JP5815163B1 - 電動機の固定子 - Google Patents

Abstract

珪素鋼板を複数積層して形成されティース部１ａとティース先端部１ｂとヨーク部１ｃとで構成された固定子鉄心１と、固定子鉄心１の軸方向の両端に設けられるインシュレータ４と、固定子鉄心１に装着される絶縁シート３と、インシュレータ４と絶縁シート３が設けられた固定子鉄心１に巻かれる巻線と、を備え、インシュレータ４の巻線が巻かれる面には、固定子鉄心１の巻線が巻かれる面に装着された絶縁シート３の端部が差し込まれる溝が形成される。

Description

本発明は、絶縁シートにより固定子鉄心と巻線との間を絶縁する電動機の固定子に関する。

従来の固定子は、固定子鉄心と、インシュレータと、絶縁シートと、絶縁シートおよびインシュレータが装着された固定子鉄心のティース部に巻装された巻線とを有する。下記特許文献１に示される従来の固定子は、ティース部の形状に合わせて配置した絶縁シートの両端をインシュレータで挟み込む形状である。これにより固定子鉄心と巻線の絶縁距離を保つことができ、絶縁シートの寸法精度が高い電動機の固定子が得られる。

特開２００８−１６７５１８号公報

しかしながら、上記特許文献１に示される従来の固定子は、絶縁シートをインシュレータでティース部に固定しているので、インシュレータの厚さにより、インシュレータと絶縁シートとの間に段差が生じる。これにより絶縁シートと巻線との間にはインシュレータの厚さ分の隙間ができ、インシュレータの厚さ分、巻線を巻くスペースが減ることになる。従って、上記特許文献１に示される従来の固定子は、電動機のより一層の高効率化を図るというニーズに対応することが困難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、より一層の高効率化を図ることができる電動機の固定子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、固定子鉄心と、前記固定子鉄心の軸方向の両端に設けられるインシュレータと、前記軸方向と直交する方向における前記固定子鉄心の両側面に装着される絶縁シートと、前記インシュレータと前記絶縁シートが設けられた前記固定子鉄心に巻かれる巻線と、を備え、前記インシュレータの前記巻線が巻かれる面には、前記固定子鉄心の軸方向の端面と対向して前記固定子鉄心の端面から離間した位置に配置される鍔部と、前記固定子鉄心の前記巻線が巻かれる面に装着された前記絶縁シートの端部が前記鍔部の端部と前記固定子鉄心との間の隙間を介して差し込まれる溝と、が形成されていることを特徴とする。

この発明によれば、より一層の高効率化を図ることができる、という効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係る電動機の固定子の斜視図 絶縁シートを除いた状態の固定子鉄心とインシュレータの斜視図 インシュレータの斜視図 インシュレータに絶縁シートを差し込んだ状態の斜視図 図４に示すＡ−Ａ’矢視断面図 インシュレータ、絶縁シート、および巻線の断面図 ２つのインシュレータを並べた状態断面図 巻線を施した状態の第１のＡ−Ａ’矢視断面図 巻線を施した状態の第２のＡ−Ａ’矢視断面図 巻線を施した状態の第３のＡ−Ａ’矢視断面図 実施の形態１に係る固定子のティース部の断面図 従来の固定子のティース部における断面図 本発明の実施の形態２に係る電動機の固定子の斜視図 絶縁シートを除いた状態の固定子鉄心とインシュレータの斜視図 インシュレータに絶縁シートを差し込んだ状態の斜視図 図１５に示すＡ−Ａ’矢視断面図 巻線を施した状態のＡ−Ａ’矢視断面図 図１５に示すＢ−Ｂ’矢視断面図 巻線を施した状態のＢ−Ｂ’矢視断面図 本発明の実施の形態３に係る電動機の固定子の斜視図 絶縁シートを除いた状態の固定子鉄心とインシュレータの斜視図 端部の鍔部の内側面をテーパ状にした断面図 端部のヨーク当接部の内側面をテーパ状にした断面図 鍔部の先端部とヨーク当接部の先端部を曲面状にした断面図 胴部の鍔部の内側面をテーパ状にした断面図 胴部のヨーク当接部の内側面をテーパ状にした断面図 鍔部の先端部を曲面状にした断面図

以下に、本発明に係る電動機の固定子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１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る電動機の固定子の斜視図である。図２は、絶縁シートを除いた状態の固定子鉄心とインシュレータの斜視図である。図３は、インシュレータの斜視図である。図４は、インシュレータに絶縁シートを差し込んだ状態の斜視図である。図５は、図４に示すＡ−Ａ’矢視断面図である。図６は、インシュレータ、絶縁シート、および巻線の断面図である。図７は、２つのインシュレータを並べた状態断面図である。図８は、巻線を施した状態の第１のＡ−Ａ’矢視断面図である。図９は、巻線を施した状態の第２のＡ−Ａ’矢視断面図である。図１０は、巻線を施した状態の第３のＡ−Ａ’矢視断面図である。図１１は、実施の形態１に係る固定子のティース部の断面図である。図１２は、従来の固定子のティース部における断面図である。

図１から図７に示すように電動機の固定子１００は、珪素鋼板を複数積層して形成された固定子鉄心１と、固定子鉄心１を絶縁被覆する絶縁シート３と、固定子鉄心１の軸方向端部に装着されるインシュレータ４と、絶縁シート３およびインシュレータ４が装着された固定子鉄心１に巻装された巻線２（図６から図１１参照）を備える。

固定子鉄心１は、ティース部１ａと、ティース先端部１ｂ、ヨーク部１ｃとを有する。固定子鉄心１は、Ｔ字形に形成され、巻線２の巻装後にヨーク部１ｃ同士を接合して環状もしくは板状の固定子とされる。絶縁シート３は、ヨーク部１ｃの内面１ｃ１と、ティース先端部１ｂの内面１ｂ１と、ティース部１ａの側面１ａ１とに沿って装着される。

インシュレータ４は、ヨーク部１ｃの軸方向端部に配置される外フランジ部４ｃと、ティース先端部１ｂの軸方向端部に配置される内フランジ部４ｂと、ティース部１ａの軸方向端部に配置され外フランジ部４ｃと内フランジ部４ｂとを接続する胴部４ａとを有し、Ｔ字形に形成されている。インシュレータ４は、金型、プレス、または３Ｄプリンタで製造される。

外フランジ部４ｃの内面４ｃ１２、胴部４ａの側面４ａ１、および内フランジ部４ｂの内面４ｂ１２の輪郭は、ヨーク部１ｃの内面１ｃ１、ティース部１ａの側面１ａ１、およびティース先端部１ｂの内面１ｂ１の輪郭と同一に形成されている。

図４に示すように外フランジ部４ｃの端部４ｃ１には、溝部４ｃ１１が形成されている。溝部４ｃ１１は、ヨーク部１ｃから端部４ｃ１の方向へ凹状に形成され、ヨーク部１ｃの内面１ｃ１の延長線上よりも、外面１ｃ２側に位置している。溝部４ｃ１１を形成することにより、外フランジ部４ｃの端部４ｃ１の内面４ｃ１２には、鍔部４ｃ１３が形成される。溝部４ｃ１１には絶縁シート３の差込部３ａ１が差し込まれる。差込部３ａ１は、ヨーク部１ｃの軸方向端面から端部４ｃ１側に突き出た絶縁シート３の一部であり、固定子鉄心１にインシュレータ４を取り付ける際、溝部４ｃ１１へ差し込まれる。

内フランジ部４ｂの端部４ｂ１には、隙間４ｂ２が形成されている。隙間４ｂ２は、ティース先端部１ｂから端部４ｂ１の方向へ凹状に形成され、隙間４ｂ２には、ティース先端部１ｂの軸方向端面から端部４ｂ１側に突き出た絶縁シート３の一部が差し込まれる。

図５に示すように胴部４ａの側面４ａ１には、溝部４ａ４が形成されている。溝部４ａ４は、ティース部１ａから胴部４ａの方向へ凹状に形成され、ティース部１ａの側面１ａ１の延長線上よりも、胴部４ａの中心側に位置している。溝部４ａ４を形成することにより、胴部４ａの側面４ａ１には鍔部４ａ２が形成される。鍔部４ａ２の端部４ａ３は、ティース部１ａと対向し、ティース部１ａから一定幅隔てた位置に配置される。これにより、鍔部４ａ２の端部４ａ３とティース部１ａとの間に隙間５が形成される。隙間５には絶縁シート３の差込部３ａ１が差し込まれる。差込部３ａ１は、ティース部１ａの軸方向端面から胴部４ａ側に突き出た絶縁シート３の一部であり、固定子鉄心１にインシュレータ４を取り付ける際、溝部４ａ４へ差し込まれる。

図１２に示す従来の固定子では、インシュレータ１４の鍔部１３がティース部１０の端部を覆い、かつ、絶縁シート１１を挟み込む形状である。従って、鍔部１３の厚さにより、インシュレータ１４と絶縁シート１１との間に段差が生じる。これにより絶縁シート１１と巻線１２との間には鍔部１３の厚さ分の隙間１６ができ、巻線１２を巻くスペースが隙間１６の分減ることになる。

これに対して図１１に示す実施の形態１に係る固定子１００では、差込部３ａ１が溝部４ａ４に差し込まれる。そのため、巻線２とティース部１ａとの間には絶縁シート３のみ介在し、ティース部１ａに対して巻線２を隙間なく巻くことができる。従って、同一出力では小型化を図ることができ、同一形状では電動機の出力向上を図ることができる。また絶縁シート３が隙間５に差し込まれることで、絶縁シート３は固定子鉄心１に対して軸方向に位置決めされ、ずれることがない。

図６，７にはインシュレータ４の胴部４ａにおける断面が示される。隙間４ｂ２および隙間４ｃ２に差し込まれた絶縁シート３は、固定子鉄心１の鉄心軸に対して直交する方向に伸びる。外フランジ部４ｃの鍔部４ｃ１３側に伸びる絶縁シート３の外フランジ側被覆部３ｃは、鍔部４ｃ１３の先端で内面４ｃ１２側に折り曲げられる。内フランジ部４ｂの端部４ｂ１側に伸びる絶縁シート３の内フランジ側被覆部３ｂは、端部４ｂ１の先端で内面４ｂ１２側に折り曲げられる。これにより巻線２は、絶縁シート３の胴部側被覆部３ａ、内フランジ側被覆部３ｂ、および外フランジ側被覆部３ｃで包まれ、固定子鉄心１と並べたとき、隣接する固定子鉄心１に巻かれた巻線２が互いに接触することがなく、相間絶縁を確保することができる。

図８から図１０には、巻線２と固定子鉄心１との間の絶縁沿面距離を確保するための構成を示す。図８に示す絶縁シート３は、図５に示す絶縁シート３と同一形状のものであり、差込部３ａ１が溝部４ａ４に向かって斜めに傾けて差し込まれる。図９，１０に示す絶縁シート３では、差込部３ａ１がクランク状に折り曲げられてから溝部４ａ４に差し込まれる。特に図９に示す差込部３ａ１は重なる形で折り曲げられている。このように差込部３ａ１の形状を変えることで、隙間５の部分における巻線２と固定子鉄心１との間の絶縁沿面距離を確保することができる。また、図８から図１０に示す以外にも隙間５の幅を調整し、あるいは溝部４ａ４へ差込部３ａ１を差し込む角度の調整によっても絶縁沿面距離を確保することができる。

実施の形態２．
図１３は、本発明の実施の形態２に係る電動機の固定子の斜視図である。図１４は、絶縁シートを除いた状態の固定子鉄心とインシュレータの斜視図である。図１５は、インシュレータに絶縁シートを差し込んだ状態の斜視図である。図１６は、図１５に示すＡ−Ａ’矢視断面図である。図１７は、巻線を施した状態のＡ−Ａ’矢視断面図である。図１８は、図１５に示すＢ−Ｂ’矢視断面図である。図１９は、巻線を施した状態のＢ−Ｂ’矢視断面図である。

実施の形態２の固定子２００には、溝部４ａ４が形成されていないが、固定子２００は、外フランジ部４ｃの端部４ｃ１に形成された溝部４ｃ１１と、内フランジ部４ｂに形成された隙間４ｂ２とに、絶縁シート３を差し込む形状である。以下、実施の形態１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

固定子２００には溝部４ａ４が形成されていないため、図１６，１７に示すように、ティース部１ａの軸方向端面から突き出た絶縁シート３が胴部４ａの側面４ａ１に配置される。この場合、図１７に示すように胴部４ａの側面４ａ１と巻線２との間に隙間が生じることになるが、巻線２と固定子鉄心１との間の絶縁沿面距離を確保することができる。

図１８に示すように端部４ｃ１の内面４ｃ１２には、溝部４ｃ１１が形成されている。溝部４ｃ１１は、ヨーク部１ｃから端部４ｃ１の方向へ凹状に形成され、ヨーク部１ｃの内面１ｃ１の延長線上よりも外面１ｃ２側に位置している。図１９に示すように端部４ｃ１の内面４ｃ１２に巻線２を施したとき、巻線２とヨーク部１ｃとの間には絶縁シート３のみ介在し、ヨーク部１ｃに対して巻線２を隙間なく巻くことができる。従って、同一出力では小型化を図ることができ、同一形状では出力向上を図ることができる。また絶縁シート３が隙間６に差し込まれることで、絶縁シート３は固定子鉄心１に対して軸方向に位置決めされ、ずれることがない。

実施の形態３．
図２０は、本発明の実施の形態３に係る電動機の固定子の斜視図である。図２１は、絶縁シートを除いた状態の固定子鉄心とインシュレータの斜視図である。実施の形態３はインシュレータ４の端部４ｂ１と鍔部４ｃ１３を固定子鉄心１側に伸ばした構造である。固定子鉄心１側に伸ばされた端部４ｂ１と鍔部４ｃ１３は、ティース先端部１ｂの内面１ｂ１とヨーク部１ｃの内面１ｃ１との間に差し込まれる形で配置される。図示例では２つの端部４ｂ１と２つの鍔部４ｃ１３が固定子鉄心１側に伸びている。そして端部４ｂ１とティース先端部１ｂとの間と、鍔部４ｃ１３とヨーク部１ｃとの間には絶縁シート３が配置される。これにより、巻線２を巻く前のインシュレータ４と絶縁シート３が固定され、位置ずれを防止することができる。

なお、実施の形態１から３に示した固定子１００，２００，３００は以下の構成でもよい。図２２は、端部４ｃ１の鍔部４ｃ１３の内側面をテーパ状にした断面図である。図２３は、端部４ｃ１のヨーク当接部４ｃ１５の内側面をテーパ状にした断面図である。図２４は、鍔部４ｃ１３の先端部とヨーク当接部４ｃ１５の先端部を曲面状にした断面図である。図示例のように、鍔部４ｃ１３の内側面またはヨーク当接部４ｃ１５の内側面をテーパ状にすることで隙間６が広がり、溝部３ｃ２へ差込部３ｃ１を容易に差し込むことができる。また鍔部４ｃ１３の先端部とヨーク当接部４ｃ１５の先端部を曲面状にすることで絶縁シート３を傷つけることなく溝部３ｃ２へ差し込むことができる。

図２５は、胴部４ａの鍔部４ａ２の内側面をテーパ状にした断面図である。図２６は、胴部４ａのヨーク当接部４ａ５の内側面をテーパ状にした断面図である。図２７は、鍔部４ａ２の先端部を曲面状にした断面図である。図示例のように、鍔部４ａ２の内側面またはヨーク当接部４ａ５の内側面をテーパ状にすることで隙間６が広がり、溝部４ａ４へ差込部３ａ１を容易に差し込むことができる。また鍔部４ａ２の先端部を曲面状にすることで絶縁シート３を傷つけることなく溝部４ａ４へ差し込むことができる。

１ 固定子鉄心、１ａ ティース部、１ａ１ 側面、１ｂ ティース先端部、１ｂ１ 内面、１ｃ ヨーク部、１ｃ１ 内面、１ｃ２ 外面、２ 巻線、３ 絶縁シート、３ａ 胴部側被覆部、３ａ１ 差込部、３ａ２ 端部、３ｂ 内フランジ側被覆部、３ｂ１ 端部、３ｃ 外フランジ側被覆部、３ｃ１ 差込部、３ｃ２ 端部、４ インシュレータ、４ａ 胴部、４ａ１ 側面、４ａ２ 鍔部、４ａ３ 端部、４ａ４ 溝部、４ａ５ ヨーク当接部、４ｂ 内フランジ部、４ｂ１ 端部、４ｂ１２ 内面、４ｂ２ 隙間、４ｃ 外フランジ部、４ｃ１ 端部、４ｃ１１ 溝部、４ｃ１２ 内面、４ｃ１３ 鍔部、４ｃ１５ ヨーク当接部、ティース側面、４ｃ２，５，６ 隙間、１００，２００，３００ 固定子。

Claims (8)

1. 固定子鉄心と、
   前記固定子鉄心の軸方向の両端に設けられるインシュレータと、
   前記軸方向と直交する方向における前記固定子鉄心の両側面に装着される絶縁シートと、
   前記インシュレータと前記絶縁シートが設けられた前記固定子鉄心に巻かれる巻線と、
   を備え、
   前記インシュレータの前記巻線が巻かれる面には、
   前記固定子鉄心の軸方向の端面と対向して前記固定子鉄心の端面から離間した位置に配置される鍔部と、
   前記固定子鉄心の前記巻線が巻かれる面に装着された前記絶縁シートの端部が前記鍔部の端部と前記固定子鉄心との間の隙間を介して差し込まれる溝と、
   が形成されていることを特徴とする電動機の固定子。
2. 前記インシュレータには、前記固定子鉄心を構成するティース部の側面に装着された前記絶縁シートの端部が差し込まれる溝が形成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. 前記インシュレータには、前記固定子鉄心を構成するヨーク部の内面に装着された前記絶縁シートの端部が差し込まれる溝が形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動機の固定子。
4. 前記インシュレータには、前記固定子鉄心を構成するティース先端部の内面に装着された前記絶縁シートの端部が差し込まれる溝が形成されることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の電動機の固定子。
5. 前記インシュレータは、前記固定子鉄心側に伸ばされ、前記固定子鉄心の前記巻線が巻かれる面に差し込まれることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の電動機の固定子。
6. 前記インシュレータは、前記絶縁シートの端部が差し込まれる溝の内周面がテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の電動機の固定子。
7. 前記インシュレータは、前記絶縁シートの端部が差し込まれる溝の端部が曲面状に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載の電動機の固定子。
8. 前記軸方向に直交する方向における前記インシュレータの幅は、前記軸方向に直交する方向における前記固定子鉄心の厚みに前記固定子鉄心の両側面に装着された前記絶縁シートの厚みを合わせた幅以下であることを特徴とする請求項１から請求項７の何れか一項に記載の電動機の固定子。

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