(57)【要約】【課題】第１の絶縁シートと巻線と間に部分放電開始電圧が低下する微小ギャップが生じることのない、モータの固定子を得ること。【解決手段】ヨーク部とティース部とを有する固定子鉄心と、前記固定子鉄心の軸方向両端部に装着され該両端部を被覆するインシュレータと、軸方向両端部が前記固定子鉄心とインシュレータとの間に挟まれ、前記インシュレータに被覆されていない前記固定子鉄心の軸方向中央部を被覆する第１の絶縁シートと、前記第１の絶縁シートに全面が接合され、前記インシュレータに被覆されていない前記固定子鉄心の軸方向中央部に配置された第２の絶縁シートと、前記インシュレータ及び第１、第２の絶縁シートの上から前記ティース部に巻装され、前記第２の絶縁シートの厚さにより、前記第１の絶縁シートとの間に、部分放電開始電圧が最小となる微小空気ギャップが生じないように支持されたエナメル巻線と、を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヨーク部とティース部とを有する固定子鉄心と、
前記固定子鉄心の軸方向両端部に装着され該両端部を被覆するインシュレータと、
軸方向両端部が前記固定子鉄心とインシュレータとの間に挟まれ、前記インシュレータに被覆されていない前記固定子鉄心の軸方向中央部を被覆する第１の絶縁シートと、
前記第１の絶縁シートに全面が接合され、前記インシュレータに被覆されていない前記固定子鉄心の軸方向中央部に配置された第２の絶縁シートと、
前記インシュレータ及び第１、第２の絶縁シートの上から前記ティース部に巻装され、前記第２の絶縁シートの厚さにより、前記第１の絶縁シートとの間に、部分放電開始電圧が最小となる微小空気ギャップが生じないように支持されたエナメル巻線と、
を備えることを特徴とするモータの固定子。
【請求項２】
前記第２の絶縁シートは、厚さが０．１ｍｍより厚い有機絶縁物により形成されていることを特徴とする請求項１に記載のモータの固定子。
【請求項３】
前記第２の絶縁シートは、単一の絶縁シートで構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のモータの固定子。
【請求項４】
前記第２の絶縁シートには、複数の孔が設けられていることを特徴とする請求項３に記載のモータの固定子。
【請求項５】
前記第２の絶縁シートは、間隔をあけて配置された複数の短冊状の絶縁シートで構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のモータの固定子。
【請求項６】
前記第２の絶縁シートは、不織布により形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のモータの固定子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はモータの固定子に関するものであって、固定子鉄心とコイル巻線との間の絶縁性能を向上させる絶縁構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄心と、本体部と前記本体部に設けられ且つ前記鉄心のティース部に沿うコの字形状の押付部とで形成されたインシュレータと、前記鉄心のティース部に装着され、前記インシュレータで前記ティース部に固定された絶縁シートと、前記インシュレータで固定された前記絶縁シートが設けられた前記ティース部に巻回された巻線とで形成され、且つ複数個の前記鉄心が環状に接合された回転電機の固定子であって、前記絶縁シートが、前記ティース部に装着される装着部と前記装着部の両端から延長している延長部とで形成され、前記装着部が、前記鉄心の軸方向の両端に各設置された前記インシュレータの前記押付部の薄肉部間に設置され、前記延長部が、２重に重なって前記インシュレータの開口部側に露出する前記巻線を覆って設置された回転電機の固定子が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
前記絶縁シートは、第１の絶縁シートと、前記第１の絶縁シートの装着部の中央部に重ねられ中心部分が該第１の絶縁シートの中心部分に溶着された第２の絶縁シートとで形成され、前記第２の絶縁シートの鉄心の軸方向に平行な方向における長さが前記第１の絶縁シートの鉄心の軸方向に平行な方向における長さより短くされている。この回転電機の固定子では、インシュレータの押付部の端部と第１の絶縁シートの装着部との段差が、第２の絶縁シートで埋められている。
【０００４】
また、ティース部を有するコアと、前記ティース部の周囲に巻線を巻き回すことにより形成された巻線体と、前記ティース部表面と前記巻線体の内周部との間に配置されて、前記巻線体の内周部を前記ティース部表面から隙間をあけて保持する絶縁性スペーサ部材と、前記隙間に充填された高熱伝導性の樹脂充填材と、を備える電動機用分割固定子が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
また、ティース部とヨーク部とを連結する構造、または複数の素片の連結体として前記ティース部あるいは前記ヨーク部を構成する構造の、少なくとも何れか一つの構造を備える同期機ステータの製造方法であって、前記ティース部および前記ヨーク部、または前記素片の間を連結する連結工程と、架橋前駆体樹脂が含浸または塗布されたシート材を、連結部分を包含して巻き付ける巻付工程と、ステータコイルの巻回領域に、コイル線材を巻回する巻回工程と、前記コイル線材が巻回された前記同期機ステータを、前記架橋前駆体樹脂が融解、熱硬化する条件で加熱する加熱工程とを有する同期機ステータの製造方法が開示されている（例えば、特許文献３参照）。上記同期機ステータの製造方法は、前記連結部分に起因する揺動を抑止する副え木状の規制部材を、前記連結部分を越えて両部材間に渡設する揺動抑止工程を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１７１７２０号公報
【特許文献２】特開２００８−２８３７３０号公報
【特許文献３】特開２００４−２４２４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載された従来の技術によれば、第１の絶縁シートと第２の絶縁シートとは、中心部分が溶着されているだけであり、第１の絶縁シートと第２の絶縁シートとの間に僅かながら空気ギャップが存在する。そのため、この空気ギャップでの絶縁性、特に、部分放電開始電圧が低下する、という問題があった。また、第１、第２の絶縁シートの中心部分のみを溶着しているため、それぞれの絶縁シートが、コの字型に配置した先端部分で浮いてバラけ、巻線を鉄心に巻回すときに、巻線がバラけた第１、第２の絶縁シートの間に入り込み、巻線が傷つくか、若しくは、絶縁シートが巻線に引っかかり破れてしまう、という問題があった。
【０００８】
また、特許文献２に記載された従来の技術によれば、巻線体の内周部とティース部表面との間の隙間に、高熱伝導性の樹脂充填材を充填している。それ故、絶縁性スペーサ部材と高熱伝導性の樹脂充填材との境界面は絶縁上の沿面となり、巻線体とティース部間に垂直となる沿面が生じてしまう。そのため、絶縁性を確保するには沿面長を長くする必要があり、結果として、巻線体とティース部間の絶縁距離、すなわち間隔を大きくしなければならない、という問題があった。
【０００９】
また、特許文献３に記載された従来の技術によれば、副え木状の規制部材によりステータコイルとティース部との間に生じた空気ギャップの距離は、ティース部の軸方向端部では小さくなり、部分放電開始電圧が低下する微小ギャップが生じ、絶縁性が低下する、という問題があった。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、第１、第２の絶縁シート間の微小空気ギャップによる部分放電開始電圧の低下がなく、巻線とティース部との間隔を小さくすることができ、第１の絶縁シートと巻線と間に部分放電開始電圧が低下する微小ギャップが生じることのない、モータの固定子を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ヨーク部とティース部とを有する固定子鉄心と、前記固定子鉄心の軸方向両端部に装着され該両端部を被覆するインシュレータと、軸方向両端部が前記固定子鉄心とインシュレータとの間に挟まれ、前記インシュレータに被覆されていない前記固定子鉄心の軸方向中央部を被覆する第１の絶縁シートと、前記第１の絶縁シートに全面が接合され、前記インシュレータに被覆されていない前記固定子鉄心の軸方向中央部に配置された第２の絶縁シートと、前記インシュレータ及び第１、第２の絶縁シートの上から前記ティース部に巻装され、前記第２の絶縁シートの厚さにより、前記第１の絶縁シートとの間に、部分放電開始電圧が最小となる微小空気ギャップが生じないように支持されたエナメル巻線と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、第１、第２の絶縁シート間の微小空気ギャップによる部分放電開始電圧の低下がなく、巻線とティース部との間隔を小さくすることができ、第１の絶縁シートと巻線と間に部分放電開始電圧が低下する微小ギャップが生じることはない、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明のモータの固定子の実施の形態１を示す回転軸直角部分断面図である。
【図２】図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う矢視図である。
【図３】図３は、実施の形態１の絶縁シートを示す斜視図である。
【図４】図４は、図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図５】図５は、エナメル巻線と第１の絶縁シートとの間のギャップ長と、部分放電開始電圧（規格化した値）との関係を示す図である。
【図６】図６は、実施の形態２のモータの固定子のティース部の縦断面図であり、図４と同様の図である。
【図７】図７は、実施の形態２の絶縁シートを示す斜視図である。
【図８】図８は、実施の形態３の絶縁シートを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明にかかるモータの固定子の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１５】
実施の形態１．
図１は、本発明のモータの固定子の実施の形態１を示す回転軸直角部分断面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う矢視図であり、図３は、実施の形態１の絶縁シートを示す斜視図であり、図４は、図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【００１６】
図１に示すように、実施の形態１のモータの固定子９１は、ヨーク部１１とティース部１２とを有する略Ｔ字形の分割鉄心１０を、複数接続して略円筒状に形成した固定子鉄心２０を備えている。分割鉄心１０は、電磁鋼板を積層して形成されている。ヨーク部１１及びティース部１２に囲まれるように、後述のエナメル巻線５０を収容するスロット１３が形成されている。実施の形態１のモータは、集中巻モータである。
【００１７】
図２に示すように、固定子鉄心２０の軸方向両端部には、該両端部及び夫々のスロット１３の両端部を被覆して絶縁するインシュレータ３０が装着されている。インシュレータ３０に被覆されていない固定子鉄心２０のスロット１３の軸方向中央部は、第１の絶縁シート４１により被覆、絶縁されている。図４に示すように、第１の絶縁シート４１の軸方向両端部は、固定子鉄心２０とインシュレータ３０との間に挟まれている。
【００１８】
図３及び図４に示すように、第２の絶縁シート４２は、単一（１枚）の絶縁シートであり、インシュレータ３０に被覆されていない固定子鉄心２０のスロット１３の軸方向中央部に配置され、その全面が第１の絶縁シート４１に接着又は溶着により接合されている。第１、第２の絶縁シート４１、４２は、接合面に空気が入らないように、密着状態で接合されている。第１の絶縁シート４１と、これに接合された第２の絶縁シート４２とで、絶縁シート４０を構成している。
【００１９】
図１、図２及び図４に示すように、コイル巻線を形成するエナメル巻線５０が、インシュレータ３０及び第１、第２の絶縁シート４１、４２の上からティース部１２に巻装され、第２の絶縁シート４２の厚さにより、第１の絶縁シート４１との間に、部分放電開始電圧が最小となる微小空気ギャップが生じないように支持されている。
【００２０】
第１、第２の絶縁シート４１、４２は、接合面に空気が入らないように、密着状態で接着又は溶着されているので、剥がれることはなく、エナメル巻線５０をティース部１２に巻装する工程において、エナメル巻線５０が、第１、第２の絶縁シート４１、４２間に入り込むことはなく、巻線が傷つくか、若しくは、第１、第２の絶縁シート４１、４２がエナメル巻線５０に引っかかり破れてしまうようなことはない。また、第１、第２の絶縁シート４１、４２間に、微小空気ギャップが生じないので、微小空気ギャップによる部分放電開始電圧の低下がなく、絶縁信頼性が高い。
【００２１】
図４に示すように、固定子鉄心２０の軸方向両端部に装着されたインシュレータ３０と第１の絶縁シート４１との間の段差部において、巻線工程での巻締まり等が原因で、エナメル巻線５０が段差部（凹部）に押込まれると、エナメル巻線５０と第１の絶縁シート４１との間に微小空気ギャップが生じ、条件によっては、部分放電開始電圧が低下するおそれがある。
【００２２】
第２の絶縁シート４２を、インシュレータ３０に被覆されていない固定子鉄心２０のスロット１３の軸方向中央部の第１の絶縁シート４１上に密着させて配置することにより、図４に示す、ギャップ長ｄを確保する。第２の絶縁シート４２の厚さは、この部分での部分放電開始電圧が低下することがないような厚さとする。空気ギャップ部６０において、第２の絶縁シート４２の端部とインシュレータ３０の端部との軸方向距離ｃは、０．１ｍｍ〜数ｍｍとするのがよい。
【００２３】
第１、第２の絶縁シート４１、４２の素材としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(略称：ＰＥＴ)、ポリフェニレンサルファイド（略称：ＰＰＳ）、ノーメックス（商標）、カプトン（商標）等の有機絶縁物を用いる。電気的な比誘電率が、２．５〜３．５程度の素材を単独で用いてもよいし、複数組合せて用いてもよい。
【００２４】
また、エナメル巻線５０としては、ポリエステルイミド線、ポリエステル線、ポリアミドイミド線、ポリウレタン線等の、電気的な比誘電率が、３．０〜４．０程度のものを用いる。
【００２５】
図５は、エナメル巻線５０と第１の絶縁シート４１との間のギャップ長と、部分放電開始電圧（規格化した値）との関係を示す図である。図５に示すように、部分放電開始電圧は、ギャップ長ｄが、０．０２ｍｍ〜０．１ｍｍの範囲で最小値となる特性を有する。実施の形態１のモータの固定子９１に用いた絶縁材料の構成及び材料物性にて電界解析を行い、微小空気ギャップ部の電界強度（空間距離当たりに生じる電圧差）の計算結果と、パッシェンの法則による火花開始電圧とギャップ長の関係式とを比較することにより、絶縁物で囲まれた空間において、部分放電開始電圧が計算できることを見出した。実施の形態１で用いた材料の電気的物性及び材料厚さでは、部分放電開始電圧が最小となる範囲は、上述した、ギャップ長が、０．０２ｍｍ〜０．１ｍｍの範囲であることを見出した。
【００２６】
上述のギャップ長が、この範囲よりも短くなっても、長くなっても、部分放電開始電圧が高くなり、放電が発生し難くなるとともに、部分放電開始電圧は急激に上昇する。すなわち、部分放電開始電圧が最小とならないようにするためには、ギャップ長が、０．０２ｍｍ〜０．１ｍｍの範囲とならないように、第２の絶縁シート４２の厚さを調整し、ギャップ長を調整する必要がある。ギャップ長が、０．０２ｍｍ〜０．１ｍｍの範囲とならないように、第２の絶縁シート４２の厚さを、０．１ｍｍより厚くすれば、絶縁信頼性を向上することができる。
【００２７】
実施の形態２．
図６は、実施の形態２のモータの固定子のティース部の縦断面図（図４と同様の図）であり、図７は、実施の形態２の絶縁シートを示す斜視図である。実施の形態２のモータの固定子９２が実施の形態１のモータの固定子と異なるところは、第２の絶縁シートの形状のみであるので、この部分についてのみ説明し、他の部分の説明は省略する。
【００２８】
図６及び図７に示すように、実施の形態２の第２の絶縁シート４３は、間隔（一定の間隔ｅ）をあけて配置された複数（図６に示すものは４枚、図７に示すものは５枚）の短冊状の絶縁シートで構成されていて、インシュレータ３０に被覆されていない固定子鉄心２０のスロット１３の軸方向中央部に配置され、その全面が第１の絶縁シート４１に接着又は溶着により接合されている。第１、第２の絶縁シート４１、４３は、接合面に空気が入らないように、密着状態で接合されている。
【００２９】
図６に示すように、コイル巻線を形成するエナメル巻線５０が、インシュレータ３０及び第１、第２の絶縁シート４１、４３の上からティース部１２に巻装され、第２の絶縁シート４３の厚さにより、第１の絶縁シート４１との間に部分放電開始電圧が最小となる微小空気ギャップが生じないように支持されている。
【００３０】
第１、第２の絶縁シート４１、４３は、接合面に空気が入らないように、密着状態で接合されているので、剥がれることはなく、エナメル巻線５０をティース部１２に巻装する工程において、エナメル巻線５０が、第１、第２の絶縁シート４１、４３間に入り込むことはなく、巻線が傷つくか、若しくは、第１、第２の絶縁シート４１、４３がエナメル巻線５０に引っかかり破れてしまうようなことはない。また、第１、第２の絶縁シート４１、４３間に、微小空気ギャップが生じないので、微小空気ギャップによる部分放電開始電圧の低下がなく、絶縁信頼性が高い。
【００３１】
第２の絶縁シート４３を、間隔（一定の間隔ｅ）をあけて配置した複数の短冊状の絶縁シートで構成したので、実施の形態１の第２の絶縁シート４２に比べ、材料使用量を低減することができる。
【００３２】
実施の形態２の第２の絶縁シート４３の厚さによるギャップ長を、実施の形態１と同様に、０．０２ｍｍ未満、若しくは、０．１ｍｍより大きくすることにより、部分放電開始電圧が最小とならないようにすることができる。第２の絶縁シート４３の材質は、実施の形態１のものと同じである。
【００３３】
実施の形態３．
図８は、実施の形態３の絶縁シートを示す斜視図である。実施の形態３のモータの固定子が実施の形態１のモータの固定子と異なるところは、第２の絶縁シートの形状のみであるので、この部分についてのみ説明し、他の部分の説明は省略する。
【００３４】
図８に示すように、実施の形態３の第２の絶縁シート４４は、単一（１枚）の絶縁シートに、間隔をあけて直径ｅのパンチ孔４４ａ、若しくは、メッシュ状の孔を設けている。第２の絶縁シート４４は、インシュレータ３０に被覆されていない固定子鉄心２０のスロット１３の軸方向中央部に配置され、その全面が第１の絶縁シート４１に接着又は溶着により接合されている。第１、第２の絶縁シート４１、４４は、接合面に空気が入らないように、密着状態で接合されている。
【００３５】
コイル巻線を形成するエナメル巻線５０が、インシュレータ３０及び第１、第２の絶縁シート４１、４４の上からティース部１２に巻装され、第２の絶縁シート４４の厚さにより、パンチ孔４４ａ、若しくは、メッシュ状の孔があいていても、エナメル巻線５０と第１の絶縁シート４１との間に、部分放電開始電圧が最小となる微小空気ギャップが生じないように支持されている。
【００３６】
第２の絶縁シート４４に、パンチ孔４４ａ、若しくは、メッシュ状の孔を設けたので、実施の形態１の第２の絶縁シート４２に比べ、材料使用量を低減することができる。ギャップ長は、実施の形態１のものと同様になるようにすることにより、絶縁信頼性を向上させることができる。
【００３７】
実施の形態４．
実施の形態４の第２の絶縁シートは、実施の形態１の第２の絶縁シート４２を、不織布からなる絶縁シートにしたもので、その形状は、図３に示すものと同じである。不織布材料としては、ポリエステル繊維、ポリフェニレンサルファイド繊維、セルロース繊維、ポリエチレン繊維等を用いる。
【００３８】
上記の不織布は、電気的な比誘電率が、２．５〜３．５程度である。このような不織布を用いると、エナメル巻線５０が、固定子鉄心２０側に押し付けられても、不織布自体が収縮性を有しており、エナメル巻線５０が押し付けられることによる、電線表面のキズの発生、皮膜層の損傷を最低限に抑えることができる。
【００３９】
不織布は、微小な繊維を織り込まずに、重ね合わせて製造されるので、その内部には、微小な空気層を多数含んでいる。それ故、不織布の厚さは、エナメル巻線５０が押し付けられ、圧縮されて厚さが縮んでも、厚さが、０．１ｍｍより大きくなるようにする。このようにすることにより、部分放電開始電圧が最小となるようなギャップが生じなくなり、絶縁信頼性が向上する。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上のように、本発明にかかるモータの固定子は、絶縁信頼性が高く有用である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  分割鉄心
１１  ヨーク部
１２  ティース部
１３  スロット
２０  固定子鉄心
３０  インシュレータ
４０  絶縁シート
４１  第１の絶縁シート
４２、４３、４４  第２の絶縁シート
４４ａ  パンチ孔
５０  エナメル巻線
６０  空気ギャップ部
９１、９２  モータの固定子
【図１】
2011193626.tif 000003
【図２】
2011193626.tif 000004
【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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