JP2022078617A - ステータとそれを用いた送風機 - Google Patents

Abstract

【課題】 重なり合う渡り線の高さを制限することが可能なステータとそれを用いた送風機を提供する。
【解決手段】 ステータ１７は、インシュレータ２７と、少なくとも２つの巻線（U1，U2,V1,V2,W1,W2）と、少なくとも１つの突起２７ｉとを具備する。インシュレータ２７は、筒状部２７ａと、複数の巻回部２７ｂと、開口部２７ｅを有する基部２７ｃと、開口部の周囲に設けられた側壁２７ｆとを有する。少なくとも２つの巻線は、少なくとも２つのコイル（UB1,UB2…WC1,WC2）と、２つのコイルの間に位置する複数の渡り線ＣＬと、を含む。少なくとも１つの突起２７ｉは、渡り線ＣＬが交差する位置に設けられる。
【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、モータのステータとそれを用いた送風機に関する。

例えば軸流ファンなどに適用されるモータのステータは、放射状に配置された複数のコアが絶縁体により覆われて複数の巻回部が設けられ、これら巻回部に複数の巻線が巻回されて複数のコイルが形成される。各巻線は、コイルとコイルの間にほぼ直線状の渡り線を含み、ステータの上面及び／又は下面に各巻線の複数の渡り線が重なり合う部分が生じる。ステータに巻回される巻線の数が増加すると、重なり合う渡り線の数が増加し、重なり合う渡り線の高さが高くなり、ステータ及びモータが大型化する。
これを防止するための対策が考えられている（例えば特許文献１参照）。

特許第４３０８８４２号公報

軸流ファンなどに適用されるモータにおいて、羽根車を有するロータのシャフトが、ステータに対して非接触で保持される場合、ロータが回転されると、ロータにスラスト方向（軸心に沿った方向）の力が加わり、ロータがスラスト方向に移動される。モータの大型化を防ぐため、スラスト方向へのロータの移動距離が短くされており、ロータとステータとの間の距離も短縮されている。このため、上記のように、ステータにおいて、重なり合う渡り線の高さが高い場合、渡り線が例えばロータに接触し、ステータを送風機内に組み込むことができなくなる。

本実施形態は、重なり合う渡り線の高さを制限することが可能なステータとそれを用いた送風機を提供する。

本実施形態のステータは、筒状部と、前記筒状部の外側に放射状に設けられた複数の巻回部と、前記筒状部の長手方向一端部に設けられ中央部にシャフトが挿入される開口部を有する円形状の基部と、前記基部の前記開口部の周囲に設けられた側壁と、を有するインシュレータと、前記複数の巻回部の隣接しない少なくとも２つの巻回部に連続して巻回され、少なくとも２つのコイルと、前記２つのコイルの間で前記基部上に位置する複数の渡り線と、を含む少なくとも２つの巻線と、前記側壁の外面の一部で前記少なくとも２つの巻線の前記複数の渡り線が交差する位置に設けられた少なくとも１つの突起と、を具備する。

本実施形態の送風機は、ステータと、前記ステータに対して回転可能で、羽根車及びシャフトを有するロータと、前記シャフトを非接触で保持する軸受と、を具備する送風機であって、前記ステータは、筒状部と、前記筒状部の外側に放射状に設けられた複数の巻回部と、前記筒状部の長手方向一端部に設けられ中央部に前記シャフトが挿入される開口部を有する円形状の基部と、前記基部の前記開口部の周囲に設けられた側壁と、を有するインシュレータと、前記複数の巻回部の隣接しない少なくとも２つの巻回部に連続して巻回され、少なくとも２つのコイルと、前記２つのコイルの間で前記基部上に位置する複数の渡り線と、を含む少なくとも２つの巻線と、前記側壁の外面の一部で前記少なくとも２つの巻線の前記複数の渡り線が交差する位置に設けられた少なくとも１つの突起と、を具備する。

本実施形態に係る送風機を示す斜視図。 図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図。 図１の一部を取出して示すものであり、本実施形態に係るステータを示す上面図。 図３に示すステータの一部を示す分解斜視図。 図３に示す巻線とコイル及び渡り線の関係を示す回路図。 図３に示す複数の渡り線の交差する位置と突起の位置を示す図。 図２のＡ部を拡大して示す断面図。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。図面において、同一部分には、同一符号を付している。

図１、図２は、本実施形態に係る送風機の一例を示している。
送風機１０は、２つの送風機１０ａ、１０ｂが重ねて配置されている。送風機１０ａ、１０ｂは、いずれも軸流ファンであり、これらは同一方向に送風するように連結されている。具体的には、送風機１０ａのハウジング１１ａは、吸気口１２ａと排気口１２ｂを具備し、送風機１０ｂのハウジング１１ｂは、吸気口１２ｃと排気口１２ｄを具備し、送風機１０ａの吸気口１２ａと送風機１０ｂの排気口１２ｄとが連結されている。しかし、送風機１０ａの排気口１２ｂと送風機１０ｂの吸気口１２ｃを連結してもよい。

また、送風機１０は、２つに限定されるものではなく、１つの送風機であってもよいし、３つ以上の送風機が連結されていてもよい。

送風機１０ａ、１０ｂは、ほぼ同様の形状であるため、以下、送風機１０ａについてのみ説明する。
送風機１０ａのハウジング１１ａは、ほぼ円筒形の内面を有し、吸気口１２ａの側のハウジング１１ａの内部にほぼ円筒形の台座１３が設けられている。台座１３は、放射状に配置された複数の梁１４によりハウジング１１ａに連結されている。ハウジング１１ａ、複数の梁１４、及び台座１３は、例えば樹脂材により一体的に形成されている。

台座１３の上にモータ１５が取り付けられる。モータ１５は、ロータ１６と、ステータ１７を有し、ロータ１６の外側に複数の羽根を有する羽根車１８が取り付けられている。

台座１３は、底部１３ａを有し、底部１３ａの中央部にハブ１９が設けられている。ハブ１９は、円盤状の基部１９ａと、基部１９ａの中央部に設けられた筒状部１９ｂを具備している。筒状部１９ｂの内部には、磁気軸受２０が設けられている。磁気軸受２０は、例えば永久磁石により構成された外輪と内輪とを有し、外輪はハブ１９に固定され、内輪は、外輪に対して、回転可能とされている。シャフト２１の一端は、磁気軸受２０の内輪に固定され、他端はロータ１６の中央部に設けられたホルダ２２に固定されている。ハブ１９の底部には、磁気軸受２０から離間して円盤状の仕切り板２９が設けられている。

シャフト２１は、筒体２３の内部に回転可能に配置され、筒体２３は、ハブ１９の筒状部１９ｂの内面に固定されている。シャフト２１及び筒体２３は例えば金属により構成され、シャフト２１と筒体２３は、例えば空気動圧軸受を構成している。具体的には、シャフト２１と筒体２３との間には、微細な隙間が設けられ、シャフト２１の周囲には、図示せぬ例えばヘリングボーン状の微細な溝が形成されている。

ロータ１６の内面には、例えば円筒形の永久磁石２４が固定され、永久磁石２４の内側にステータ１７が配置されている。

ステータ１７は、筒体２３の外面に固定されている。ステータ１７は、コア２５と複数のコイル２６と、インシュレータ２７とを具備している。インシュレータ２７は、例えば絶縁性の樹脂により形成され、コア２５は、金属により構成されている。コア２５は、インシュレータ２７の内部に保持され、複数のコイル２６は、インシュレータ２７の外部に巻回されている。ステータ１７の下方で、台座１３の内部には、基板２８が設けられている。基板２８には、例えばモータ１５を制御する図示せぬ制御回路が配置されている。

図３、図４は、ステータ１７を示している。
ステータ１７において、インシュレータ２７には、複数のコイル２６が巻回され、コイルアセンブリが形成されている。

図４に示すように、インシュレータ２７は、上部２７－１と下部２７－２に分割されており、コア２５は上部２７－１と下部２７－２との内部に装着される。上部２７－１と下部２７－２は、ほぼ同様の構成であるため、上部２７－１を用いて説明し、下部２７－２において上部２７－１と同一部分には同一符号を付す。

インシュレータ２７は、筒状部２７ａと、筒状部２７ａの周囲に放射状に配置された複数の巻回部２７ｂと、筒状部２７ａの軸方向一端部に設けられた円形状の基部２７ｃと、を有している。隣接する巻回部２７ｂの間は、スロット２７ｄにより空間が形成され、巻回部２７ｂの周囲に巻回されたコイル２６がこれら空間内に配置される。本実施形態において、巻回部２７ｂの数は、９個であるが、これに限定されるものではなく、例えば６個であってもよい。

基部２７ｃの中央部には、シャフト２１及び筒体２３が挿入される開口部２７ｅが設けられ、開口部２７ｅの周囲に筒状の側壁２７ｆが設けられている。側壁２７ｆの外面には、段部２７ｇが設けられ、側壁２７ｆの厚みは、段部２７ｇより下方が段部２７ｇの上方より厚くされている。すなわち、側壁２７ｆは、第１の厚みを有する第１部分Ｐ１と第１の厚みより薄い第２部分Ｐ２とを有している。側壁２７ｆの軸方向の高さに対する段部２７ｇの位置については、後述する。

さらに、側壁２７ｆの一部には、軸方向に沿って溝２７ｈが設けられている。この溝２７ｈは、例えば後述するコイル２６を巻回する際に使用される図示せぬ治具を挿入するため、及びインシュレータ２７の位置決めを行うために使用される。

コア２５は、インシュレータ２７とほぼ同様の形状であり、コア２５は、インシュレータ２７の筒状部２７a及び巻回部２７ｂ内に組み込まれ、コア２５の複数のフランジ２５ａは、インシュレータ２７の外部に露出される。コア２５がインシュレータ２７に合体された状態で、インシュレータ２７の各巻回部２７ｂの外側に、図３に示すように、コイル２６が巻回される。コイル２６は、所謂バイファイラ巻きであり、各巻回部２７ｂに２つのコイルが巻回される。

図３及び図５は、各巻回部２７ｂに巻回される２つのコイル２６の関係を示している。本実施形態において、一対の巻線（Ｕ１，Ｕ２）、（Ｖ１，Ｖ２）、（Ｗ１，Ｗ２）が３組設けられ、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルが構成される。

巻線Ｕ１，Ｕ２は、インシュレータ２７の所定間隔離間した３つの巻回部２７ｂにそれぞれ巻回され、図３に示す３組のコイル（ＵＡ１，ＵＡ２）、（ＵＢ１，ＵＢ２）、（ＵＣ１，ＵＣ２）が形成される。３つの巻回部２７ｂは、例えば１２０°ずつ離れている。

巻線Ｖ１，Ｖ２も巻線Ｕ１，Ｕ２と同様に、インシュレータ２７の１２０°ずつ離間した３つの巻回部２７ｂにそれぞれ巻回され、３組のコイル（ＶＡ１，ＶＡ２）、（ＶＢ１，ＶＢ２）、（ＶＣ１，ＶＣ２）が形成される。

巻線Ｗ１，Ｗ２も巻線Ｕ１，Ｕ２と同様に、インシュレータ２７の１２０°ずつ離間した３つの巻回部２７ｂにそれぞれ巻回され、３組のコイル（ＷＡ１，ＷＡ２）、（ＷＢ１，ＷＢ２）、（ＷＣ１，ＷＣ２）が形成される。

すなわち、複数の巻回部２７ｂは、第１巻回部乃至第９巻回部の９個の巻回部を含み、溝２７ｈに対応する巻回部を第１巻回部として時計回りに第２乃至第９巻回部が配置されている。第１、４、７巻回部に連続して巻回される巻線はＶ相コイルを構成し、第８、２、５巻回部に連続して巻回される巻線はＵ相コイルを構成し、第３、６、９巻回部に連続して巻回される巻線はＷ相コイルを構成する。

各コイル２６（（ＵＡ１，ＵＡ２）、（ＵＢ１，ＵＢ２）、（ＵＣ１，ＵＣ２）、（ＶＡ１，ＶＡ２）、（ＶＢ１，ＶＢ２）、（ＶＣ１，ＶＣ２）、（ＷＡ１，ＷＡ２）、（ＷＢ１，ＷＢ２）、（ＷＣ１，ＷＣ２））の間の巻線は、それぞれ渡り線ＣＬとしてインシュレータ２７の基部２７ｃの表面又は図示せぬ裏面に配置される。

図３に示すように、一対の巻線を３組用いて９個の巻回部２７ｂにコイル２６を巻回する場合、複数の渡り線ＣＬが複数個所で交差する。

図６は、３組の巻線（Ｕ１，Ｕ２），（Ｖ１，Ｖ２），（Ｗ１，Ｗ２）（図６では、単にＵ、Ｖ、Ｗと示している）と、９個の巻回部２７ｂの角度（０～３４５°）に基づき、複数の渡り線ＣＬが交差する位置を示している。角度の基準（０°）は、例えば側壁２７ｆに設けられた溝２７ｈの位置である。斜線部は、３組の巻線Ｕ、Ｖ、Ｗの渡り線ＣＬの位置を示している。本実施形態の場合、角度２５°から４０°の範囲、１０５°から１２０°の範囲、１８５°から２００°の範囲において、交差する渡り線ＣＬの数が多くなっている。渡り線ＣＬの交差数が多い箇所は、交差した複数の渡り線ＣＬの高さが、インシュレータ２７の側壁２７ｆの高さを超えることが考えられる。このため、インシュレータ２７は、交差した複数の渡り線ＣＬの高さを抑制する構成を具備している。

具体的には、インシュレータ２７は、側壁２７ｆの外面に複数の突起２７ｉを具備している。複数の突起２７ｉは、側壁２７ｆの段部２７ｇの境界で、第１部分Ｐ１に設けられている。本実施形態において、インシュレータ２７に設けられた突起２７ｉの数は、例えば３つである。しかし、３つに限定されるものではなく、２つ以下、又は全周囲に亘らない限り、４つ以上であってもよい。

側壁２７ｆの周囲において、３つの突起２７ｉが設けられる位置は、渡り線ＣＬの交差数が多い箇所に対応している。すなわち、本実施形態の場合、コイルＵＢ１，ＵＢ２とコイルＷＣ１、ＷＣ２との間の角度５５°と、コイルＶＢ１，ＶＢ２に対応する角度１０５°から１２０°の範囲の１つと、コイルＷＢ１，ＷＢ２とコイルＶＣ１、ＶＣ２との間の角度２１５°の位置に突起２７ｉが配置される。

換言すると、３つの突起２７ｉのうち、第１突起は、第２巻回部と第３巻回部の間に対応して配置され、第２突起は、第４巻回部から前記第５巻回部の範囲に対応して配置され、
前記第３突起は、前記第６巻回部と前記第７巻回部の間に対応して配置される。

このため、交差された複数の渡り線ＣＬは、インシュレータ２７の基部２７ｃと３つの突起２７ｉとの間に配置され、複数の渡り線ＣＬの高さが、突起２７ｉにより制限される。

尚、角度１０５°から１２０°の範囲において、突起２７ｉの数は、本実施形態のように、１つであってもよいし、角度１０５°から１２０°の範囲に亘って１又は２以上であってもよい。

側壁２７ｆの第１部分Ｐ１の軸心に沿った方向の高さ、すなわち、側壁２７ｆの軸心方向に対する突起２７ｉの位置は、例えば交差された渡り線ＣＬの高さと、ロータ１６が軸心方向に移動する距離に応じて定められる。

図７は、図２のＡ部を拡大して示すものであり、インシュレータ２７の側壁２７ｆとシャフト２１のホルダ２２との位置関係を示している。

本実施形態において、シャフト２１は、空気動圧軸受と磁気軸受２０とにより、ステータ１７に対して非接触で保持されている。このため、ロータ１６の回転に伴い、シャフト２１は、スラスト方向（軸心方向）に移動する。具体的には、ロータ１６が回転され、図２に示す吸気口１２ａから排気口１２ｂへ向かう気流が生じると、ロータ１６は、気流と逆方向の力により図７に示す矢印Ｂ方向に移動する。すなわち、ロータ１６及びホルダ２２は、シャフト２１とともに、インシュレータ２７の上面に接近する方向に移動する。しかし、渡り線ＣＬの高さが突起２７ｉにより規制されているため、渡り線ＣＬにロータ１６やホルダ２２が接触することが防止される。

図７に示すように、ホルダ２２は、底部２２ａにリング状の凹部２２ｂを有している。凹部２２ｂは、シャフト２１の周囲に沿って設けられている。このため、シャフト２１及びホルダ２２が図示矢印Ｂ方向により大きく移動した場合、インシュレータ２７の側壁２７ｆの頂部がリング状の凹部２２ｂ内に進入し、この部分で接触を回避できる。これよりさらに、シャフト２１が図示矢印Ｂ方向に移動されると、シャフト２１の一端が図２に示す仕切り板２９に当接することにより、ロータ１６のスラスト方向の移動が制限される。

尚、インシュレータ２７の基部２７ｃにおいて、３つの突起２７ｉと対向する部分には、それぞれ開口２７ｊが設けられている。これら開口２７ｊを設けることにより、３つの突起２７ｉをインシュレータ２７とともに、樹脂により一体的に形成することができる。

（実施形態の効果）
上記実施形態によれば、ステータ１７のインシュレータ２７は、複数の渡り線ＣＬが交差する位置に対応して複数の突起２７ｉを有している。このため、交差された複数の渡り線ＣＬの高さを突起２７ｉの高さに制限することができ、ステータ１７の複数の渡り線ＣＬとロータ１６の接触を防止することができる。したがって、ステータ１７に対してロータ１６を容易に組み込むことができ、組み立て作業を容易化することが可能である。

また、シャフト２１が、スラスト方向に移動した場合、インシュレータ２７の側壁２７ｆの頂部がリング状の凹部２２ｂ内に進入し、さらにシャフト２１が、スラスト方向に移動した場合、シャフト２１の一端部が仕切り板２９に当接する。しかし、交差された複数の渡り線ＣＬの高さは、複数の突起２７ｉにより制限されているため、ホルダ２２の底部２２ａと渡り線ＣＬとの距離が突起２７ｉにより一定に保持される。したがって、シャフト２１が、スラスト方向に移動した場合においても、ホルダ２２が渡り線ＣＬやコイルに接触することを防止できる。

その他、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１０、１０ａ、１０ｂ…送風機、１１ａ、１１ｂ…ハウジング、１５…モータ、１６…ロータ、１７…ステータ、１８…羽根車、２１…シャフト、２２…ホルダ、２２ｃ…傾斜部、２６、（ＵＡ１，ＵＡ２）、（ＵＢ１，ＵＢ２）、（ＵＣ１，ＵＣ２）、（ＶＡ１，ＶＡ２）、（ＶＢ１，ＶＢ２）、（ＶＣ１，ＶＣ２）、（ＷＡ１，ＷＡ２）、（ＷＢ１，ＷＢ２）、（ＷＣ１，ＷＣ２）…コイル、ＣＬ…渡り線、ＵＡ１，ＵＡ２、ＶＡ１，ＶＡ２、ＷＡ１，ＷＡ２…巻線、２７…インシュレータ、２７ａ…筒状部、２７ｂ…巻回部、２７ｃ…基部、２７e…開口部、２７ｆ…側壁、２７ｉ…突起、２７ｊ…開口。

Claims (9)

1. 筒状部と、前記筒状部の外側に放射状に設けられた複数の巻回部と、前記筒状部の長手方向一端部に設けられ中央部にシャフトが挿入される開口部を有する円形状の基部と、前記基部の前記開口部の周囲に設けられた側壁と、を有するインシュレータと、
   前記複数の巻回部の隣接しない少なくとも２つの巻回部に連続して巻回され、少なくとも２つのコイルと、前記２つのコイルの間で前記基部上に位置する複数の渡り線と、を含む少なくとも２つの巻線と、
   前記側壁の外面の一部で前記少なくとも２つの巻線の前記複数の渡り線が交差する位置に設けられた少なくとも１つの突起と、
   を具備することを特徴とするステータ。
2. 前記側壁の基準位置に対応する前記突起の位置は、前記基準位置を０°とすると、５５°と、１０５°から１２０°の範囲と、２１５°であり、前記突起の数は、１０５°から１２０°の範囲において１又は２以上であることを特徴とする請求項１記載のステータ。
3. 前記複数の巻回部は、第１巻回部乃至第９巻回部を含み、
   前記第１、４、７巻回部に連続して巻回される巻線はＶ相コイルを構成し、
   前記第２、５、８巻回部に連続して巻回される巻線はＵ相コイルを構成し、
   前記第３、６、９巻回部に連続して巻回される巻線はＷ相コイルを構成し、
   前記少なくとも１つの突起は、第１乃至第３突起を含み、
   前記第１突起は、前記第２巻回部と前記第３巻回部の間に対応して配置され、
   前記第２突起は、前記第４巻回部から前記第５巻回部の範囲に対応して配置され、
   前記第３突起は、前記第６巻回部と前記第７巻回部の間に対応して配置される、
   ことを特徴とする請求項１記載のステータ。
4. 前記基部は、前記突起に対応する部分に開口を有することを特徴とする請求項１記載のステータ。
5. ステータと、
   前記ステータに対して回転可能で、羽根車及びシャフトを有するロータと、
   前記シャフトを非接触で保持する軸受と、
   を具備する送風機であって、
   前記ステータは、
   筒状部と、前記筒状部の外側に放射状に設けられた複数の巻回部と、前記筒状部の長手方向一端部に設けられ中央部に前記シャフトが挿入される開口部を有する円形状の基部と、前記基部の前記開口部の周囲に設けられた側壁と、を有するインシュレータと、
   前記複数の巻回部の隣接しない少なくとも２つの巻回部に連続して巻回され、少なくとも２つのコイルと、前記２つのコイルの間で前記基部上に位置する複数の渡り線と、を含む少なくとも２つの巻線と、
   前記側壁の外面の一部で前記少なくとも２つの巻線の前記複数の渡り線が交差する位置に設けられた少なくとも１つの突起と、
   を具備することを特徴とする送風機。
6. 前記側壁の基準位置に対応する前記突起の位置は、前記基準位置を０°とすると、５５°と、１０５°から１２０°の範囲と、２１５°であり、前記突起の数は、１０５°から１２０°の範囲において１又は２以上であることを特徴とする請求項５記載の送風機。
7. 前記複数の巻回部は、第１巻回部乃至第９巻回部を含み、
   前記第１、４、７巻回部に連続して巻回される巻線はＶ相コイルを構成し、
   前記第２、５、８巻回部に連続して巻回される巻線はＵ相コイルを構成し、
   前記第３、６、９巻回部に連続して巻回される巻線はＷ相コイルを構成し、
   前記少なくとも１つの突起は、第１乃至第３突起を含み、
   前記第１突起は、前記第２巻回部と前記第３巻回部の間に対応して配置され、
   前記第２突起は、前記第４巻回部から前記第５巻回部の範囲に対応して配置され、
   前記第３突起は、前記第６巻回部と前記第７巻回部の間に対応して配置される、
   ことを特徴とする請求項５記載の送風機。
8. 前記基部は、前記突起に対応する部分に開口を有することを特徴とする請求項５記載の送風機。
9. 前記ロータは、ホルダにより前記シャフトに設けられ、前記ホルダは、前記シャフトの周囲に沿って前記インシュレータの前記側壁が進入することが可能な凹部を具備することを特徴とする請求項５記載の送風機。

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