(57)【要約】【課題】スロットへの絶縁シートの挿入が容易で、加熱により発泡する樹脂のステータコアの内周側の開口部からの溢れを抑制できる回転電機用の絶縁シートを提供する。【解決手段】絶縁シート２０は、回転電機の回転軸方向と直交するステータコア１０の端面側から、スロット１３の形状に折り曲げた状態で、スロット１３内に挿入されるものであり、絶縁シートは、回転軸方向に沿った絶縁シート２０の幅方向にわたって、加熱により発泡する樹脂が絶縁基材に塗布された発泡部分２５と、幅方向にわたって、加熱により発泡しない非発泡部分２６とを備えており、発泡部分２５がスロット１３とコイル巻線１５との間に配置され、かつ、非発泡部分２６がスロット１３の開口部１４のうちステータコア１０の内周側の開口部１４に配置されるように、絶縁シート２０が形成されている。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータコアのスロット内で、コイル巻線との間に位置し、前記ステータコアと前記コイル巻線とを電気的に絶縁しつつ、前記スロット内で前記コイル巻線を固定する回転電機用の絶縁シートであって、
前記絶縁シートは、前記回転電機の回転軸方向と直交する前記ステータコアの端面側から、前記スロットの形状に折り曲げた状態で、前記スロット内に挿入されるものであり、
前記絶縁シートは、前記回転軸方向に沿った前記絶縁シートの幅方向にわたって、加熱により発泡する樹脂が絶縁基材に塗布された発泡部分と、前記幅方向にわたって、加熱により発泡しない非発泡部分とを備えており、
前記発泡部分が前記スロットと前記コイル巻線との間に配置され、かつ、前記非発泡部分が前記スロットの開口部のうち前記ステータコアの内周側の開口部に配置されるように、前記絶縁シートが形成されていることを特徴とする回転電機用の絶縁シート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電機やモータ等に用いる回転電機用の絶縁シートに係り、特に、ステータコアのスロット内で、コイル巻線との間に位置する回転電機用の絶縁シートに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の回転電機のステータに用いられる絶縁シートは、ステータコアのスロット内で、コイル巻線との間に位置し、ステータコアの内周面とコイル巻線とを電気的に絶縁しつつ、スロット内でコイル巻線を固定するものである（例えば、特許文献１参照）。絶縁シートには、発泡樹脂層が形成されており、回転電機の回転軸方向と直交するステータコアの両端面側に、発泡樹脂で覆われていない部分を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−６４４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記構造の回転電機のステータで用いられる絶縁紙は、ステータコアの両端面側の発泡樹脂層の溢れを抑制できるが、ステータコアの径方向（ティース開口部から）の発泡樹脂層の溢れは抑制できない。また、発泡樹脂で覆われていない部分の強度不足により、絶縁紙をステータコアの軸方向に沿って挿入する際に、挿入途中で絶縁紙が座屈するためティース内へのコイルの挿入が困難となる。
【０００５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、ステータコアのスロットへの絶縁シートの挿入が容易であり、絶縁シートの加熱により発泡する樹脂のステータコアの内周側の開口部からの溢れを抑制できる回転電機用の絶縁シートを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成すべく、本発明に係る回転電機用の絶縁シートは、ステータコアのスロット内で、コイル巻線との間に位置し、前記ステータコアと前記コイル巻線とを電気的に絶縁しつつ、前記スロット内で前記コイル巻線を固定する回転電機用の絶縁シートであって、前記絶縁シートは、前記回転電機の回転軸方向と直交する前記ステータコアの端面側から、前記スロットの形状に折り曲げた状態で、前記スロット内に挿入されるものであり、前記絶縁シートは、前記回転軸方向に沿った前記絶縁シートの幅方向にわたって、加熱により発泡する樹脂が絶縁基材に塗布された発泡部分と、前記幅方向にわたって、加熱により発泡しない非発泡部分とを備えており、前記発泡部分が前記スロットと前記コイル巻線との間に配置され、かつ、前記非発泡部分が前記スロットの開口部のうち前記ステータコアの内周側の開口部に配置されるように、前記絶縁シートが形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の回転電機用の絶縁シートによれば、ステータコアとコイル巻線との間に位置する絶縁シートが、ステータコアの内周側の開口部に配置されるため、コイル巻線とステータコアとの絶縁が効果的に行われる。また、絶縁シートの開口部に位置する部分が非発泡部分となっているため、加熱により発泡する樹脂がステータコアの内周側の開口部から溢れ出ることはなく、回転電機の回転を阻害することはない。
【０００８】
さらに、前記の絶縁シートにおいて、絶縁基材に塗布され加熱により樹脂が発泡する発泡部分は、回転軸方向に沿った前記絶縁シートの幅方向にわたって塗布されているため、回転軸方向の強度不足とならない。このため、絶縁シートを回転電機の回転軸方向と直交するステータコアの端面側から回転軸方向に沿ってスロット内に挿入するときに絶縁シートは座屈することがなく、挿入が容易になるとともに確実にスロット内に挿入できる。
【０００９】
このように、本発明によれば、絶縁シートの加熱により発泡する樹脂が、ステータコアの内周側の開口部から溢れ出ることを防止でき、絶縁シートの強度が不足しないため、スロットへの挿入が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（ａ）は本発明に係る回転電機用の絶縁シートの一実施形態とコイル巻線を挿入したステータの要部斜視図、（ｂ）は（ａ）のコイル巻線を示す模式図である。
【図２】図１に示すステータのステータコアの要部斜視図である。
【図３】図２に示すステータコアの要部拡大斜視図である。
【図４】図２のステータコアに絶縁シートを挿入する工程を示す要部斜視図である。
【図５】図４に示す絶縁シートの拡大模式図であり、（ａ）は拡大した斜視図、（ｂ）は（ａ）の展開図である。
【図６】図４、図５に示す絶縁シートの詳細を示し、（ａ）はスロット内にコイル巻線と絶縁シートを配置した平面図、（ｂ）は絶縁シートの開口部側を延ばす説明図、（ｃ）は絶縁シートの寸法を示す平面図である。
【図７】図５に示す絶縁シートを作製するロール体の斜視図である。
【図８】（ａ）は図５に示す絶縁シートをスロット内に配置した平面図、（ｂ）は（ａ）の絶縁シートを加熱発泡した後の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る回転電機用の絶縁シートの一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る回転電機用の絶縁シートとコイル巻線とを挿入したステータの要部斜視図と、コイル巻線の模式図、図２は、図１に示す回転電機用ステータのステータコアの要部斜視図、図３は、図２に示すステータコアの要部拡大斜視図である。
【００１２】
なお、図１〜３において、回転軸方向Ｚは、ステータコアの環状中心孔の中心軸に沿う方向であり、ロータがある場合はロータの中心軸（回転電機の回転軸）に相当する。また、径方向Ｒは、回転軸方向Ｚに垂直な面内で中心軸を通る放射状の方向であり、中心軸側に向かう方向が内周側であり、反対側が外周側であり、周方向θは中心軸を中心として円周方向に沿った方向である。
【００１３】
図１〜３において、モータや発電機等の回転電機用のステータ１は、ステータコア１０を備えており、ステータコア１０は円環状のヨーク部１１と、ヨーク部１１の内周面からヨーク部の内径側に延在する複数のティース部１２，１２…と、を備えている。そして、隣接する複数のティース部間の空間が複数のスロット１３，１３…となっている。ステータ１は、複数のティース部１２，１２…と、各ティース部１２に巻回され各スロット１３内に配置されるコイル巻線１５，１５…と、各スロット１３の内壁面と各コイル巻線１５との間に位置する絶縁シート２０，２０…と、を備えている。なお、ティース部１２とスロット１３の数は同数であり、図ではその一部を略示している。
【００１４】
ステータコア１０の複数のティース部１２，１２…は、ヨーク部１１から半径方向Ｒに沿ってヨーク部の中心に向かって延在している。ヨーク部１１は、周方向θに沿って円環状に形成されている。複数のティース部１２，１２…の内周側の面は湾曲面で形成され、湾曲面で囲まれた内周空間は、図示していない回転子（ロータ）が配置される空間である。
【００１５】
ステータコア１０は、円環状の磁性体薄板を所定枚数で回転電機の回転軸方向Ｚに沿って積層された積層体であり、磁性体薄板の両面には電気的な絶縁処理が施され、磁性体薄板の材質としては、珪素鋼板の一種である電磁鋼板などが用いられる。ステータコア１０は、前記のように磁性体薄板を積層したものに限らず、磁性粉末を一体化成形したものを用いてもよい。
【００１６】
各スロット１３は、図３に示すように、半径方向Ｒに沿って対向する側壁面１３ａ，１３ａは平行面で形成され、内周側の間隔と外周側の間隔が同じに形成されている。これに対して、各ティース部１２は、外周側の周方向θの肉厚が大きく、内周側のθ方向の肉厚が小さく、内周側に向けて先細に形成されている。そして、各ティース部１２の内周側の端部には、各スロット１３のスロット幅を縮めるように周方向θに沿って対向して突出部１３ｂ，１３ｂが形成され、突出部１３ｂ，１３ｂ間がステータコア１０の内周側の開口部１４となっている。
【００１７】
コイル巻線１５，１５…は、複数のティース部１２，１２…に巻回され、複数のスロット１３，１３…内に配置されている。図１（ａ）では、コイル巻線１５はスロット１３に配置されている部分を示しているが、図１（ｂ）に示すように、ステータコア１０の両端面側に巻回部１５ａでティース部１２を巻回するようになっている。コイル巻線１５は、三相の分布巻コイルの場合、１つの相巻線が複数のスロット１３に跨ってティース部１２に巻回されて形成される。コイル巻線１５は、平角導線を各ティース部１２に巻回して形成され、コイル巻線１５には隣接するティース部１２を飛ばして、例えば２つ先のティース部に分布巻で結線するようになっており、例えばｕ相、ｖ相、ｗ層の３相のコイルで形成されている。
【００１８】
ここで、絶縁シート２０，２０…について以下に説明する。絶縁シート２０，２０…は、複数のスロット１３，１３…の内周面とコイル巻線１５，１５…との間に位置し、後述する発泡部分２５と非発泡部分２６を備えている。図４〜６に示すように、絶縁シート２０は、ステータコア１０とコイル巻線１５との間を電気的に絶縁するシート材である。絶縁シート２０を形成する絶縁基材としては、プラスチックシートが好ましく、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム、ポリイミドフィルム、耐熱アミラド紙等を用いることが好ましい。なお、絶縁基材の材質は前記のものに限られない。
【００１９】
絶縁シート２０は、ステータコア１０の軸方向の厚さＨと同じかやや長めの厚さＨ１（図４参照）の長方形状の絶縁基材をスロット１３の内周面に沿って略コ字状に屈曲して形成される。具体的には、図５（ａ）に示すように、ステータコア１０のスロット１３の底面を覆う底部２１と、これに連続する側部２２，２２と、これらに連続し側部２２，２２の幅を狭めるように傾斜する傾斜部２３，２３と、これらに連続し半径方向Ｒに沿って平行に延在して開口するように対向する端縁部２４，２４とを備えている。なお、絶縁シート２０は、底部２１と側部２２，２２とを屈曲するのみで、略コ字状に形成し、傾斜部２３，２３と、端縁部２４，２４との部分は屈曲せずにスロット１３の内壁面に沿わせるだけでもよい。
【００２０】
このように形成される絶縁シート２０は、回転電機の回転軸方向Ｚと直交するステータコア１０の端面側から、スロットの形状に折り曲げた状態でスロット１３内に挿入されるものである。ステータコア１０のスロット１３に挿入されると、スロット１３の側壁面１３ａ，１３ａと側部２２，２２とが対向し、突出部１３ｂ，１３ｂの対向面と端縁部２４，２４とが対向し、端縁部２４，２４間の隙間を通してコイル巻線１５の導線がティース部１２に巻回されるようになっている。
【００２１】
絶縁シート２０は、屈曲する前の状態は図５（ｂ）に示されるように長方形状であり、底部２１、側部２２，２２、傾斜部２３，２３、端縁部２４，２４を形成するための折り曲げ線が形成されている。そして、絶縁シート２０は、回転軸方向Ｚに沿った絶縁シートの幅方向にわたって、加熱により発泡する樹脂が絶縁基材に塗布された発泡部分２５を備えている。また、幅方向にわたって、加熱により発泡しない非発泡部分２６を備えている。
【００２２】
具体的には、絶縁シート２０は、底部２１、側部２２，２２、傾斜部２３，２３の部位が、加熱により発泡する樹脂が塗布された発泡部分２５となっている。そして、絶縁シート２０の端縁部２４，２４の部位は、加熱により発泡する樹脂が塗布されず、加熱により発泡しない非発泡部分２６となっている。
【００２３】
絶縁シート２０は絶縁基材である絶縁フィルムや絶縁紙の両面に、発泡部分２５を構成する発泡性の樹脂層を塗布してあり、発泡樹脂層としてはポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、エポキシ樹脂等が用いられる。発泡樹脂層は、加熱によって膨張し、その後に硬化するものが用いられ、例えば加熱によって厚さが数倍になるものが好ましい。
【００２４】
このように、絶縁シート２０は、展開状態において、絶縁基材に対して発泡樹脂が塗布された発泡部分２５が中央部に形成されており、発泡部分２５は絶縁シートの幅方向にわたって塗布されているため、強度が向上して、スロット１３への挿入の際の座屈を防ぐことができる。特に、絶縁シート２０はスロット１３に挿入される部分に発泡樹脂層が形成されているため、挿入時の座屈を効果的に阻止することができる。また、絶縁シート２０の発泡部分２５（具体的には発泡樹脂層）は、加熱されることで膨張し、スロット１３とコイル巻線１５との間の隙間を塞ぐため、振動等が加わっても、コイル巻線１５の振動が防止されて回転電機の故障等を防止することができる。なお、発泡部分２５の発泡樹脂層は絶縁基材の片面のみに形成するようにしてもよい。
【００２５】
ここで、図６を参照して、絶縁シート２０の発泡部分２５と非発泡部分２６についてより詳細に説明する。図６（ａ）はスロット内にコイル巻線と絶縁シートを配置した平面図であり、図６（ｂ）は絶縁シートの開口部側を延ばす説明図であり、図６（ｃ）は絶縁シートの寸法を示す平面図である。
【００２６】
図６（ａ）において、スロット１３内に挿入された絶縁シート２０を図６（ｂ）のように取り出し、傾斜部２３を直線状に延ばすと、底部２１から傾斜部２３の先端までの長さがＬ２となる（図６（ｃ）参照）。さらに端縁部２４を直線状に延ばすと、底部２１から先端までの長さがＬ３となる（図６（ｃ）参照）。
【００２７】
絶縁シート２０は、コイル巻線１５と対接する範囲である、少なくとも長さＬ１に相当する部分が発泡部分２５となっていればよく、本実施形態では、底部２１から傾斜部２３，２３までが発泡部分２５の範囲となっており、端縁部２４，２４は非発泡部分２６となっている。このように、コイル巻線１５とスロット１３との間の隙間を発泡樹脂で充填できるため、コイル巻線１５の移動を防止することができる。
【００２８】
前記した絶縁シート２０は、図７に示すように、ロール状に巻いたロール体Ｒから形成される。ロール体Ｒには、前記した発泡部分２５と、その両側に非発泡部分２６とが形成されている。ロール体Ｒは、幅Ｗを有する絶縁基材に、加熱により発泡する樹脂を塗布して発泡部分２５を形成し、非発泡部分２６では樹脂を塗布しない状態で、巻かれているものである。このロール体Ｒから引出した部分を、ステータコア１０の高さＨに合わせて、所定の高さＨ１に沿って切断線Ｃｌでカットし、絶縁シート２０を作製する。
【００２９】
前記の如く構成された本実施形態の回転電機用の絶縁シート２０の作用について以下に説明する。ステータコア１０のスロット１３にコイル巻線１５の導線を挿入し、ティース部１２にコイル巻線１５を巻回してステータ１を作製するときは、先ず絶縁シート２０を略コ字状に折り曲げて、折り曲げた状態の絶縁シート２０を、スロット１３の内部空間に回転軸方向Ｚに沿って挿入する。このとき、絶縁シート２０の傾斜部２３，２３と端縁部２４，２４の部分も折り曲げておくことが好ましい。絶縁シート２０は、発泡樹脂が塗布された発泡部分２５は底部２１、側部２２，２２、傾斜部２３，２３の範囲であり、スロット１３の開口部１４を形成する壁面を除くスロット１３の内壁面に配置される。
【００３０】
絶縁シート２０の底部２１、側部２２，２２、傾斜部２３，２３の範囲は、発泡樹脂が塗布された発泡部分２５となっているため、絶縁基材のシートやフィルムのみの場合と比較して剛性が高くなっており、スロット１３への挿入の際に座屈し難く挿入が容易となり、スロット１３の内壁面に確実に密着させることができる。また、絶縁シート２０を挟んでティース部１２にコイル巻線１５を巻回する際にも、絶縁シート２０の剛性が高いため、コイル巻線１５の巻回が容易に行える。
【００３１】
このようにして、スロット１３の内部空間に、スロットの形状に折り曲げた状態で絶縁シート２０を挿入し、さらに絶縁シート２０でステータコア１０との絶縁を確保してティース部１２にコイル巻線１５を巻回する。このあと、絶縁シート２０を加熱すると、図８（ｂ）に示すように、発泡部分２５は膨張する。図８（ｂ）では、膨張した発泡部分２５を肉厚に示し、膨張しない非発泡部分２６を細線で表している。
【００３２】
図８（ｂ）において、底部２１、側部２２，２２、傾斜部２３，２３の範囲となる発泡部分２５は膨張し、コイル巻線１５とスロット１３との間の隙間に充填され、コイル巻線１５をスロット１３内に確実に固定することができる。端縁部２４，２４の部位は発泡樹脂が塗布されていない非発泡部分２６となっているため膨張せず、ステータコア１０の内周側の開口部１４から発泡樹脂が溢れ出ることはない。
【００３３】
このため、このステータ１を回転電機に使用するとき、図示していないロータの回転時にステータコア１０の内周側の開口部１４からの発泡樹脂の溢れ出しがないため、ロータの回転を妨げることはなく、回転電機の円滑回転が可能となり、回転電機の性能の低下を防止できる。
【００３４】
このように、本実施形態の絶縁シート２０によれば、加熱により発泡する樹脂が絶縁基材に塗布された発泡部分２５は、回転電機の回転軸方向に沿った絶縁シートの幅方向にわたって塗布されているため、絶縁シートの回転軸方向の剛性が高くなる。これにより、絶縁シート２０のスロット１３への挿入の際に、絶縁シート２０は座屈せず挿入が容易となり、確実に挿入できる。
【００３５】
また、スロット１３内に挿入された絶縁シート２０を加熱すると、発泡部分２５はスロット１３内でコイル巻線との間で膨張し、コイル巻線１５とスロットの内周面との間の隙間に充填され、コイル巻線１５のスロット１３内での移動を防止できる。そして、ステータコア１０の内周側の開口部１４では、絶縁シート２０は非発泡部分２６が配置されているため、発泡した樹脂が開口部１４から溢れ出ることはない。
【００３６】
前記した実施形態では、非発泡部分は、加熱により発泡する樹脂を塗布しない部分であるが、これに限られるものではなく、例えば発泡ビーズを含有する樹脂と、発泡ビーズを含有しない樹脂に分けて塗布して形成してもよい。また、幅Ｗ全体に発泡ビーズを含有する樹脂を塗布し、非発泡部分２６に相当する範囲を圧延して発泡ビーズを破壊することで発泡しないように構成してもよい。
【００３７】
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
【符号の説明】
【００３８】
１：ステータ、１０：ステータコア、１１：ヨーク部、１２：ティース部、１３：スロット、１４：ステータコアの開口部、１５：コイル巻線、２０：絶縁シート、２５：発泡部分、２６：非発泡部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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