JP2013212020A - 電動機の固定子、送風機用電動機および空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】端子に掛かる張力による荷重を端子が変形しないように軽減すると同時に、固定子鉄心に巻かれている部分の巻線がほどけないように張力を増加させて製作することで巻線と鉄心との絶縁状態を確保できる高品質の電動機の固定子を提供する。
【解決手段】固定子１００は、巻線２の端部を絶縁部３に巻きつけてほどけないようにしてから、張力を下げて端子４に巻線２の端部を掛けているものである。
【選択図】図４

Description

本発明は、三相のシングルＹ結線の巻線に電源を供給するための３個の端子を備えた電動機の固定子、その固定子を用いた送風機用電動機、およびその送風機用電動機を搭載する空気調和機に関するものである。

従来から、三相のシングルＹ結線の巻線に電源を供給するための３個の端子を備えた電動機の固定子が存在している。そのようなものとして、固定子鉄心に巻線したあと、角線を折り曲げて製作された端子という部品に巻線の端末を掛けたのち、電源端子、中性点端子をヒュージングと言われる熱カシメ工法で電気的に接合するようにした電動機の固定子が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２０１１−３５９４７号公報（実施の形態１等）

特許文献１に記載されているような構成では、固定子鉄心に巻線したあと、端子に巻線の端部を掛けるときに、端子に巻線の張力による荷重がかかり、端子が変形してしまう可能性があった。また、端子が変形しないように巻線の張力を下げて端子に巻線を掛けようとすると、固定子鉄心に巻かれている部分の巻線がほどけて、鉄心と巻線とが接触し、巻線と鉄心と絶縁状態を確保できない可能性があった（特許文献１の図１９＃２の部分参照）。

本発明は、以上のような課題のうちの少なくとも一つを解決するためになされたもので、端子に掛かる張力による荷重を端子が変形しないように軽減すると同時に、固定子鉄心に巻かれている部分の巻線がほどけないように張力を増加させて製作することで巻線と鉄心との絶縁状態を確保できる高品質の電動機の固定子、送風機用電動機および空気調和機を提供することを目的としている。

本発明に係る電動機の固定子は、複数のティースを有する固定子鉄心と、前記固定子鉄心のティースに施される絶縁部と、前記絶縁部が施されたティースに集中巻線方式により施される三相のシングルＹ結線の巻線と、角線を折り曲げて成形され、前記絶縁部の結線側に挿入される三相のシングルＹ結線の巻線に電圧を供給する３個の端子と、を備え、前記巻線の端部を前記絶縁部に少なくとも一回巻きつけてから、前記絶縁部への巻きつけ張力よりも低い張力で前記端子に前記巻線の端部を掛けているものである。

本発明に係る電動機の固定子によれば、端子に掛かる張力による荷重を端子が変形しないように軽減すると同時に、コイル状に巻かれている部分の巻線がほどけないように張力を増加させて製作することで巻線と鉄心との絶縁状態を確保することができ、高品質なものとなる。

本発明の実施の形態１に係る電動機の固定子の構成例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る電動機の固定子を逆曲げして巻線した状態を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る電動機の固定子の巻線手順を説明するための説明図である。 図３に示すＶ相の１ティース目にあたるティースを拡大して示した斜視図である。 本発明の実施の形態２に係る送風機用電動機を説明するための説明図である。 本発明の実施の形態３に係る空気調和機を説明するための説明図である。 図４に示すＶ相の１ティース目の拡大図において、二相目からげピンの周辺を上から見た図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る電動機の固定子（以下単に固定子１００と称する）の構成例を示す斜視図である。図２は、固定子１００を逆曲げして巻線した状態を示す斜視図である。図３は、固定子１００の巻線手順を説明するための説明図である。図４は、図３に示すＶ相の１ティース目にあたるティースを拡大して示した斜視図である。図１〜図４に基づいて、固定子１００の構成について説明する。なお、図３の（ａ）は一相目（Ｕ相）の巻線手順、（ｂ）は二相目（Ｖ相）の巻線手順、（ｃ）は三相目（Ｗ相）の巻線手順を示している。

固定子１００は、例えば永久磁石を用いる回転子と組み合わされてブラシレスＤＣモータ（同期電動機）を構成するものである。また、固定子１００は、三相のシングルＹ結線の巻線に電源（電圧）を供給するための３個の端子を備えたものである。この固定子１００は、例えばヒートポンプを備えた空気調和機に搭載された送風機用電動機として利用されるものである。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、実施の形態１では、１２スロット／８極の固定子１００について説明する。

図１に示すように、固定子１００は、軸心に向けて突出する例えば１２個のティース１ａを有する固定子鉄心１と、固定子鉄心１のティース１ａに施された絶縁部３と、ティース１ａに直接集中巻線方式により巻回された三相のシングルＹ結線の巻線２と、絶縁部３の結線側に設けられた３個の角穴にそれぞれ挿入され、三相のシングルＹ結線の巻線２に電源を供給するための３個の端子４と、１個の中性点端子５と、を備えている。

固定子鉄心１は、例えば厚さが０．１〜０．７ｍｍ程度の電磁鋼板を帯状に打ち抜いて、それらをかしめ、溶接、接着などで積層し、この積層により形成された１２個のティース１ａに三相のシングルＹ結線を施した後、各ティース１ａが軸心に向くように折り曲げて構成されたものである。つまり、固定子１００は、巻線後の固定子鉄心１をティース１ａが内側になるように正曲げし、固定子鉄心突合せ部６３を溶接して、溶接部６４で固定することで構成される。

絶縁部３は、巻線２と固定子鉄心１との間を絶縁するために設けられるものである。この絶縁部３は、例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）などの熱可塑性樹脂を用いて、固定子鉄心１と一体に成形されており、ティース１ａ毎に設けられている。なお、絶縁部３を成形後、ティース１ａに組み付けてもよい。その場合は、絶縁部３は結線側と反結線側とに分割され、それぞれをティース１ａの軸方向両端部から挿入して絶縁部３を構成する。

三相のシングルＹ結線の場合、絶縁部３の結線側には、各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の巻線２が接続される端子４（電源が供給される端子）および中性点端子５が組み付けられる。端子４は、例えば幅１．５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの平角線が材料として用いられ、平角線を折り曲げて形成される。なお、平角線は、材質が例えば銅であり、錫銅合金の溶融めっきが施されている。また、端子４、中性点端子５に平角線を用いる例を説明するが、平角線でなくてもよく角線であればよい。

端子４は、図４に示すように、平角線を絶縁部３の外壁に備える角穴（図示せず）に端子４を挿入する挿入部に対し略９０°曲げ、所定の位置で略１８０°曲げて折り返し部を形成し、さらに絶縁部３に挿入される挿入部に対してほぼ逆に伸びるように略９０°曲げることにより形成される。

中性点端子５は、図１に示すように、平角線を絶縁部３の外壁に備える角穴（図示せず）に中性点端子５を挿入する挿入部に対し略９０°曲げ、所定の位置で略１８０°曲げ、さらに絶縁部３への挿入部に対し略対称となる位置で、挿入部側に略１８０°曲げることにより形成される。

図２に示すように、帯状の固定子鉄心１を逆曲げした状態で、マグネットワイヤーが巻線されることにより、ティース１ａ同士の間の開口部が広くなるようにする。つまり、固定子鉄心１を逆曲げすることで、ティース１ａが外側を向き、隣接するティース１ａ同士の間に開口部を広げることができる。それにより、ティース１ａに巻線２を巻き回し易くなる。

次に、図３に基づいて、固定子１００の固定子巻線の結線方法について説明する。巻線２は、上述したように、固定子鉄心１を逆方向に曲げた状態で巻き回されるが、ここでは、帯状の展開図で説明する。また、一相目をＵ相、二相目をＶ相、三相目をＷ相と呼ぶことにする。各相の巻線をＵ、Ｖ、Ｗの順番に並べて配置し、それぞれに１２０°位相のずれた交流の電流を流すことにより、固定子１００を備えた電動機を駆動することになる。

Ｕ相のコイルは、コイルＵ１、コイルＵ２、コイルＵ３、コイルＵ４で構成される。一相目のＵ相は、左から３番目のティース１ａに最初のコイルＵ１が形成される。コイルＵ２は、左から６番目のティース１ａに形成される。コイルＵ３は、左から９番目のティース１ａに形成される。コイルＵ４は、左から１２番目のティース１ａ（右側から１番目のティース１ａ）に形成される。コイルＵ１、コイルＵ２、コイルＵ３、コイルＵ４の巻き方向は全て同じである。コイルＵ１の巻き始めは、端子４の一つに接続される。コイルＵ４の巻き終わりは、中性点端子５（中性点）に接続される。

Ｖ相のコイルは、コイルＶ１、コイルＶ２、コイルＶ３、コイルＶ４で構成される。二相目のＶ相は、左から２番目のティース１ａに最初のコイルＶ１が形成される。コイルＶ２は、左から５番目のティース１ａに形成される。コイルＶ３は、左から８番目のティース１ａに形成される。コイルＶ４は、左から１１番目のティース１ａ（右側の２番目のティース１ａ）に形成される。コイルＶ１、コイルＶ２、コイルＶ３、コイルＶ４の巻き方向は全て同じである。コイルＶ１の巻き始めは、端子４の一つに接続される。コイルＶ４の巻き終わりは、中性点端子５（中性点）に接続される。なお、Ｖ相のコイルが接続される端子４は、Ｕ相のコイルが接続される端子４が設けられるティース１ａの隣のティース１ａの絶縁部３に設けられる。

Ｗ相のコイルは、コイルＷ１、コイルＷ２、コイルＷ３、コイルＷ４で構成される。三相目のＷ相は、左の１番目のティース１ａに最初のコイルＷ１が形成される。コイルＷ２は、左から４番目のティース１ａに形成される。コイルＷ３は、左から７番目のティース１ａに形成される。コイルＷ４は、左から１０番目のティース１ａ（右側の３番目のティース１ａ）に形成される。コイルＷ１、コイルＷ２、コイルＷ３、コイルＷ４の巻き方向は全て同じである。コイルＷ１の巻き始めは、端子４の一つに接続される。コイルＷ４の巻き終わりは、中性点端子５（中性点）に接続される。Ｗ相のコイルが接続される端子４は、Ｖ相のコイルが接続される端子４が設けられるティース１ａの隣のティース１ａの絶縁部３に設けられる。

そして、固定子１００の固定子巻線は、シングルＹに結線される。すなわち、Ｕ相のコイルＵ１、コイルＵ２、コイルＵ３、コイルＵ４が直列に接続される。また、Ｖ相のコイルＶ１、コイルＶ２、コイルＶ３、コイルＶ４が直列に接続される。さらに、Ｗ相のコイルＷ１、コイルＷ２、コイルＷ３、コイルＷ４が直列に接続される。そして、コイルＵ４、コイルＶ４、コイルＷ４の巻き終わりが中性点Ｎに接続される。

固定子１００では、一相目（Ｕ相）と二相目（Ｖ相）の巻線は、マグネットワイヤーを切断することなく連続している。一相目（Ｕ相）のコイルは、図３の左から右に順に形成される。また、二相目（Ｖ相）のコイルは、中性点端子５からスタートして図３の右から左に順に形成される。従って、絶縁部３が施された＃２のティース１ａに形成される二相目（Ｖ相）のＶ１コイルは、二相目（Ｖ相）の最後に形成されるコイルとなる。そのため、＃２のティース１ａの絶縁部３の外壁の角穴に挿入される端子４に、二相目（Ｖ相）のＶ１コイルの巻終りとなるマグネットワイヤーが引掛けられる。

マグネットワイヤーを巻線するときの張力であるが、巻線２では整列性を高めてマグネットワイヤーと固定子鉄心１の接触を防ぎ、絶縁不良を防ぐために張力を高くし、渡り線２ｂでは端子４、５が変形してしまうのを防ぐため張力を低くする必要がある。

＃２のティース１ａの絶縁部３の外壁には、一番左側に二相目からげピン２４が形成されている。二相目からげピン２４に、二相目（Ｖ相）のマグネットワイヤーがからげられる。また、＃２のティース１ａの絶縁部３の外壁には、一番右側に三相目渡りからげピン２７が形成されている。三相目渡りからげピン２７には、三相目（Ｗ相）の渡り線２ｂ（コイルＷ１→コイルＷ２）がからげられる。三相目渡りからげピン２７の左側が二相目渡り線入口２１になっている。二相目渡り線入口２１から、二相目（Ｖ相）の渡り線２ｂ（コイルＶ２→コイルＶ１）が、ティース１ａに引き回される。

図４に示すように、コイルに巻線した後に張力が高い状態で、二相目からげピン２４の下部７６にマグネットワイヤーを巻き付けていることで、巻線の最終周７５の張力を高く保つことができるため、コイルがほどけることによるマグネットワイヤーと固定子鉄心１の接触を防いでいる。そして、マグネットワイヤーを二相目からげピン２４の下部７６に巻き付けた後で、二相目巻き終わりの渡り線２３の部分の張力を低くして端子４にからげをすることで、端子４の変形を防いでいる。

図７は、二相目からげピン２４の周辺を二相目からげピン下部７６について、上から見た図であるが、二相目からげピン２４を三角柱の形状にしている。マグネットワイヤーを二相目からげピン２４に巻き付けるときに、二相目からげピンの奥端２４ａ、および二相目からげピンの手前端２４ｂでマグネットワイヤ一に鋭角の曲げグセが付くことで、二相目からげピン２４に巻き付けたマグネットワイヤーが緩むのを防いでいる。また、二相目からげピンの右端２４ｃでは、マグネットワイヤ一に付く曲げグセは、鈍角になることで巻線２に巻き付けた最終周のマグネットワイヤーと、巻線２の距離が大きくなることを防いでいる。

以上のようにすることで、固定子１００は、端子４に掛かる張力による荷重を端子４が変形しないように軽減すると同時に、コイル状に巻かれている部分の巻線がほどけないように張力を増加させて製作することで巻線と鉄心との絶縁状態を確保することができ、高品質なものとなる。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係る送風機用電動機３００を説明するための説明図である。図５に基づいて、送風機用電動機３００について説明する。この送風機用電動機３００は、実施の形態１に係る固定子１００を備えたものである。

図５に示すように、送風機用電動機３００は、回転子３８、ブラケット３９、固定子１００をモールド成形したモールド固定子４０、結線部品４１（基板）等を備えている。送風機用電動機３００は、固定子１００に外部と接続される結線部品４１を組み付け、機械的に、かつ、電気的にも接合した後にモールドを施し、その後、回転子３８、ブラケット３９等の部品を組付けて製作されている。よって、送風機用電動機３００は、実施の形態１に係る固定子１００を備えているので、高品質なものとなる。

実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３に係る空気調和機４００を説明するための説明図である。図６に基づいて、空気調和機４００について説明する。この空気調和機４００は、実施の形態２に係る送風機用電動機３００が搭載されたものである。

図６に示すように、空気調和機４００は、室内機４２と、室内機４２に接続される室外機４３とを備えている。室外機４３には、送風機４４が搭載されている。室内機４２にも、送風機（図示せず）が搭載されている。そこで、室内機４２及び室外機４３に、実施の形態２に係る送風機用電動機３００を搭載することで、品質の向上が図れる。

１ 固定子鉄心、１ａ ティース、２ 巻線、２ｂ 渡り線、３ 絶縁部、４ 端子、５ 中性点端子、２１ 二相目渡り線入口、２３ 二相目巻き終わりの渡り線、２４ 二相目からげピン、２４ａ 二相目からげピンの奥端、２４ｂ 二相目からげピンの手前端、２４ｃ 二相目からげピンの右端、２７ 三相目渡りからげピン、３８ 回転子、３９ ブラケット、４０ モールド固定子、４１ 結線部品、４２ 室内機、４３ 室外機、４４ 送風機、６３ 固定子鉄心突合せ部、６４ 溶接部、７５ 巻線の最終周、７６ 二相目からげピンの下部、１００ 固定子、３００ 送風機用電動機、４００ 空気調和機。

Claims (5)

1. 複数のティースを有する固定子鉄心と、
   前記固定子鉄心のティースに施される絶縁部と、
   前記絶縁部が施されたティースに集中巻線方式により施される三相のシングルＹ結線の巻線と、
   角線を折り曲げて成形され、前記絶縁部の結線側に挿入される三相のシングルＹ結線の巻線に電圧を供給する３個の端子と、を備え、
   前記巻線の端部を前記絶縁部に少なくとも一回巻きつけてから、前記絶縁部への巻きつけ張力よりも低い張力で前記端子に前記巻線の端部を掛けている
   ことを特徴とする電動機の固定子。
2. 前記巻線の端部は、
   前記端子に掛けられた後、前記絶縁部に更に少なくとも一回巻き付けられる
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動機の固定子。
3. 前記角線に平角線を用いている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電動機の固定子。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動機の固定子を用いた
   ことを特徴とする送風機用電動機。
5. 請求項４に記載の送風機用電動機を搭載した
   ことを特徴とする空気調和機。

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