(57)【要約】【課題】回転電機の固定子において、コイルの絶縁被膜の厚さを適切に設定して、コイルエンドとスロット内における絶縁性能を確保しながら、スロット内のコイルの占積率を向上させることである。【解決手段】回転電機の固定子１０は、ステータコア１２の周方向に沿って複数配置されるスロット１６と、スロット内壁に沿って配置されるスロット絶縁体３４と、スロット１６に挿入されて巻回され、スロット１６内導体２２とコイルエンド導体２４と、スロット内導体２２とコイルエンド導体２４を被覆するコイルの絶縁被膜３０，３２とを有するコイル２０とを備え、コイルの絶縁被膜３０，３２は、スロット絶縁体３４の誘電率と異なる誘電率、及びスロット絶縁体３４の厚さと異なる厚さを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータコアの周方向に沿って複数配置されるスロットと、
スロット内壁に沿って配置されるスロット絶縁体と、
スロットに挿入されて巻回されるコイルであって、コイル導体とコイル導体を被覆するコイル絶縁被膜とを有するコイルと、
を備え、
コイル絶縁被膜は、スロット絶縁体の誘電率と異なる誘電率、及びスロット絶縁体の厚さと異なる厚さを有することを特徴とする回転電機の固定子。
【請求項２】
請求項1に記載の回転電機の固定子において、
コイル絶縁被膜は、
誘電率がスロット絶縁体の誘電率よりも大きく、厚さがスロット絶縁体よりも薄いことを特徴とする回転電機の固定子。
【請求項３】
請求項1に記載の回転電機の固定子において、
コイル絶縁被膜は、
誘電率がスロット絶縁体の誘電率よりも小さく、厚さがスロット絶縁体よりも厚いことを特徴とする回転電機の固定子。
【請求項４】
請求項２に記載の回転電機の固定子において、
コイルエンドのコイル絶縁被膜よりもスロット内のコイル絶縁被膜が薄い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、回転電機の固定子に係り、特に、絶縁被膜を有するコイルが巻回される回転電機の固定子に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機の固定子は、ステータコアのスロットを通って絶縁被膜を有するコイルが巻回され、ステータコアの軸方向に突き出たコイルの部分はコイルエンドと呼ばれる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、回転電機のステータコイルにおいて、コイルエンド部分の絶縁層とスロット部分の絶縁層の間で、絶縁層の厚さまたは絶縁材料が異なるものが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、回転電機に用いられる絶縁被膜導線に関し、部分放電開始電圧（ＰＤＩＶ）が（絶縁被膜の厚さｔ／絶縁被膜の誘電率ε）の０．４６乗に比例することが述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２３６９２４号公報
【特許文献２】特開２０１２−１１３８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
回転電機の固定子のコイルは、コイルエンドでは異相コイルが隣接し、スロット内では同相コイルが隣接する。異相コイル間の電圧差の方が同相コイル間の電圧差より大きいので、絶縁性を考えると、コイルの絶縁被膜は、コイルエンドにおける絶縁性を確保する厚さが必要である。
【０００７】
コイルの絶縁被膜の厚さをスロット内とコイルエンドとで同じとすると、スロット内では過剰に厚い絶縁被膜となり、スロット内のコイルの占積率を低下させ、回転電機の銅損等が増加する。
【０００８】
本発明の目的は、コイルの絶縁被膜の厚さを適切に設定した回転電機の固定子を提供することである。他の目的は、コイルエンドとスロット内における絶縁性能を確保しながら、スロット内のコイルの占積率を向上できる回転電機の固定子を提供することである。以下の手段は、上記目的の少なくとも１つに貢献する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る回転電機の固定子は、ステータコアの周方向に沿って複数配置されるスロットと、スロット内壁に沿って配置されるスロット絶縁体と、スロットに挿入されて巻回されるコイルであって、コイル導体とコイル導体を被覆するコイル絶縁被膜とを有するコイルと、を備え、コイル絶縁被膜は、スロット絶縁体の誘電率と異なる誘電率と、スロット絶縁体の厚さと異なる厚さとを有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る回転電機の固定子において、コイル絶縁被膜は、誘電率がスロット絶縁体の誘電率よりも大きく、厚さがスロット絶縁体よりも薄いことが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係る回転電機の固定子において、コイル絶縁被膜は、誘電率がスロット絶縁体の誘電率よりも小さく、厚さがスロット絶縁体よりも厚いことが好ましい。
【００１２】
また、本発明に係る回転電機の固定子において、コイルエンドのコイル絶縁被膜よりもスロット内のコイル絶縁被膜が薄いことが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
上記構成により、回転電機の固定子は、コイル絶縁被膜の誘電率とスロット絶縁体の誘電率の大小に応じて、コイル絶縁被膜の厚さとスロット絶縁体の厚さを異なるものとする。このように、誘電率を考慮して、コイル絶縁被膜の厚さとスロット絶縁体の厚さを適切に変更でき、これによって、絶縁性能を確保するようにコイルの絶縁被膜の厚さを適切な厚さに設定できる。
【００１４】
特許文献２に示されるように、部分放電開始電圧（ＰＤＩＶ）は（絶縁被膜の厚さｔ／絶縁被膜の誘電率ε）の０．４６乗に比例する。例として誘電率が２倍になると絶縁性能は０．７２倍になる。したがって、総絶縁厚さ＝（コイル絶縁被膜厚さ＋スロット絶縁体厚さ）は、同じ絶縁性能の場合、誘電率が小さい材料を多く用いた方が薄くできる。総絶縁厚さが薄くなれば、スロット内のコイルの占積率が向上する。
【００１５】
上記構成によれば、回転電機の固定子において、コイル絶縁被膜の誘電率がスロット絶縁体の誘電率より大きいときは、コイル絶縁被膜の方をスロット絶縁体よりも薄くする。逆に、コイル絶縁被膜の誘電率がスロット絶縁体の誘電率より小さいときは、コイル絶縁被膜の方をスロット絶縁体よりも厚くする。このようにすることで、総絶縁厚さ＝（コイル絶縁被膜厚さ＋スロット絶縁体厚さ）を小さくでき、スロット内のコイルの占積率を向上できる。
【００１６】
また、上記構成によれば、コイル絶縁被膜の誘電率がスロット絶縁体の誘電率より大きいときは、コイルエンドのコイル絶縁被膜よりもスロット内のコイル絶縁被膜を薄くする。スロット内においては、コイルの絶縁被膜の誘電率が大きいので、コイルの絶縁被膜をスロット絶縁体より薄くしても絶縁性能を確保できる。コイルエンドではスロット絶縁体がないので、スロット内よりもコイルの絶縁被膜を厚くする。このようにすることで、コイルエンドもスロット内も絶縁性能を確保しながら、スロット内のコイルの占積率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態の回転電機の固定子において、コイル絶縁被膜とスロット絶縁体を示す図である。（ａ）は回転電機の固定子の斜視図、（ｂ）はスロットに巻回されたコイルの絶縁被膜とスロットのスロット絶縁体を示す断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線におけるスロット内コイルの断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線におけるコイルエンドの断面図である。
【図４】本発明の実施の形態の回転電機の固定子において、スロット内のコイル絶縁被膜とスロット絶縁体を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、回転電機として、三相同期型を述べるが、これは説明のための例示であって、コイルが巻回される回転電機であればよい。以下では、導体セグメントコイルでコイルを形成するものとして述べるが、これは説明のための例示であって、導体線をスロットに通してティースに巻回する巻線コイルであってもよい。コイルの断面形状を矩形として述べるが、矩形形状には角部が適当に丸みを有するものも含む。また、矩形形状は説明のための例示であって、断面が円形形状、楕円形状等であってもよい。
【００１９】
以下で述べるステータコアのスロットの数、１つのスロットに配置されるコイルの数等は説明のための例示であって、回転電機の固定子の仕様に応じ、適宜変更が可能である。
【００２０】
以下では、全ての図面において一または対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２１】
図１は、回転電機の固定子１０を示す図である。回転電機は、三相同期型回転電機である。以下では、特に断らない限り、回転電機の固定子１０を、単に固定子１０と呼ぶことにする。図１（ａ）は、固定子１０のステータコア１２にコイル２０が巻回される様子を示す斜視図、（ｂ）は、コイル２０のスロット内とコイルエンドにおける絶縁被膜と、スロットの内壁に設けられるスロット絶縁体を示す断面図である。（ｂ）には、ステータコア１２の周方向と軸方向を示した。
【００２２】
固定子１０は、図示されていない回転子と組み合わせて回転電機を構成し、コイルに通電することで回転子と電磁作用的に協働して回転子を回転させ、回転子の回転軸にトルクを出力させる。
【００２３】
固定子１０は、ステータコア１２と、ステータコア１２の周方向に沿って配置される複数のティース１４と、隣接するティース１４の間の空間であるスロット１６と、スロット１６を通って巻回されるコイル２０を備える。
【００２４】
ステータコア１２は、内周側に複数のティース１４が配置される円環状の磁性体部材である。かかるステータコア１２は、所定の形状の電磁鋼板を複数枚積層して形成される。
【００２５】
コイル２０は、導体セグメントコイルを用いて形成される。導体セグメントコイルは、断面が矩形形状の導体をＵ字状に曲げたもので、表面は絶縁被膜が設けられる。導体の材料としては高導電性の金属を用いることができる。高導電性の金属としては銅等を用いることができる。絶縁被膜としては、ポリアミドイミドのエナメル被覆が用いられる。絶縁被膜の厚さは、固定子１０の絶縁仕様等で定められる。厚さの一例を挙げると、約３０〜５０μｍである。絶縁被膜に用いられるエナメル被覆としては、ポリエステルイミド、ポリイミド、ポリエステル、ホルマール等を用いてもよい。
【００２６】
導体セグメントコイルを用いてコイルを形成するには次のように行われる。導体セグメントコイルの２つの脚部の先端部を、ステータコア１２の周方向に沿って所定のスロット間隔で離れた２つのスロット１６に、ステータコア１２の軸方向の一方側から挿入する。図１では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相にあわせ、６つのスロット間隔だけ離れた２つのスロット１６が用いられる。この２つのスロット１６に導体セグメントコイルの２つの脚部の先端がステータコア１２の軸方向の一方側から挿入される。図１では、スタータコア１２の軸方向の一方側は、紙面に沿って上側である。
【００２７】
ステータコア１２の軸方向の一方側からスロット１６に挿入された２つの脚部の先端部は、ステータコア１２の軸方向の他方側で突き出る。突き出た先端部は、ステータコア１２の軸方向の他方側で曲げられ、同様にスロット１６に挿入された他の導体セグメントコイルの先端部と溶接等で接続される。他の導体セグメントコイルの先端部との接続は、固定子１０の巻線仕様に応じて行われる。このようにして、複数の導体セグメントコイルがステータコア１２に組付けられ、互いに接続されて、コイル２０を形成する。
【００２８】
複数の導体セグメントコイルがステータコア１２に組付けられてコイル２０を形成した状態は、ステータコア１２の軸方向の一方側に複数のＵ字状の部分が配列され、他方側に曲げられて接続された複数の先端部が配列される。巻線コイルがステータコア１２の軸方向に突き出した部分は、コイルエンドと呼ばれる。複数のＵ字状の部分が配列された部分が、ステータコア１２の軸方向の一方側に突き出した一方側コイルエンドで、複数の曲げられた先端部が配列された部分が、ステータコア１２の軸方向の他方側に突き出した他方側コイルエンドである。
【００２９】
図１では、コイル２０がスロット内部分とコイルエンド部分とを区別している。スロット内部分は、スロット内の導体２２とスロット内絶縁被膜３０で構成され、コイルエンド部分は、コイルエンドの導体２４とコイルエンド絶縁被膜３２で構成される。
【００３０】
図１で示されるスロット絶縁体３４は、ティース１４の内壁面に沿って設けられる絶縁体である。スロット絶縁体３４は、絶縁紙、プラスチックシート等が用いられる。コイル２０の絶縁被膜と同様の材質の絶縁体を用いることもできる。
【００３１】
図２は、図１のＡ−Ａ線の断面図で、コイル２０のスロット内部分の断面図である。スロット内絶縁被膜３０の厚さは、ステータコア１２の周方向に沿った厚さがｔ1で、ステータコア１２の径方向に沿った厚さがｔ2である。ステータコア１２の周方向と径方向は図２に示した。
【００３２】
図３は、図１のＢ−Ｂ線の断面図で、コイル２０のコイルエンド部分の断面図である。コイルエンド絶縁被膜３２の厚さは、ステータコア１２の周方向に沿った厚さがｔ3で、ステータコア１２の径方向に沿った厚さがｔ4である。
【００３３】
従来技術では、コイル２０において、スロット内の導体２２とコイルエンド導体２４の断面形状は同じである。また、コイル絶縁被膜の厚さもコイル２０の全体に渡って同じで、ｔ1＝ｔ2＝ｔ3＝ｔ4である。以下では、コイル絶縁被膜の厚さを変更することで、スロット１６内のコイル占積率を向上できることを説明する。
【００３４】
スロット１６内について、スロット内絶縁被膜３０は、誘電率がスロット絶縁体３４の誘電率と異なり、厚さｔ1，ｔ2が、スロット絶縁体３４の厚さｔ5（図４参照）と異なる。このように、スロット内絶縁被膜３０とスロット絶縁体３４の間で誘電率と厚さを異ならせているのは、特許文献２で述べられているように、部分放電開始電圧（ＰＤＩＶ）は（絶縁被膜の厚さｔ／絶縁被膜の誘電率ε）の０．４６乗に比例することを利用して、スロット１６内のコイル２０の占積率を向上させるためである。
【００３５】
上記の式の計算例として、厚さｔを同じで誘電率εが２倍になると絶縁性能は０．７２倍になる。誘電率εを同じとして厚さｔを１／２にすると絶縁性能は１．４４倍になる。誘電率εを２倍、厚さｔを１／２にすると絶縁性能は約２倍になり、誘電率εを１／２、厚さｔを２倍にすると絶縁性能は約１／２になる。したがって、総絶縁厚さ＝（コイル絶縁被膜厚さ＋スロット絶縁体厚さ）は、同じ絶縁性能の場合、誘電率εが小さい材料を多く用いた方が薄くできる。総絶縁厚さが薄くなれば、スロット内のコイルの占積率が向上する。
【００３６】
すなわち、スロット内絶縁被膜３０の誘電率がスロット絶縁体３４の誘電率よりも大きい場合は、スロット内絶縁被膜３０の厚さｔ1，ｔ2をスロット絶縁体３４の厚さｔ5よりも薄くする。図４は、スロット内絶縁被膜３０の誘電率がスロット絶縁体３４の誘電率よりも大きい場合の１つのスロット１６における断面図である。ここで、スロット絶縁体３４の厚さｔ5よりも、スロット内絶縁被膜３０の厚さｔ1，ｔ2が薄く示されている。ｔ1，ｔ2は同じ厚さとしてよいが、図４でスロット１６の最も外径側で、他のコイル２０と隣接せずスロット絶縁体３４と対向するスロット内絶縁被膜３０の厚さｔ2は、ｔ1よりも薄くしてもよい。この部分に印加される電圧は、コイル２０の導体２２とティース１４の間の電圧で、隣接するコイル２０の間の同相間の電圧より低いからである。
【００３７】
逆に、スロット内絶縁被膜３０の誘電率がスロット絶縁体３４の誘電率よりも小さい場合は、スロット絶縁体３４の厚さｔ5をスロット内絶縁被膜３０の厚さｔ1，ｔ2よりも薄くする。換言すれば、この場合は、スロット内絶縁被膜３０の厚さｔ1，ｔ2をスロット絶縁体３４の厚さｔ5よりも厚くする。
【００３８】
このようにすることで、スロット１６における絶縁性能を同じとして、総絶縁厚さ＝（コイル絶縁被膜厚さ＋スロット絶縁体厚さ）を小さくできる。これによって、スロット１６内の絶縁性能を確保しながら、スロット１６内のコイル２０の占積率が向上する。
【００３９】
スロット１６内のコイル２０は、同相巻線が隣接するが、コイルエンドのコイル２０は、異相巻線が隣接するので、スロット１６内の絶縁性能よりも高い絶縁性能が要求される。コイルエンドではスロット絶縁体３４がないので、コイルエンド絶縁被膜３２の厚さｔ3，ｔ4の厚さを、スロット内絶縁被膜３０の厚さｔ1，ｔ2より厚くする。ｔ3，ｔ4は同じ厚さとしてよい。これによって、コイルエンドにおける絶縁性能も確保しながら、スロット１６内のコイル２０の占積率を向上させることができる。
【００４０】
設定の手順の１つの例を示すと、コイルエンドにおける絶縁性能を満たすように、コイルエンド絶縁被膜３２の誘電率と厚さｔ3，ｔ4を決める。次に、スロット１６内における絶縁性能を満たすように、スロット内絶縁被膜３０の厚さｔ1，ｔ2を決める。誘電率は同じとする。スロット１６内における絶縁性能の要求は、コイルエンドにおける絶縁性能の要求よりも緩やかであるので、ｔ1，ｔ2はｔ3，ｔ4よりも薄くできる。これにより、スロット１６内のコイル２０の占積率が向上する。
【００４１】
このときに、スロット絶縁体３４の誘電率を、スロット内絶縁被膜３０の誘電率と異なるものにする。そして、スロット１６内における絶縁性能を満たすように、総絶縁厚さ＝（コイル絶縁被膜厚さ＋スロット絶縁体厚さ）を算出しなおす。例えば、スロット絶縁体３４の誘電率を、スロット内絶縁被膜３０の誘電率よりも小さく設定すると、スロット絶縁体３４の厚さｔ5をスロット内絶縁被膜３０の厚さｔ1，ｔ2より厚くし、スロット内絶縁被膜３０の厚さｔ1，ｔ2をさらに薄くして、総絶縁厚さを小さくできる。スロット絶縁体３４の誘電率を、スロット内絶縁被膜３０の誘電率よりも大きくしても、スロット絶縁体３４の厚さｔ5をスロット内絶縁被膜３０の厚さｔ1，ｔ2より薄くし、スロット内絶縁被膜３０の厚さｔ1，ｔ2を厚くすることで、総絶縁厚さを小さくできる。
【００４２】
これにより、スロット１６内のコイル２０の占積率がさらに向上し、ステータコア１２の全体も小型化する。
【符号の説明】
【００４３】
１０  回転電機の固定子、１２  ステータコア、１４  ティース、１６  スロット、２０  コイル、２２，２４  導体、３０  （コイルの）スロット内絶縁被膜、３２  （コイルの）コイルエンド絶縁被膜、３４  スロット絶縁体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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