(57)【要約】【課題】簡単な構造により、保護部材のずれや脱抜を防止し、コイルとティースとの間の絶縁状態を十分に確保する。【解決手段】ウェッジ２０を、ステータ１１の軸方向においてティース１５間のスロット２２よりも長尺にし、前記ウェッジ２０の前記軸方向の両端部に、互いに拡開する係合片３０ａ、３０ｂを備え、前記ウェッジ２０が前記スロット２２に挿入された際に、前記係合片３０ａ、３０ｂが、前記ティース１５に固定されている絶縁紙１８と係合する。これにより、前記ウェッジ２０の前記軸方向の変位が阻止され、前記スロット２２からのずれや脱抜を防止できるため、前記ウェッジ２０がコイル１６を確実に保護して、前記コイル１６と前記ティース１５との間の絶縁状態が確保される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円環状に形成されたステータと、
前記ステータの中心部に回転自在に挿入されるロータと、
からなる回転電機であって、
前記ステータは、
内径側に突出して形成された複数のティースを有する円環状のステータコアと、
前記ティースに巻回される導電部材と、
前記ティースと前記導電部材とを電気的に絶縁する絶縁部材と、
隣り合う前記ティース間に形成されるスロットの開口部を覆う保護部材と、
を備え、
前記絶縁部材及び前記保護部材の少なくとも一方は、前記ステータの軸方向に終端する両端部に形成され、且つ、互いに拡開する係合片を備え、
前記係合片は、前記スロットに前記保護部材が挿入された際に、前記保護部材又は前記絶縁部材と係合して、前記保護部材の前記軸方向の変位が阻止されることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
請求項１記載の回転電機において、
前記保護部材は絶縁性を有する材料から構成されることを特徴とする回転電機。
【請求項３】
請求項１又は２記載の回転電機において、
前記保護部材に形成される前記係合片の前記軸方向の長さは、前記導電部材と前記ステータコアとの間に必要な絶縁距離よりも長いことを特徴とする回転電機。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機において、
前記保護部材は、前記軸方向において前記スロットよりも長尺な板状部材であり、前記板状部材は、前記スロットを閉塞する底部と、前記絶縁部材に当接し、且つ、前記底部から延在する一対の側壁部とを備え、
前記係合片は、前記側壁部に隣接して前記側壁部の両端部に形成されることを特徴とする回転電機。
【請求項５】
請求項４記載の回転電機において、
前記板状部材は、前記係合片と前記側壁部と間の切込部が終端する位置に、応力を緩和するための穴を備えることを特徴とする回転電機。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転電機において、
前記導電部材は、前記ティースに巻回されると、前記スロットから前記軸方向に突出して、少なくとも、前記軸方向の両側における前記絶縁部材と前記保護部材との間の隙間の距離と、前記係合片の前記軸方向の長さとの合計値を超えた距離だけ前記絶縁部材から離間してから曲げられることを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ティースに巻回されるコイルを保護するためのウェッジをステータに備えた回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、回転電機の一例として、円環状に形成されたステータ（固定子）と、該ステータの中心部に回転自在に挿入されるロータ（回転子）とを有し、前記ステータのステータコアに設けられたティースに巻回されたコイル（巻線）によって回転磁界を発生させ、前記ロータを回転させる電動機が知られている。
【０００３】
回転電機のステータでは、ティース間にスロットが形成されていて、該スロット内で前記ティースの一面を覆う絶縁紙が備えられると共に、前記絶縁紙を介してコイルが前記ティースに巻回されることにより、前記コイルと前記ティースとが電気的に絶縁されている。
【０００４】
上述した回転電機は、例えば、特許文献１に開示されているように、そのステータにおいて、固定子鉄心と固定子コイルとの間を絶縁する絶縁紙がスロットの内部に設けられると共に、スロット溝からスロットの外側まで固定子コイルに対して絶縁紙を覆うように絶縁テープを巻き付け、又は絶縁粉体樹脂コートを施すことで絶縁紙を固定し、絶縁紙及びコイル被覆に対する絶縁破壊や、固定子鉄心と固定子コイルとの絶縁不良を防止する構成としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１０／０５８８４３号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１に係る回転電機では、ステータのスロットに挿入されるコイルに対してワニス処理や樹脂コート処理を施す工程を営む製造方法を採用しているため、コストが上昇し、且つ、組立工数が増加してしまう。
【０００７】
また、ステータには、ステータコアのスロット開口部にコイルの脱抜を防止するためのウェッジ等の保護部材を設けるものがあるが、該回転電機の運転時に振動が生じると、前記振動に起因して前記保護部材の位置ずれが生じ、その後、前記保護部材が脱抜してしまうことがある。さらに、ずれ又は脱抜の生じた保護部材が、コイル及び絶縁紙を傷つける可能性があり、前記コイルとティースとの絶縁不良を招くことが懸念される。
【０００８】
本発明は、前記の課題を考慮してなされたものであり、簡単な構造により、スロット内の保護部材のずれや脱抜を防止し、コイルとティースとの間の絶縁状態を十分に確保することを可能とする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】
【０００９】
前記の目的を達成するために、本発明は、円環状に形成されたステータと、前記ステータの中心部に回転自在に挿入されるロータと、からなる回転電機であって、前記ステータは、内径側に突出して形成された複数のティースを有する円環状のステータコアと、前記ティースに巻回される導電部材と、前記ティースと前記導電部材とを電気的に絶縁する絶縁部材と、隣り合う前記ティース間に形成されるスロットの開口部を覆う保護部材と、を備え、前記絶縁部材及び前記保護部材の少なくとも一方は、前記ステータの軸方向に終端する両端部に形成され、且つ、互いに拡開する係合片を備え、前記係合片は、前記スロットに前記保護部材が挿入された際に、前記保護部材又は前記絶縁部材と係合して、前記保護部材の前記軸方向の変位が阻止されることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、絶縁部材又は保護部材におけるステータの軸方向の両端部に、互いに拡開する係合片を備え、前記保護部材がスロットに挿入された際に、前記係合片を前記保護部材又は前記絶縁部材と係合させる形状としている。
【００１１】
従って、保護部材が係合片によって絶縁部材及びティースに確実に固定されるため、回転電機運転時に振動が生じた場合でも、前記保護部材が軸方向に移動することがなく、前記保護部材のスロットからのずれや脱抜を確実に防止することができる。その結果、前記保護部材のずれ又は脱抜によるコイルの損傷や前記スロットの開口部の開放が抑制され、前記保護部材が前記コイルを確実に保護するため、前記コイルと前記ティースとの絶縁状態を十分に確保することができる。
【００１２】
なお、保護部材は絶縁性を有する材料から構成されるとよい。
【００１３】
さらに、保護部材に形成される係合片の軸方向の長さを、導電部材とステータコアとの間に必要な絶縁距離よりも長くすることにより、前記導電部材は、前記保護部材から前記軸方向に突出してから曲げ始められるため、前記導電部材のスロット間の渡りは、前記軸方向に直交するステータコアの平面から少なくとも絶縁距離を超える距離だけ常に離間され、すなわち、前記導電部材とステータコアとの間の絶縁状態を確実に確保することができる。
【００１４】
さらにまた、保護部材は、軸方向においてスロットよりも長尺な板状部材であり、前記板状部材は、前記スロットの開口部を閉塞する底部と、絶縁部材に当接し、且つ、前記底部から延在する一対の側壁部とを備え、係合片は、前記側壁部に隣接して前記側壁部の両端部に形成されるとよい。
【００１５】
なお、板状部材は、係合片と側壁部と間の切込部が終端する位置に、応力を緩和するための穴を備えることにより、係合片の折曲や絶縁紙との係合によって生じる応力を緩和し、長期使用による保護部材の損壊を回避可能である。
【００１６】
また、導電部材は、ティースに巻回されると、スロットからステータコアの軸方向に突出して、少なくとも、前記軸方向の両側における前記絶縁部材と前記保護部材との間の隙間の距離と、前記係合片の前記軸方向の長さとの合計値を超えた距離だけ前記絶縁部材から離間してから曲げられるとよい。これにより、保護部材にずれが生じた場合でも、係合片がティースに固定されている絶縁部材と係合して、前記保護部材の前記軸方向の変位が阻止されるため、保護部材が導電部材に接触することはなく、コイルの損傷を防止することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００１８】
すなわち、絶縁部材又は保護部材におけるステータの軸方向の両端部に、互いに拡開する係合片を備え、前記保護部材がスロットに挿入された際に、前記係合片を前記保護部材又は前記絶縁部材と係合させて、前記保護部材が絶縁部材及びティースに固定されるため、回転電機運転時に振動が生じた場合でも、前記保護部材の前記軸方向の変位が阻止され、前記保護部材の前記スロットからのずれや脱抜を防止することができる。その結果、前記保護部材のずれ又は脱抜によるコイルの損傷や前記スロットの開口部の開放が抑制され、前記保護部材が前記コイルを確実に保護するため、前記コイルと前記ティースとの絶縁状態を十分に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態に係る電動機の外観斜視図である。
【図２】図１の電動機を構成するステータにおける保護部材が組み付けられた状態の一部省略拡大斜視図である。
【図３】図１の保護部材の展開図である。
【図４】図１の保護部材の外観斜視図である。
【図５】図５Ａは、図１のＶＡ−ＶＡ線に沿った断面図であり、図５Ｂは、図５ＡのＶＢ−ＶＢ線に沿った断面図である。
【図６】電動機を構成するステータの変形例の図１のＶＡ−ＶＡ線に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明に係る回転電機の構造について電動機を例示する好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００２１】
図１において、参照符号１０は、本発明の実施の形態に係る電動機を示す。この電動機１０は、円環状に形成されると共に、該電動機１０に固定されるステータ１１と、該ステータ１１の中心部に回転自在に挿入されるロータ１２と、前記ロータ１２の中心部に取り付けられると共に、前記ロータ１２の回転軸となるシャフト１３とを備える。
【００２２】
ステータ１１は、図１に示されるように、円環状のステータコア１４と、コイル（導電部材）１６とから構成される。前記ステータコア１４は、該ステータコア１４の内径方向（以下、内径方向という）に等間隔に突出する複数のティース１５を有する。前記コイル１６は、前記ティース１５と前記コイル１６との間に備えられる絶縁紙（絶縁部材）１８と、前記ティース１５の突出した端部側で隣り合う前記ティース１５間に備えられるウェッジ（保護部材）２０とを介して前記ティース１５に巻回される。
【００２３】
ステータコア１４は、複数の薄い鋼板を積層し、該ステータコア１４の周方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に等間隔離間した複数の加締めピン（図示せず）によって、前記ステータコア１４の軸方向（矢印Ｂ１、Ｂ２方向）に加締めることで一体的に形成される。
【００２４】
このティース１５は、本実施の形態では、前記ステータコア１４と一体的に形成されるものであるが、別体で構成してもよい。前記ティース１５には、内径方向で前記ティース１５が終端する位置に、周方向Ａ１、Ａ２の両側に互いに対向するように突出する突起部２４が形成される。
【００２５】
ここで、隣り合うティース１５の対向面の間にスロット２２が形成され、このスロット２２の内部にコイル１６の一部が収納される。前記スロット２２は、周方向Ａ１、Ａ２に沿って等間隔に複数設けられる。前記スロット２２は、図１から容易に諒解されるように、軸方向Ｂ１、Ｂ２に沿って貫通しており、ステータコア１４の内周壁で開口して前記軸方向Ｂ１、Ｂ２に延在する開口部２６を有する。
【００２６】
コイル１６は、ティース１５に巻回されると、スロット２２から軸方向Ｂ１、Ｂ２に直線形状で一部が突出すると共に、前記軸方向Ｂ１、Ｂ２に直交するステータコア１４の平面から少なくとも所要の絶縁距離Ｄ１だけ離間した位置で曲げられた形状を有する（図５Ａ参照）。
【００２７】
絶縁紙１８は、絶縁性を有する薄板（薄膜）であり、例えば、図２に示されるように、スロット２２に合わせた略Ｕ字状又は略コ字状に折曲されて形成される。前記絶縁紙１８は、少なくとも、前記スロット２２を構成するティース１５の互いに対向する一面を覆うように配設される。
【００２８】
一方、絶縁紙１８の軸方向Ｂ１、Ｂ２の端部２８は、該絶縁紙１８のティース１５及びスロット２２からの前記軸方向Ｂ１、Ｂ２への移動（ずれ）を防止するように形成される。例えば、前記絶縁紙１８は、前記スロット２２の前記軸方向Ｂ１、Ｂ２の長さより長尺に形成され、図２に示されるように、前記絶縁紙１８が前記スロット２２に組み付けられた状態で、前記端部２８は、前記スロット２２から前記軸方向Ｂ１、Ｂ２に若干突出している。前記端部２８は、さらに、外側に折り返されて前記スロット２２の外部で二重構造とすることにより、前記ティース１５に弾力的に当接して前記スロット２２からの抜け止めとなる。
【００２９】
ウェッジ２０は、スロット２２の前記軸方向Ｂ１、Ｂ２の長さより長尺で、且つ、底浅のＵ字状であり、前記スロット２２から外部へと露呈するその一部の頂部は、互いに所定角度拡開する係合片３０ａ、３０ｂとして形成される。前記ウェッジ２０は、前記スロット２２に挿入されると、後述するように、その底浅のＵ字状の底部が開口部２６を閉塞すると共に、前記係合片３０ａ、３０ｂの内側端部は、前記絶縁紙１８の端部２８が折り返された折返部３１ａ、３１ｂに当接する。このウェッジ２０は、例えば、絶縁紙等の絶縁性を有する材料から構成される。前記係合片３０ａ、３０ｂの前記軸方向Ｂ１、Ｂ２の長さＤ２は、コイル１６及びステータコア１４間に必要な絶縁距離Ｄ１より長尺に形成されるとよい（図５Ａ参照）。
【００３０】
例えば、ウェッジ２０は、図３に示される長尺状の板状部材３２が、図４に示されるように長手方向に沿って折り曲げられ、又は湾曲して形成される。前記板状部材３２の中央には、前記長手方向に延在していてスロット２２の開口部２６を閉塞するための湾曲した底部３４を有し、また、その両側には、係合片３０ａ、３０ｂと、前記スロット２２を構成するティース１５（絶縁紙１８）に当接し、且つ、前記底部３４から延在する一対の側壁部３６ａ、３６ｂとを有する。すなわち、板状部材３２に切込部３３ａ、３３ｂが形成されることにより、前記係合片３０ａ、３０ｂと前記側壁部３６ａ、３６ｂとが形成される。この場合、切込部３３ａ、３３ｂが終端する端部には、応力を緩和するために４ヵ所に穴４０が形成される。前記ウェッジ２０の長手方向に直交する底部３４の幅は、コイル１６とステータコア１４との間に必要な沿面距離を十分に確保できる大きさである。
【００３１】
図４に示されるように、ウェッジ２０の側壁部３６ａ、３６ｂ間の距離は、底部３４から離れる方向に向かって広げられ、すなわち、側壁部３６ａ、３６ｂの端部は互いに拡開している。これによって、前記ウェッジ２０がスロット２２内に収納されたとき、前記側壁部３６ａ、３６ｂが弾性力で絶縁紙１８間で拡開して自らを保持する。
【００３２】
本発明の実施の形態に係る電動機１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に絶縁紙１８及びウェッジ２０をスロット２２に組み付け、該スロット２２内にコイル１６を挿入することで、該電動機１０のステータ１１が構成される場合について、図５Ａ及び図５Ｂを参照しながら説明する。
【００３３】
隣り合うティース１５間に形成されるスロット２２（図１、図２参照）では、前記ティース１５の一面を覆うように絶縁紙１８が組み付けられる。ウェッジ２０は、その長手方向を軸方向Ｂ１、Ｂ２に合わせると共に、スロット２２の内部から開口部２６を塞ぐように、絶縁紙１８上に組み付けられる。このとき、ウェッジ２０は、周方向Ａ１、Ａ２に沿って拡開する側壁部３６ａ、３６ｂ（図４参照）の弾性力によって、前記絶縁紙１８を介してティース１５間に挟持（保持）される。
【００３４】
このとき、軸方向Ｂ１、Ｂ２においてウェッジ２０の両端部がスロット２２のみならず絶縁紙１８からも突出して配設されると共に、係合片３０ａ、３０ｂが部分的に前記絶縁紙１８と周方向Ａ１、Ａ２及び径方向に重なるように拡開している。これにより、前記係合片３０ａ、３０ｂが前記絶縁紙１８の折返部３１ａ、３１ｂに当接するため、前記ウェッジ２０の前記軸方向Ｂ１、Ｂ２の移動が阻止され、これによって絶縁紙１８の変位も阻止される。
【００３５】
このように絶縁紙１８及びウェッジ２０が組み付けられたスロット２２内に、コイル１６が挿入され、該コイル１６は、前記スロット２２を構成するティース１５に前記絶縁紙１８及び前記ウェッジ２０を介して巻回される。このとき、前記スロット２２から突出している係合片３０ａ、３０ｂの前記軸方向Ｂ１、Ｂ２の長さＤ２が、前記コイル１６とステータコア１４との間に必要な絶縁距離Ｄ１より長尺であるため、前記コイル１６は、前記ウェッジ２０から前記軸方向Ｂ１、Ｂ２に突出した位置で曲げ始められればよい。すなわち、前記コイル１６は、前記ティース１５に巻回された状態において、前記軸方向Ｂ１、Ｂ２に沿って前記ウェッジ２０と重なる部分が直線形状となる。
【００３６】
ここで、絶縁紙１８は、ティース１５とコイル１６とを電気的に絶縁している。また、前記絶縁紙１８は、前記ティース１５に対する前記コイル１６の巻回による圧力を受けて該ティース１５の側に押圧されるため、前記ティース１５に密着して固定される。
【００３７】
一方、ウェッジ２０は、スロット２２の開口部２６を閉塞してコイル１６を保護する。例えば、前記コイル１６が該開口部２６から抜け出ることや、前記コイル１６が該開口部２６を介して絶縁紙１８の端面（ハッチエリア）に接触してステータコア１４と導電することを防止している。
【００３８】
以上のように、本実施の形態では、ステータ１１の各スロット２２において、絶縁紙１８が、端部２８の抜け止め形状やコイル１６の巻回による圧力によりティース１５に固定され、ウェッジ２０が、前記ティース１５に固定されている絶縁紙１８と係合自在な係合片３０ａ、３０ｂを備える。これにより、絶縁紙１８及びウェッジ２０を、前記ティース１５（ステータコア１４）に対して確実に固定することができる。
【００３９】
従って、電動機１０の運転により、ステータ１１に振動が生じる場合でも、該振動に起因する絶縁紙１８及びウェッジ２０のスロット２２から軸方向Ｂ１、Ｂ２へのずれや脱抜を抑制することができ、その結果、コイル１６とティース１５との間の絶縁状態を十分に確保することができる。
【００４０】
また、コイル１６が、軸方向Ｂ１、Ｂ２に沿ってウェッジ２０と重なる部分が直線形状であり、すなわち、少なくともスロット２２に収納される部分と、軸方向Ｂ１、Ｂ２において絶縁距離Ｄ１を超える係合片３０ａ、３０ｂの長さＤ２だけスロット２２から突出した部分とが直線形状となる。
【００４１】
これにより、コイル１６は、ウェッジ２０から軸方向Ｂ１、Ｂ２に突出してから曲げ始められるため、前記コイル１６のスロット２２間の渡りはステータコア１４の前記軸方向Ｂ１、Ｂ２に直交する平面から少なくとも絶縁距離Ｄ１を超える距離だけ常に離間されることとなる。その結果、係合片３０ａ、３０ｂ及び前記コイル１６の前記軸方向Ｂ１、Ｂ２の位置関係を視認することにより、前記コイル１６が前記ステータコア１４に対して前記絶縁距離Ｄ１を確保しているか否かを目視で確実に確認可能となり、また、品質確認の精度を向上することもできる。
【００４２】
さらに、ウェッジ２０の係合片３０ａ、３０ｂは、板状部材３２に切込部３３ａ、３３ｂを形成すると共に、前記板状部材３２の折曲又は湾曲により形成されるため、簡単な構造で、前記ウェッジ２０のずれや脱抜を防止することができる。また、前記切込部３３ａ、３３ｂの端部に折曲に起因する応力を緩和する穴４０が設けられるため、前記係合片３０ａ、３０ｂの折曲や絶縁紙１８との係合によって生じる応力を緩和し、長期に亘る使用によっても前記ウェッジ２０が損壊することを回避可能である。
【００４３】
なお、上述した実施の形態では、開口部２６を閉塞するウェッジ２０に係合片３０ａ、３０ｂを備えることにより前記ウェッジ２０が絶縁紙１８と係合する構成としているが、絶縁紙１８に係合片を突出形成して、該係合片をウェッジ２０と係合させて前記ウェッジ２０の軸方向Ｂ１、Ｂ２の変位を阻止する構成としてもよい。
【００４４】
また、上述した実施の形態では、スロット２２から突出したコイル１６を、ウェッジ２０から軸方向Ｂ１、Ｂ２に突出した位置で曲げ始める構成としているが、この構成に限定されるものではない。
【００４５】
例えば、図６に示される変形例に係るステータ１１ａのように、コイル１６ａの絶縁紙１８からの曲げ開始距離Ｈ１は、軸方向Ｂ１、Ｂ２の両側におけるウェッジ２０と絶縁紙１８との間のクリアランス（隙間）の距離Ｌ１、Ｌ２と、係合片３０ａ、３０ｂの前記軸方向Ｂ１、Ｂ２の長さＬ３との合計値よりも大きく設定される。
【００４６】
以上のように、変形例に係るステータ１１ａでは、スロット２２から突出したコイル１６ａは、ウェッジ２０及び絶縁紙１８間の距離Ｌ１、Ｌ２と、係合片３０ａ、３０ｂの長さＬ３との合計距離を超えて前記絶縁紙１８から軸方向Ｂ１、Ｂ２へ離間した位置で曲げ始められる。
【００４７】
従って、ウェッジ２０に軸方向Ｂ１、Ｂ２へのずれが生じた場合、前記ウェッジ２０は、コイル１６ａの直線形状部分に沿った位置ずれが生じても、係合片３０ａ、３０ｂがティース１５に固定されている絶縁紙１８と係合して、前記ウェッジ２０の軸方向の変位が阻止されるため、コイル１６ａの曲げ部分に接触することはない。その結果、ずれが生じた前記ウェッジ２０が前記コイル１６ａを傷つけることはなく、前記コイル１６ａとティース１５との絶縁不良を確実に防止することができる。
【００４８】
本実施の形態に例示される構成は、発電機にも適用されることは勿論である。
【００４９】
なお、本発明に係る回転電機は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【符号の説明】
【００５０】
１０…電動機                        １１、１１ａ…ステータ
１２…ロータ                        １３…シャフト
１４…ステータコア                  １５…ティース
１６、１６ａ…コイル                １８…絶縁紙
２０…ウェッジ                      ２２…スロット
２４…突起部                        ２６…開口部
２８…端部                          ３０ａ、３０ｂ…係合片
３１ａ、３１ｂ…折返部              ３２…板状部材
３３ａ、３３ｂ…切込部              ３４…底部
３６ａ、３６ｂ…側壁部              ４０…穴
【図１】
2013208039.tif 000003
【図２】
2013208039.tif 000004
【図３】
2013208039.tif 000005
【図４】
2013208039.tif 000006
【図５】
2013208039.tif 000007
【図６】
2013208039.tif 000008