特許 7410753 絶縁部材、及び、固定子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-26

(45)【発行日】2024-01-10

(54)【発明の名称】絶縁部材、及び、固定子

(51)【国際特許分類】

   H02K 3/34 20060101AFI20231227BHJP

   H02K 3/50 20060101ALI20231227BHJP

【ＦＩ】

H02K3/34 D

H02K3/50 A

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020036872

(22)【出願日】2020-03-04

(65)【公開番号】P2021141684

(43)【公開日】2021-09-16

【審査請求日】2023-01-05

(73)【特許権者】

【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】田中 貴博

【審査官】宮崎 賢司

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５７－０８８８４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６０－０７３３４２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００３－０４７１８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－００５４６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－３１２５６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０１１７７９０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ ３／３４

Ｈ０２Ｋ ３／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の巻線が巻回される複数のスロットを備える固定子鉄心に装着される絶縁部材であって、
第１方向に長手方向を有する細長いテープ状の基部と、
第１方向に等間隔で配置され、第１方向Ｓに対して直角方向であって同一方向に突出する複数の凸部と、を備え、
前記凸部の先端には第１方向に突出する係止部が形成されており、
前記凸部の長さは、前記スロットの径方向の長さ以下に設定されている絶縁部材。

【請求項2】

前記絶縁部材は、絶縁性及び弾性を備える樹脂により構成されている請求項１に記載の絶縁部材。

【請求項3】

前記絶縁部材は、エチレン・プロピレンゴムにより構成されている請求項１又は２に記載の絶縁部材。

【請求項4】

複数の巻線が巻回される複数のスロットを備える固定子鉄心と、
前記スロットに巻回される前記巻線が前記固定子鉄心の端部で折り返される立ち上り部と、
請求項１から３の何れか一項に記載される絶縁部材と、を備え、
前記絶縁部材は、前記立ち上り部において、前記巻線の外周側から当接して装着され、前記凸部は異相の前記巻線の間に嵌め込まれる固定子。

【請求項5】

前記巻線は周囲が絶縁物でコーティングされた複数の導電線により構成されている請求項４に記載の固定子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、巻線の絶縁部材、及び、これを使用した電動機の固定子に関する。

【背景技術】

【0002】

インバータ駆動用電動機において、固定子のコイルエンドのコイル巻線の立ち上がり位置にサージ電圧が印加されると、異相コイル巻線間で部分放電が発生する場合がある。このため、コイル巻線の異相間に相関紙を挿入することに加えて、コイルエンドの立ち上がり部に絶縁テープを巻き付けることで絶縁性を向上させている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１３－２０７８２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、各相に絶縁テープの巻き付けを行う必要があり、また、絶縁補強が必要な箇所が多いため、作業効率が悪化している。

【0005】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、インバータ駆動用の電動機において、コイル巻線の立ち上がり部における異相間の部分放電を抑制し、取付け作業効率が向上されたコイル巻線の絶縁部材、及びこれを使用した電動機の固定子を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本実施形態の一態様によれば、絶縁部材は、第１方向に長手方向を有する細長いテープ状の基部と、第１方向に等間隔で配置され、第１方向Ｓに対して直角方向であって同一方向に突出する複数の凸部と、を備える。固定子は、複数の巻線が巻回される複数のスロットを備える固定子鉄心と、前記スロットに巻回される前記巻線が前記固定子鉄心の端部で折り返される立ち上り部と、前記絶縁部材と、を備え、前記絶縁部材は、前記立ち上り部において、前記巻線の外周側から当接して装着され、前記凸部は異相の前記巻線の間に嵌め込まれる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施形態に係る絶縁部材の概略構成を示す斜視図

【図2】実施形態に係る固定子の概略構成を示す斜視図

【図3】実施形態に係る固定子の概略構成を示す上面図

【図4】実施形態に係る固定子の概略構成を示す側面図

【図5】実施形態に係る固定子の概略構成を示す図であり、図３の領域Ａを拡大して示す一部拡大上面図

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、実施形態に係る絶縁部材５及びこれを用いた固定子１００について、図１から図５を参照して説明する。以下の説明において、同様の部位には同様の符号を付し、説明は省略する。

【0009】

図１は、絶縁部材５の概略構成を示す斜視図である。絶縁部材５は第１方向Ｓに長手方向を有する細長いテープ状の基部５ａに、第１方向Ｓに等間隔で配置され、第１方向Ｓに対して直角方向であって同一方向に突出する複数の凸部５ｂを備えている。凸部５ｂの先端には係止部５ｃが備えられている。凸部５ｂの長さは、図１に示す様にＬ１であり、凸部５ｂの第１方向Ｓの幅はＷである。この場合、第１方向は、後述するように、絶縁部材５が固定子鉄心１の巻線３の間に装着された際の周方向Ｒに相当する。

【0010】

絶縁部材５は絶縁性及び弾性を備える樹脂により構成されている。絶縁部材５は、例えばエチレン・プロピレンゴムにより構成されている。絶縁部材５は弾性を備えており、付勢力をもって屈曲させることができる。後述するように、絶縁部材５は固定子鉄心１の巻線３の間に凸部５ｂを挿入させるとともに、基部５ａを巻線３が配置される円周に沿うようにして屈曲させて固定子鉄心１に装着される。

【0011】

絶縁部材５の凸部５ｂの先端部には、係止部５ｃが設けられている。係止部５ｃは、凸部５ｂの先端部分に配置され、第１方向Ｓに突出するように設けられている。絶縁部材５が固定子鉄心１に装着され、凸部５ｂが巻線３の間に嵌め込まれた場合に、係止部５ｃは周方向Ｒに突出し、巻線３に係止されることにより、巻線３から抜け落ちることを抑制する。

【0012】

図２、図３、及び図４に示す様に、実施形態に係る固定子１００は固定子鉄心１を備えている。固定子鉄心１は、内部中空の円筒形状をなし、内側に図示しない回転子が配置される空間が形成されている。固定子鉄心１は、電磁鋼板により形成された鉄心材を多数枚積層して構成されている。個々の鉄心材は、平板円環形状を呈しており、これを積層することで固定子鉄心１を構成している。

【0013】

固定子鉄心１の内側内周部には、巻線３を収容するための複数のスロット２が回転軸方向に延伸して設けられており、複数のスロット２が周方向Ｒに等間隔に隣接して配置されている。固定子鉄心１は、図示しない電動機を収容するフレーム内に固定されて用いられる。スロット２には巻線３が幾重にも巻回されている。巻線３は、固定子鉄心１の上端部に位置する巻線３の立ち上り部４で折り返されることにより巻回されている。巻線３は、周囲が樹脂などの絶縁物でコーティングされた複数の導電線により構成されている。

【0014】

図２、図３、図４に示す様に、絶縁部材５は、固定子鉄心１の巻線３の立ち上り部４において、固定子鉄心１に接するようにして設けられている。絶縁部材５の基部５ａは、立ち上がり部４において、周方向Ｒの円周に沿って配置される巻線３の外周側から、巻線３の配置に沿って当接されている。絶縁部材５の凸部５ｂは、異相の巻線３の間に挿入されている。この場合、絶縁部材５は、巻線３の外周を取り巻くように複数の絶縁部材５を組み合わせて用いてもよい。巻線３の外周を取り巻くのに十分な長さを備えた絶縁部材５であれば、単一の絶縁部材５を用いてもよい。また、立ち上がり部４に装着された絶縁部材５の外周を図示しない締結具によって巻回することにより緊縛固定してもよい。

【0015】

また、例えば、固定子１００によって構成されるインバータ駆動用電動機が、三相交流駆動方式の電動機である場合、図２、及び図３に示す様に、凸部５ｂは、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の巻線３の間、つまり異相の巻線３の間に挿入されて嵌め込まれている。これにより、異相の巻線３の間の絶縁性を向上させることができるため、異相の巻線３間の放電を抑制することができる。

【0016】

また、絶縁部材５は巻線３の配置に沿って円周に沿うように屈曲されている。ここで、絶縁部材５は樹脂で構成されているため、弾性力により巻線３が直線形状に回復しようとするテンションが巻線３に作用する。これにより、絶縁部材５の凸部５ｂが巻線３に付勢されるため、絶縁部材５と巻線３との間の摩擦力が大きくなる。このため、絶縁部材５が巻線３から抜け落ちることが抑制される。

【0017】

また、この場合、図５に示す様に、凸部５ｂの長さＬ１は、スロット２の内径方向の長さＬ２と同等か、又は、スロット２の内外径方向の長さＬ２よりも少し長い程度に構成されており、凸部５ｂの先端が図示しないロータに接触しないように構成されている。凸部５ｂを極力長く構成することで、凸部５ｂを挟持する巻線３との摩擦力で絶縁部材５が巻線３から抜け落ちることが抑制される。

【0018】

また、凸部５ｂの第１方向Ｓの幅はＷである。幅Ｗは、絶縁部材５の凸部５ｂが嵌め込まれる巻線３の間隔よりもやや大きく設定されている。絶縁部材５は弾性を備えた樹脂により構成されているため、凸部５ｂが巻線３間に嵌め込まれた際に、弾性力により巻線３を付勢することにより摩擦力が大きくなり、これにより強く巻線３間に保持される。これにより、絶縁部材５が巻線３から抜け落ちることが抑制される。

【0019】

実施形態に係る絶縁部材５、及びこれを装着された固定子１００によれば以下の効果を得る。

【0020】

実施形態に係る絶縁部材５は、第１方向Ｓに長手方向を有する細長いテープ状の基部５ａに、第１方向Ｓに等間隔で配置され、第１方向Ｓに対して直角方向であって同一方向に突出する複数の凸部５ｂを備えている。凸部５ｂの先端には係止部５ｃが備えられている。係止部５ｃは、凸部５ｂの先端部に配置され、第１方向Ｓに突出するように設けられている。絶縁部材５が固定子鉄心１に装着され、凸部５ｂが巻線３の間に嵌め込まれた場合に、係止部５ｃが周方向Ｒに突出するように設けられて巻線３に係止されることにより、巻線３から抜け落ちることを抑制することができる。

【0021】

絶縁部材５は巻線３の配置に沿って円周に沿うように屈曲されている。絶縁部材５は樹脂で構成されているため、弾性力により巻線３が直線形状に回復しようとするテンションが作用する。これにより、絶縁部材５の凸部５ｂが巻線３に付勢されるため、これによっても、絶縁部材５が巻線３から抜け落ちることが抑制される。

【0022】

また、絶縁部材５の凸部５ｂの長さＬ１は、スロット２の内径方向の長さＬ２と同等か、又は、スロット２の内径方向の長さＬ２よりも少し長い程度に構成されており、スロット２よりも内径側に出ないように構成されている。凸部５ｂを極力長く構成することで、凸部５ｂを挟持する巻線３との摩擦力で絶縁部材５が巻線３から抜け落ちることが抑制される。

【0023】

また、凸部５ｂの幅Ｗは、絶縁部材５の凸部５ｂが嵌め込まれる巻線３の間隔よりもやや大きく設定されている。これにより、巻線３との摩擦力が大きくなり、絶縁部材５が巻線３から抜け落ちることが抑制される。

【0024】

従って、固定子鉄心１の立ち上り部４において、巻線３から抜け落ちにくい絶縁部材５、及びこれを使用した固定子１００を提供することができる。

【0025】

また、絶縁部材５は絶縁性に優れた樹脂により構成されている。従って、絶縁部材５が固定子鉄心１に装着された場合に、異相の巻線３間に配置された凸部５ｂにより、立ち上り部４における異相の巻線３の間の絶縁性が向上されるため、異相の巻線３の間の部分放電を抑制することができる。また、絶縁部材５は、樹脂により一体成形された部材であるため、これを固定子鉄心１に取り付ける際に煩雑な作業を必要とせず、簡単に装着が可能である。従って、取付け作業効率が向上された絶縁部材５、及びこれを使用した固定子１００を提供することができる。

【0026】

実施形態に係る固定子１００は、電動機に用いられる固定子でもよいし、発電機に用いられる固定子でもよい。

【0027】

以上のように、本発明のいくつか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。これら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】

【0028】

１…固定子鉄心、２…スロット、３…巻線、４…立ち上り部、５…絶縁部材、５ｂ…凸部、５ｃ…係止部、１００…固定子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】