JP6843271B2 - 電動機及び空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、電動機に関し、特に固定子の構造、及びその電動機を搭載した空気調和機に関する。

従来、電動機の固定子は、固定子の一方の軸方向端部に、電子部品が実装される基板が組み付けられている。電動機の固定子は、所定の形状に形成された電磁鋼板を所定枚数積層して構成され、複数のティースを有する固定子鉄心と、固定子鉄心に施される絶縁部とにより構成される。また、固定子の絶縁部が施された前記複数のティースには、巻線が巻き回されて、コイルを形成している。基板は、固定子の軸方向の一方の端面に固定されている（例えば、特許文献１〜３を参照）。基板は、固定子から突出している電源端子と接続され、固定子に設けられている基板取り付けピンに固定されて固定子と一体化されている。基板取り付けピンは、固定子の各ティースに施された絶縁部の外壁のうち電源端子が設けられている外壁とその近傍のティースの外壁とに設置されており、基板の縁部を固定している（例えば、特許文献３参照）。

特開平０８−１０７６６１号公報 特開平０６−１７８４８４号公報 特開２０１２−１００４２１号公報

特許文献１及び特許文献２の電動機においては、固定子の一方の端部に固定子とほぼ同じ大きさの外形の基板が取り付けられている。この場合、固定子を樹脂成形する際に、金型に設けられたピンと固定子の端面で基板を支持するため安定して基板を保持しつつ固定子の樹脂成形を行えるが、基板の外形が大きく、基板にかかるコストが高いという課題があった。

特許文献３の電動機においては、基板の外形は、特許文献１及び特許文献２の電動機と比較して小さくすることができる。しかし、電動機の外郭を大きくすることなく、固定子鉄心１の内径、及び、外径を可能な限り大きくして、電動機の効率を可能な限り高くするにあたり、固定子に設けられた基板取り付けピンの位置も固定子の外周方向に移動する。そのため、固定子が大きくなることに伴って、基板の外周部が大きくなるという課題があった。

つまり、従来の固定子は、固定子が直線状に展開された状態において、最も端のティースから３つめまでのティースの外壁に電源端子がそれぞれ設けられている。また、１本の基板固定ピンは、最も端のティースの外壁に基板固定ピンが設けられ、基板を固定する残りの２本の基板固定ピンは、電源端子が設けられていないティースの外壁に設けられている。そのため、固定子鉄心の外径が大きくなると基板固定ピン同士の間隔が拡がり、あわせて取り付けられる基板の外形が大きくなるため、基板に実装される回路は同じであるにも拘わらず、基板のコストが上がってしまうという課題があった。

本発明は、基板サイズを抑えつつ、基板を固定子に安定的に固定できる固定子を備えた電動機及びその電動機を搭載した空気調和機を提供することを目的とする。

本発明の電動機は、電子部品が実装される基板が軸方向の一方の端部に組み付けられる固定子を備え、前記固定子は、電磁鋼板を積層して構成され、複数のティースを有する固定子鉄心と、前記固定子鉄心に施された絶縁部と、前記絶縁部が施された前記ティースに巻回される巻線と、を備え、前記ティース毎に施された前記絶縁部には、前記固定子鉄心のコアバックに設けられた外壁を備え、前記固定子が直線状に展開された状態において、複数の前記ティースのうち最も端に位置する前記ティースを第１ティースとし、前記第１ティースに隣合う前記ティースを第２ティースとして順次隣合う前記ティースを名付けた場合に、前記第１ティース、第３ティース、及び第５ティースの各前記外壁は、前記基板を取り付ける基板取付けピンを備え、前記第１ティース及び第３ティースの前記外壁は、前記巻線に電力を供給する電源端子を備える。

本発明によれば、固定子の外径が大きくなっても基板の外形を大きくする必要がないため、基板にかかるコストを低減できる。また、基板固定ピンの位置も固定子の各ティース間に渡す巻線を阻害することがなく、配線も従来と同等に行うことができる。

実施の形態１に係る電動機の断面図である。 実施の形態１に係るモールド固定子の平面図である。 図２のモールド固定子の反対側の端面を示す平面図である。 図２及び図３のモールド固定子の内部構造の説明図である。 実施の形態１の回転子の断面構造の説明図である。 実施の形態１の回転子樹脂組立の平面図である。 実施の形態１に係る電動機の固定子組立を基板側から見た斜視図である。 実施の形態１に係る電動機の固定子に基板を取り付ける直前の状態を示す斜視図である。 図８の固定子を展開した状態の斜視図である。 図９の固定子の固定子鉄心に絶縁部を施し端子を取り付けた状態を示す平面図である。 実施の形態１に係る固定子の固定子鉄心（帯状）の平面図である。 実施の形態１に係る電動機の固定子の１相目のマグネットワイヤの引き回し図である。 実施の形態１に係る電動機の固定子の２相目のマグネットワイヤの引き回し図である。 実施の形態１に係る電動機の固定子の３相目のマグネットワイヤの引き回し図である。 図７の固定子組立の基板単体の平面図である。 板材から切り離される前の基板を示す平面図である。 実施の形態１に係る回転子の回転子マグネットの成形直後の構造を示す説明図である。 図１７の回転子マグネットからランナを外した状態の構造を示す説明図である。 実施の形態１に係る電動機を備える空気調和機の概略図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る電動機１００の断面図である。図１に示すように、電動機１００は、モールド固定子２００と、回転子１２０と、モールド固定子２００の軸方向一端部（開口部側）に取り付けられる金属製のブラケット１３０とを備える。

電動機１００は、例えば、回転子１２０に永久磁石を有し、インバータで駆動されるブラシレスＤＣモータである。

図２は、実施の形態１に係るモールド固定子２００の平面図である。図３は、図２のモールド固定子２００の反対側の端面を示す平面図である。図４は、図２及び図３のモールド固定子２００の内部構造の説明図である。図４は、図２のＡ−Ａ断面を表している。

モールド固定子２００は、後述する固定子組立３００をモールド樹脂２５０（熱硬化性樹脂）で一体に成形したものである。モールド固定子２００は、軸方向一端部（図４の上側）が開口していて、回転子１２０が挿入される開口部２１２が形成されている。

モールド固定子２００の軸方向他端部（図４の下側）には、回転子１２０のシャフト１２３の径より若干大きい孔２１１が開けられている。

モールド固定子２００は、基板９０（後述する）等が取り付けられ、強度的に弱い部品を含む固定子組立３００（後述する）を一体に成形するため低圧成形が望ましい。そこで、成形樹脂には不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂が用いられる。

モールド固定子２００のモールド樹脂２５０（熱硬化性樹脂）によるモールド成形時の軸方向の位置決めは、図２に示される様に固定子４００の外周付近に設けられる絶縁部３の複数個の金型押さえ部３ａが、上型及び下型の金型に押えられることでなされる。径方向の位置決めは、固定子鉄心１の内周面が金型心金部に嵌合することでなされる。そのため、モールド固定子２００の内周部に、固定子鉄心１のティース１ａの先端部１ａ−１が露出している。固定子４００の絶縁部３、固定子鉄心１については後述する。

後述する基板９０は固定子４００に固定されているが、成形圧力により変形する可能性があるので、モールド樹脂２５０を成形する際の上型に設けた複数の基板押さえ突起（図示せず）で基板９０を押さえ、変形を抑制する。そのため、モールド固定子２００の基板９０側の軸方向端面に、複数個の凹部２１５が表出する。また、基板９０の径方向の位置ずれが起こる可能性があるので、固定子鉄心１の内周部が嵌合する金型心金部に設けた基板位置決め突起（図示せず）を設置し、さらに図３及び図４に示される基板９０の内周側の縁部９５の円弧９３を嵌合させ、基板９０の径方向の位置ずれ抑制する。そのため、図４に示すモールド固定子２００の開口部２１２の凹形状２１４に、基板位置決め突起に押さえられた基板９０の一部が露出する。なお、基板位置決め突起は、実施の形態１では略９０度ごと４個としたので、実施の形態１の１８０度より大きくした内周側の円弧９３に、基板位置決め突起が確実に３点で嵌合するので、安定した径方向の位置決めがなされ、品質が確保される。また、基板９０の内周側の円弧９３に、基板位置決め突起が４点で嵌合し安定した径方向の位置決めがなされるため、モールド固定子２００の品質が確保される。

図５は、実施の形態１の回転子１２０の断面構造の説明図である。回転子１２０は、回転子樹脂組立１２０−１と、負荷側転がり軸受け１２１ａと、反負荷側転がり軸受け１２１ｂとを備える。

また、回転子樹脂組立１２０−１は、ローレット１２３ａが施されたシャフト１２３、リング状の回転子１２０の回転子マグネット１２２、及びこれらを一体成形する樹脂部１２４で構成される。なお、図５に示される回転子樹脂組立１２０−１は、一例であり、この形態のみに限定されるものではない。

図６は、実施の形態１の回転子樹脂組立１２０−１の平面図である。回転子樹脂組立１２０−１は、リング状の回転子マグネット１２２と、シャフト１２３とを、縦型成形機により射出された樹脂部１２４で一体化する。このとき、樹脂部１２４は、シャフト１２３を中心として半径方向に放射状に形成され軸方向に延びる複数のリブ１２４ｊを有する。リブ１２４ｊは、シャフト１２３の外周に形成された円筒部１２４ｇと、回転子マグネット１２２のすぐ内側に形成された円筒部１２４ａとを連結する。リブ１２４ｊ間には、軸方向に貫通した空洞１２４ｋが形成される。

シャフト１２３の反負荷側（図５で上側）には、反負荷側転がり軸受け１２１ｂが取り付けられる。シャフト１２３への負荷側転がり軸受け１２１ａ及び反負荷側転がり軸受け１２１ｂの取り付けは、一般的には圧入により行われる。また、ファン等が取り付けられるシャフト１２３の負荷側（図５で下側）には、負荷側転がり軸受け１２１ａが取り付けられる。負荷側転がり軸受け１２１ａ及び反負荷側転がり軸受け１２１ｂは、例えば転がり軸受けである。

図７は、実施の形態１に係る電動機１００の固定子組立３００を基板９０側から見た斜視図である。図７に示すように、リード線口出し部品８０が組付けられたリード線６１が半田付けされ、電子部品を実装した基板９０が、３本の基板取付けピン７０により固定子４００に組み付けられ、固定子組立３００が形成される。図７には、３個の電源端子４が基板９０を貫通して外側に突出している。電源端子４は、固定子４００の巻線であるマグネットワイヤ２に電力を供給するものである。また、１個の中性点端子５が結線側絶縁部３ｂの外壁７１に挿入されている。なお、固定子鉄心１に施された絶縁部３の、基板が組付けられる側であって、固定子鉄心１の一方の端面より外側の絶縁部を結線側絶縁部３ｂと呼ぶ。また、固定子鉄心１の他方の端面より外側の絶縁部を反結線側絶縁部３ｃと呼ぶ。

図８は、実施の形態１に係る電動機１００の固定子４００に基板９０を取り付ける直前の状態を示す斜視図である。図８に示すように、固定子４００の結線側絶縁部３ｂの外壁７１に設けた基板取付けピン７０、電源端子４を、基板９０に設けたそれぞれに対応した固定子取付け穴９１、端子穴９８に挿入できるよう固定子４００と基板９０の位置を決める。

基板取付けピン７０に設けた基板設置面７０ａに基板９０が当接するよう組付け、基板９０から突出した基板取付けピン７０を熱融着等で変形させ、基板９０を固定する。

２つの電源端子４（図８の右側の２つ）の間に、１つの基板取付けピン７０が配置され、リード線口出し部品８０の両側に２つの基板取付けピン７０が配置される構成であるため、３点で基板９０が固定子４００に固定され、基板９０の取り付けの品質が確保できる。

図８を用いて固定子４００の構成について説明する。図８の固定子４００は、１２スロット／８極の電動機１００のものである。この電動機１００の固定子４００は、以下に示す点に特徴がある。
（１）固定子鉄心１のスロット数が１２（固定子鉄心１は、１２個のティース１ａを有する）。
（２）巻線は、三相のシングルＹ結線で、極数は８極である。巻線は、１２個のティース１ａのそれぞれに巻回される集中巻方式である。
（３）固定子鉄心１は、厚さが０．１〜０．７ｍｍ程度の電磁鋼板を帯状に打ち抜き、これらをかしめ、溶接、接着等で積層して形成される。帯状の固定子鉄心１（後述する）は、１２個のティース１ａを有する。
（４）帯状の固定子鉄心１に、巻線と固定子鉄心１との間の絶縁となる絶縁部３が施される。絶縁部３は、例えば、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等の熱可塑性樹脂を用いて、固定子鉄心１と一体に成形される。但し、絶縁部３を成形後、ティース１ａに組付けてもよい。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。絶縁部３は、ティース１ａ毎に設けられる。従って、ここでは、１２個の絶縁部３を備えることになる。
（５）帯状の固定子鉄心１に絶縁部３を施したら、次に結線側絶縁部３ｂの所定の箇所に、３個の電源端子４と、１個の中性点端子５を挿入する。
（６）１相目と２相目を連続して巻線する。つまり、渡り線２ａ、２ｂを切断しない。
（７）３相目を巻線する。３相目は、１相目と２相目とは異なる別のマグネットワイヤ２によりコイルが形成される。
（８）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曲げる。固定子鉄心１は、所定の方向に曲げられて略ドーナツ状となる。
（９）固定子鉄心１の固定子鉄心突合せ部１ｄを溶接して固定する。

図９は、図８の固定子４００を展開した状態の斜視図である。図９に示す固定子４００は、固定子鉄心１を直線状に展開した状態で巻線を完了した状態を示している。そして、固定子４００を結線側の斜め上方から見ている図である。但し、巻線として用いるマグネットワイヤ２の巻き始め端末、巻き終わり端末、渡り線等は、図示していない。

固定子鉄心１に一体成形された結線側絶縁部３ｂの外壁７１、つまり図９の上側の所定の箇所に、３個の電源端子４が挿入されている。

また、固定子鉄心１に一体成形された結線側絶縁部３ｂの外壁７１、つまり図９の上側の所定の箇所に、１個の中性点端子５が挿入されている。

さらに、結線側絶縁部３ｂの外壁７１に、各相の渡り線を、固定子鉄心１の軸方向端面からの高さを所定の位置に保持する突起８を備える。

図１０は、図９の固定子４００の固定子鉄心１に絶縁部３を施し端子を取り付けた状態を示す平面図である。図１０に示すように、帯状の固定子鉄心１に一体成形により絶縁部３を形成する。但し、絶縁部３は、固定子鉄心１と一体成形でなくてもよい。例えば、別部品の絶縁部３を各ティース１ａに軸方向の両側から挿入する形態も可能である。なお、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の各ティース１ａの断面を示しており、一例として図１０（ａ）のＢ−Ｂ断面を示している。

絶縁部３が一体成形により形成された帯状の固定子鉄心１に、３個の電源端子４と、１個の中性点端子５とを結線側絶縁部３ｂに取り付ける。３個の電源端子４と１個の中性点端子５の位置については詳細は後述するが、図１０において、３個の電源端子４は、左から１番目〜３番目のティース１ａの結線側絶縁部３ｂに設けられる。また、１個の中性点端子５は、図１０において、右から２番目のティース１ａの結線側絶縁部３ｂの外壁７１に設けられる。なお、図１０の展開状態の固定子４００の最も左の端にある固定子鉄心１のティース１ａは第１ティースとも称し、その隣にあるティース１ａが第２ティース、その隣のティース１ａを第３ティースと、順次隣合うティース１ａに番号づけして名付ける。図１０においては、図の下側に＃１〜＃１２までの番号が振られている。後述する図においても適宜同じように各ティース１ａに番号を振って表すものとする。以下、「〜番目のティース１ａ」と記載された場合、図１０のように固定子４００を展開した状態で左から数えて「〜番目」であることを意味する。

図１１は、実施の形態１に係る固定子４００の固定子鉄心１（帯状）の平面図である。図１１を参照しながら帯状の固定子鉄心１の構成を説明する。実施の形態１における電動機１００の固定子４００は、１２スロットであるから、ティース１ａも１２個である。

帯状の固定子鉄心１は、厚さが０．１〜０．７ｍｍ程度の電磁鋼板が帯状に打抜かれて成形され、かしめ、溶接、接着等で積層される。

各ティース１ａの形状は、平面視で略Ｔ字である。ティース１ａは、コアバック１ｂから略垂直に延びている。

ティース１ａの先端部１ａ−１（コアバック１ｂの反対側）は、正面視で略四角形である。ティース１ａの先端部１ａ−１は、固定子鉄心１に絶縁部３を一体成形した後も露出している。電動機１００において、回転子１２０と固定子４００との間は、径方向に１ｍｍ以下の空隙とする必要がある。そのため、ティース１ａの先端部１ａ−１が形成する円筒面より内側には絶縁部３を設けない。

隣接するティース１ａは、コアバック１ｂが薄肉連結部１ｃで連結されている。そのため、帯状の固定子鉄心１は、図１１において紙面に水平な方向に逆曲げ、つまりコアバック１ｂ側に曲げたり、正曲げ、つまりティース１ａの先端側に曲げるのを自在に行うことができる。

図１０に示す固定子４００及び図１１に示す固定子鉄心１の両端部が固定子鉄心突合せ部１ｄとなっている。帯状の固定子鉄心１における両端のティース１ａのコアバック１ｂの外側の端面である固定子鉄心突合せ部１ｄ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、溶接して固定する際に互いに当接する。

図１２は、実施の形態１に係る電動機１００の固定子４００に１相目のマグネットワイヤの引き回し図である。図１２の引き回し図により、１相目の固定子巻線の結線方法を説明する。固定子４００は、１相目、２相目、及び３相目の各コイルが形成されるが、１相目をＵ相、２相目をＶ相、３相目をＷ相と呼ぶことにする。

１相目は、左から３番目のティース１ａに最初のコイルＵ１が形成される。１相目の巻線は、まず左から３番目のティース１ａの結線側絶縁部３ｂの外壁７１に組付けた電源端子４のフックに引き掛けられる。左から３番目のティース１ａの結線側絶縁部３ｂの外壁７１に組み付けられた電源端子４は、ティース１ａの中心近傍に位置している。

１相目の最初のコイルＵ１は、３番目のティース１ａに施された絶縁部３に、反時計回りにマグネットワイヤ２を所定の回数巻きつけて形成される。コイルＵ１を形成し終わったマグネットワイヤ２は切断されることなく、結線側絶縁部３ｂの外壁７１に設けられた出口開口部１１より引き出され、外壁７１の外側に引き回される。ここで、結線側絶縁部３ｂの外壁７１には、ティース１ａの先端側、即ち図１２（ｂ）で表される方向から見て、電源端子４の右側に出口開口部１１を備える。出口開口部１１の右側には、基板９０に設けられている固定子取付け穴９１が嵌め合わされる八角柱状の基板取付けピン７０が、設けられている。基板取付けピン７０は、絶縁部３の外壁７１の内面近傍に位置し、基板設置面７０ａより固定子４００の軸方向に突出している。

なお、基板設置面７０ａの幅については、基板９０が安定して設置される最小幅とすることで、コイルＵ１からマグネットワイヤ２を引き出す位置を、絶縁部３の外壁７１の側面に近づけることができる。そのように構成することで、外壁７１の外側にマグネットワイヤ２を引き回す際のマグネットワイヤ２の高さ方向の位置を低くすることができる。また、コイルＵ１のコイルエンド２０は、コイルＵ１の最も外側の部分であるが、その高さはティース１ａの中心線上が最も高い。そして、コイルエンド２０は、ティース１ａの中心線から外側になればなるほど漸次低くなる。そのため、コイルＵ１の巻き終わり部分からの引き回しが容易となることから製造上の品質の向上が図れる。

また、出口開口部１１の側面を八角柱状の基板取付けピン７０の１つの面７０ｂに合わせて、出口開口部１１を構成する側壁１１ｂを外壁７１の内側に向かって漸次広がるように形成することで、マグネットワイヤ２を外壁７１の外側に導出する際にガイドとなる。言い換えると、出口開口部１１の側壁１１ｂは、八角柱状の基板取付けピン７０の１つの側面を延長した面である。また、マグネットワイヤ２がコイルＵ１から外壁７１の外側に引き回される際に、側壁１１ｂに沿って引き出されることにより、マグネットワイヤ２の屈曲する角度を小さくすることができる。

さらに、出口開口部１１が外壁７１の側面７２に近くなることで、コイルＵ１のコイルエンド２０高さの低い位置からのマグネットワイヤ２引出しが可能となり、引き回しが容易となる。特に１相目のマグネットワイヤ２に関しては、コイル間の渡り線２ａが、絶縁部３が施された固定子鉄心１の結線側の端面に最も近い位置を引き回すため、マグネットワイヤ２の引き回しの角度が小さくすることが可能となる。また、マグネットワイヤ２をコイルエンド２０高さの低い位置から引出しするため、引き回しが容易になるため製造上の品質の向上が図れる。

ここで、コイル間を結ぶマグネットワイヤ２を渡り線２ａ、２ｂ、２ｃと呼ぶ。渡り線２ａ、２ｂ、２ｃは、固定子鉄心１の絶縁部３の外壁７１を軸方向に３段に分けて引き回される。固定子鉄心１の結線側の端面に最も近い段の渡り線２ａが１相目のコイル間を結ぶ。次に固定子鉄心１の結線側の端面に近い渡り線２ｂが２相目のコイル間を結ぶ。固定子鉄心１の結線側の端面に最も遠い渡り線が３相目のコイル間を結ぶ。なお、各相の渡り線２ａ、２ｂ、２ｃは、結線側絶縁部３ｂの外壁７１の外側に位置する。図９等に示されている様に、外壁７１には渡り線２ａ、２ｂ、２ｃの位置を規制する突起７３が設置されており、各相の渡り線２ａ、２ｂ、２ｃ同士の接触を防止し、製品の品質の向上を図っている。

１相目のコイルＵ１を巻き終わったマグネットワイヤ２は、３番目のティース１ａの外壁７１の外側に引き回され、４番目のティース１ａの結線側絶縁部３ｂの外壁７１に設けられた１相目渡り線絡げピン１２ａに絡げられる。この１相目渡り線絡げピン１２ａは、４番目のティース１ａの結線側絶縁部３ｂの外壁７１において、最も右側の端部、つまり５番目のティース１ａ寄りの端部に設けられている。また、１相目渡り線絡げピン１２ａは、外壁７１の内側面から離した位置に設置されることにより、絡げたマグネットワイヤ２が３相目のコイルＷ２の巻線時に干渉するのを回避することができる。

１相目の渡り線２ａは１相目渡り線絡げピン１２ａに絡げられた後、６番目のティース１ａの結線側絶縁部３ｂの外壁７１に形成された入口開口部１３を通り、ティース１ａに施された絶縁部３に反時計回りに所定数巻き付けられて１相目の２個目のコイルＵ２を形成する。つまり、ティース１ａにコイルを巻き終えた後、マグネットワイヤ２は、コイルが巻かれたティース１ａの隣のティース１ａの外壁７１の１相目渡り線絡げピン１２に絡げられる。そして、１相目のコイルは、前のコイルに対し２つのティース１ａを飛ばした次のティース１ａに形成される。

コイルＵ２を巻き終えた後、コイルＵ１及びコイルＵ２と同様に、１相目の３個目のコイルＵ３が９番目のティース１ａに、４個目のコイルＵ４が１２番目のティース１ａに形成される。１相目の四個目のコイルＵ４が巻き終えた後、マグネットワイヤ２は、１２番目のティース１ａの結線側絶縁部３ｂの外壁７１に設けられた出口開口部１５より外壁７１の外側に引き出され１相目の巻終りとなる。１相目の巻き終わりとなったマグネットワイヤ２は、切断されることなく１１番目のティース１ａの結線側絶縁部３ｂの外壁７１の１２番目のティース１ａ寄りの端部に設けられた絡げピン１２ａに絡げられて、その後中性点端子５の右側フックに引き掛けられる。なお、１２番目のティース１ａから１１番目のティース１ａへの渡り線２ａについては、固定子鉄心１から遠い位置にある外壁７１の結線側の上端部寄りの位置を渡るため中性点端子５のフックに近い。そのため、マグネットワイヤ２の中性点端子５のフックへの引き掛けが容易となり、製造上の品質の向上が図れる。

図１３は、実施の形態１に係る電動機１００の固定子４００に２相目のマグネットワイヤの引き回し図である。図１３の引き回し図により、２相目の固定子巻線の結線方法を説明する。

１相目の巻き終わりにおいて中性点端子５のフックに引き掛けられたマグネットワイヤ２は２相目の巻始めとなる。つまり、中性点端子５のフックに引きかけられたマグネットワイヤ２は、絶縁部３が施された１１番目のティース１ａに時計方向に巻き付けられて２相目の最初のコイルＶ４を形成する。コイルＶ４が巻き終わった後のマグネットワイヤ２は、１１番目のティース１ａの絶縁部３の外壁７１の結線側絶縁部３ｂに設けられた出口開口部１４より外壁７１の外側に引き出される。そして、引き出されたマグネットワイヤ２は、１０番目のティース１ａの結線側絶縁部３ｂの外壁７１の９番目のティース１ａ寄りに設けられた絡げピン１２ｂに絡げられる。１０番目のティース１ａの絡げピン１２ｂに絡げられた渡り線２ｂは、８番目のティース１ａの外壁７１の９番目のティース１ａ寄りに設けられた入口開口部１３まで引き回される。８番目のティース１ａの外壁７１の入口開口部１３に引き回されたマグネットワイヤ２は、絶縁部３が施された９番目のティース１ａに時計回りに所定数巻き付けられ、２相目の２個目のコイルＶ３が形成される。

コイルＶ３を巻き終えた後、コイルＶ４及びコイルＶ３と同様に、２相目の３個目のコイルＶ２が５番目のティース１ａに、４個目のコイルＶ１が２番目のティース１ａに形成される。２相目の４個目のコイルＶ１が巻き終えた後、マグネットワイヤ２は、２番目のティース１ａの結線側絶縁部３ｂの外壁７１の入口開口部１３の左側に備える折り返しピン１６に引き掛けた後に、電源端子４に備えるフックに引き掛けられる。そして、２番目のティース１ａの絶縁部３の外壁７１に備える電源端子４の左側に設けられている捨て絡げピン１７に巻き付けた後に切断されて、２相目コイルが巻き終わる。

図１４は、実施の形態１に係る電動機１００の固定子４００に３相目のマグネットワイヤの引き回し図である。図１４の引き回し図により、３相目の固定子巻線の結線方法を説明する。

３相目の巻線については、絶縁部３が施された１番目のティース１ａから最初のコイルＷ１が形成される。１相目の最初のコイルと同様な形態で３相目の最初のコイルＷ１が１番目のティース１ａに形成され、１番目のティース１ａの結線側絶縁部３ｂの外壁７１から引き出された渡り線２ｃが固定子鉄心１の結線側の端面から最も遠い位置を引き回される。そのため、出口開口部１１は他相の出口開口部１４に対して最も高い位置となるように形成されている。コイルＷ１から結線側絶縁部３ｂの外壁７１の外側に引き回されたマグネットワイヤ２は、２番目のティース１ａの結線側絶縁部３ｂの外壁７１の３番目のティース１ａ寄りに設けられた絡げピン１２ｃに絡げられる。絡げピン１２ｃに絡げられた後に、マグネットワイヤ２は、４番目のティース１ａの結線側絶縁部３ｂの外壁７１の入口開口部１３からティース１ａに引き込まれる。３相目のコイルが形成されるティース１ａの結線側絶縁部３ｂの外壁７１は、両隣のティース１ａ寄りの端部に他相の絡げピン１２ａを備える。そして、絡げピン１２ａのすぐ横に開口部が形成されている。また、開口部とは別に設けられた入口開口部１３及び出口開口部１４は、ティース１ａの中心寄りに形成されている。そして、３相目の入口開口部１３及び出口開口部１４は、他相のコイルが形成されるティース１ａの外壁７１に形成される入口開口部１３及び出口開口部１４よりも高い位置に渡り線２ｃが引き出されるようになっている。つまり、３相目のコイルＷ１〜Ｗ４が形成される入口開口部１３及び出口開口部１１、１４の下端は、１相目のコイルＵ１〜Ｕ４及び２相目のコイルＶ１〜Ｖ４が形成されるティース１ａの外壁７１に形成された入口開口部１３及び出口開口部１１、１４よりも高い位置に形成されている。

３相目の２個目のコイルＷ２は、最初のコイルＷ１と同様に反時計回りに４番目のティース１ａ巻き付けられて形成される。２個目のコイルＷ２を形成し終わったマグネットワイヤ２は、４番目のティース１ａの結線側絶縁部３ｂの外壁７１の結線側に備えた出口開口部１４より、外壁７１の外側に引き回される。３相目の２個目のコイルＷ２と同様に、３相目の３個目のコイルＷ３は７番目のティース１ａに、４個目のコイルＷ４は１０番目のティース１ａにそれぞれ形成される。

３相目の４個目のコイルＷ４を形成した後に１０番目のティース１ａの結線側絶縁部３ｂの外壁７１に設けられた出口開口部１４より外壁７１の外側に引き回されたマグネットワイヤ２は、１１番目のティース１ａの絡げピン１２ｃに絡げられる。１１番目のティース１ａの絡げピン１２ｃは、１１番目のティース１ａの結線側絶縁部３ｂの外壁７１の最も１０番目のティース１ａ寄りに設けられている。絡げピン１２ｃに絡げられたマグネットワイヤ２は、中性点端子５のフックに引き掛けられる。中性点端子５のフックに引き掛けられるマグネットワイヤ２は、再度絡げピン１２ｃの上部に絡げられ、端末を切断して３相目の巻線が完了する。

巻線を完了した固定子４００は、各ティース１ａの先端側に丸く折り曲げられ、固定子鉄心突合せ部１ｄが溶接される。さらに、マグネットワイヤ２が引き掛けられた電源端子４のフックとマグネットワイヤ２とをヒュージング、又は半田を施すことで接合し、固定子４００が完成する。

図１５は、図７の固定子組立３００の基板９０単体の平面図である。図１６は、板材９００から切り離される前の基板９０を示す平面図である。
電動機１００の駆動回路を実装する単体の基板９０は、所定の寸法に切り出された板材９００から可能な限り多くの枚数が切り出せるように、板材９００に配置される。板材９００から可能な限り多くの枚数の基板９０を切り出すことにより、基板９０にかかるコストが最小となる。そのため、基板９０単体の横幅ｗと縦幅ｈとを小さく抑えて、所定の板材９００から切り出せる基板９０の枚数を増やすことが可能となる。よって、基板９０は、最外周に配置される端子穴９８及び固定子取付け穴９１について、可能な限り円周方向の小さい範囲に収めることが肝要となる。基板９０の最外周に３つずつ配置されている固定子取付け穴９１及び端子穴９８のうちの一方の端にある穴の１つは、固定子取付け穴９１ａになる。このように構成することにより、固定子取付け穴９１ａと固定子取付け穴９１ｂとの間にリード線６１のリード線口出し部品８０を配置することができる。また、基板９０の最外周に３つずつ配置されている固定子取付け穴９１及び端子穴９８のうちの他方の端にある穴の１つは、端子穴９８ｃにすること。端子穴９８ａと固定子取付け穴９１ｂとを可能な限り近づけることと、固定子取付け穴９１ｃを極力内側に配置すること、さらに、リード線口出し部品８０を挟む２つの固定子取付け穴９１ａ、９１ｂを可能な限り近づけることで、基板９０単体を小さくすることが可能となる。

上記のように基板９０単体を小さくするために、固定子４００は、１番目のティース１ａの結線側絶縁部３ｂの外壁７１の電源端子４の右側と、３番目のティース１ａの結線側絶縁部３ｂの外壁７１に設けられている電源端子４の右側に基板取付けピン７０を備える。そして、基板取付けピン７０は、結線側絶縁部３ｂの外壁７１の内周側に極力近づけて配置される。さらに、５番目のティース１ａの結線側絶縁部３ｂの外壁７１に備える基板取付けピン７０を可能な限り４番目のティース１ａ側に寄せ、外壁７１の内周側に極力近づける。このように構成されることにより、基板９０にリード線口出し部品８０を取り付け可能にしつつ、基板取付けピン７０の位置を可能な限り狭い範囲に配置しているため、基板９０の外形を小さくすることができる。

基板９０と固定子４００との取り付けを安定させるために、固定箇所を３点としているため、製品の品質の向上が図られている。なお、基板９０については、固定子４００が組付けられる固定子取付け穴９１ａ、９１ｂ、９１ｃと、電源端子４が嵌め合わされる端子穴９８ａ、９８ｂ、９８ｃと、リード線口出し部品取付け穴９２と、リード線端子穴９７と、リード線口出し部品８０が嵌め合わされる切欠き９４と、を備える。また、平面視において、分割された円板形状の基板９０単体の内周側の縁部９５は、端子穴９８ｃと固定子取付け穴９１ｃとが設置されている基板９０の外周側の縁部９６が有する円弧と同心円で、半径が外周側より小さい円弧となっている。基板９０の内周側の基板９０の縁部９５の円弧は、１８０°以上確保されている。このように構成されることにより、例えば、基板９０の製造時に自動機で搬送する際に、内周を径方向外側に張って把持することにより、安定した把持が可能になり、製造上の品質が向上する。

リード線口出し部品８０は、基板９０単体の切欠き９４に嵌められ、係り止め部８３を基板９０単体に掛け、リード線口出し部品８０の取付け足８１をリード線口出し部品取付け穴９２に係り止めて組付ける。その際に、リード線口出し部品８０のリード線６１の端子がリード線端子穴９７に挿入され、さらに、基板９０単体とリード線端子とを半田することにより接合される。リード線口出し部品８０が取り付けられた基板９０は、図７に示される様に固定子４００に組付けられる。固定子４００に組付けられた基板９０は、基板９０より突出した固定子４００の基板取付けピン７０を熱溶着、あるいは、超音波溶着を施して組付けられる。さらに、基板９０の端子穴９８より突出した電源端子４に半田を施して基板９０を組付けた固定子４００を得る。

基板９０を組付けた固定子４００は、金型に入れられ、ＢＭＣ（Bulk Molding Compound：不飽和ポリエステル）などの熱硬化性樹脂で成形されることで、モールド固定子２００を得る。この際に、反結線側絶縁部３ｃの外壁７１には、基板９０を組付けた固定子４００を金型に入れた際に、金型に接触する凸部が複数個形成されており、図４に示されている金型押さえ部３ａとなる。さらに、結線側絶縁部３ｂの外壁に備える凸部が、金型に形成された複数個の押えピンに押し当てられ、図４に示されている金型押さえ部３ａとなる。また、基板９０がモールド固定子２００の外郭側に向かって浮くことを防止する複数個の押えピンが、金型に形成されている。さらに、基板９０がモールド固定子２００の内側、つまり固定子４００側に沈むことを防止する基板支持部を金型に持たせている。このように構成されることにより、基板９０、及び固定子４００は、モールド固定子２００の成形の際の樹脂圧に負けることなく所定の位置を確保することが可能となり、製造上の品質が向上する。なお、外側の金型の押えピンは、モールド固定子２００の凹部２１５として表出し、内側の金型に設けられた基板設置部は、モールド固定子２００の凹形状２１４として表出する。

図１７は、実施の形態１に係る回転子１２０の回転子マグネット１２２の成形直後の構造を示す説明図である。図１８は、図１７の回転子マグネット１２２からランナを外した状態の構造を示す説明図である。プラスチックマグネットを成形して得る回転子マグネット１２２は、円筒状に形成されている。軸方向の一方の端面には、端面から軸方向外側に向かって凸となる、シャフト１２３と一体に成形された際にトルクを伝える複数の突起１２２ａと、各突起１２２ａの間に内周に向かうテーパ状に形成された切欠き１２２ｂを持つ。また、もう一方の端面には、基板９０に実装された回転検出センサにより検出されるセンサ検出部１２２ｃが設けられている。センサ検出部１２２ｃは、回転子マグネット１２２の他方の端面の内周側が軸方向に凸となって段差が形成された部分である。また、センサ検出部１２２ｃから外周側に向かって、円周方向等間隔に凸部１２２ｄが形成されている。凸部１２２ｄは、センサ検出部１２２ｃの外周から回転子マグネット１２２の最外周の近傍まで延びている。凸部１２２ｄは、シャフト１２３と回転子マグネット１２２とを熱可塑性樹脂で一体にしたときに、樹脂成形の際の位相を合わせるためのものである。

また、センサ検出部１２２ｃの内周面には、シャフト１２３と回転子マグネット１２２とを熱可塑性樹脂で一体に樹脂成形した際に、回転子マグネット１２２からシャフト１２３へトルクを伝える突起部１２２ｅが設けられている。突起部１２２ｅの回転子マグネット１２２の軸方向の端部は、センサ検出部１２２ｃの端面から所定の距離を空けて設置されている。このように構成されることにより、回転子マグネット１２２とシャフト１２３とが互いに軸方向に抜けないようになる。

また、回転子マグネット１２２の成形時には、内径の内側にリング状のリングランナ１２２ｆとリングランナ１２２ｆから放射状に延びる放射ランナ１２２ｇとが回転子マグネット１２２の内周に繋がる。リングランナ１２２ｆと放射ランナ１２２ｇとは、回転子マグネット１２２の本体にプラスチックマグネットを注入する経路となっている。リングランナ１２２ｆのセンサ検出部側の軸方向端面は平面で、ゲート口１２２ｈの面となる。ゲート口１２２ｈは、円周方向に等間隔に４箇所配置されている。回転子マグネット１２２が８極のため、ゲート口１２２ｈに対して２つの放射ランナ１２２ｇを配置して、回転子マグネット１２２の本体へ均等にプラスチックマグネットを注入する。リングランナ１２２ｆのセンサ検出部１２２ｃ側の端面を、回転子マグネット１２２の端面１２２ｉと合わせることで、放射ランナ１２２ｇがセンサ検出部１２２ｃに直接繋がらないため、成形時のプラスチックマグネットの流動の圧力損失を小さくすることができ、成形性が向上するため、製造上の品質の向上を図れる。なお、回転子マグネット１２２を成形する固定側の金型で回転子マグネット１２２の主だった形状を作るため、可動側の金型への成形品の取られを無くすることが可能であり、製造上の品質の向上が図られる。

回転子マグネット１２２の成形後に脱磁し、その後に回転子マグネット１２２の内径近傍で、放射ランナ１２２ｇを切断し、リングランナ１２２ｆも含めて回転子マグネット１２２本体から切除することにより、回転子マグネット１２２を得る。ここで、放射ランナ１２２ｇと、リングランナ１２２ｆとを粉砕して、回転子マグネット１２２への成形の際に使用することで、コストを低減することが可能となる。

電動機１００の回転子１２０は、回転子マグネット１２２と、シャフト１２３とを、ＰＢＴ等の熱可塑性樹脂で一体に成形することで得る。シャフト１２３の片方の端面から所定の長さは径が細く、例えば、線膨張係数が鉄に近い熱硬化性樹脂を成形して得たリング状の絶縁部品を嵌め合わせることで、軸受け１２１ａ、１２１ｂとシャフト１２３とを電気的に絶縁することを可能とする。また、この構成により軸受け１２１ａ、１２１ｂの電食を防止することが可能となり、製品の品質の向上が図れる。

回転子１２０は、絶縁部品を嵌め合わせたシャフト１２３と、回転子マグネット１２２とを、成形金型に挿入して成形される。回転子マグネット１２２を金型に挿入する際には、回転子マグネット１２２の端面に備える凸部１２２ｄが金型に嵌め込まれることにより円周方向の位置が決まる。また、金型が閉じられる際に、凸部１２２ｄが設けられている端面とは反対側の端面に備えるテーパ状の切欠き１２２ｂに金型が嵌め合わされる。回転子マグネット１２２のテーパ状の切欠き１２２ｂ及び切欠き１２２ｂに嵌め合わされる金型が、それぞれ、回転子マグネット１２２の外周、及び金型の回転子マグネット１２２の外周が嵌め合わされる部分に中心軸を合わせて製作される。そのため、回転子マグネット１２２とシャフト１２３とを調心することができるため、回転子１２０は製品の品質の向上が図られる。

図６に示される様に、熱可塑性樹脂で一体化される回転子１２０は、シャフト１２３の外周に形成される円筒部１２４ｇと、回転子マグネット１２２の内径に形成される円筒部１２４ａとが、複数のリブ１２４ｂにて繋がり一体化されている。実施の形態１においては、８極の回転子１２０であり、リブ数は４に設定されている。シャフト外周の円筒部１２４ｇには、径方向外側に凸となる樹脂注入部１２４ｄが配置されている。樹脂注入部１２４ｄは、円周方向の各リブ１２４ｂの間の中央に位置している。熱可塑性樹脂は樹脂注入部１２４ｄに注入された後に、シャフト外周側の円筒部１２４ｇを最初に形成し、リブ１２４ｂを通り回転子マグネット１２２の内径の円筒部１２４ａに至る。シャフト外周側の円筒部１２４ｇに最初に樹脂が注入されるため、回転子１２０はヒートショックに対して耐性が向上し、製品の品質が向上する。

また、回転子マグネット１２２と接合する円筒部１２４ａは、リブ１２４ｂ間の略中央に軸方向沿ってウェルドが形成される。ウェルドにおいて金型内の空気が抜けなければ焼けが発生して製品の不良となる。しかし、実施の形態１においては、回転子マグネット１２２のセンサ検出部１２２ｃの端面に配置されているエジェクタピン１２４ｃ（成形後に製品を金型から押し出すピン）をリブ１２４ｂ間の中央に配置し、かつ、回転子マグネットの内周側の円筒部１２４ａの端面にエジェクタピンの外径が掛かるように配置する。そして、エジェクタピンが接する端面と反対側の端面には金型で嵌め合わされた切欠き１２２ｂがある。そのため、金型内の空気を逃すことが可能となり、製造上の品質の向上が図れる。なお、円周方向において８つ形成されている回転子マグネット１２２の切欠き１２２ｂのうち半数は、回転子１２０の成形時に樹脂が充填され、回転子マグネット１２２からシャフト１２３に回転トルクを伝える部分となる。

実施の形態１の電動機１００は、図１に示される様に、モールド固定子２００に、軸受け１２１ａ、１２１ｂが組付けられた回転子１２０を設置し、軸受け１２１とブラケット１３０間に、図示しないバネワッシャを設置し、ブラケット１３０をモールド固定子２００に圧入して得られる。

図１９は、実施の形態１に係る電動機１００を備える空気調和機５００の概略図である。空気調和機５００は、室内機５０１と室外機５０２とを接続して構成されている。例えば室内機５０１には、実施の形態１で示す電動機１００で駆動される送風機５０４を有している。また、室外機５０２には、実施の形態１に係る電動機１００で駆動される送風機５０５を有している。実施の形態１に係る電動機１００のように低コストで品質の良い電動機を空気調和機用の主要部品である送風機５０４、５０５の一部として搭載することで、空気調和機５００の品質もまた向上が図れる。

１ 固定子鉄心、１ａ ティース、１ａ−１ 先端部、１ｂ コアバック、１ｃ 薄肉連結部、１ｄ 固定子鉄心突合せ部、２ マグネットワイヤ、２ａ 渡り線、２ｂ 渡り線、２ｃ 渡り線、３ 絶縁部、３ａ 金型押さえ部、３ｂ 結線側絶縁部、３ｃ 反結線側絶縁部、４ 電源端子、５ 中性点端子、８ 突起、１１ 出口開口部、１１ｂ 側壁、１２ ピン、１２ａ ピン、１２ｂ ピン、１２ｃ ピン、１３ 入口開口部、１４ 出口開口部、１５ 出口開口部、１６ 折り返しピン、１７ ピン、２０ コイルエンド、６１ リード線、７０ 基板取付けピン、７０ａ 基板設置面、７０ｂ 面、７１ 外壁、７２ 側面、７３ 突起、８０ リード線口出し部品、８１ 取付け足、８３ 係り止め部、９０ 基板、９１ 固定子取付け穴、９１ａ 固定子取付け穴、９１ｂ 固定子取付け穴、９１ｃ 固定子取付け穴、９２ リード線口出し部品取付け穴、９３ 円弧、９４ 切欠き、９５ 縁部、９６ 縁部、９７ リード線端子穴、９８ 端子穴、９８ａ 端子穴、９８ｂ 端子穴、９８ｃ 端子穴、１００ 電動機、１２０ 回転子、１２０−１ 回転子樹脂組立、１２１ 軸受け、１２１ａ 負荷側転がり軸受け、１２１ｂ 反負荷側転がり軸受け、１２２ 回転子マグネット、１２２ａ 突起、１２２ｂ 切欠き、１２２ｃ センサ検出部、１２２ｄ 凸部、１２２ｅ 突起部、１２２ｆ リングランナ、１２２ｇ 放射ランナ、１２２ｈ ゲート口、１２２ｉ 端面、１２３ シャフト、１２３ａ ローレット、１２４ 樹脂部、１２４ａ 円筒部、１２４ｂ リブ、１２４ｃ 樹脂注入部、１２４ｇ 円筒部、１２４ｊ リブ、１２４ｋ 空洞、１３０ ブラケット、２００ モールド固定子、２１１ 孔、２１２ 開口部、２１４ 凹形状、２１５ 凹部、２５０ モールド樹脂、３００ 固定子組立、４００ 固定子、５００ 空気調和機、５０１ 室内機、５０２ 室外機、５０５ 送風機、９００ 板材、Ｕ１ コイル、Ｕ２ コイル、Ｕ３ コイル、Ｕ４ コイル、Ｖ１ コイル、Ｖ２ コイル、Ｖ３ コイル、Ｖ４ コイル、Ｗ１ コイル、Ｗ２ コイル、Ｗ３ コイル、Ｗ４ コイル、Ｙ シングル、ｈ 縦幅、ｗ 横幅。

Claims (8)

1. 電子部品が実装される基板が軸方向の一方の端部に組み付けられる固定子を備え、
   前記固定子は、
   電磁鋼板を積層して構成され、複数のティースを有する固定子鉄心と、
   前記固定子鉄心に施された絶縁部と、
   前記絶縁部が施された前記ティースに巻回される巻線と、を備え、
   前記ティース毎に施された前記絶縁部には、
   前記固定子鉄心のコアバックに設けられた外壁を備え、
   前記固定子が直線状に展開された状態において、複数の前記ティースのうち最も端に位置する前記ティースを第１ティースとし、前記第１ティースに隣合う前記ティースを第２ティースとして順次隣合う前記ティースを名付けた場合に、前記第１ティース、第３ティース、及び第５ティースの各前記外壁は、
   前記基板を取り付ける基板取付けピンを備え、
   前記第１ティース及び第３ティースの前記外壁は、
   前記巻線に電力を供給する電源端子を備える、電動機。
2. 前記外壁は、
   前記ティースに巻き付けてコイルを形成する前記巻線を前記外壁の外側から内側に引き回し、又は前記外壁の内側から外側に引き回すための開口部を備える、請求項１に記載の電動機。
3. 前記開口部は、
   前記電源端子が前記外壁に備えられる前記ティースの前記外壁において、前記基板取付けピンよりも前記ティースの中心に近い位置に配置されている、請求項２に記載の電動機。
4. 前記電源端子を前記外壁に備える前記ティースの前記外壁において、前記開口部の前記固定子の軸方向に延びる側面は、
   前記外壁の内側に向かうに従い当該開口部が漸次広がるように形成されている、請求項３に記載の電動機。
5. 前記電源端子を前記外壁に備えていない前記ティースの前記外壁において、前記基板取付けピンは、
   前記開口部よりも前記ティースの中心に近い位置に配置されている、請求項２〜４の何れか１項に記載の電動機。
6. 前記基板取付けピンは、
   八角柱となっている、請求項１〜５の何れか１項に記載の電動機。
7. 前記第３ティースの前記外壁は、
   前記電源端子を備える、請求項１〜６の何れか１項に記載の電動機。
8. 請求項１〜７の何れか１項に記載の電動機を搭載する、空気調和機。

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