JP2007151312A

JP2007151312A - 誘導電動機

Info

Publication number: JP2007151312A
Application number: JP2005343088A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Kikuchi; 祐介菊地; Yoshihiro Taema; 欣弘妙摩
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2005-11-29
Filing date: 2005-11-29
Publication date: 2007-06-14

Abstract

【課題】ねじれや曲げによって変形せず、剛性の高いステータを備えた誘導電動機を提供する。
【解決手段】各ティース２１ａ〜２１ｌを被覆するためのセグメント３２ａ〜３２ｌを薄肉ヒンジ部３４を介して屈曲自在に連結するインシュレータ３０を有し、インシュレータ３０の薄肉ヒンジ部３４にステータ２の剛性を高めるための補強手段４０を設ける。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば空気調和機のファンモータとして用いられる誘導電動機に関し、さらに詳しく言えば、ストレートコア構造のステータの剛性強度を向上させる技術に関する。

例えば特許文献１に示されているように、誘導電動機は、回転出力軸を有するロータ（回転子）と、ロータの軸線に沿って同軸的に配置されるステータ（固定子）とを備え、ステータがロータの内側に配置されるものがインナーロータ型、ステータがロータの外側に配置されるものがアウターロータ型に分類される。

通常、ステータは、電磁鋼板などからなる固定子鉄心（ヨーク）と、固定子鉄心を絶縁するインシュレータとを備えている。ヨークには、ロータに向かって半径方向に沿って突設される複数のティースとを有し、各ティースの間には、コイルが収納されるスロットが形成されている。

特許文献１に示すインシュレータには、固定子鉄心の両端に取り付けられる端板と、ティースの間に形成されたスロット内に沿って差し込まれる絶縁シートとが設けられており、インシュレータを介してティースの外周にコイルが巻回されている。

ところで、特許文献１に記載のステータは、最初、固定子鉄心の各ティースが薄肉部を介して直線状（棒状）に形成されている（ストレートコア構造）。したがって、その棒状の固定子鉄心にインシュレータを取り付けたのち、各ティースにコイルを巻回することができる。

コイルが巻かれたステータは、両端が内側に折り曲げられ、両端を溶接することにより環状に形成される。しかるのち、合成樹脂で一体にモールドすることによりステータが形成されていた。これによれば、巻線工数や材料コストや抑えることができ、生産コストを抑えることができる。

しかしながら、特許文献１に記載のステータには次のような問題があった。すなわち、従来の固定子鉄心は、薄肉部が特に補強されていないために剛性が弱く、コイルを巻回した後、固定子鉄心を折り曲げるまでの間に、固定子鉄心にねじれ方向や曲げ方向の応力が加わると、コイルの緩みや断線などの発生原因となり好ましくない。

特開２００２−２４７７８６号公報

そこで、本発明は上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ねじれや曲げによって変形せず、剛性の高いステータを備えた誘導電動機を提供することにある。

上述した目的を達成するため、本発明は以下に示すいくつかの特徴を備えている。請求項１に記載の発明は、回転出力軸を有するロータと、上記ロータに同軸的に配置されたステータとを含み、上記ステータは、複数のティースが上記ロータの磁極面に向かって突設された固定子鉄心と、上記固定子鉄心を絶縁するインシュレータとを備える誘導電動機において、上記インシュレータは、各ティース毎に独立して被覆される複数のセグメントを有し、それらが薄肉部を介して互いに屈曲自在に連結されているとともに、上記薄肉部の剛性を高めるための補強手段が設けられていることを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、上記請求項１において、上記インシュレータには、上記固定子鉄心に対してその軸線方向の両側から被せられる一対の第１および第２インシュレータが含まれ、上記補強手段は、上記第１および第２インシュレータの各々に設けられていることを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、上記請求項２において、上記補強手段は、上記固定子鉄心を挟んで対向的に設けられていることを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、上記請求項１，２または３において、上記補強手段は、隣接するセグメント間に配置されたほぼＵ字状のベース部と、上記ベース部の両端に屈曲自在に一体的に形成された補強片とを備えることを特徴としている。

請求項５に記載の発明は、上記請求項４において、上記補強片は両端が各ベース部に連結され、そのほぼ中央がＶ字状に折り曲げられていることを特徴としている。

請求項６に記載の発明は、上記請求項１ないし５のいずれか１項において、上記固定子鉄心は、少なくとも２つ以上のヨークブロックに分割されており、各ヨークブロックは上記インシュレータを介して連結されるとともに、隣接する上記各ヨークブロック同士の連結部に対応する上記薄肉部に上記補強手段が設けられていることを特徴としている。

請求項７に記載の発明は、上記請求項１ないし６のいずれか１項において、上記インシュレータは直線状に展開可能であり、その両端の上記セグメントには、コイルに結線される端子ピンが設置される端子ピン支持部が設けられていることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、各セグメント同士を連結する薄肉部に補強手段を設けることにより、薄肉部における剛性が高められているため、ストレートコア構造のステータを環状に折り曲げるまでに、ねじれ方向や曲げ方向の応力によって、固定子鉄心が変形して、コイルが緩んだり断線するなどの不具合を防止することができる。

請求項２および３に記載の発明によれば、インシュレータが固定子鉄心を挟んで第１および第２インシュレータに分割され、その各々に補強手段を備えることにより、より剛性を高めることができるばかりでなく、補強手段が固定子鉄心を挟んで対向的に配置されていることにより、ねじれ方向や曲げ方向の変形応力に抗することができる。

請求項４に記載の発明によれば、特に複雑な機構を用いることなく、確実に剛性を高めることができるばかりでなく、生産コストを抑えることができる。

請求項５に記載の発明によれば、補強片がＶ字状に形成されていることにより、ティースの変形に追従して無理なく変形することができ、曲げ工程の作業性の低下を防止できる。また、補強手段がインシュレータと一体構造としたことにより、剛性が高く、さらに安価に製造することもできる。

請求項６に記載の発明によれば、各ヨークブロック同士の連結部に対応する薄肉部に補強手段が設けられていることにより、強度の弱い連結部を確実に補強することができる。

請求項７に記載の発明によれば、両端に位置するセグメントの一部に端子ピンを支持する端子ピン支持部を設けたことにより、ステータを環状に折り曲げると、端子ピン支持部が隣接することにより、駆動用の回路基板などを小型化できるばかりでなく、組立作業性も向上する。

次に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかる誘導電動機のステータの正面図であり、図２は、直線状に展開された状態のステータの正面図である。また、図３は、ステータを固定子鉄心とインシュレータとに分解した状態の分解図である。

図１に示すように、この誘導電動機は、回転出力軸１１を有するロータ１０と、ロータ１１の外周側に同軸的に配置されるステータ２０とを有するインナーロータ型である。本発明において、ロータ１０は任意の構成であってよく、例えばかご形や巻線型であってよい。

ステータ２０は環状のヨーク（固定子鉄心）２１を備え、ヨーク２１の内周面側には、複数のティース（磁極歯）２２ａ〜２２ｌがロータ１０の半径方向に沿って突設されている。この例において、ティース２２ａ〜２２ｌは、誘導電動機が６極であることから、２×６＝１２個突設されているが、ティースの数は仕様に応じて任意であり、例えば４極の場合には８個のティースが設けられる。

各ティース２２ａ〜２２ｌには、図示しないコイルが巻回されるが、本発明において、コイルの構成は任意であってよい。すなわち、例えば奇数番目のティース（２２ａ，２２ｃ，２２ｅ，２２ｇ，２２ｉ，２２ｋ）に主巻線を巻き、偶数番目のティース（２２ｂ，２２ｄ，２２ｆ，２２ｈ，２２ｊ，２２ｌ）に補助巻線を巻回するなどしてもよい。さらには、各ティース２２ａ〜２２ｌに減速巻線をさらに巻回するなどしてもよい。

図２および図３を参照して、巻線が施される前において、ヨーク２１は直線状に展開されている。この例において、ヨーク２１は、それぞれに４つのティースを含む３つのヨークブロックＢ１〜Ｂ３から構成されている。

すなわち、ティース２２ａ〜２２ｄを含むヨークブロックＢ１と、ティース２２ｅ〜２２ｈを含むヨークブロックＢ２と、ティース２２ｉ〜２２ｌを含むヨークブロックＢ３とを有し、それらが一直線上に並んで配置されることにより、ストレートコア構造を形成している。

各ヨークブロックＢ１〜Ｂ３は同一構成のため、図４にそのうちのヨークブロックＢ１を示し、これについて説明する。図４（ａ）はヨークブロックＢ１の平面図であり、図４（ｂ）は、そのティース面側から見た正面図である。なお、ヨークブロックＢ２，Ｂ３に対応する参照符号については括弧内に記す。

ヨークブロックＢ１は、電磁鋼板をプレスで打ち抜いた板体を軸線方向に沿って所定枚数積層することにより形成されている。各ティース２２ａ〜２２ｄは、それぞれ度栗下状態で打ち抜かれ、それらが薄肉ヒンジ２３を介して一体的に連結された状態として作製されている。薄肉ヒンジ２３は、プレス打抜時にＶ字カットを入れることにより、形成される。

再び図３を参照して、各ヨークブロックＢ１〜Ｂ３はインシュレータ３０を介して連結される。インシュレータ３０は合成樹脂などの絶縁材料からなり、ヨーク２１に対して軸方向の一方の面から被せられる上部インシュレータ（第１インシュレータ）３１と、他方の面から被せられる下部インシュレータ（第２インシュレータ）３２とが含まれている。

上部インシュレータ３１および下部インシュレータ３２はともに、ヨーク２１のティース２２ａ〜２２ｌに対応して１２個のセグメント３３ａ〜３３ｌを備えている。この例において、上部インシュレータ３１は、それぞれ６個のセグメント３３ａ〜３３ｆ（３３ｇ〜３３ｌ）を一体に有する第１上部インシュレータ３１Ａと、第２上部インシュレータ３１Ｂとに２分割されている。

同様に、下部インシュレータ３２も、それぞれ６個のセグメント３３ａ〜３３ｆ（３３ｇ〜３３ｌ）を一体に有する第１下部インシュレータ３２Ａと、第２下部インシュレータ３２Ｂとに分割されている。

第１上部インシュレータ３１Ａと第２上部インシュレータ３１Ｂはともに同一構成であるため、図５，図６（ａ）〜（ｃ）および図７にそのうちの第１上部インシュレータ３１Ａを示し、これについて説明する。なお、第２上部インシュレータ３１Ｂに相当する部位の参考符号を括弧内に記す。

各セグメント３３ａ〜３３ｆは、それぞれ各ティース２２ａ〜２２ｌの外周に沿って合致可能に形成されており、それらが薄肉ヒンジ３４を介して屈曲可能に連結されている。各セグメント３３ａ〜３３ｆの先端の一部は、ヨーク２１のティース面を露出させるため切り欠かれている。

薄肉ヒンジ３４には、ステータ２０の剛性を高めるための補強部４０が設けられている。補強部４０は、隣接する各ヨークブロックＢ１〜Ｂ３同士が連結される連結部に対応する薄肉ヒンジ３４に設けられていることが好ましい。

すなわち、図３に示すように、この例では各セグメント３３ａ〜３３ｆのうち、ヨークブロックＢ１とヨークブロックＢ２の対向面を連結するセグメント３３ｄとセグメント３３ｅの間の薄肉ヒンジ３４と、ヨークブロックＢ２とヨークブロックＢ３の対向面を連結するセグメント３３ｈとセグメント３３ｉの間に位置する薄肉ヒンジ３４とに、それぞれ設けられている。

図８（ａ）および（ｂ）は補強部４０を正面側と背面側から見た斜視図であり、図９（ａ）および（ｂ）は、補強部４０の平面図と側面図である。補強部４０は、基本的には同一構成であるため、以下においてはセグメント３３ｂとセグメント３３ｃの間に設けられた補強部４０を例にとって説明する。また、補強部４０は、実際にはインシュレータ３０に一体に形成されている。

補強部４０は薄肉ヒンジ３４を頂部として、その両端が隣接するセグメント３３ｂ，３３ｃの側面に向かって延設されるほぼＵ字状（あるいは、ほぼＶ字状）のベース部４１と、両端がベース部４１を跨ぐように取り付けられた補強片４２とを含んでいる。

ベース部４１は、セグメント３３ｂ，３３ｃの軸方向に沿ってそれぞれ一体的に形成され、各セグメント３３ａ〜３３ｆを折り曲げた際、頂部を中心に両端４１ａ，４１ｂが互いに弾性的に近接可能に形成されている。補強片４２は、それぞれ４枚の補強片メンバー４２ａ〜４２ｄがそれぞれＭ字状に組み合わせされて形成されている。

４枚の補強片メンバー４２ａ〜４２ｄのうち、補強片メンバー４２ａ，４２ｂはそれぞれベース部４１の各片に一体的に取り付けられている。補強片メンバー４２ｃ，４２ｄは、一端が補強片メンバー４２ａ，４２ｂの端部に連結され、その他端同士がさらに連結されることにより、図９（ａ）に示すようにＶ字状に形成されている。

これによれば、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、セグメント３３ａ〜３３ｆを直線状から環状に折り曲げてゆくと、セグメント３３ｂとセグメント３３ｃとの間隙が縮まるのに伴って、ベース部４１の両端４１ａ，４１ｂが互いに近接する方向に折り込まれる。

ベース部１４の折り曲げに伴い、補強片メンバー４２ｃ，４２ｄも、互いに近接する方向に向かって折り畳まれる。これにより、補強片４２がステータ２０の軸方向に沿って立設されたビーム（梁）構造となり、ステータ２０の剛性が確実に向上する。

この例において、補強部４０は、各セグメント３３ａ〜３３ｆの薄肉ヒンジ３４に２つおきに合計２カ所設けられているが、より剛性を高めるために、全ての薄肉ヒンジ３４に対して設置してもよい。また、補強片メンバー４２ａ〜４２ｄは４枚をＭ字状に組み合わせているが、少なくとも２枚の補強片メンバーをベース部４１に対してＶ字状に組み合わせて設置するだけでよい。

再び図６（ａ）を参照して、第１上部インシュレータ３１Ａの各セグメント３３ａ〜３３ｆのうち、両端側に位置するセグメント３３ａ，３３ｂ，３３ｅ，３３ｆには、コイルが結線される端子ピンが設置される端子ピン支持部３５が設けられている。なお、端子ピン支持部３５はともに同一構成であるため、以下においてはセグメント３３ｂの端子ピン支持部３５を例にとって説明する。

図７を併せて参照して、端子ピン支持部３５はセグメント３３ｂの側面に軸方向に沿って突設されており、その中央には図示しない端子ピンが差し込まれる支持孔３５ａが設けられている。この例において、支持孔３５ａは、端子ピンを支持孔３５ａ内に確実にガイドするため、開口部から内側に向かうについてすり鉢状（テーパードスリーブ）に形成されている。

これによれば、図１に示すように、ステータ２を環状に折り曲げて連結することにより、端子ピン支持部３５がステータ２内の一カ所（図１では２カ所）に隣接して設けられることにより、ステータ２に沿って直付けされる図示しない制御基板を小型化することができる。このような態様も本発明に含まれる。

次に、第１下部インシュレータ３２Ａと第２下部インシュレータ３２Ｂはともに同一構成であるため、図１１〜１３にそのうちの第１下部インシュレータ３２Ａを示し、これについて説明する。なお、第２下部インシュレータ３２Ｂに相当する部位の参考符号は括弧内に記す。

図１１に示すように、第１下部インシュレータ３２Ａは、上述した第１上部インシュレータ３１Ａとほぼ同じ構成を有する６つのセグメント３３ａ〜３３ｆを有し、それらが薄肉ヒンジ３４を介して屈曲可能に連結されている。

各セグメント３３ａ〜３３ｆのうち、セグメント３３ｂとセグメント３３ｃ、および、セグメント３３ｄとセグメント３３ｅの間には、インシュレータ３０の剛性を高めるための補強部４０が一体的に設けられている。本発明において、補強部４０の構成は上述したものと同一構成であるため、説明は省略する。

なお、剛性を高める上で、上部インシュレータ３１に設けられた補強部４０と、下部インシュレータ３２に設けられた補強部４０とは、ヨーク２１を挟んで互いに対向的に設けられていることが好ましいが、非対向であってもよい。

第１下部インシュレータ３２Ａには、コイルの渡り線を処理するためのリブ３６が立設されている。リブ３６は、各セグメント３３ａ〜３３ｆから軸線に沿ってほぼ垂直に立設されており、この例では各セグメント３３ａ〜３３ｆに３カ所づつ設けられている。

このヨーク２１を組み立てるに当たっては、まず、図３（ｂ）に示すように、３つのヨークブロックＢ１〜Ｂ３を直線状に並べ、その上から第１および第２上部インシュレータ３１Ａ，３１Ｂを順次被せる。

同様に、裏側にも第１および第２下部インシュレータ３２Ａ，３２Ｂをそれぞれ被せる。これにより、図２に示すように、３つのヨークブロックＢ１〜Ｂ３が１つのヨーク２１として屈曲自在に連結される。その後、図示しない巻線機を介して各ティース２２ａ〜２２ｌに巻線を施す。

巻線を施したのち、ヨーク２１の両端を互いに近接する方向に折り曲げてゆくことにより、図１に示すように、環状のヨーク２１が形成される。しかるのち、ヨーク２１の端部同士をスポット溶接によって固着し、最後にそれらを合成樹脂で一体にモールドすることでステータ２の完成体が得られる。

上述した実施形態において、ステータ２はインナーロータ型の電動機用のものを例にとって説明したが、本発明のステータ構造はステータの外周にロータが配置される、いわゆるアウターロータ型電動機にも適用可能である。

本発明の一実施形態に係る誘導電動機のステータの平面図。上記ステータを直線状に展開した状態の平面図。上記ステータのヨークとインシュレータの分解正面図。（ａ）：ヨークブロックの正面図，（ｂ）：ヨークブロックをティース面側から見た正面図。上部インシュレータの斜視図。（ａ）：上部インシュレータの平面図，（ｂ）：上部インシュレータをティース面側から見た正面図，（ｃ）：上部インシュレータの底面図。図６（ａ）のＡ−Ａ線断面図。（ａ）：補強部を裏側から見た斜視図，（ｂ）：補強部を正面側から見た斜視図。（ａ）：補強部の平面図，（ｂ）：補強部の側面図。（ａ）：インシュレータを環状に折り曲げたときの補強部の状態を示す斜視図，（ｂ）：その平面図。下部インシュレータの斜視図。（ａ）：下部インシュレータの平面図，（ｂ）：下部インシュレータをティース面側から見た正面図，（ｃ）：下部インシュレータの底面図。図１２（ａ）のＢ−Ｂ線断面図。

符号の説明

１０ロータ
１１回転出力軸
２０ステータ
２１ヨーク
２２ａ〜２２ｌティース
２３薄肉ヒンジ
Ｂ１〜Ｂ３ヨークブロック
３１上部インシュレータ
３１Ａ第１上部インシュレータ
３１Ｂ第２上部インシュレータ
３２下部インシュレータ
３２Ａ第１下部インシュレータ
３２Ｂ第２下部インシュレータ
３３ａ〜３３ｌセグメント
３４薄肉ヒンジ
３５端子ピン支持部
３６リブ
４０補強部
４１ベース部
４２補強片

Claims

回転出力軸を有するロータと、上記ロータに同軸的に配置されたステータとを含み、上記ステータは、複数のティースが上記ロータの磁極面に向かって突設された固定子鉄心と、上記固定子鉄心を絶縁するインシュレータとを備える誘導電動機において、
上記インシュレータは、各ティース毎に独立して被覆される複数のセグメントを有し、それらが薄肉部を介して互いに屈曲自在に連結されているとともに、上記薄肉部の剛性を高めるための補強手段が設けられていることを特徴とする誘導電動機。
上記インシュレータには、上記固定子鉄心に対してその軸線方向の両側から被せられる一対の第１および第２インシュレータが含まれ、上記補強手段は、上記第１および第２インシュレータの各々に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の誘導電動機。
上記補強手段は、上記固定子鉄心を挟んで対向的に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の誘導電動機。
上記補強手段は、隣接するセグメント間に配置されたほぼＵ字状のベース部と、上記ベース部の両端に屈曲自在に一体的に形成された補強片とを備えることを特徴とする請求項１，２または３に記載の誘導電動機。
上記補強片は両端が各ベース部に連結され、そのほぼ中央がＶ字状に折り曲げられていることを特徴とする請求項４に記載の誘導電動機。
上記固定子鉄心は、少なくとも２つ以上のヨークブロックに分割されており、各ヨークブロックは上記インシュレータを介して連結されるとともに、隣接する上記各ヨークブロック同士の連結部に対応する上記薄肉部に上記補強手段が設けられていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の誘導電動機。
上記インシュレータは直線状に展開可能であり、その両端の上記セグメントには、コイルに結線される端子ピンが設置される端子ピン支持部が設けられていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の誘導電動機。