JP2010288405A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】スロット間隔が非常に狭いステータの絶縁紙において、ステータコアへの保持性が高く、コイルの挿入性が良好な絶縁紙を備えた回転電機を提供すること。
【解決手段】内周面の周方向に複数のスロットを開口し、周方向にティースを有する環状のステータコアと、その複数のスロットの各々のスロットの内周面に装着されたＵ字状の絶縁シートを介して巻回されたステータコイルと、を有し、絶縁シートの装着状態において、ティース面の幅内で折り曲げられた折曲部の最大外側部が互いに干渉しない寸法幅を持って隣接する他の絶縁シートの側方折曲部若しくは外側面に対向配置されている回転電機。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ステータコアとコイルとの絶縁性を確保するためのスロット絶縁紙等のシートを備えた回転電機に関する。

一般に、発電機やモータ等のステータは、内周面の周方向に複数のスロットを開口した環状のステータコアと、前記各々のスロットに巻回されたコイルによって構成され、前記ステータコアとコイルとの間には、電気的絶縁性を確保するための絶縁紙が挿入されている。

該絶縁紙は、ノーメックス（耐熱ポリアミド紙）やＰＰＳフィルム（ポリフェニレンサルファイドフィルム）、等の耐熱性および絶縁性に優れ、可塑性かつ一定の剛性を備えることで広く用いられているが、絶縁紙の機械的強度を向上させるため、ポリエチレンテレフタレートフィルム（ＰＥＴフィルム）との層構造のシート等も知られていて、一般に０.１〜１mm以下の厚みのものが使われている。

ところが前記絶縁紙は、前記したとおり可塑性でかつ一定の剛性を有するためにステータコイルの挿入あるいは直接巻回される前にステータコアに装着された場合、テーブルへの移送時あるいは巻線作業時において絶縁紙の脱落または絶縁紙の位置ずれが生じ、結果的にはステータコイル挿入時においてコイルとステータコアが直接接触する事がある。

この対策として従来のスロット絶縁紙には、コイル挿入時に絶縁紙がスロットの軸方向に移動しないようにステータコア面から突出して折り返し面（折曲部）を設けたものが広く使われてきた。（例えば、特許文献１）

実開昭６０−１６２９５１号明細書（第２頁，図３）

しかしながら、近年では高出力化及び騒音低減を目的とした極数の増加や２重化結線または多相化の採用等により、ステータコアのスロット数が増大の傾向にある。そのためステータコアのスロット間隔が狭くなり、従前のような絶縁紙の配置では、隣接する絶縁紙の折曲部が互いに干渉することになり、その際両者間に反発力が生じ、スロット入り口部で絶縁紙がスロット側に倒れ、スロット入り口部を塞いでしまう。すなわち、ステータコイルの挿入時あるいは直接巻回の際に絶縁紙の噛み込みが発生し、ステータコアと絶縁紙との間に隙間が生じて、そこにステータコイルが入り込み絶縁紙の役目を果たさない懸念があった。

本発明の目的は、ステータコイルの絶縁性を確実に保ち、巻線作業性に優れた回転電機を提供することである。

本発明の回転電機は、内周面の周方向に複数のスロットを開口し、周方向にティースを有する環状のステータコアと、その各々のスロットの内周面に装着されたＵ字状の絶縁シートを介して巻回されたステータコイルと、を有し、絶縁シートは、スロットの内周面に装着された状態において、ティース面上で折り曲げられた折曲部を有し、その折曲部は、隣接する他の絶縁シートの折曲部と非接触で配置された構成とする。

また、絶縁シートは、その絶縁シートの装着状態において、ティース面の幅内で折り曲げられた折曲部の最大外側部が互いに干渉しない寸法幅を持って隣接する他の絶縁シートの側方折曲部若しくは外側面に対向配置されている構成とする。

本発明はステータコイルの絶縁性を確実に保ち、巻線作業性に優れた回転電機が提供される。

本発明の絶縁紙を装着した車両用交流発電機のステータの斜視図。 図１のコアの一部正面図。 本発明の第１の実施例における絶縁紙の斜視図。 図３の正面図。 図３の絶縁紙装着状態を示すスロット部の横断面図。 本発明の第２の実施例における絶縁紙の斜視図。 図６の側面図。 本発明の第３の実施例における絶縁紙の斜視図。 図９の正面図。 図９の絶縁紙装着状態を示すスロット部の横断面図。 本発明の第４の実施例における絶縁紙の斜視図。 図１１の正面図。 図９の絶縁紙装着状態を示すスロット部の横断面図。 本発明の第５の実施例における絶縁紙の斜視図。 図１４の正面図。 図１４の絶縁紙装着状態を示すスロット部の横断面図。

以下各実施例を図面を用いて説明する。

［第１実施例］
本発明の実施例を車両用交流発電機に用いられるステータについて説明する。

環状に形成されたステータコア１は、図１，図２に示すようにその内周部の周方向にステータコイル２を挿入するための開口部１ｂを備えたスロット１ａが複数形成され、ステータコイル２は絶縁紙（絶縁樹脂などのシート材を採用する（絶縁シート）こともあるが、これを含めて絶縁紙という）３を介して開口部１ｂから挿入されて巻線された後に開口部１ｂにスロット楔４を装着してステータを構成している。また、ステータコア１は、その外周部に形成されたバックコア１ｃと、そのバックコア１ｃから内部側に形成され、スロット１ａと周方向に交互に形成されたティース１ｄと、を備える。また、スロット１ａは、近年高出力化の要求から例えば７２スロットの多数化の傾向に有り、隣接するスロット間の間隔が非常に短くなってきているのが特徴的である。

図３，図４はスロット１ａに装填される絶縁紙３で、図３に具体的な実施例の形態を示す。

絶縁紙３は長方形状の長手方向両端部を凸形状にした展開絶縁紙素材に切断したものを用い、その凸形状部分（最終的に側方折曲部３ａ、および後方折曲部３ｃとなる）を絶縁紙３の外側面３ｂ方向に一体に角度θ（図４参照）をもって逆Ｖ字状の折り曲げ成形し、最後にステータコア１のスロット１ａの溝形状に適合させるべきＵ字形状に折り曲げることで図２のスロット１ａに挿入可能な絶縁紙３の形態としている。言い換えれば、絶縁紙３は開口端３ｄ付近には軸方向の移動を阻止するための折曲部が存在しない。

なお、折り曲げ角度θは図５に示すように折曲部の開口幅Ｌ２がティース１ｄの幅Ｌ１の１／２以下の寸法幅になるようにし、スロット１ａに装着された隣接する絶縁紙３の側方折曲部３ａが互いに干渉しない寸法関係になっている。

本実施例よれば、ステータコア１に絶縁紙３を装着した場合、絶縁紙である絶縁シートは、ティース１ｄ面上で折り曲げられた折曲部（側方折曲部３ａ）は、隣接する他の絶縁シートの折曲部と非接触で配置することで、折曲部同士の干渉はなくなる。具体的には、絶縁シートは、ティース１ｄ面の幅Ｌ１内で折り曲げられた折曲部の最大外側部が互いに干渉しない寸法幅を持って隣接する他の絶縁シートの側方折曲部３ａ若しくは外側面３ｂに対向配置されている構成とする。つまり、側方折曲部３ａ及び後方折曲部３ｃが図２のバックコア１ｃに対向する周囲に設けられ、側方折曲部３ａが隣接する絶縁シートの側方折曲部３ａと空隙をもって対向されているため絶縁紙３の軸方向の移動を互いに干渉することなくして確実に確保でき、加えて、開口部１ｂ付近には側方折曲部３ａが存在しないため、隣接するスロットにそれぞれ絶縁紙３を装着しても折曲部同士の干渉による影響は皆無となる。

従って、開口部１ｂ付近では絶縁紙３が閉じてステータコイル２が挿入できないと言った心配は皆無となり、不慣れな作業者でもステータコイル２の挿入がスムーズに行われる。

なお、本実施例では巻線時における応力集中を分散して、絶縁紙の裂けによる絶縁不良を軽減するために絶縁紙３の凸形状を折曲する根元の曲げＲを、切断刃によりＲ０.２以上にしている。

［第２実施例］
次に第２実施例を図６，図７に基づいて説明する。図７は図６の側面図である。

ステータコイル２の巻線性を改善すべく、絶縁紙３の折曲部の干渉部である絶縁紙３の開口端３ｄ付近の側方折曲部３ａを取り除くことでは第１実施例と同様である。

本実施例では、両側の側方折曲部３ａの折り曲げ高さを開口端３ｄに向けて漸次減少するテーパ状にしている。

本実施例の場合も、絶縁紙３にステータコア１のティース１ｄに軸方向を係止する折曲部が設けられているため絶縁紙３の移動を確実に保持でき、また、側方折曲部３ａが干渉する開口部１ｂ周囲に折曲部が存在しないため、第１の実施例に加えて、絶縁紙３の外側面３ｂの剛性が強化される利点がある。

［第３実施例］
次に第３実施例を図８，図９，図１０に基づいて説明する。

図８，図９，図１０、隣接する絶縁紙３の側方折曲部３ａの干渉を避けるため一方の側方折曲部３ａを取り除く、つまり、絶縁紙３の側方折曲部３ａを一方の隣接する絶縁紙３側のみに外側面に沿って形成し、その側方折曲部３ａを隣接する他の絶縁シートの外側面に空隙を持って対向されている。また図１０のように開口幅Ｌ２をティース幅Ｌ１の１／２以上、且つＬ１より小さくさせている（Ｌ１／２≦Ｌ２＜Ｌ１）。

このような構成によれば、折曲部の角度θを他の実施例に比べて大きくすることができ、絶縁紙３の軸方向の保持を更に強固にできる利点がある。

［第４実施例］
次に第４実施例を図１１，図１２，図１３に基づいて説明する。

図１１，図１２，図１３は、隣接する絶縁紙３の後方折曲部３ｃおよび側方折曲部３ａの全周を絶縁紙の３の外側面に密着させて軸方向の保持を構成している。言い換えれば、絶縁シートの外側面に沿って折り曲げられて密着して形成されている。

この折曲部の形状については、プレス等による単純な折り曲げ成形により形成されるため、絶縁紙３の材料の剛性によるスプリングバック効果により、折曲部が戻されることである程度の角度が保たれた形状となる。開口幅Ｌ２は、ティース幅Ｌ１の１／２より小さくする。

また、折曲部の角度θについては、絶縁紙３の材料により異なる。本実施例であるステータコア１では紙もしくは紙と樹脂の貼り合わせ、樹脂のみ絶縁紙等が用いられるが、各々の機械的物性による剛性により、スプリングバック効果が異なることにより角度は形成される形であり、絶縁紙３により様々である。

折曲部の角度θが０°の場合は、曲げ成形時に絶縁紙３を加熱での熱成形または、熱圧着により固定する。接着材塗布または、機械的な加締めなどの方法により、折曲部の角度を０°に強制的に保持することでも達成できる。

本実施例おいては、加熱成形や熱圧着による成形による折曲部の形状については、絶縁紙３の材質はノーメックス（耐熱ポリアミド紙）及びポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）が望ましく、また、その材質とポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ樹脂）の貼り合わせ構造により、機械的剛性を向上させた絶縁シートでも可能である。なお、接着剤による接着では、接着剤の材質はウレタン系やエポキシ系の比較的耐熱性が高い接着剤が望ましい。

または、折曲部なし絶縁紙３に、側方折曲部３ａのみ別部品として、接着剤等で接着，接合することでも形成することができる。

更には、第１〜第３実施例と比べて作業性悪くなるが、折曲部の角度が０°に近い形態であるため、折曲部の設置範囲が非常に狭くでき、スロット間隔が絶縁紙の厚みが４〜５倍程度の間隔まで小さくでき、スロット数が非常に多いステータに有効な絶縁紙の形態である。

［第５実施例］
次に第５実施例を図１４，図１５，図１６に基づいて説明する。

本実施例では、第１実施例で述べたように折曲部の干渉におけるステータコイル２の巻線性を改善すべく、絶縁紙３の折曲部の干渉部である絶縁紙３の開口端３ｄ付近の側方折曲部３ａを取り除くことであるが、側方折曲部３ａの形状を変えることにより同様の効果が得られる。

すなわち、図１４，図１５に示すように側方折曲部３ａの折曲げを１段曲げ起点から、２段曲げ起点でＶ字形状に曲げ成形することで中央部を膨らませて側方折曲部３ａの先端部を絶縁紙３の外側面３ｂに接触または近づけた絶縁紙３の形態である。つまり、絶縁紙３の側方折曲部が折り曲げられ、２段の曲げ起点によりＶ字形状にて折曲部が形成された構造である。

その結果、側方折曲部３ａで形成される範囲が従来の半分以下のスペースで抑えることができ、図１６に示すように隣接する絶縁紙３の側方折曲部３ａの最大外側部の開口幅Ｌ２が、互いの折曲部に干渉するのを容易に無くすことができる。なお、Ｌ２はＬ１の１／２より小さくすることは前の実施例と同様である。

以上、本発明の各実施例について説明したが、他に採用可能な構成を以下に列挙する。

上記した各実施例では、回転電機の一実施形態として車両用交流発電機について説明を行ったが、回転力を出力するモータや、発電と駆動を兼ねたモータジェネレータ等にも適用することができる。特にモータとしては、ハイブリット自動車や電動四輪駆動車の駆動用モータ，ポンプを駆動するためのモータ等へのステータ絶縁紙として適用が考えられる。

１ ステータコア
１ａ スロット
１ｂ 開口部
１ｃ バックコア
１ｄ ティース
２ ステータコイル
３ 絶縁紙
３ａ 側方折曲部
３ｂ 外側面
３ｃ 後方折曲部
３ｄ 開口端
４ スロット楔

Claims (8)

1. 内周面の周方向に複数のスロットを開口し、周方向にティースを有する環状のステータコアと、
   前記複数のスロットの各々のスロットの内周面に装着されたＵ字状の絶縁シートを介して巻回されたステータコイルと、を有し、
   前記絶縁シートは、前記スロットの内周面に装着された状態において、前記ティース面上で折り曲げられた折曲部を有し、前記折曲部は、隣接する他の絶縁シートの折曲部と非接触で配置されたことを特徴とした回転電機。
2. 請求項１記載の回転電機であって、
   前記絶縁シートは、前記ティース面の幅Ｌ１内で折り曲げられた前記折曲部の最大外側部が互いに干渉しない寸法幅を持って隣接する他の絶縁シートの側方折曲部若しくは外側面に対向配置されていることを特徴とした回転電機。
3. 請求項１又は２記載の回転電機であって、
   前記Ｕ字状の絶縁シートは、バックコアに対峙する周辺に後方折曲部と側方折曲部を備え、該側方折曲部が隣接する他の絶縁シートの側方折曲部と空隙を持って対向されていることを特徴とした回転電機。
4. 請求項３記載の回転電機であって、
   前記側方折曲部は、開口端に向かって漸次減少するテーパ状とすることを特徴とした回転電機。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回転電機であって、
   前記Ｕ字状の絶縁シートは、一方の外側面に沿ってのみ側方折曲部を形成し、該側方折曲部を隣接する他の絶縁シートの外側面に空隙を持って対向されていることを特徴とした回転電機。
6. 請求項３記載の回転電機であって、
   前記側方折曲部は、絶縁シートの外側面に沿って折り曲げられて密着されたことを特徴とした回転電機。
7. 請求項６に記載の回転電機であって、
   前記側方折曲部に相当する部位を別部材とし、前記絶縁シートに接合されたことを特徴とする回転電機。
8. 請求項３記載の回転電機であって、
   前記絶縁シートの側方折曲部が折り曲げられ、２段の曲げ起点によりＶ字形状にて折曲部が形成されたことを特徴とする回転電機。

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