(57)【要約】【課題】コイル巻線をステータコアのスロット内に挿入するとき、絶縁シートがスロット内の規定の位置からずれることを抑えることができる回転電機用の絶縁シートを提供する。【解決手段】ステータコア１０のスロット１３内で、スロット１３の壁面とコイル巻線１５との間に位置し、ステータコア１０の内周面とコイル巻線１５とを電気的に絶縁しつつ、スロット１３内でコイル巻線１５を固定する回転電機用の絶縁シート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２０の両面のうちスロット１３と対接する表面の摩擦係数は、コイル巻線１５と対接する表面の摩擦係数よりも大きい。【選択図】図４
2020120550.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータコアのスロット内で、前記スロットの壁面と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、
前記絶縁シートの両面のうち前記スロットと対接する表面の摩擦係数は、前記コイル巻線と対接する表面の摩擦係数よりも大きい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、この種の回転電機用のステータに用いられる絶縁シートとして、コイル巻線とステータコアとを電気的に絶縁する発泡樹脂シートがある（例えば、特許文献１参照）。絶縁シートは、ステータコアのスロット内に配置され、スロットの壁面と、コイルを構成するコイル巻線との間に発泡した状態で配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２４４５９６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、特許文献１に示す絶縁シートをスロットに配置した後、コイル巻線をステータコアのスロット内に挿入するとき、絶縁シートがスロット内の規定の位置からずれる可能性があった。絶縁シートのこのような位置ずれは、コイルとステータコアとの絶縁不良の原因にもなることがあり、回転電機の性能が低下するおそれがある。
【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、コイル巻線をステータコアのスロット内に挿入するとき、絶縁シートがスロット内の規定の位置からずれることを抑えることが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】
前記課題に鑑みて、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、前記スロットの壁面と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、前記絶縁シートの両面のうち前記スロットと対接する表面の摩擦係数は、前記コイル巻線と対接する表面の摩擦係数よりも大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
前記のごとく構成された本発明の回転電機用の絶縁シートによれば、スロットの形状に折り曲げた状態の絶縁シートをステータコアのスロット内に挿入したあと、コイル巻線をスロット内に挿入する。この際に、絶縁シートの両面のうちスロットと対接する表面の摩擦係数が、コイル巻線と対接する表面の摩擦係数より大きいため、絶縁シートのスロット内での移動が抑制される。これにより、絶縁シートをスロット内の規定の位置に留めた状態で、コイル巻線をスロット内に配置することができる。この結果、ステータコアとコイル巻線との絶縁状態を良好にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【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と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】（ａ）は図４に示す絶縁シートの拡大斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の展開図である。
【図６】図５に示す絶縁シートの積層構造を示す要部断面図である。
【図７】（ａ）は絶縁シートの表面粗さと静摩擦係数との関係を示すグラフ図、（ｂ）は絶縁シートの表面粗さと動摩擦係数との関係を示すグラフ図である。
【図８】図７に示す静摩擦係数と動摩擦係数を測定するための測定器の概略構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
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。図１（ａ）に示す径方向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、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。
【００１１】
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。隣接するティース部１２、１２間の空間がスロット１３となっている。
【００１２】
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。
【００１３】
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１１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。
【００１４】
ステータコア１０は、円環状の軟磁性材料からなる薄板または箔材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る。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、箔材の材料としては、ナノ結晶からなる鉄系の軟磁性材料などを挙げることができる。ステータコア１０は、これらのものに限られず、磁性粉末を一体化成形したものを用いてもよい。
【００１５】
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。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。
【００１６】
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。
【００１７】
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…内で、スロット１３の壁面とコイル巻線１５、１５…との間に位置し、ステータコア１０の内周面とコイル巻線１５とを電気的に絶縁するシート材である。
【００１９】
絶縁シート２０、２０…は、スロット１３、１３…内で加熱されると膨張し、スロット１３とコイル巻線１５との間のクリアランスに充填され、コイル巻線１５、１５…をステータコア１０に固定するものである。絶縁シート２０、２０…は、コイル巻線１５をティース部１２に巻回する前に、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１３の形状に絶縁シート２０、２０…を折り曲げた状態で、スロット１３内に挿入される。
【００２０】
本実施形態の絶縁シート２０は、ステータコア１０の軸方向の厚さＨ（図３参照）と同じかやや長めの厚さＨ１（図４参照）を有している。絶縁シート２０は、図５（ｂ）に示す長方形状のシート材を、スロット１３を形成する壁面に接触させながら、当該壁面に沿って周回し、一部が重なるように折り曲げられる。具体的には、図５（ａ）に示すように、絶縁シート２０は、ステータコア１０のスロット１３の壁面に接触するように、図５（ｂ）に示す折り曲げ線Ｌに沿って四角筒状に折り曲げられる。
【００２１】
四角筒状に折り曲げられた絶縁シート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１３内に挿入される。絶縁シート２０は、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の壁面に接触し、隣接するティース部１２の突出部１３ｂ、１３ｂの間の開口部１４を閉塞するように覆い、絶縁シートの重なり部分２０ａが、ヨーク部１１の周面（スロット１３の底面）に接触する。その後、絶縁シート２０が配置された状態で、ティース部１２にコイル巻線１５の導線が巻回される。
【００２２】
このような絶縁シート２０は、図６に示すように、４層構造になっており、絶縁フィルム層２１と、不織布層２２とが積層された基材の両面に、樹脂層２３、２４がさらに積層されている。絶縁シート２０は、絶縁シート２０の両面のうちスロット１３と対接する表面２４ａの摩擦係数が、コイル巻線１５と対接する表面２３ａの摩擦係数よりも大きいものとなっている。
【００２３】
絶縁シート２０において、外周に位置する樹脂層２３、２４の表面粗さは、下地である不織布層２２、絶縁フィルム層２１の表面粗さと、それに塗布する樹脂層の厚さ等によって調整することができ、相対的に樹脂層２３の表面粗さに対して、樹脂層２４の表面粗さを小さくすることで、樹脂層２３の摩擦係数に対して、樹脂層２４の摩擦係数が大きくなるように構成されている。絶縁シート２０の表面粗さと、摩擦係数については、詳細は後述する。
【００２４】
絶縁シート２０を構成する絶縁フィルム層２１は、たとえば厚さが数１０μｍ程度の電気的に絶縁性を有した層である。絶縁フィルム層２１の材料としては、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、耐熱アミラド、などを挙げることができる。不織布層２２は、絶縁フィルム層２１を補強するものであり、たとえば、不織布層２２の材料としては、セルロース、アラミド繊維、ポリフェニレンサルファイド樹脂などを挙げることができる。
【００２５】
樹脂層２３、２４は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂が好ましい。樹脂層２３、２４は、発泡剤を含有しており、加熱されることで膨張し、ステータコア１０のスロット１３とコイル巻線１５とのクリアランスに充填され、コイル巻線１５をステータコア１０に固定する機能を有する。樹脂層２３、２４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。樹脂層２３、２４は加熱されて膨張し、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、ステータコア１０に対するコイル巻線１５の振動を防止し、回転電機の故障等を回避することができる。
【００２６】
本実施形態では、樹脂層２３が、絶縁シート２０をスロット１３に挿入するために四角筒状に折り曲げた状態で、その内周側に位置する。一方、樹脂層２４が、同様に折り曲げた状態で、外周側に位置する。したがって、図６に示すように、樹脂層２３の表面２３ａがコイル巻線１５と対接する接触面で、樹脂層２４の表面２４ａがスロット１３に対接する接触面となる。
【００２７】
ここで、樹脂層２４の表面２４ａの摩擦係数は、樹脂層２３の表面２３ａの摩擦係数よりも大きく、これは、樹脂層２４の表面２４ａの表面粗さを、樹脂層２３の表面２３ａの表面粗さよりも小さくすることにより達成される。
【００２８】
本実施形態では、絶縁シート２０は、絶縁フィルム層２１の表面のうち、コイル巻線１５側に配置される表面に不織布層２２を設け、スロット１３の壁面側に配置される表面は、従来のものと異なり不織布層を設けていない。
【００２９】
本実施形態では、発泡前の樹脂層２３、２４の樹脂は、不織布層２２の表面と絶縁フィルム層２１の表面とに塗布される。したがって、樹脂層２３の表面粗さは、下地である不織布層２２の表面の凹凸の影響により、樹脂層２４の表面粗さよりも大きくなる。この結果、樹脂層２４の表面２４ａの摩擦係数は、樹脂層２３の表面２３ａの摩擦係数よりも大きくなる。
【００３０】
このようにして、従来とは異なり、絶縁フィルム層２１の片側のみに不織布層２２を形成することにより、従来のものよりも不織布層を１層減らし、絶縁シート２０の構成を簡略化することで、樹脂層２４の表面２４ａと、樹脂層２３の表面２３ａとの摩擦係数を調整することができる。
【００３１】
本実施形態の絶縁シート２０によれば、コイル巻線１５をスロット１３内に挿入するとき、スロット１３の壁面側となる樹脂層２４側の不織布層を省略しても、絶縁フィルム層２１の強度不足による破損を防止できる。一方、コイル巻線１５のスロット１３への挿入時には、絶縁フィルム層２１よりもコイル巻線側には不織布層２２が配置されているので、絶縁フィルム層２１の損傷を回避することができる。
【００３２】
ここで、樹脂層２３、２４の表面粗さと摩擦係数の関係について、図７、図８を参照して説明する。図７（ａ）は、２種類の樹脂シートＡ、Ｂの表面粗さと静摩擦係数との関係を示し、（ｂ）は２種類の樹脂シートＡ、Ｂの表面粗さと動摩擦係数との関係を示している。図８は、図７に示す静摩擦係数と動摩擦係数を測定するための測定器の概略構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【００３３】
図８に示すように、測定装置３０は、摩擦係数を測定しようとする樹脂サンプルとして、樹脂シート３１Ａまたは樹脂シート３１Ｂを上面に載置する装置ベース３２を備えている。
【００３４】
装置ベース３２には、プーリ３３が回転可能に支持されている。樹脂シート３１Ａまたは樹脂シート３１Ｂの上に、コイル巻線を所定の長さに切断した巻線片３４、３４を測定錘３５の下面に接着等で固定して載置している。測定錘３５に連結した細ロープ等の線材３６をプーリ３３に巻回して上方に引張り、引張機３７に連結している。
【００３５】
この測定装置３０で樹脂シート３１Ａまたは樹脂シート３１Ｂの表面粗さと摩擦係数との関係を測定するときは、引張機３７で線材３６を引き、測定錘３５を移動させる。このとき、静止状態の測定錘３５が移動し始めるときの張力を引張機３７で測定し、静摩擦係数を求める。また、移動時の張力を測定して動摩擦係数を求める。
【００３６】
なお、樹脂シート３１Ａまたは樹脂シート３１Ｂは、表面粗さの異なる同じ樹脂材料からなるシートであり、表面粗さ（中心線平均粗さＲａ）は、接触式のプローブを有する表面粗さ計により測定される。
【００３７】
図７（ａ）に示すように、中心線平均粗さＲａが小さい方が、静摩擦係数が大きく、中心線平均粗さＲａが大きくなると静摩擦係数が小さくなる傾向にある。また、図７（ｂ）に示すように、中心線平均粗さＲａが小さい方が、動摩擦係数が大きく、中心線平均粗さＲａが大きくなると動摩擦係数が小さくなる傾向にある。
【００３８】
この傾向は、樹脂シートの樹脂の種類が異なる場合でも、同様である。このような傾向は、絶縁シート２０を構成する表面の樹脂層２３、２４は、柔らかく粘弾性が高いからである。この場合、実際に相手材と接触している面積、すなわち真実接触面積が大きく影響し、表面粗さが大きい方が、真実接触面積が小さくなるため、摩擦係数が小さくなる。このように、同一の樹脂でも、表面粗さが大きい方が、摩擦係数が低下する傾向にあることが図７より明らかとなっている。
【００３９】
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を作製するときには、まず絶縁シート２０を四角筒状に折り曲げて、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。
【００４０】
スロット１３内に絶縁シート２０を挿入すると、スロット１３を形成する壁面は、コイル巻線１５と対接する側の樹脂層２３の表面２３ａよりも摩擦係数が大きい樹脂層２４の表面２４ａに対接する。この結果、絶縁シート２０をスロット１３内に挿入しても、スロット１３内での絶縁シート２０の移動が抑制される。
【００４１】
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を挿入した状態を安定して保持し、ティース部１２にコイル巻線１５を巻回することができる。この際、スロット１３の内壁面と対接する絶縁シート２０の樹脂層２４の表面２４ａは、その摩擦係数が、コイル巻線１５と対接する絶縁シート２０の樹脂層２３の表面２３ａの摩擦係数よりも大きいため、コイル巻線１５の巻回時に、絶縁シート２０の移動が抑制される。コイル巻線１５の巻回後、絶縁シート２０の樹脂層２３、２４を加熱により発泡させる。絶縁シート２０の樹脂層２３、２４の発泡により、ステータコア１０とコイル巻線１５とを固定することができる。
【００４２】
このように、ステータコア１０のスロット１３内に絶縁シート２０を挿入する際の絶縁シート２０の移動が抑制され、スロット１３内にコイル巻線１５を挿入する際の絶縁シート２０の移動が抑制される。これにより、絶縁シート２０はスロット１３内で規定の位置からずれることが防止される。この結果、ステータコア１０とコイル巻線１５との絶縁状態を良好にでき、回転電機の性能の低下を防止できる。
【００４３】
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。
【００４４】
たとえば、絶縁シートを構成する絶縁基材を、絶縁フィルム層とその両側の不織布層の３層構造とし、さらに両面に樹脂層を塗布して絶縁シートを５層構造とした場合でも、ステータコアのスロットと対接する表面の摩擦係数を、コイル巻線と対接する表面の摩擦係数よりも大きくすればよい。
【符号の説明】
【００４５】
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、２１：絶縁フィルム層、２２：不織布層、２３：樹脂層、２３ａ：樹脂層の巻線コイルと対接する表面（摩擦係数の小さい表面）、２４：樹脂層、２４ａ：樹脂層のスロットと対接する表面（摩擦係数の大きい表面）
【図１】
2020120550.tif 000003
【図２】
2020120550.tif 000004
【図３】
2020120550.tif 000005
【図４】
2020120550.tif 000006
【図５】
2020120550.tif 000007
【図６】
2020120550.tif 000008
【図７】
2020120550.tif 000009
【図８】
2020120550.tif 000010