JP2004282928A

JP2004282928A - 電動機固定子

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Publication number: JP2004282928A
Application number: JP2003072435A
Authority: JP
Inventors: Toshio Arai; 利夫荒井; Tomoaki Oikawa; 智明及川; Yasuyoshi Tajima; 庸賀田島
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-03-17
Filing date: 2003-03-17
Publication date: 2004-10-07
Anticipated expiration: 2023-03-17
Also published as: JP4311047B2

Abstract

【課題】従来の直巻き式電動機の固定子では、１枚の絶縁シートに対しティースに巻回された一つのコイルしか装着できず、全コイル間を絶縁するためには、ティースの数量分だけ絶縁シートの数量を要す。また、ティースの一つ間隔に絶縁シートを装着した最小数でもティース数量の半分の絶縁シートの数量を要すので、部品点数が多くなってしまい加工性が悪くなってしまう問題点がある。
【解決手段】この発明は、回転子が固定子の内径側又は外径側に設置された固定子のバックヨーク部と、当該バックヨーク部から突出した複数のティース部とを有する固定子鉄心であって、インシュレータを介して前記ティース部に直接巻回されたコイルとを設け、このコイル部に帯状絶縁シートを装着した構成とする。
【選択図】図１０

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、誘導電動機などの回転電機機固定子鉄心のティース部にコイルを直接巻回された電動機固定子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、誘導電動機などの回転電動機は小型高性能化のために、ブラシレスＤＣモータからなる直巻き式電動機が多く用いられている。この電動機固定子の内面周囲又は外面周囲に複数のティースが平等間隔で設けられ、これらのティース部にコイルを直接巻回して構成される。
【０００３】
一般的なブラシレスＤＣモータ等の直巻き式電動機固定子は、固定子鉄心がバックヨークから突出した複数のティースを有し、絶縁部材のインシュレータで覆われており、コイルはインシュレータを介してティースに直接巻き回されており、隣接するコイル間には隙間８が生じる。直巻き式電動機固定子に巻回された隣接コイル間の隙間には配置させる絶縁部材を示している。この絶縁シートの両端に溶着部を形成し、両端の溶着部を熱溶着により接着することで環状に形成される。（例えば、特許文献参照）
【０００４】
【特許文献】
特開２００２−２３３０９２号公報
特開平０８−１４９７３０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の直巻き式電動機の固定子では、１枚の絶縁シートに対しティースに巻回された一つのコイルしか装着できず、全コイル間を絶縁するためには、ティースの数量分だけ絶縁シートの数量を要す。また、ティースの一つ間隔に絶縁シートを装着した最小数でもティース数量の半分の絶縁シートの数量を要すので、部品点数が多くなってしまい加工性が悪くなってしまう問題点がある。
【０００６】
また、絶縁シートの両端部を予め接着して環状に形成後に、固定子鉄心のティースの先端部（回転子側の開溝部）より装着する組立工法の為、ティースの先端部に樹脂成形品のインシュレータの壁を装着した場合で、コイルエンド高さよりインシュレータの壁位置が高い場合には、絶縁シートの装着が困難であるという問題点もある。
【０００７】
また、前記インシュレータの壁位置がコイルエンドより高い場合、絶縁シートを壁形状より大きめな環状に形成すれば装着は可能であるが、この場合コイルエンドに絶縁シートを密着することが出来ず、結束糸での固定時に絶縁シートがコイルエンドよりずれる恐れがあり、絶縁シートが回転子側へのはみ出し、絶縁効果を低減させてしまうという問題点もある。
【０００８】
さらに、絶縁シートは環状に形成される為、コイルエンドの周囲を全周覆ってしまいコイルが発生する熱を固定子鉄心に伝えにくいという放熱性の問題点もある。
【０００９】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、隣接コイル間の絶縁をなるべく少ない部品点数で的確に行うことで組立性を向上させて、信頼性の高い電動機固定子を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【問題を解決するための手段】
この発明の電動機固定子は、回転子が固定子の内径側又は外径側に設置された固定子のバックヨーク部と、当該バックヨーク部から突出した複数のティース部とを有する固定子鉄心と、インシュレータを介して前記ティース部に直接巻回されたコイルとを設け、このコイル部に帯状の絶縁シートを装着するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明に係る実施の形態１による電動機固定子の詳細を説明する。図１は電動機固定子断面図、図２は電動機固定子の横断面図、図３は電動機固定子の縦断面図である。図において、固定子１の固定子鉄心２は、バックヨーク３から突出した複数のティース４を有し、絶縁部材のインシュレータ５で覆われている。コイル６は前記インシュレータ５を介して前記ティース４に直接巻き回されており、隣接するコイル６間を帯状絶縁シート７で絶縁されている。
【００１２】
図２に示すコイル６の直径をｒ１、帯状絶縁シート７の幅をｗ１、インシュレータ５のティース４の回転子側からバックヨーク３までの内寸法をｗ２としたとき、ｗ２−ｒ１／２＜ｗ１≦ｗ２とする。
【００１３】
また、図３に示す固定子鉄心２に装着されたインシュレータ５に巻き回されたコイル６の上部から固定子鉄心２の端面部までの高さをｈ１、固定子鉄心２に装着されたインシュレータ５内径側に配置した内壁５ｂの上部から固定子鉄心２の端面部までの高さをｈ２としたとき、ｈ１＜ｈ２とする。
【００１４】
上記ｗ２−ｒ１／２＜ｗ１≦ｗ２、ｈ１＜ｈ２により、帯状絶縁シート７はインシュレータの内壁５ｂに引っ掛かかることで位置ずれを防止でき、回転子側にはみ出すこと無く、コイル６間を絶縁することが可能となる。
【００１５】
図４は帯状の絶縁シート７を装着したインナーロータ式電動機を示す要部概略図であり、回転子８は固定子１の内径側に配置されている。帯状絶縁シート７はコイル６間をクランク状に添わせており、隣接するコイル６のコイルエンドを上下交互に覆って形成される。
【００１６】
図５は帯状絶縁シート７を装着したアウターロータ式電動機を示す図であり、回転子８は固定子１の外径側に配置されている。帯状絶縁シート７は前記図４に示すしたインナーロータ式電動機のコイル６と同様に隣接するコイル６のコイルエンドを上下交互に覆って形成される。
【００１７】
図６はコイル間を絶縁する帯状絶縁シート７の展開図である。帯状絶縁シート７は例えば厚さ約０．０７５ｍｍ〜０．３ｍｍで、弾力性を有するＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＰＳ，アラミド紙のフィルム状の帯状シートを用いる。
【００１８】
図７（ａ）は電動機固定子の組立前の構成を示す斜視図であり、帯状絶縁シート７は固定子１の回転子側隙間９ａまたは、コイルエンド側隙間９ｂより挿入しコイル６に添わせてクランク状に形成させながら、コイル６間に装着する。
【００１９】
図７（ｂ）は組立後の構成を示す斜視図であり、１枚の帯状絶縁シート７により各ティースに巻回されたコイル６間は絶縁される。帯状絶縁シート７の両端はコイルエンドに粘着テープ等で固定もしくは、両端どうしを粘着テープまたは、熱溶着で接着固定する。
【００２０】
図８は薄肉連結固定子鉄心を直線状に展開させた一部展開図で、帯状絶縁シート７を装着した電動機固定子を示すもので、図に示すように固定子鉄心２は、バックヨーク３の外径側を薄肉にて連結した薄肉連結形固定子鉄心１０に用いた例である。
【００２１】
図９は回転可能連結固定子鉄心１１を直線状に展開させた一部展開図で、帯状絶縁シート７を装着した回転可能連結形電動機固定子を示すもので、回転可能連結形固定子鉄心１１の各ティース４がバックヨーク３で分割され、プレス打ち抜きにてバックヨーク３部の表面に凸部を、裏面に凹部を設けて積層された回転可能連結形固定子鉄心１１及び、凸凹加工の代わりに貫通穴を設け、この貫通穴にピンを通して回転可能にする回転可能連結固定子鉄心１１に用いた例である。
【００２２】
この実施の形態１による電動機固定子は、１枚の帯状絶縁シート７で隣接する複数のコイル６間を絶縁でき、前記複数のコイル６の表面をクランク状に形成させて装着しているため、各コイル６のコイルエンド部上下の何れか片側は必ずコイル６の表面が解放されている状態であり放熱効果が高い。このため、安価で部品点数の少ない絶縁部材を用い、組立が容易な上、放熱効果の高い電動機固定子を提供することが出来る。
【００２３】
実施の形態２．
図１０乃至図１２に示すこの発明の実施の形態２における電動機固定子を説明する。図１０は電動機固定子の構成を示す斜視図で、固定子鉄心２に組み込まれたインシュレータ３の外径側の外壁５ａに予め突起５ｃを形成しておき、帯状絶縁シート７の両端に設けた取付け部１２に加工された取付穴１２ａを前記外壁５ａの突起５ｃに挿入することで、副部材を使用しなくても帯状絶縁シート７を容易に固定することができる。
【００２４】
組立手順としては、一方取付け部１２の取付穴１２ａを上記インシュレータ５に形成された突起５ｃに挿入後、帯状絶縁シート７をコイルエンドに巻き回し、最後にもう一方の取付け部１２の取付穴１２ａを別の突起５ｃに挿入して固定させる。
【００２５】
前記インシュレータ５に形成する突起５ｃは外壁５ａ、内壁５ｂの一方または、双方に配置しても良く、さらにインシュレータ５の上側、下側の一方または双方に配置しても良い。図１０は回転子（図示せず）を固定子１の内径側に配置したインナーロータ式電動機の装着例であり、突起５ｃを外壁５ａに設置した状態を示している。突起５ｃの設置位置はインシュレータ５の外壁５ａ（反回転子側）にしたほうが、帯状絶縁シート７の端部と回転子との距離に裕度があり好ましい。
【００２６】
この実施の形態２では１枚の帯状絶縁シート７で、全てのコイル６間を絶縁することも可能であるが、複数枚に分割して装着することも可能である。電動機固定子の大きさ、ティース数によって、材料の歩留まり性、組立性の優れた分割数に加減すればよい。図１０は帯状の絶縁シート７を複数枚に分割し１枚の帯状絶縁シート７で４ヶ所のコイル６間を絶縁した例である。前記インシュレータ５に形成する突起５ｃ位置は、絶縁するコイル６間の数が偶数の場合は、上下の一方の方向に、奇数の場合は上下双方に設置する。
【００２７】
図１１（ａ）は電動機固定子の展開図を示すもので、帯状絶縁シート７を装着した薄肉連結固定子鉄心１０を直線状に展開した状態であり、１枚の帯状の絶縁シート７で３ヶ所のコイル６間を絶縁した例である。突起５ｃの形状は図１１（ａ）に示す様にストレート状でも良いが、図１１（ｂ）の鍵状突起５ｄまたは、図１１（ｃ）のキノコ状突起５ｅに形成すれば、挿入した帯状絶縁シート７の取付け部１２の取付穴１２ａと係合性が向上して外れにくくなり、帯状絶縁シート７の固定力が向上する。
【００２８】
図１２（ａ）は帯状絶縁シート７の展開図である。帯状の絶縁シート７の両端の取付け部１２に取付穴１２ａを穿設している。この取付穴１２ａはパンチ、ダイで構成された精密金型で加工すれば精度の高い丸穴、楕円穴、角穴等を形成できる。一方比較的安価な金型である、合板材に刃物を圧入した簡易金型で打ち抜き形成する場合、上記取付穴１２ａの加工は穴径が５ｍｍ程度の小径の場合、打ち抜き加工性が劣る。
【００２９】
図１２（ｂ）は帯状絶縁シート７の両端の取付け部１２に形成する形状を半月状切り込み１２ｂ形成したものである。これは穴加工と異なり抜き取り加工をしないため、簡易金型で対応可能であり、組立性は前記取付穴１２ａを施したものと同等である。これにより安価な金型で製造可能な帯状絶縁シート７を電動機固定子に組み込むことができる。
【００３０】
実施の形態３．
図１３乃至図１８及び、図１９に示す実施の形態３における帯状絶縁シートについて説明する。図１３は電動機固定子の縦断面図を示している。一般的に直巻き式電動機固定子は巻き回されたコイル６を高密度化した場合に、コイル６の配列位置は高さ方向に不均一になり易く、コイルエンドの高い部分がインシュレータの外壁５ａ側または、内壁５ｂ側に寄ることが多い。図１３はコイルエンドの高い部分がインシュレータ外径側の外壁５ａに寄ったことを示した例である。
【００３１】
図１４（ａ）は第１の帯状絶縁シート７の展開図を示すもので直線的な帯状の形状である。図１４（ｂ）は前記コイルエンド形状及び、第１の帯状絶縁シート７を装着した斜視図（固定子鉄心及び、インシュレータを省略）である。第１の帯状絶縁シート７は直線状の単純な形状をしており加工性が良く、フープ状の素材から連続打ち抜きした場合に廃材となる部材が少なく、歩留まりが向上する。但し図１４（ａ）に示す様に、コイル６と第１の帯状絶縁シート７に隙間が生じる場合がある。
【００３２】
図１５、図１７乃至図１９は電動機固定子用絶縁シートの展開図、帯状絶縁シートを装着したコイルエンドの状態を示した斜視図である。なお図１５〜図１８に於いて、（ａ）は３つのコイル６間を絶縁する絶縁シートの展開図を示し、（ｂ）は巻き回されたコイル６の高さが不均一になったコイルエンド形状に帯状絶縁シートを装着した絶縁シート装着斜視図（固定子鉄心及び、インシュレータを省略）を示している。
【００３３】
図１５（ａ）に示す第２の帯状絶縁シート１３は、図１５（ｂ）に示すコイルエンドが低い内径側１３ａと、コイルエンドが高い外径側１３ｂ部分を屈折（θ１）させたものである。この屈折部分を前記コイルエンド部に装着することで、高さが不均一なコイルエンド部分に密着させることが出来、絶縁の信頼性が向上する。
【００３４】
図１６はインナーロータ式電動機固定子を示す要部展開図である。直巻き式電動機固定子の場合、一般的に巻き回されたコイル６の口出し線６ａはインシュレータ外径側の外壁５ａにからげられる場合が多い。この時、口出し線６ａがコイル６の上部に配置されると、帯状絶縁シートをコイルエンドに密着しづらくなるが、第３の帯状絶縁シート１４に施された切り抜き加工１４ａが、口出し線６ａを避ける形状のため、密着性を妨げることは無い。
【００３５】
図１７（ａ）の第３の帯状絶縁シート１４は、図１５（ｂ）に示すコイルエンドが高い部分又は図１６に示す口出し線６ａに対応した切り抜き部１４ａを施し、前記コイルエンド部に配置することで、直線的な帯状形状の第３の帯状絶縁シート１４でも図１７（ｂ）に示すように、高さが不均一なコイルエンド部分に密着させることが出来、歩留まり及び、絶縁の信頼性が向上する。
【００３６】
図１８（ａ）の第４の帯状絶縁シート１５は、図１７（ｂ）に示すコイルエンド部分に、端部切り込み１５ａ、中央切り込み１５ｂを施し、前記コイルエンド部に配置することで、端部切り込み１５ａ、中央切り込み１５ｂがそれぞれ網状に広がり、直線的な形状の第４の帯状絶縁シート１５でも、図１８（ｂ）に示す高さが不均一なコイルエンド部分に密着させることが出来る。また、弾力性を有するフィルム状のシートを用いるため、網状に広がった部分はスプリング性が有り、スプリングバックにより取付け部１２の取付穴１２ａとインシュレータ５との係合性が高まり、帯状絶縁シートのズレを防止出来るので絶縁の信頼性が向上する。
【００３７】
上記の実施の形態３は一例であり、摘宜前記実施の形態１、実施の形態２又は実施の形態３どうしを組み合わせたり、変形することも可能である。例えば、図１９（ａ）の第５の帯状絶縁シート１６は、前記図１７（ａ）に示した第３の帯状絶縁シート１４に類似したほぼ直線的形状を成し、図１９（ｂ）に示すコイルエンド部分に相当する位置に、対角した狭部切り抜き部１６ａを施したものである。図１９（ｃ）は対角した切り抜き加工１６ａの頂点を結んだ折り曲げ中心１７に合わせて、第５の帯状絶縁シート１６を半回転捻った状態を示す。これにより前記図１５（ａ）に示した第２の帯状絶縁シート１３の如く屈折（θ２）し、この屈折部分である捻り部１６ｂを図１９（ｂ）に示す、前記コイルエンド部に装着することで、高さが不均一なコイルエンド部分に密着させることができる。
【００３８】
また、図１９（ａ）の第５の帯状絶縁シート１６は歩留まり性の高いほぼ直線形状をしているが、図１９（ｃ）の第５の帯状絶縁シート１６に形成後、屈折部の角度θ２は前記図１５（ａ）の第２の帯状絶縁シート１３に示す屈折部の角度θ１より小さな角度を形成することが可能で、コイルへの密着性がより向上する。
【００３９】
さらに、前記屈折部は折り曲げ中心１７で半回転捻ることで形成されているため、角度θ２は自由に変化でき、高さが不均一なコイルエンド部分に自然体で密着する。これにより汎用性が広がり、コイルの巻き回し量を変更させた場合等の、コイルエンド高さのばらつきを吸収することができるため、多機種の電動機固定子の絶縁を、専用形状を要さずに用いることができる。なお、この第５の帯状絶縁シート１６を電動機固定子に組立てる工程として、予め折り曲げ中心１７で半回転捻った後に装着しても良いし、第５の帯状絶縁シート１６の展開形状のまま、一方の半月状切り込み１２ｂをインシュレータ５に挿入後、コイル６間に装着しながらコイルエンド上で、上記折り曲げ中心１７で半回転捻りながらコイルエンドに巻き回して形成することも可能である。
【００４０】
さらにまた、第５の帯状絶縁シート１６は弾力性を有するフィルム状の部材を使用するので、前記捻り部１６ａはスプリング性が有り、スプリングバックにより半月状切り込み１２ｂとインシュレータとの係合性が高まり、帯状絶縁シートのズレを防止できる。
【００４１】
この実施の形態３において、安価で部品点数の少ない絶縁部材を用い、組立が容易な上、絶縁性能の高い電動機固定子を提供することができる。また、帯状絶縁シートの固定に副資材である粘着テープ等を要さないので、当該電動機を冷媒、冷凍機油等の雰囲気に搭載した場合、粘着物等の溶出による冷媒サイクルの詰まりを防止できるため、冷媒の圧縮を行う圧縮機に用いることができる。
【００４２】
また、前記電動機固定子が搭載された圧縮機の制御方法で、効率改善、運転範囲拡大を目的として昇圧機能付きインバータを用いることがある。このとき電動機固定子に供給される電圧が上がり、コイル６間の電位差が大きくなる場合があるが、前記帯状絶縁シート７をコイル６間に配置することで、絶縁の信頼性が向上し、前記昇圧機能付きインバータを用いた冷凍サイクルに当該電動機固定子を用いることができる。
【００４３】
【発明の効果】
この発明の電動機固定子は、回転子が固定子の内径側及び外径側に設置された固定子のバックヨーク部と、当該バックヨーク部から突出した複数のティース部とを有する固定子鉄心と、インシュレータを介して前記ティース部に直接巻回されたコイルとを設け、このコイル部に帯状の絶縁シートを装着するため組立作業性を向上させ、少ない部品点数で隣接コイル間の絶縁をおこなうことができる。
【００４４】
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１における電動機固定子の横断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１における電動機固定子の要部断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１における電動機固定子の縦断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１におけるインナーロータ式電動機を示す概略図である。
【図５】この発明の実施の形態１におけるアウターロータ式電動機を示す概略図である。
【図６】この発明の実施の形態１における帯状絶縁シートの展開図である
【図７】この発明の実施の形態１における電動機固定子の構成を示す分解斜視図である。
【図８】この発明の実施の形態１における薄肉連結形固定子を示す要図展開図である。
【図９】この発明の実施の形態１における回転可能連結形固定子を示す要図展開図である。
【図１０】この発明の実施の形態２における電動機固定子の構成を示す要部斜視図である。
【図１１】この発明の実施の形態２における電動機固定子の構成を示す要部展開図である。
【図１２】この発明の実施の形態２における帯状絶縁シートの展開図である。
【図１３】この発明の実施の形態３における電動機固定子の縦断面図である。
【図１４】この発明の実施の形態３における第１の帯状絶縁シートの展開図及び、装着時の斜視図である。
【図１５】この発明の実施の形態３における第２の帯状絶縁シートの展開図及び、装着時の斜視図である。
【図１６】この発明の実施の形態３におけるインナーロータ式電動機固定子を示す要部展開図である。
【図１７】この発明の実施の形態３における第３の帯状絶縁シートの展開図及び、装着時の斜視図である。
【図１８】この発明の実施の形態３における第４の帯状絶縁シートの展開図及び、装着時の斜視図である。
【図１９】この発明の実施の形態３における第５の帯状絶縁シートの展開図及び、装着時の斜視図である。
【符号の説明】
１固定子、２固定子鉄心、３バックヨーク、４ティース、５インシュレータ、５ａ突起、６コイル、７第１の帯状絶縁シート、８回転子、９ａ回転子側隙間、９ｂコイルエンド側隙間、１０薄肉連結固定子鉄心、１１回転可能連結固定子鉄心、１２取付け部、１２ａ取付穴、１２ｂ半月状切り込み、１３第２の帯状絶縁シート、１４第３の帯状絶縁シート、１４ａ切り抜き部、１５第４の帯状絶縁シート、１５ａ端部切り込み、、１５ｂ中央切り込み、、１６第５の帯状絶縁シート、１６ａ狭部切り抜き部、
１６ｂ捻り部、１７折り曲げ中心。

Claims

回転子が固定子の内径側又は外径側に設置された固定子のバックヨーク部と、当該バックヨーク部から突出した複数のティース部とを有する固定子鉄心と、インシュレータを介して前記ティース部に直接巻回されたコイルとを設け、このコイル部に帯状絶縁シートを装着したことを特徴とする電動機固定子。
両端部にコイル部に巻回して取付ける取付穴を穿設した帯状絶縁シート設けたことを特徴とする請求項１記載の電動機固定子。
帯状絶縁シートの両端部にコイル部に巻回して取付ける取付け部に半月状の切り込み加工を施したことを特徴とする請求項１記載の電動機固定子。
帯状絶縁シートは単一又は複数個のティース部に直接巻回されたコイル外周部を絶縁することを特徴とした請求項１記載の電動機固定子。
シートの途中に切り込み又は切り欠き加工部を設けた帯状絶縁シート、この帯状絶縁シートをインシュレータに直接巻回されたコイルエンド部に切り込み又は切り欠き加工部を添わせるようにして装着したことを特徴とする請求項１記載の電動機固定子。
帯状絶縁シートの切り欠き加工部を前記コイルエンド部で捻って装着することを特徴とする請求項５記載の電動機固定子。
固定子鉄心は一体形状で積層された鉄心であって、固定子鉄心のバックヨーク部で薄肉連結されて積層された薄肉連結固定子鉄心又は複数のティース部がプレス打ち抜き加工にて、表面に凸部裏面に凹部を設け、積層された回転可能な回転可能連結固定子鉄心を用いたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の電動機固定子。
帯状絶縁シートはＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＰＳ、アラミド紙材のいずれかを用いることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の電動機固定子。
請求項１乃至請求項８記載の電動機固定子を有し、当該電動機により冷媒の圧縮を行うことを特徴とする圧縮機。
昇圧機能付きインバータにて前記請求項９記載の当該電動機が搭載された圧縮機を駆動することを特徴とする冷凍サイクル。