JP5490165B2 - 電動機の固定子、モールド電動機、および空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、電動機の固定子、モールド電動機、および空気調和機に関する。

従来の電動機の固定子では、センサリード線と電源リード線とが固定子コア外周に引き回されて、それぞれ反結線側と結線側に引き回されることが開示されている（例えば下記特許文献１）。また、基板固定部品の固定子の固定方法と、リード線が組付けられたセンサ基板が固定爪によって基板固定部品に組み付けられることが開示されている（例えば下記特許文献２）。

特開２００３−２４４８８０号公報 特開２００４−１３５４３９号公報

しかしながら、上記特許文献１、２に示される従来技術では、センサ基板が固定爪の弾性変形を利用して基板固定部品に組み付けられる構造であるため、固定爪の強度が弱く、固定子をモールド成形するに際してセンサ基板が樹脂圧に負けてしまい、センサ基板の軸方向位置（回転子軸の軸線方向位置）を所定の位置に規制することができず、更なる品質の向上を図るというニーズに対応することができないという課題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、更なる品質の向上を図ることが可能な電動機の固定子、モールド電動機、および空気調和機を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、固定子鉄心に絶縁部を介して巻線を施した固定子部と、位置検出機能を有するセンサが実装された基板と、前記固定子部の反結線側にて前記絶縁部に固定され前記基板を固定する基板固定部品とを備えた電動機の固定子であって、前記基板固定部品は、前記固定子部と対向する側に形成され、前記基板を前記固定子鉄心の軸中心から外周側へ導入するガイド構造の基板取付け部と、前記基板取付け部の外縁部に設けられ、前記固定子部の軸方向に対する前記基板の位置を規制するように前記基板の平面部に当接する軸方向押えと、を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、センサ基板を軸方向に保持する軸方向押えと固定子をモールド成形する際の金型の心金部に設置される足部とをセンサ基板の固定部品に設けるようにしたので、センサ基板の軸方向位置が所定の位置に規制され、更なる品質の向上を図ることができる、という効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態にかかるモールド電動機の基板固定部品にセンサ基板を取り付ける前の状態を示す斜視図である。 図２は、基板固定部品にセンサ基板を取り付けた後の状態を示す斜視図である。 図３は、モールド電動機の固定子を構成する各部品を取り付ける前の斜視図である。 図４は、モールド電動機の固定子を構成する各部品を取り付けた後の斜視図である。 図５は、図１〜４に示される固定子を内蔵したモールド電動機の構成図である。 図６は、モールド電動機を内蔵した空気調和機の構成図である。

以下に、本発明にかかる電動機の固定子、モールド電動機、および空気調和機の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態にかかるモールド電動機１００の基板固定部品１０にセンサ基板２０を取り付ける前の状態を示す斜視図であり、図２は、基板固定部品１０にセンサ基板２０を取り付けた後の状態を示す斜視図であり、図３は、モールド電動機１００の固定子を構成する各部品を取り付ける前の斜視図であり、図４は、モールド電動機１００の固定子を構成する各部品を取り付けた後の斜視図であり。図５は、図１〜４に示される固定子を内蔵したモールド電動機１００の構成図であり、図５は、モールド電動機１００を内蔵した空気調和機の構成図である。

図３において、モールド電動機１００の固定子は、固定子部５３および基板固定部品１０を有して構成されている。固定子部５３は、電磁鋼板が帯状に打ち抜かれ、かしめ、溶接、および接着等で回転子軸（図示せず）の軸方向に積層して成る固定子鉄心５０と、固定子鉄心５０のスロットに設けられた絶縁部５４と、絶縁部５４にマグネットワイヤが巻回されてなる巻線５５とを有して構成されている。固定子部５３の外周には、基板固定部品１０（図１）の足部１８に設けられた突起１４の端面１５が当接するための突起６２が軸方向に形成されている。絶縁部５４は、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等の熱可塑性樹脂を固定子鉄心５０と一体に成形して、または、成形後に固定子部５３に組付けることで形成される。各相のマグネットワイヤの端末の一方は、外部からの電源が供給される端子にヒュージングあるいは半田等で接合され、前記端末の他方は、全相の端末がまとめられて中性点を形成する。このようにして、固定子巻線が形成される。なお、以下の説明では、固定子鉄心５０の軸方向の端面外側、すなわち端子５２を備える側を結線側と称し、その反対側を反結線側と称する。

図３に示される反結線側の絶縁部５４には、基板固定部品１０を固定子部５３に取り付けるための柱状（例えば八角柱）の２本の取付けピン５１が設けられている。巻線５５に電源を供給する電源リード線４５は、各相の端子５２から固定子鉄心５０の外周部を通り、固定子鉄心５０の反結線側の端面近傍に設けられた口出し部６０（図４）まで引き回される。電源リード配置部品４２の固定子鉄心５０への取付けは、電源リード配置部品４２の上方に備わる２本の取付け足４１が、反結線側の絶縁部５４の両脇から固定子鉄心５０の端面を通り、固定子鉄心５０のスロット内の側面にはまり込むことで組み付けられる。電源リード線４５は、この電源リード配置部品４２によって、固定子鉄心５０の外周部に保持された状態で設けられる。

図１において、長方形の板状に形成されたセンサ基板２０は、センサ基板２０の長辺部に形成された導入面２３と、センサ基板２０の短辺部に形成された側面２１と、導入面２３と側面２１との間の角部に形成された面取り部２２と、ホールＩＣ２４等の電子部品（例えば位置検出回路）などの実装面２５と、反実装面２６とを有する。センサ基板２０に設けられた一対の面取り部２２は、センサ基板２０の中心線２８を挟んで対称な位置に配置され、かつ、この中心線２８と面取り部２２との成す角度が同一角度となるように形成されている。

基板固定部品１０は、基板固定部品１０の中央にて方形状に形成された基板取付け部１１と、反結線側の絶縁部５４に取付けられる足部１８と、足部１８に形成され取付けピン５１が嵌め合わされる取付け穴１３と、足部１８の外側にて固定子鉄心５０に対する軸方向を位置決めするための突起１４と、足部１６とを有する。基板固定部品１０が取付け穴１３を備えることによって、取付けピン５１に取付け穴１３が嵌め合わされたとき、回転方向の位置ずれが防止されると共に、センサ信号のずれが抑制されるため、品質の向上を図ることができる。また、足部１８の外側に設けられた突起１４の端部１５が、固定子鉄心５０の外周部に設けられた突起６２の端面６２ａに設置されることで、基板固定部品１０の軸方向の位置決めがなされる。このことにより、基板固定部品１０の軸方向の位置ずれが抑制され、品質の向上を図ることができる。

足部１６は、センサ基板２０のスライド方向における長さが軸方向における長さよりも長い方形状に形成され、基板取付け部１１の短辺部にて軸方向押え１７の近傍に設けられ、固定子をモールド成形する際に軸中心側の内周面６３（図３）から延びる金型心金部に設置されるように固定子鉄心５０側に向けて立設されている。この足部１６が、基板固定部品１０のモールド樹脂内における軸方向位置を保持することにより、固定子のモールド成形時における樹脂圧でセンサ基板２０の軸方向における位置ずれを防止可能である。また、足部１６は、軸方向における長さがセンサ基板２０のスライド方向における長さより短く形成されているため、軸方向に対する十分な強度を確保することが可能である。その結果、固定子のモールド成形時におけるセンサ基板２０の軸方向位置が所定の位置に規制され、品質の向上を図ることができる。

基板取付け部１１は、センサ基板２０の反実装面２６と対向する位置に設けられた格子状の格子面１１ａと、センサ基板２０の側面２１と対向する位置に設けられた側面１１ｂと、センサ基板２０の面取り部２２が当接する一対の面取り部当接面１１ｃと、二対の軸方向押え１７とを有している。面取り部当接面１１ｃは、センサ基板２０の中心線２８と面取り部当接面１１ｃとの成す角度が面取り部２２と同じ角度となるように形成されている。

４つの軸方向押え１７の内、基板固定部品１０の軸中心側（固定子部５３の中心側）の端面近傍に設けられた２つの軸方向押え１７は、基板取付け部１１に導入されたセンサ基板２０の実装面２５を保持するように、基板固定部品１０に設けられた足部１６の基部付近から各々対向する方向（格子面１１ａの中心側）に延びる方形平板状に形成されている。また、４つの軸方向押え１７の内、センサ基板２０の導入面２３と対向する側に設けられた２つの軸方向押え１７は、基板取付け部１１に導入されたセンサ基板２０の実装面２５を保持するように、格子面１１ａの周囲付近からセンサ基板２０の方向に延びる方形平板状に形成されている。基板取付け部１１に導入されたセンサ基板２０の実装面２５は、軸方向押え１７の格子面１１ａ側の面で保持されるため、センサ基板２０の軸方向における位置ずれを防止可能である。

なお、軸方向押え１７によって、固定子のモールド成形時にセンサ基板２０が軸方向にずれ落ちることが防止されると共に、センサ基板２０をスライドさせて取付けることができる。従って、軸方向押え１７には、上記特許文献２で採用される構造（固定爪の弾性変形を利用してセンサ基板を基板固定部品に組み付ける構造）のような弾性変形が不要となり、軸方向押え１７は十分な強度を確保することが可能となり、品質の向上が図れる。

センサ基板２０の基板固定部品１０への組み込み方向を説明する。基板固定部品１０が固定子部５３に設置されたとき、センサ基板２０は、反実装面２６が基板固定部品１０と対向し、かつ、側面２１が基板取付け部１１の側面１１ｂに沿うように、導入面２３から基板固定部品１０に向けて導入される。そして、センサ基板２０は、センサ基板２０の面取り部２２が基板取付け部１１の面取り部当接面１１ｃに接するまで導入される。図２には、センサ基板２０が基板固定部品１０に導入された後の状態が示されている。センサ基板２０が基板固定部品１０に導入されたとき、センサ基板２０は、軸方向押え１７によって保持され、センサ基板２０の軸方向の位置が規制される。

その後、センサリード線３３の端末に組付けられたボードイン形コネクタ３０の端子３２が、センサ基板２０の接合部２７に導入される。そして、センサ基板２０の実装面２５に表出する端子３２が半田付けされてセンサ基板２０と接合される。センサ基板２０とボードイン形コネクタ３０とが接合されたとき、格子面１１ａとボードイン形コネクタ３０のハウジング３１との間には隙間が形成されるため、センサ基板２０は、この隙間分だけ移動するものの、この接合によってセンサ基板２０が基板固定部品１０から落下することは無い。

さらに、ボードイン形コネクタ３０の端子３２がセンサ基板２０の接合部２７と結合された後、センサ基板２０の面取り部２２が基板固定部品１０の面取り部当接面１１ｃに当接した状態で接着剤が塗布される。これは、センサ基板２０の半径方向の移動を規制すると共に、センサ基板２０を所定の位置に組付けるためであり、このことによりセンサ基板２０が基板固定部品１０に固着される。また、センサ基板２０の面取り部２２と基板固定部品１０の面取り部当接面１１ｃとを当接させて位置決めすることによって、センサ基板２０の中心が基板固定部品１０の中心に調心され、センサ基板２０が基板固定部品１０に対して精度良く位置決め固定され、センサ基板２０の位置精度が向上する。

なお、センサ基板２０の面取り部２２と基板固定部品１０の面取り部当接面１１ｃとを当接させて位置決めする方法は、センサ基板２０を固定する基板固定部品１０を用いた電動機であれば、本実施の形態のモールド電動機１００の固定子以外のものにも適用可能である。また、本実施の形態では、面取り部２２を有するセンサ基板２０が用いられているが、センサ基板２０と基板固定部品１０との嵌め合い精度を向上させることにより、面取り部２２を有しないセンサ基板２０も使用可能である。

図３において、電源リード配置部品４２は、固定子鉄心５０の外周に沿った弓なり状に形成され、電源リード線４５をまとめる部分と、各相の各端子へ分岐したリード線ハウジング４３と、その先端に形成された接続用の部分とを備えている。電源リード線４５の先端は、被覆が剥かれ芯線とし、被覆部分は、電源リード配置部品４２の各相に分岐したリード線ハウジング４３の溝にはめ込まれ固定される。さらに、芯線はよじられ、リード線ハウジング４３から、電源リード配置部品４２のハウジング端面を始点にハウジング壁の先端に備わる巻付け用突起４４に渡り絡められる。なお、芯線の渡りの幅は、端子５２をスポット溶接する溶接機の電極の幅以上離れている。各相の電源リード線４５は、リード線ハウジング４３から本体に引き回され、さらに、口出し部６０まで引き出され、電源リード固定具４６にて挟み込まれて固定される。

電源リード配置部品４２の固定子巻線への取付けは、電源リード線４５の口出し部６０に備わる２本の取付け足４１が、反結線側の外周側絶縁部５４の両脇の固定子鉄心５０の端面を通り、固定子鉄心５０のスロット内の側面に嵌り込むことで組み付けられる。電源リード配置部品４２が固定子巻線に組付けられた際、電源リード線４５の芯線は、固定子鉄心５０の外径より内側の各相の端子５２近傍に位置決めされるように組み付けられる。さらに、電源リード配置部品４２の反結線側の絶縁部５４の側面に対向するリード線ハウジング４３は、丸形の蒲鉾形状で、巻線５５の渡り線と接触しても傷がつかない特徴を持っている。

固定子巻線に電源リード配置部品４２を組付け後、基板固定部品１０に形成された取付け穴１３が、反結線側の絶縁部５４に設けられた取付けピン５１(片側２個)が導入され、取付け足４１に形成された突起部の設置面が固定子巻線外周に備える突起に設置される。そして、図４に示されるように、基板固定部品１０より表出する４本の取付けピン５１が溶着され、固定子巻線に組付けられる。その結果、基板固定部品１０の回転方向における位置ずれを防止でき、センサ信号のずれが抑制され、品質の向上を図ることが可能である。

また、基板固定部品１０が固定子巻線へ組付けられた際、反結線側の外周側絶縁部５４の両脇の固定子鉄心５０部分に組付けられた電源リード配置部品４２の取付け足４１を、電源リード固定具４６が軸方向に押さえることで、電源リード配置部品４２が固定子巻線から外れることなく組付けられる。その後、センサリード線３３が口出し部６０まで引き回され、センサリード固定具４０によってセンサリード線３３が口出し部６０にて挟み込まれて固定される。その際、電源リード配置部品４２が軸方向にも位置決めされることで、生産性が向上し、それに伴ってコスト低減を図ることが可能である。

最後に、電源リード線４５の芯線と固定子巻線に形成された端子５２とがスポット溶接で接合され固定子となるが、前述の通りに電源リード固定具４６が固定子巻線に組付けられるため、電源リード線４５の芯線も端子に対して位置決めされ、端子５２の溶接に対しても生産性の向上とそれに伴う品質の向上を図ることが可能である。

さらに、図５に示されるように、固定子が熱硬化性樹脂でモールド成形されることによりモールド固定子８０となるが、基板固定部品１０のセンサ基板２０が配置されていない側に金型押さえピンが設けられているため、モールド成形する際にモールド金型が基板固定部品１０の金型押えピンを保持することでセンサ基板２０の位置ずれが防止され、センサ信号のずれを抑制可能なことから、品質の向上を図ることが可能である。

また、本実施の形態では電源リード線４５とセンサリード線３３とが口出し部６０で二手に分けられているが、センサ基板２０の保持方法が同一であれば、その点に関係なく本実施の形態を適用可能である。また、モールド固定子８０と回転子８２とその他の部品とをブラケット８１で組付けることでモールド電動機１００が得られるが、本実施の形態によれば、生産性が良く、それに伴う品質の良い、かつ、コスト低減を図ることが可能なモールド電動機１００を得ることが可能である。

図６には、本発明の実施の形態にかかるモールド電動機１００を内蔵した空気調和機が示され、空気調和機は、室内機２００と、室内機２００に接続される室外機３００とを備える。室内機２００および室外機３００には、送風機の駆動源としてモールド電動機１００が設けられている。このように低コストで品質の良いモールド電動機１００を空気調和機の主要部品である送風機用電動機として用いることで、空気調和機の品質向上を図ることが可能である。

なお、本実施の形態では、足部１６が、センサ基板２０のスライド方向における長さが軸方向における長さよりも長くなるように形成されているが、このような形状に限定されるものではなく、金型心金部に設置されたとき基板固定部品１０の軸方向位置を規制することができるような形状であればよい。また、本実施の形態では、４つの軸方向押え１７が用いられているが、軸方向押え１７の形状や数量はこれらに限定されるものではなく、センサ基板２０を固定子鉄心５０の軸中心から外周側へ導入でき、かつ、センサ基板２０の軸方向位置を規制することができるようなガイド構造であればよい。また、本実施の形態では、方形状のセンサ基板２０が用いられているが、センサ基板２０の形状は方形状に限定されるものではない。

以上に説明したように、本発明の実施の形態にかかる電動機の固定子は、固定子鉄心５０に絶縁部５４を介して巻線５５を施した固定子部５３と、位置検出機能を有するセンサが実装された基板（センサ基板２０）と、固定子部５３の反結線側にて絶縁部５４に固定されセンサ基板２０を固定する基板固定部品１０とを備えた電動機の固定子であって、基板固定部品１０は、固定子部５３と対向する側に形成され、センサ基板２０を固定子鉄心５０の軸中心から外周側へ導入するガイド構造の基板取付け部１１と、基板取付け部１１の外縁部に設けられ、固定子部５３の軸方向に対するセンサ基板２０の位置を規制するようにセンサ基板２０の平面部（実装面２５）に当接する軸方向押え１７と、を備えるようにしたので、弾性変形を利用して基板固定部品１０にセンサ基板２０を組み付けるような構造が不要である。従って、センサ基板２０をスライドさせて取付けることができると共に、軸方向押え１７の強度を確保することができるため、固定子のモールド成形時におけるセンサ基板２０が軸方向にずれ落ちることが防止される。その結果、センサ基板２０の組み付けが容易化され、固定子の品質向上とコスト低減を両立可能である。

また、本発明の実施の形態にかかる基板取付け部１１に取り付けられたセンサ基板２０には、基板固定部品１０の反固定子部側からセンサリード線３３が接続されるようにしたので、基板取付け部１１の格子面１１ａとボードイン形コネクタ３０のハウジング３１との間には隙間が生じている場合でもセンサ基板２０が基板固定部品１０に落下することが防止される。

また、本発明の実施の形態にかかる基板固定部品１０は、固定子部５３と対向する側にて固定子部５３の内周面６３よりも軸中心側に配置され、固定子鉄心５０側に向けて立設される足部１６を備えるようにしたので、固定子のモールド成形時に軸中心側の内周面６３から延びる金型心金部に足部１６の先端が当接し、基板固定部品１０の軸方向位置が規制される。従って、固定子のモールド成形時における樹脂圧によるセンサ基板２０の軸方向における位置ずれを防止可能である。

また、本発明の実施の形態にかかる足部１６は、センサ基板２０の導入方向における長さが軸方向における長さよりも長い方形状に形成されているので、軸方向に対する十分な強度を確保することが可能である。

また、本発明の実施の形態にかかる軸方向押え１７は、足部１６の基部付近から各々対向する方向に延設され基板取付け部１１に導入されたセンサ基板２０の側面２１側を保持する一対の支持材（基板固定部品１０の軸中心側に設けられた軸方向押え１７）と、センサ基板２０の導入面２３と対向する位置に設けられ基板取付け部１１に導入されたセンサ基板２０の導入面２３側を保持する一対の支持材（センサ基板２０の導入面２３と対向する側に設けられた軸方向押え１７）とを備えるようにしたので、センサ基板２０の軸方向における位置ずれを防止可能である。

なお、本発明の実施の形態にかかる電動機の固定子、モールド電動機、および空気調和機は、本発明の内容の一例を示すものであり、更なる別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略するなど、変更して構成することも可能であることは無論である。

以上のように、本発明は、電動機の固定子、モールド電動機、および空気調和機に適用可能であり、特に、更なる品質の向上を図ることが可能な発明として有用である。

１０ 基板固定部品
１１ 基板取付け部
１１ａ 格子面
１１ｂ 側面
１１ｃ 面取り部当接面
１３ 取付け穴
１４ 突起
１５ 端面
１６ 足部
１７ 軸方向押え
１８ 足部
１９ 金型押えピン
２０ センサ基板（基板）
２１ 側面
２２ 面取り部
２３ 導入面
２４ ホールＩＣ
２５ 実装面
２６ 反実装面
２７ 接合部
３０ ボードイン形コネクタ
３１ ハウジング
３２ 端子
３３ センサリード線（センサリード）
４０ センサリード固定具
４１ 取付け足
４２ 電源リード配置部品
４３ リード線ハウジング
４４ 巻付け用突起
４５ 電源リード線
４６ 電源リード固定具
５０ 固定子鉄心
５１ 取付けピン
５２ 端子
５３ 固定子部
６０ 口出し部
６２ 突起
６２ａ 端面
６３ 内周面
８０ モールド固定子
８１ ブラケット
８２ 回転子
１００ モールド電動機
２００ 室内機
３００ 室外機

Claims (6)

1. 固定子鉄心に絶縁部を介して巻線を施した固定子部と、位置検出機能を有するセンサが実装された基板と、前記固定子部の反結線側にて前記絶縁部に固定され前記基板を固定する基板固定部品とを備えた電動機の固定子であって、
   前記基板固定部品は、
   前記固定子部と対向する側に形成され、前記基板を前記固定子鉄心の軸中心から外周側へ導入するガイド構造の基板取付け部と、
   前記基板取付け部の外縁部に設けられ、前記固定子部の軸方向に対する前記基板の位置を規制するように前記基板の平面部に当接する軸方向押えと、
   前記固定子部と対向する側にて前記固定子部の内周面よりも軸中心側に配置され、前記固定子鉄心側に向けて立設される足部と、
   を備えたことを特徴とする電動機の固定子。
2. 前記基板取付け部に取り付けられた前記基板には、前記基板固定部品の反固定子部側からセンサリードが接続さ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. 前記足部は、前記基板の導入方向における長さが前記軸方向における長さよりも長い方形状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電動機の固定子。
4. 前記軸方向押えは、
   前記足部の基部付近から各々対向する方向に延設され、前記基板取付け部に導入された前記基板の側面側を保持する一対の支持材と、
   前記基板の導入面と対向する位置に設けられ、前記基板取付け部に導入された前記基板の導入面側を保持する一対の支持材と、
   を備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の電動機の固定子。
5. 請求項１〜４の何れか１つに記載の電動機の固定子を用いたことを特徴とするモールド電動機。
6. 請求項５に記載のモールド電動機を送風機に搭載したことを特徴とする空気調和機。

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