特許 7479589 回転電機の巻線および回転電機の固定子

(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】2024-04-26

(45)【発行日】2024-05-09

(54)【発明の名称】回転電機の巻線および回転電機の固定子

(51)【国際特許分類】

   H02K 3/34 20060101AFI20240430BHJP

【ＦＩ】

H02K3/34 C

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020084100

(22)【出願日】2020-04-10

(65)【公開番号】P2021168585

(43)【公開日】2021-10-21

【審査請求日】2023-03-03

(73)【特許権者】

【識別番号】305011787

【氏名又は名称】睦月電機株式会社

(72)【発明者】

【氏名】睦月 邦年

【審査官】中島 亮

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－０６１３４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１２６２２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２２８０９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６３－０５５３２２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１９－０９７３０６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ ３／３０－ ３／５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属材でできた長尺状で折り曲げて結線される導線の中間領域部位の外周に電着塗装による樹脂被膜を形成した絶縁層を有する複数本の巻線を、絶縁外装体で前記絶縁層が包囲されて積層状態に束ねられた回転電機の巻線において、前記絶縁層の長さは前記導線の全長よりも短く、前記絶縁外装体の長さより長くして形成してなり、前記巻線間に絶縁されていない空間部が形成されてできたことを特徴とする回転電機の巻線。

【請求項3】

請求項１または２に記載の回転電機の巻線が回転電機の固定子のスロットに装着されていることを特徴とする回転電機の固定子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発電機や電動機等の回転電機の固定子のスロットに装着する巻線および巻線が装着された回転電機の固定子に関する。

【背景技術】

【0002】

発電機や電動機等の回転電機の固定子のスロットに装着する巻線において、絶縁されている導線をもちいて結線作業を行う回転電機の巻線が知られている。

【0003】

例えば、特許文献１に示すように、固定子巻線は平角線であり、この平角線を予め型などを用いてＵ字部を成形し、スロット絶縁を備えた固定子鉄心に軸方向から挿入し、複数のスロットを跨いで離間した２つのスロットに直線部が挿入される。コイル端部は固定子鉄心に挿入される前に、予め両端部とも絶縁皮膜を剥離して接続される回転電機の固定子が記載されている。

【0004】

しかし、特許文献１による回転電機の固定子においては、コイル端部における絶縁皮膜をカッターなどの剥離方法で剥離する作業が必要である。

【0005】

また、回転電機の巻線は、固定子鉄心の各スロットに２本の導体セグメントを挿入し、異なるスロットに挿入された導体セグメントの端部同士を互いに結線することにより構成されている。導体セグメントが導線にエナメル被膜が施され、このエナメル被膜の上に絶縁被膜が施されている２層以上の絶縁被膜構造であり、導体セグメントの端部において、エナメル被膜及び絶縁被膜が除去され導線が剥き出しとなった回転電機の固定子が記載されている。

【0006】

しかし、特許文献２による回転電機の固定子においては、特許文献１と同様にコイル端部における絶縁被膜を除去する作業が必要であり、さらにはエナメル被膜も除去する必要がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２０１２－１３９０７５号公報（明細書［００２６］、［００２９］）

【文献】特開２０１１－１５２００１号公報（明細書［００２４］、［００３６］）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明は、上記の問題点を解消するためにエナメル被膜をもちいずに結線作業ができ、単体の導線または複数本の導線を絶縁させるようにした回転電機の巻線および巻線が装着された回転電機の固定子を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の回転電機の巻線に係る請求項１に記載の発明は、金属材でできた長尺状で折り曲げて結線される導線の中間領域部位の外周に電着塗装による樹脂被膜を形成した絶縁層を有する複数本の巻線を、絶縁外装体で前記絶縁層が包囲されて積層状態に束ねられた回転電機の巻線において、前記絶縁層の長さは前記導線の全長よりも短く、前記絶縁外装体の長さより長くして形成してなり、前記巻線間に絶縁されていない空間部が形成されてできたことを特徴とする。本発明の回転電機の巻線に係る請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の回転電機の巻線において前記絶縁外装体が発泡性のある素材でできたことを特徴とする。本発明の回転電機の固定子に係る請求３に記載の発明は、請求項１または２に記載の回転電機の巻線が回転電機の固定子のスロットに装着されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明の回転電機の巻線は、金属材でできた長尺状で折り曲げて結線される導線の中間領域部位の外周に電着塗装による樹脂被膜を形成した絶縁層を有する複数本の巻線を、絶縁外装体で前記絶縁層が包囲されて積層状態に束ねられた回転電機の巻線において、前記絶縁層の長さは前記導線の全長よりも短く、前記絶縁外装体の長さより長くして形成してなり、前記巻線間に絶縁されていない空間部が形成されてできているので、エナメル被膜をもちいず、さらに結線作業において前記導線の端部の絶縁を剥離や除去する必要がなく長尺状の導線が折り曲げ可能に回転電機の巻線が回転電機の固定子のスロットに装着されて回転電機の固定子を提供することができ、さらに、前記絶縁外装体が発泡性のある素材とすることにより、回転電機の固定子鉄心のスロット内において、巻線が絶縁外装体を介して密着して装着する回転電機の固定子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の単体の導線をもちいた回転電機の巻線における実施形態１を示す断面図である。

【図2】図１のＸ－Ｘ断面図である。

【図3】本発明の単体の導線をもちいた回転電機の巻線における実施形態２を示す断面図である。

【図4】本発明の複数本の導線をもちいた回転電機の巻線における実施形態１を示す平面図である。

【図5】図４のＹ－Ｙ断面図である。

【図6】本発明の複数本の導線をもちいた回転電機の巻線における実施形態２を示す同上断面図である。

【図7】本発明の巻線が回転電機の固定子のスロットに装着された平面図である。

【図8】図７のＺ－Ｚ断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の金属材でできた長尺状の導線をもちいた回転電機の巻線について図面を参照して説明する。以下、この発明において絶縁とは電気的絶縁をいう。

【0013】

（単体の導線をもちいた回転電機の巻線の実施形態１）
図１および図２は、導線の中間領域部位において絶縁層の表面が包囲された回転電機の巻線の実施形態１を示す。

【0014】

図１および図２において、巻線１０は、金属材でできた長尺状で単体の導線１の中間領域部位の外周に電着塗装による樹脂被膜を形成した絶縁層２とその絶縁層２の表面が包囲された絶縁外装体３とでできている。

【0015】

この導線１は銅（含む合金）、アルミニウム（含む合金）などの電気導電性のある金属材でできており、形状としては断面が矩形状の平板で、平角導線を例示するが、丸導線でもよい。なお、この導線１は長尺状であり、以下、長尺状の記載のない導線１であっても長尺状の導線１をいう。

【0016】

また、絶縁層２は導線１の表面に長さＬ１にわたって電着塗装により厚さ１０～８０μｍの樹脂被膜を形成してできており、この樹脂としてはエポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂などがもちいられ、図示しないが、特開２０１３－１１７０５２に記載の樹脂電着液槽に導体線を浸漬させて被覆導体線を製造するようにして、導線１の長さＬ１の領域で樹脂電着液槽に導線１を浸漬させることにより、その導線１の外周に長さＬ１の樹脂被膜が形成された絶縁層２が得られ、このように電着塗装により得られた絶縁層２は略均一な厚さの樹脂被膜であるので、導線１の表面の外周に略均一な厚さの絶縁層２が形成されている。また、巻線１０が回転電機の固定子のスロットに装着されて後、そのスロットに装着された巻線１０の導線１をスロット外で折り曲げて端部１Ａに結線されるので、導線１の全長Ｌとし、導線１の端部１Ａから導線１が折り曲げられる基部までの長さＭとすると、絶縁層２の長さＬ１との関係は式（１）となる。
Ｌ１＝Ｌ―２Ｍ・・・（１）

【0017】

この電着塗装により形成した絶縁層２の表面は絶縁外装体３で包囲されており、その絶縁外装体３の長さは、導線１の中間領域部位にあって、巻線１０が回転電機の固定子のスロットロットに装着される領域に相当するので、導線１の全長をＬとし、絶縁外装体３の長さをＬ２とすると、絶縁層２の長さＬ１との関係は式（２）となる。
Ｌ２＜Ｌ１＜Ｌ・・・（２）
また、絶縁外装体３の厚さは５μｍ～３００μｍの絶縁性があるシート材をもちいて絶縁層２の表面に巻回すればよいが、液状もしくは粉末状の絶縁材好ましくは発泡性のある絶縁材を絶縁層２の表面に塗布もしくは吹き付けて形成してもよい。絶縁外装体３の素材としては、ポリフェニレンサルファイド樹脂やポリエチレンナフタレート樹脂やポリエチレンテレフタレート樹脂やポリエステル樹脂やポリアミド樹脂や液晶ポリマーなどの熱可塑性樹脂やエポキシ樹脂やポリイミド樹脂やフッ素樹脂などの熱硬化性樹脂さらにはデュポン社製商品名ノーメックスのようなアラミド紙や加熱して発泡膨張する発泡性のある素材が例示できる。

【0018】

（単体の導線をもちいた回転電機の巻線の実施形態２）
図３は、長尺状で単体の導線の中間領域部位において絶縁層の表面が包囲された回転電機の巻線の実施形態２を示す。

【0019】

図３において、巻線１１は、実施形態１と同様に、断面矩形状の金属材でできた長尺状で単体の導線１の中間領域部位の外周に電着塗装による樹脂被膜を形成した絶縁層２とその絶縁層２の表面が包囲された絶縁外装体３とでできている。実施形態１と異なるのは、導線１には２つの絶縁層２を有し、これら絶縁層２は長さＮで左右に離間しており、２つの絶縁層２の表面のそれぞれが絶縁外装体３で包囲されて巻線１０が形成されている。この巻線１０において、その離間した部位の中央を矢印方向に押圧させることにより、略Ｕ字状に折り曲げられた巻線１１となり、その巻線１１が回転電機の固定子のスロットに装着されるようにしてもちいられ、巻線１１が回転電機の固定子のスロットに装着されて後、そのスロットに装着された巻線１１の導線１をスロット外で折り曲げて端部１Ａに結線される。そこで、導線１の端部１Ａから導線１が折り曲げられる基部までの長さＭとし、導線１の全長をＬとし、絶縁外装体３の長さをＬ２とし、左右に離間した長さＮとすると、絶縁層２の長さＬ１との関係は式（３）となる。
Ｌ１＝Ｌ／２―Ｍ－Ｎ／２・・・（３）
また、この電着塗装により形成した絶縁層２の表面を包囲する絶縁外装体３は、導線１の中間領域部位にあって、巻線１１が回転電機の固定子のスロットに装着される領域に相当するので、導線１の全長をＬとし、絶縁外装体３の長さをＬ２とすると、絶縁層２の長さＬ１との関係は式（４）となる。
Ｌ２＜Ｌ１＜Ｌ／２・・・（４）

【0020】

（導線を積層状態に束ねた回転電機の巻線の実施形態１）
図４および図５は、複数本の長尺状の導線の中間領域部位において導線を積層状態に束ねた回転電機の巻線を示す。

【0021】

図４および図５において、巻線１０は、巻線１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄからなり、巻線１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄのそれぞれは、単体の導線１をもちいた回転電機の巻線１０の実施形態１と同様に断面矩形状の金属材でできた長尺状の導線１の外周に電着塗装による樹脂被膜が形成された絶縁層２を有する。これら巻線１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄはそれぞれの絶縁層２の表面が絶縁外装体３で包囲されて積層状態に束ねられることにより、隣合わせの巻線１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ間は導線１の中間領域部位においては絶縁層２で絶縁されているが、導線１の絶縁層２が形成された部位以外の部位（導線１が折り曲げられる基部から導線１の端部１Ａに至る部位）においては絶縁されていない空間部４が形成されている。

【0022】

この導線１は、単体の導線１をもちいた回転電機の巻線１０と同様に、銅（含む合金）、アルミニウム（含む合金）などの電気導電性のある金属材でできており、形状としては断面が矩形状の平板で平角導線を例示するが、丸導線でもよい。また、導線１の本数は４本を図示するが、４本以上で積層状態に束ねられた巻線であってもよい。

【0023】

絶縁層２は、単体の導線１をもちいた回転電機の巻線１０と同様に電着塗装による厚さ１０～８０μｍの樹脂被膜を形成してできており、この電着塗装は導線１を単体毎に行ってもよいが、導線１を積層した状態で行ってもよい。このような電着塗装により形成した絶縁層２の厚さは導線１の中間領域部位の外周で均一に形成されている。

【0024】

絶縁外装体３は隣合わせの導線１の絶縁層２間を接合するように絶縁層２の表面を包囲させて積層状態に束ねる構成で、この絶縁外装体３の構成を提供するには、図示しないが、厚さが５μｍ～３００μｍの絶縁性があるシート材で巻回すればよい。また、その素材としては、単体の導線１をもちいた回転電機の巻線１０の素材と同様に、ポリフェニレンサルファイド樹脂やポリエチレンナフタレート樹脂やポリエチレンテレフタレート樹脂やポリエステル樹脂やポリアミド樹脂や液晶ポリマーなどの熱可塑性樹脂やエポキシ樹脂やポリイミド樹脂やフッ素樹脂などの熱硬化性樹脂さらにはデュポン社製商品名ノーメックスのようなアラミド紙や加熱して発泡膨張する発泡性のある素材が例示できる。

【0025】

（導線を積層状態に束ねた回転電機の巻線の実施形態２）
図６は、実施形態１と同様な導線１および絶縁層２をもちいて、複数本の長尺状の導線の中間領域部位において導線を積層状態に束ねた回転電機の巻線を示す。

【0026】

図６において、巻線１０は、実施形態１と同様に、巻線１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄからなるが、実施形態１と異なるのは、隣合わせの導線１の絶縁層２間を接合するように絶縁層２の表面を包囲させて積層状態に束ねる絶縁外装体３で、絶縁外装体３は隣合わせの巻線１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ間を絶縁する第１の絶縁外装体３１と巻線１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄを包囲させて積層状態に束ねる第２の絶縁外装体３２とからなる。この第１の絶縁外装体３１と第２の絶縁外装体３２は、厚さが５μｍ～３００μｍの絶縁性があるシート材でその素材としては実施形態１と同様な素材でできている。この場合、第１の絶縁外装体３１にて隣合わせの巻線１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ間を絶縁するには、第２の絶縁外装体３２で積層状態に束ねる際に同時に行えばよいが、絶縁材好ましくは発泡性のある絶縁材を隣合わせの巻線１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ間に充填させて後、第２の絶縁外装体３２で積層状態に束ねるように行ってもよい。この導線１を積層状態に束ねた回転電機の巻線１０の実施形態２は実施形態１の巻線１０に比し隣合わせの巻線１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ間の絶縁性が向上する。

【0027】

（回転電機の固定子の実施形態）
このようにして長尺状の単体の導線１または積層状態に束ねた複数本の導線１をもちいた回転電機の巻線ができており、その巻線が回転電機の固定子のスロットに装着されて結線作業ができる回転電機の固定子を提供する実施形態を図７および図８にもとづいて、以下説明する。

【0028】

図７および図８は、複数本の導線１を積層状態に束ねた複数本の巻線１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄからなる巻線１０が回転電機の固定子５のスロット５１に装着された回転電機の固定子５を示すが、単体の導線１をもちいた回転電機の巻線１０および１１（図１から図３に記載）においても、回転電機の固定子５のスロット５１に装着された回転電機の固定子５であってもよい。なお、回転電機の固定子５のスロット５１は複数個で環状に形成されているが、図７および図８においてはその一部を示す。

【0029】

図７および図８において、積層状態に束ねた回転電機の巻線１０において、隣合わせの巻線１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ間が絶縁外装体３により積層状態に束ねられて導線１の中間領域部位において固定子５のスロット５１に配置されている。この場合、長尺状の導線１にはその中間領域部位において絶縁層２が形成されているので、絶縁外装体３で包囲させずに絶縁層２が形成された導線１を固定子５のスロット５１に配置させた状態で、図示しないが、予めスロット５１内にシート状の絶縁外装体３を配置させて各スロット５１に回転電機の巻線１０が装着されるようにしてもよいし、スロット５１内にエポキシ樹脂などの充填剤を注入して絶縁外装体３を形成して各スロット５１に回転電機の巻線１０が装着されるようにしてもよい。

【0030】

このように、巻線１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄのそれぞれの導線１の中間領域部位において絶縁層２を包囲する絶縁外装体３が形成されており、その絶縁外装体３を介して巻線１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄが回転電機の環状に鉄心でできた固定子５の複数個のスロット５１に装着されている。また、長尺状の導線１が折り曲げられる基部から導線１の端部１Ａに至る部位においては空間部４が形成されて折り曲げができるようになり、しかもその導線１の端部１Ａには絶縁層２が形成されていない状態で結線されることになるので、その結線作業において導線１を折り曲げるに際し、隣合わせの巻線１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄのそれぞれの導線１の絶縁性を損なわず作業ができて、端部１Ａの絶縁を剥離もしくは除去する作業を必要としないという効果があり、絶縁層２は電着塗装により略均一な厚さの樹脂被膜が形成され、エナメル被膜に比し安価な絶縁層２が提供できる。

【産業上の利用可能性】

【0031】

本発明の回転電機の巻線は、発電機や電動機等の回転電機の固定子のスロットに装着される巻線として有用である。

【符号の説明】

【0032】

１ 導線
２ 絶縁層
３ 絶縁外装体
５ 固定子
５１ スロット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】