JP7050239B2

JP7050239B2 - 固定子、電動機

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Publication number: JP7050239B2
Application number: JP2020568822A
Authority: JP
Inventors: 康仁塩谷; 宗忠佐藤
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2019-08-21
Filing date: 2020-08-18
Publication date: 2022-04-08
Anticipated expiration: 2040-08-18
Also published as: CN114270665B; WO2021033676A1; CN114270665A; JPWO2021033676A1

Description

本発明は固定子及び電動機に関するものである。

従来、直線上に連続して接続された鉄心に、主巻線や補巻線を巻き回した後、端部を円環状に接続して製造された固定子が知られている。

以下にその構成につて図９を参照しながら説明する。

図９に示すように、直線上に連続した鉄心１０１に、主巻線１１１、補巻線１１２および速調巻線１１３（補助巻線）が巻き回される。つまり、主巻線１１１、補巻線１１２および速調巻線１１３において、主巻線１１１の主巻線始端１１１ａから主巻線終端１１１ｂへ、補巻線１１２も同様１１２ａから１１２ｂへ、鉄心に交互に巻回され鉄心間は渡り線１１４により連続で巻回される。また、速調巻線１１３については、必要に応じ主巻線１１１若しくは補巻線１１２に巻回される。各巻線は、一対で終始の末端が存在する。

なお、速調巻線とは、電動機の回転速度を変更可能にするための補助巻線である。

特許第５９７４５９２号公報

このような従来の末端接続方法では、鉄心が直線状態で巻回を行う必要があるため、巻回に使用される巻線機が大型化してしまうという課題がある。

上記従来の課題を解決するために、本発明に係る固定子及び電動機は、コアと、巻線と、前記コアと前記巻線との間を絶縁するインシュレータと、を備えた固定子であって、前記インシュレータと前記コアとから成る複数のインシュレータ組を所定の間隔をあけて環状に接続する環状接続部と、前記インシュレータ組と前記環状接続部とから成る二個の固定子部材を、前記インシュレータ組が互いに前記所定の間隔を埋めるよう交互に位置させて組み合わせた組み合わせ構造と、回転子を挿通するための回転子空間と、を備え、前記インシュレータは、前記コアの外周側に配置される継鉄部を覆う外周部と、前記継鉄部から前記コアの内周部に伸びる歯部を覆う内周部と、前記外周部と前記内周部とを接続する接続部と、を備え、前記内周部が前記環状接続部と接続され、前記インシュレータの内周部は、前記コアの内周曲面よりも内周側に位置せず、前記回転子空間の軸中心における上下方向いずれからも、前記回転子を前記回転子空間に挿通可能等とし、これにより所期の課題を解決するものである。

本発明によれば、固定子の製造工程の短縮化と巻線機の小型化が期待できる。

図１は、本発明の実施の形態１に係る電動機の斜視図である。図２は、本発明の実施の形態１に係るコアの斜視図である。図３は、本発明の実施の形態１に係るインシュレータ及び環状接続部の斜視図である。図４は、本発明の実施の形態１に係る固定子部材の斜視図である。図５は、本発明の実施の形態１に係る固定子の組み立て説明図である。図６は、本発明の実施の形態１に係る固定子の斜視図である。図７は、本発明の実施の形態１に係る回転子載置時の基板固定部における一部断面図である。図８は、本発明の実施の形態１に係る回転子と固定子の組み立て説明図である。図９は、従来の巻線の状態を簡略化して示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。また、全図面を通して、同一の部位については同一の符号を付して二度目以降の説明を省略または簡略化している。さらに、各図面において、本発明に直接には関係しない各部の詳細については説明を省略している。

（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

まず、図１、図２を用いて本実施の形態に係る電動機１について説明する。なお図１は、本実施の形態に係る電動機１の斜視図、図２は、コア５の斜視図である。

電動機１は、固定子２と、回転子３と、基板４とを備えている。

固定子２は、鉄心すなわちコア５と、インシュレータ６と、巻線７とを備えている。

コア５は、外径側に形成される継鉄部８と継鉄部８から内周側に突出する基部１７と、基部１７の先端に設けられた歯部９とが一体に形成される。コア５は、固定子２の完成形状において、円環状に構成される。

歯部９は、継鉄部８とは逆側に、後述の回転子空間、言い換えると回転子３の外周面に面する内周曲面３３を備えている。

インシュレータ６は、コア５を覆う構成であって、銅やアルミニウムの合金を主な素材とする導電線である巻線７を、インシュレータ６を介して複数の基部１７に対して巻回することで、コア５と巻線７の電気的絶縁を図る役割を果たす。

巻線７は、インシュレータ６で部分的に覆われたコア５に、インシュレータ６上から巻回される。巻線７の末端は、インシュレータ６に備えた端子ピンに絡げられ、当該端子ピンにはんだ等で接続される。末端の接続は、ヒュージングなどで行われても良い。

回転子３は、固定子２の円環状における中心に位置する回転子空間に、外周曲面３４（図８参照）がコア５の内周曲面３３に対向して配置される。回転子３は、巻線７に通電することにより回転し、結果として回転軸１０が回転駆動する。回転子３の積層厚み、つまり回転軸１０方向の高さは、コア５の同方向の高さと概ね等しい。

基板４は、巻線７が接続された端子ピンと電気的に接続することで、複数本設けられた巻線７の接続関係を維持する。

続いて、図３、図４を用いてインシュレータ組の詳細について説明する。なお図３は、インシュレータ６及び環状接続部１１の斜視図、図４は、図３のインシュレータ６及び環状接続部１１に対してコアが装着された、固定子部材１２の斜視図である。

インシュレータ６は、外周部１３と、内周部１４と、接続部１５と、ガイド部２４と、を備え、環状接続部１１で接続される。

外周部１３は、環状に形成されたインシュレータ６の外周側に位置する。外周部１３は、コア５の継鉄部８の内周面に隣接して継鉄部８の内周面を覆う。

内周部１４は、環状に形成されたインシュレータ６の内周側に位置する。内周部１４は、コア５の歯部９の外周面に隣接して歯部９の外周面を覆う。

接続部１５は、外周部１３と内周部１４とを接続し、コア５の基部１７を覆う。接続部１５は、コア５の基部１７を覆うための貫通孔１６を備える。

ガイド部２４は、インシュレータ６における外周部１３の側面、つまり接続辺２５に回転軸１０に平行に設けられる。ガイド部２４は、隣接するインシュレータ６の設置時に、隣接するインシュレータ６を回転軸１０に平行に摺動可能に規制する。つまり、固定子２の外周側の形状維持に寄与する。

貫通孔１６は、接続部１５に設けられ、外周部１３と内周部１４とを接続する空間であり、基部１７が位置する。

インシュレータ６にコア５が設けられた状態、つまり一個のインシュレータ６と一個のコア５とのセットをインシュレータ組１９（図６参照）とする。コア５にインシュレータ６が装着されてインシュレータ組１９が構成され、さらにインシュレータ組１９が環状接続部１１にて環状に連結されて構成された固定子部材１２を図４に示す。

環状接続部１１は、インシュレータ６の軸方向における一端部に設けられ、インシュレータ組１９を構成する内周部１４を環状に接続する。環状接続部１１は、インシュレータ６と一体形成された一体型の構造体である。環状接続部１１は、インシュレータ組１９の一端に仮想的に設けられた環状平面１８上に、面平行に設けられる。言い換えると、インシュレータ組１９は、環状平面１８を基準として、同一方向に複数個（図３においては下方に向けて４個）立設される。環状接続部１１は、さらに基板固定部２０と、係合部２６と、リブ３２とを備える。

基板固定部２０は、環状平面１８に対してインシュレータ組１９とは逆方向に突出し、基板４を固定するための部位である。基板固定部２０は、周方向に少なくとも三個以上備えられる。また、基板固定部２０は、固定子２の環形状における回転子空間側に、膨出部２７（図７、図８参照）を備える。なお膨出部２７の詳細については後述する。

係合部２６は、インシュレータ６の両端に設けられる。ここで一端側を係合部２６Ｂ、他端側を係合部２６Ａとする。また、インシュレータ空間を、隣接するインシュレータ組１９との間に形成され、所定の間隔を有する空間と定義する。

係合部２６Ｂは、環状接続部１１におけるインシュレータ空間側であって、環状平面１８に対してインシュレータ組１９と同方向に環状接続部１１と一体形成して設けられる。

係合部２６Ａは、インシュレータ６の内周部１４における突出先端３８側に設けられる。二つの係合部２６Ａ、係合部２６Ｂが係合することで、内周部１４の突出先端３８と環状接続部１１との位置を固定し、固定子２の内周側の形状維持に寄与する。

係合部２６としての係合部２６Ａと係合部２６Ｂとは、互いに係合する凹凸形状を有することで、インシュレータ６の係合時における径方向への移動を抑制する。

リブ３２は、環状接続部１１または内周部１４の少なくとも一方に、巻線７の隣接するインシュレータ６への渡りをサポートするために設けられる突出部である。リブ３２は、環状平面１８に対してインシュレータ組１９とは逆方向に突出している。巻線７の一部を構成する渡り線がリブ３２を介してインシュレータ６間を渡ることで、渡り線を環状接続部１１の環に沿って渡らせることができ、切断などを抑制することができる。なお、図３、図４におけるリブ３２は、内周部１４に設けられた例である。

インシュレータ組１９は、環状接続部１１に対して等間隔に配置される。つまり、図４においては、インシュレータ組１９における周方向の中心を通る中心線であって、回転軸１０に平行な中心軸２１を基準とすると、中心軸２１が環上に９０度間隔で配置される。また、一個の固定子部材１２において、隣接するインシュレータ組１９との間に形成されるインシュレータ空間の幅２２は、インシュレータ組１９の幅２３と一致する。

続いて、固定子２の形成手順について、図５、図６を用いて説明する。なお図５は、固定子２の組み立て説明図、図６は、固定子２の斜視図である。

固定子２の組み立て時には、インシュレータ６に巻線７が巻かれた状態の二個の固定子部材１２Ａ、固定子部材１２Ｂを準備する。二個の固定子部材１２は、互いの中心軸２１が４５度ずれた状態、かつ環状接続部１１（環状接続部１１Ａ、環状接続部１１Ｂ）が、互いの固定子部材１２における遠方端部に位置するよう、位置取りする。この状態では、インシュレータ組１９は、対向する固定子部材１２のインシュレータ空間と対向する。

この状態で、矢印３０Ａ、矢印３０Ｂの方向に、固定子部材１２Ａ、固定子部材１２Ｂを接近させていくと、インシュレータ６に設けられた対応するガイド部２４Ａ、ガイド部２４Ｂが互いに摺動して、環状を保った状態で、固定子部材１２Ａと、固定子部材１２Ｂとが接続される。接続状態においては、インシュレータ６の突出先端３８に設けられた係合部２６Ａと、環状接続部１１に設けられた係合部２６Ｂとが係合される。係合された状態で、基板固定部２０に基板４を配置し、巻線７が固定された端子ピンを基板４に接続することで、固定子２が完成する。なお、図６に示した固定子２は、基板４の表示を省略している。

この状態では、図６に示すように、隣接するインシュレータ組１９は、同一周上に配置される。また、環状接続部１１Ａは、インシュレータ組１９の一端（上端）に、環状接続部１１Ｂはインシュレータ組１９の他端（下端）、すなわち互いに対向して固定子２の両端に配置される。つまり、固定子２は、インシュレータ組１９が互いに所定の間隔を埋めるよう交互に位置させて組み合わせた組み合わせ構造を有する。

このような形状を有する固定子２は、一個の固定子部材１２に対して、巻線機により、環状に設けられたインシュレータ６の外周から巻線を施すことが可能となる。このため、巻線機の小型化が可能になる。

また、２つの同一形状の固定子部材１２を製造すればよく、部品点数の少数化に寄与できる。

さらに、内周部１４は係合部２６で、外周部１３はガイド部２４で２つの固定子部材１２が係合されるため、固定子２の環状を内周及び外周にて強固に維持することができる。

続いて、図７および図８を用いて、膨出部の構成、及び回転子３と固定子２の組み立て手順について説明する。なお、図７は回転子３載置時の基板固定部２０における一部断面図、図８は回転子３と固定子２の組み立て説明図である。

基板固定部２０は、図７に示すように、膨出部２７を備えている。

膨出部２７は、固定子２と回転子３とが組み合わされた状態において、コア５の内周曲面３３よりも、径方向で回転子空間側へ膨出している。膨出部２７の膨出度合いは、膨出部２７の最内周端部３６が、コア５の内周曲面３３よりも内周であって回転子３の外周曲面３４と接触する程度である。言い換えると、膨出部２７は、内周曲面３３を基準として、内周曲面３３と外周曲面３４との距離であるギャップ長３５程度、内周方向に膨出しており、複数の外周曲面３４にて形成される円周と同一円周上に位置している。当然、膨出部２７を外周曲面３４の同一円周よりもさらに内周まで膨出させてもよい。

固定子２と回転子３とが組み合わされた状態において、回転子３の回転軸方向端部２８とコア５の回転軸方向端部３７が回転軸方向でほぼ一致している。そして膨出部２７は、回転子３の回転軸方向端部２８より回転軸方向において外側（図７における回転軸方向端部２８よりも上側）に位置している。また、膨出部２７は、回転軸方向の外側にある基板固定部２０の先端部３１から回転子空間に向かうにつれて内周方向に向かう勾配２９を備えている。

以上が、膨出部２７の構成である。

ところで、回転子３を固定子２の回転子空間に挿通した組み立て状態においては、コア５の内周曲面３３と回転子３の外周曲面３４との間にギャップ長３５が設けられている。ギャップ長３５は、小さい方が電動機としての性能が高くなり、電動機によっては１ｍｍにも満たない。言い換えると、回転子３の外周曲面３４と固定子の内周曲面３３との間には、ギャップ長３５の隙間しか存在しないこととなる。

通常、このような状態で、電動機１の組み立て時には回転子３を固定子２の回転子空間に挿通するため、挿通を非常に精密に行う必要がある。少しでも挿通にブレが存在すると、外周曲面３４が環状接続部１１に接触し、環状接続部１１のリブ３２間に引き回されている渡り線を踏み切り、即ち断線するに至る。

これに対して、本実施の形態に係る固定子２は、膨出部２７を備えている。回転子３を固定子２に挿通する際、回転子３は回転子空間の軸中心３０における上下方向いずれかから固定子２に、回転子３の回転軸方向端部２８とコア５の積層端面の両方が一致するまで挿通される。この際、回転子３の外周曲面３４は、膨出部２７に接触し、さらに勾配２９によって回転子３の回転軸１０が回転子空間の軸中心３０と同一線上に導かれる。

これにより、回転子３の挿通時における位置の精密性が確保される。従って、環状平面１８上に渡り線を引き回し、この渡り線が弛みによって回転子空間へ近接したとしても、膨出部２７が回転子３を精密に中央に誘導するため、回転子３の挿入不良で渡り線を踏み切ることを防止可能となる。更に、膨出部２７を回転軸方向端部２８の外側に位置するため、回転子３の回転駆動時であっても、膨出部２７が回転子３に接触することなく運転することができる。

なお、本実施の形態において、膨出部２７を円周均等に配置しているが、不均等でも構わず、回転子３を中心に誘導する目的から少なくとも三点備えればよい。

また膨出部２７の形状においても回転子３の外周曲面３４を支持できる形状であれば良い。

また、本実施の形態においては、１個の固定子部材１２に４個のインシュレータ組１９を接続しているが、複数であれば４個に限らない。ＡＣ電動機においては、巻線の特性上、一個の固定子部材１２に偶数個のインシュレータ組１９を備えることが好ましい。

また、コア５とインシュレータ６と環状接続部１１、つまりインシュレータ組１９は一体成型されてもよい。コア５を鋳型に複数配置し、インシュレータ６及び環状接続部１１を構成する樹脂を流し込むことにより、インシュレータ組１９を構成する。このように生成されたインシュレータ組１９は、その形状から、製造物として一体形成されたことが製品状態で確認可能となる。

このようにして構成された固定子２は、電動機１に利用可能であり、さらに電動機１は送風装置に好適に利用可能である。

本発明にかかる固定子は、電動機の製造効率を高めることができるものとして有用である。

１電動機
２固定子
３回転子
４基板
５コア
６インシュレータ
７巻線
８継鉄部
９歯部
１０回転軸
１１、１１Ａ、１１Ｂ環状接続部
１２、１２Ａ、１２Ｂ固定子部材
１３外周部
１４内周部
１５接続部
１６貫通孔
１７基部
１８環状平面
１９インシュレータ組
２０基板固定部
２１中心軸
２２、２３幅
２４、２４Ａ、２４Ｂガイド部
２５接続辺
２６、２６Ａ、２６Ｂ係合部
２７膨出部
２８回転軸方向端部
２９勾配
３０軸中心
３１先端部
３２リブ
３３内周曲面
３４外周曲面
３５ギャップ長
３６最内周端部
３７回転軸方向端部
３８突出先端

Claims

コアと、巻線と、前記コアと前記巻線との間を絶縁するインシュレータと、を備えた固定子であって、
前記インシュレータと前記コアとから成る複数のインシュレータ組を所定の間隔をあけて環状に接続する環状接続部と、
前記インシュレータ組と前記環状接続部とから成る二個の固定子部材を、前記インシュレータ組が互いに前記所定の間隔を埋めるよう交互に位置させて組み合わせた組み合わせ構造と、
回転子を挿通するための回転子空間と、を備え、
前記インシュレータは、
前記コアの外周側に配置される継鉄部を覆う外周部と、
前記継鉄部から前記コアの内周部に伸びる歯部を覆う内周部と、
前記外周部と前記内周部とを接続する接続部と、を備え、
前記内周部が前記環状接続部と接続され、
前記インシュレータの内周部は、
前記コアの内周曲面よりも内周側に位置せず、
前記回転子空間の軸中心における上下方向いずれからも、前記回転子を前記回転子空間に挿通可能な固定子。
コアと、巻線と、前記コアと前記巻線との間を絶縁するインシュレータと、を備えた固定子であって、
前記インシュレータと前記コアとから成る複数のインシュレータ組を所定の間隔をあけて環状に接続する環状接続部と、
前記インシュレータ組と前記環状接続部とから成る二個の固定子部材を、前記インシュレータ組が互いに前記所定の間隔を埋めるよう交互に位置させて組み合わせた組み合わせ構造と、を備え、
前記インシュレータ組は、
前記二個の固定子部材を組み合わせた状態において同一周上に配置され、
前記二個の固定子部材それぞれに属する前記環状接続部同士は、
前記二個の固定子部材を組み合わせた状態において、前記コアを挟んで、前記インシュレータの軸方向における一端側と他端側とに対向して配置される固定子。
一個の前記固定子部材を構成する前記インシュレータと前記環状接続部とは、一体成型された請求項１または２記載の固定子。
前記環状接続部は、
所定の環状平面上で環を形成し、
前記インシュレータ組は、
前記環状平面に対して同一方向に複数立設された請求項１または２記載の固定子。
前記環状接続部は、
前記環状平面における前記インシュレータ組とは逆面に向けて、前記巻線を接続するための基板を固定する基板固定部を備えた請求項４記載の固定子。
前記インシュレータ組は、
前記環状接続部に等間隔に配置された請求項１または２記載の固定子。
前記インシュレータは、
隣接するインシュレータと接触する接続辺に前記隣接するインシュレータをガイドするガイド部を備えた請求項１または２記載の固定子。
前記インシュレータは、
一端が、当該インシュレータが属する固定子部材の環状接続部と一体成型され、
他端に、当該インシュレータが属さない固定子部材の環状接続部と係合する係合部を備えた請求項１または２記載の固定子。
一個の前記固定子部材は、
前記インシュレータ組を偶数個備えた請求項１または２記載の固定子。
前記インシュレータ組は一体形成された請求項１または２記載の固定子。
前記環状接続部または前記内周部の少なくとも一方に、前記巻線の隣接するインシュレータへの渡りをサポートするリブを備えた請求項１記載の固定子。
前記環状接続部は、
前記巻線を接続するための基板を固定する基板固定部を備え、
前記基板固定部は、
前記コアの回転子に対向する内周曲面よりもさらに内周側に膨出する膨出部を備えた請求項１または２記載の固定子。
請求項１または２記載の固定子を備えた電動機。