特許 7509058 相間絶縁紙及び回転電機

(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】2024-06-24

(45)【発行日】2024-07-02

(54)【発明の名称】相間絶縁紙及び回転電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 3/34 20060101AFI20240625BHJP

【ＦＩ】

H02K3/34 D

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021033895

(22)【出願日】2021-03-03

(65)【公開番号】P2022134636

(43)【公開日】2022-09-15

【審査請求日】2023-08-30

(73)【特許権者】

【識別番号】000006105

【氏名又は名称】株式会社明電舎

(74)【代理人】

【識別番号】100114775

【弁理士】

【氏名又は名称】高岡 亮一

(74)【代理人】

【識別番号】100121511

【弁理士】

【氏名又は名称】小田 直

(74)【代理人】

【識別番号】100116001

【弁理士】

【氏名又は名称】森 俊秀

(72)【発明者】

【氏名】倉澤 拓也

【審査官】宮崎 賢司

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１４５９００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－３３３７８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２８８０４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６０－１９２６４０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１９－１２２１８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２０３６１７８１１（ＣＮ，Ｕ）

【文献】特開２０１４－０３０３３７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ ３／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転電機のステータコアの径方向に隣り合う異相のコイル間を絶縁する相間絶縁紙であって、
前記ステータコアのスロットに挿入される脚部と、
前記脚部に連結されるともに、前記ステータコアの端面から突出するように配置されて前記コイルのコイルエンド部を相間絶縁する本体部と、を備え、
前記本体部は、前記ステータコアの周方向一方側の端部寄りに位置する一端側面部及び他方側の端部寄りに位置する他端側面部と、前記一端側面部と前記他端側面部との間に位置し、前記一端側面部の一方面上に当接するように一部が前記一端側面部の方向に折りたたまれている中央面部と、を有し、
前記中央面部には、折りたたまれている前記中央面部の頂点である折り返し点と一部重複するように穴部が形成され、
前記折り返し点は、前記ステータコアの内周側に突出している相間絶縁紙。

【請求項2】

前記本体部は、前記ステータコアの両端面からそれぞれ突出するように一対設けられ、
前記脚部は、一対の前記本体部を連結し、
前記穴部は、各々の前記本体部の前記中央面部にそれぞれ形成される
請求項１に記載の相間絶縁紙。

【請求項3】

ステータコアと、
前記ステータコアの径方向に隣り合って配置される複相のコイルと、
前記ステータコアの周方向に沿って複数配置され、異相のコイル間を絶縁する請求項１または請求項２に記載の相間絶縁紙と、
を備える回転電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、相間絶縁紙及び回転電機に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、三相交流のモータのステータには、ステータコアのティース部にＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルが取り付けられる。分布巻きの場合、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルはステータコアの径方向に隣り合うように配置され、ステータコアの周方向において各相のコイルの位置が互いにずれる。また、隣り合う異相のコイルとの絶縁を確保するために、ステータの異相のコイルの間にはそれぞれ相間絶縁紙が配置される。さらに、ステータの異相の各コイルはワニスを滴下し含浸させる。

【0003】

この種の相間絶縁紙として、ステータコアに挿入された際にステータコアの両端面からそれぞれ突出し、各相のコイルエンド部の絶縁を行う一対の本体部と、ステータコアのスロットに挿入され、一対の本体部を連結する一対の脚部とを有する形状のものが知られている。

【0004】

特許文献１では、相間絶縁紙の本体部にステータコアの周方向一方側の端部寄りに位置する一端側の面と、他方側の端部寄りに位置する他端側の面と、この一端側の面と他端側面部との間に位置一端側の面の一方面上に向かって折り曲げ加工されている中央面とを有する相間絶縁紙が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０２０－１４５９００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

この種の相間絶縁紙で相間が絶縁された回転電機に対して、例えば、異相のコイルの内径側と外径側よりワニスを滴下した場合、内径側の相と外径側の相のコイルにはワニスは十分に含浸するが、中間の相のコイルにワニスが十分に含浸しない。ワニスの含浸が十分でないと、コイルエンドの固着能力が低下する恐れがある。固着能力が低下するとコイルエンドの振動抑制が十分にされず、絶縁性能が低下してしまい、回転電機の長期的な絶縁信頼性に悪影響を与えてしまう。

【0007】

本発明は、上記の状況に鑑みてなされたものであって、回転電機の相間絶縁を確保しつつ、コイルエンドへのワニス含浸性を向上させることが可能な相間絶縁紙を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一態様は、回転電機のステータコアの径方向に隣り合う異相のコイル間を絶縁する相間絶縁紙である。相間絶縁紙は、ステータコアのスロットに挿入される脚部と、脚部に連結されるともに、ステータコアの端面から突出するように配置されてコイルのコイルエンド部を相間絶縁する本体部と、を備え、本体部は、ステータコアの周方向一方側の端部寄りに位置する一端側面部及び他方側の端部寄りに位置する他端側面部と、一端側面部と他端側面部との間に位置し、一端側面部の一方面上に当接するように一部が一端側面部の方向に折りたたまれている中央面部と、を有し、中央面部には、折りたたまれている中央面部の頂点である折り返し点と一部重複するように穴部が形成され、折り返し点は、ステータコアの内周側に突出している。

【0010】

上記の相間絶縁紙において、本体部は、ステータコアの両端面からそれぞれ突出するように一対設けられていてもよく、脚部は、一対の本体部を連結してもよく、穴部は、各々の本体部の中央面部にそれぞれ形成されていてもよい。

【0011】

本発明の他の態様に係る回転電機は、ステータコアと、ステータコアの径方向に隣り合って配置される複相のコイルと、ステータコアの周方向に沿って複数配置され、異相のコイル間を絶縁する上記の相間絶縁紙と、を備える。

【発明の効果】

【0012】

本発明の一態様の相間絶縁紙によれば、回転電機の相間絶縁を確保しつつ、コイルエンドへのワニス含浸性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本実施形態の回転電機をコイルエンド側からみた図である。

【図2】ステータコアにＵ相のコイルと相間絶縁紙を取り付けた状態を示す図である。

【図3】（ａ）は本実施形態の回転電機の異相のコイルの間に相間絶縁紙が取り付けられた状態を示す図であり、（ｂ）は図４（ａ）のＡ－Ａ’断面図である。

【図4】本実施形態における相間絶縁紙の構成例を示す図である。

【図5】比較例の相間絶縁紙の構成例を示す図である。

【図6】Ｕ相のコイルと比較例の相間絶縁紙を取り付けたステータコアの部分拡大図である。

【図7】ワニスを滴下し含浸させる状態を示す図である。

【図8】Ｕ相のコイルと本実施形態における相間絶縁紙を取り付けたステータコアの部分拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
実施形態では説明を分かり易くするため、本発明の主要部以外の構造や要素については、簡略化または省略して説明する。また、図面において、同じ要素には同じ符号を付す。なお、図面に示す各要素の形状、寸法などは模式的に示したもので、実際の形状、寸法などを示すものではない。

【0015】

図１は、本実施形態の回転電機１をコイルエンド側からみた図である。
本実施形態の回転電機１は、三相交流のインナーロータ型モータであって、ロータ３と、ステータ２を有する。図１において、回転電機１の回転軸Ａｘの延長方向（軸方向）は紙面垂直方向である。

【0016】

ロータ３は、図示しない軸受により回転軸Ａｘを中心として回転可能に軸支されている。ロータ３の外周には、エアギャップを隔ててステータ２が配置される。回転電機１においては、後述する各相のコイルの電流制御によりステータ２の磁界を順番に切り替えることで、ロータ３の磁界との吸引力または反発力により、ロータ３が回転軸Ａｘを中心として回転する。

【0017】

ステータ２は、ステータコア２１と、ステータコア２１に分布巻きされたＵ相のコイル２２ｕ、Ｖ相のコイル２２ｖ、Ｗ相のコイル２２ｗを有する。

【0018】

ステータコア２１の内周には、径方向内側に突出する複数のティース部２１ａが周方向に沿って設けられ、ティース部２１ａの間にはそれぞれスロット２１ｂが形成される（図２参照）。そして、ステータコア２１の外周側から順に、Ｕ相のコイル２２ｕ、Ｖ相のコイル２２ｖ、Ｗ相のコイル２２ｗがステータコア２１のティース部２１ａにそれぞれ分布巻きされる。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル２２ｕ、２２ｖ、２２ｗはステータコア２１の径方向に隣り合うように配置され、ステータコア２１の周方向において各相のコイルの位置が互いにずれている。

【0019】

また、隣り合う異相のコイルとの接触を防ぐために、Ｕ相のコイル２２ｕとＶ相のコイル２２ｖの間、Ｖ相のコイル２２ｖとＷ相のコイル２２ｗの間には、それぞれ相間絶縁紙１０が配置されている。

【0020】

図２は、ステータコア２１にＵ相のコイル２２ｕと相間絶縁紙１０を取り付けた状態を示す図である。図３（ａ）、（ｂ）は、回転電機１の異相のコイルの間に相間絶縁紙が取り付けられた状態を示す模式図である。
ステータコア２１にコイルを取り付ける際には、まず、ステータコア２１の周方向において、複数のティース部２１ａを跨ぐようにしてＵ相のコイル２２ｕがステータコア２１のスロット２１ｂに挿入される。Ｕ相のコイル２２ｕは、ステータコア２１の周方向に沿って並ぶように、複数（本実施形態では８つ）取り付けられる。

【0021】

ステータコア２１にＵ相のコイル２２ｕが挿入された後に、異相のコイル間を絶縁するために、Ｕ相のコイル２２ｕの内周側には、ステータコア２１の周方向に沿って複数枚の相間絶縁紙１０が環状に配置される。本実施形態の相間絶縁紙１０の配置の説明は図８を参照して後述する。

【0022】

また、Ｕ相のコイル２２ｕの内周側に相間絶縁紙１０を配置した後、ステータコア２１にはＶ相のコイル２２ｖがＵ相のコイル２２ｕの内周側に取り付けられる。そして、Ｖ相のコイル２２ｖの内周側にも、複数枚の相間絶縁紙１０が環状に配置される。その後、ステータコア２１にはＷ相のコイル２２ｗがＶ相のコイル２２ｖの内周側に取り付けられる。Ｖ相のコイル２２ｖとＷ相のコイル２２ｗの取り付けは、Ｕ相のコイル２２ｕと同様であるので重複説明は省略する。以上のようにして、ステータコア２１には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル２２ｕ、２２ｖ、２２ｗがそれぞれ取り付けられる。

【0023】

次に、比較例の相間絶縁紙の構成を参照しつつ、ステータコア２１のコイルへのワニスの滴下について説明する。
図５は、比較例の相間絶縁紙４０の構成例を示す図である。比較例の相間絶縁紙４０は、一対の本体部４１、４１と、一対の脚部４２、４２を有する。

【0024】

一対の本体部４１、４１はそれぞれ矩形状であって、図中上下方向に離間して平行に配置されている。一対の本体部４１、４１は、相間絶縁紙４０がステータコア２１に挿入されたときにステータコア２１の両端面からそれぞれ突出し、各相のコイルエンド部の絶縁を行う。

【0025】

また、一対の脚部４２、４２は、本体部４１の図中左右端に配置され、図中上下方向に延長されて一対の本体部４１、４１を連結する。一対の脚部４２、４２は、相間絶縁紙４０がステータコア２１に挿入されたときにステータコア２１のスロット２１ｂにいずれも挿入される。

【0026】

図６は、Ｕ相のコイル２２ｕと相間絶縁紙４０を取り付けたステータコア２１の部分拡大図である。

【0027】

ステータコア２１に挿入された相間絶縁紙４０は、周方向に沿って湾曲した本体部４１がスロット２１ｂに挿入された複数の脚部４２で支えられている。相間絶縁紙４０単体としては、本体部４１が径方向外側に向けて凸となるのでステータコア２１の径方向外側に本体部４１が倒れ込みにくいが、ステータコア２１の径方向内側には本体部４１が倒れ込みやすい。しかも、隣り合う相間絶縁紙４０はオーバーラップしてステータコア２１のティース部２１ａに挿入されるが、隣り合う相間絶縁紙４０のオーバーラップする部分が相互に干渉する。

【0028】

そのため、このような相間絶縁紙４０の干渉により相間絶縁紙４０の本体部４１がステータコア２１の径方向内側へ向けて倒れ込むように折れ曲がる事象（相間絶縁紙の倒れ込み）が生じうる。上記の相間絶縁紙４０の倒れ込みが生じると、例えば巻線機でコイルを挿入するときに相間絶縁紙４０の本体部４１がコイルのインサータと干渉してコイルの挿入に支障をきたすので好ましくない。また、相間絶縁紙４０が倒れ込んだままコイルが挿入されると、異相間のコイルの絶縁不良につながるおそれもある。

【0029】

図７は、本実施形態の回転電機１の異相のコイルの間に相間絶縁紙を取り付けた状態でステータコア２１の内径側と外径側よりワニス３０を滴下し含浸させる状態を示す図ある。
各相のコイルへのワニス３０の滴下は、ワニス滴下装置（本体は図示せず。）により行う。ワニス滴下装置にはワニス滴下ノズル３１が配設してある。このワニス滴下ノズル３１から所定の量のワニス３０を滴下して各相のコイルに対しワニス３０を含浸させる。

【0030】

図５で示したような相間絶縁紙４０を各相のコイルに配置した後に、ワニス３０を図７で示したようにステータコア２１の外周側と内周側より滴下し含浸させる場合を想定する。即ち、Ｕ相のコイル２２ｕ側と、Ｗ相のコイル２２ｗ側からワニス３０を滴下して含浸させる場合、ステータコア２１の外周側に位置するＵ相のコイル２２ｕと内周側に位置するＷ相のコイル２２ｗにはワニス３０が十分に含浸する。しかし、Ｖ相のコイル２２ｖには、Ｖ相のコイル２２ｖとＵ相のコイル２２ｕの間に配置される相間絶縁紙４０及びＶ相のコイル２２ｖとＷ相のコイル２２ｗの間に配置される相間絶縁紙４０によってワニス３０がうまく含浸されない恐れがある。ワニス３０がＶ相のコイル２２ｖにうまく含浸しないと、コイルの固着能力が低下する。結果として、コイルエンドの振動抑制が十分にされず、絶縁性能が低下してしまう恐れがある。

【0031】

図４は、本実施形態における相間絶縁紙１０の構成例を示す図である。
本実施形態の相間絶縁紙１０は、隣り合う異相のコイルの両端側のコイルエンド間にそれぞれ配置される対をなす一対の本体部１１、１１と、一対の脚部１３、１３を有する。本体部１１及び脚部１３の配置や機能は、図５の比較例で示した本体部４１及び脚部４２と同様である。さらに本体部１１には、ステータコア２１の周方向一方側の端部寄りに位置する一端側面部１１ａと備える。さらに、他方側の端部寄りに位置する他端側面部１１ｂを備える。さらに、本体部１１は、一端側面部１１ａと他端側面部１１ｂとの間に位置する中央面部１１ｃを備えている。中央面部１１ｃは、本体部１１の一部が一端側面部１１ａの一方面上側となるような折りたたみ加工が施された面部であり、一端側面部１１ａの一方面上（図４中、紙面手前面上）に一方面を当接できるように蛇行して曲折している。

【0032】

本実施形態の相間絶縁紙１０では、中央面部１１ｃの折りたたんだ一面または一端側面部１１аの少なくともいずれかと重なる位置に穴部１２が形成される。穴部１２は、一対の中央面部１１ｃ、１１ｃにそれぞれ少なくとも１つ以上形成される。また、穴部１２は円形状であって貫通穴として形成される。

【0033】

図４では、穴部１２について、中央面部１１ｃを曲折させた際の折り返し点（折りたたんだ際の山の頂点）１１ｄと各々の穴部１２の中心が一致するように、円形状の穴が２つ形成されている例を示している。しかしこれに限らず、本体部１１の軸方向（図４中上下方向）または周方向（図４中左右方向）に長い長穴（ルーズホール）を中央面部１１ｃ、１１ｃの一方または両方に形成するようしてもよい。さらに円形状の穴と当該長穴を中央面部１１ｃ、１１ｃにそれぞれ形成してもよい。

【0034】

また、各々の穴部１２の形成位置は、図４に示しているように、中央面部１１ｃの折り返し点１１ｄに一部重複するように形成してもよい。中央面部１１は、折りたたみ加工が施されているため、折り返し点１１ｄ及びその周囲は相間絶縁紙１０の各部の中でも軸方向（図４中上下方向）への剛性が高く、曲がりにくい。そのため、各々の穴部１２を、折り返し点１１ｄに一部重複するように形成すると剛性の減少は最小限で済む。

【0035】

また、本実施形態の相間絶縁紙１０は中央面部１１ｃの折り返し点１１ｄがステータコア２１の内周側に突出するように配置される。そのため、ワニス３０をステータコア２１の外周側より滴下した際に、折り返し点１１ｄに一部でも重複している穴部１２が形成されていると、ワニス３０が内周側の各異相に流れ込みやすくなり、Ｖ相のコイル２２ｖへのワニス３０の含浸性が向上する。

【0036】

穴部１２の配置として図４の例では、各々の本体部１１の軸方向（図４中の上下方向）の寸法を三分割した線上に形成されている。しかしこれに限らず、任意の間隔で形成してもよい。

【0037】

図８は、Ｕ相のコイル２２ｕと本実施形態における相間絶縁紙１０を取り付けたステータコア２１の部分拡大図である。
図８に示すように、本実施形態の相間絶縁紙１０は、ステータコア２１の周方向に沿って隣り合う一方（図８中、左方）の相間絶縁紙１０の本体部１１の他端側面部１１ｂを他方（図８中、右方）の相間絶縁紙１０の本体部１１の一端側面部１１ａ上に載せるように配置する。そして、一方（図８中、左方）の相間絶縁紙１０の脚部１３をティース部２１ａ間に挿入する。

【0038】

その後、一方（図８中、左方）の相間絶縁紙１０の本体部１１の他端側面部１１ｂ上に他方（図８中、右方）の相間絶縁紙１０の本体部１１の中央面部１１ｃを載せるように配置する。その際に、他方（図８中、右方）の相間絶縁紙１０の本体部１１の一端側面部１１ａに当接する中央面部１１ｃと当該一端側面部１１ａとの間に、一方（図８中、左方）の相間絶縁紙１０の本体部１１の他端側面部１１ｂを挟み込むによう挿入する。次に、相間絶縁紙１０の脚部１３、１３を、ティース部２１ａ間に順次挿入して、複数枚（本実施形態では八つ）の相間絶縁紙１０をＵ相のコイル２２ｕの内周側の全周にわたって上記と同様の方法で配置する。

【0039】

次に、ステータコア２１にはＶ相のコイル２２ｖがＵ相のコイル２２ｕの内周側に取り付けられる。そして、Ｖ相のコイル２２ｖの内周側にも、上記と同様の方法で複数枚の相間絶縁紙１０を環状に配置する。

【0040】

本実施形態に係る回転電機１のステータコア２１においては、一方（図８中、左方）の相間絶縁紙１０の本体部１１の他端側面部１１ｂが、他方（図８中、右方）の相間絶縁紙１０の本体部１１の一端側面部１１ａに当接する中央面部１１ｃと当該一端側面部１１ａとの間に入り込んで挟まれている。そのため、ステータコア２１の径方向内側への相間絶縁紙１０の倒れ込みが生じにくくなる。これにより、異相間のコイルの相間絶縁を確保し、絶縁不良を防止することができる。さらに、ステータコア２１の外周側と内周側よりワニス３０を滴下し含浸させる際に、異相のコイルの間に配置された複数の相間絶縁紙１０における各々の穴部１２によって、ワニス３０が中間の相のコイルであるＶ相のコイル２２ｖにも含浸されやすくなる。

【0041】

したがって、本実施形態によれば、相間絶縁紙１０に形成される各々の穴部１２によって、Ｖ相のコイル２２ｖにもワニス３０が含浸されやすくなり、Ｖ相のコイル２２ｖも含む各コイルエンドに対してワニス３０の含浸性が向上することでワニス３０の充填量も増える。これにより、Ｖ相のコイル２２ｖも含む各コイルエンドの固着性が向上する。さらに固着性が向上することにより、コイルエンドの振動低下も抑制できる。コイルエンドの振動低下により、コイルエンドの振動に起因するコイルエンドの絶縁低下も防ぐことができる。

【0042】

また、本実施形態においては、各々の穴部１２を中央面部１１ｃの折りたたんだ一面または一端側面部１１аの少なくともいずれかと重なる位置に形成したとしても、各々の穴部１２は、一方（図８中、左方）の相間絶縁紙１０の一部と重なって配置される。即ち、一方（図８中、左方）の相間絶縁紙１０と他方（図８中、右方）の相間絶縁紙１０を上記のように配置した場合に、各々の穴部１２と当接する箇所には相間絶縁紙１０があるため、穴部１２は各相間で貫通はしない。そのため、各相間での短絡防止も図れる。

【0043】

本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行ってもよい。

【0044】

例えば、一方の中央面部１１ｃと他方の中央面部１１ｃで形成する穴部１２、１２の数を変更してもよく、一方の中央面部１１ｃの穴部１２の数と、他方の中央面部１１ｃの穴部１２の数とを異なる数にしてもよい。また、例えば、穴部１２を円形状ではなく、矩形の形状で形成するようにしてもよい。さらに、各々の穴部１２の形成位置は、上記したように中央面部１１ｃの折りたたんだ一面または一端側面部１１аの少なくともいずれかと重なる位置であれば、折り返し点１１ｄと重複しない位置に形成するようにしてもよい。また、穴部１２は、折り返し点１１ｄに一部重複した位置と重複しない位置とのそれぞれの位置において中央面部１１ｃに形成するようにしてもよい。

【0045】

また、相間絶縁紙１０は、本体部１１を脚部１３で接続した形状としなくてもよい。例えば、相間絶縁紙を１つの本体部に脚部を設けた形状とし、ステータコア２１の両端に上記形状の相間絶縁紙をそれぞれテープ等で取り付けるようにしてもよい。

【0046】

また、上記実施形態では三相交流のモータの構成例を説明したが、本発明の相間絶縁紙１０は複相の回転電機のステータにおけるコイルの絶縁に広く適用できる。例えば、本実施形態の相間絶縁紙１０を、三相交流の発電機のステータにおけるコイルの絶縁に適用してもよい。また、回転電機は三相交流の場合に限定されず、例えば二相交流や五相交流などの構成であってもよい。

【0047】

加えて、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0048】

１…回転電機、２…ステータ、３…ロータ、１０…相間絶縁紙、１１…本体部、１１а…一端側面部、１１ｂ…他端側面部、１１ｃ…中央面部、１１ｄ…折り返し点、１２…穴部、１３…脚部、２１…ステータコア、２２ｕ、２２ｖ、２２ｗ…コイル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】