JP5532274B2 - 電動機の固定子及び電動機 - Google Patents

Description

本発明は、電動機の固定子及びこれを用いた電動機に関する。

電動機には回転子と固定子が設けられている。固定子には、モータコイルがインシュレータを介してティース部に巻きつけられる固定子コアが設けられている。モータ性能を上げるためには、固定子コアのティース部間に形成されるオープンスロットに可能な限りマグネットワイヤーを巻き付けてコイルの占積率を高めることが求められる。

通常は、固定子コアのティース部間に形成されたオープンスロットにコアの積層方向に巻線機のノズルを進入させてマグネットワイヤーを巻き付けられる。
例えば三相１２スロットのＤＣブラシレスモータの固定子コアに巻線を巻く場合、反時計回り方向にティース部の番号を第１，第２…とすると、例えばＵ相コイルを巻く場合第１ティース部に巻いた後、マグネットワイヤーをインシュレータの外周側に引き出して渡り配線し第４ティース部に巻き付け、第４ティース部に巻いた後は同様にインシュレータの外周側に引き出して渡り配線し第７ティース部、第１０ティース部まで順次巻き付ける。

次いでマグネットワイヤーをインシュレータの外周側に引き出して渡り配線した後Ｖ相コイルを隣りの第１１ティース部に巻き付ける。その後、マグネットワイヤーをインシュレータの外周側に引き出して渡り配線し第２ティース部へ巻き付ける。その後、マグネットワイヤーをインシュレータの外周側に引き出して渡り配線し、以下同様に第５ティース部、第８ティース部へ巻き付けられる。

次いでマグネットワイヤーをインシュレータの外周側に引き出して渡り配線した後Ｗ相コイルを隣りの第９ティース部に巻き付ける。その後、マグネットワイヤーをインシュレータの外周側に引き出して渡り配線し、以下同様に第１２ティース部、第３ティース部、第６ティース部へ順次巻き付けられる。

図７に示すように、固定子コア５１に装着されるインシュレータ５２にはコイル線引き出し用のガイドとなるガイド突起５３が起立形成されている。各ティース部にコイルが巻かれてガイド突起５３の外周側に引き出されたマグネットワイヤー５４は、次のティース部まで渡り配線される。このとき例えばＵ相配線とＶ相配線の渡り線５４ａ、５４ｂどうしが交差する交差部５５が形成されてしまう。これは、モータの軸方向寸法を抑えるため各相のマグネットワイヤー５４による渡り配線を低く押さえようとすればするほど交差せざるを得なくなる。
このため、例えば渡り線５４ａ、５４ｂどうしが交差する交差部５５を有するモータを振動が作用している環境下で使用し続けると、マグネットワイヤー５４の絶縁被膜が剥がれるなどの不具合が生ずるおそれがある。

また、近接する渡り配線どうしに保護チューブを被覆する煩わしさを解消するため、インシュレータ（ボビン）の軸方向に深さの異なる切欠きを設けかつ渡り配線どうしをガイド突起により分離する電動機の固定子が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００１−１０３６９８号公報

上述した特許文献１に示すインシュレータ（ボビン）において、あるティース部にコイルが巻き付けられて引き出されたマグネットワイヤーが他のティース部へ渡り配線される際に、配線の引き出し位置が切欠きにより規定されており、かつインシュレータの外周に沿って渡り配線する際にガイド突起により非接触となるように分離されて配線されるので、配線どうしの電気的な接続を防いで絶縁処理も不要になる。

しかしながら、インシュレータがガイド突起の厚さ分だけ軸方向に長くなり、渡り配線の配線領域も軸方向に広がってしまう。よってモータを軸方向に小型化する際に妨げとなる。
また、コイルの巻き始めが接続される端子位置と巻き終わりが接続される端子位置が決まっているため、巻線機によりマグネットワイヤーを巻く際に、固定子の端子位置を確認してから巻線機にセットする必要があるため、セットミスも起きやすい。

本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、インシュレータの外周側に引き出される渡り配線どうしが交差せずに並列配線可能でかつ巻線作業も容易に行える電動機の固定子及びこれを用いた小型の電動機を提供することにある。

本発明は上記課題を解決するため、以下の構成を備える。
環状に形成された固定子コアより径方向に突設されるティース部間に形成される偶数スロットに各ティース部を覆うインシュレータを介してモータコイルが巻き付けられた電動機の固定子であって、環状に形成された前記インシュレータの各ティース部に対応する位置にマグネットワイヤーのガイドとなるガイド突起が各々起立形成されており、各ガイド突起は、起立元端部側が径方向の板厚が少なくとも一箇所は肉薄に形成された肉薄部と、起立先端部側が前記起立元端部側より径方向の板厚が肉厚に形成された肉厚部と、前記肉薄部と前記肉厚部との板厚差により前記起立元端部側に形成された凹溝を含むガイド部が周方向で同一側面に形成され、前記各ガイド突起の起立先端部側の前記肉厚部の外周面には抜け止め突部が形成されていることを特徴とする。

上記構成によれば、固定子コアのティース部に各相コイルを巻き付ける際に、１相目のコイルの渡り線をガイド突起の起立元端部側からガイド部に沿って引き出して渡り配線することができ、２相目以降のコイルの渡り線は１相目のコイルの渡り線とガイド部の同一側面から並列に引き出して交差することなく渡り配線することができる。よって、固定子の渡り配線領域が軸方向に広がることはなく、電動機の固定子を小型化することができる。
また、各ガイド突起は、起立元端部側が径方向の板厚が肉薄に形成された肉薄部と、起立先端部側が前記起立元端部側より径方向の板厚が肉厚に形成された肉厚部と、前記肉薄部と前記肉厚部との板厚差により前記起立元端部側に形成された凹溝を含むガイド部が周方向で同一側面に形成されていると、巻線機を用いていずれのティース部からマグネットワイヤーを巻き始めても、不具合が生じることはなく、巻線作業も容易に行える。
また、ガイド部としてガイド突起の起立元端部側に凹溝が形成されているので、１相目のコイルの渡り配線は起立元端部側の凹溝に沿ってガイド突起の外周面に引き出して渡り配線することができ、２相目以降のコイルの渡り線は１相目のコイルの渡り線とガイド突起の凹溝が形成された同一側面から外周面に引き出して交差することなく並列に渡り配線することができるうえに、前記各ガイド突起の起立先端部側の外周面には抜け止め突部が形成されているので、ガイド突起の外周面を並列配線される渡り配線が軸方向に抜けることを防止することができる。

他の構成として、環状に形成された固定子コアより径方向に突設されるティース部間に形成される偶数スロットに各ティース部を覆うインシュレータを介してモータコイルが巻き付けられた電動機の固定子であって、環状に形成された前記インシュレータの各ティース部に対応する位置にマグネットワイヤーのガイドとなるガイド突起が各々起立形成されており、各ガイド突起は、起立元端部側に周方向に幅狭となる凹溝が形成され、該凹溝に連続して起立先端部側に前記起立元端部側より周方向に幅広に傾斜するテーパー面が形成されたガイド部が周方向で同一側面に形成され、前記各ガイド突起の起立先端部側の外周面には抜け止め突部が形成されていることを特徴とする。

更に他の構成として、環状に形成された固定子コアより径方向に突設されるティース部間に形成される偶数スロットに各ティース部を覆うインシュレータを介してモータコイルが巻き付けられた電動機の固定子であって、環状に形成された前記インシュレータの各ティース部に対応する位置にマグネットワイヤーのガイドとなるガイド突起が各々起立形成されており、各ガイド突起は、起立元端部から起立先端部にわたって周方向で幅広となるテーパーガイド部が周方向で同一側面に形成され、前記各ガイド突起の起立先端部側の前記肉厚部の外周面には抜け止め突部が形成されていることを特徴とする。
このように、各ガイド突起は、起立元端部から起立先端部にわたって周方向で幅広となるテーパーガイド部が周方向で同一側面に形成されていると、起立元端部に沿って１相目の渡り配線が引き出された後の２相目以降の渡り配線がテーパーガイド部のテーパー面にガイドされてガイド突起の外周面を高さ方向に広がることがなく渡り配線することができる。

また、前記ガイド部は、前記各ガイド突起の外周側を周方向に同一方向へ渡り配線される渡り線の渡り方向上流側の側面に形成されていると、ティース部に巻かれて外周側に引き出された渡り線を同一側面に設けられたガイド部をきっかけとしてガイド突起の外周側へ確実に案内することにより他のティース部へ渡り配線することができる。よって、すべての相の渡り線が交差することなく整列して配線することができる。

前記電動機は３相以上で駆動する電動機であり、前記固定子コアのうちいずれか一のティース部に整列巻きされた１相目の渡り線が前記ガイド突起の起立元端側より前記ガイド部に案内されて引き出されて他のティース部へ巻かれる配線が繰り返され、２相目の渡り線が更に他のティース部から前記１相目の渡り線と並んでガイド部に沿って前記ガイド突起の起立元端側より前記ガイド部に案内されて引き出されてまた更に他のティース部へ巻かれる配線が繰り返されて、すべての相の渡り線が交差することなく前記ガイド突起の外周面側に起立元端側より起立先端側に向って並んで渡り配線されるようにしてもよい。
上記構成によれば、３相分のコイルのうち１相目をいずれのティース部から巻き始めても、２相目以降のコイルの渡り配線と交差することなく、並列に配線することができる。

上述したいずれかの固定子に対向して回転子が設けられた電動機においては、軸方向に小型化することができ、かつ製造しやすい電動機を提供することができる。

上述した電動機の固定子及び電動機を用いれば、インシュレータの外周側に引き出される渡り配線どうしが交差せずに並列配線可能でかつ巻線作業も容易に行える電動機の固定子及びこれを用いた小型の電動機を提供することができる。

電動機の一例を示す断面説明図である。 電動機の固定子の正面図である。 ガイド突起の形態を示す拡大図である。 電動機の固定子の軸方向から見た平面写真図である。 電動機の固定子巻線を巻いた状態の正面写真図である。 他例に係る電動機の固定子の正面図、ガイド突起の形態を示す拡大図及び矢印Ａ−Ｂ断面図である。 従来の電動機の固定子の渡り配線を示す写真図である。

以下、本発明に係る電動機の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。本実施形態では、一例として３相１２スロットのインナーロータ型ＤＣブラシレスモータを用いて説明する。

図１を参照して、電動機の概略構成について説明する。
回転子１は、シャフト２の外周に環状のマグネット３が一体に組み付けられている。回転子１は、ケース本体４と蓋体５からなるモータケース６に収納されている。シャフト２は、ケース本体４に設けられたベアリング７及び蓋体５設けられたベアリング８によって回転可能に軸支されている。

図１において、環状に形成された固定子コア９は、径方向中心に向けてティース部（極歯部）１０が各々突設されている。固定子コア９は、環状に打ち抜かれた電磁鋼板を重ね合わせてかしめられて形成された積層コアが用いられる。固定子コア９はインシュレータ１１に覆われている。ティース部１０の周囲に形成される各スロット１２（図４参照）には径方向内周側より３相分のモータコイル１３が各々巻き付けられている。モータコイル１３は、巻線機を用いてマグネットワイヤー１４をティース部１０に巻き付けられて形成されている。

図２において、環状に形成されたインシュレータ１１の各ティース部１０に対応する位置には、マグネットワイヤー１４のガイドとなるガイド突起１１ａが例えば１２箇所に各々起立形成されている。

図３（Ａ）に示すように、各ガイド突起１１ａは、起立元端部１１ｂ側が周方向で幅狭となり起立先端部１１ｃ側が起立元端部１１ｂより周方向で幅広となるガイド部１１ｄが周方向で同一側面に各々形成されている。ガイド部１１ｄはガイド突起１１ａの起立元端部１１ｂ側に凹溝１１ｅが形成されており、該凹溝１１ｅに連続して起立先端部１１ｃに向って幅広に傾斜するテーパー面１１ｆが形成されている。また、各ガイド突起１１の起立先端部１１ｃ側の外周面には渡り配線（マグネットワイヤー１４）の抜け止め突部１１ｇが形成されている。

図３（Ｂ）に示すように、起立元端部１１ｂに形成される凹溝１１ｅに代えて、ガイド部１１ｄは起立元端部１１ｂから起立先端部１１ｃに向って周方向で幅広となるようなテーパーガイド部１１ｈであっても良い。

モータコイル１３が３相コイルの場合の配線例について図４の写真図を参照して説明する。固定子コア９に設けられたティース部１０を、反時計回りに第１ティース部１０−１、第２ティース部１０−２、第３ティース部１０−３…第１２ティース部１０−１２として説明する。

例えばＵ相コイルを第１ティース部１０−１に巻いた後、マグネットワイヤー１４をインシュレータ１１の外周側にガイド突起１１ａ−１を用いて引き出して渡り配線し第４ティース部１０−４に巻き付け、第４ティース部に巻いた後は同様にインシュレータ１１の外周側にガイド突起１１ａー４を用いて引き出して渡り配線し、同様にして第７ティース部１０−７、第９ティース部１０−１０まで順次巻き付ける。これでＵ相コイルの巻線は終了する。

次いでマグネットワイヤー１４をインシュレータ１１の外周側にガイド突起１１ａ−１０を用いて引き出して渡り配線した後、Ｖ相コイルを隣りの第１１ティース部１０−１１に巻き付ける。その後、マグネットワイヤー１４をインシュレータ１１の外周側にガイド突起１１ａ−１１を用いて引き出して渡り配線し、第２ティース部１０−２へ巻き付ける。その後、マグネットワイヤー１４をインシュレータ１１の外周側にガイド突起１１ａ‐２を用いて引き出して渡り配線し、以下同様に第５ティース部１０−５、第８ティース部１０−８へ巻き付けられる。これでＶ相コイルの巻線は終了する。

次いでマグネットワイヤー１４をインシュレータ１１の外周側にガイド突起１１ａ−８を用いて引き出して渡り配線した後、Ｗ相コイルを隣りの第９ティース部１０−９に巻き付ける。その後、マグネットワイヤー１４をインシュレータ１１の外周側にガイド突起１１ａ‐９を用いて引き出して渡り配線し、以下同様に第１２ティース部１０−１２、第３ティース部１０−３、第６ティース部１０−６へ順次巻き付けられる。これでＷ相コイルの巻線が終了する。

このように、固定子コア９のうちいずれか一のティース部１０に整列巻きされた１相目の渡り線がガイド突起１１ａの起立元端部１１ｂ側よりガイド部１１ｄに案内されて引き出されて他のティース部１０へ巻かれる配線が繰り返され、二相目の渡り線が更に他のティース部１０から１相目の渡り線と並んでガイド部１１ｄに沿ってガイド突起１１ａの起立元端部１１ｂ側よりガイド部１１ｄに案内されて引き出されてまた更に他のティース部へ巻かれる配線が繰り返されて、すべての相の渡り線が交差することなくガイド突起１１ａの外周面側に並んで渡り配線される。図５の写真図に、インシュレータ１１に設けられたガイド突起１１ａの外周側に３相分の渡り配線（マグネットワイヤー１４）が交差することなく並列して配線された実例を示す。

以上説明したように、固定子コア９のティース部１０に各相コイルを巻き付ける際に、１相目のコイルの渡り線をガイド突起１１ａの最も幅狭な起立元端部１１ｂ側からガイド部１１ｄに沿って引き出して渡り配線することができ、２相目以降のコイルの渡り線は１相目のコイルの渡り線とガイド部１１ｄの同一側面から並列に引き出して交差することなく渡り配線することができる。よって、固定子の渡り配線領域が軸方向に広がることはなく、電動機の固定子を小型化することができる。
また、各ガイド突起１１ａは、起立元端部１１ｂ側が最も幅狭となり起立先端部１１ｃ側が幅広となるガイド部１１ｄが同一側面に形成されているので、巻線機を用いていずれのティース部１０からマグネットワイヤー１４を巻き始めても、不具合が生じることはなく、巻線作業も容易に行える。

また、１相目のコイルの渡り配線は凹溝１１ｅに沿ってガイド突起１１ａの外周面に引き出して渡り配線することができ、２相目以降のコイルの渡り線は１相目のコイルの渡り線とガイド部１１ｄの同一側面からテーパー面１１ｆに沿って引き出して交差することなく並列に渡り配線することができる。このテーパー面１１ｆは凹溝１１ｅに連続して起立元端部１１ｂに向って幅狭に傾斜するので、２相目以降の渡り配線が軸方向に広がることがなく配線することができる。

前記各ガイド突起１１ａの起立先端部１１ｃ側の外周面には突部１１ｇが形成されているので、ガイド突起１１ａの外周面を並列配線される渡り配線が軸方向に抜けることを防止することができる。

次に他例に係る電動機の固定子について、図６（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）を参照して説明する。上記実施例と同一部材には同一番号を付して説明を援用するものとする。
図６（Ｂ）に示すように、インシュレータ１１に起立形成される各ガイド突起１１ａは、起立元端部１１ｂ側が径方向の板厚が少なくとも一箇所は肉薄に形成された肉薄部１１ｊが形成されており、起立先端部側１１ｃに起立元端部１１ｂ側より径方向の板厚が肉厚に形成された肉厚部１１ｉが形成されている。ガイド部１１ｄは、これらの肉薄部１１ｊ及び肉厚部１１ｉがガイド突起１１ａの周方向で同一側面に各々形成されている。尚、肉薄部１１ｊ及び肉厚部１１ｉは、ガイド突起１１ａの周方向全幅に設けられている必要はない。また、肉薄部１１ｊは、複数箇所、例えばガイド突起１１ａの周方向両側に設けられていてもよい。

図６（Ｃ）に示すように、各ガイド突起１１ａには、肉薄部１１ｊと肉厚部１１ｉとの径方向の板厚差によりガイド部１１ｄに凹溝１１ｅが形成されている。この凹溝１１ｅに沿って１相目の渡り配線が引き出される。尚、各ガイド突起１１ａの肉厚部１１ｉの上端側には渡り線の抜け止め部１１ｇが径方向に突設されている。

よって、図６（Ａ）に示すように、１相目のコイルの渡り線（マグネットワイヤー１４）をガイド突起１１ａのガイド部１１ｄ（薄肉部１１ｊ）が形成された起立元端部１１ｂ側から凹溝１１ｅに沿って引き出して渡り配線することができ、２相目以降のコイルの渡り線は１相目のコイルの渡り線とガイド部１１ｄ（肉薄部１１ｊ若しくは肉厚部１１ｉ）が形成された同一側面から並列に引き出して交差することなく渡り配線することができる。また、ガイド突起１１ａの起立元端部１１ｂは、周方向の幅サイズが十分確保されているため、渡り線をガイド部１１ｄに沿って配線してもガイド突起１１ａの強度が確保されている。

上記実施例はインナーロータ型の電動機の固定子について説明したが、アウターロータ型の電動機の固定子についても適用することができる。

１ 回転子
２ シャフト
３ マグネット
４ ケース本体
５ 蓋体
６ モータケース
７，８ ベアリング
９ 固定子コア
１０ ティース部
１１ インシュレータ
１１ａ ガイド突起
１１ｂ 起立元端部
１１ｃ 起立先端部
１１ｄ ガイド部
１１ｅ 凹溝
１１ｆ テーパー面
１１ｇ 抜け止め突部
１１ｈ テーパーガイド部
１１ｉ 肉厚部
１１ｊ 肉薄部
１２ スロット
１３ モータコイル
１４ マグネットワイヤー

Claims (6)

1. 環状に形成された固定子コアより径方向に突設されるティース部間に形成される偶数スロットに各ティース部を覆うインシュレータを介してモータコイルが巻き付けられた電動機の固定子であって、
   環状に形成された前記インシュレータの各ティース部に対応する位置にマグネットワイヤーのガイドとなるガイド突起が各々起立形成されており、各ガイド突起は、起立元端部側が径方向の板厚が少なくとも一箇所は肉薄に形成された肉薄部と、起立先端部側が前記起立元端部側より径方向の板厚が肉厚に形成された肉厚部と、前記肉薄部と前記肉厚部との板厚差により前記起立元端部側に形成された凹溝を含むガイド部が周方向で同一側面に形成され、前記各ガイド突起の起立先端部側の前記肉厚部の外周面には抜け止め突部が形成されていることを特徴とする電動機の固定子。
2. 環状に形成された固定子コアより径方向に突設されるティース部間に形成される偶数スロットに各ティース部を覆うインシュレータを介してモータコイルが巻き付けられた電動機の固定子であって、
   環状に形成された前記インシュレータの各ティース部に対応する位置にマグネットワイヤーのガイドとなるガイド突起が各々起立形成されており、各ガイド突起は、起立元端部側に周方向に幅狭となる凹溝が形成され、該凹溝に連続して起立先端部側に前記起立元端部側より周方向に幅広に傾斜するテーパー面が形成されたガイド部が周方向で同一側面に形成され、前記各ガイド突起の前記起立先端部側の外周面には抜け止め突部が形成されていることを特徴とする電動機の固定子。
3. 環状に形成された固定子コアより径方向に突設されるティース部間に形成される偶数スロットに各ティース部を覆うインシュレータを介してモータコイルが巻き付けられた電動機の固定子であって、
   環状に形成された前記インシュレータの各ティース部に対応する位置にマグネットワイヤーのガイドとなるガイド突起が各々起立形成されており、各ガイド突起は、起立元端部から起立先端部にわたって周方向で幅広となるテーパーガイド部が周方向で同一側面に形成され、前記各ガイド突起の前記起立先端部側の外周面には抜け止め突部が形成されていることを特徴とする電動機の固定子。
4. 前記ガイド部は、前記各ガイド突起の外周側を周方向に同一方向へ渡り配線される渡り線の渡り方向上流側の側面に形成されている請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の電動機の固定子。
5. 前記電動機は３相以上で駆動する電動機であり、前記固定子コアのうちいずれか一のティース部に整列巻きされた１相目の渡り線が前記ガイド突起の起立元端側より前記ガイド部に案内されて引き出されて他のティース部へ巻かれる配線が繰り返され、２相目の渡り線が更に他のティース部から前記１相目の渡り線と並んでガイド部に沿って前記ガイド突起の起立元端側より前記ガイド部に案内されて引き出されてまた更に他のティース部へ巻かれる配線が繰り返されて、すべての相の渡り線が交差することなく前記ガイド突起の外周面側に起立元端側より起立先端側に向って並んで渡り配線される請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の電動機の固定子。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかの固定子に対向して回転子が設けられたことを特徴とする電動機。