JP4019786B2

JP4019786B2 - 直流モータの巻線方法

Info

Publication number: JP4019786B2
Application number: JP2002133109A
Authority: JP
Inventors: 一男井田; 龍一郎天野
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2002-05-08
Filing date: 2002-05-08
Publication date: 2007-12-12
Anticipated expiration: 2022-05-08
Also published as: JP2003324878A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定子の各歯部にコイル用線材が直接巻かれた直流モータの巻線方法に関し、特に、その巻線量の増加を図るための対策に関する技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種の直流モータとして、半径方向に延びる複数の歯部が周方向に等間隔をあけて設けられ、この各歯部にコイル用の線材が直接巻かれた固定子を備えたものは知られている。このような直流モータを、その回転子の磁石が未着磁の状態のままで圧縮機のケーシング内に圧縮機構とともに組み込み、その組み込み状態において、コイルに着磁電流を流して回転子の磁石を着磁するいわゆる組込み着磁を行う場合、着磁電流による電磁力は、隣接したコイルの線材同士の間隔が小さくて巻数が多いほど大きくなる。しかも、コイルの巻数が増大すると、その分、コイル電流による電磁力も増大してモータの性能が向上する。
【０００３】
そこで、従来、特開２０００−２３２７５９号公報に示されるように、巻線機のノズルの前後動によって歯部の半径方向の巻線位置をずらしながら、ノズルを各歯部の周りで周回させて各歯部の周囲に線材を順次巻くとともに、この巻線の際のノズルの前後動を調節することによって、各歯部の先端側よりも基部側の方を多く巻線し、歯部間のスロットでの巻線量を多くする巻線方法が提案されている。
【０００４】
また、例えば歯部を６本有する固定子に対し、その各歯部に線材を巻く場合には、３本のノズルが等間隔に配置された巻線機を用い、これら３本のノズルからコイル用の線材を送出しながら、まず、最初の前工程において１つ置きに間隔をあけた３つの歯部に線材を巻いた後、次の後工程においてノズルを周方向に６０°ずつ回転させて残り３つの歯部に線材を巻くことが行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記後者の巻線方法のように、歯部数の半分のノズルを有する巻線機を用い２つの工程に分けて巻線する場合、前者の提案例のように、各スロットの断面積を有効に利用して巻線しようとしたとしても、後工程においては、各スロットの半分に前の工程で既にコイルが巻線されているために、巻線機のノズルはそのスロット半分のコイルの最外層に干渉しないように移動しながら巻線をする必要があり、各スロットのコイルの巻数を同じとする限り、隣り合う歯部に巻線されたコイルの最外層間には１本のノズルが通れるだけのスペースが残り、その分、巻線量の増加に限度がある。
【０００６】
本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、各歯部にコイル用線材を巻くときの方法を改良して、コイルの最外層の線材の配列に工夫をすることにより、各スロットの断面積を最大限に利用して巻線量を増大しようとすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明では、複数の歯部（１２，１２，…）が周方向に等間隔をあけて配置された固定子（８）の各歯部（１２）にコイル（２３）を多層に巻くための直流モータの巻線方法において、歯部（１２，１２，…）と同じ本数のノズル（Ｎ，Ｎ，…）が周方向に等間隔に一体に設けられ、かつ各ノズル（Ｎ）が伸縮する巻線機（Ｍ）を用意し、各ノズル（Ｎ）から線材（２０）を送出しながら、各ノズル（Ｎ）を各歯部（１２）の周りで周回させかつ伸縮させるように移動させることで、すべての歯部（１２，１２，…）に同時に巻線し、各歯部（１２）のコイル（２３）の最外層（２３ａ）の線材（２０）を巻く際には、各ノズル（Ｎ）を隣り合う歯部（１２，１２）間のスロット（２１）の奥部から開口（１６ａ）側に向かって固定子（８）の半径方向に移動させることで、隣り合う歯部（１２，１２）の各々における最外層（２３ａ，２３ａ）の線材（２０，２０）同士を固定子（８）の半径方向に位置ずれした状態でコイル（２３，２３）間の間隔をスロット（２１）の奥部側から開口側まで略一定とするように交互に巻くものとする。
【０００８】
上記の構成によると、一体に設けられた固定子（８）の歯部（１２，１２，…）と同じ数のノズル（Ｎ，Ｎ，…）を有する巻線機（Ｍ）が用いられ、各ノズル（Ｎ）は固定子（８）における対応する歯部（１２）の周りを周回しながら伸縮するように移動し、この状態でノズル（Ｎ）から線材（２０）が送出され、このことで全ての歯部（１２，１２，…）が同時に巻線される。
【０００９】
そのとき、各コイル（２３）における最外層（２３ａ）よりも１層下側の層（２３ｂ）線材（２０）の巻線が終了したときには、各ノズル（Ｎ）は歯部（１２）の基部側にあり、この状態から、最外層（２３ａ）の線材（２０）を巻線するときには、各ノズル（Ｎ）が各歯部（１２）を周回しながら固定子（８）の半径方向に沿って歯部（１２）の基部側から先端側に移動することで、隣り合う歯部（１２，１２）に交互に巻線される。こうしてノズル（Ｎ）が歯部（１２）を周回しながら固定子（８）の半径方向に移動することで、各ノズル（Ｎ）は既に巻かれた最外層（２３ａ）の線材（２０）と干渉することなくスロット（２１）の奥部から開口（１６ａ）側に向かって進みながら巻線することができ、隣り合う歯部（１２，１２）のコイル（２３，２３）における最外層（２３ａ，２３ａ）の線材（２０，２０）同士が固定子（８）の半径方向に交互に位置ずれした状態でコイル（２３，２３）間の間隔をスロット（２１）の奥部側から開口側まで略一定とするように巻線される。従って、各スロット（２１）の断面積を最大限に利用することができ、コイル（２３）の線材（２０）の断面積が通常よりも大きいものでも規定の巻数だけ巻線が可能となり、直流モータ（１）の消費電力を低くすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図７は本発明の実施形態に係る圧縮機（２）を示し、この圧縮機（２）は空気調和機等に用いられるもので、ケーシング（３）を備え、このケーシング（３）内には、ガスを圧縮する圧縮機構（図示せず）と、この圧縮機構に駆動軸（４）を介して駆動連結された直流モータ（１）とが設けられ、この直流モータ（１）による圧縮機構の駆動により、吸入管（５）からガスを圧縮機構に吸い込んだ後に圧縮してケーシング（３）内に吐出し、この高圧ガスを吐出管（６）からケーシング（３）外に吐出するようにしている。
【００１１】
上記直流モータ（１）は、駆動軸（４）に回転一体に取付けられる回転子（７）と、この回転子（７）の周囲に配置される固定子（８）とで構成され、上記回転子（７）には永久磁石（図示せず）が埋め込まれている。
【００１２】
図５及び図６に示すように、上記固定子（８）は鉄製薄板を多数枚重ねた積層体からなる固定子コア（１０）を有し、この固定子コア（１０）は円環状のコア本体（１１）と、このコア本体（１１）の内周面に周方向に等間隔を置いて半径方向内側に向かって突設された６本の歯部（１２，１２，…）とを有し、各歯部（１２）の先端部（内端部）には円周方向に延びかつ先端面が円弧面とされたフランジ部（１２ａ）が形成され、隣り合う歯部（１２，１２）間には、両歯部（１２，１２）のフランジ部（１２ａ，１２ａ）間で固定子コア（１０）の中心側に開口するスロット（２１）が設けられている。
【００１３】
図４にも示すように、上記固定子コア（１０）において、その内周面、つまり歯部（１２）先端のフランジ部（１２ａ）先端面と、外周面、つまりコア本体（１１）の外周面とを除いた部分が樹脂製の絶縁部材（１４，１４）により覆われている。この絶縁部材（１４，１４）は、固定子コア（１０）の軸方向両側に位置する１対の端部側絶縁部材（１５，１５）と上記各スロット（２１）内に嵌挿される６つのスロット内絶縁部材（１６，１６，…）とからなる。
【００１４】
上記各端部側絶縁部材（１５，１５）は、固定子コア（１０）を軸方向両側から見た形状と略同様の形状に形成され、コア本体（１１）に対応する円環状の本体部（１５ａ）と、各歯部（１２）に対応する６つの歯部対応部（１５ｂ）とからなり、図６に示すように、この各歯部対応部（１５ｂ）の外面（固定子コア（１０）と反対側の面）には周方向に延びるコイル収容凹溝部（１５ｃ）が形成されている。
【００１５】
一方、上記各スロット内絶縁部材（１６）は、固定子コア（１０）の各スロット（２１）の断面形状と同じ形状に折り曲げられた板状のもので、スロット（２１）内にその内壁面に密着した状態で嵌挿されている。
【００１６】
そして、上記固定子コア（１０）における各スロット（２１）内にはその開口（１６ａ）、詳しくは各スロット内絶縁部材（１６）の端部間を通って、後述する巻線機（Ｍ）のノズル（Ｎ）が挿入可能とされており、この各スロット（２１）の各開口（１６ａ）を経てスロット（２１）内に挿入されたノズル（Ｎ）から線材（２０）を送り出し、この線材（２０）を各歯部（１２）の周りに絶縁部材（１４，１４）の上側から多数回巻き付けることで各歯部（１２）に巻線されてコイル（２３）が形成されている。
【００１７】
そして、本発明の特徴として、図１に示すように、隣り合う歯部（１２，１２）に巻かれたコイル（２３，２３）における最外層（２３ａ，２３ａ）の線材（２０，２０）の外周面間の間隔（ｘ）が巻線機のノズル（Ｎ）の外径（ｗ）よりも狭く、かつ上記最外層（２３ａ）よりも一層下側の層（２３ｂ）の線材（２０，２０）の外周面間の間隔（ｙ）が巻線機（Ｍ）のノズル（Ｎ）の外径（ｗ）よりも広く設けられており、隣り合う歯部（１２，１２）の各々における最外層（２３ａ，２３ａ）の線材（２０，２０）同士が固定子（８）の半径方向に位置ずれした状態で交互に巻かれている。すなわち、隣り合う最外層（２３ａ）間の隙間にはノズル（Ｎ）が再び通過できないほど近接している。
【００１８】
次に、このような直流モータ（１）の固定子（８）の各歯部（１２）にワイヤー（２０）を巻線する方法について説明する。図２及び図３に示すように、巻線に使用される巻線機（Ｍ）は、図示しない駆動手段により軸方向に往復可能にかつ周方向に回動可能に駆動されるシャフト（Ｓ）と、このシャフト（Ｓ）から半径方向に等間隔に延びるように突出し、上記歯部（１２，１２，…）と同じ本数の６本のノズル（Ｎ，Ｎ，…）とを有する。この各ノズル（Ｎ）は図外の駆動手段により伸縮されるもので、各ノズル（Ｎ）内に、図示しないボビンから繰り出される線材（２０）が挿通され、この線材（２０）はノズル（Ｎ）の先端から送り出されるようになっている。
【００１９】
そして、上記シャフト（Ｓ）を固定子（８）内の空間の中心部に配置して、軸方向に往復動させるとともに、周方向に揺動させ、上記各ノズル（Ｎ）については伸縮させることで、ノズル（Ｎ）の先端部を各スロット（２１）内を通過させながら歯部（１２）に周回させ、このノズル（Ｎ）先端から送り出された線材（２０）を歯部（１２）に巻き付けてコイル（２３）を形成する。
【００２０】
具体的には、例えば６本のノズル（Ｎ，Ｎ，…）が同時にスロット（２１，２１，…）内に開口（１６ａ，１６ａ，…）を経て挿入され、各歯部（１２）の基部から先端側に向けて巻線を開始する。そして、各ノズル（Ｎ）の先端から線材（２０）を送り出しながら、そのノズル（Ｎ）を歯部（１２）の周りを周回させ、その１周回毎にノズル（Ｎ）を収縮させることで、歯部（１２）に絶縁部材（１４，１４）の上から一層目の線材（２０）が巻き付けられる。この後、逆にノズル（Ｎ）にそれを伸縮させながら同様の動作を行わせることで、２層目の線材（２０）が歯部（２１）に巻き付けられる。以下、上記と同様の動作を繰り返すことで、各歯部に線材（２０）が多層に巻き付けられてコイル（２３）が形成される。
【００２１】
尚、各スロット（２１）の奥部側の周方向距離つまり面積が開口側よりも大きいので、上記のように各層毎に順に巻線すると、スロット奥側のコイル（２３，２３）間に隙間ができる。このため、スロット（２１）の奥側つまり各歯部（１２）の基部側の層がスロット（２１）の開口側つまり歯部（１２）の先端側よりも多層で層厚が厚くなるように巻線することで、隣り合う歯部（１２，１２）のコイル（２３，２３）間の間隔をスロット（２１）の奥部側から開口側まで略一定とすることができる。
【００２２】
そして、隣り合う歯部（１２，１２）のコイル（２３，２３）における最外層（２３ａ，２３ａ）よりも一層下側の層（２３ｂ，２３ｂ）を形成するときには、その両コイル（２３，２３）における下側層（２３ｂ，２３ｂ）の巻線（２０，２０）の外周面間の間隔（ｙ）は、各スロット（２１）の奥部から開口（１６ａ）に向かって略一定の間隔とされ、かつ各ノズル（Ｎ）の外径（ｗ）よりも広いものとなっている。
【００２３】
このようにして、各コイル（２３）の最外層（２３ａ）よりも一層下側の層（２３ｂ）が巻線されたときには各ノズル（Ｎ）はスロット（２１）の奥側つまり歯部（１２）の基部側に位置付けられるようにする。そして、この後、コイル（２３）の最外層（２３ａ）を巻線するときには、図２及び図３に一部を拡大して示すように、隣り合う歯部（１２，１２）の一方においては、基部側から開口（１６ａ）側に向かって半径方向に巻線位置を線材（２０）略１本分あけて進んで巻線を行う。これと平行して、他方の歯部（１２）においては、基部側から開口（１６ａ）側に向かって半径方向に巻線位置を線材（２０）略１本分あけて進んで線材（２０）が上記１方の歯部（１２）の線材（２０，２０）間に位置するように巻線を行う。そうすることでノズル（Ｎ，Ｎ，…）が隣り合う歯部（１２，１２，…）に線材（２０，２０）が交互に並ぶように巻線し、各ノズル（Ｎ）は線材（２０，２０，…）と干渉しない。
【００２４】
このとき、上記最外層（２３ａ，２３ａ）よりも一層下側の層（２３ｂ，２３ｂ）間の間隔（ｙ）はノズル（Ｎ）の外径（ｗ）よりも広いものとなっているが、各歯部（１２）に線材（２０，２０，…）がさらに１本巻かれた最外層（２３ａ）同士の間隔（ｘ）は再びその位置にノズル（Ｎ）を通すことはできないほど狭いものとなっている。
【００２５】
従って、歯部（１２，１２）間の各スロット（２１）の断面積を最大限に利用して巻線することができ、コイル（２３）の線材（２０）の断面積が通常よりも大きいものでも規定の巻数だけ巻線が可能となり、直流モータ（１）の消費電力を下げることができる。
【００２６】
尚、上記実施形態では、固定子コア（１０）は６本の歯部（１２，１２，…）を有するものとしたが、本発明は６本以外の複数本の歯部が周方向に等間隔に配置された固定子コアを備えた直流モータについても適応できる。この場合には、その歯部の本数に合わせたノズルを有する巻線機を使用すればよい。
【００２７】
また、上記実施形態では、直流モータ（１）を空気調和機等に搭載される圧縮機（２）内に設けられるものとしたが、これに限らず複数の歯部にコイルが巻線された固定子を備えた直流モータであれば、本発明が適用できるのは勿論のことである。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明の直流モータの巻線方法によると、一体に設けられたすべての歯部に同時に巻線し、各歯部のコイルの最外層の線材を巻く際には、巻線機の各ノズルを隣り合う歯部間のスロットの奥部から開口側に向かって固定子の半径方向に移動させることで、隣り合う歯部の各々における最外層の線材同士を固定子の半径方向に位置ずれした状態で隣り合う歯部のコイル間の間隔をスロットの奥部側から開口側まで略一定とするように交互に巻くことにより、コイルの線材の断面積が通常よりも大きいものでも規定の巻数だけ巻線が可能となり、直流モータの消費電力を下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】固定子におけるスロット近傍を示す拡大平面図である。
【図２】各歯部に最外層を巻線し始めたときの状態を示す図１相当図である。
【図３】各歯部に最外層の２巻目を巻線するときの様子を示す図１相当図である。
【図４】固定子におけるスロット近傍をコイルのない状態で示す図１相当図である。
【図５】固定子を軸方向から見た平面図である。
【図６】図５のVI-VI線における断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る直流モータを備えた圧縮機を一部破断した状態で示す正面図である。
【符号の説明】
（１）直流モータ
（２）圧縮機
（８）固定子
（１２）歯部
（１６ａ）開口
（２０）線材
（２１）スロット
（２３）コイル
（２３ａ）最外層
（２３ｂ）最外層よりも一層下側の層
（Ｎ）ノズル
（Ｍ）巻線機
（ｘ，ｙ）間隔
（ｗ）ノズルの外径

Claims

複数の歯部（１２，１２，…）が周方向に等間隔をあけて配置された固定子（８）の上記各歯部（１２）にコイル（２３）を多層に巻くための直流モータの巻線方法において、
上記歯部（１２，１２，…）と同じ本数のノズル（Ｎ，Ｎ，…）が周方向に等間隔に一体に設けられ、かつ該各ノズル（Ｎ）が伸縮する巻線機（Ｍ）を用意し、
上記各ノズル（Ｎ）から線材（２０）を送出しながら、各ノズル（Ｎ）を各歯部（１２）の周りで周回させかつ伸縮させるように移動させることで、すべての歯部（１２，１２，…）に同時に巻線し、
各歯部（１２）のコイル（２３）の最外層（２３ａ）の線材（２０）を巻く際には、各ノズル（Ｎ）を隣り合う歯部（１２，１２）間のスロット（２１）の奥部から開口（１６ａ）側に向かって固定子（８）の半径方向に移動させることで、隣り合う歯部（１２，１２）の各々における最外層（２３ａ，２３ａ）の線材（２０，２０）同士を固定子（８）の半径方向に位置ずれした状態でコイル（２３，２３）間の間隔をスロット（２１）の奥部側から開口側まで略一定とするように交互に巻くことを特徴とする直流モータの巻線方法。