(57)【要約】【課題】回転電機の磁極であって、鉄心の軸方向端面において、鉄心とコイルとの沿面絶縁性を向上させた構成を提供する。【解決手段】鉄心４０の軸方向両端に設けられた巻枠１０が、鉄心４０のティース部４６上の胴部１３と、ヨーク部４５上の第一フランジ１１と先端部４２上の第二フランジ１２とを備え、鉄心４０と接する部位の胴部１３に設けた第一切り欠き１３Ａ、第一フランジ１１に設けた第二切り欠き１１Ａ、第二フランジ１２に設けた第三切り欠き１２Ａとによって、鉄心４０との間に樹脂導入路１５が形成されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄心に取り付けられた巻枠と絶縁シートとコイルとで形成された磁極において、前記鉄心は、ヨーク部とティース部と前記ティース部の先端で円弧状に延伸する先端部とで構成され、前記巻枠は、前記鉄心の軸方向端面において、前記ヨーク部上に配置される第一フランジと、前記第一フランジに対向して前記先端部上に配置される第二フランジと、長手方向を前記第一フランジと前記第二フランジ間とをつなぎ前記ティース部上に配置される胴部とで構成されているとともに、前記ティース部に接する前記胴部には、短手方向両端であって前記長手方向全長にわたり第一切り欠きが設けられており、前記第一フランジの前記第二フランジに対向する側であって、前記ヨーク部に接する部位に、前記第一切り欠きと連通して、前記第一フランジの幅方向外側に向かう第二切り欠きが設けられており、前記第二フランジの前記先端部に接する部位に、前記第一切り欠きと連通して、前記第二フランジの幅方向外側に向かう第三切り欠きが設けられ、前記第一切り欠き、前記第二切り欠き、前記第三切り欠きによって、前記鉄心の軸方向端面との間に、樹脂導入路が形成されている磁極。
【請求項２】
前記胴部に設けられた前記第一切り欠きが、前記第一フランジの厚さ方向を貫通して設けられている請求項１に記載の磁極。
【請求項３】
前記第一フランジに設けられた前記第二切り欠きが、前記第一フランジの厚さ方向全面にわたって設けられている請求項２に記載の磁極。
【請求項４】
前記胴部の長手方向は、前記第二フランジの厚さ方向中間部分まで延伸するとともに、前記第一切り欠きも前記第二フランジの厚さ方向中間部分まで延伸しており、かつ前記第二フランジは、前記第一フランジと対向する反対面に溝が設けられ、前記第一切り欠き、前記第二切り欠き、前記第三切り欠きおよび前記溝によって、前記鉄心の軸方向端面との間に、樹脂導入路が形成されている請求項１に記載の磁極。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の磁極であって、前記樹脂導入路に絶縁樹脂が充填されている磁極。
【請求項６】
請求項５に記載の磁極を、複数個円環状に配置した固定子。
【請求項７】
請求項６に記載の固定子を備えた回転電機。
【請求項８】
次のステップを備えた固定子の製造方法。
ステップ１．鉄心に巻枠、絶縁シートを装着するステップ。
ステップ２．前記鉄心の前記巻枠、前記絶縁シート上に導体を巻きつけ、コイルを形成して磁極とするステップ。
ステップ３．フレームに前記磁極を複数個円環状に配置、固定するステップ。
ステップ４．専用の治具を用い、前記フレーム内に絶縁樹脂を注入するとともに、前記鉄心と前記巻枠との間に形成されている樹脂導入路を前記絶縁樹脂で充填するステップ。
ステップ５．一定の温度で保持して前記絶縁樹脂を硬化させ、固定子を形成させるステップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、磁極および磁極を配置した固定子および固定子を備えた回転電機および固定子の製造方法に関するもので、特に磁極におけるコイルと鉄心間の沿面絶縁性能をより確実に確保可能とした構成に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、回転電機の小型化、高出力化を実現するため、固定子を分割もしくは薄肉部で連結した鉄心を用いてティース部に集中巻線し、前記鉄心を嵌合させた固定子を備えたものが多く用いられている。ここで積層された鉄心と巻線との間は、絶縁シートをスロット部に挿入することで絶縁処理がなされている。
【０００３】
例えば、特許文献１に示された固定子においては、絶縁シートは、積層鉄心のスロット部のコイル巻装部内側を絶縁する部位、巻線体の側部を覆う部位、さらにこの部位に積層鉄心の積層厚より突出させたタブを一体で備えており、巻装した巻線体を絶縁シートの部位を折り曲げて覆い、その後に左右および上下両端部に設けた他部を折り曲げてコイルエンド部（積層方向の端部にあるコイル）を絶縁することが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−６１２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に示されたものは、積層鉄心のスロット部のコイル巻装部内側の絶縁シートと、積層鉄心の端部に設けられている絶縁端板との間に隙間が存在しており、沿面絶縁距離が短く、従ってコイルの沿面絶縁を規格や法令で定められた値を確保しようとするには、鉄心積層方向の絶縁シート長を延伸する構成とする必要があり、その構成では固定子の軸長が大きくなるという問題点がある。また、湿気等の影響で絶縁特性が劣化しやすいという問題点もある。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、鉄心とコイル間との沿面絶縁が確保された磁極および磁極を配置した固定子、および固定子を備えた回転電機ならびに固定子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明の磁極は、鉄心に取り付けられた巻枠と絶縁シートとコイルとで形成された磁極において、前記鉄心は、ヨーク部とティース部と前記ティース部の先端で円弧状に延伸する先端部とで構成され、前記巻枠は、前記鉄心の軸方向端面において、前記ヨーク部上に配置される第一フランジと、前記第一フランジに対向して前記先端部上に配置される第二フランジと、長手方向を前記第一フランジと前記第二フランジ間とをつなぎ前記ティース部上に配置される胴部とで構成されているとともに、前記ティース部に接する前記胴部には、短手方向両端であって前記長手方向全長にわたり第一切り欠きが設けられており、前記第一フランジの前記第二フランジに対向する側であって、前記ヨーク部に接する部位に、前記第一切り欠きと連通して、前記第一フランジの幅方向外側に向かう第二切り欠きが設けられており、前記第二フランジの前記先端部に接する部位に、前記第一切り欠きと連通して、前記第二フランジの幅方向外側に向かう第三切り欠きが設けられ、前記第一切り欠き、前記第二切り欠き、前記第三切り欠きによって、前記鉄心の軸方向端面との間に、樹脂導入路が形成されているものである。
第２の発明は、第１の発明による磁極を複数個円環状に配置した固定子である。
第３の発明は、第２の発明による固定子を備えた回転電機である。
第４の発明の固定子を備えた固定子の製造方法は、次のステップを備えたものである。
ステップ１．鉄心に巻枠、絶縁シートを装着するステップ。
ステップ２．前記鉄心の前記巻枠、前記絶縁シート上に導体を巻きつけ、コイルを形成して磁極とするステップ。
ステップ３．フレームに前記磁極を複数個円環状に配置、固定するステップ。
ステップ４．専用の治具を用い、前記フレーム内に絶縁樹脂を注入するとともに、前記鉄心と前記巻枠との間に形成されている樹脂導入路を前記絶縁樹脂で充填するステップ。
ステップ５．一定の温度で保持して前記絶縁樹脂を硬化させ、固定子を形成させるステップ。
【発明の効果】
【０００８】
第１の発明に係る磁極は、上記のような構成を採用しているので、鉄心とコイルとの沿面絶縁性をより確実に確保でき、また湿気等による沿面絶縁低下を防止することができる。
また、第２の発明に係る固定子は、上記第１の発明と同様の効果を有するとともに、固定子の軸方向長を短くし、小型化された固定子となり、かつ第３の発明に係る回転電機も絶縁性能の向上した回転電機を提供できるという効果を有し、また第４の発明に係る固定子の製造方法も絶縁性能が向上した小型化された固定子となり、放熱性、対振動特性も向上するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１による固定子の平面図である。
【図２】実施の形態１による鉄心の平面図である。
【図３】実施の形態１による鉄心に巻枠、絶縁シートの装着状態を示す斜視図である。
【図４】実施の形態１による磁極の斜視図である。
【図５】実施の形態１による磁極の正面図である。
【図６】実施の形態１による鉄心、巻枠、絶縁シートの分解状態を示す斜視図である。
【図７】実施の形態１による磁極の断面図である。
【図８】実施の形態１による磁極の拡大概念断面図である。
【図９】実施の形態１による磁極の概念断面図である。
【図１０】実施の形態１による固定子の製造方法を示す図である。
【図１１】実施の形態１による固定子へ絶縁樹脂を注入する図である。
【図１２】実施の形態１による固定子が絶縁樹脂で充填された状態を示す図である。
【図１３】実施の形態２による鉄心に巻枠、絶縁シートの装着状態を示す斜視図である。
【図１４】実施の形態２による磁極の正面図である。
【図１５】実施の形態２による巻枠の斜視図である。
【図１６】実施の形態２による磁極の断面図である。
【図１７】実施の形態２による巻枠の斜視図である。
【図１８】実施の形態３による巻枠の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。図１は回転電機の固定子１００を示す平面図である。図１において、固定子１００は複数の磁極５０を円周上に連結、配列し、円環状に組み立てられている。尚、図１に示すＤ−Ｄ矢視は後述する図９にて説明する。磁極５０は鉄心４０と、この鉄心４０に巻枠１０と図示省略した絶縁シート２０を取り付け後、導体を複数回巻き付けたコイル３０とによって構成される。巻枠１０は鉄心４０とコイル３０との間の電気的絶縁と、コイル３０を所定の位置に巻き付ける機能、およびコイル３０の図示省略した端子部を支持するとともに、前記絶縁シート２０を所定位置に保持する機能を備えている。
【００１１】
図２に、鉄心４０の平面図を示す。鉄心４０は隣り合う鉄心４０と接合するヨーク部４５と、このヨーク部４５につながるティース部４６と、図示省略した回転電機の電機子に対向し、前記ティース部４６の先端で円弧状の先端部４２を有しており、ヨーク部４５には先端部４２に対向するヨーク部側スロット辺４３が、先端部４２にはヨーク部４５に対向する先端部側スロット辺４７が、またティース部４６にはティース部スロット辺４４が形成され、前記ヨーク部側スロット辺４３、ティース部スロット辺４４、先端部側スロット辺４７で囲まれる領域でもってスロット４１を形成している。尚、鉄心４０は打ち抜かれた薄板の積層構造である。
【００１２】
図３は、コイル３０が未装着状態における鉄心４０の軸方向両端に巻枠１０を、また鉄心４０のスロット４１に凹型状に成型された絶縁シート２０によって、ヨーク部側スロット辺４３、先端部側スロット辺４７、ティース部スロット辺４４の３辺を覆って装着した状態を示す。尚、この状態、すなわち巻枠１０を鉄心４０の軸方向両端に装着した状態で、巻枠１０に設けられた後述する第一切り欠き１３Ａ、第二切り欠き１１Ａ、第三切り欠き１２Ａと鉄心４０との間に、樹脂導入路１５が形成されている。
【００１３】
図４は、１極分の磁極５０を示す斜視図である。図４において破線で示す部分は、後述するフレーム６０に磁極５０を固定後、絶縁樹脂５１が充填、硬化された状態を示す模式図である。図５は、図４に示した磁極５０を回転電機の内径側（反ヨーク側）から見た正面図である。図６は、図３に示した鉄心４０、絶縁シート２０、巻枠１０を分解した状態を示す斜視図である。
【００１４】
図６に示すように、巻枠１０は、鉄心４０の軸方向両端面であって、ヨーク部４５上に配置され所定の厚さを有する第一フランジ１１と、先端部４２に配置され所定の厚さを有する第二フランジ１２と、この第一フランジ１１と第二フランジ１２間を接続し、ティース部４６上に配置される胴部１３とが、樹脂材で一体化成形されている。
【００１５】
前述した図５のＥ−Ｅ断面である図７および図６を参照して、巻枠１０の胴部１３の幅方向両端で鉄心４０に接する部位であって第一フランジ１１から第二フランジ１２に到る長手方向全長には、第一切り欠き１３Ａが設けられている。また、第一切り欠き１３Ａに連通して第一フランジ１１の第二フランジ１２に対向する鉄心４０に接する部位には、第一フランジ１１の幅方向外側に向かって第二切り欠き１１Ａが、さらに前記第一切り欠き１３Ａに連通して第二フランジ１２の鉄心４０の先端部４２に接する部位には、第二フランジ１２の幅方向外側に向かって第三切り欠き１２Ａが設けられている。
【００１６】
ここで、第一切り欠き１３Ａの幅は例えばＷ≧０．１ｍｍであり、また、高さＨは例えば０．２〜０．５ｍｍである。しかしこの値は固定子１００の体格によって選定されるものであり、何ら限定されるものではない。このような構成の巻枠１０を鉄心４０に装着すると、鉄心４０の端面と前記第一切り欠き１３Ａ、第二切り欠き１１Ａ、第三切り欠き１２Ａとによって、前述した図３、図４に示すように樹脂導入路１５が形成される。
【００１７】
図８は、図５のＦ−Ｆ断面を示す。また図９は、鉄心４０のスロット４１に絶縁シート２０を装着後、導体を巻きつけてコイル３０を形成し磁極５０とした状態での鉄心４０、巻枠１０、絶縁シート２０、コイル３０の相対的位置を示す拡大概念断面図であり、特に、コイル３０の巻き終わり部分を示す。この図９から判るように、後述する絶縁樹脂５１が樹脂導入路１５に充填されていることを示す。このように、鉄心４０の端面に装着される巻枠１０の樹脂導入路１５に絶縁樹脂５１が充填されるので、鉄心４０とコイル３０間の沿面絶縁が確保可能となり、絶縁シート２０は沿面絶縁を確保する機能は不要となり、対地絶縁の機能のみを有するものであってもよい。つまり、図９に示す絶縁シート２０が鉄心４０より延伸する長さＬは、例えば０〜２ｍｍ程度でよい。
【００１８】
尚、巻枠１０の材質はＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＬＰＣ（液晶ポリエステル）、ＰＰＳ（ポリフェニンサルファイド）ＰＯＭ（ポリアセタール）などの熱可塑性樹脂が用いられ、絶縁シート２０はＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）等の熱可塑性樹脂からなるフィルム材であり、厚さは０．０３〜０．３ｍｍ程度のものが用いられる。また、絶縁樹脂５１はコイル３０の導体間隙間に流入しやすいエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂が用いられる。
【００１９】
以上のように、この実施の形態１による磁極５０は、樹脂導入路１５が設けられており、コイル３０と鉄心４０間の沿面絶縁距離を確保するため、絶縁シート２０および巻枠１０を上方に延伸させた構造とする必要がなく、鉄心４０の端面の樹脂導入路１５に絶縁樹脂５１が充填されて沿面絶縁が確保され、絶縁シート２０や巻枠１０の延伸させる必要なく小型化され、絶縁性能の向上した磁極５０を備えた固定子１００を得ることができる。
【００２０】
次に、この実施の形態１による固定子１００の製造方法を説明する。固定子１００は次の各ステップ（以下、ＳＴと記す）を経て製造される。
【００２１】
ＳＴ１．鉄心４０に巻枠１０、絶縁シート２０を装着するＳＴ。
ＳＴ２．導体を巻き付けコイル３０とし、磁極５０を形成するＳＴ。
ＳＴ３．複数個の磁極５０をフレーム６０に固定するＳＴ。
ＳＴ４．絶縁樹脂５１をフレーム６０内に充填するＳＴ。
ＳＴ５．絶縁樹脂５１を硬化するＳＴ。
【００２２】
以下に、上記ＳＴ１〜ＳＴ５の詳細を説明する。
ＳＴ１．鉄心４０の積層方向両端部分に巻枠１０を接着剤を用いて装着する。別の装着法として鉄心４０に設けた溝に巻枠１０の爪を挿入する方法や、鉄心４０の穴に巻枠１０の下面に設けた突起を挿入して装着する方法などがある。次に、凹型状に成型された絶縁シート２０を鉄心４０に接着剤を用いて装着する。この絶縁シート２０は鉄心４０のヨーク部側スロット辺４３、ティース部スロット辺４４、先端部側スロット辺４７を覆っている。
【００２３】
ＳＴ２．鉄心４０に装着された巻枠１０、絶縁シート２０上に、導体を複数回巻きつけコイル３０とし、磁極５０を形成する。ここで、コイル３０の図示省略した端子部は、巻枠１０に固定される。
【００２４】
ＳＴ３．磁極５０を所定個数並べて環状とし、治具で保持した状態で加熱した回転電機の構成部材のフレーム６０を焼嵌めする。あるいはフレーム６０を圧入してもよい。尚、ここでは分割された１極分の磁極５０をフレーム６０で焼嵌めて固定する方法を示しているが、分割された磁極５０が溶接等で連結されたものをフレーム６０に挿入するようにしてもよく、また磁極５０同士がヨーク部４５で連結された磁極５０であってもよい。引き続き、複数のコイル３０間の結線、外部へのリード線等の結線を行う。
ＳＴ４．絶縁樹脂５１をポッティングを用いた方式で充填する。
【００２５】
このポッティング方式による充填順序を図を用いて説明する。図１０に示すように、固定子１００のフレーム６０の上下に回転電機の構成部材であるブラケット６１を設ける。この際、下治具６２で注入する絶縁樹脂５１が流出しないよう封止する。引き続き、図１０の状態で全体を予熱する。予熱は注入する絶縁樹脂５１の流動性を高めて末充填箇所の発生を防止するためである。
次に、図示省略した絶縁樹脂を注入し、図１１に示すように専用治具の心棒６３を押し込むことで図１２に示す如く絶縁樹脂５１がフレーム６０内全体に満たされる。この際、巻枠１０に設けられた第二切り欠き１１Ａ、第三切り欠き１２Ａ、第一切り欠き１３Ａと鉄心４０の端面に形成される樹脂導入路１５にも絶縁樹脂５１が流入し、図９に示したように鉄心４０および絶縁シート２０の間にも絶縁樹脂５１が充填される。
【００２６】
ＳＴ５．その後、恒温槽で一定の温度（例えば、１３０℃で２時間加熱）で保持し、絶縁樹脂５１を硬化させ、専用治具である下治具６２、心棒６３を取りはずすことで、固定子１００が形成される。
【００２７】
このように、この実施の形態１によるＳＴ１〜ＳＴ５の工程によって製造される固定子１００は内部に絶縁樹脂５１が充填されるので、沿面絶縁性の向上、固定子１００の小型化に加え、放熱性の向上、振動の抑制等の効果がある。尚、ポッティングの例を示したが、射出成形など他の工法でもよい。
【００２８】
実施の形態２．
次に、実施の形態２について説明する。図１３は、コイル３０が未装着状態における鉄心４０の軸方向両端に巻枠１０を、また鉄心４０に絶縁シート２０を装着した状態を示す斜視図である。図１４は、図１３に示す第二フランジ１２側から見た平面図であり、図１５は、巻枠１０を鉄心４０側から見た斜視図である。
【００２９】
図１６は、図１４のＧ−Ｇ断面図である。この実施の形態２による巻枠１０は、図１５、図１６に示すように、胴部１３の第一切り欠き１３Ａが第一フランジ１１の厚さ方向に延伸している。この延伸した切り欠き１３Ａによって鉄心４０の端面にも樹脂導入路１５が形成されている。このような構成を採用することで、絶縁樹脂５１が第一フランジ１１の外径側からも流入するためヨーク部４５とティース部４６との境界部１６において、絶縁樹脂５１の充填を十分に行うことが可能となり、より安定した絶縁性を確保できるという効果がある。
【００３０】
また、図１７に示す巻枠１０のように、前述した第一フランジ１１の第二切り欠き１１Ａに連通して周方向の端面まで延伸した切り欠き１１Ａとしてもよい。このような構成は、絶縁樹脂５１が充填されやすいものとなり、固定子１００の絶縁性能がさらに向上する。
【００３１】
実施の形態３．
次に、実施の形態３について説明する。図１８は実施の形態３の巻枠１０の斜視図である。第二フランジ１２の鉄心４０に接する側は、周方向全面にわたり第三切り欠き１２Ａが設けられている。また、第一フランジ１１と対向する第二フランジ１２の反対面（裏側）で、第二フランジ１２の高さ方向全体にわたり周方向中央部に所定の幅Ｐで深さＳの樹脂導入路としての溝１２Ｃが設けられている。
【００３２】
ここで、幅Ｐは鉄心４０のティース部４６の幅と同等とし、深さＳは切り欠きＷと同じ値とするが、固定子１００の体格に合わせて任意の値としてもよい。このような構成を採用することで、鉄心４０の積層方向に沿って絶縁樹脂５１がより流入し易くなり、絶縁樹脂５１の充填性が向上して、沿面絶縁性や放熱性が向上した磁極５０を得て、この磁極５０を有する固定子１００は小型で振動が抑制されたものとなるという効果がある。
【００３３】
尚、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  巻枠、１１  第一フランジ、１１Ａ  第二切り欠き、１２  第二フランジ、
１２Ａ  第三切り欠き、１３  胴部、１３Ａ  第一切り欠き、１５  樹脂導入路、
４０  鉄心、５０  磁極、５１  絶縁樹脂、６０  フレーム、１００  固定子。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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