JP7445833B2 - 絶縁シート、及びそれを用いた電動機 - Google Patents

Description

本発明は、絶縁シート、及びそれを用いた電動機に関するものである。

従来、この種の絶縁シートを用いた電動機は、絶縁シートの縁部に折り曲げ部を有したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

以下、折り曲げ部を有した絶縁シートを用いた電動機について図７を参照しながら説明する。図７は特許文献１における絶縁シートを適用した電動機の概要図である。電動機１０１の構成は、巻線１０４を巻装した固定子１０２と、固定子１０２の内周にて回転軸を中心に回転可能に軸支された回転子１０５と、固定子１０２と回転子１０５とを収納し、底面（天面：特許文献１における）には結露水を排出する為の水抜き孔１１０を備えるハウジング１０８と、底面（天面）と固定子１０２との間に設けられ、ハウジング１０８と固定子１０２とを絶縁する絶縁シート１３２と、を備えた構成となっている。

絶縁シート１３２は、中央に回転子１０５が貫通する為の開口を備える環状部（ドーナツ型の円盤形状：特許文献１における）と、環状部外周の縁部から底面（天面）に向かって折り曲げる形で突出した複数の折り曲げ部１１３と、折り曲げ部１１３によって絶縁シートと底面（天面）の間に形成された空間である流水空間１３３（絶縁シートとハウジングの天面との空間）と、を備えた構成となっている。

絶縁シート１３２を成型する際には、元の材料板から切り出す際に、折り曲げる為の突出部を設け、その突出部を後から折り曲げて成型する。

以上の構成から、従来の送風装置においては、電動機１０１のハウジング１０８内の側面で発生する結露水が、底面に溜まる事を防ぎながら、ハウジング１０８と、固定子１０２と、を絶縁していた。

特開２０１０－１３０７０６号公報

このような絶縁シートを成型する場合には、成型時に元の材料板から切り出す工程と、折り曲げる工程と、が必要となり、工程数が多いという点が課題であった。

また電動機は、電動機を用いた送風装置を運転させた場合に、発生した風と、電動機におけるハウジング底面とハウジング側面部の下部とをつなぐ接続部と、が衝突することにより生じる乱流防止の目的で、接続部に湾曲形状を形成する場合がある。従来の絶縁シートは、折り曲げ部が底面に対して接触することで機能するように設計されており、接続部に湾曲形状を備えたハウジングを用いた電動機には折り曲げ部が湾曲部に接触してしまう為、このような電動機に従来の絶縁シートは適用できないという点も課題であった。

よって、本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、すなわち絶縁シートの成型時の工程の削減が可能であり、湾曲部を備えたハウジングを用いた電動機に適用可能な絶縁シート及びこの絶縁シートを適用した電動機を提供することを目的とする。

本発明に係る電動機は、鉄心に巻線を巻装した固定子と、前記固定子の内周にて回転軸を中心に回転可能に軸支された回転子と、前記固定子と前記回転子とを収納し、底面に水抜き孔を備えたハウジングと、前記底面と前記固定子との間に設けられ前記ハウジングと前記固定子とを絶縁する絶縁シートと、を備えた電動機であって、前記絶縁シートは、中央に前記回転子が貫通する為の開口を備えた環状部と、前記環状部の縁部から外周側に向かって突出し、先端部が尖った複数の突起部と、隣接する前記突起部の間に形成された空間である流水路と、を備え、前記突起部は、前記ハウジングの側面に内周側から当接して前記絶縁シートを固定する電動機、であって、これにより所期の目的を達成するものである。

本発明によれば、前記の構造により、絶縁シートの成型時に折り曲げの工程が不要であり、湾曲部を備えたハウジングを用いた電動機に適用可能な絶縁シートを提供することができる。

本発明の実施の形態１に係る送風装置の斜視図。 本発明の実施の形態１に係る送風装置の断面図。 本発明の実施の形態１に係る電動機の斜視図。 本発明の実施の形態１に係る電動機の断面図。 本発明の実施の形態１に係る絶縁シートの平面図。 本発明の実施の形態１に係る電動機の絶縁シート部を拡大した断面図。 従来の絶縁シート及びそれを適用した電動機の断面図。

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している。さらに、各図面において、本発明に直接には関係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を参照して本実施の形態に係る送風装置１８について説明する。送風装置１８は、天面１５に取り付けられた電動機１が運転する事で、空気吸込口２１から、空気排出口２０に向かって気流が発生する。送風装置１８は、空気吸込口２１と、空気排出口２０とがそれぞれ合成樹脂で一体に成型された本体ケース１９と、金属板により形成され、中心に電動機１を取り付ける為の取り付け穴を有する天面１５とを備える。

次に、図２を参照して本実施の形態に係る送風装置１８内部の機構を説明する。送風装置１８内部は、電動機１が運転することで、遠心型ファン２２が回転し、送風装置１８内に図２中の矢印で示した気流が発生する。送風装置１８内は、天面１５に取り付けられた電動機１と、電動機１に取り付けられた遠心型ファン２２を備える。

電動機１は、印加された電力を回転力に変換する。電動機１で生じる回転力は、シャフト６を回転させる。

シャフト６は、電動機１から下方に向かって突き出す形で構成される。シャフト６は、円柱形状を有し、円柱形状の下端部には、遠心型ファン２２を取り付ける為の切欠きが設けられる。

遠心型ファン２２は、縦長の細長い板状の羽根が筒状に取り付けられているファンである。遠心型ファン２２は、シャフト６の下端部に取り付けられており、回転することで、送風装置１８内に気流が発生する。

次に、図３を参照して本実施の形態に係る電動機１について説明する。電動機１は、ハウジング８とハウジング９によって電動機の本体部が収納、保護され、本体部で生じる回転力によりシャフト６が回転する。電動機１は、ハウジング８と、ハウジング９と、下方に突き出したシャフト６とを備える。ここで本体部とは、電動機１を構成する部位のうち、ハウジング８、ハウジング９を除く部位を指す。

ハウジング８は、有底円筒形状を有し、有底円筒形状の開口面が電動機１の本体側に設けられ、底面が送風装置１８の下方に位置する。ハウジング８は、底面に、シャフト６の貫通孔と、水抜き孔１０と、湾曲部３１とを備える。

水抜き孔１０は、電動機１の内部で発生した結露水を排出する為の開口である。水抜き孔１０は、ハウジング８の底面に設けられるが、ハウジングの湾曲部に設けてもよい。水抜き孔１０は、結露水が通り抜け可能な径を有する。水抜き孔１０は、角を持たない丸型とし、これにより表面張力による水抜き孔１０への水溜まりを抑制する。

湾曲部３１は、ハウジング８の底面と側面下側とを接続する曲面である。湾曲部３１は、曲面を形成する仮想中心は電動機１側に位置し、すなわちハウジング８の外周方向に向かって膨出する曲面である。湾曲部３１の形状により、送風装置１８の運転により生じる、空気吸込口２１から空気排出口２０へと抜ける気流と、ハウジング８の底面の縁部が衝突することで発生する乱流の発生を抑え、これに基づく電動機１の振動を抑制できる。また、湾曲形状の大きさ、つまりＲ（アール）を調整することでハウジング８の固有振動数を調整でき、振動低減が可能となる。

ハウジング９は、ハウジング８と同一径の有底円筒形状を有し、送風装置１８においてハウジング８よりも上方に位置して開口面が電動機１側に設けられる。ハウジング８とハウジング９の開口面を互いに向かい合わせになる形で重ねることで、電動機１の本体部（ただしシャフト６の先端部を除く）を収納し、保護する。ハウジング９の形状をハウジング８と同一にすることも可能であり、その場合は、部品点数を削減できる。

シャフト６は、ハウジング８底面に設けられた回転軸を中心とした貫通孔を貫通し、円周方向に回転自在である。

次に、図４を参照して本実施の形態に係る電動機１の詳細について説明する。電動機１は、電力の印加により固定子２に回転磁界が生じ、回転磁界に作用することで回転子５は回転力を生じ回転する。電動機１は、固定子２と、回転子５と、ハウジング８と、ハウジング９と、絶縁シート３２と、流水空間３３とを備える。

固定子２は、中心で回転子が回転するための円筒形状を有しする。固定子２は、電力の印加により、固定子２の中心部に回転軸を中心に周方向に回転する回転磁界を生じる。固定子２は、インシュレーション組３と、巻線４とを備える。

インシュレーション組３は、固定子鉄心３Ａに、絶縁性の樹脂を射出成型し、固定子鉄心３Ａと、絶縁体３Ｂとを一体に成型している。

固定子鉄心３Ａは、複数枚の無方向性の電磁鋼板を、軸方向に積層したものである。固定子鉄心３Ａの中心には回転子５を挿入する中心孔が形成されており、中心孔の外周側には、周方向に等間隔に位置して巻線４を巻装する歯部が形成されている。電磁鋼板は導体であるが、固定子鉄心３Ａの歯部には絶縁体３Ｂが覆う形で射出成型される為、電動機１の運転時に充電される巻線４とは電気的に接続されていない。つまり、固定子鉄心３Ａは電気用品安全法により規定される充電部にはあたらない。

絶縁体３Ｂは、固定子鉄心３Ａの歯部を覆うように射出成型された樹脂材料である。固定子鉄心３Ａと、巻線４とを電気的に絶縁する。インシュレーション組３をハウジング８に挿入時、巻線４の下端よりも突出した絶縁体３Ｂの下端部が絶縁シート３２と接触する。

巻線４は、インシュレーション組３に巻装された電線である。電線は裸動線に絶縁材料を被覆させて作られる。巻線４に流れる電流の電磁誘導により、回転磁界が発生する。電気用品安全法における充電部にあたる。

回転子５は、固定子２の内周にて、回転軸を中心に、回転磁界に作用して回転する。回転磁界に作用して回転力を発生させるロータ部と、ロータ部に固定されたシャフト６とを備える。

ハウジング８は、軸受保持部１１Ａと、ハウジング８の底面と側面部を接続する湾曲部３１とを備える。ハウジング８は、電気用品安全法による、人が触れる可能性がある非充電金属部にあたり、巻線４との沿面距離及び空間距離を十分に保つ必要がある。また、絶縁シート３２を、底面側のハウジングに湾曲部を持たない電動機に適用した場合でも流水空間を保持することが可能となるが詳細は後述する。

軸受保持部１１Ａは、ハウジング８の底面に形成されている。円筒状の突起であり、円筒の内周には軸受７Ａを収納する。軸受保持部１１Ａの中央には、シャフト６を貫通するための貫通孔を備える。本実施形態では実施していないが、軸受保持部１１Ａの外周の形状を、電動機の天面側から底面側に向かって、広がりを持たせる場合がある。その場合は、電動機の絶縁シートの環状部の内周と接触することで、絶縁シート外周側の形状に寄らず、流水空間を確保した状態での保持が可能である。

軸受７Ａは、軸受保持部１１Ａに収納され、軸受７Ａの内輪には、シャフト６を回転自在に保持している。

湾曲部３１は、ハウジング８の底面と側面下部とを円形に沿って湾曲した形で接続している。絶縁シート３２と当接することで絶縁シートを流水路４７と流水空間３３を保った状態で保持可能にする。

ハウジング９は、軸受保持部１１Ａを備える。ハウジング９は、ハウジング８とは異なり、中心にシャフト６を貫通するための貫通孔を持たない。人が触れる可能性がある非充電金属部にあたり、固定子２との沿面距離及び空間距離を十分に保つ必要がある。ハウジング９と固定子２の距離を近づける場合、絶縁シート３２を挿入して沿面距離を伸ばす事も可能である。

軸受保持部１１Ｂは、ハウジング９の天面に形成されている。円筒状の突起であり、円筒の内周には軸受７Ｂを収納する。軸受保持部１１Ｂは、シャフト６が貫通しない為、貫通孔を有さない。

軸受７Ｂは、軸受保持部１１Ｂの内周側に収納され、軸受７Ｂの内輪には、回転子５を回転自在に保持している。

絶縁シート３２は、固定子２と湾曲部３１に挟まれる形で保持される。絶縁シート３２は、巻線４とハウジング８間の沿面距離及び空間距離（電気用品安全法にて定められ、充電部と人が触れる可能性がある非充電金属部は、一定の距離を確保する必要がある）を確保するために設けられる。絶縁シート３２は、中心には開口を有し、開口部には、軸受保持部１１Ａが貫通する。絶縁シート３２は、絶縁性の樹脂等で形成される。絶縁シート３２とハウジング８の底面との間に形成される空間は、流水空間３３となっている。絶縁シート３２の詳細は後述する。

流水空間３３は、絶縁シート３２と、ハウジング８と、の間の空間である。流水空間３３は、電動機１内部で発生した結露水が、水抜き孔１０から排出される過程での経路となる。

次に、図５を参照して本実施の形態に係る絶縁シート３２について説明する。

絶縁シート３２は、前述のように、固定子２と湾曲部３１に挟まれる形で保持されており、巻線４とハウジング８間の沿面距離及び空間距離を確保する目的で設けられる。絶縁シート３２は、環状部４１と、突起部４２と、流水路４７とを備える。

環状部４１は、中央に軸受保持部１１Ａが貫通する為の開口を備えた円形の絶縁性平板である。環状部４１は、固定子２の底面側下端部に当接し、環状の外周側から内周側に向かうにつれてハウジング８の底面側に傾斜する。環状部４１の外周の径は、環状部外周径４１ａとする。

環状部外周径４１ａは、巻線４とハウジング８との沿面距離及び空間距離に影響する。環状部外周径４１ａは、絶縁体３Ｂの下端部直径よりも大きい。

突起部４２は、環状部４１の外周部分に形成される、先端が尖った複数の突起である。突起部４２の先端と環状部４１の外周部分とを直線で接続する二つの導水辺４６を備える。突起部４２の先端は、湾曲部３１と点接触する形で当接し、先端から環状部４１に向かうにつれて底面側に傾斜しながら、絶縁シート３２がハウジング８底面との間に流水空間３３を保った状態で保持される。突起部４２の先端までの径は、突起部外周径４２ａとする。

突起部外周径４２ａは、突起部４２の先端が湾曲部３１と当接するため、ハウジング８底面部の径よりも大きい。突起部外周径４２ａの大きさによって、湾曲部３１と突起部４２の当接する位置が変わり、流水空間３３の広さは変化する。

流水路４７は、複数の突起部４２の間に形成される空間であり、環状部４１の外周に位置する。流水路４７は、結露水を通過させるための空間である。

次に、図５、図６を参照して本実施の形態に係る絶縁シート３２及びそれを用いた電動機１の動作・効果について説明する。

まず結露水の排出機構について説明する。送風装置１８を運転すると、電動機１が動作し、ハウジング８、ハウジング９内の温度が上昇する。送風装置１８のおかれた雰囲気温度が低いときには、ハウジング８、ハウジング９内と雰囲気の温度差によって、ハウジング８、ハウジング９側面で結露が発生する。発生した結露水は、ハウジング９、ハウジング８の側面を伝わりハウジング８の底面に落ちていく。

結露水が底面へ流れる過程で、流水路４７へと流れた場合、そのまま流水空間３３へと流れ、水抜き孔１０から排出される。

結露水が底面へ流れる過程で、流水路４７を通らず、絶縁シート３２の突起部４２に接触した場合、突起部４２の下面と、ハウジング８との間に働く表面張力により、結露水は突起部４２下面に回り込もうとする。その結果結露水は、突起部４２の下面に到達する場合と、導水辺４６に流れる場合とで分かれる。

結露水が突起部４２下面に到達した場合、そのままハウジング８を伝って水抜き孔１０から排出される。

結露水が導水辺４６に流れた場合、結露水は導水辺４６を伝って中心側に向かっていく。導水辺４６と、環状部４１の交点で、表面張力により結露水は一旦トラップされる。結露水が溜まり、結露水が表面張力により絶縁シート３２に引き寄せられる力よりも、結露水に掛る重力が勝った時、重力に従い結露水は絶縁シート下方に滴下する。その後はハウジング８を伝って水抜き孔１０から排出される。

以上のように、本実施の形態に係る絶縁シート３２は、先端部が尖った複数の突起部と隣接する突起部の間に形成された幅の広い流水路とを備えることで、従来と比較して結露水の排出能力が優れる。

また、環状部４１の外周を折り曲げることなく絶縁シート３２を固定できるため、成型時の工程の削減が可能である。

次に、沿面距離及び空間距離について説明する。

本実施の形態において、固定子２の巻線４と、ハウジング８との沿面距離及び空間距離は、図６における１点鎖線によって示されるように、絶縁体３Ｂと、絶縁シート３２とを最短距離で回り込んだ沿面距離になる。このように、絶縁シート３２によって、巻線４と、ハウジング８と、の沿面距離は延長され、電動機１の安全性を高める事が出来ると共に、電気用品安全法により定められる沿面距離及び空間距離についての項目を満足することを容易にする。

（変形例）
ハウジング８は、シャフト６を中心に円周状、またはシャフト６を囲む形で、底面側から天面側に凸の凸部を持つ構成としてもよい。その場合には、突出部を水抜き孔１０よりも中心側に設ける事で、底面まで落ちた結露水が中心まで到達せず、水抜き孔１０による排水をより速やかに行う事が出来る。

また、ハウジング８は、底面側から天面側に凸の凸部を複数設け、湾曲部を設けない構成としてもよい。この場合には、環状部４１と凸部が当接し、本実施の形態と同様に流水空間３３を保った状態で保持される。

絶縁シート３２は、底面側ハウジングの軸受け保持部外周の形状を、電動機の底面側に向かって広がる形状にした場合、湾曲部を設けない構成としてもよい。この場合には、環状部４１の内周がハウジング８と当接し、本実施の形態と同様に流水空間を保った状態で保持される。

絶縁シート３２は、環状部４１の内周方向から回転軸方向に向かって、突起部４２同様に先端が尖った形状の内周突起形状を設けてもよい。その場合内周突起形状の先端部は突起部４２と同様の形で軸受保持部１１Ａと接触する。突起部４２と同様の理由から、軸受保持部１１Ａ表面に結露が発生する場合も、排水可能となる。

突起部４２は、突起部４２の先端と環状部４１の外周部分とを、内周方向に向かって湾曲した形で接続する湾曲導水辺を持つ構成としてもよい。その場合は、突起部４２の先端部と、ハウジング８との接触部分は点接触となり、突起部４２が導水辺４６を備える場合と同様となる為、同様の効果が期待できる。

突起部４２は、先端部を尖っている形状としたが、生産において突起部の形状を完璧な角にすることは難しく、厳密に見ると先端が尖っていない場合や、丸型や先細った形の台形等他の形となっている場合も考えられる。そのような場合も、影響は極小であり、同等の効果を期待できる。

また、突起部の形状を先端が尖った形状ではなく、例えば丸形、複数の突起部が連なった形状にもすることが可能であり、突起部の先端が湾曲部と点接触になっていれば同等の効果を期待できる。

本発明に係る絶縁シート、及び電動機は、電動機の水抜き孔による排水を可能にしながら、絶縁シートの成型時に折り曲げの工程が不要であり、ハウジングに湾曲部を備える電動機の絶縁シートとしても利用可能であるため、例えば、換気扇などの駆動用モータに適用できる。

１ 電動機
２ 固定子
３ インシュレーション組
３Ａ 固定子鉄心
３Ｂ 絶縁体
４ 巻線
５ 回転子
６ シャフト
７Ａ 軸受
７Ｂ 軸受
８ ハウジング
９ ハウジング
１０ 水抜き孔
１１Ａ 軸受保持部
１１Ｂ 軸受保持部
１５ 天面
１８ 送風装置
１９ 本体ケース
２０ 空気排出口
２１ 空気吸込口
２２ 遠心型ファン
３１ 湾曲部
３２ 絶縁シート
３３ 流水空間
４１ 環状部
４１ａ 環状部外周径
４２ 突起部
４２ａ 突起部外周径
４６ 導水辺
４７ 流水路
１０１ 電動機
１０２ 固定子
１０４ 巻線
１０５ 回転子
１０６ シャフト
１０８ ハウジング
１１０ 水抜き孔
１１３ 折り曲げ部
１３２ 絶縁シート
１３３ 流水空間

Claims (8)

1. 鉄心に巻線を巻装した固定子と、
   前記固定子の内周にて回転軸を中心に回転可能に軸支された回転子と、
   前記固定子と前記回転子とを収納し、底面に水抜き孔を有するハウジングと、
   前記底面と前記固定子との間に設けられ前記ハウジングと前記固定子とを絶縁する絶縁シートと、を備えた電動機であって、
   前記絶縁シートは、
   中央に前記回転子が貫通する為の開口を有する環状部と、
   前記環状部の縁部から外周側に向かって突出し、先端部が尖った複数の突起部と、
   隣接する前記突起部の間に形成された空間である流水路と、を備え、
   前記突起部は、
   前記ハウジングの側面に内周側から当接して前記絶縁シートを固定する電動機。
2. 前記ハウジングは、
   前記底面の縁部と前記側面の下部とを接続する湾曲部を備え、
   前記突起部は、
   前記先端部が前記ハウジングの内周側から前記湾曲部に当接し、前記底面と前記環状部の間に流水空間を維持する請求項１に記載の電動機。
3. 前記ハウジングは、
   前記底面から前記固定子に向かって突出して前記環状部と当接する突起部と、
   前記ハウジングの前記底面と前記環状部との間に設けられた流水空間と、を備える請求項１又は２に記載の電動機。
4. 前記絶縁シートは、
   前記環状部の直径が前記固定子の前記底面側端部における直径よりも大きい請求項１又は２に記載の電動機。
5. 前記環状部は、
   前記固定子の底面に接触し、
   前記突起部は、
   前記先端部から前記環状部に向かうにつれて前記ハウジングの前記底面側に傾斜する請求項４に記載の電動機。
6. 前記絶縁シートは、
   前記先端部から周方向両側かつ内周方向に向かって伸び、前記環状部と接続する導水辺を備える請求項１に記載の電動機。
7. 前記導水辺は、
   内周側に向かって湾曲する請求項６に記載の絶縁シート。
8. ハウジングの底面と固定子との間に設けられ前記ハウジングと前記固定子とを絶縁する絶縁シートであって、
   中央に回転軸が貫通する為の開口を有する環状部と、
   前記環状部の縁部から外周側に向かって突出し、先端部が尖った複数の突起部と、
   隣接する前記突起部の間に形成された空間である流水路と、を備えた絶縁シート。