JP6188584B2 - 電動機の固定子、電動機および空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、三相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、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空気調和機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、銅板を打ち抜いて製造し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１参照）。

特開２００４−９６８３８号公報（実施の形態１等）

特許文献１に記載されているような手段で２つのＹ結線をパラレルに接続した電動機を製作する場合、固定子鉄心に巻線する際、電源端子に巻線の端部側を掛けるときに、巻線が緩み、巻線がほどけてしまう可能がある。そうなると、固定子鉄心と巻線とが接触し、巻線と固定子鉄心の絶縁状態を確保できないことになってしまう。なお、以下の説明において、２つのＹ結線をパラレルに接続したものをＹ−Ｙ結線と称することにする。

本発明は、以上のような課題を背景になされたもので、端子に掛かる巻線が緩まないように張力を維持することで、巻線と固定子鉄心との絶縁状態を確保できる高品質の電動機の固定子、電動機および空気調和機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、前記固定子鉄心の前記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集中巻線方式により施される巻線と、前記絶縁部に設けられ、前記ティースとは反対側へ折り返された曲げ部が形成されている端子と、を備え、前記巻線のマグネットワイヤーは、前記端子の前記曲げ部に引っ掛けられた状態で、前記ティースに更に巻き回されているものである。

本発明に係る電動機の固定子によれば、巻線の端部側となるマグネットワイヤーが、端子に引っ掛けられた状態で、更に巻き回されているので、端子に掛かる張力を維持し、コイル状に巻かれている巻線がほどけないように製作することができ、巻線と固定子鉄心との絶縁状態を確保することができ、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構成例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る電動機の固定子を逆曲げした状態を示す上面図である。 本発明の実施の形態１に係る電動機の固定子の巻線手順を説明するための説明図である。 図３に示すＶ相の１ティース目にあたるティースを拡大して示した斜視図である。 本発明の実施の形態２に係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に係る空気調和機を説明するための説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
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（以下単に固定子１００と称する）の構成例を示す斜視図である。図２は、固定子１００を逆曲げした状態を示す上面図である。図３は、固定子１００の巻線手順を説明するための説明図である。図４は、図３に示すＶ相の１ティース目にあたるティースを拡大して示した斜視図である。図１〜図４に基づいて、固定子１００の構成について説明する。なお、図３の上段は一相目（Ｕ相）の巻線手順、中段は二相目（Ｖ相）の巻線手順、下段は三相目（Ｗ相）の巻線手順を示している。

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Ｙ−Ｙ結線の巻線に電源（電圧）を供給するために使用される電源供給用の端子、中性点接続に使用される端子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。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、実施の形態１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１ａを有する固定子鉄心１と、固定子鉄心１のティース１ａに施された絶縁部３と、ティース１ａに直接集中巻線方式により巻回された三相のＹ−Ｙ結線の巻線２と、絶縁部３の結線側に設けられた９個の角穴にそれぞれ挿入され、９個の内３個は、三相のＹ−Ｙ結線の巻線２に電源を供給するために使われ、残りの６個は中性点接続として使われる端子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１ａに三相のＹ−Ｙ結線を施した後、各ティース１ａ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１ａが内側になるように正曲げし、固定子鉄心突合せ部６３を溶接して、溶接部６４で固定することで構成される。

絶縁部３は、巻線２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３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１ａ毎に設けられている。なお、絶縁部３を成形後、ティース１ａに組み付けてもよい。その場合は、絶縁部３は結線側と反結線側とに分割され、それぞれをティース１ａの軸方向両端部から挿入して絶縁部３を構成する。

三相のＹ−Ｙ結線の場合、絶縁部３の結線側には、各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の巻線２が接続される端子４（電源供給用の端子）が３個組み付けられる。この電源供給用の３個の端子は、各相の中間点に設置される。端子４は、その他に６個あり、これらには、各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の中性点の結線が接続される。端子４は、例えば厚さ０．５ｍｍの金属板が材料として用いられ、金属板を打ち抜いた後、曲げ加工が施されて製作される。なお、金属板は、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。

端子４は、図４に示すように、端子４の左端に折り返しの曲げ部４ａをつけることにより形成される。

図２に示すように、帯状の固定子鉄心１を逆曲げした状態で、マグネットワイヤー２ａが巻線されることにより、ティース１ａ同士の間の開口部が広くなるようにする。つまり、固定子鉄心１を逆曲げすることで、ティース１ａが外側を向き、隣接するティース１ａ同士の間に開口部を広げることができる。それにより、ティース１ａに巻線２を巻き回し易くなる。

次に、図３に基づいて、固定子１００の固定子巻線の結線方法について説明する。巻線２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が、ここでは、帯状の展開図で説明する。また、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。各相の巻線を一相目、二相目、三相目の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。

Ｕ相のコイルは、コイルＵ１−１、コイルＵ２−１、コイルＵ１−２、コイルＵ２−２で構成される。一相目のＵ相は、左から４番目のティース１ａにコイルＵ１−１が形成される。コイルＵ２−１は、左から１番目のティース１ａに形成される。コイルＵ１−２は、左から７番目のティース１ａに形成される。コイルＵ２−２は、左から１０番目のティース１ａに形成される。コイルＵ１−１、コイルＵ２−１の巻き方向は時計回りであり、コイルＵ１−２、コイルＵ２−２の巻き方向は反時計回りである。コイルＵ２−１の巻き始めと、コイル１−１の巻き終わりと、コイルＵ２−２の巻き終わりは、端子４に接続される。

Ｖ相のコイルは、コイルＶ１−１、コイルＶ２−１、コイルＶ１−２、コイルＶ２−２で構成される。二相目のＶ相は、左から５番目のティース１ａにコイルＶ１−１が形成される。コイルＶ２−１は、左から２番目のティース１ａに形成される。コイルＶ１−２は、左から８番目のティース１ａに形成される。コイルＶ２−２は、左から１１番目のティース１ａに形成される。Ｕ相と同様に、コイルＶ１−１、コイルＶ２−１の巻き方向は時計回りであり、コイルＶ１−２、コイルＶ２−２の巻き方向は反時計回りである。コイルＶ２−１の巻き始めと、コイルＶ１−１の巻き終わりと、コイルＶ２−２の巻き終わりは、端子４に接続される。

Ｗ相のコイルは、コイルＷ１−１、コイルＷ２−１、コイルＷ１−２、コイルＷ２−２で構成される。三相目のＷ相は、左から６番目のティース１ａにコイルＷ１−１が形成される。コイルＷ２−１は、左から３番目のティース１ａに形成される。コイルＷ１−２は、左から９番目のティース１ａに形成される。コイルＷ２−２は、左から１２番目のティース１ａに形成される。Ｕ相、Ｖ相と同様に、コイルＷ１−１、コイルＷ２−１の巻き方向は時計回りであり、コイルＷ１−２、コイルＷ２−２の巻き方向は反時計回りである。コイルＷ２−１の巻き始めと、コイルＷ１−１の巻き終わりと、コイルＷ２−２の巻き終わりは、端子４に接続される。

そして、固定子１００の固定子巻線は、Ｙ−Ｙに結線される。すなわち、Ｕ相のコイルＵ１−１とコイルＵ２−１が直列に接続され、コイルＵ１−２とコイルＵ２−２とが直列に接続された状態で、コイルＵ１−１とコイルＵ２−１との組み合わせ、コイルＵ１−２とコイルＵ２−２との組み合わせが並列に接続される。
また、Ｖ相のコイルＶ１−１とコイルＶ２−１とが直列に接続され、コイルＶ１−２とコイルＶ２−２とが直列に接続された状態で、コイルＶ１−１とコイルＶ２−１との組み合わせ、コイルＶ１−２とコイルＶ２−２との組み合わせが並列に接続される。
さらに、Ｗ相のコイルＷ１−１とコイルＷ２−１とが直列に接続され、コイルＷ１−２とコイルＷ２−２とが直列に接続された状態で、コイルＷ１−１とコイルＷ２−１との組み合わせ、コイルＷ１−２とコイルＷ２−２との組み合わせが並列に接続される。
なお、同相間の間は、渡り線２ｂで接続されている。

Ｕ相は左から１番目のティース１ａに組み込まれた端子４に接続した後、コイルＵ１−２、コイルＵ１−１、コイルＵ２−１、コイルＵ２−２の順番にマグネットワイヤー２ａを接続せずに接続されている。
また、Ｖ相は左から２番目のティース１ａに組み込まれた端子４に接続した後、コイルＶ１−２、コイルＶ１−１、コイルＶ２−１、コイルＶ２−２の順番にマグネットワイヤー２ａを接続せずに接続されている。
さらに、Ｗ相は左から３番目のティース１ａに組み込まれた端子４に接続した後、コイルＷ１−２、コイルＷ１−１、コイルＷ２−１、コイルＷ２−２の順番にマグネットワイヤー２ａを接続せずに接続されている。

そして、Ｕ相では、コイルＵ１−１に巻線した後、端子４に巻線２の端部側となるマグネットワイヤー２ａを引っ掛けてからコイルＵ２−１に巻線を行っている。
また、Ｖ相では、コイルＶ１−１に巻線した後、端子４に巻線２の端部側となるマグネットワイヤー２ａを引っ掛けてからコイルＶ２−１に巻線を行っている。
さらに、Ｗ相では、コイルＷ１−１に巻線した後、端子４に巻線２の端部側となるマグネットワイヤー２ａを引っ掛けてからコイルＷ２−１に巻線を行っている。

つまり、固定子１００では、巻線２の端部側となるマグネットワイヤー２ａを端子４に引っ掛けてから、この状態で、もう一度巻線２にマグネットワイヤー２ａを巻き付けてマグネットワイヤー２ａの張力を確保、維持している。また、固定子１００では、巻線２の端部側となるマグネットワイヤー２ａを、被覆した状態（被覆線剥離を実施していない状態）で、端子４に引っ掛けるようにしている。

図４に示すように、固定子１００では、それぞれ端子４に巻線２の端部となるマグネットワイヤー２ａを引っ掛けた後に、マグネットワイヤー２ａをコイルに１回転巻き回すようになっている。こうすることで、マグネットワイヤー２ａの張力を確保、維持することができ、コイル状に巻かれているマグネットワイヤー２ａをほどけなくすることが可能になる。その結果、コイルがほどけることによって発生してしまうマグネットワイヤー２ａと固定子鉄心１との接触を防ぐことができる。また、こうすることによって、同相間の渡り線２ｂを切断、再接続することなく、連続で巻線２を引き回すことが可能になる。

以上のようにすることで、固定子１００は、端子４に掛かる張力を維持し、コイル状に巻かれている巻線２がほどけないように製作することで、巻線２と固定子鉄心１との絶縁状態を確保することができ、高品質なものとなる。
なお、本発明の実施の形態として、三相のＹ−Ｙ結線で接続された巻線２を備えた固定子１００を例に挙げて説明したが、これに限定するものではなく、例えばシングルＹ結線で接続された巻線を備えた固定子であっても、同様に適用することができる。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係る送風機用電動機３００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３００について説明する。この送風機用電動機３００は、実施の形態１に係る固定子１００を備えたものである。

図５に示すように、送風機用電動機３００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（基板）等を備えている。送風機用電動機３００は、固定子１００に外部と接続される結線部品４１とを組み付け、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等の部品を組み付けて製作されている。よって、送風機用電動機３００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６は、本発明の実施の形態３に係る空気調和機４００を説明するための説明図である。図６に基づいて、空気調和機４００について説明する。この空気調和機４００は、実施の形態２に係る送風機用電動機３００が搭載されたものである。

図６に示すように、空気調和機４００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３００を搭載することで、品質の向上が図れる。

１ 固定子鉄心、１ａ ティース、２ 巻線、２ａ マグネットワイヤー、２ｂ 渡り線、３ 絶縁部、４ 端子、４ａ 曲げ部、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、６３ 固定子鉄心突合せ部、６４ 溶接部、１００ 固定子、３００ 送風機用電動機、４００ 空気調和機。

Claims (5)

1. 複数のティースを有する固定子鉄心と、
   前記固定子鉄心の前記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集中巻線方式により施される巻線と、
   前記絶縁部に設けられ、前記ティースとは反対側へ折り返された曲げ部が形成されている端子と、を備え、
   前記巻線のマグネットワイヤーは、
   前記端子の前記曲げ部に引っ掛けられた状態で、前記ティースに更に巻き回されている
   ことを特徴とする電動機の固定子。
2. 前記マグネットワイヤーは、
   被覆した状態で前記端子の前記曲げ部に引っ掛けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動機の固定子。
3. 前記巻線を三相のＹ−Ｙ結線で接続し、
   前記端子を各相の中間点に設けた
   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. 請求項１〜３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。
5. 請求項４に記載の電動機を搭載した
   ことを特徴とする空気調和機。

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