JP5833885B2 - 回転電機固定子 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機固定子に係り、特に、コイルエンドにおいて巻線コイルの端部が接合される接合部が設けられる回転電機固定子に関する。

回転電機の固定子は、固定子コアに巻線コイルが巻回されて構成される。巻回された巻線コイルが固定子コアの軸方向で突出する部分はコイルエンドと呼ばれる。このコイルエンドで、複数の巻線コイルを相互に接続することが行われる。

例えば、特許文献１には、コイルエンドにおいて、巻線コイルの端部が固定子の軸方向に突き出す様子が示されている。

特開２０１０−１６６８０３号公報

回転電機固定子のコイルエンドで巻線コイルの端部が接合によって接続される場合、接合部と回転電機ケースとの間の絶縁を確保する必要がある。そこで、例えば、接合部に樹脂コーティングが施される。

このように接合部に樹脂コーティングを施しても、樹脂コーティングの密着力によっては、振動や、熱サイクルのために、接合部から樹脂コーティングが剥落する可能性がある。熱サイクルによる剥落は、接合部における導体線と、絶縁のための樹脂コーティングとは材料が異なるので、熱膨張係数の相違によって生じ得る。

本発明の目的は、巻線コイルの接合部から絶縁のためのコーティングが剥落することをより確実に防止できる回転電機固定子を提供することである。

本発明に係る回転電機固定子は、回転電機ケースに固定される固定子コアと、絶縁被覆で導線が覆われる巻線コイルであって、固定子コアに巻回され、固定子コアの軸方向に突き出すコイルエンドを形成する複数の巻線コイルと、コイルエンドにおいて、複数の巻線コイルの中で、接合されるように予め定められた２つの巻線コイルについて、一方の巻線コイルの根元部と他方の巻線コイルの根元部は互いに鋭角をなして近接した状態で、一方の巻線コイルの端部の先端の絶縁被覆が除かれた一方側導線、及び、他方の巻線コイルの端部の先端の絶縁被覆が除かれた他方側導線が互いに重ね合わされた接合部と、接合部における一方の巻線コイルの根元部と他方の巻線コイルの根元部とが互いに鋭角をなして近接した部分と、一方の巻線コイルの周方向の一周部分と、他方の巻線コイルの周方向の一周部分とを含み、接合部を包み込むように絶縁材料でコーティングされた絶縁コーティング部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る回転電機固定子において、絶縁コーティング部は、回転電機ケース体の内壁部の表面に対して予め定められた間隔距離の範囲について、接合部の全体を包み込んでいることが好ましい。

また、本発明に係る回転電機固定子において、絶縁コーティング部は、樹脂粉体でコーティングされたことが好ましい。

上記構成により、回転電機固定子は、コイルエンドにおける巻線コイルの接合部を包み込むように形成される絶縁コーティング部であって、接合部における２つの巻線コイルの根元部で鋭角をなす空間を埋めながら、一方の巻線コイルの周方向の一周に渡り、かつ、他方の巻線コイルの周方向の一周に渡って、絶縁材料がコーティングされる絶縁コーティング部を備える。

このように、絶縁コーティング部を、２つの巻線コイルの根元部の鋭角をなす空間を埋めながら２つの巻線コイルの周方向の一周に渡って接合部を包み込むように設けることで、物理的にまた機械的に、絶縁コーティング部が２つの巻線コイルの周りにしっかりと保持される。この物理的なまた機械的な保持力が、絶縁コーティング部と巻線コイルとの間の密着力に加えられるので、巻線コイルの接合部から絶縁コーティング部が剥落することをより確実に防止できる。

また、回転電機固定子において、絶縁コーティング部は、回転電機ケース体の内壁部の表面に対して予め定められた間隔距離の範囲について、接合部の全体を包み込んでいる。予め定められた間隔距離を、回転電機に要求される絶縁性能に合わせることで、巻線コイルの接合部と回転電機ケース体との間の絶縁をより確実に確保することができる。

また、回転電機固定子において、絶縁コーティング部は、樹脂粉体塗装で形成される。従来技術の樹脂紛体塗装について、塗布の領域を２つの巻線コイルの根元部の鋭角をなす空間を埋めながら２つの巻線コイルの周方向の一周に渡って接合部を包み込むようにすることで、巻線コイルの接合部から絶縁コーティング部が剥落することをより確実に防止できる。

本発明に係る実施の形態の回転電機固定子が用いられる回転電機の構成と、コイルエンドにおける接合部の詳細を示す図である。 図１における接合部の三面図である。 本発明に係る実施の形態において、図１、図２とは異なる接合部の例の１つを示す図である。 図１から図３とは異なる接合部の例の１つを示す図である。 図１から図４とは異なる接合部の例の１つを示す図である。

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、回転電機の回転子コアを、電磁鋼板を積層し、内部に永久磁石が埋め込まれたものとして述べるが、これは例示であって、永久磁石は電磁鋼板の表面に配置されてもよく、また、永久磁石を用いないリラクタンス型コアであってもよい。電磁鋼板以外のコア片を積層するものであってもよく、一体型のコアであってもよい。同様に、回転電機の固定子コアを、電磁鋼板を積層したものとして述べるが、電磁鋼板以外のコア片を積層するものであってもよく、一体型の固定子コアであってもよい。

以下では、２つの巻線コイルが接合される具体的構造例を４つ説明するが、回転電機ケース体と接合部との間の絶縁を確保する必要がある場合であれば、この４つの具体的構造の変形例であってもよい。

以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。

図１は、コイルエンド２０を有する回転電機固定子１７が含まれる回転電機１０の構成を示す図である。回転電機１０は、回転電機ケース体１２と、回転電機ケース体１２に回転自在に保持される回転軸１４と、回転軸１４に取り付けられる回転電機回転子１６と、回転電機固定子１７を含んで構成される。

回転電機ケース体１２は、回転電機１０の全体の筐体であって、金属製で構成される。回転電機ケース体１２は、その内部に、回転電機回転子１６と回転電機固定子１７を収納するので、これら内部に収納される各要素の外周に沿った形状を有する。

図１の例では、回転電機固定子１７には軸方向に突き出るコイルエンド２０があるので、そのコイルエンド２０から適当な隙間空間を開けるようにして回転電機ケース体１２の内壁形状が設定される。また、回転電機回転子１６にはその中心軸に沿って回転軸１４が取り付けられるので、その両端を軸受１５で支持するため、回転電機回転子１６の両端の軸受１５の位置まで回転電機ケース体１２の形状が回り込むように設定される。なお、図１の回転電機ケース体１２の形状は一例であって、これ以外の形状とすることができる。

回転電機回転子１６は、電磁鋼板を積層した回転子コアに永久磁石が配置されたものである。回転電機回転子１６は回転軸１４に取り付けられ、回転軸１４はその両端が軸受１５で支持される。ここで、回転電機回転子１６の永久磁石と、回転電機固定子１７の巻線コイルに通電することで生じる回転磁界との協働によって、回転電機回転子１６を回転電機固定子１７に対して回転させる駆動力が発生し、これによって、回転電機１０が回転動作する。

回転電機固定子１７は、複数の電磁鋼板を積層した固定子コア１８と、固定子コア１８に巻回される複数の巻線コイルを含んで構成される。図１では、複数の巻線コイルが固定子コア１８の軸方向の両端側に突き出た部分であるコイルエンド２０が図示されている。

コイルエンド２０には、複数の巻線コイルの中で、接合されるように予め定められた２つの巻線コイルの接合部２２が設けられる。図１では、接合部２２の詳細拡大図が示されている。また、図２は、接合部２２の三面図である。

接合部２２においては、一方の巻線コイル３０の端部の先端の絶縁被覆３２が除かれて露出された一方側導線３４と、他方の巻線コイル４０の端部の先端の絶縁被覆４２が除かれて露出された他方側導線４４とが互いに接合される。接合は、レーザ溶接技術等を用いることができ、これによって、一方側導線３４と他方側導線４４が溶融して一体化した溶接ボール４６が形成される。

溶接ボール４６を形成するためには、一方側導線３４と他方側導線４４が互いに重ね合わされるようにする必要があるが、そのために、一方の巻線コイル３０の根元部と、他方の巻線コイル４０の根元部とは、互いに鋭角をなして近接するように、形状が整えられる。図１における楔状空間４８は、２つの巻線コイル３０，４０の根元部が互いに鋭角をなす空間である。

接合部２２における絶縁コーティング部５０は、絶縁材料である樹脂粉体を一方側導線３４と他方側導線４４の周りにコーティングして形成された絶縁体である。樹脂粉体としては、例えば、エポキシ樹脂粉体を用いることができ、コーティング方法としては、塗装技術を用いることができる。絶縁コーティング部５０は、接合部２２における２つの巻線コイル３０，４０の根元部で鋭角をなす楔状空間４８を埋めながら、一方の巻線コイル３０の周方向の一周に渡り、かつ、他方の巻線コイル４０の周方向の一周に渡って、樹脂粉体がコーティングされて形成される。樹脂粉体が楔状空間４８を埋める様子は、図２の三面図の中の正面図において示される。また、一方の巻線コイル３０の周方向の一周に渡り、かつ、他方の巻線コイル４０の周方向の一周に渡って、樹脂粉体がコーティングされる様子は、図２の三面図の中の左右側面図によって示される。

このように、絶縁コーティング部５０を、２つの巻線コイル３０，４０の根元部の鋭角をなす楔状空間４８を埋めながら、２つの巻線コイル３０，４０の周方向の一周に渡って接合部２２を包み込むように設けることで、絶縁コーティング部５０の背面側が物理的にまた機械的に、２つの巻線コイル３０，４０の周りにしっかりと保持される。この物理的にまた機械的な保持力が、絶縁コーティング部５０の先端側における２つの巻線コイル３０，４０との間の密着力に加えられるので、巻線コイル３０，４０の接合部２２から絶縁コーティング部５０が剥落することをより確実に防止できる。

絶縁コーティング部５０の大きさは、回転電機１０の絶縁性仕様を考慮して定められる。例えば、回転電機１０の絶縁性仕様が、電力が出入りする導体部と、回転電機ケース体１２との間の間隔距離Ｌ₀で定められるときを考える。このときは、回転電機ケース体１２の内壁部の表面１３に対して、間隔距離Ｌ₀の範囲について、接合部２２の全体を包み込んでいる大きさに絶縁コーティング部５０の大きさが設定される。

回転電機固定子１７が回転電機ケース体１２に組み込まれたときに、絶縁コーティング部５０が回転電機ケース体１２に接触しないことが好ましい。接触を避けるために適当に余裕隙間ΔＬを設けるものとすると、絶縁コーティング部５０の回転電機ケース体１２の内壁部の表面１３に向かう方向に沿った長さは、（Ｌ₀−ΔＬ）とすることができる。

図２の例では、絶縁コーティング部５０の長さである（Ｌ₀−ΔＬ）の中に、溶接ボール４６と、一方側導線３４と、他方側導線４４が共に含まれている。絶縁コーティング部の長さが（Ｌ₀−ΔＬ）を確保できていれば、場合によって、一方側導線３４または他方側導線４４が部分的に絶縁コーティング部５０の外側にあっても構わない。例えば、一方側導線３４および他方側導線４４と樹脂粉体との間の密着性が、絶縁被覆３２，４２と樹脂粉体との密着性よりもよい場合には、絶縁被覆３２，４２を広範囲に除いて、一方側導線３４および他方側導線４４と樹脂粉体との接触面積を広くとることが望ましい。

その意味で、絶縁コーティング部５０は、電気的導体が露出している一方側導線３４と他方側導線４４を絶縁物で覆うことよりも、回転電機ケース体１２よりＬ₀の間隔距離の間は、電力が出入りする導体部が確実に絶縁されてその状態で保持されることを主目的とするものである。

図１、図２では、接合部２２が、回転電機ケース体１２の外径側の内壁部の表面１３に近接して配置される場合である。回転電機ケース体１２は、その内部に収納される各要素の外周に沿った形状を有するので、接合部２２が、図１、図２以外の内壁部の表面１３に近接して配置されることがある。図３から図５は、そのような場合を示す図である。

図３は、接合部２２が、回転電機ケース体１２の内径側の内壁部の表面１３に近接して配置される場合である。図１と比較して、接合部２２の形状が左右反対になったことを除くと同じ構成である。すなわち、この場合でも、絶縁コーティング部５０は、接合部２２における２つの巻線コイル３０，４０の根元部で鋭角をなす楔状空間４８を埋めながら、一方の巻線コイル３０の周方向の一周に渡り、かつ、他方の巻線コイル４０の周方向の一周に渡って、樹脂粉体がコーティングされて形成される。そして、回転電機ケース体１２の内壁部の表面１３に対して、間隔距離Ｌ₀の範囲について、接合部２２の全体を包み込んでいる大きさに絶縁コーティング部５０の大きさが設定される。

図４と図５は、接合部２２が、回転電機ケース体１２の軸方向の先端の内壁部の表面１３に近接して配置される場合である。特に、図５は、一方の巻線コイル３０と他方の巻線コイル４０の双方が根元側で曲げられていることがその他の例と異なる。

図４、図５の場合を図１、図３と比較すると、接合部２２の延びる方向が周方向でなく軸方向であることを除くと同じ構成である。すなわち、この場合でも、絶縁コーティング部５０は、接合部２２における２つの巻線コイル３０，４０の根元部で鋭角をなす楔状空間４８を埋めながら、一方の巻線コイル３０の周方向の一周に渡り、かつ、他方の巻線コイル４０の周方向の一周に渡って、樹脂粉体がコーティングされて形成される。そして、回転電機ケース体１２の内壁部の表面１３に対して、間隔距離Ｌ₀の範囲について、接合部２２の全体を包み込んでいる大きさに絶縁コーティング部５０の大きさが設定される。

本発明に係る回転電機固定子は、車両に搭載される回転電機等に利用できる。

１０ 回転電機、１２ 回転電機ケース体、１３ （内壁部の）表面、１４ 回転軸、１５ 軸受、１６ 回転電機回転子、１７ 回転電機固定子、１８ 固定子コア、２０ コイルエンド、２２ 接合部、３０，４０ 巻線コイル、３２，４２ 絶縁被覆、３４ 一方側導線、４４ 他方側導線、４６ 溶接ボール、４８ 楔状空間、５０ 絶縁コーティング部。

Claims (3)

1. 回転電機ケースに固定される固定子コアと、
   絶縁被覆で導線が覆われる巻線コイルであって、固定子コアに巻回され、固定子コアの軸方向に突き出すコイルエンドを形成する複数の巻線コイルと、
   コイルエンドにおいて、複数の巻線コイルの中で、接合されるように予め定められた２つの巻線コイルについて、
   一方の巻線コイルの根元部と他方の巻線コイルの根元部は互いに鋭角をなして近接した状態で、一方の巻線コイルの端部の先端の絶縁被覆が除かれた一方側導線、及び、他方の巻線コイルの端部の先端の絶縁被覆が除かれた他方側導線が互いに重ね合わされた接合部と、
   接合部における一方の巻線コイルの根元部と他方の巻線コイルの根元部とが互いに鋭角をなして近接した部分と、一方の巻線コイルの周方向の一周部分と、他方の巻線コイルの周方向の一周部分とを含み、接合部を包み込むように絶縁材料でコーティングされた絶縁コーティング部と、
   を備えることを特徴とする回転電機固定子。
2. 請求項１に記載の回転電機固定子において、
   絶縁コーティング部は、
   回転電機ケース体の内壁部の表面に対して予め定められた間隔距離の範囲について、接合部の全体を包み込んでいることを特徴とする回転電機固定子。
3. 請求項１に記載の回転電機固定子において、
   絶縁コーティング部は、樹脂粉体でコーティングされたことを特徴とする回転電機固定子。

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