特開 2025-4490 固定子、及び回転電機

(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】P2025004490

(43)【公開日】2025-01-15

(54)【発明の名称】固定子、及び回転電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 3/47 20060101AFI20250107BHJP

【ＦＩ】

H02K3/47

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023104209

(22)【出願日】2023-06-26

(71)【出願人】

【識別番号】513296958

【氏名又は名称】東芝産業機器システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000567

【氏名又は名称】弁理士法人サトー

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 滉人

(72)【発明者】

【氏名】河上 哲哉

【テーマコード（参考）】

5H604

【Ｆターム（参考）】

5H604AA08

5H604BB08

5H604BB14

5H604CC04

5H604CC12

5H604DA20

5H604DB01

5H604DB15

5H604PB02

5H604PB03

(57)【要約】

【課題】製造作業性を向上できる固定子、及び回転電機を提供する。
【解決手段】複数の相のコイルが巻回されるボビンと、ボビンに巻回されたコイルの異相間を絶縁する絶縁部材と、を備え、ボビンは、ボビンの周面に沿って互いに間隔をあけて設けられ、径方向において互いに隣接する異相のコイルの間に隙間が形成されるように各相のコイルをそれぞれ収容可能な複数の溝部を有し、絶縁部材は、隙間の全周に連続して設けられる。
【選択図】 図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の相のコイルが巻回されるボビンと、
前記ボビンに巻回された前記コイルの異相間を絶縁する絶縁部材と、を備え、
前記ボビンは、前記ボビンの周面に沿って互いに間隔をあけて設けられ、径方向において互いに隣接する異相の前記コイルの間に隙間が形成されるように各相の前記コイルをそれぞれ収容可能な複数の溝部を有し、
前記絶縁部材は、前記隙間の全周に連続して設けられる、
固定子。

【請求項2】

前記絶縁部材は、前記隙間に挿入される側の端部が開口し、前記隙間に挿入される側と反対側の端部が閉塞する容器状に形成されている、
請求項１に記載の固定子。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の固定子と、
前記固定子の内側に設けられる回転子と、を備える、
回転電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、固定子、及び回転電機に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電機子巻線を略非磁性巻型上に巻線パターンで巻き付けることにより空心電機子を形成することが知られている。電機子巻線は、１層で複数の相を有して構成されており、各相の巻線には、円周方向に掛かり、複数の相と重なり、電機子エアギャップの外に配置される座巻も含まれる。従来構成の各相の巻線つまりコイルは、略非磁性巻型における径方向の同一の位置に配置される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特表２０１９－５３１０４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このような従来構成の空心電機子において、各相のコイルの端部に位置する座巻つまりコイルエンドには、異相間のコイルの絶縁性を確保するために例えば相間絶縁紙が設けられる場合がある。しかしながら、従来構成では、コイルエンドの立ち上がり位置が複数の相同士で重なっているため、相間絶縁紙を設ける作業は煩雑なものであり、製造作業性に改善の余地があった。

【0005】

そこで、本発明の実施形態は、製造作業性を向上できる固定子、及び回転電機を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

実施形態の固定子は、複数の相のコイルが巻回されるボビンと、前記ボビンに巻回された前記コイルの異相間を絶縁する絶縁部材と、を備え、前記ボビンは、前記ボビンの周面に沿って互いに間隔をあけて設けられ、径方向において互いに隣接する異相の前記コイルの間に隙間が形成されるように各相の前記コイルをそれぞれ収容可能な複数の溝部を有し、前記絶縁部材は、前記隙間の全周に連続して設けられる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１実施形態による回転電機の一例を概略的に示す正面図

【図2】第１実施形態による固定子について、ボビンにコイルが巻き付けられた状態の一例を示す斜視図

【図3】第１実施形態による固定子について、各溝部に各相のコイルが収容された状態の一例を示す正面図

【図4】第１実施形態による固定子について、各溝部の周辺の構成を拡大して示す断面図

【図5】第１実施形態による固定子について、各相のコイル間に絶縁部材が設けられた状態の一例を示す正面図

【図6】第２実施形態による固定子について、容器状に形成された絶縁部材の構成の一例を示す斜視図

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、複数の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図では、説明の便宜上、必要に応じて各構成の寸法を適宜拡大している場合があり、各構成同士の寸法比は実際と同一であるとは限らない。

【0009】

（第１実施形態）
まず、第１実施形態について、図１から図５を参照して説明する。
図１に示す実施形態の回転電機１は、例えばコアレス型の回転電機で構成されている。回転電機１は、図１に示すように、フレーム１０、回転子２０、及び固定子３０を含んで構成されている。なお、以下の説明において、回転子２０の回転中心軸Оに対して平行な方向を軸方向と称する。回転中心軸Ｏを中心に回転子２０を回転させたとき、回転子２０の外周面が回転する方向を周方向と称する。回転中心軸Ｏに対して直交する方向を径方向と称する。

【0010】

フレーム１０は、回転電機１の外殻を構成している。フレーム１０は、例えば円筒状に形成されている。フレーム１０は、例えば放熱用の図示しないフィンを複数有している。複数のフィンは、フレーム１０の外周面に径方向に突出して形成されている。

【0011】

回転子２０は、フレーム１０の内部に配置される。回転子２０は、全体として中心軸Ｏを中心とした例えば円柱状に形成されている。回転子２０は、例えば固定子３０の内側に設けられ、固定子３０に対して隙間を介して回転可能に設けられている。つまり、回転電機１は、例えばインナーロータ型の回転電機として構成されている。

【0012】

回転子２０は、図示しない永久磁石を有している。永久磁石は、回転子２０の外周面に沿って周方向に間隔をあけて複数配置されている。また、回転子２０は、シャフト２１と一体的に回転中心軸Ｏ周りに回転可能に構成されている。シャフト２１の回転中心軸は、回転子２０の回転中心軸Ｏと一致している。

【0013】

固定子３０は、フレーム１０の内側に固定されている。固定子３０は、例えば全体として略円筒状に形成されている。固定子３０の内径寸法は、回転子２０の外形寸法よりもやや大きく設定されている。固定子３０は、ボビン３１、コイル３２、バックヨーク３３、及び絶縁部材３４を有している。ボビン３１は、例えば絶縁性を有する合成樹脂製であって、円筒状に形成されている。ボビン３１は、外周に複数の相のコイル３２が巻回される。なお、コイル３２は、ボビン３１の内周に巻回される構成としても良い。コイル３２は、例えば丸線で形成された巻線によって構成されている。巻線の種類は、丸線に限らず、平角線やリッツ線等の他の形状で構成しても良い。

【0014】

コイル３２は、図２に示すように、例えばボビン３１に対して波状に配置されるいわゆる波巻で構成されている。コイル３２の巻き方は、波巻に限らず、同心巻や重ね巻等の他の巻き方であっても良い。コイル３２は、例えば三相各相のコイルつまり第１コイルとしてのＵ相コイル３２１、第２コイルとしてのＶ相コイル３２２、及び第３コイルとしてのＷ相コイル３２３、によって構成されている。

【0015】

各相のコイル３２１、３２２、３２３の外径は、略同一に設定されている。各相のコイル３２１、３２２、３２３は、１本又は複数本の巻線によって構成されている。本実施形態では、各相のコイル３２１、３２２、３２３は、同一の巻線数で構成されており、それぞれ複数本例えば５本を１組の巻線として構成されている。また、各相のコイル３２１、３２２、３２３は、それぞれ接続端子に接続されている。

【0016】

各相のコイル３２１、３２２、３２３は、例えばボビン３１に対して１層で巻回される。この場合、まずＷ相コイル３２３がボビン３１の外周に全周に亘って巻かれ、その後、Ｖ相コイル３２２及びＵ相コイル３２１が順次ボビン３１の外周に全周に亘って巻かれることで、全体として円筒状のコイル３２が形成される。なお、各相のコイル３２１、３２２、３２３のボビン３１に対する巻順は、任意に設定できる。

【0017】

バックヨーク３３は、例えば電磁鋼板等の磁性材であって、円筒状に形成されている。バックヨーク３３の内面には、コイル３２が巻き付けられたボビン３１が例えば嵌め込まれて固定される。そして、ボビン３１と一体にされたバックヨーク３３は、フレーム１０に対して固定される。

【0018】

ボビン３１は、図３及び図４に示すように、本体部３１１及び溝部３１２を有している。本体部３１１は、円筒状に形成され、ボビン３１の主体を構成している。溝部３１２は、本体部３１１の周面この場合外周面に沿って互いに間隔をあけて設けられている。なお、ボビン３１の内周側にコイル３２が巻かれる場合、溝部３１２は、本体部３１１の内周面に沿って互いに間隔をあけて設けられる。溝部３１２同士の間隔は、例えば等間隔に設定されている。溝部３１２同士の間隔は、不等間隔であっても良い。

【0019】

溝部３１２は、各相のコイル３２１、３２２、３２３をそれぞれ収容可能に複数設けられている。この場合、溝部３１２は、Ｕ相コイル３２１を収容する第１溝部としてのＵ相用溝部３１２ａ、Ｖ相コイル３２２を収容する第２溝部としてのＶ相用溝部３１２ｂ、及びＷ相コイル３２３を収容する第３溝部としてのＷ相用溝部３１２ｃ、を有している。なお、図３等において、図面を見やすくするために、各溝部３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｃの符号は一部のみ付しており、その他の溝部３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｃの符号は省略している。

【0020】

ここで、各相のコイルを収容する各溝部の径方向の寸法が同一である場合、各相のコイルの各溝部からの立ち上がり位置が同一となり、異相のコイル同士が相互に重なり合って配置される。このため、固定子の作製時に、各相のコイルの軸方向の両端部に位置するいわゆるコイルエンドの成形作業が必要となる。当該コイルエンドの成形作業によって、例えば巻線が傷つくおそれがあり、また、成形作業による作業手間が生じる。

【0021】

そこで、本実施形態では、各相のコイル３２１、３２２、３２３に対応した各溝部３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｃの径方向の寸法つまりボビン３１の周面から各溝部３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｃの底面までの寸法は、それぞれ異なっている。このため、複数の溝部３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｃに段差を設けることができる。よって、複数の溝部３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｃに収容された各相のコイル３２１、３２２、３２３同士の周方向における干渉を抑制することができるため、コイルエンドの成形作業を不要にすることができる。結果として、コイル３２の品質を向上するとともに作業性を向上できる。

【0022】

図４に示すように、溝部３１２ａの溝深さＨ１、溝部３１２ｂの溝深さＨ２、及び溝部３１２ｃの溝深さＨ３、の関係は、Ｈ３＞Ｈ２＞Ｈ１の関係が成り立っている。各溝部３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｃの溝深さの最大寸法Ｈ３は、コイル３２の外径の３倍以上に設定されている。本実施形態では、互いに隣接する溝部３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｃの溝深さＨの寸法差ΔＨは、コイル３２の外径寸法より大きく設定されている。このため、各相のコイル３２１、３２２、３２３は、ボビン３１の周方向において重ならないように各溝部３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｃに収容される。図３に示すように、固定子３０の径方向において隣接する各相のコイル３２１、３２２、３２３間には、隙間３２４が形成される。隙間３２４は、ボビン３１の周方向に沿って全周にわたって形成される。

【0023】

本実施形態では、隙間３２４は、外側隙間３２４ａ及び内側隙間３２４ｂを含んで構成される。外側隙間３２４ａは、Ｕ相コイル３２１とＶ相コイル３２２との間に位置している。内側隙間３２４ｂは、Ｖ相コイル３２２とＷ相コイル３２３との間に位置している。外側隙間３２４ａは、内側隙間３２４ｂよりも径方向の外側に位置している。換言すれば、内側隙間３２４ｂは、外側隙間３２４ａよりも径方向の内側に位置している。外側隙間３２４ａと内側隙間３２４ｂとの径方向の寸法は、略同一に設定されている。外側隙間３２４ａと内側隙間３２４ｂとの径方向の寸法は、略同一に限らず、異なっていても良い。

【0024】

絶縁部材３４は、径方向において隣接する異相のコイル３２１、３２２、３２３の間に設けられ、コイル３２１、３２２、３２３の異相間を絶縁する。絶縁部材３４は、例えばアラミド紙等で構成された絶縁紙又は絶縁性能を有する樹脂によって構成されている。絶縁部材３４は、隙間３２４に設けられる。絶縁部材３４は、例えば環状に形成されている。つまり、絶縁部材３４は、隙間３２４の全周に連続して設けられている。

【0025】

絶縁部材３４は、図５に示すように、外側絶縁部材３４１及び内側絶縁部材３４２を含んで構成される。外側絶縁部材３４１は、外側隙間３２４ａに対応して設けられ、内側絶縁部材３４２は、内側隙間３２４ｂに対応して設けられる。外側隙間３２４ａと内側隙間３２４ｂとの間には、Ｖ相コイル３２２が配置される。ボビン３１に対して各相のコイル３２１、３２２、３２３が巻かれた状態で、外側隙間３２４ａに外側絶縁部材３４１挿入されかつ内側隙間３２４ｂに内側絶縁部材３４２が挿入されることで、コイル３２１、３２２、３２３間の高い絶縁性が確保される。よって、巻線の被膜だけでは満足できない例えば４００Ｖ以上の電源電圧にも対応可能となる。

【0026】

以上説明した実施形態によれば、固定子３０は、ボビン３１と、絶縁部材３４と、を備える。ボビン３１は、複数の相のコイル３２１、３２２、３２３が巻回される。絶縁部材３４は、ボビン３１に巻回されたコイル３２１、３２２、３２３の異相間を絶縁する。ボビン３１は、複数の溝部３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｃを有している。複数の溝部３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｃは、ボビン３１の周面に沿って互いに間隔をあけて設けられ、径方向において互いに隣接する異相のコイル３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｃの間に隙間３２４が形成されるように各相のコイル３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｃをそれぞれ収容可能である。そして、絶縁部材３４は、隙間３２４の全周に連続して設けられる。

【0027】

これによれば、径方向で隣接する異相のコイル３２１、３２２、３２３間の隙間３２４を利用することで、絶縁部材３４を挿入しやすくできる。これにより、固定子３０の製造性の向上を図ることができる。また、絶縁部材３４を隙間３２４に挿入するといった簡易な作業にすることで、コイル制作の自動化にも対応しやすくなる。

【0028】

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について、図６を参照して説明する。この第２実施形態では、絶縁部材３４の形状が上記第１実施形態と異なる。具体的には、上記第１実施形態では、絶縁部材３４は、環状に形成されていたのに対し、この第２実施形態では、絶縁部材３４は、容器状に形成されている。この場合、絶縁部材３４は、隙間３２４に挿入される側の端部が開口し、隙間３２４に挿入される側と反対側の端部が閉塞して形成される。絶縁部材３４を容器状にすることで、軸方向における隙間３２４に対する絶縁部材３４の挿入位置等を管理しやすくできる。これにより、固定子３０の製造性の向上を図りつつ、信頼性を向上できる。

【0029】

絶縁部材３４は、図６に示すように、蓋体３４３を有している。蓋体３４３は、例えば円形状に形成されており、外側絶縁部材３４１及び内側絶縁部材３４２の隙間３２４ａ、３２４ｂに挿入される側の端部と反対側の端部に取り付けられている。つまり、外側絶縁部材３４１及び内側絶縁部材３４２は、隙間３２４ａ、３２４ｂに挿入される側の端部と反対側の端部が蓋体３４３を介して一体的に構成されている。

【0030】

これにより、外側絶縁部材３４１と内側絶縁部材３４２とを、各隙間３２４ａ、３２４ｂにそれぞれ挿入する必要がなくなるため、固定子３０の製造作業性をより一層向上できる。

【0031】

以上、本発明の複数の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0032】

図面中、１は回転電機、２０は回転子、３０は固定子、３１はボビン、３２１、３２２、３２３はコイル、３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｃは溝部、３２４ａは外側隙間（隙間）、２４ｂは内側隙間（隙間）、３４１は外側絶縁部材（絶縁部材）、３４２は内側絶縁部材（絶縁部材）を示す。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】