JP7297097B2 - インナーロータ型電動機の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、環状の固定子の内周側に回転子が配置されるインナーロータ型電動機の製造方法に関する。

インナーロータ型電動機は、環状の固定子の内周側に回転子が配置される。固定子は、環状のコアバック部及びコアバック部から内周側に突出する複数のティース部を有する固定子鉄心と、ティース部に巻き付けられたコイルとを有する。ティース部は、コアバック部の環の中心に対して放射状に配置される。

コイルのうち、回転軸の方向においてティース部からはみ出す部分であるコイルエンドが大きくなると、コイルの重量を増加させるだけでなく、コイル周長が長くなることにより電気抵抗が増大する原因ともなる。したがって、電動機の効率を高めるためには、コイルエンドを小さくすることが必要である。

特許文献１には、固定子鉄心をティース部とコアバック部とに分割することにより、分布巻きのコイルのコイルエンドを小さく抑えたインナーロータ型電動機であるモータが開示されている。特許文献１に開示されるモータは、予めコイル状にした巻線コイルをティース部同士の間であるスロットにコアバック部側から後入れで配置することによって、ティース部に分布巻きでコイルを巻き付けた固定子を形成している。

特開２００９－２５４１３３号公報

ティース部は放射状に配列されるため、コアバック部側ほどスロットピッチは広くなる。したがって、上記特許文献１に開示される発明は、コアバック部側の端部でのスロットピッチでも挿入可能な周長のコイルでないと、コイルをスロットに後入れできない。このため、特許文献１に開示される発明では、複数のティース部を放射状に配置した状態におけるコアバック部側の端部でのスロットピッチで挿入可能な最短の周長よりも短い周長のコイルをスロットに配置することはできなかった。したがって、スロットに配置したコイルは周長が余剰であり、コイルをスロットに入れた状態におけるコイルエンドが大きくなってしまう。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、コイルエンドを小型化したインナーロータ型電動機の製造方法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、本発明に係るインナーロータ型電動機の製造方法は、環状のコアバック部と、コアバック部から内周側に突出する複数のティース部とを備えた固定子鉄心と、複数のティース部の各々の間のスロットに配置されて複数のティース部の二つ以上に巻き付けられた分布巻きのコイルとを有する固定子、及びティース部との間に隙間を空けて固定子の内側に回転可能に支持された回転子とを有するインナーロータ型電動機の製造方法であって、複数のティース部を、回転子の回転軸と垂直な面内において各々の中心線が共通の円に外接する状態で配置する工程と、複数のティース部を放射状に配置した状態におけるコアバック部側の端部でのスロットピッチで挿入可能な最短の周長よりも短い周長のコイルを分布巻きでスロットに配置する工程とを有する。インナーロータ型電動機の製造方法は、複数のティース部の各々を放射状に配置する工程と、複数のティース部の各々とコアバック部とを連結する工程とを有する。

本発明に係るインナーロータ型電動機の製造方法は、コイルエンドを小型化したインナーロータ型電動機を製造できるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係るインナーロータ型電動機の分解斜視図 実施の形態１に係るインナーロータ型電動機の固定子鉄心の斜視図 実施の形態１に係るインナーロータ型電動機の固定子鉄心の分解斜視図 実施の形態１に係るインナーロータ型電動機の固定子の断面図 実施の形態１に係るインナーロータ型電動機の回路図 実施の形態１に係るインナーロータ型電動機の回転子の斜視図 実施の形態１に係るインナーロータ型電動機の回転子の断面図 実施の形態１に係るインナーロータ型電動機の巻線の配置の仕方を示す図 実施の形態１に係るインナーロータ型電動機のコイルの巻き方を示す図 実施の形態１に係るインナーロータ型電動機のスロットに分布巻きで主巻線コイル部及び補助巻線コイル部を配置した状態を示す図 実施の形態１に係るインナーロータ型電動機のインシュレータの分解斜視図 実施の形態１に係るインナーロータ型電動機のティース部にインシュレータを組み付けた状態を示す図 実施の形態１に係るインナーロータ型電動機のスロットに主巻線コイル部及び補助巻線コイル部を入れる際に用いる治具の斜視図 実施の形態１に係るインナーロータ型電動機のスロットに主巻線コイル部及び補助巻線コイル部を入れる際に用いる治具の断面図 実施の形態１に係るインナーロータ型電動機のティース部を回転させた状態を示す図 実施の形態１に係るインナーロータ型電動機のティース部を放射状に配置した状態を示す図 実施の形態１に係るインナーロータ型電動機のインシュレータの変形例を示す図 実施の形態１に係るインナーロータ型電動機のインシュレータの変形例を示す図 実施の形態１に係るインナーロータ型電動機を用いた送風装置の構成を示す図

以下に、本発明の実施の形態に係るインナーロータ型電動機の製造方法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に係るインナーロータ型電動機の分解斜視図である。インナーロータ型電動機１００は、環状の固定子１と、固定子１の内側に配置された回転子２と、回転子２を回転可能に支持する軸受３ａ，３ｂと、軸受３ａを保持するフレーム４と、軸受３ｂを保持するブラケット５とを有する。固定子１及び回転子２は、フレーム４及びブラケット５がなす外郭の内部空間に収容される。軸受３ａ，３ｂは、回転子２のうちシャフト１０４を回転可能に支持している。

図２は、実施の形態１に係るインナーロータ型電動機の固定子鉄心の斜視図である。図３は、実施の形態１に係るインナーロータ型電動機の固定子鉄心の分解斜視図である。固定子１は、円筒状のコアバック部８及びコアバック部８から内周側に突出するティース部７を備えた固定子鉄心６を有する。固定子鉄心６は、磁性体である電磁鋼板をシャフト１０４の軸方向に複数枚積層して構成されている。ティース部７の各々は、コアバック部８の内周側に周方向に互いに間隔をおいて配置されている。固定子鉄心６は、八つのティース部７を有する。

また、図１に示すように、固定子１は、ティース部７に巻かれたコイルを備えた巻線９と、固定子鉄心６と巻線９とを絶縁するインシュレータ１０とを有する。固定子１は、２相４極であり八つのコイルを備える。固定子１は、ティース部７同士の間のスロット一つにつき、分布巻きのコイルが二つ入っている。

固定子１は、フレーム４の内周面に嵌め込まれている。固定子１と回転子２とは同軸に配置されており、回転子２は固定子鉄心６の内周側において回転自在である。

図４は、実施の形態１に係るインナーロータ型電動機の固定子の断面図である。ティース部７の各々の中心線は、環状のコアバック部８の中心点Ｃを通る。すなわち、ティース部７は、各々の中心線がコアバック部８の中心点Ｃを通るように放射状に配置されている。巻線９は、四つの主巻線コイル部１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃ，１０９ｄと、四つの補助巻線コイル部１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄとを有する。図１に示したシャフト１０４の中心軸は、コアバック部８の中心点Ｃを通っている。シャフト１０４の中心軸がコアバック部８の中心点Ｃを通ることにより、回転子２は、固定子１に衝突することなく回転可能である。

四つの主巻線コイル部１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃ，１０９ｄは、互いに直列に接続されて主巻線１０９を構成している。四つの補助巻線コイル部１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄは、互いに直列に接続されて補助巻線１１０を構成している。主巻線１０９と補助巻線１１０とが結線されて巻線９が構成されている。

主巻線１０９及び補助巻線１１０に通電されることによって、固定子１に回転磁界が発生する。回転子２は、固定子１が発生させる回転磁界を受けてシャフト１０４の中心軸を中心に回転する。

図５は、実施の形態１に係るインナーロータ型電動機の回路図である。図４に示した四つの補助巻線コイル部１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄからなる補助巻線１１０とコンデンサ１２８とが直列に接続された直列体は、図４に示した四つの主巻線コイル部１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃ，１０９ｄからなる主巻線１０９と単相交流電源１２７とにそれぞれ並列に接続されている。

また、補助巻線１１０に流れる補助巻線電流Ｉｓは、コンデンサ１２８によって主巻線１０９に流れる主巻線電流Ｉｍよりも電流位相が９０°程度進んでいる。これによって、固定子１には回転子２の回転方向に沿った回転磁界が生じる。主巻線電流Ｉｍに対して補助巻線電流Ｉｓの位相が９０°進んでいる時に理想的な回転磁界が得られる。

図６は、実施の形態１に係るインナーロータ型電動機の回転子の斜視図である。回転子２は、筒形の回転子鉄心１２９と、回転子鉄心１２９の外周面側に周方向に等間隔に並べられた複数の導体棒１３０と、複数の導体棒１３０を回転子鉄心１２９の軸方向両端で短絡させる短絡環１３１とを有する。短絡環１３１は、アルミニウム又は銅といった導体からなり、各導体棒１３０を回転子２の軸方向両端で短絡させている。

導体棒１３０は、アルミニウム又は銅といった導体からなり、回転子鉄心１２９の溝部１４１に挿入されている。また、導体棒１３０は、回転軸線に対して一定の角度を有する。

導体棒１３０及び短絡環１３１は、回転子鉄心１２９の溝部１４１及び軸方向両端部に溶融した金属を流し込むダイカスト製法によって製作されても良い。また、隣り合う回転子鉄心１２９の溝部１４１に金属棒を挿入し、金属棒の両端を金属製の短絡環１３１にはんだ付け、又はろう付けして作成されても良い。さらに、導体棒１３０の抵抗を低減するために、銅棒のように抵抗率の低い金属棒を回転子鉄心１２９の溝部１４１に挿入し、その後、ダイカストで導体棒１３０と短絡環１３１とが作成されても良い。

図７は、実施の形態１に係るインナーロータ型電動機の回転子の断面図である。回転子鉄心１２９は、磁性体からなる複数枚の電磁鋼板によってシャフト１０４の回転軸線方向に積層されて構成されている。また、回転子鉄心１２９は、シャフト１０４の外周面に嵌め合わされた円環状のバックヨーク部１３２と、バックヨーク部１３２から径方向外側へそれぞれ突出し、回転子鉄心１２９の周方向について互いに間隔を置いて配置された複数の回転子ティース部１３３とを有している。各回転子ティース部１３３は、回転子鉄心１２９の周方向について等間隔に配置されている。

図８は、実施の形態１に係るインナーロータ型電動機の巻線の配置の仕方を示す図である。図８に示すように、放射状に配置されているティース部７の各々をシャフト１０４と平行な軸を中心に回転させると、シャフト１０４に垂直な面において、ティース部７の各々の中心線は共通する円に外接する。ティース部７を回転させることにより、コアバック部８側の端部でのスロットピッチＬ２は、ティース部７が放射状に配置されている状態でのスロットピッチＬ１よりも狭くなるため、放射状に配置された複数のティース部７のコアバック部側の端部でのスロットピッチで挿入可能な最短の周長よりも短い周長のコイルをスロットに配置することができる。なお、実施の形態１に係るインナーロータ型電動機１００では、コイルは、二つのティース部７に分布巻きで巻き付けられるため、スロットピッチは、ティース部７を二つ挟むスロットの距離である。このとき、ティース部７の中心線は、ティース部７のコアバック部８側の端部中央と、ティース部７にコアバック部８を取り付けた場合のコアバック部８の中心点Ｃとを結ぶ線分に対して角度θを有する。以下、ティース部７の中心線が、ティース部７のコアバック部８側の端部中央と、ティース部７にコアバック部８を取り付けた場合のコアバック部８の中心点Ｃとを結ぶ線分に対して角度を有する状態にすることを、ティース部７を傾けると言う。

実施の形態１に係るインナーロータ型電動機１００は、コイルが分布巻きであるため、先にすべてのスロットにコイルの片側を入れ、全てのコイルを同じ方向に倒すことにより、スロットにコイルを配置する。

先に入れるコイルの片側を配置する位置を中心に各ティース部７を回転させることにより、ティース部７を回転させてもコイルの位置は不動となる。したがって、先に入れるコイルの片側を配置する位置を中心に各ティース部７を回転させることにより、コイルの片側をスロットに配置したコイルを移動させる必要を無くすことができる。

図９は、実施の形態１に係るインナーロータ型電動機のコイルの巻き方を示す図である。主巻線コイル部１０９ａは、ティース部７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈのうち、ティース部７ａとティース部７ｂとを囲むように巻かれる。主巻線コイル部１０９ａの左回り方向に隣接する補助巻線コイル部１１０ａは、ティース部７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈのうち、ティース部７ｂとティース部７ｃとを囲むように巻かれる。補助巻線コイル部１１０ａの左回り方向に隣接する主巻線コイル部１０９ｂは、ティース部７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈのうち、ティース部７ｃとティース部７ｄとを囲むように巻かれる。以下同様に、補助巻線コイル部１１０ｂ、主巻線コイル部１０９ｃ、補助巻線コイル部１１０ｃ、主巻線コイル部１０９ｄ及び補助巻線コイル部１１０ｄが巻かれる。

ティース部７ｂとティース部７ｃとの間には、主巻線コイル部１０９ａ及び主巻線コイル部１０９ｂが、主巻線コイル部１０９ｂが内周側に配置され、主巻線コイル部１０９ａが外周側に配置されるように巻かれる。すなわち、主巻線コイル部１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃ，１０９ｄ及び補助巻線コイル部１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄは、二つの比較で右回り方向にあるものが内周側、左回り側が外周側に配置するように、二つのティース部７にまたがって巻かれる。

ここで、各ティース部７は、右回り方向に回転されており、外周側は右回り方向に移動しているので、主巻線コイル部１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃ，１０９ｄ又は補助巻線コイル部１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄの右回り方向の端部を内周側に配置した状態で左回り方向の端部を重ねる場合には、ティース部７が主巻線コイル部１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃ，１０９ｄ又は補助巻線コイル部１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄの中央側に寄ってティース部７同士の間隔が狭くなっていることになる。このため、実施の形態１に係るインナーロータ型電動機１００は、主巻線コイル部１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃ，１０９ｄ及び補助巻線コイル部１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄに余長を設けなくても組み立てることができる。なお、傾けたティース部７を内径方向に移動させることにより、ティース部７同士の間隔をより狭くできるが、スロットの開口幅が小さくなると、主巻線コイル部１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃ，１０９ｄ及び補助巻線コイル部１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄをスロットに配置しにくくなる。

全てのスロットに主巻線コイル部１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃ，１０９ｄ又は補助巻線コイル部１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄを配置した後にティース部７を放射状の配置に戻す。図１０は、実施の形態１に係るインナーロータ型電動機のスロットに分布巻きで主巻線コイル部及び補助巻線コイル部を配置した状態を示す図である。ティース部７を放射状の配置に戻すことにより、ティース部７同士の間隔が広がってスロットピッチと同じとなり、主巻線コイル部１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃ，１０９ｄ及び補助巻線コイル部１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄに余長が無い状態で分布巻きを実現できる。なお、ティース部７を放射状の配置に戻した時に主巻線コイル部１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃ，１０９ｄ及び補助巻線コイル部１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄがティース部７に隙間無く接するか、主巻線コイル部１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃ，１０９ｄ及び補助巻線コイル部１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄに張りが生じるようにすることで、電動機効率を高める効果が大きくなる。最後にコアバック部８をティース部７に組み付けることにより、分布巻きのコイルを有する固定子１が完成する。

ティース部７を回転させるためには、ティース部７を回転可能に保持する必要があるが、図２及び図３に示すようにティース部７の外周面７１はコアバック部８と当接する面であるため、ティース部７の外周面７１に傷が付くことは避ける必要がある。

図１１は、実施の形態１に係るインナーロータ型電動機のインシュレータの分解斜視図である。図１２は、実施の形態１に係るインナーロータ型電動機のティース部にインシュレータを組み付けた状態を示す図である。実施の形態１に係るインナーロータ型電動機１００は、インシュレータ１０に保持部１１を設けている。保持部１１は、コアバック部８の環の中心方向に向かって突出する突起であり、穴１１ａが開けられている。保持部１１は、ティース部７の電磁鋼板の積層方向に対して垂直に延びている。したがって、穴１１ａの中心軸は、ティース部７の電磁鋼板の積層方向と平行である。したがって、穴１１ａは、インナーロータ型電動機１００を組み立てた際に回転子２の回転軸と平行な中心軸を持っている。保持部１１は、回転子２との干渉を避けるために、シャフト１０４の軸方向においては、回転子２と重ならない位置に設けられている。また、保持部１１は、シャフト１０４の径方向では、主巻線コイル部１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃ，１０９ｄ及び補助巻線コイル部１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄをスロットに挿入するときに干渉が生じないように、ティース部７の内周面７２よりも内側に設けられている。

図１３は、実施の形態１に係るインナーロータ型電動機のスロットに主巻線コイル部及び補助巻線コイル部を入れる際に用いる治具の斜視図である。図１４は、実施の形態１に係るインナーロータ型電動機のスロットに主巻線コイル部及び補助巻線コイル部を入れる際に用いる治具の断面図である。保持部１１の穴１１ａに治具１２のインシュレータ挿入部１３を挿入し、ティース部７を治具１２に固定した状態で、治具中心軸１４を中心に治具１２を回転させることにより、治具１２とともにティース部７を回転させることができる。治具１２を回転させる力点１５は全ての治具１２で繋がっており、全てのティース部７のインシュレータ１０の保持部１１の穴１１ａに治具１２のインシュレータ挿入部１３を挿入し、力点１５を回すことで全てのティース部７が同時に同じ角度回転する。

図１５は、実施の形態１に係るインナーロータ型電動機のティース部を回転させた状態を示す図である。図１６は、実施の形態１に係るインナーロータ型電動機のティース部を放射状に配置した状態を示す図である。治具中心軸１４が治具ベース２１に回転可能に固定された治具１２の力点１５に力を加えて治具１２を回転させることで、治具１２とともにティース部７を回転させる。ティース部７を傾けることで、ティース部７同士の間隔が狭くなり、主巻線コイル部１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃ，１０９ｄ及び補助巻線コイル部１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄに余長を設けなくても組み立てることができる。なお、図１５及び図１６においては、治具ベース２１の図示を省略している。

図１７及び図１８は、実施の形態１に係るインナーロータ型電動機のインシュレータの変形例を示す図である。ティース部７は、インシュレータ１０に設けられた保持部１１の穴１１ａにインシュレータ挿入部１３を通すことによって治具１２で保持されるが、穴１１ａが円形状であると、治具１２を動かさなくてもティース部７が回転してしまい、ティース部７の回転方向の位置が決まらないことがある。保持部１１の穴１１ａを非円形形状とすることで、治具１２を動かしていないのにティース部７が回転してしまうことを防止できる。具体的には、図１７に示すように保持部１１の穴１１ａを長円形状にしたり、図１８に示すように、保持部１１の穴１１ａを多角形形状にすることで、治具１２を動かしていないのにティース部７が回転してしまうことがなくなるため、ティース部７の回転方向における位置決めが可能となる。なお、穴１１ａを楕円形としてもティース部７の回転方向における位置決めが可能である。

図１９は、実施の形態１に係るインナーロータ型電動機を用いた送風装置の構成を示す図である。送風装置である換気扇２００は、インナーロータ型電動機１００と、シャフト１０４に取り付けられたファン２０１とを備えている。インナーロータ型電動機１００がシャフト１０４を通じてファン２０１を回転させることにより、換気流が形成される。なお、ここでは換気扇２００を送風装置の例に挙げたが、インナーロータ型電動機１００を適用する送風装置は扇風機であってもよい。

実施の形態１に係るインナーロータ型電動機１００は、主巻線コイル部１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃ，１０９ｄ及び補助巻線コイル部１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄの周長を、放射状に配置された複数のティース部のコアバック部側の端部でのスロットピッチで挿入可能な最短の周長よりも短くできるため、コイルエンドを小さくして電動機効率を高めることができる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 固定子、２ 回転子、３ａ，３ｂ 軸受、４ フレーム、５ ブラケット、６ 固定子鉄心、７，７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈ ティース部、８ コアバック部、９ 巻線、１０ インシュレータ、１１ 保持部、１１ａ 穴、１２ 治具、１３ インシュレータ挿入部、１４ 治具中心軸、１５ 力点、２１ 治具ベース、７１ 外周面、７２ 内周面、１００ インナーロータ型電動機、１０４ シャフト、１０９ 主巻線、１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃ，１０９ｄ 主巻線コイル部、１１０ 補助巻線、１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ，１１０ｄ 補助巻線コイル部、１２７ 単相交流電源、１２８ コンデンサ、１２９ 回転子鉄心、１３０ 導体棒、１３１ 短絡環、１３２ バックヨーク部、１３３ 回転子ティース部、１４１ 溝部、２００ 換気扇、２０１ ファン。

Claims (2)

1. 環状のコアバック部と、前記コアバック部から内周側に突出する複数のティース部とを備えた固定子鉄心と、複数の前記ティース部の各々の間のスロットに配置されて複数の前記ティース部の二つ以上に巻き付けられた分布巻きのコイルとを有する固定子、及び前記ティース部との間に隙間を空けて前記固定子の内側に回転可能に支持された回転子とを有するインナーロータ型電動機の製造方法であって、
   複数の前記ティース部を、前記回転子の回転軸と垂直な面内において各々の中心線が共通の円に外接する状態で配置する工程と、
   複数の前記ティース部を放射状に配置した状態における前記コアバック部側の端部でのスロットピッチで挿入可能な最短の周長よりも短い周長の前記コイルを分布巻きで前記スロットに配置する工程と、
   複数の前記ティース部の各々を放射状に配置する工程と、
   複数の前記ティース部の各々と前記コアバック部とを連結する工程とを有することを特徴とするインナーロータ型電動機の製造方法。
2. 前記ティース部の内周側の面を前記回転子の回転軸の軸方向に延長した部分から内周側に突出する突起を有し、前記ティース部と前記コイルとを電気的に絶縁するインシュレータを前記ティース部に装着し、
   前記突起を回転可能に治具により保持して前記ティース部を前記回転子の回転軸と平行な軸回りに回転させることを特徴とする請求項１に記載のインナーロータ型電動機の製造方法。

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