(57)【要約】【課題】  伝導コイルの絶縁に好適なインシュレータを備えた回転電機を提供する。【解決手段】  回転電機は複数のスロット４１１を有する固定子鉄心４１２と、複数のスロット４１１に絶縁体２００を介して挿入された導体４１３を有する固定子４と、固定子４に対向配置され回転自在に設けられた回転子５とを有する。また、絶縁体２００は、隣接するスロット４１１間に挿入された絶縁体同士をつなげるためのわたり部２１０を有する構成を備えている。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスロットを有する固定子鉄心と、
前記複数のスロットに絶縁体を介して挿入された導体を有する固定子と、
前記固定子に対向配置され、回転自在に設けられた回転子とを有し、
前記絶縁体は、隣接するスロット間に挿入された絶縁体同士をつなげるためのわたり部を有する回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機であって、
前記導体は、回転軸方向から挿入される回転電機。
【請求項３】
請求項１に記載の回転電機であって、
前記絶縁体は絶縁紙である回転電機。
【請求項４】
請求項１に記載の回転電機であって、
前記絶縁体の形状は、略Ｓ字状，略Ｂ字状，略６字状，略Ｕ字状，略ロ状のいずれかの形状である回転電機。
【請求項５】
請求項１に記載の回転電機であって、
前記絶縁体の渡り部は、隣接する２つのスロット間を跨いでいる回転電機。
【請求項６】
請求項１に記載の回転電機であって、
前記絶縁体は、前記固定子鉄心の端面から突出しており、前記固定子鉄心の端面から突出している高さがほぼ一定で前記スロットに挿入されている回転電機。
【請求項７】
複数のスロットを有する固定子鉄心と、
前記複数のスロットに絶縁体を介して挿入された導体を有する固定子と、
前記固定子と対向するように隙間を介して回転可能に設けられた回転子とを有し、
前記絶縁体は、前記固定子の端面から突出したコイルエンド部でつながりを備えた渡り部を有する回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から使用されている回転電機は、固定子鉄心の内周側に開口するように設けられた多数のスロット内にコイルを分布巻きで巻回しており、固定子の伝導コイルに交流電流を供給することで固定子に回転磁界を発生させ、この回転磁界により回転子に回転トルクを発生させている。回転電機は、固定子鉄心とスロット内の伝導コイルが接近して地絡することのないように、固定子鉄心と伝導コイルとは絶縁する必要があり、例えば、その絶縁する手段としては特許文献１に記載のような、固定子コア端部で折り返しのある形状をしたインシュレータが知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２７８８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
伝導コイルと固定子鉄心を絶縁するための絶縁紙において、伝導コイルの傷を抑制しさらに高電圧に耐えうる絶縁紙形状が必要であったが、従来技術では必ずしもこの点を十分に考慮していなかった。
【０００５】
本発明の目的は、伝導コイルの絶縁に好適なインシュレータを備えた回転電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、複数のスロットを有する固定子鉄心と、前記複数のスロットに絶縁体を介して挿入された導体を有する固定子と、前記固定子に対向配置され、回転自在に設けられた回転子とを有し、前記絶縁体は、隣接するスロット間に挿入された絶縁体同士をつなげるためのわたり部を有する回転電機である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、伝導コイルの絶縁に好適なインシュレータを備えた回転電機を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施形態をなす回転電機について説明する。
【０００９】
本実施形態の回転電機は、特にスロット形状に沿って断面矩形状に成形されたセグメント伝導コイルに好適なインシュレータを備えた回転電機である。例えば、固定子鉄心の端部でインシュレータがつながっている構造とし、伝導コイルを固定子の回転軸方向から挿入する。これにより、伝導コイルを挿入するときにインシュレータのずれを防止することができる。さらに、伝導コイルを差し込んだ後にインシュレータの固定子鉄心からの高さを調整することができるため、絶縁性を高めることができる。
【００１０】
本実施形態では、固定子鉄心の内周側に開口するように設けられた多数のスロット内に伝導コイルを挿入し、固定子の伝導コイルに交流電流を供給することで、固定子に回転磁界を発生し、この回転子に回転トルクを発生する回転電機が使用されている。回転電機の種類として、例えばかご型回転子を使用した誘導電動機や回転子に永久磁石を有する同期電動機がある。これらの誘導電動機や同期電動機は発電機としても利用できるので両方を含めて、以下回転電機と記す。
【実施例】
【００１１】
実施例としてハイブリット自動車用の回転電機を図面に基づいて説明する。図１は、誘導型回転電機の側面断面図である。図２は、回転子の断面を斜視図にしたものである。図３は、本実施例の誘導型回転電機に関する各部品の展開斜視図である。
【００１２】
図１に示される誘導型回転電機は、軸方向の一端側が開口した有底筒状のハウジング１と、このハウジング１の開口端を封止するカバー２を有している。ハウジング１の内側には水路形成部材２２が設けられ、水路形成部材２２の一端はハウジング１とカバー２とに挟まれて固定されており、水路２４が固定子４とハウジング１との間に形成される。冷却水の取入口３２から冷却水が水路２４に取り入れられ、冷却水は水路２４から排出口３４に排出されて回転電機を冷却する。ハウジング１とカバー２は、複数本、例えば６本のボルト３によって締結されている。
【００１３】
ハウジング１の内周には水路形成部材２２が設けられているが、この水路形成部材２２の内側には、固定子４が焼き嵌め等で固定されている。この固定子４は、周方向等間隔に複数のスロット４１１が設けられた固定子鉄心４１２と、各スロット４１１内に巻回された３相の固定子コイル４１３とによって構成されている。この実施例では８極４８スロットで、固定子コイル４１３はスター結線にて結線されている。
【００１４】
また、固定子鉄心４１２の内周には、固定子鉄心４１２と対向するように微小な隙間を介して回転可能に回転子５が配置されている。回転子５はシャフト６に固定されており、シャフト６と一体に回転する。シャフト６は、ハウジング１およびカバー２にそれぞれ設けられた一対の軸受として作用するボールベアリング７ａ，７ｂによって回転自在に支持されている。これらのベアリング７ａ，７ｂの内、カバー２側のベアリング７ａは、略四角形状の固定板８によって固定されており、ハウジング１の底部側のベアリング７ｂは、ハウジング１の底部に設けられた凹部に固定されている。このため、固定子４に対して回転子５が相対回転するようになっており、シャフト６のカバー２側端にスリーブ９及びスペーサ１０を介してナット１１によって取り付けられたプーリー１２によってシャフト６の回転力が外部に出力される、もしくは、プーリー１２からの回転力がシャフト６に入力される。尚、スリーブ９の外周及びプーリー１２の内周は、若干、円錐形状となっているため、ナット１１による締め込み力によってプーリー１２とシャフト６が強固に一体化され、一体的に回転できるようになっている。
【００１５】
回転子５は、回転軸方向に延びる導体バー５１１を等間隔で周方向に全周に渡って有しており、回転軸方向両端にて各導体バー５１１を短絡させるよう一対の短絡環５１２が連結された、かご型回転子である。導体バー５１１は磁性体からなる回転子鉄心５１３に埋め込まれている。なお、図２は回転子鉄心５１３と導体バー５１１との関係を明示するために回転軸に垂直な面で断面した断面構造を示しており、プーリー１２側の短絡環５１２とシャフト６が見えていない。
【００１６】
回転子鉄心５１３は、厚さ０.０５〜１mm程度の電磁鋼板を打ち抜き加工またはエッチング加工により成形し、成形された電磁鋼板を積層して構成された積層鋼板からなる。図２及び図３に示すように内周側には、軽量化の為に略扇形の空洞部５１４が周方向等間隔に設けられている。また、外周側には、夫々の導体バー５１１が配置される複数の空間が設けられている。回転子鉄心５１３は、固定子側に導体バー５１１を有しており、導体バー５１１の内側に磁気回路を作るための回転子ヨーク５３０を有している。本実施形態では固定子は８極の固定子コイルを有しており、極数が２極や４極の固定子コイルの誘導電動機に比べ、回転子ヨーク５３０に形成される磁気回路の径方向の厚さを薄くできる。８極より極数を増やす方が前記厚さを薄くできるが、１２極以上では出力および効率が低下する問題がある。従ってエンジン始動機能も含め車両走行用の回転電機は６極から１０極、特に８極あるいは１０極が良好である。
【００１７】
夫々の導体バー５１１及び短絡環５１２は、アルミによって構成されており、回転子鉄心５１３にダイキャストによって一体となるように成形している。尚、回転子鉄心の両端に配置された短絡環５１２は、回転子鉄心５１３から軸方向両端に突出するように設けられる。
【００１８】
また、ハウジング１の底部側には、検出ロータ１３２が設けられ、回転速度や回転子位置を検出するための回転センサ１３は前記検出ロータ１３２の歯を検出することで回転子５の位置や回転子５の回転速度を検知するための電気信号を出力する。
【００１９】
図３に示す固定子４は、周方向に等間隔に７２個のスロット４１１が形成された固定子鉄心４１２と、スロット４１１に挿入された固定子コイル４１３とを有している。固定子鉄心４１２は、例えば厚さ０.０５〜１mm程度の電磁鋼板を打ち抜き加工またはエッチング加工により成形し、成形された電磁鋼板を積層して構成された積層鋼板からなり、周方向に等間隔の放射状に配置された複数のスロット４１１が形成されている。この実施例ではスロットの数は７２個である。これらのスロット４１１間にはティース４１４が設けられており、夫々のティース４１４は環状のコアバック４３０と一体化されている。つまり、各ティース４１４とコアバック４３０が一体成形されている。また、スロット４１１の内周側は開口しており、この開口部分から固定子コイル４１３を構成するコイルが挿入される。前記開口の周方向の幅は、コイルが装着される各スロットのコイル装着部とほぼ同等もしくは、コイル装着部よりも若干大きな幅となるようになっている。
【００２０】
また、コイルエンド上に渡り線が配置されており、全体として整然とした配置となっており、回転電機全体が小型化となる。また電気的な絶縁等の点でも信頼性が確保できる。特に最近自動車駆動用の回転電機は使用電圧が高く、１００Ｖを超えるものが多くあり、場合によっては４００Ｖあるいは６００Ｖの電圧がかかることがあり、伝導コイルの線間の信頼性が重要である。
【００２１】
図４において、固定子４には、伝導コイル４１３が挿入されており、伝導コイル４１３と固定子鉄心４１２の絶縁が保たれるように固定子鉄心４１２の端面からインシュレータ２００が突出している。インシュレータ２００は固定子鉄心４１２の端面から２mm〜５mm程度突出している。
【００２２】
インシュレータ２００は板材の絶縁部材からできており、厚さは０.１〜０.５mm程である。また、インシュレータ２００は渡り部２１０を有している。
【００２３】
次に、固定子４の絶縁構造について説明する。図４のように固定子鉄心４１２のスロット４１１にインシュレータ２００を事前に挿入する。そこに、略丸形、もしくは略矩形の伝導コイル４１３を回転軸方向から挿入する。
【００２４】
固定子鉄心４１２の回転軸方向より伝導コイル４１３を挿入する場合、スロット４１１に挿入されたインシュレータ２００が渡り部２１０によりつながっていることにより、伝導コイル４１３を挿入後、位置決め治具２１１により渡り部２１０を利用し、インシュレータの絶縁を確保する所要の高さに調整することができる。さらに、挿入時に生じたずれを調整することができ確実な電気絶縁が可能となり高電圧化に適した絶縁構造となる。
【００２５】
図５（ａ）〜（ｇ）は、隣接する２スロット間のつながりをもつ略Ｓ字形状のインシュレータ２００の成形方法を示している。インシュレータ２００は、渡り部２１０を備え固定子鉄心４１２のスロット４１１の形状に沿った形状になるように折り曲げ工程により成形する。
【００２６】
低電圧の場合は隣接する伝導コイル４１３を隔てる構造でなくても良いが、高電圧の場合は隣接する伝導コイル４１３を確実に隔て伝導コイル４１３を包み込むようなインシュレータ２００構造が好ましい。
【００２７】
図６（ａ）〜（ｄ）は、隣接する３スロット間のつながりをもつ略Ｓ字形状のインシュレータ２００の成形方法を示す。インシュレータ２００は渡り部２１０を備え固定子鉄心４１２のスロット４１１の形状に沿った形状になるように折り曲げ工程により成形する。
【００２８】
図７（ａ）〜（ｄ）は、隣接する２スロットのつながりをもつ略口字形状のインシュレータ２００の成形方法を示す。渡り部２１０を備え固定子鉄心４１２のスロット４１１の形状に沿った形状になるように折り曲げ工程により成形する。
【００２９】
以上により、スロット４１１に挿入する伝導コイル４１３に応じてインシュレータの形状を変更でき、従来のインシュレータの成形方法と同様の折り曲げ工程で高い絶縁性が確保できる。
【００３０】
さらに、インシュレータ２００の構造を、全スロット間で互いにつながりをもつ構造にすると伝導コイル４１３と固定子鉄心４１２との絶縁距離を確保することができ絶縁性の向上が図れる。
【００３１】
図８（ａ）〜（ｃ）は実施例のインシュレータ２００を固定子鉄心４１２に挿入した状態を示す。渡り部２１０は隣接するスロット４１１に跨る構造が好ましい。図８（ａ）は図５で説明したインシュレータ２００をスロット４１１に挿入した状態を示している。隣接する二つのスロット間同士を渡り線でつないでいる。
【００３２】
図８（ｂ）（ｃ）は図６で説明したインシュレータ２００をスロット４１１に挿入した状態を示している。図８（ｂ）は、隣接する３つのスロットにインシュレータ２００が径方向に２組挿入されている。また、図８（ｃ）も図８（ｂ）と同様、径方向に２組のインシュレータ２００がスロット４１１に挿入されているが、図８（ｂ）とは異なり、径方向外側のインシュレータ２００と径方向内側のインシュレータ２００との配置が周方向にスロット一つ分ずらして挿入されている。
【００３３】
図９はインシュレータの高さを調整して位置決め制御の状態を示す。
【００３４】
図９で示されるように、固定子鉄心とインシュレータ２００の渡り部２１０との間に位置決め治具２１１を設けることにより、インシュレータ２００の絶縁が確保される所要の高さにインシュレータ２００の突出を調整することができる。
【００３５】
さらに、伝導コイル４１３を挿入する前に、インシュレータ２００の渡り部２１０を位置決め治具２１１により係止めとして用いることもできる。
【００３６】
これにより、インシュレータ２００に伝導コイル４１３を挿入後、固定子鉄心４１２の端面からのインシュレータの高さを位置制御することができ、生産性が向上する。
【００３７】
また、インシュレータ２００の渡り部２１０は固定子鉄心４１２からの高さをほぼ一定にした後に切断しても良い。
【００３８】
以上、説明したように固定子鉄心４１２に渡り部２１０を有するインシュレータ２００を挿入することで、渡り部２１０を利用し、インシュレータの絶縁を確保する所要の高さに調整することができる。さらに、挿入時に生じたずれを調整することができ確実な電気絶縁が可能となり高電圧化に適した絶縁構造が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施形態をなす誘導型回転電機の側面断面図を示す。
【図２】図１の各部品の展開斜視図を示す。
【図３】図１の固定子４の斜視図を示す。
【図４】本発明の実施例の固定子の詳細図を示す。
【図５】インシュレータの製造工程図を示す。
【図６】インシュレータの製造工程図を示す。
【図７】インシュレータの製造工程図を示す。
【図８】固定子の詳細図を示す。
【図９】インシュレータの位置決め制御を示す。
【符号の説明】
【００４０】
４  固定子
５  回転子
２００  インシュレータ
２１０  渡り部
２１１  位置決め治具
４１１  スロット
４１２  固定子鉄心
４１３  伝導コイル
【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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【図９】
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