JP5745477B2 - 電動機の固定子、電動機および設備機器 - Google Patents

Description

本発明は、巻線に電源を供給するための端子と電動機を駆動するための基板を備えた電動機の固定子、その固定子を用いた電動機およびその電動機を搭載する設備機器に関するものである。

従来から、三相のシングルＹ結線の巻線に電源を供給するための３個の端子を備えた電動機の固定子が存在している。そのようなものとして、固定子鉄心に巻線したあと、角線を折り曲げて製作された端子という部品に巻線の端末を掛けたのち、電源端子、中性点端子をヒュージングと言われる熱カシメ工法で電気的に接合するようにした電動機の固定子が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

特許文献１，２に記載されているような技術では、巻線に電流を流して電動機を駆動させるための基板と巻線とを電気的に接続するため、基板を電動機の固定子に搭載する際には３個の端子を基板の規定の穴に挿入して、その後、基板上の電気回路と端子とを半田付けにより電気的に接合することになる。

特開２００２−１１９００５号公報（実施の形態１等） 特開２０１１−０３５９４７号公報（実施の形態１等）

基板を固定子に搭載する際に、基板に形成した穴の位置と端子の位置との間にずれが生じることで基板を搭載する力（基板挿入力）が端子に掛かってしまうことがある。そのような事態が発生した場合、特許文献１，２に記載の技術では、基板挿入力に端子が負けて変形（例えば、座屈や湾曲）してしまう可能性があった。つまり、特許文献１，２に記載の技術では、基板に形成した穴の軸心と端子の軸心との間にずれが生じると、端子の先端が鋭角となるように傾斜されていたとしても、端子の変形に対しての逃げ代が存在しているので、端子の先端斜面部が基板に押されると端子が逃げ代に向かって変形してしまう。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、基板挿入力が端子に掛かっても端子の変形を抑制することで、巻線と端子との電気的接合、および端子と基板との電気的接合を確保できる高品質の電動機の固定子、電動機および設備機器を提供することを目的としている。

本発明に係る電動機の固定子は、複数のティースを有する固定子鉄心と、前記固定子鉄心のティースに施される絶縁部と、前記絶縁部が施されたティースに施される巻線と、角線を折り曲げて成形された端子と、前記端子の先端部が挿通される穴が形成され、電動機を駆動するための回路が搭載されている基板と、前記絶縁部に設けられ、前記端子の一部を支持する支持部と、を備え、前記端子は、前記基板の前記穴に挿通される先端部と、前記巻線を引っかけることができる部位を形成する水平部と、前記絶縁部の結線側に挿入される基端部と、を有し、前記水平部が前記支持部に支持されるものである。

本発明に係る電動機の固定子によれば、絶縁部に支持部を設けているので、基板搭載時に端子に掛かる負荷を支持部で受けることができ、端子の変形を大幅に抑制することができる。よって、本発明に係る電動機の固定子によれば、端子の変形を大幅に抑制することができるので、巻線と端子との電気的接合、および端子と基板との電気的接合を確保でき、高品質なものとなる。

本発明の実施の形態１に係る電動機の固定子の基板搭載前の状態の一例を示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係る電動機の固定子の基板搭載後の状態の一例を示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係る電動機の固定子の端子の周辺の一例を拡大して示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係る電動機の固定子の端子の構成を説明するための概略図である。 本発明の実施の形態１に係る電動機の固定子の支持部の構成を説明するための概略図である。 支持部が設けられていない絶縁部に基板を搭載したときの状態を示す説明図である。 支持部が設けられている絶縁部に基板を搭載したときの状態を示す説明図である。 本発明の実施の形態２に係る電動機の一例である送風機用電動機を説明するための説明図である。 本発明の実施の形態３に係る設備機器の一例である空気調和機を説明するための説明図である。

以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、図１を含め、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。さらに、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、これらの記載に限定されるものではない。

図１は、本発明の実施の形態１に係る電動機の固定子（以下単に固定子１００と称する）の基板搭載前の状態の一例を示す説明図である。図２は、固定子１００の基板搭載後の状態の一例を示す説明図である。図３は、固定子１００の端子４の周辺の一例を拡大して示す説明図である。図１〜図３に基づいて、固定子１００について説明する。なお、図１〜図３では、（ａ）が平面図を、（ｂ）が側面図を、それぞれ示している。

固定子１００は、例えば永久磁石を用いる回転子と組み合わされてブラシレスＤＣモータ（同期電動機）を構成するものである。また、固定子１００は、三相のシングルＹ結線の巻線に電源（電圧）を供給するための例えば３個の端子（以下に説明する端子４）を備えたものである。この固定子１００は、例えばヒートポンプを備えた空気調和機に搭載された送風機用電動機として利用されるものである。また、本実施の形態では、１２スロット／８極の固定子１００について説明する。

図１に示すように、固定子１００は、軸心に向けて突出する例えば１２個のティース部を有する固定子鉄心１と、固定子鉄心１の各ティース部に設けられた絶縁部２と、絶縁部２を介して各ティース部に直接集中巻線方式により巻回された三相のシングルＹ結線の巻線３と、絶縁部２の結線側に設けられた３個の角穴（図３に示す角穴２ｂ）にそれぞれ挿入され、三相のシングルＹ結線の巻線３に電源を供給するための３個の端子４と、を備えている。

固定子鉄心１は、例えば厚さが０．１〜０．７ｍｍ程度の電磁鋼板を帯状に打ち抜いて、それらをかしめ、溶接、接着などで積層し、この積層により形成された１２個のティース部に三相のシングルＹ結線を施した後、各ティース部が軸心に向くように折り曲げて構成されたものである。つまり、固定子１００は、巻線後の固定子鉄心１をティース部が内側になるように正曲げし、固定子鉄心突合せ部を溶接して、固定することで構成される。

絶縁部２は、巻線３と固定子鉄心１との間を絶縁するために設けられるものである。この絶縁部２は、例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）などの熱可塑性樹脂を用いて、固定子鉄心１と一体に成形されており、ティース部毎に設けられている。また、図３に示すように、絶縁部２には、３個の端子４を挿入する角穴２ｂの近傍に支持部２ａが設けられている。なお、絶縁部２を成形後、ティース部に組み付けてもよい。その場合は、絶縁部２は結線側と反結線側とに分割され、それぞれをティース部の軸方向両端部から挿入して絶縁部２を構成する。

支持部２ａは、図５で詳細に説明するが、絶縁部２の上端から上側に突出するように設けられている。支持部２ａは、上面で端子４の一部を支持するように構成されている。なお、支持部２ａの形状を図示している形状に限定するものではなく、基板５を搭載するときの負荷（基板挿入力）を端子４を介して受けられるような形状であればよい。また、支持部２ａの上面は、端子４に常時当接していなくてもよい。つまり、端子４に基板５を搭載するときの負荷が掛かったとき、支持部２ａの上面が端子４の一部に当接すればよい。

三相のシングルＹ結線の場合、絶縁部２の結線側には、各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の巻線３が接続される端子４（電源が供給される端子）および中性点端子（図示省略）が組み付けられる。端子４は、例えば幅１．５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの平角線が材料として用いられ、平角線を折り曲げて形成される。なお、端子４については、図４で詳細に説明する。

また、平角線は、材質が例えば銅であり、錫銅合金の溶融めっきが施されている。さらに、端子４、中性点端子に平角線を用いる例を説明するが、平角線でなくてもよく角線であればよい。平角線とは、断面が略長方形になるものをいい、角線とは、断面が略正方形になるものをいう。

基板５は、電動機を駆動するための回路等が搭載されており、略円盤状に構成されている。基板５には、端子４が挿入される穴５ａが端子４の数に応じて形成されている。この穴５ａに端子４が挿入された状態で半田付けされることにより端子４と基板５の回路とが電気的に接続されることになる。

巻線３と端子４とは、熱カシメ工法により電気的に接合される。そして、巻線３と端子４とを電気的に接合した後、図２に示すように、絶縁部２の上（図２（ｂ）の紙面上）に穴５ａが形成されている基板５を搭載する。その際、端子４を基板５の穴５ａに挿入してから、半田付けにより端子４と基板５の回路とが電気的に接合される。最終的には、端子４を介して巻線３と基板５の回路とが電気的に接続されることになる。

次に、固定子１００の固定子巻線の結線方法について簡単に説明する。巻線３は、上述したように、固定子鉄心１を逆方向に曲げた状態で巻き回される。便宜的に、一相目をＵ相、二相目をＶ相、三相目をＷ相と呼ぶことにする。各相の巻線をＵ、Ｖ、Ｗの順番に並べて配置し、それぞれに１２０°位相のずれた交流の電流を流すことにより、固定子１００を備えた電動機を駆動することになる。

各相のコイルは、それぞれ４つのコイルで構成される。コイルの巻き方向は全て同じである。各相のコイルの巻き始めは、３つの端子４のそれぞれに接続される。一方、各相のコイルの巻き終わりは、中性点端子（中性点）に接続される。そして、固定子１００の固定子巻線は、シングルＹに結線される。すなわち、Ｕ相の４つのコイルが直列に接続され、Ｖ相の４つのコイルが直列に接続され、Ｗ相の４つのコイルが直列に接続される。そして、各相のコイルの巻き終わりが中性点に接続される。

図４は、端子４の構成を説明するための概略図である。図５は、支持部２ａの構成を説明するための概略図である。図４及び図５に基づいて、端子４、支持部２ａの構成について詳しく説明する。図４では、（ａ）が端子４の固定子１００の外周側から見た側面図を、（ｂ）が端子４の平面図を、（ｃ）が端子４の斜視図を、それぞれ示している。図５では、（ａ）が支持部２ａ側面図を、（ｂ）が支持部２ａの平面図を、（ｃ）が支持部２ａの斜視図を、それぞれ示している。なお、図４及び図５に示す構成に限定するものではない。

まず、端子４について説明する。
端子４は、先端部４ａ、第１直線部４ｂ、第１曲げ部４ｃ、第１水平部４ｄ、第２曲げ部４ｅ、第２水平部４ｆ、第３曲げ部４ｇ、第２直線部４ｈ、基端部４ｉで構成されている。なお、第１直線部４ｂ、第２直線部４ｈでは、「直線」という表現を便宜的に用いているだけであり、厳密な直線形状となっている必要はない。また、第１水平部４ｄ、第２水平部４ｆでは、「水平」という表現を便宜的に用いているだけであり、厳密な水平形状となっている必要はない。あくまで、紙面上で水平となっていることを表現しただけであり、作成段階や使用段階等で必ずしも水平となっていないことは当然に想定していることである。

先端部４ａは、基板５の穴５ａに挿入される部分であり、先細りするように形成されている。つまり、先端部４ａは、端子４の挿入方向に対して先端部の一方の側面を所定の角度で傾斜させて先細り形状としている。したがって、先端部４ａは、基板５の穴５ａに対して挿入しやすい形状となっている。なお、傾斜角度を特に限定するものではなく、傾斜面を形成する側面をいずれの側面に限定するものではない。

第１直線部４ｂは、基板５の穴５ａに挿入され、穴５ａに係止する部分であり、先端部４ａから第１曲げ部４ｃまで延設して形成されている。
第１曲げ部４ｃは、巻線３を引っかけることができる部位を形成する部分であり、第１直線部４ｂを所定の位置で略直角に折り曲げて形成されている。
第１水平部４ｄは、巻線３を引っかけることができる部位を形成する部分であり、第１曲げ部４ｃから第２曲げ部４ｅまで延設して形成されている。

第２曲げ部４ｅは、巻線３を引っかけることができる部位を形成する部分であり、第１水平部４ｄを所定の位置で略１８０°折り曲げて形成されている。
第２水平部４ｆは、巻線３を引っかけることができる部位を形成する部分であり、第２曲げ部４ｅから第３曲げ部４ｇまで延設して形成されている。

第３曲げ部４ｇは、巻線３を引っかけることができる部位を形成する部分であり、第２水平部４ｆを所定の位置で略直角（基端部４ｉと先端部４ａが反対方向に位置する向きに略直角）に折り曲げて形成されている。
第２直線部４ｈは、絶縁部２に設けられた角穴２ｂに挿入され、角穴２ｂに係止する部分であり、第３曲げ部４ｇから基端部４ｉまで延設して形成されている。

基端部４ｉは、結線側の絶縁部２に設けられた角穴２ｂに挿入される部分であり、図４に示すように先端部４ａと同様の形状に形成されている。ただし、基端部４ｉを先細りさせない形状に形成してもよい。なお、基端部４ｉを先細り形状とする場合、その傾斜角度を特に限定するものではなく、その傾斜面を形成する側面をいずれの側面に限定するものではない。

すなわち、端子４は、基端部４ｉが角穴２ｂに挿入されることで固定子鉄心１に取り付けられ、第１曲げ部４ｃ、第１水平部４ｄ、第２曲げ部４ｅ、第２水平部４ｆ、第３曲げ部４ｇで囲まれている部位に巻線３が引っかけられ、基板５が搭載された状態で先端部４ａが穴５ａに挿入されるようになっている。また、図４では、第１水平部４ｄと第２水平部４ｆが平行になっている状態を例に示しているが、第２曲げ部４ｅの曲げ角度を適宜調整して第１水平部４ｄと第２水平部４ｆを図３に示すように近づけるようにしてもよい。

次に、支持部２ａについて説明する。
支持部２ａは、上述したように、絶縁部２の上端から上側に突出するように設けられている。支持部２ａは、端子４の一部、具体的には第１水平部４ｄ、第２水平部４ｆを支持するので、上面が略水平面となるように構成されている。すなわち、支持部２ａが、第１水平部４ｄ、第２水平部４ｆを支持することで、穴５ａと端子４とにズレが生じたとしても、基板５を搭載するときの負荷（基板挿入力）を端子４を介して受けることができ、端子４の変形に対しての逃げ代を大幅になくすことが可能となり、端子４の変形を抑制することができる。また、支持部２ａは、基板５が搭載されるまでは少なくとも絶縁部２から外れないように構成されている。

さらに、図５に示すように、支持部２ａの上端角部の一方（紙面左側の上端角部）を傾斜させておくとよい。このようにしておけば、端子４の第３曲げ部４ｇに当接してしまうことが回避できる。そのため、支持部２ａの上端角部が端子４の第３曲げ部４ｇに当接することによって発生する端子４の損傷を大幅に低減することができる。

なお、支持部２ａは、第１水平部４ｄ、第２水平部４ｆの双方を支持することが望ましいが、基板挿入力を直接的に受ける第１水平部４ｄを少なくとも支持できればよい。また、支持部２ａは、絶縁部２と一体的に形成されてもよく、絶縁部２とは別体として絶縁部２に設けるようにしてもよい。絶縁部２と別体とする場合、絶縁部２との接合性を考慮して材料を選定するとよい。さらに、支持部２ａを図５に示すような形状に限定するものではなく、基板５を搭載するときの負荷（基板挿入力）を端子４を介して受けられるような形状であればよい。例えば、第１水平部４ｄが装着されるような溝や凹部などを形成しておいてもよい。ただし、支持部２ａが端子４に常時当接していなくてもよい。

次に、絶縁部の支持部の有無による状態の差について説明する。図６は、支持部が設けられていない絶縁部に基板を搭載したときの状態を示す説明図である。図７は、支持部２ａが設けられている絶縁部２に基板５を搭載したときの状態を示す説明図である。図６及び図７では、（ａ）が基板の搭載前の状態を示す側面図を、（ｂ）が基板の搭載後の状態を示す側面図を、それぞれ示している。なお、図６では、比較容易のために、対応する部材に「’」をつけて図示することにする。

図６（ａ）に示すように、端子４’の軸と基板５’の穴５ａ’の軸とが完全に合っていない状態で、支持部を設けていない絶縁部２’に基板５’を搭載した場合を想定する。このような場合、図６（ｂ）に示すように、端子４’の先端部４ａ’が穴５ａに挿入されず、基板５’を搭載するときの負荷が端子４’に掛かってしまい、基板５’の下側の空間が逃げ代として作用し、端子４’が大きく変形してしまうことになる。そして、端子４’が変形してしまうと、巻線３’と端子４’との熱カシメ部のはがれ、端子４’と基板５’との半田付け不良が発生して、巻線３’と基板５’の回路との電気的な接合の不良が生じることになる。

それに対して、図７（ａ）に示すように、端子４の軸と基板５の穴５ａの軸とが完全に合っていない状態で、絶縁部２の角穴２ｂの近傍に支持部２ａを設けた絶縁部２に基板５を搭載した場合を想定する。固定子１００では、端子４の軸と基板５の穴５ａの軸とがずれていたとしても、基板５を搭載するときの負荷を支持部２ａで受けることができる。その結果、図７（ａ）に示すように、端子４の絶縁部２側への逃げ代がなくなり、端子４が基板５の下側の空間で大きく変形することなく、端子４を基板５の穴５ａに挿入することができる。つまり、端子４は、図７の紙面に対して水平方向に多少変形したとしても、穴５ａに挿通することができ、端子４と基板５との半田付け不良が発生することがない。よって、巻線３と基板５の回路との電気的な接合の不良が生じることもない。

以上のように、固定子１００では、支持部２ａにて端子４の変形を抑制できることから、端子４の軸と基板５の穴の軸とが完全に合っていなくとも、端子４の先端部４ａが基板５の穴５ａに入りさえすれば、端子４が穴５ａに挿通されることになり、電気的な接続を確保した状態で基板５を搭載することができる。従って、固定子１００によれば、支持部２ａにて端子４の変形を抑制できるとともに、基板５を搭載することによる巻線３と端子４との熱カシメ部をはがす力の発生を抑制することができるので、端子４が変形してしまうことによって発生する電気的な接触不良を大幅に低減することができる。よって、高品質な電動機の固定子１００を得ることができる。

実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２に係る電動機の一つである送風機用電動機２００を説明するための説明図である。図５に基づいて、送風機用電動機２００について説明する。この送風機用電動機２００は、実施の形態１に係る固定子１００を備えたものである。なお、ここでは、実施の形態２に係る電動機の一例として送風機用電動機を挙げて説明するが、実施の形態２に係る電動機が送風機用電動機であることに限定するものではない。

図８に示すように、送風機用電動機２００は、回転子３８、ブラケット３９、固定子１００をモールド成形したモールド固定子４０、結線部品４１（実施の形態１で示した基板５）等を備えている。送風機用電動機２００は、固定子１００に外部と接続される結線部品４１を組み付け、機械的に、かつ、電気的にも接合した後にモールドを施し、その後、回転子３８、ブラケット３９等の部品を組付けて製作されている。よって、送風機用電動機２００は、実施の形態１に係る固定子１００を備えているので、高品質なものとなる。

実施の形態３．
図９は、本発明の実施の形態３に係る設備機器の一つである空気調和機３００を説明するための説明図である。図９に基づいて、空気調和機３００について説明する。この空気調和機３００は、実施の形態２に係る送風機用電動機２００が搭載されたものである。
なお、ここでは、実施の形態３に係る設備機器の一例として空気調和機を挙げて説明するが、実施の形態３に係る設備機器が空気調和機であることに限定するものではない。

図９に示すように、空気調和機３００は、室内機４２と、室内機４２に接続される室外機４３とを備えている。室外機４３には、送風機４４が搭載されている。室内機４２にも、送風機（図示せず）が搭載されている。そこで、室内機４２及び室外機４３に、実施の形態２に係る送風機用電動機２００を搭載することで、品質の向上が図れる。

１ 固定子鉄心、２ 絶縁部、２ａ 支持部、２ｂ 角穴、３ 巻線、４ 端子、４ａ 先端部、４ｂ 第１直線部、４ｃ 第１曲げ部、４ｄ 第１水平部、４ｅ 第２曲げ部、４ｆ 第２水平部、４ｇ 第３曲げ部、４ｈ 第２直線部、４ｉ 基端部、５ 基板、５ａ 穴、３８ 回転子、３９ ブラケット、４０ モールド固定子、４１ 結線部品、４２ 室内機、４３ 室外機、４４ 送風機、１００ 固定子、２００ 送風機用電動機、３００ 空気調和機。

Claims (7)

1. 複数のティースを有する固定子鉄心と、
   前記固定子鉄心のティースに施される絶縁部と、
   前記絶縁部が施されたティースに施される巻線と、
   角線を折り曲げて成形された端子と、
   前記端子の先端部が挿通される穴が形成され、電動機を駆動するための回路が搭載されている基板と、
   前記絶縁部に設けられ、前記端子の一部を支持する支持部と、を備え、
   前記端子は、
   前記基板の前記穴に挿通される先端部と、
   前記巻線を引っかけることができる部位を形成する水平部と、
   前記絶縁部の結線側に挿入される基端部と、を有し、
   前記水平部が前記支持部に支持される
   ことを特徴とする電動機の固定子。
2. 前記支持部は、
   前記基板を前記絶縁部の上部に搭載する際の負荷が前記端子に掛かる状態において、この負荷を前記端子を支持することによって受けている
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動機の固定子。
3. 前記先端部は、
   先細り形状に形成されている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電動機の固定子。
4. 前記水平部は、
   前記先端部側の第１水平部と、
   前記基端部側の第２水平部と、で構成されており、
   前記支持部は、
   少なくとも前記第１水平部を支持する
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動機の固定子。
5. 前記角線に平角線を用いている
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電動機の固定子。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の電動機の固定子を用いた
   ことを特徴とする電動機。
7. 請求項６に記載の電動機を搭載した
   ことを特徴とする設備機器。

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