JP2008228471A - インシュレータと固定子および電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】 製造コストを増大させることなく巻線を整列巻することができるようにする。
【解決手段】基部（２）とコイル巻部（３）と先端部（４）が形成されたインシュレータ（１）において、コイル巻部（３）の基部側端部にダミーコイル（５）を巻回する。そしてコイル（６）とダミーコイル（５）の太さを同じにし、コイル（６）をダミーコイル（５）に接して巻回する。あるいは、コイル巻部（３Ｂ）の基部付近にテーパ面（２３）を形成し、基部（２Ｂ）の周方向両端部の回転軸中心側の面に面取り面（１０ａ、１０ｂ）を形成し、先端部（４Ｂ）の周方向中央部の基部に対面する面に面取り面（１２）を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は電動機の固定子コアを被覆するインシュレータと、このインシュレータを用いた固定子および電動機に関する。

電動機の固定子は、円環状の固定子ヨークから径方向の回転軸中心に向かって延びる複数のティースからなる固定子コアと、ティースに巻回されるコイルからなっており、さらに巻線とティースを絶縁するためにインシュレータが用いられるのが一般的である。インシュレータには様々な形状があり、例えば特許文献１〜３に開示されているようなものがある。

特許文献１〜３等に開示されているように従来の固定子コアは、巻線の作業性を考慮して、固定子コアのスロットの内側が直角になっているのが一般的である。すなわち、平面となっている基部内径面から直角にコイル巻部が延びる構造となっており、高精度のガイド等が不要であるため、製造コストを増大させることなく巻線が可能となっていた。
また、特許文献１、２に開示されているインシュレータは、コイル巻部に溝が形成されており、コイルを巻回するときにコイルが溝に案内されて巻くことができ、列替えもされて整列巻されるようになっている。

また、特許文献３に開示されているインシュレータは、電動機の径方向内側に向かうにつれて軸方向の高さが低くなるようにテーパ状に形成された案内部を有している（図２）。その案内部はガイドの役割を果たしており、これによって巻線は整列巻される。
ところが最近の電動機は、小型化や高性能化の開発が熾烈に行われることにより、高い占積率を確保することが重要なテーマとなってきている。

特開２００４−７２９７０号公報 特開２００４−１４０９６４号公報 特開２００６−１１５５６５号広報

しかしながら特許文献１、２に開示されているインシュレータでは、巻回する巻線が溝に案内されるように、即ち巻回される巻線が溝の近傍を通るように巻回されなければ巻線は溝によって案内されて列替えすることは難かしい。巻線が溝に案内されるためには、巻回する巻線が溝の近傍を通るように巻線ガイド治具等を用いて巻線の位置を制御しなければならないが、巻線ガイド治具を用いれば設備費が増大する上、巻線ガイド治具を動作させるための工数が追加されてしまうい、製造コストが増大するという問題があった。
特許文献３に開示されているインシュレータでは、巻線の直径に応じてテーパの傾斜角度を変更しなければならず、巻線直径の種類だけインシュレータの種類が必要であり、製造コストが増大されるという問題があった。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、製造コストを増大させることなく巻線を整列巻することができるインシュレータと、そのインシュレータを用いた固定子およびこれらを備えた電動機を提供することを目的としている。

上記問題を解決するため、本発明は、次のようにしたのである。
第１の発明は、円環状の固定子ヨークから径方向の回転軸中心に向かってティースが延び該ティースの先端にあるティース先端部には円周方向両側に張り出す張出部が形成されている固定子コアの端面に装着され、前記固定子ヨークの回転軸方向端面に対面する基部と、前記ティースの回転軸方向端面に対面するコイル巻部と、前記ティース先端部の回転軸方向端面に対面する先端部とからなり、前記基部と前記コイル巻部と前記先端部が一体になっているインシュレータにおいて、前記コイル巻部の前記基部側の端部には、ダミーコイルが前記基部に当接して固定されていることを特徴としている。
第２の発明は、円環状の固定子ヨークから径方向の回転軸中心に向かってティースが延び該ティースの先端にあるティース先端部には円周方向両側に張り出す張出部が形成されている固定子コアと、該固定子コアの回転軸方向端面に装着され前記固定子ヨークの回転軸方向端面に対面する基部と前記ティースの回転軸方向端面に対面するコイル巻部と前記ティース先端部の回転軸方向端面に対面する先端部とからなり前記基部と前記コイル巻部と前記先端部が一体になっているインシュレータと、前記ティースと前記インシュレータに巻回されるコイルとからなる固定子において、前記コイル巻部の前記基部側の端部には前記ティースと一緒にダミーコイルが前記基部に当接して固定されていることを特徴としている。
第３の発明は、前記ダミーコイルの直径が前記コイルの直径と同じであることを特徴としている。

第４の発明は、円環状の固定子ヨークから径方向の回転軸中心に向かってティースが延び該ティースの先端にあるティース先端部には円周方向両側に張り出す張出部が形成されている固定子コアの端面に装着され、前記固定子ヨークの回転軸方向端面に対面する基部と、前記ティースの回転軸方向端面に対面するコイル巻部と、前記ティース先端部の回転軸方向端面に対面する先端部とからなり、前記基部と前記コイル巻部と前記先端部が一体になっているインシュレータにおいて、前記コイル巻部は前記基部付近にテーパ面が形成されて前記コイル巻部の中央部から前記基部に向かうにつれて厚みが減少しており、前記基部の周方向両端部の回転軸中心側の面には面取り面が形成されており、前記先端部の周方向中央部の前記基部に対面する面には面取り面が形成されていることを特徴としている。
第５の発明は、円環状の固定子ヨークから径方向の回転軸中心に向かってティースが延び該ティースの先端にあるティース先端部には円周方向両側に張り出す張出部が形成されている固定子コアと、該固定子コアの回転軸方向端面に装着され前記固定子ヨークの回転軸方向端面に対面する基部と前記ティースの回転軸方向端面に対面するコイル巻部と前記ティース先端部の回転軸方向端面に対面する先端部とからなり前記基部と前記コイル巻部と前記先端部が一体になっているインシュレータと、前記ティースと前記インシュレータに巻回されるコイルとからなる固定子において、前記インシュレータの前記コイル巻部は前記基部付近にテーパ面が形成されて前記コイル巻部の中央部から前記基部に向かうにつれて厚みが減少しており、前記基部の周方向両端部の回転軸中心側の面には面取り面が形成されており、前記先端部の周方向中央部の前記基部に対面する面には面取り面が形成されていることを特徴としている。
第６の発明は、電動機に上記のインシュレータを用いた固定子が使われていることを特徴としている。
第７の発明は、電動機に上記の固定子が使われていることを特徴としている。

第１の発明によると、インシュレータのコイル巻部の基部側端部にダミーコイルが巻回されているので、第１層目のコイルが巻きやすくなっており、巻線ガイドを用いる必要がなくなるという効果がある。
第２の発明によると、固定子に装着されたインシュレータのコイル巻部の基部側端部にティースと一緒にダミーコイルが巻回されているので、第１層目のコイルが巻きやすくなっており、巻線ガイドを用いる必要がなくなるという効果がある。
第３の発明によると、ダミーコイルの直径がコイルの直径と同じであるので、第１層目のコイルが容易に巻回され、無駄な空間をなくすことができて整列巻きをすることができ、さらにダミーコイルとコイルを同じものにすれば資源の有効利用をすることができるという効果がある。

第４および５の発明によると、インシュレータのコイル巻部の基部付近にテーパ面が形成されてコイル巻部の中央部から基部に向かうにつれて厚みが減少しており、基部の周方向両端部の回転軸中心側の面には面取り面が形成されており、先端部の周方向中央部の基部に対面する面には面取り面が形成されているので、インシュレータの先端部内径面から直角にコイル巻部が延びるところが鋭角になってそこにできるスペースにコイルを巻回できるようになっており、占積率が高められるという効果がある。そして第１層目のコイルの基部側部分はコイル巻部のテーパ面に沿って滑って基部に当たる位置で巻回され、高精度のガイドを要することなく整列巻きすることができて製造コストを増加させることがない。また、第２層目以上が巻回される基部側部分では、基部の周方向両端部の回転軸中心側の面に形成された面取り面によって基部に近い位置で巻回されるので、第２層目以上でも容易に整列巻きを継続することができるという効果がある。さらにコイルとインシュレータが干渉しないので高占積率の巻線が可能になるという効果がある。
第６の発明によると、電動機に上記のインシュレータを用いた固定子が使われているので、電動機の小型化ができて信頼性が高められ、タクトタイムも短縮することができるという効果がある。
第７の発明によると、電動機に上記の固定子が使われているので、電動機の小型化ができて信頼性が高められ、タクトタイムも短縮することができるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は本発明の第１実施例のインシュレータの形状を示す斜視図であり、図２はインシュレータが電動機に使われたときの状況を説明する電動機の要部断面図である。
まずインシュレータが電動機に使われたときの状況について図２を用いて説明する。図２によると、円筒状のフレーム２０の内側に略円環状の固定子２１が固定されており、その内径側にはエアギャップを介して中心にある回転軸２３に固着された円環状のロータ２２が対面している。回転軸２３は図示しない軸受によって支承されて回転可能になっている。固定子２１は円環状のヨークと、ヨークから中心の回転軸に向かうよう周方向に等間隔に形成された複数のティースを備えている。固定子２１の回転軸方向（図の左右方向）右端部と左端部にはそれぞれ断面がコの字状のインシュレータ１ａ、１ｂが装着されており、両インシュレータのコの字状の凹部をコイルが通るように固定子２１、インシュレータ１ａ、１ｂにコイル６が巻かれている。

次に図１を参照してインシュレータ１について説明する。インシュレータ１は、基部２とコイル巻部３、先端部４、ダミーコイル５から構成されている。基部２は図示しない固定子ヨークに対面する位置に配置され、コイル巻部３は図示しないティースに対面する位置に配置され、先端部４は図示しないティース先端部の周方向両側に張り出す張出部に対面する位置に配置されるよう互いの位置関係が定められて形成されている。コイル巻部３は基部２および先端部４の回転軸方向の端部で且つ周方向の中央部分で繋がっている。基部２の径方向の外側面は、フレーム２０に沿うよう円筒状になっており、径方向の内側面中央部はコイル巻部３が垂直になるよう平面になっており、径方向の内側面の周方向両側部分は径方向の内面側に傾斜して平面になってそれぞれが基部内側面７を形成している。先端部４の径方向の内側面は、空隙を介してロータ２２に対面するよう円筒状になって先端部内側面８を形成しており、径方向の外側面中央部はコイル巻部３が垂直になるよう平面になっており、径方向の外側面の周方向両側部分は径方向の内側に傾斜して平面になっている。コイル巻部３には基部２に当接してダミーコイル５が接着によって固定されている。図の場合、ダミーコイル５は、コイル巻部３の外周の４つの面のうち溝９がある側の面にだけ設けられており、溝９を避けて固定されている。

図１のインシュレータ１が図２に示すように電動機に使われるときは、固定子２１の軸方向両端に装着されてダミーコイル５と同じ太さのコイル６が巻回される。その際、溝９から導入されたコイル６は基部２に当接させながら溝９がある反対面までコイル巻部３に巻回され、溝９がある面にではダミーコイル５に接するように巻かれる。その後、コイル６同士が接するよう巻かれて１層目が整列巻きされる。そして第１層目が全て巻回されると第２層目に移って整列巻きされる。
このように、ダミーコイル５が１回巻かれているので、径方向内側に張り出した基部２の基部内側面７の影響を受けることなく、第１層目のコイル６の巻き始めがダミーコイル５に接して巻回され、隙間無く巻回されるのである。第１層目が巻き終わると先端部４に当たって自ずと層の移動が行われて第２層目が整列巻きされる。第２層目が巻き終わるところではダミーコイル５が巻かれているのでコイルが落ち込むことなく巻かれ基部２に当たって自ずと層の移動が行われて第３層目が整列巻きされる。以降同様にして巻回されて複数層のコイルの整列巻きができるので、固定子コイルの占積率を高めることができるのである。また上記のように整列巻きができるので巻線ガイド治具を用いる必要が無く、製造コストを増大させること無く整列巻きできるのである。

次に図３、図４を用いて第２の実施例について説明する。図３は第２の実施例のインシュレータの斜視図であり、図４は図３のインシュレータの中央部側断面図である。図３、図４のインシュレータが電動機に使われたときの状況は実施例１で説明した図２と同じである。
インシュレータ１Ｂは、基部２Ｂとコイル巻部３Ｂ、先端部４Ｂから構成されている。基部２Ｂは図示しない固定子ヨークに対面する位置に配置され、コイル巻部３Ｂは図示しないティースに対面する位置に配置され、先端部４Ｂは図示しないティース先端部の周方向両側に張り出す張出部に対面する位置に配置されるよう互いの位置関係が定められて形成されている。コイル巻部３Ｂは基部２Ｂおよび先端部４Ｂの回転軸方向の端部で且つ周方向の中央部分で繋がっている。基部２Ｂの径方向の外側面は、フレーム２０に沿うよう円筒状になっている。基部２Ｂの径方向の内側面中央部はコイル巻部３Ｂが垂直になるよう平面になっており、径方向の内側面の周方向両側部分は径方向の内面側に傾斜して平面になっており、これらが基部内側面７Ｂを形成している。先端部４Ｂの径方向の内側面は、空隙を介してロータ２２に対面するよう円筒状になって先端部内側面８Ｂを形成しており、径方向の外側面中央部はコイル巻部３が垂直になるよう平面になっており、径方向の外側面の周方向両側部分は径方向の内側に傾斜して平面になっている。

基部２Ｂの径方向の内側面の周方向両側部分には面取り面１０ａ、１０ｂが形成されており、両側の基部内側面７Ｂが削られたようになっていて、巻回するコイルが滑って巻きやすくなっている。コイル巻部３Ｂの径方向外側部分にはテーパ面２３が形成されており、テーパ面２３と基部内側面７Ｂの間が鋭角になっている。テーパ面２３によりコイル巻部３Ｂの厚みが径方向の中央付近から径方向の外側に行くにつれて薄くなっており、基部内側面７Ｂのところで最も薄くなっている。コイル巻部３Ｂの周方向両端部で図示しないティースから遠いほうの稜線には面取り面１１ａ、１１ｂが形成されており、巻回されるコイルにかかる負担が軽減されている。
先端部４Ｂの径方向外側面の中央部に面取り面１２が形成されており、図示しないティース先端部から遠ざかるほど先端部４Ｂの厚みが薄くなっている。このため、コイル巻部３Ｂに巻回されるコイルが先端部４Ｂに当たることなく容易に巻回することができ、専用の治具を用いることなく作業効率が高められているのである。

第１実施例のインシュレータを説明する図 電動機の要部断面図 第２実施例のインシュレータを説明する図 図３の中央部側断面図

符号の説明

１、１ａ、１ｂ、１Ｂ インシュレータ ２、２Ｂ 先端部
３、３Ｂ コイル巻部 ４、４Ｂ 基端部
５ ダミーコイル ６ コイル
７、７Ｂ 先端部内径面 ８、８Ｂ 基端部内径面
９ 溝
１０ａ、１０ｂ、１１ａ、１１ｂ、１２ 面取り面
２０ フレーム ２１ 固定子
２２ ロータ ２３ 回転軸

Claims (7)

1. 円環状の固定子ヨークから径方向の回転軸中心に向かってティースが延び該ティースの先端にあるティース先端部には円周方向両側に張り出す張出部が形成されている固定子コアの端面に装着され、前記固定子ヨークの回転軸方向端面に対面する基部と、前記ティースの回転軸方向端面に対面するコイル巻部と、前記ティース先端部の回転軸方向端面に対面する先端部とからなり、前記基部と前記コイル巻部と前記先端部が一体になっているインシュレータにおいて、
   前記コイル巻部の前記基部側の端部には、ダミーコイルが前記基部に当接して固定されていることを特徴とするインシュレータ。
2. 円環状の固定子ヨークから径方向の回転軸中心に向かってティースが延び該ティースの先端にあるティース先端部には円周方向両側に張り出す張出部が形成されている固定子コアと、該固定子コアの回転軸方向端面に装着され前記固定子ヨークの回転軸方向端面に対面する基部と前記ティースの回転軸方向端面に対面するコイル巻部と前記ティース先端部の回転軸方向端面に対面する先端部とからなり前記基部と前記コイル巻部と前記先端部が一体になっているインシュレータと、前記ティースと前記インシュレータに巻回されるコイルとからなる固定子において、
   前記コイル巻部の前記基部側の端部にはダミーコイルが前記基部に当接して固定されていることを特徴とする固定子。
3. 前記ダミーコイルの直径は、前記コイルの直径と同じであることを特徴とする請求項１または２に記載の固定子。
4. 円環状の固定子ヨークから径方向の回転軸中心に向かってティースが延び該ティースの先端にあるティース先端部には円周方向両側に張り出す張出部が形成されている固定子コアの端面に装着され、前記固定子ヨークの回転軸方向端面に対面する基部と、前記ティースの回転軸方向端面に対面するコイル巻部と、前記ティース先端部の回転軸方向端面に対面する先端部とからなり、前記基部と前記コイル巻部と前記先端部が一体になっているインシュレータにおいて、
   前記コイル巻部は前記基部付近にテーパ面が形成されて前記コイル巻部の中央部から前記基部に向かうにつれて厚みが減少しており、
   前記基部の周方向両端部の回転軸中心側の面には面取り面が形成されており、
   前記先端部の周方向中央部の前記基部に対面する面には面取り面が形成されている
   ことを特徴とするインシュレータ。
5. 円環状の固定子ヨークから径方向の回転軸中心に向かってティースが延び該ティースの先端にあるティース先端部には円周方向両側に張り出す張出部が形成されている固定子コアと、該固定子コアの回転軸方向端面に装着され前記固定子ヨークの回転軸方向端面に対面する基部と前記ティースの回転軸方向端面に対面するコイル巻部と前記ティース先端部の回転軸方向端面に対面する先端部とからなり前記基部と前記コイル巻部と前記先端部が一体になっているインシュレータと、前記ティースと前記インシュレータに巻回されるコイルとからなる固定子において、
   前記インシュレータの前記コイル巻部は前記基部付近にテーパ面が形成されて前記コイル巻部の中央部から前記基部に向かうにつれて厚みが減少しており、
   前記基部の周方向両端部の回転軸中心側の面には面取り面が形成されており、
   前記先端部の周方向中央部の前記基部に対面する面には面取り面が形成されている
   ことを特徴とする固定子。
6. 請求項１または４に記載のインシュレータを用いた固定子が使われていることを特徴とする電動機。
7. 請求項２、３および５の何れかに記載の固定子が使われていることを特徴とする電動機。

Images