(57)【要約】      （修正有）【課題】導体占積率を向上させ、複雑な絶縁紙形状を回避し、固定子鉄心から突出した固定子コイルを別々の方向に曲げる際に導体皮膜の傷つきを防止することが可能な回転電機の固定子及びこれを備えた回転電機の提供。【解決手段】内径側に多数のスロットが形成された円筒状の固定子鉄心２と、導体３１と当該導体の外周部に形成された皮膜３２とにより構成された固定子コイルと、皮膜３２とは別にスロット内に配置される絶縁紙４とを備え、固定子コイルは、一つのスロットに複数の導体３１が配置され、多数のスロットのうち少なくとも一つのスロットには異なる相の固定子コイルが配置され、固定子コイルは略台形状の断面を持つ形状であり、皮膜の厚さが、略台形状断面で上底と下底とに相当する辺を構成する第１の部位と、上底と下底とに相当する辺をつなぐ別の２辺を構成する第２の部位とで異なるように回転電機の固定子を構成する。【選択図】図３Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内径側に多数のスロットが形成された円筒状の固定子鉄心と、
導体と当該導体の外周部に形成された皮膜とにより構成された固定子コイルと、
前記皮膜とは別に前記スロット内に配置される絶縁紙とを備えた回転電機の固定子であって、
前記固定子コイルは、一つの前記スロットに複数の導体が配置されて構成され、
多数の前記スロットのうち少なくとも一つのスロットには異なる相の固定子コイルが配置され、
前記固定子コイルは略台形状の断面を持つ形状であり、
前記皮膜の厚さが、前記略台形状断面で上底と下底とに相当する辺を構成する第１の部位と、前記上底と下底とに相当する辺をつなぐ別の２辺を構成する第２の部位とで異な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であって、
前記皮膜の前記第２の部位の厚さが、前記第１の部位よりも厚くなっている回転電機の固定子。
【請求項３】
請求項２に記載の回転電機の固定子であって、
前記導体が、前記スロット内において、前記上底と下底とに相当する辺をつなぐ別の２辺を前記導体の外周同士が接する方向に配置されて構成されている回転電機の固定子。
【請求項４】
請求項３に記載の回転電機の固定子であって、
前記導体が、前記スロット内において、前記上底に相当する辺と前記下底に相当する辺とが径方向に交互に現れるように配置された回転電機の固定子。
【請求項５】
請求項４に記載の回転電機の固定子であって、
前記固定子コイルが、固定子鉄心から突出した導体部分を、前記上底と下底とに相当する辺のうち、長い方の辺の方向に曲げることを特徴とした回転電機の固定子。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれかに記載の回転電機の固定子であって、
前記絶縁紙は、略Ｕ字形状または略Ｏ字形状である回転電機の固定子。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の回転電機の固定子と、
前記固定子の内径側に回転可能に配置された回転子と、
を備えた回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機の固定子及びこれを備えた回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機の固定子において、固定子鉄心に巻かれる導体の形状を平角状の断面をもつ形状とすることにより、スロット内の導体の占積率を向上し、ひいては回転機の銅損を低減させ、回転機の効率向上を図ることが行われている。
【０００３】
具体例としては、固定子鉄心に設けられたスロット内に固定子コイルが径方向に積層されるように断面が平角状の導体を敷設することにより、回転電機の固定子を形成するものがある（特許文献１）。
【０００４】
特許文献１記載の固定子において、スロット内には、導体とスロットの内壁との間を遮るように絶縁紙が配置されている。また、絶縁紙は敷設された各導体の接触を遮る形でも配置されている。これは、固定子鉄心と導体と間の絶縁を確保するとともに、導体をスロット内に挿入する際に導体外周部が傷付くことを防止するためである。また、一つのスロット内に異相の導体が挿入されている箇所がある。導体の外周部には絶縁皮膜が塗布されているが、異相の導体間ではコロナ放電が発生する可能性があり、これを防止するためにそれぞれの導体間に絶縁紙が配置されている。
【０００５】
この他、導体間での絶縁性を確保する方法として、平角状の導体の外周部に形成される絶縁皮膜の厚さを長辺と短辺で異なる厚さとし、皮膜が厚い方向同士が接触する方向とするものもある（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５０２８２９３号公報
【特許文献２】特公昭４９−３５９４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
例えば特許文献１の構造では、スロット内において、それぞれの平角状導体の周辺に絶縁紙が配置されることで、スロット内に占める絶縁紙の割合が高くなり、スロット内における導体の占積率が低下する。また、平角状の各導体の周囲に絶縁紙が配置されていることで、絶縁紙の使用量が増加するとともに、絶縁紙の形状が複雑となる。更に、絶縁紙の形状が複雑であることから、絶縁紙の形状成形とともに、スロット内に絶縁紙を配置する作業や各導体の周囲に絶縁紙を配置する作業の高精度化が要求されることとなる。
【０００８】
また、特許文献２の構造では、各導体の周囲への絶縁紙の配置を省略して絶縁紙形状の複雑化を回避することは可能だが、スロットに導体挿入後、固定子鉄心からの導体突出部分を別々の方向に曲げる必要がある固定子では、絶縁紙が介在しないことで導体の外周同士が接触する構造となることから、別々の方向に導体を曲げる際、絶縁皮膜部分に傷つきが発生してしまう。
【０００９】
そこで本発明は、導体占積率を向上させるとともに、複雑な絶縁紙形状を回避するとともに、固定子鉄心から突出した固定子コイルを別々の方向に曲げる際に導体皮膜の傷つきを防止することが可能な回転電機の固定子及びこれを備えた回転電機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】
【００１０】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、内径側に多数のスロットが形成された円筒状の固定子鉄心と、導体と当該導体の外周部に形成された皮膜とにより構成された固定子コイルと、前記皮膜とは別に前記スロット内に配置される絶縁紙とを備えた回転電機の固定子であって、前記固定子コイルは、一つの前記スロットに複数の導体が配置されて構成され、多数の前記スロットのうち少なくとも一つのスロットには異なる相の固定子コイルが配置され、前記固定子コイルは略台形状の断面を持つ形状であり、前記皮膜の厚さが、前記略台形状断面で上底と下底とに相当する辺を構成する第１の部位と、前記上底と下底とに相当する辺をつなぐ別の２辺を構成する第２の部位とで異なることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、導体占積率を向上させるとともに、複雑な絶縁紙形状を回避するとともに、固定子鉄心から突出した固定子コイルを別々の方向に曲げる際に導体皮膜の傷つきを防止することが可能な回転電機の固定子及びこれを備えた回転電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例に係る回転電機の固定子の構成を示す斜視図である。
【図２】実施例に係る該台形の断面形状をもった固定子コイル断面図である。
【図３Ａ】実施例に係る回転電機の固定子コイル及び絶縁紙を備えた固定子鉄心の断面図である。
【図３Ｂ】実施例に係る回転電機の固定子コイル及び絶縁紙を備えた固定子鉄心の断面図である。
【図４】実施例に係る回転電機のコイルエンド部の斜視図である。
【図５】実施例に係る回転電機の固定子コイル及び絶縁紙を備えた固定子鉄心の変形断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を用いて実施例を説明する。
【００１４】
最初に図１を用いて、本実施形態による回転電機の固定子について説明する。
【００１５】
図１に示す回転電機用の固定子１は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のいわゆる３相の回転電機の固定子であり、固定子鉄心の内径側には、図には示さない回転子を挿入することで、回転電機として駆動する。図１の固定子は回転子を変えることで誘導機、同期機いずれにも対応可能であり、また電動機、発電機どちらの場合にも対応可能である。回転電機の固定子１の主な構成部品として薄板の電磁鋼板を円筒状にプレス打ち抜きして積層した固定子鉄心２がある。固定子鉄心２の外周部は積層した後、数箇所溶接することで積層を維持している。積層を維持するためには外周部を溶接するほかに、円筒状内部を部分的に押し出して、その押し出し部を利用した重なる薄板同士を固定する方法を用いても良い。
【００１６】
固定子鉄心２には、円筒部の内周側に円筒部中心に向かって突出した磁極部が数ヵ所構成されており、数ヶ所の磁極部は円筒部の内周に等間隔で形成されている。また磁極部が数ヶ所構成されることで、隣接する磁極部の間には、周方向に等間隔にスロット部が形成されることとなる。このスロット部には固定子コイル３が挿入され固定子の巻線を形成するともに、固定子鉄心２と固定子コイルの絶縁を確保するために、スロット部と固定子コイル３の間には絶縁紙４が挿入されている。
【００１７】
なお、以下の例においては、磁極部の数は、７２個であり、スロット部の数も７２個として説明する。またこの固定子からは巻線を形成する固定子コイル３から引き出さている引き出し線部があり、引き出し線部の先にはインバータ等の整流装置と接続するために、端子部５が設けられている。本実施例では、固定子は３相の回転電機を想定しているため、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３個の端子部５が存在する。
【００１８】
図２には、図１の固定子鉄心２のスロット部に挿入される固定子コイル３の断面を示す。図２の固定子コイル３は導体部３１と絶縁皮膜３２にて構成されている。図２の固定子コイル３の断面形状は長さの異なる略平行な２辺（上底と下底とに相当する辺）とその２辺とつなぐ別の２辺にて構成されており、いわゆる台形形状となっている。
【００１９】
導体部３１の断面形状は引き抜きのダイス形状を台形として製作する。導体３１の外周部には絶縁皮膜３２が施されている。絶縁皮膜３２は台形形状における略平行な２辺（上底と下底とに相当する辺）の厚みをｔ１、平行な２辺をつなぐ別の２辺の厚みをｔ２とすると、ｔ２はｔ１より厚いものとなっている。
【００２０】
今回導体３１は銅線を想定しており、絶縁皮膜３２はポリアミドイミド系、ポリイミド系等のいわゆるエナメル電線を想定しているが、導体３１をアルミニウム電線、絶縁被膜３２をエナメル以外の絶縁を構成可能な樹脂を選択しても良い。
【００２１】
図３Ａには、図１の回転電機の固定子１を軸方向に垂直な面にて切断したときの断面の１部を示す。固定子鉄心２のスロット部には固定子コイル３とＵ字形状の先端部４１を折り曲げた絶縁紙４が挿入されている。図３Ａではスロット内に内径側から外径側に向けて１列の４つの固定子コイル３が挿入されている。４つの固定子コイル３は該台形の形状の断面を示しており、固定子鉄心２のスロット内で内径側から外径側に向けて、該台形の形状を構成する略平行な２辺の長辺と短辺が交互になるように配置されている。このように長辺と短辺が交互になるように配置することで、スロット内の空隙部を抑えることができ、スロット内の導体占積率を向上することが可能となる。
【００２２】
また図３Ａにおいて固定子鉄心２のスロット内に配置された固定子コイル２のうち、導体同士が接する辺の皮膜厚ｔ２は、絶縁紙４を介して固定子鉄心２に接する辺の皮膜厚ｔ１より厚いものとなっている。それぞれの導体が接する辺には皮膜厚が厚い辺ｔ２側が配置されていることから、導体の導体部３１同士の距離はｔ２の２倍の距離となる。通常導体間の放電現象は導体間の距離が大きくなることで、より発生を抑制する抑えることが可能となるため、図３に示すように導体の配置することで導体同士の距離を確保することが可能となり、放電現象を抑えることが可能となる。また図３Ａにおいてスロット内に挿入している絶縁紙４は、固定子鉄心２と固定子コイル３は絶縁紙４を介して固定子鉄心２に接するため、導体の皮膜厚がｔ１と絶縁紙の厚さｔ３が確保され、固定子コイル３と固定子鉄心２の絶縁距離をｔ１＋ｔ３で確保できることとなる。
【００２３】
また図３Ｂにはスロット内に配置されたＵ字上の絶縁紙の開口部を内径側にした場合の例を示す。図３Ａでは、最外形部に位置する固定子コイル３の近傍では、Ｕ次形状の先端部４１を折り曲げて重ねることで固定子鉄心２と固定子コイル３の間に配置されているが、絶縁紙４が重なる部分が存在し、導体の占積率を下げてしまう。そのため、固定子鉄心２のスロット開口部とＵ字上の絶縁紙４の開口部を合わせることで、よりスロット内の占積率を向上することができる。
【００２４】
図４には、固定子鉄心から突出した電機子導体３の近傍を示す。固定子鉄心２に形成されたスロットに挿入された固定子コイル３は、図３Ａ，Ｂに示したように固定子鉄心の内径側から外径側に１列に４本挿入されており、挿入された後に固定子鉄心端部から突出した固定子コイル３の端部は周方向に所定の位置まで折り曲げられ、他のスロットから逆方向に折り曲げられた固定子コイル３の端部と接続され、固定この巻線を構成する。ここで図３Ａ，Ｂに示したように固定子鉄心２のスロット内では該台形の断面形状に導体３が長辺と短辺が交互になるように配置されている。そのため１つのスロットに１列に多数挿入された導体のうち、固定子鉄心２からの突出した固定子コイル３を交互に円周方向に曲げる際、固定子コイル３を長辺側に曲げることで、導体同士の接触辺が離れて行く方向となるので、導体を曲げたときの導体同士の傷つきを抑えることが可能となる。固定子巻線の構成を行った後、固定子コイル３が挿入された固定子鉄心２のスロット部に、液状のワニス等を流し込んでも良い。
【００２５】
図５には図３Ａにおける絶縁紙４の形状をＯ字形状にした場合を示す。図３ＡではＵ字形状の絶縁紙４を示したが、固定子鉄心２のスロット開口部とＵ字状の絶縁紙開口部が同じ方向（内径側を向く方向）であるため、スロット開口部から絶縁紙の先端が突出してしまう可能性がある。そのような可能性がある際には、Ｏ字形状の絶縁紙を採用することで、上記のような可能性を回避することができる。
【００２６】
以上の構成において、回転電機の固定子３は図１から図５にて説明した構成を有するものである。
【００２７】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００２８】
１  …固定子
２  …固定子鉄心
３  …固定子コイル
３１…導体部
３２…絶縁皮膜部
４  …絶縁紙
４１…Ｕ字形状絶縁紙の先端部
５  …端子部
５Ｕ…Ｕ相端子部
５Ｖ…Ｖ相端子部
５Ｗ…Ｗ相端子部
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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