特開 2024-42691 絶縁配置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024042691

(43)【公開日】2024-03-28

(54)【発明の名称】絶縁配置

(51)【国際特許分類】

   H02K 3/34 20060101AFI20240321BHJP

【ＦＩ】

H02K3/34 Z

【審査請求】有

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023149810

(22)【出願日】2023-09-15

(31)【優先権主張番号】10 2022 123 605.6

(32)【優先日】2022-09-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(31)【優先権主張番号】10 2023 117 797.4

(32)【優先日】2023-07-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(71)【出願人】

【識別番号】516011246

【氏名又は名称】ハンオン システムズ

(74)【代理人】

【識別番号】110000051

【氏名又は名称】弁理士法人共生国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ダヴィット ワリスコ

(72)【発明者】

【氏名】フローリアン ゼムラー

(72)【発明者】

【氏名】ユルゲン ワーワー

【テーマコード（参考）】

5H604

【Ｆターム（参考）】

5H604AA01

5H604BB01

5H604BB14

5H604CC01

5H604CC05

5H604CC13

5H604DA15

5H604DB16

5H604PB02

(57)【要約】

【課題】１０００ボルトまでの電圧範囲で使用するための要件を満たし、同時に国際規格や仕様に適合するために十分な沿面距離と空気経路を実現する絶縁配置を提供する。
【解決手段】
本発明は、複数の固定子コイル（２）を有する電動機の固定子（１）の絶縁装置に関するものであり、各コイル分離部（３）が隣接する固定子コイル（２）間に配置され、コイル分離部（３）の端部がそれぞれ環状の下部コイルを介して接続されていることを特徴とするコイル分離部コネクタ（４）と環状の上部コイル分離部コネクタ（５）との接続を電気絶縁材料接続と組み合わせて正のラッチ接続として具現する。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の固定子コイル（２）を有する電気モーターの固定子（１）のための絶縁配置であって、
それぞれのコイル分離部（３）が隣接する固定子コイル（２）の間に配置され、前記コイル分離部（３）は端部を環状の下部コイル分離部コネクタ（４）および環状の上部コイル分離部コネクタ（５）を介してそれぞれ接続され、コイル分離部（３）とコイル分離部コネクタ（４，５）との接続は、電気絶縁材料接続と組み合わせて正のラッチ接続として実現することを特徴とする絶縁装置。

【請求項2】

前記コイル分離部コネクタ（４，５）は、前記コイル分離部（３）のための鋸歯状の軸方向に延びるガイド部（６）を有する円筒状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の絶縁装置。

【請求項3】

前記コイル分離部（３）は、前記コイル分離部コネクタ（４，５）と対向する端部領域にガイド部受容領域（７）を有することを特徴とする請求項１または２に記載の絶縁装置。

【請求項4】

コイル分離部（３）はラッチ部レセプタクル（８）を有し、
コイル分離部コネクタ（４，５）は対応するラッチ部（９）を有し、
ラッチ接続は半径方向に作用して形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の絶縁装置。

【請求項5】

前記ラッチ接続は、前記コイル分離部（３）上のラッチ部レセプタクル（８）と、
前記コイル分離部コネクタ（４，５）上のラッチングラグとして具現化されたラッチ部（９）とによって形成され、
前記コイル分離部コネクタ（４，５）上に軸方向案内用のガイド溝（１０）が追加で形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の絶縁装置。

【請求項6】

前記ラッチ部（９）はウェブとして形成され、
前記ラッチ部レセプタクル（８）は対応するように溝として形成されていることを特徴とする請求項４に記載の絶縁装置。

【請求項7】

接着接続はエポキシ樹脂で具現化されていることを特徴とする請求項１または２に記載の絶縁装置。

【請求項8】

コイル分離部コネクタ（４，５）のガイド部（６）とコイル分離部（３）のガイド部受容領域（７）とが圧入されていることを特徴とする請求項２に記載の絶縁装置。

【請求項9】

より大きな面積の接着領域のための接触面拡幅領域（１１）は、ガイド部（６）の間に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の絶縁装置。

【請求項10】

電気モーター、特に電動圧縮機の電気モーターの固定子における請求項１または２に記載の絶縁配置を取付けるための方法であって、板状のコイル分離部がそれぞれ、下部コイル分離部コネクタと上部コイル分離部コネクタとの間の端部においてラッチ接続に入るように軸方向に位置決めされ、前記コイル分離部と前記下部コイル分離部コネクタおよび前記上部コイル分離部コネクタとの間の接触領域に電気絶縁物質が導入され、前記電気絶縁物質が、前記コイル分離部と前記下部コイル分離部コネクタおよび前記上部コイル分離部コネクタとの間の物質的接続を形成することを特徴とする絶縁配置を取付けるための方法。

【請求項11】

前記電気絶縁物質は真空圧力プロセス法によって導入されることを特徴とする請求項１０に記載の絶縁配置を取付けるための方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電動機の固定子の絶縁配置に関する。電動機は、互いに電気的に絶縁された複数の固定子コイルを有する。電動機が構成される電圧範囲に応じて、個々のコイルの互いに対する電気絶縁には異なる要件が設定される。

【背景技術】

【0002】

本発明による絶縁配置の適用分野は、例えば、密閉冷媒システムの冷媒圧縮機を駆動するための電動機である。このような電動モーターは、自動車、特に自動車の空調システムの冷媒圧縮機に使用される。
最大１０００ボルトの高電圧のため、電気式冷媒コンプレッサーの要件は非常に高い。沿面経路と二相間および無電圧金属部品間の空気経路は、多くの国際規格に基づいて実施される。モーター／固定子を実現するための設置スペースが小さいため、必要な絶縁調整に関して、対応する絶縁材料システムを実現するための特別な措置が必要である。

【0003】

空気経路とは、２つのコイルなど、２つの導電性部品間の空気による直接距離のことである。さらに、空気経路とは、導電性部品から、例えば固定子コアのような電圧のない金属部品までの距離として定義される。対照的に、沿面経路は、動作時間の経過とともに蓄積される表面を横切る電流伝導経路である。これは、導電性部品間または次の無電圧金属部品までの表面上の最短経路を指定する。
約４００ボルトの電圧範囲で作動する電気モーターでは、空気経路と沿面経路が著しく短くなる。
そのため、１０００ボルトまでの電圧範囲で電気モーターの要件を満たすことは、これらの一般的な距離の倍増または大幅な増加を意味する。一方、特に自動車の空調システムなどの移動用途では、コンポーネントのコンパクトな設計が不可欠である。

【0004】

従来技術では、冷媒圧縮機の電動モーターの固定子コイルは、軸方向に取り付けられたコイル分離部によって既に電気的に絶縁されている。しかしながら、円盤状の軸方向に配置されたコイル分離部は、１０００ボルトまでの超高電圧用途における沿面距離の延長と空気経路の問題を解決するものではない。電動圧縮機の電動機用の絶縁配置は、特許文献１から公知である。この絶縁配置は、冒頭で説明したタイプの固定子コアを備えた電動機のために設けられている。固定子コアのこの構造によれば、電線は、コイルを形成するために、ヘッド端に形成された内側フランジを有する固定子リングの内周から半径方向内側に延びるコイルキャリアに巻かれ、隣接するコイル間には、専門家によって固定子溝と呼ばれる中間空間が存在する。固定子の内周に放射状に配置されたコイルのこれらの中間空間には、固定子の内周から半径方向内側へ、および固定子の軸方向端面の間で軸方向へ延びる、板状部の形をしたそれぞれのコイルセパレータが配置される。

【0005】

これらのコイルセパレータの特別な特徴は、長手方向に垂直な断面において、内側に向いたＹ字形状を有し、Ｙ字形状のそれぞれのフォーク端が、コイルキャリアの対向する内側フランジの軸方向長手側において、隣接するコイル間の中間空間を画定することである。固定子溝内では、コイルセパレータは弾性変形によって押し込まれた位置に保持される。Ｙ字形の脚端の軸方向長手方向側面は固定子リングの内面に押し付けられ、頭端はそれぞれ固定子コアのコイルキャリアの対向する内側フランジの軸方向長手方向側面に押し付けられる。

【0006】

また、公知のコイルセパレータは、断面形状がＹ形であるため、その製造や取り付けが比較的複雑である。さらに、コイルセパレータを固定子コアの構成部品に押し付けるだけでは、漏れ電流が流れる可能性のある電流経路を排除するには不十分であることが示されている。従って、固定子配置の整列した隣接する構成部間に隙間が生じ、それに応じて沿面経路や望ましくない電流が流れる危険性が残る。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】独国特許出願公告第１０２０１９１１２５３４号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明の目的は、１０００ボルトまでの電圧範囲で使用するための要件を満たし、同時に国際規格や仕様に適合するために十分な沿面距離と空気経路を実現する絶縁配置を提供することである。
この目的は、独立請求項による主題および方法によって達成される。さらなる発展が従属請求項に示されている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の目的は、特に、複数の固定子コイルを有する電気モーターの固定子用の絶縁配置によって達成され、それぞれのコイル分離部が隣接する固定子コイルの間に配置され、コイル分離部が、環状の下部コイル分離部コネクタおよび環状の上部コイル分離部コネクタを介してそれらの端部でそれぞれ接続される。コイル分離部のコイル分離部コネクタへの接続は、電気絶縁材料接続と組み合わせたポジティブラッチ接続として具現化される。

【0010】

本発明のコンセプトは、超高電圧用途における絶縁効果の向上は、漏れ電流が流れる可能性のある経路をなくすために２つの部品を互いに押し付けるだけでは実現できない。機械的接続の性質として、接続された２つの部品の間には原則として隙間が残る。リーク電流が流れる可能性のある経路をなくすためには、機械的に接続された部品の間に物質的な接続を確立しなければならない。つまり、国際規格に従って沿面電流経路をなくし、対応する空気経路を確立するために、例えば、互いに隣接して配置された絶縁部を互いに接着、はんだ付け、溶接、または加硫する。

【0011】

この問題を解決するための設計は、隣接する部品の接続を接着することで、沿面経路とも呼ばれるポテンシャル経路を閉じ、沿面電流の流れに関する国際規格を満たすような構造にすることである。
流し込みまたは接着による重要領域の材料接続は、不十分な沿面経路を回避するための付加的な手段である。コイルセパレータをコイルセパレータ部コネクタと組み合わせて使用することにより、２つのコイル間の空気経路は、国際的に有効な規格の要件に従って、コイルワイヤ間の直接距離またはコイルから無電圧金属部品までの距離よりも相応に大きく選択され、その結果、国際規格の要件を満たすことができる。

【0012】

材料接続は、エポキシ樹脂などの適切な鋳造材料または接着剤で行われる。
クラウン状のコイル分離部・コネクタのため、沿面経路の経路長は、要求されるＩＳＯ調整に対応し、部分的には要求される国際規格よりも高いものが得られる。
構造上、本発明の概念は、コイル分離部が、それらの端部において、上部コイル分離部コネクタおよび下部コイル分離部コネクタに、それぞれ積極的かつ材料的に嵌合するように接続されるように設計されている点で実現される。

【0013】

上部および下部コイル分離部コネクタは、有利なことに、軸方向において、鋸歯状の延長部を有する円筒形部であるクラウン型に形成されている。
クラウンとも呼ばれるコイル分離部コネクタは、ローターとシャフトの回転アセンブリへの十分な空気通路と沿面通路を確保するように設計されている。
スロット開口部での適切な圧入を保証するために、スロットセパレータは一定のオーバーサイズを持つように構成されている。スロットセパレータとも呼ばれるコイルセパレータは、装着時に定位置に配置されるとすぐに、圧入により、コイルセパレータは、装着時および運転時の取り扱い時に実質的に動くことがなくなる。
コイル分離部の取り付け後、上下のコイル分離部コネクタを固定子に配置し、コイル分離部に接続する。

【0014】

絶縁システムには必要であるが、本発明には必須ではない他の部品を組み立てた後、固定子を真空加圧含浸処理し、固定子封止部、コイル分離部、コイル分離部コネクタ間のすべての接触領域で材料接続を確立する。
コイル分離部、上部コイル分離部コネクタ、下部コイル分離部コネクタの３つの基本部の絶縁配置の設計と、それらの材料接続により、空気経路と沿面経路が広がる。材料接続により、重要な空気経路と沿面経路は完全に排除され、その他の経路は、対応するアプリケーションケースでモーターが運転される電圧レベルの要件を満たすように広げられる。

【0015】

本発明によれば、固定子封止部のティースフロントは、構造的に理想的な巻線状況が確保されるように、上部コイル分離部コネクタと下部コイル分離部コネクタを追加して設計される。
固定子が巻線機から離れた後、接触領域間の接着接続が適切な方法で確立された後、空気および沿面経路を増やすために、上部および下部コイル分離部コネクタが上に配置される。
特に好ましくは、コイルは、コイル分離部への材料接続を確立するために適切な材料を使用することによって、軸方向全長にわたって互いに電気的に絶縁され、上部コイル分離部コネクタと下部コイル分離部コネクタとの間の内部において、一方のコイルから他方のコイルへ、または一方のコイルから固定子コアへ電流が流れないようにする。

【0016】

従って、潜在的な沿面経路やコロナに対しては、コイル分離部コネクタの上部を通る経路だけが残り、これは国際的な要求に従って、それぞれその長さで実行される。
コイル分離部コネクタは、コイル分離部用の鋸歯状の軸方向に延びるガイド部を備えた円筒形に形成され有利である。
特に有利な点は、コイル分離部は、コイル分離部コネクタに面する端部側領域にガイド部受入れ領域が形成されていることである。
コイル分離部は、好ましくは、ラッチ部レセプタクルを有し、コイル分離部コネクタは、対応するラッチ部を有し、ラッチ接続は、半径方向に作用して形成される。

【0017】

ラッチング接続が有利な点は、コイル分離部上のラッチング部レセプタクルおよびコイル分離部コネクタ上のラッチング部としてのラッチングラグによって形成されることである。さらに、コイル分離部コネクタには、軸方向案内用のガイド溝が形成されている。
有利な点は、ラッチングラグはウェブとして形成され、ラッチング部受容部は隣接する構成部において互いに対応する溝として形成されることである。
断熱配置の各部間の材料接続を確立するための接着接続は、好ましくはエポキシ樹脂で具現化される。
コイル分離部接続部のガイド部とコイル分離部のガイド部受容領域との間の圧入の実施形態が特に好ましい。
好ましくは、より大面積の接着領域のための接触面拡大領域がガイド部間に形成される。

【0018】

本発明の目的はさらに、電気モーター、特に電動圧縮機の電気モーターの固定子に絶縁配置を取付けるための方法であって、板状のコイル分離部がそれぞれ、下部コイル分離部コネクタと上部コイル分離部コネクタとの間の端部において軸方向に位置決めされ、それによってラッチ接続に入る、方法によって達成される、前記板状コイル分離部と前記下部コイル分離部コネクタおよび前記上部コイル分離部コネクタとの間の接触領域に電気絶縁物質が導入され、この物質が、前記板状コイル分離部と前記下部コイル分離部コネクタおよび前記上部コイル分離部コネクタとの間の物質的接続を形成することを特徴とする。

【0019】

本概念によれば、電気絶縁性物質からなる材料接続部が形成される。したがって、本発明による材料接続部は、常に電気絶縁性であるように具体化される。
電気絶縁物質は、好ましくは、材料接続部を製造するための真空加圧プロセス法によって導入される。
本発明の設計のさらなる詳細、特徴および利点は、添付図面を参照した例示的な実施形態の以下の説明から明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】固定子を下から見た図である。

【図2】固定子を上から見た図である。

【図3】隣接するコイル分離部を持つ固定子コイルである。

【図4】コイル分離部の縦断面である。

【図5】コイル分離部の平面図である。

【図6】分解図表現における絶縁配置である。

【図7】固定子を下から見た図である。

【図8】固定子を上から見た図である。

【図9】２つのコイル分離部を持つ絶縁配置の斜視図である。

【図10】装着状態での絶縁配置図である。

【図11】絶縁配置された固定子である。

【図12】３つの主要部品による絶縁配置の斜視図である。

【図13】上部コイル分離部コネクタである。

【図14】下部コイル分離部コネクタである。

【図15】コイル分離部である。

【図16】コイル分離部とコイル分離部コネクタの詳細である。

【図17】コイル分離部コネクタとコイル分離部の詳細である。

【0021】

図１～図５は、約４００ボルトまでの電圧範囲の電動機用に一般的に設計されている、従来技術による絶縁配置の一実施形態を示している。
固定子１は、周方向側面に種々の固定子コイル２を備えており、固定子コイル２はそれぞれ、コイル分離部３によって互いに電気的に絶縁されている。コイル分離部３は、周方向側で長手方向に軸方向に配置され、個々のコイルと非通電金属部品とが互いに接触するのを防止する。図示の例では、ほぼ円筒状の固定子１の円周上に１２個の固定子コイル２が等距離に配置され、１２個のコイル分離部３によって互いに電気的に絶縁されている。

【0022】

図３、図４および図５は、従来技術による設計の詳細を示す。図３では、両側に隣接するコイル分離部３を有する固定子コイル２が表されており、図４では、固定子１の縦断面におけるコイル分離部３が示されており、図５では、平面図におけるコイル分離部３が示されており、コイル分離部３のＴ字形断面が先行技術に従って見えるようになっている。

【0023】

図６、図９、図１０および図１２はそれぞれ、複数のコイル分離部３と、その両端を束ねる下部コイル分離部コネクタ４および上部コイル分離部コネクタ５とからなる、本発明による絶縁配置を示している。これらの図は、それぞれの斜視図において、一部が分解的に表されているか、または一部もしくは完全に組み立てられた状態で表されている。

【0024】

図９では、さらに、上部および下部のコイル分離部コネクタ４、５がそれぞれ、コイル分離部コネクタ４、５の円筒形のデザインにガイド部６の鋸歯状のデザインを通してそれぞれの王冠のような外観を付与するガイド部６を有することが特徴付けられる。図１５に示すように、ガイド部６はコイル分離部３のガイド部受容領域７に対応するように形成されているため、装着位置において、コイル分離部コネクタ４、５のガイド部６は互いに対向する。

【0025】

図７、図８、図１１は、それぞれ固定子１を斜め下方または斜め上方から見た斜視図で示す。コイル分離部コネクタ４、５は、クラウンとも呼ばれ、具体的な寸法は固定されておらず、固定子の設計が変更されると、用途ごとに変化することを言及しておく。コイル分離部３の機能は、従来技術のものと同様である。しかし、コイル分離部コネクタ４、５への接続には、特別に構造的に適合されている。固定子１が取り付け中に巻線機のステーションを離れた後、絶縁配置の部品が固定子１に取り付けられるが、その際、取り付け順序は重要ではない。例として、コイル分離部３が最初に固定子１に配置され、その後、下部コイル分離部コネクタ４と上部コイル分離部コネクタ５が取り付けられる。

【0026】

絶縁配置の個々の要素は、３つの部品と固定子１との間の接触面を接着する適切な接着剤を備えており、接触面が全面に渡って互いに接着され、固定子１に接着されることで、絶縁の要件が満たされる。

【0027】

図１３では、上部コイル分離部コネクタ５が斜視図で表されている。上部コイル分離部コネクタ５の基本的な形状は、１２個のコーナーを有する１２角形として具現化された円筒形リングである。コーナー部には、ガイド部６が、冠部の鋸歯状の軸方向の拡がりとして配置されている。コイル分離部３と圧入を形成するコイル分離部３用のガイド溝１０が、コーナー部に形成されている。ガイド部６の間には、大面積接着領域のための接触面拡幅領域１１が形成され、これにより構造の堅牢性が向上する。上部コイル分離部コネクタ５のガイド溝１０を有するガイド部６は、図１５に表したコイル分離部３のラッチ部受け８に対応する上部領域に、ラッチ部９としてのラッチラグを有する。

【0028】

図１４では、下部のコイル分離部コネクタ４が斜視図で表されている。ここでは、鋸歯状のガイド部６が上方を向いている。一方、コイル分離部３を受け入れて案内するためのガイド溝１０は、圧入を生み出し、絶縁配置の取り付けを容易にする。図１５のコイル分離部３の下部ラッチ部受け８に対応して、ガイド部６の下部領域にラッチ部９としてラッチラグが配置されている。

【0029】

図１５には、コイル分離部３を示しており、その両端には、上下にそれぞれのラッチ部受け８を示している。これらは、下部コイル分離部コネクタ４と上部コイル分離部コネクタ５のラッチ部９に対応している。さらに、下部コイル分離部コネクタと上部コイル分離部コネクタの鋸歯状ガイド部６を受けるガイド部受け領域７を示している。

【0030】

図１６では、コイル分離部３の上部コイル分離部コネクタ５への接続が詳細に拡大して表わしている。上部コイル分離部コネクタ５は、ガイド部６の鋸歯状の延長部で表さしており、ガイド部６に対応するコイル分離部３上にガイド部受容領域７が形成されていることを示している。ガイド部受容領域７はガイド部６を受容する。取付けのために半径方向内側に向けられた移動の場合、コイル分離部３は、その端部において、ラッチ部受容部８を備える上部コイル分離部コネクタ５のガイド溝１０に係合する。これにより、上部コイル分離部コネクタ５のラッチングラグ９と、コイル分離部３上に対応するように形成されたラッチング部レセプタクル８との間のラッチング接続が生じる。

【0031】

図１７では、コイル分離部３が下部コイル分離部コネクタ４および上部コイル分離部コネクタ５に最初に接続された後の接続状況を表わしている。上部および下部コイル分離部コネクタ４、５上のガイド部６は、互いに向けられており、それぞれのガイド部受け領域７によってコイル分離部３に取り付けられ、それに接続されている。上部および下部コイル分離部コネクタ４、５上のガイド溝１０は、コイル分離部３上の対応する領域と組み合わせて、実際のラッチ接続の前にすでに取り付け時に適度な負荷のかかる圧入接続が形成される。

【符号の説明】

【0032】

１ 固定子
２ 固定子コイル
３ コイル分離部
４ 下部コイル分離部コネクタ
５ 上部コイル分離部コネクタ
６ ガイド部
７ ガイド部受容領域
８ ラッチ部レセプタクル
９ ラッチ部
１０ ガイド溝
１１ 接触面拡幅領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】