JP5338043B2 - ハーフピッチ型コンデンサ電動機の固定子 - Google Patents

Description

本発明は、固定子鉄心を分割積層し、主巻線と補助巻線を別々に巻装した後組み合わせる、ハーフピッチ型コンデンサ電動機の固定子に関する。

従来、この種のハーフピッチ型コンデンサ電動機の固定子の一例として、コンデンサ電動機固定子の製造方法が知られている。（例えば特許文献１参照）。

以下、そのコンデンサ電動機の固定子について、図８から図１０を参照しながら説明する。

図に示すように、固定子鉄心１０１はスロット数と同数に分割積層し、それぞれに絶縁体１０２を装着している。ここで極数個の固定子鉄心１０１に対し、主巻線１０３を主巻線渡り線１０５を介して連続的に集中巻装して主巻線体１０４を形成する。同様に補助巻線１０６を補助巻線渡り線１０８を介して連続的に集中巻装して補助巻線体１０７を形成する。この主巻線体１０４と補助巻線体１０７を軸方向に組み合わせ、固定子（図示せず）を構成し、運転用コンデンサ１０９を補助巻線１０６に直列に接続するとともに、電源１１０に対して主巻線１０３と並列に接続して運転する、ハーフピッチ型コンデンサ電動機の固定子としていた。

特開２０００−３５８３４６号公報

このような従来のハーフピッチ型コンデンサ電動機の固定子では、電源に接続され運転状態になると、コンデンサ１０９の両端に発生する電圧は電源１１０の電圧の２倍以上になることがある。つまり、このコンデンサ１０９の両端の電位差が、コンデンサ１０９と接続されている主巻線１０３の一端と、補助巻線１０６の一端の電位差と等しくなる。すなわち、電源の定格電圧が２００Ｖの場合、前述の電位差は４００Ｖを越えることになる。この４００Ｖの電位差は巻線の絶縁皮膜にダメージを与えるに十分な電位となる。そして、主巻線体１０４と補助巻線体１０７の組み合わせ位置によっては、この電位差を有する主巻線１０３と補助巻線１０６とが接触することがあり、この接触間で巻線の絶縁皮膜がダメージを受けるという課題があり、接触する巻線間の電位差をより低減し巻線品質を向上することが要求されている。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、接触する主巻線と補助巻線の電位差を低減し、絶縁皮膜のダメージが生じないハーフピッチ型コンデンサ電動機の固定
子を提供することを目的としている。

本発明のハーフピッチ型コンデンサ電動機の固定子は上記目的を達成するために、スロット数と同数に分割して所定枚数積層した固定子鉄心は、積層方向の一方に配置する渡り線を介して連続して主巻線が集中巻装された極数個の固定子鉄心からなる主巻線体と、積層方向の他方に配置する渡り線を介して連続して補助巻線が集中巻装された極数個の固定子鉄心からなる補助巻線体とからなり、巻線の巻装後に前記主巻線体と補助巻線体とを、固定子鉄心の積層方向に移動させて組み合わせて環状に一体化し、運転用コンデンサを補助巻線に直列に接続するハーフピッチ型コンデンサ電動機の固定子において、前記補助巻線を第１補助巻線と第２補助巻線との二つに分割し、この第１補助巻線の巻装を全ての極に連続して巻装し終えたその上層に第２補助巻線を巻装し、前記運転用コンデンサの一端を前記第１補助巻線の巻き始めに接続し、他端を前記主巻線の巻き始めまたは巻き終りに接続し、前記第２補助巻線は、第１補助巻線の巻き終りとなる最終の極から巻き始め、第１補助巻線の巻装順序を逆に戻りながら第１補助巻線の巻き始めとなる最初の極で巻き終わる構成としたものである。

この手段により、接触する主巻線と補助巻線の電位差を低減し、巻線の絶縁皮膜のダメージが生じないハーフピッチ型コンデンサ電動機の固定子が得られる。

また、第２補助巻線は、第１補助巻線の巻き終りとなる最終の極から巻き始めるので、補助巻線体の巻線巻装作業において、巻装位置変更等の切り替え作業が不要で連続した巻線巻装作業が可能となり、作業工数が削減できるハーフピッチ型コンデンサ電動機の固定子が得られる。

また、第２補助巻線は、第１補助巻線の巻き終りとなる最終の極から巻き始め、第１補助巻線の巻装順序を逆に戻りながら第１補助巻線の巻き始めとなる最初の極で巻き終わるので、第１補助巻線と第２補助巻線の渡り線が補助巻線体の最初の極と最後の極の間で完結でき、作業性の良いハーフピッチ型コンデンサ電動機の固定子が得られる。

また、第１補助巻線の巻き終りとなる最終極に、第１補助巻線の巻き終りと第２補助巻線の巻き初めを巻き付ける共用の端子ピンを設けてなる構成としたものである。

この手段により、補助巻線以外の、例えば速度調整用巻線（以下、速調巻線）を有する仕様への対応可能も可能となり、生産工程の標準化ができるハーフピッチ型コンデンサ電動機の固定子が得られる。

また、第２補助巻線の巻数比率を、補助巻線の総巻数の２０〜８０％とする構成としたものである。

この手段により、第１補助巻線の表層を第２補助巻線で完全に覆いつくすことができ、表面化している第２補助巻線を主巻線が接触している箇所の電位差を確実に低減できるハーフピッチ型コンデンサ電動機の固定子が得られる。

また、主巻線体と補助巻線体とを固定子鉄心の軸方向に移動させて組み合わせる際に、主巻線体のうち最初に巻装される極と最後に巻装される極との間に、補助巻線体のうち最初の第１補助巻線と最終の第２補助巻線が巻装される極が位置するよう組み合わされる構成としたものである。

この手段により、端子ピンが隣接する４つの極に集まることで、電気的接続を施す端子
台の小型化、および接続作業の簡略化ができるハーフピッチ型コンデンサ電動機の固定子が得られる。

本発明によれば接触する主巻線と補助巻線間の電位差を低減し、巻線の絶縁皮膜のダメージが生じないハーフピッチ型コンデンサ電動機の固定子を提供できる。

また、補助巻線体の巻線巻装作業において、巻装位置変更等の切り替え作業が不要で連続した巻線巻装作業が可能となり、作業工数が削減できるハーフピッチ型コンデンサ電動機の固定子を提供できる。

また、第１補助巻線と第２補助巻線の渡り線が補助巻線体の最初の極と最後の極の間で完結でき、作業性の良いハーフピッチ型コンデンサ電動機の固定子を提供できる。

また、補助巻線以外の速調巻線を有する仕様への対応可能も可能となり、生産工程の標準化ができるハーフピッチ型コンデンサ電動機の固定子を提供できる。

また、第１補助巻線の表層を完全に第２補助巻線で覆いつくすことができ、表面化している第２補助巻線と主巻線が接触している箇所の電位差を確実に低減できるハーフピッチ型コンデンサ電動機の固定子を提供できる。

また、端子ピンが隣接する４つの極に集まることで、電気的接続を施す端子台の小型化、接続作業の簡略化ができるハーフピッチ型コンデンサ電動機の固定子を提供できる。

本発明の実施の形態１のハーフピッチ型コンデンサ電動機の固定子の巻線接続を示す結線図 同補助巻線体を示す平面図 同主巻線体と補助巻線体を組み合わせた固定子を示す平面図 本発明の実施の形態２のハーフピッチ型コンデンサ電動機の固定子の主巻線体と補助巻線体の位置関係を示す展開図 本発明の実施の形態３のハーフピッチ型コンデンサ電動機の固定子の主巻線体と補助巻線体の位置関係を示す展開図 本発明の実施の形態４のハーフピッチ型コンデンサ電動機の固定子の電圧ベクトル図 本発明の実施の形態５のハーフピッチ型コンデンサ電動機の固定子の主巻線体と補助巻線体を組み合わせた固定子を示す平面図 従来のハーフピッチ型コンデンサ電動機の固定子の主巻線体を示す平面図 同補助巻体を示す平面図 巻線接続を示す結線図

本発明の請求項１記載の発明は、スロット数と同数に分割して所定枚数積層した固定子鉄心は、積層方向の一方に配置する渡り線を介して連続して主巻線が集中巻装された極数個の固定子鉄心からなる主巻線体と、積層方向の他方に配置する渡り線を介して連続して補助巻線が集中巻装された極数個の固定子鉄心からなる補助巻線体とからなり、巻線の巻装後に前記主巻線体と補助巻線体とを、固定子鉄心の積層方向に移動させて組み合わせて環状に一体化し、運転用コンデンサを補助巻線に直列に接続するハーフピッチ型コンデンサ電動機の固定子において、前記補助巻線を第１補助巻線と第２補助巻線との二つに分割し、この第１補助巻線の巻装を全ての極に連続して巻装し終えたその上層に第２補助巻線
を巻装し、前記運転用コンデンサの一端を前記第１補助巻線の巻き始めに接続し、他端を前記主巻線の巻き始めまたは巻き終りに接続し、前記第２補助巻線は、第１補助巻線の巻き終りとなる最終の極から巻き始め、第１補助巻線の巻装順序を逆に戻りながら第１補助巻線の巻き始めとなる最初の極で巻き終わる構成としたものであり、運転用コンデンサの一端と接続する第１補助巻線が第２補助巻線に覆われることになり、主巻線に対し最大の電位差を有する巻線が表面化しない、という作用を有する。

また、第１補助巻線の巻き終りから第２補助巻線の巻き始めにかけて作業切り替えを必要とせず、そのまま巻装作業が継続できるという作用を有する。

また、第１補助巻線の渡り線と第２補助巻線の渡り線が補助巻線体で同じ極間に存在することになるという作用を有する。

また、第１補助巻線の巻き終りとなる最終極に、第１補助巻線の巻き終りと第２補助巻線の巻き初めを巻き付ける共用の端子ピンを設けてなる構成としたものであり、補助巻線以外の速調巻線を有する仕様の固定子に対しても、この速調巻線を第２補助巻線と同じ扱いにすることで巻線の巻装順序や巻線位置が同一になり、生産工程の標準化ができるという作用を有する。

また、前記第２補助巻線の巻数比率を、補助巻線の総巻数の２０〜８０％とする構成としたものであり、２０％巻数比以上の巻数で第１補助巻線の表面を第２補助巻線で完全に覆いつくすことができ、８０％巻数比以下の巻数で表面化している第２補助巻線と主巻線が接触している箇所の電位差を確実に低減できるという作用を有する。

また、前記主巻線体と補助巻線体とを固定子鉄心の軸方向に移動させて組み合わせる際に、前記主巻線体のうち最初に巻装される極と最後に巻装される極との間に、前記補助巻線体のうち最初の第１補助巻線と最終の第２補助巻線が巻装される極が位置するよう組み合わされる構成としたものであり、それぞれの巻線の巻き始めおよび巻き終りとなる複数の端子ピンが近傍に集約されることになるという作用を有する。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１から図３に示すように、スロット数と同数に分割して所定枚数積層した固定子鉄心２に適当な絶縁体３を装着した上で極数個（ここでは４個）を環状に保持し、主巻き始め５ｓを端子ピン１０から１番目主巻線５−１を巻装し、この固定子鉄心２の積層方向の一方、すなわち端子ピン１０と逆方向に配置する主渡り線４ａを介して２番目主巻線５−２、３番目主巻線５−３、４番目主巻線５−４を連続して主巻き終り５ｅ、端子ピン１０に至る主巻線５が形成された主巻線体６を構成する。同様に、絶縁体３を装着した固定子鉄心２を極数個環状に保持し、第１補助巻き始め７ｓを端子ピン１０から１番目第１補助巻線７−１を巻装し、主渡り線４ａとは固定子鉄心２の積層方向の逆方向、すなわち端子ピン１０の配置と同一方向に配置する第１補助渡り線４ｂを介して、２番目第１補助巻線７−２、３番目第１補助巻線７−３、４番目第１補助巻線７−４を連続して第１補助巻き終り７ｅに至り、この第１補助巻線７の上層に第２補助巻き始め８ｓから１番目第２補助巻線８−１を巻装し、第２補助渡り線４ｃを介して２番目第２補助巻線８−２、３番目第２補助巻線８−３、４番目第２補助巻線８−４を連続巻装して第２補助巻き終り８ｅに至る補助巻線体９を構成する。次に、この環状の主巻線体６と補助巻線体９とを固定子鉄心２の積層方向に移動させて組み合わせて固定子１とするものである。ここで第１補助巻線７と第２補助巻線８は電気的には直列に配置されている。そして、運転用コンデンサ１１の一端を第１補助巻線７の巻き始め７ｓに接続し、他端を主巻線５の主巻き終り５ｅに接続
している。

また、ここに接続する電源１２の電圧は２００Ｖ以上を有する電源としている。

上記構成において、運転用コンデンサ１１の一端と接続する第１補助巻線７が第２補助巻線８に覆われることになり、運転用コンデンサ１１を介して主巻線５に対し最大の電位差を有する巻線が表面化しないことになる。

なお、ここでは電動機の極数を４極として説明したが、その他の極数でもその作用効果に差は無く、また運転用コンデンサ１１の主巻線５との接続を主巻き終り５ｅとして説明しているが、電動機の回転方向の調整等で主巻き始め５ｓに接続してもよい。

（実施の形態２）
図４に示すように、第２補助巻線８は、第１補助巻線７の最終の極となる４番目第１補助巻線７−４の上層に１番目第２補助巻線を連続して巻き始める。

また、この第２補助巻線８は、第１補助巻線７の最終の極となる４番目第１補助巻線７−４の上層に１番目第２補助巻線を連続して巻き始め、第１補助巻線７の巻装順序を逆に戻りながら１番目第１補助巻線７−１の位置で４番目第２補助巻線８−４を巻き終わる。

上記構成において、第１補助巻線の巻き終りから第２補助巻線の巻き始めにかけて、巻装位置変更等の切り替え作業を必要とせず、そのまま巻装作業が継続できることになる。

また、第１補助渡り線４ｂと第２補助渡り線４ｃのそれぞれが、補助巻線体９における１番目第１補助巻線７−１から４番目第１補助巻線７−４の間の３箇所のみに存在することになるとなる。

（実施の形態３）
図５に示すように、第１補助巻線７の最終極となる４番目第１補助巻線７−４の位置に、第１補助巻き終り７ｅと第２補助巻き初め８ｓを巻き付ける共用端子ピン１０ａを設けるものである。

上記構成において、第２補助巻線８のみの場合はこの共用端子ピン１０ａが中継点となり、補助巻線以外の例えば速調巻線（図示せず）を有する仕様に対しては、この速調巻線の巻装位置、巻装順序および結線位置を第２補助巻線８と同じ扱いにすることで共用端子ピン１０ａに電源接続すれば電動機の調整が可能となるため、一連の生産工程の標準化ができることになる。

（実施の形態４）
図６は、図１に示す結線図において電動機を運転した際の電圧ベクトル図の一例である。ここで、頂点Ａは主巻き始め５ｓと第２補助巻き終り８ｅの接点、頂点Ｂは主巻き終り５ｅと運転用コンデンサ１１との接点、頂点Ｃは第１補助巻き始め７ｓと運転用コンデンサ１１との接点をそれぞれ表す。また、辺Ａ−Ｂは電源１２の電圧値を示すとともに主巻線５にかかる電圧値（Ｖｔ）に等しく、辺Ｂ−Ｃは運転用コンデンサ１１の両端に発生する電圧値（Ｖｃ）、辺Ａ−Ｃは第１補助巻き始め７ｓと第２補助巻き終り８ｅの間に発生する電圧値（Ｖａ）を示す。さらに、第２補助巻線８の巻数比率を、補助巻線の総巻数の２０〜８０％にすることから、辺Ａ−Ｃ上の点Ｄ１を第２補助巻線８の巻数比率が補助巻線の総巻数の２０％となる点、また点Ｄ２を同様に８０％となる点を示す。

上記構成において、第２補助巻線８が表層にあるため、運転用コンデンサ１１を介して
主巻き終り５ｅと接触しての発生電位差が最大になるのはＢ−Ｄ１（Ｖ_２０）またはＢ−Ｄ２（Ｖ_８０）となる。この第２補助巻線８の巻数比率２０％は第１補助巻線７を覆いつくすのに必要な巻数であり、同じく８０％は電位差の最大値をＶｃの約９０以下に低減するための比率である。このように、第１補助巻線７の表面を十分に第２補助巻線８で覆いつくすことができ、表面化している第２補助巻線と主巻線が接触している箇所の電位差を確実に低減することができる。

なお、ここでは第２補助巻線の巻数比率を２０〜８０％としたが、巻線を巻装する機械の能力、すなわち巻き始めから巻き終りまでの作業工数割合から５０％程度に設定するのが望ましい。

（実施の形態５）
図７に示すように、主巻線体６と補助巻線体９とを固定子鉄心２の軸方向に移動させて組み合わせる際に、１番目主巻線５−１と４番目主巻線５−４の間に、１番目第１補助巻線７−１と４番目第２補助巻線８−４を位置させるものである。

上記構成において、それぞれの巻線の巻き始めおよび巻き終りとなる複数の端子ピン１０が少なくとも４つの極に集約されることになるという作用を有する。

本発明にかかるハーフピッチ型コンデンサ電動機の固定子は、主巻線と補助巻線の電位差を低減でき、絶縁劣化が生じない高品質の電動機が提供できることになり、たとえば換気扇や扇風機などの駆動用の用途に展開できる。

１ 固定子
２ 固定子鉄心
３ 絶縁体
４ 渡り線
４ａ 主渡り線
４ｂ 第１補助渡り線
４ｃ 第２補助渡り線
５ 主巻線
５−１ １番目主巻線
５−２ ２番目主巻線
５−３ ３番目主巻線
５−４ ４番目主巻線
５ｓ 主巻き始め
５ｅ 主巻き終り
６ 主巻線体
７ 第１補助巻線
７−１ １番目第１補助巻線
７−２ ２番目第１補助巻線
７−３ ３番目第１補助巻線
７−４ ４番目第１補助巻線
７ｓ 第１補助巻き始め
７ｅ 第１補助巻き終り
８ 第２補助巻線
８−１ １番目第２補助巻線
８−２ ２番目第２補助巻線
８−３ ３番目第２補助巻線
８−４ ４番目第２補助巻線
８ｓ 第２補助巻き始め
８ｅ 第２補助巻き終り
９ 補助巻線体
１０ 端子ピン
１０ａ 共用端子ピン
１１ 運転用コンデンサ
１２ 電源

Claims (5)

1. スロット数と同数に分割して所定枚数積層した固定子鉄心は、積層方向の一方に配置する渡り線を介して連続して主巻線が集中巻装された極数個の固定子鉄心からなる主巻線体と、
   積層方向の他方に配置する渡り線を介して連続して補助巻線が集中巻装された極数個の固定子鉄心からなる補助巻線体とからなり、
   巻線の巻装後に前記主巻線体と補助巻線体とを、固定子鉄心の積層方向に移動させて組み合わせて環状に一体化し、運転用コンデンサを補助巻線に直列に接続するハーフピッチ型コンデンサ電動機の固定子において、
   前記補助巻線を第１補助巻線と第２補助巻線との二つに分割し、
   この第１補助巻線の巻装を全ての極に連続して巻装し終えたその上層に第２補助巻線を巻装し、
   前記運転用コンデンサの一端を前記第１補助巻線の巻き始めに接続し、他端を前記主巻線の巻き始めまたは巻き終りに接続し、
   前記第２補助巻線は、第１補助巻線の巻き終りとなる最終の極から巻き始め、第１補助巻線の巻装順序を逆に戻りながら第１補助巻線の巻き始めとなる最初の極で巻き終わるハーフピッチ型コンデンサ電動機の固定子。
2. 電源電圧が２００Ｖ以上で運転される、請求項１記載のハーフピッチ型コンデンサ電動機の固定子。
3. 第１補助巻線の巻き終りとなる最終極に、第１補助巻線の巻き終りと第２補助巻線の巻き初めを巻き付ける共用の端子ピンを設けてなる請求項１記載のハーフピッチ型コンデンサ電動機の固定子。
4. 前記第２補助巻線の巻数比率を、補助巻線の総巻数の２０〜８０％とする請求項１記載のハーフピッチ型コンデンサ電動機の固定子。
5. 前記主巻線体と補助巻線体とを固定子鉄心の軸方向に移動させて組み合わせる際に、前記主巻線体のうち最初に巻装される極と最後に巻装される極との間に、前記補助巻線体のう
   ち第１補助巻線と最終の第２補助巻線が巻装される極が位置するよう組み合わされる請求項１記載のハーフピッチ型コンデンサ電動機の固定子。
   

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