巻回される。

次に、図１１に示すように、絶縁フィルム４のティース先端部２２内周面側を覆う部分を軸方向にカットし、カットした絶縁フィルム４の端部を図中矢印のように取り回し、リブ３５Ａを挟むようにしてバックヨーク部２０側へ折り返す。このようにして形成された図１２に示す分割コア２のバックヨーク部２０を隣接して配置される分割コア２のバックヨーク部２０と接触させながら環状に配置し、各分割コア２を溶接や焼き嵌め等で連結することにより図１３、図１４に示すようなステータ１を形成する。この時、折り返された絶縁フィルム４は隣接して配置される分割コア２に装着されたインシュレータ３の突出部３３の先端にあるリブ３５間に挟まれて確実に固定されている。

なお、折り返された絶縁フィルム４は、隣接する分割コア２に巻回されるコイル５の間に配置され、各コイル５の相間を絶縁する相間絶縁部４０を形成している。本実施の形態１の相間絶縁部４０は分割コア２のティース先端部２２側から径方向外側にティース部２１の略中間部分に対応する位置まで伸びている。
ここで、相間絶縁部４０の長さは、カットする前の絶縁フィルム４のティース先端部２２の内周面側を覆う部分の長さや、カットする位置により決定される（図１０、図１１参照）。例えば図１０等に示す場合より、絶縁フィルム４のティース先端部２２内周面を覆う部分を長く設定し、図１５に示すように、相間絶縁部４０の端部がバックヨーク部２０側の絶縁フィルム４と接触する構成としてもよい。このように、突出部３３間に挟まれて固定された絶縁フィルム４の相間絶縁部４０の端部が、バックヨーク部２０側の絶縁フィルム４と接触する構成とすれば、確実にコイル５の相間を絶縁することができる。
また、図示はしないが、さらに相間絶縁部４０の端部を伸ばし、例えばその端部をバックヨーク部２０の内周面に沿わせて折り曲げることにより、バックヨーク部２０側の絶縁フィルム４と相間絶縁部４０の端部が重なるように構成してもよい。これにより、コイル５の相間絶縁をより確実にすることができる。

以上のように、本実施の形態１のステータ１は、スリット３４に差し込まれた絶縁フィルム４がリブ３５を挟んで折り返され、隣接するインシュレータ３の突出部３３の先端にあるリブ３５間に挟まれているため、絶縁フィルム４の位置決めをしつつ確実に固定することができる。また、絶縁フィルム４が確実に固定されることにより、特に回転電機運転中等に絶縁フィルム４が隣接する分割コア２のティース先端部２２間にあるスロット６の開口部から内周側に漏れることがない。

また、絶縁フィルム４が漏れるという問題を解消できるため、フィルム状の絶縁フィルム４を分割コア２とコイル５を絶縁するための絶縁体として容易に採用できる。そして、絶縁体をフィルム状の絶縁フィルム４とし、さらに更に絶縁フィルム４を支える位置をインシュレータ３の突出部３３のティース先端部２２軸方向端面側に形成されたスリット３４で行っているため、コイル５の巻回部分の面積を最大限に確保することができる。従って、ティース部２１に巻回されるコイル５の太線化や巻数増加により占積率を向上し、回転電機の効率を向上させることができる。

また、絶縁フィルム４は一枚の直方体形状の絶縁体を折り曲げることにより形成できるため、ロールから取り出したフィルム状の絶縁体をそのまま使用でき、材料歩留まり率を向上することができる。

また、リブ３５Ａの内周面が先端被覆部３２より径方向外側に少なくとも絶縁フィルム４の厚み分だけ下がって形成される構成や、先端被覆部３２の内周面をティース先端部２２の内周面より径方向外側に少なくとも絶縁フィルム４の厚み分だけ下げる構成とすることで、絶縁フィルム４の折り返し部分がティース先端部２２の内周面よりも中心側に突出することを防止できる。また、これらの構成を併用することでより確実に折り返し部分の中心側への突出を防止できる。

また、突出部３３間に挟まれて固定された絶縁フィルム４の折り返し部分を、隣接する分割コア２に巻回されるコイル５の間に配置すれば、コイル５の相間絶縁をすることができる。さらに折り返し部分の端部をバックヨーク部２０側の絶縁フィルム４と接触させる構成とすれば、より確実にコイル５間の相間絶縁をすることができる。

実施の形態２．
上記実施の形態１では各分割コアが互いに連結されていない構成であったが、本実施の形態２では隣接して配置される分割コアのバックヨーク部同士が薄肉部により連結された連結分割コアを使用している。また、上記実施の形態１では、各分割コア毎に絶縁フィルムが形成されていたが、本実施の形態２では隣接する分割コアに装着される絶縁フィルム同士が繋がるように形成されている。
以下、本実施の形態２について説明する。なお、上記実施の形態１と同様の部分については、同一符号を付して説明を省略する。

図１６は、本実施の形態２の分割コアおよび絶縁フィルムを説明するための図である。
図に示すように、連結分割コア２Ａは、上記実施の形態１の分割コア２のバックヨーク部２０同士が薄肉部２３で連結された形状である。薄肉部２３はバックヨーク部２０側面の外周側に形成されており、この薄肉部２３を屈曲することにより連結分割コア２Ａを環状に配置する。なお、図１６の例では連結分割コア２Ａは３個の分割コア２を薄肉部２３により連結しているが、必要に応じて分割コア２の連結数を調整すればよい。当然ながら、ステータ１を形成する分割コア２全てを連結してもよい。

絶縁フィルム４Ａは、上記実施の形態１の図１０に示す絶縁フィルム４の端部が延長されて隣接する分割コア２に装着される絶縁フィルム４の端部と繋げられた形状である。図１６に示すように絶縁フィルム４Ａはバックヨーク部２０の内周側を渡って隣接する絶縁フィルムと連結されている。このような絶縁フィルム４Ａは一枚の直方体形状の絶縁体を折り曲げることにより形成することができる。なお、図１６の例では３個の分割コア２に装着される絶縁フィルムを連結しているが、これに限られるものではない。絶縁フィルム４Ａは、例えばステータ１を形成する全分割コア分を連結した形状としてもよい。
なお、このような連結した形状の絶縁フィルム４Ａは、隣接する分割コアが薄肉部２３により連結された場合に限って使用されるものではない。例えば上記実施の形態１の各分割コア２が連結されていない場合にも使用することができる。例えば連結した形状の絶縁フィルム４Ａに各分割コア２を順次装着して使用すればよい。
そして、上記実施の形態１と同様の組立工程により、図１７に示すようなステータ１Ａを形成する。隣接する分割コア２の絶縁フィルム同士はバックヨーク部２０側内周側で繋がっている。

図１８は図１７の一部拡大図である。上述の通り、絶縁フィルム４Ａは上記実施の形態１の隣接する絶縁フィルム４の端部を延長して繋げた形状であるため、分割コア２のバックヨーク部２０を当接させながら環状に配置すると、バックヨーク部２０の当接箇所の絶縁フィルム４Ａが余り、当接箇所から内側に突出する突部４１を形成する。絶縁フィルム４Ａの相間絶縁部４０Ａは分割コア２のティース先端部２２側から径方向外側に伸び、端部が突部４１と接触している。このように相間絶縁部４０Ａをバックヨーク部２０側の絶縁フィルム４Ａの突部４１と接触させる構成とすれば、確実にコイル５の相間を絶縁することができる。
また、図１９に示すように、さらに相間絶縁部４０Ａの端部を伸ばし、例えばその端部を突部４１と重なるように構成してもよい。これにより、コイル５の相間絶縁をより確実にすることができる。

以上のように、本実施の形態２では各分割コア２が薄肉部２３により連結された連結分割コア２Ａを採用しているため、各分割コア２が組立工程時にばらばらにならず取り扱いが容易である。そして、薄肉部２３を屈曲させることによって、分割コア２を容易に環状に配置、固定することができる。また、このような連結分割コア２Ａに、絶縁フィルム４Ａを装着することにより、上記実施の形態１と同様の効果を有する。
さらに、隣接する分割コア２に装着される絶縁フィルム４Ａを連結して一体構成したため、部品点数を抑えることができるとともに、絶縁フィルム４Ａの装着を一括で行うことができ、組立工程を効率化することができる。
なお、連結分割コア２Ａに装着される絶縁フィルムは必ずしも連結した形状の絶縁フィルム４Ａを使用する必要はなく、上記実施の形態１に記載の連結していない形状の絶縁フィルム４を使用してもよい。

また上記実施の形態２では、各分割コア２をバックヨーク部２０に設けられた薄肉部２３により連結したが、バックヨーク部２０に回動可能な関節部２４を設けて各分割コアを連結する構成としても同様の効果を有する。
図２０は実施の形態２の別例の分割コアの構成を説明するための斜視図である。図に示すように関節部２４は、隣接して配置される分割コア２のバックヨーク部２０同士が交互に重なりピン等で固定されることにより形成されている。関節部２４により連結された連
結分割コア２Ｂを回動させることで各分割コア２を容易に環状に配置することができる。

この発明は、回転電機のステータのスロット絶縁および相関絶縁に用いられる絶縁フィルムに関するものであり、回転電機のステータに広く適用できる。

Claims (8)

1. 周方向に延在するバックヨーク部と、上記バックヨーク部の中央部から中心方向に突出したティース部と、上記ティース部の先端に位置するティース先端部とからなる複数の分割コアを環状に配置して構成される回転電機のステータであって、
   上記分割コアの軸方向両端面に配置される一対のインシュレータと、上記ティース部両側面に装着され上記ティース部に巻回されるコイルと上記分割コアとを絶縁する絶縁フィルムとを備え、
   上記インシュレータは、上記ティース先端部より周方向に突出する突出部と、上記突出部の上記ティース先端部軸方向端面側に設けられ上記絶縁フィルムが差し込まれるスリットと、上記突出部周方向端面側に形成されるリブとを備え、
   上記スリットに差し込まれた上記絶縁フィルムは上記リブを挟んで上記バックヨーク部側に折り返され、隣接する上記リブ間に挟まれて固定され、隣接する上記分割コアの上記ティース部に巻回されるコイル間の絶縁を図り、
   上記絶縁フィルムは一枚の絶縁体から折り曲げて形成されたものである回転電機のステータ。
2. 上記インシュレータのリブの内周面は、上記インシュレータの内周面より径方向外側に少なくとも上記絶縁フィルムの厚み分下がっている請求項１に記載の回転電機のステータ。
3. 上記インシュレータの内周面は、上記ティース先端部の内周面より径方向外側に少なくとも上記絶縁フィルムの厚み分下がっている請求項１に記載の回転電機のステータ。
4. 上記インシュレータのリブの内周面は、上記インシュレータの内周面より径方向外側に少なくとも上記絶縁フィルムの厚み分下がっており、且つ上記インシュレータの内周面は、上記ティース先端部の内周面より径方向外側に少なくとも上記絶縁フィルムの厚み分下がっている請求項１に記載の回転電機のステータ。
5. 上記インシュレータの突出部間に挟まれて固定された上記絶縁フィルムの端部が、上記バックヨーク部側の絶縁フィルムと接触している請求項１に記載の回転電機のステータ。
6. 上記絶縁フィルムは、隣り合って配置される分割コアの絶縁フィルムと上記バックヨーク部の内周側で繋がっている請求項１に記載の回転電機のステータ。
7. 上記分割コアのバックヨーク部は、隣り合って配置される分割コアのバックヨーク部と薄肉部により連結されており、上記隣接する複数の分割コアに装着される上記絶縁フィルムは一枚の絶縁体から折り曲げて形成されたものである請求項１に記載の回転電機のステータ。
8. 上記分割コアのバックヨーク部は、隣り合って配置される分割コアのバックヨーク部と回動可能な関節部により連結されており、上記隣接する複数の分割コアに装着される上記絶縁フィルムは一枚の絶縁体から折り曲げて形成されたものである請求項１に記載の回転電機のステータ。

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