JP7313476B2 - インナーロータ型電動機、送風装置及びインナーロータ型電動機の製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、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及びこれを備えた送風装置並びに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、各々の中心線がコアバック部の環の中心点を通るように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、コイルエンドを低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低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に開示されるモータは、スロットの周長よりも周長が長いコイルでないと、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に開示されるモータでは、複数のティース部を放射状に配置した状態におけるスロット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に余剰が生じ、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。

本開示は、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、本開示に係るインナーロータ型電動機は、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と、ティース部との間に隙間を空けて固定子の内周側に回転可能に支持された回転子とを有する。複数のティース部の各々の中心線は、コアバック部の中心点を中心とする共通の円に外接する。コイルの周長は、ティース部の各々が放射状に配置された場合のスロットの周長よりも短い。

本開示に係るインナーロータ型電動機は、コイルエンドを小型化できるという効果を奏する。

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を用いた送風装置の構成を示す図

以下に、実施の形態に係るインナーロータ型電動機、送風装置及び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本開示が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、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の内周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、環状のコアバック部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は、コアバック部８と係合する部分である接続部７７と、隣接するティース部７との間にスロットを形成するスロット形成部７８と、回転子２と対向する部分である内周部７９とを備えている。図４に示すように、ティース部７の各々の中心線は、内周部７９の周方向の中点Ｄと、スロット形成部７８のコアバック部８側の端部での周方向の中点Ｅとを通る。ティース部７の各々の中心線は、内周部７９の周方向の中点Ｄとコアバック部８の中心点Ｃとを結ぶ線分に対して角度θの傾きを有している。ティース部７の各々の中心線は、内周部７９の周方向の中点Ｄとコアバック部８の中心点Ｃとを結ぶ線分から周方向において同じ向きに傾いている。図４においては、ティース部７の各々の中心線は、内周部７９の周方向の中点とコアバック部８の中心点Ｃとを結ぶ線分から右回り方向にずれている。このため、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、コアバック部８の中心点Ｃを中心とする共通の円に外接している。このように、ティース部７の各々の中心線が共通する一点を通らないため、実施の形態１に係るインナーロータ型電動機１００においては、ティース部７は、放射状に配置されていない。

接続部７７は、内周部７９の周方向の中点Ｄとコアバック部８の中心点Ｃとを結ぶ線分からティース部７の中心線が周方向において傾く方向と同じ側に、距離ｇだけずれて配置されている。

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。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。ティース部７の各々の中心線が、コアバック部８の中心点を中心とする共通する円に外接することにより、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各ティース部７の中心線がコアバック部８の中心点Ｃを通る場合のスロットピッチＬ１よりも短くなる。このため、放射状に配置されたティース部７のコアバック部８側でのスロットの周長よりも周長が短いコイルをスロットに配置することができる。なお、スロットの周長とは、ティース部７の軸方向の長さと、スロットピッチとの和の２倍の長さと定義できる。また、コイルの周長とは、コイルの内径側での周方向の長さと定義できる。また、内周部７９の周方向の中点とコアバック部８の中心点Ｃとを結ぶ線分からティース部７の中心線がずれる方向と同じ側に接続部７７がずれて配置されているため、スロットピッチＬ２をさらに小さくできる。

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。

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、周方向い互いに隣り合う二つのうち右回り方向にあるものが内周側、左回り方向にあるもの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。

図９において、各ティース部７は、右回り方向に傾いており、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。

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。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。

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。インシュレータ１０は、複数のティース部７の各々に装着される装着部１０１と、ティース部７の内周面を回転子２の回転軸の方向に延長した部分に配置され、複数のティース部７の各々に装着される部分を全て繋ぐ壁部１０２とを備える。実施の形態１に係るインナーロータ型電動機１００では、壁部１０２が内径側で繋がっているため、インシュレータ１０はコイルと回転子２とを全周において絶縁できる。また、各ティース部７の位置がインシュレータ１０により決められることとなるため、コアバック部８の圧入が容易となる。

図１３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ティース部７のコアバック部８側でのスロット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、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、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、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、７７ 接続部、７８ スロット形成部、７９ 内周部、１００ インナーロータ型電動機、１０１ 装着部、１０２ 壁部、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 (4)

1. 互いの間にスロットが形成されるように環状に配置されたティース部と、前記ティース部を二つ以上含むティース群に分布巻きで巻き付けられたコイルと、環状であり、予め前記コイルが巻き付けられた前記ティース部が、前記ティース部が内周側に突出するように取り付けられたコアバック部とを備えた固定子と、
   前記ティース部との間に隙間を空けて前記固定子の内周側に回転可能に支持された回転子とを有し、
   複数の前記ティース部の各々の中心線は、前記コアバック部の中心点を中心とする共通の円に外接し、
   前記ティース部は、前記コイルが巻き付けられる柱状部と、前記コアバック部に接続される接続部と、前記回転子と対向する面である内周面を備えた内周部とを有し、
   前記接続部は、前記ティース部の中心線が、前記内周部の周方向の中点と前記コアバック部の中心点とを結ぶ線分から前記ティース部の中心線がずれる側と同じ側にずれて配置されており、
   前記コイルの内径側での周方向の長さは、前記ティース群のうち前記接続部が前記ティース部の中心線からずれる側の端における前記柱状部と前記内周部との境界部分と、前記接続部が前記ティース部の中心線からずれる側とは反対側の端における前記柱状部と前記接続部との境界部分との距離よりも長く、かつ、前記ティース部の各々が放射状に配置された場合の前記ティース群の周方向の一方の端における前記柱状部と前記内周部との境界部分と、他方の端における前記柱状部と前記接続部との境界部分との距離よりも短いことを特徴とするインナーロータ型電動機。
2. 前記固定子は、前記ティース部に装着されて、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備え、
   前記インシュレータは、複数の前記ティース部の各々に装着される装着部と、前記ティース部の前記内周面を前記回転子の回転軸の方向に延長した部分に配置され、前記装着部を全て繋ぐ壁部とを備え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。
3. 請求項１又は２に記載のインナーロータ型電動機と、前記インナーロータ型電動機によって駆動されるファンとを有することを特徴とする送風装置。
4. 請求項１又は２に記載のインナーロータ型電動機の製造方法であって、
   前記ティース部のうち前記回転子と対向する内周部の周方向の中点と前記コアバック部の中心点とを結ぶ線分から前記ティース部の中心線がずれる方向側の前記スロットから前記コイルを挿入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。

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