JP4730519B2 - 誘導電動機およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば空気調和機のファンモータなどとして用いられるインナーロータ型の誘導電動機（コンデンサモータ）の製造方法に関し、さらに詳しく言えば、固定子に対する巻線技術に関するものである。

例えば、特許文献１に記載されているように、誘導電動機は、回転出力軸を有する回転子と、その外周側に同軸的に配置される固定子とを含み、固定子は環状のヨークの内周面側に突設された２Ｎ個（Ｎは極数）のティースを有し、各ティースのうち例えば奇数番目のティースに主巻線が巻回され、偶数番目のティースに補助巻線が巻回される。

また、特許文献１には、主巻線が巻回されるティースもしくは補助巻線が巻回されるティースのいずれかに、減速巻線（変速巻線）を施すことにより、変速可能とした可変速の誘導電動機も記載されている。

特開２００１−１８６７３３号公報

上記したように、誘導電動機においては、主巻線および補助巻線がそれぞれ１つ置きのティースに巻回されるが、ヨークが環状に形成されているため、従来では特許文献１に記載されているように、主巻線を１つ置きのティースにじか巻きするとともに、補助巻線を主巻線間のティースにじか巻きしたうえで、主巻線同士を順次直列に接続し、同様に補助巻線同士を順次直列に接続しなければならず、その巻線接続作業に多大な労力と時間を要する。減速巻線を備える可変速の誘導電動機の場合には、さらに減速巻線の接続処理が必要となる。

したがって、本発明の課題は、固定子の各ティースに対して１つ置きに主巻線，補助巻線さらには減速巻線を巻回するにあたって、各ティースに対するそれらの各巻線を一連に行えるようにして、後処理としての直列結線作業を不要とすることにある。

上記課題を解決するため、本発明は、請求項１に記載されているように、回転出力軸を有する回転子と、上記回転子の外周側に同軸的に配置される固定子とを含み、上記固定子は環状のヨークの内周面側に突設された２Ｎ個（Ｎは極数）のティースを有し、上記各ティースのうち奇数番目の上記ティースに主巻線が巻回され、偶数番目の上記ティースに補助巻線が巻回される誘導電動機の製造方法において、上記各ティースを含む２Ｎ個のヨークメンバーを所定の連結手段で屈曲可能に一連につなげたヨーク連結体とし、上記ヨーク連結体をほぼ直線状に展開した状態で、上記主巻線を上記奇数番目の各ティースに渡り線を介して一連に巻回するとともに、上記補助巻線を上記偶数番目の各ティースに渡り線を介して一連に巻回し、さらに上記主巻線が巻回される上記奇数番目の各ティースおよび／または上記補助巻線が巻回される上記偶数番目の各ティースに、減速巻線を渡り線を介して一連に巻回するにあたって、上記主巻線もしくは上記補助巻線を、その始端側ティースから終端側ティースにまで１ティース置きに一連に巻回したのち、その巻線を切断することなく上記始端側ティースに戻し、上記減速巻線用として再度上記始端側ティースから上記終端側ティースにまで１ティース置きに一連に巻回し、その後に上記ヨーク連結体の両端を連結して上記環状のヨークとすることを特徴としている。

また、本発明には、請求項２に記載されているように、上記請求項１により製造された誘導電動機も含まれる。

本発明によれば、各ティースを含む２Ｎ個のヨークメンバーを所定の連結手段で屈曲可能に一連につなげたヨーク連結体とし、ヨーク連結体をほぼ直線状に展開した状態で、主巻線を奇数番目の各ティースに渡り線を介して一連に巻回するとともに、補助巻線を偶数番目の各ティースに渡り線を介して一連に巻回したのち、ヨーク連結体の両端を連結して環状のヨークとすることにより、主巻線および補助巻線を各ティースごとに切断することなく、それぞれ一連に巻線することができるが、特には、主巻線もしくは補助巻線を、その始端側ティースから終端側ティースにまで１ティース置きに一連に巻回したのち、その巻線を切断することなく始端側ティースに戻し、減速巻線用として再度始端側ティースから終端側ティースにまで１ティース置きに一連に巻回することにより、始端側ティースでの主巻線もしくは補助巻線と減速巻線との電位差が小さくなるため、巻線間の特別な絶縁処理を不要とすることができる。

次に、図面を参照して、本発明のいくつかの実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。この実施形態で説明する誘導電動機は６極で、１２個のティースを備える。誘導電動機において、主巻線と補助巻線はそれぞれ１つ置きの異なるティースに巻回されるが、この実施形態では説明の便宜上、主巻線が巻回されるティースを奇数番目とし、補助巻線が巻回されるティースを偶数番目としている。また、この実施形態に係る誘導電動機は、減速巻線（変速巻線）を有する可変速誘導電動機である。

図１に示すように、この誘導電動機には、回転出力軸１１を有する回転子１０と、回転子１０の外周側に同軸的に配置される固定子２０とが含まれる。本発明において、回転子１０は任意の構成であってよく、例えばかご型や巻線型であってよい。

固定子２０は環状のヨーク２１を備え、この例での誘導電動機は６極であることから、ヨーク２１の内周面側には、２×６＝１２個のティース（歯）Ｔ１〜Ｔ１２が回転子１０側に向けて突設されている。なお、４極の場合には８個のティースが設けられる。

ティースＴ１〜Ｔ１２のうち、奇数番目のティースＴ１，Ｔ３，Ｔ５，Ｔ７，Ｔ９，Ｔ１１に主巻線ＷＭが巻回され、偶数番目のティースＴ２，Ｔ４，Ｔ６，Ｔ８，Ｔ１０，Ｔ１２に補助巻線ＷＡが巻回される。なお、各ティースを奇数番目と偶数番目とに分けたのは、主巻線と補助巻線がそれぞれ１つ置きの異なるティースに巻回されることを説明するためであり、偶数番目のティースに主巻線ＷＭが巻回され、奇数番目のティースに補助巻線ＷＡが巻回されてもよい。

この誘導電動機は、可変速とするための減速巻線ＷＲをさらに備える。減速巻線ＷＲの結線方法には、図２（ａ）〜（ｃ）の等価回路に示すように３つ方法がある。すなわち、図２（ａ）のように減速巻線ＷＲを主巻線ＷＭに直列に接続する場合と、図２（ｂ）のように減速巻線ＷＲを補助巻線ＷＡに直列に接続する場合と、図２（ｃ）のように主巻線・補助巻線用の各減速巻線ＷＲａ，ＷＲｂを主巻線ＷＭに直列に接続する場合とがある。

図１の例は、図２（ａ）のように減速巻線ＷＲを主巻線ＷＭに直列に接続した場合であり、減速巻線ＷＲは主巻線ＷＭと同じく奇数番目のティースＴ１，Ｔ３，Ｔ５，Ｔ７，Ｔ９，Ｔ１１に巻回される。

図１に示す各端子Ａ〜Ｇは図２（ａ）のものと対応しており、Ｂ，Ｇは主巻線ＷＭの端子、Ｄ，Ｅは補助巻線ＷＡの端子、Ａ，Ｆは減速巻線ＷＲの端子で、主巻線ＷＭの一方の端子Ｇと補助巻線ＷＡの一方の端子Ｅとの間にコンデンサＣが接続される。

また、主巻線ＷＭの他方の端子Ｂ，補助巻線ＷＡの他方の端子Ｄおよび減速巻線ＷＲの端子Ｆは共通に接続され、交流電源１の一端側を主巻線ＷＭの一方の端子Ｇに接続し、交流電源１の他端側をスイッチＳＷを介して減速巻線ＷＲの端子Ａ，Ｆのいずれか一方に接続可能とする。通常、スイッチＳＷは端子Ｆ側に切り替えられ、減速時にスイッチＳＷは端子Ａ側に切り替えられる。

本発明では、主巻線ＷＭ，補助巻線ＷＡおよび減速巻線ＷＲのいずれも、図示しない巻線機で巻線を途中で切断することなく巻線可能とする。そのため、ヨーク２１を屈曲可能なヨーク連結体とし、そのヨーク連結体をほぼ直線的に展開したストレートコア状態として巻線機にかける。

図３に巻線が施される前のヨーク２１を示す。このヨーク２１を屈曲可能なヨーク連結体とするため、この例では、ヨーク２１を３等分割して、ティースＴ１〜Ｔ４を含むヨークブロックＢ１，ティースＴ５〜Ｔ８を含むヨークブロックＢ２，ティースＴ９〜Ｔ１２を含むヨークブロックＢ３の３つのヨークブロックに分ける。

各ヨークブロックＢ１〜Ｂ３は同一構成であるため、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，図４（ｂ）はそのティース面側から見た正面図で、ヨークブロックＢ１の構成要素に対応するヨークブロックＢ２，Ｂ３の構成要素の参照符号は括弧内に記す。

ヨークブロックＢ１は、電磁鋼板をプレスで打ち抜き、その所定枚数を積層することにより形成されるが、その際、ヨークブロックＢ１のヨークは、ティースＴ１を有するヨークメンバー２１ａ，ティースＴ２を有するヨークメンバー２１ｂ，ティースＴ３を有するヨークメンバー２１ｃ，ティースＴ４を有するヨークメンバー２１ｄの４つのヨークメンバーを含み、その隣接するもの同士が屈曲自在な薄肉ヒンジ２２により連結された状態として作製される。この種の薄肉ヒンジ２２は、電磁鋼板のプレス打ち抜き時に、各ヨークメンバー間に例えばＶ字状のカット溝を、逆側に切欠きを入れることにより容易に形成することができる。

巻線を施す前に、各ヨークブロックＢ１〜Ｂ３には合成樹脂材からなるインシュレータが被せられるが、本発明の好ましい態様によれば、図５に示すように、各ヨークブロックＢ１〜Ｂ３をインシュレータ３０を利用して屈曲自在に連結することができる。その構成を図６により説明する。

インシュレータ３０には、図６（ａ）に示す上部インシュレータ３１と、図６（ｃ）に示す下部インシュレータ３２とが含まれ、これらが図６（ｂ）に示すヨークブロックＢ１〜Ｂ３の上方と下方とから嵌合される。これにより、図５に示すように、各ティースの巻線部分および各ヨークメンバーに電気的な絶縁が施され、各ティース先端面のみが露出される。

上部インシュレータ３１および下部インシュレータ３２は、ともにヨークメンバー２１ａ〜２１ｌに対応する１２個のセグメント３３を備えるが、この例では、上部インシュレータ３１は、それぞれ６個のセグメント３３を一体に有する右側上部インシュレータ３１Ｒと、左側上部インシュレータ３１Ｌとに２分割されている。

また、下部インシュレータ３２も、それぞれ６個のセグメント３３を一体に有する右側下部インシュレータ３２Ｒと、左側下部インシュレータ３２Ｌとに２分割されている。なお、図示しないが、各セグメント３３間には合成樹脂からなる薄肉ヒンジが形成されている。

ヨークメンバー２１ａ〜２１ｆにかけて左側上部インシュレータ３１Ｌと左側下部インシュレータ３２Ｌを被せ、ヨークメンバー２１ｇ〜２１ｌにかけて右側上部インシュレータ３１Ｒと右側下部インシュレータ３２Ｒを被せることにより、３つのヨークブロックＢ１〜Ｂ３を屈曲自在に連結してなるヨーク連結体２１Ｙとすることができる。

本発明では、図７に示すように、ヨーク連結体２１Ｙをほぼ直線状に展開したストレートコア状態として巻線を施す。図７（ａ）はヨーク連結体２１Ｙの上面図，図７（ｂ）はティース側から見た正面図，図７（ｃ）は底面図である。なお、図７の巻線例は、図１および図２（ａ）に示すように、主巻線ＷＭに対して減速巻線ＷＲを直列に接続する場合であり、図中、主巻線ＷＭは実線，補助巻線ＷＡは鎖線，減速巻線ＷＲは細線で示されている。

まず、図７（ａ）を参照して、主巻線ＷＭ（ＷＭ１〜ＷＭ６）を奇数番目のティースＴ１を始端側ティースとして、Ｔ１からＴ３，Ｔ５，Ｔ７，Ｔ９，Ｔ１１にかけて１ティース置きに一連に巻回する。その際、主巻線ＷＭの渡り線は、上部インシュレータ３１の偶数番目のセグメント３３に形成されているガイド板３４ａ，３４ｂ（図５参照）間を通す。

次に、減速巻線ＷＲ（ＷＲ１〜ＷＲ６）を主巻線ＷＭと同じく奇数番目のティースＴ１，Ｔ３，Ｔ５，Ｔ７，Ｔ９，Ｔ１１にかけて１ティース置きに一連に巻回するのであるが、これには２通りの方法がある。

これを図８により説明する。図８（ａ）は上記ヨーク連結体２１Ｙに含まれるティースを示す模式図，図８（ｂ）は減速巻線ＷＲの第１巻線方法を示す説明図，図８（ｃ）は減速巻線ＷＲの第２巻線方法を示す説明図である。なお、減速巻線ＷＲの巻線方向は主巻線ＷＭにより発生する磁束と同じ方向に磁束が出るように巻かれる。

まず、図８（ｂ）の第１巻線方法では、終端側ティースＴ１１に主巻線ＷＭ６を巻回したのち、図示しない巻線機のニードルをそのまま折り返して、減速巻線ＷＲ１〜ＷＲ６を終端側ティースＴ１１からＴ９，Ｔ７，Ｔ５，Ｔ３へと始端側ティースＴ１に向けて１ティース置きに一連に巻回する。この場合、電流の方向が主巻線ＷＭと反対向きに流れるため、主巻線ＷＭと巻回方向は逆になる。

次に、図８（ｃ）の第２巻線方法では、終端側ティースＴ１１に主巻線ＷＭ６を巻回したのち、上記ニードルを始端側ティースＴ１に戻し、減速巻線ＷＲ１〜ＷＲ６を始端側ティースＴ１からＴ３，Ｔ５，Ｔ７，Ｔ９へと終端側ティースＴ１１に向けて１ティース置きに一連に巻回する。この場合、電流の方向が主巻線ＷＭと同方向に流れるため、主巻線ＷＭと巻回方向は同じになる。図７はこの第２巻線方法を示したものである。よって、第１巻線方法は図７の減速巻線ＷＲのみを逆にしたものとなる。

ここで、主巻線ＷＭの始端側ティースＴ１から引き出される端子をＧ，終端側ティースＴ１１から引き出される端子をＢとし、減速巻線ＷＲの始端側ティースＴ１から引き出される端子をＡ，終端側ティースＴ１１から引き出される端子をＦとすると、図２（ａ）に示すように、主巻線ＷＭの端子Ｂと減速巻線ＷＲの端子Ｆは共通に接続されるため、図８（ｂ）の第１巻線方法によると、始端側ティースＴ１における主巻線ＷＭ１と減速巻線ＷＲ６との間の電位差がきわめて大きくなるため、それらの巻線間に絶縁シートなどを介装する必要がある。

これに対して、図８（ｃ）の第２巻線方法によれば、始端側ティースＴ１における主巻線ＷＭ１と減速巻線ＷＲ６との間の電位差が低減されるため、上記第１巻線方法のように絶縁処理が不要であり、この意味で上記ニードルを始端側ティースＴ１に戻してから減速巻線ＷＲを巻回する第２巻線方法の方が好ましい。なお、いずれの場合でも、減速巻線ＷＲの渡り線は、主巻線と同じく上部インシュレータ３１のガイド板３４ａ，３４ｂ間を通す。

次に、補助巻線ＷＡ（ＷＡ１〜ＷＡ６）については、図７（ｃ）に示すように、偶数番目のティースＴ２を始端側ティースとして、Ｔ２からＴ４，Ｔ６，Ｔ８，Ｔ１０，Ｔ１２にかけて１ティース置きに一連に巻回する。その際、補助巻線ＷＡの渡り線は、下部インシュレータ３２の奇数番目のセグメント３３に形成されているガイド板３４ａ，３４ｂ間を通す。

そして、始端側ティースＴ２から補助巻線ＷＡの一方の端子Ｅを引き出し、また、終端側ティースＴ１２から補助巻線ＷＡの一方の端子Ｄを引き出したうえで、ヨーク連結体２１Ｙの両端をつなげて環状のヨーク２１とし、各端子Ａ〜Ｆを図２（ａ）に示すように結線したのち、ヨークメンバー２１ａ〜２１ｌをモールド成型により一体に固める。なお、結線とモールド成型の順番は任意であってよい。

次に、図９により、補助巻線ＷＡ側に減速巻線ＷＲを巻回する例について説明する。図９（ａ）はヨーク連結体２１Ｙの平面図，図９（ｂ）はティース側から見た正面図，図９（ｃ）は底面図である。

この場合、主巻線ＷＭ（ＷＭ１〜ＷＭ６）は、図７（ａ）と同じく巻回されてよい。補助巻線ＷＡ（ＷＡ１〜ＷＡ６）は、図９（ｃ）に示すように、偶数番目のティースＴ２を始端側ティースとして、Ｔ２からＴ４，Ｔ６，Ｔ８，Ｔ１０，Ｔ１２にかけて１ティース置きに一連に巻回する。また、主巻線ＷＭ，補助巻線ＷＡはそれぞれ上部インシュレータ３１、下部インシュレータ３２のガイド板を通される。

その後、減速巻線ＷＲ（ＷＲ１〜ＷＲ６）を補助巻線ＷＡと同じく偶数番目のティースに、補助巻線ＷＡと同方向に巻回するのであるが、この場合においても、先の図８（ｃ）で説明したように、終端側ティースＴ１２に補助巻線ＷＡ６を巻回したのち、図示しない巻線機のニードルを始端側ティースＴ２に戻してから、減速巻線ＷＲ１〜ＷＲ６を巻回することが好ましい。この場合、減速巻線ＷＲは補助巻線ＷＡと同じように下部インシュレータ３２のガイド板を通る。

減速巻線ＷＲの始端側ティースＴ２から引き出される端子をＡ，終端側ティースＴから引き出される端子をＦとして、主巻線ＷＭの端子Ｇ，Ｂ、補助巻線ＷＡの端子Ｄ，Ｅおよび減速巻線ＷＲの端子Ｆ，Ａは、図２（ｂ）の等価回路に示すように結線され、通常、可変速スイッチＳＷは端子Ｆを選択し、減速時に端子Ａが選択されて、補助巻線ＷＡに対して減速巻線ＷＲが直列に接続される。

すなわち、図２（ａ）（ｂ）の等価回路において、可変速スイッチＳＷにより端子Ａを選択すると、図２（ａ）においては、主巻線ＷＭに対して減速巻線ＷＲが直列に接続され、図２（ｂ）においては、補助巻線ＷＡに対して減速巻線ＷＲが直列に接続されるため、主巻線ＷＭもしくは補助巻線ＷＡに印加される電圧が低下するとともに、位相角が広くなることによりトルクが低下し、減速回転となる。

また、本発明には、主巻線ＷＭと補助巻線ＷＡの双方に減速巻線ＷＲを巻回する場合も含まれる。その巻回方法は、図７と図９を合わせたものであってよいため、詳しい説明は省略し、図２（ｃ）にその等価回路を示す。すなわち、この場合には、図２（ｃ）のように、主巻線ＷＭ用の減速巻線ＷＲａに対して、さらに補助巻線ＷＡ用の減速巻線ＷＲｂが直列となるように結線される。

これによれば、可変速スイッチＳＷにより減速巻線を選択することにより、補助巻線ＷＡ用の減速巻線ＷＲｂに主巻線ＷＭと同相の電流が流れ、補助巻線ＷＡとの合成磁束が発生するため、トータルの磁束量が減り、トルクが低下して減速回転となる。

本発明により製造される誘導電動機の一例を断面として示す模式図。 減速巻線を有する誘導電動機の第１ないし第３の等価回路図。 上記誘導電動機の固定子側のヨークを抜き出して示す側面図。 上記ヨークを構成するヨークブロックを示す（ａ）平面図，（ｂ）正面図。 ヨーク連結体を示す斜視図。 上記ヨーク連結体の分解図。 本発明の第１実施形態に係る巻線の巻回方法を説明するための直線状に展開された上記ヨーク連結体の（ａ）上面図，（ｂ）正面図，（ｃ）底面図。 上記第１実施形態において、好ましい減速巻線の巻回方法を説明するための説明図。 本発明の第２実施形態に係る巻線の巻回方法を説明するための直線状に展開された上記ヨーク連結体の（ａ）平面図，（ｂ）正面図，（ｃ）底面図。

１０ 回転子
１１ 回転出力軸
２０ 固定子
２１ ヨーク
２１ａ〜２１ｌ ヨークメンバー
３０ インシュレータ
３１ 上部インシュレータ
３２ 下部インシュレータ
３３ セグメント
Ｔ１〜Ｔ１２ ティース
ＷＭ（ＷＭ１〜ＷＭ６） 主巻線
ＷＡ（ＷＡ１〜ＷＡ６） 補助巻線
ＷＲ（ＷＲ１〜ＷＲ６） 減速巻線

Claims (2)

1. 回転出力軸を有する回転子と、上記回転子の外周側に同軸的に配置される固定子とを含み、上記固定子は環状のヨークの内周面側に突設された２Ｎ個（Ｎは極数）のティースを有し、上記各ティースのうち奇数番目の上記ティースに主巻線が巻回され、偶数番目の上記ティースに補助巻線が巻回される誘導電動機の製造方法において、
   上記各ティースを含む２Ｎ個のヨークメンバーを所定の連結手段で屈曲可能に一連につなげたヨーク連結体とし、上記ヨーク連結体をほぼ直線状に展開した状態で、上記主巻線を上記奇数番目の各ティースに渡り線を介して一連に巻回するとともに、上記補助巻線を上記偶数番目の各ティースに渡り線を介して一連に巻回し、さらに上記主巻線が巻回される上記奇数番目の各ティースおよび／または上記補助巻線が巻回される上記偶数番目の各ティースに、減速巻線を渡り線を介して一連に巻回するにあたって、上記主巻線もしくは上記補助巻線を、その始端側ティースから終端側ティースにまで１ティース置きに一連に巻回したのち、その巻線を切断することなく上記始端側ティースに戻し、上記減速巻線用として再度上記始端側ティースから上記終端側ティースにまで１ティース置きに一連に巻回し、その後に上記ヨーク連結体の両端を連結して上記環状のヨークとすることを特徴とする誘導電動機の製造方法。
2. 請求項１に記載の誘導電動機の製造方法により製造された誘導電動機。

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