JPWO2018003013A1 - 固定子、電動機、及び空気調和機 - Google Patents

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Abstract

固定子(100)は、電力を供給する電源リード線(11)が接続された固定子(100)であって、固定子鉄心(1)と、固定子鉄心(1)に巻き付けられた巻線(3)と、巻線(3)に接続された巻線用端子(4a,4b,4c)と、電源リード線(11)と巻線用端子(4a,4b,4c)とを接続し、固定子鉄心(1)と対向する面(20a)を有する回路基板(20)と、面(20a)に設けられ、電源リード線(11)に接続された電源端子(13a)と、面(20a)に設けられ、巻線用端子(4a,4b,4c)と電源端子(13a)とを接続する配線パターン(30a,30b,30c)と、を備える。

Description

本発明は、固定子、電動機、及び空気調和機に関するものである。
一般に、電動機の固定子は、固定子鉄心と、固定子鉄心のティースを覆う絶縁部と、絶縁部を介してティースに巻付けられたマグネットワイヤからなる各相の巻線とを備えている。この電動機の固定子では、各相の巻線の端子に電源を供給するための配線パターンを有するプリント基板が使用されている。特許文献1には、支持突起及び端子ピンをプリント基板の透孔に挿通し、端子ピンをプリント基板の配線パターンに電気的に接続した無整流子電動機のプリント基板支持装置が記載されている。
実開昭64−16181号公報(例えば、第9頁第17行から第11頁第15行)
しかしながら、特許文献1に記載された装置では、プリント基板の表面には銅箔により所要の配線パターンを印刷し、ドライバーIC、トランジスタアレイ、パワトランジスタ等駆動回路を構成する主要部品を配置し、プリント基板の裏面には回転子の位置検出に用いられるホール素子、コンデンサ、及び固定抵抗を配置しているため、プリント基板はその両面が加工された両面基板であり、製造コストが増加するという問題があった。
本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされたものであり、製造コストを低減することができる固定子、電動機、及び空気調和機を提供することを目的とする。
本発明の一態様による固定子は、電力を供給する電源リード線が接続された固定子であって、固定子鉄心と、前記固定子鉄心に巻き付けられた巻線と、前記巻線に接続された巻線用端子と、前記電源リード線と前記巻線用端子とを接続し、前記固定子鉄心と対向する面を有する回路基板と、前記面に設けられ、前記電源リード線に接続された電源端子と、前記面に設けられ、前記巻線用端子と前記電源端子とを接続する配線パターンと、を備える。
本発明の他の態様による電動機は、上述した固定子と、回転子と、前記固定子が固定され、前記回転子を回転可能に支持する支持部とを有する。
本発明の他の態様による空気調和機は、送風機を備えた空気調和機であって、前記送風機は上述した電動機を有する。
本発明の固定子、電動機、及び空気調和機によれば、製造コストを低減することができるという効果を得ることができる。
(a)は、本発明の実施の形態1に係る固定子(プリント基板を組み付けていない状態)の概略的な構成を示す上面図であり、(b)は、実施の形態1に係る固定子(プリント基板を組み付けていない状態)の概略的な構成を示す側面図である。 実施の形態1におけるリード線部の概略的な構成を示す上面図である。 (a)は、実施の形態1におけるリード線部が組み付けられたプリント基板の概略的な構成を示す上面図である。(b)は、実施の形態1におけるリード線配線部が組み付けられたプリント基板の概略的な構成を示す側面図である。(c)は、実施の形態1におけるリード線部が組み付けられたプリント基板の概略的な構成を示す下面図である。 (a)は、実施の形態1におけるプリント基板が組み付けられた固定子の概略的な構成を示す上面図である。(b)は、実施の形態1におけるプリント基板が組み付けられた固定子の概略的な構成を示す側面図である。(c)は、実施の形態1におけるプリント基板が組み付けられた固定子の概略的な構成を示す下面図である。 (a)は、実施の形態1における端子の概略的な構成を示す側面図であり、(b)は、実施の形態1における端子の概略的な構成を示す正面図である。 実施の形態1における端子とプリント基板との接合状態を示す拡大側面図である。 (a)は、実施の形態1の変形例における端子の概略的な構成を示す側面図であり、(b)は、実施の形態1の変形例における端子の概略的な構成を示す正面図である。 実施の形態1の変形例における端子とプリント基板との接合状態を示す拡大側面図である。 実施の形態1における固定子のモールド成形後の構造を概略的に示す斜視図である。 本発明の実施の形態2に係る電動機の構成を概略的に示す側面図である。 本発明の実施の形態3に係る空気調和機の構成を概略的に示す図である。
以下に、本発明の実施の形態に係る固定子100、電動機200、及び空気調和機300を、図を参照しながら説明する。図には、図相互の関係を理解し易くするために、XYZ直交座標系が示されている。図において、Z軸は、固定子100の軸線に平行な座標軸として示されている。また、図において、Y軸は、リード線部10の長手方向に平行(又は略平行)な座標軸として示されている。また、図において、X軸は、Y軸及びZ軸の両方に直交する座標軸として示されている。なお、図において、同一の構成には同じ符合が付されている。
《1》実施の形態1
《1−1》構成
図1(a)は、本発明の実施の形態1に係る固定子100(プリント基板20を組み付けていない状態)の概略的な構成を示す上面図であり、図1(b)は、本発明の実施の形態1に係る固定子100(プリント基板20を組み付けていない状態)の概略的な構成を示す側面図である。図1(a)に示されるように、固定子100は、固定子鉄心1と、絶縁部2と、巻線3と、端子4a,4b,4c,4dと、基板固定用のピン5とを有する。
固定子鉄心1は、積層された複数の電磁鋼板を有する。複数の電磁鋼板は、帯状に打ち抜かれた孔を有し、積層された複数の電磁鋼板は、かしめ、溶接、又は接着等で互いに固定される。絶縁部2は、PBT(ポリブチレンテレフタレート)等の熱可塑性樹脂を固定子鉄心1と一体になるように成形することで、または、成形後に組付けることで、固定子鉄心1に固定される。巻線3は、固定子100のティースに施された絶縁部2にマグネットワイヤが巻付けられてコイルを形成する。マグネットワイヤの端末(端部)は、端子4a,4b,4c,4dのフック部(コイルからげ部)に引き回され、ヒュージング(熱かしめ)、あるいは、半田等で接合される。固定子鉄心1は、積層された複数の電磁鋼板からなる帯状のコアを曲げて、コア端部同士を突き合わせて、この突合せ部1aを溶接することにより形成される。
図1(a)に示されるように、絶縁部2の外壁には、端子4a,4b,4c,4dが配置される。図1(a)に示されるように、固定子鉄心1の上部(+Y方向側)の絶縁部2の外壁には、複数相(U相、V相、W相)の巻線3の末端にそれぞれ接続された複数相の端子4a,4b,4c(巻線用端子)が配置され、固定子鉄心1の下部(−Y方向側)の絶縁部の外壁には、端子4dが配置される。端子4a,端子4b,及び端子4cは、複数相の巻線3へ電源からの電力をそれぞれ供給するために用いられる端子であり、端子4dは、中性点を形成するための端子である。端子の数は、4個に限定されない。また、中性点結線を端子で行わない場合には、端子4dは必ずしも必要ではない。
図1(a)及び(b)に示されるように、基板固定用のピン5は、絶縁部2上に3箇所配置される。基板固定用のピン5がプリント基板20(回路基板)のピン挿入孔23(第2の挿入孔)に挿入されることにより、プリント基板20は固定子100に対して固定される。なお、基板固定用のピン5の配置箇所及び配置数は、プリント基板20を固定子100に対して固定できる構成であれば、図1(a)に記載の配置箇所及び配置数に限定されない。
図2は、実施の形態1におけるリード線部10の概略的な構成を示す上面図である。図2に示されるように、リード線部10は、コイルに電源を供給する電源リード線11と、位置検出回路に信号を送るセンサリード線12と、電源リード線11の端末に接続されたボードインコネクタ13と、センサリード線12の端末に接続されたボードインコネクタ14とを有している。ボードインコネクタ13は、電源リード線11をプリント基板20に接続するためのコネクタである。ボードインコネクタ14は、センサリード線12をプリント基板20に接続するためのコネクタである。実施の形態1においては、電源リード線11は3本、センサリード線12は5本として記載されているが、その本数は図2に記載の本数に限定されない。
図3(a)は、実施の形態1におけるリード線部10が組み付けられたプリント基板20の概略的な構成を示す上面図(+Z方向に見た図)である。図3(b)は、実施の形態1におけるリード線部10が組み付けられたプリント基板20の概略的な構成を示す側面図(−Y方向に見た図)である。図3(c)は、実施の形態1におけるリード線部10が組み付けられたプリント基板20の概略的な構成を示す下面図(−Z方向に見た図)である。
図3(b)に示されるように、実施の形態1におけるプリント基板20は、固定子鉄心側の面20a(固定子鉄心1を向く面)及び反固定子鉄心側の面20bを有する絶縁基板201と、面20a上に配線パターン21a,21b,21cとを有するプリント配線基板である。図3(c)に示されるプリント基板20は、配線パターン21a,21b,21c及び位置検出回路が固定子鉄心側の面20aのみに形成された片面基板である。
図3(a)に示されるように、リード線部10は、プリント基板20の反固定子鉄心側の面20bにボードインコネクタ13,14を介して組み付けられる。図3(c)に示されるように、電源リード線11の端末に接続されたボードインコネクタ13はプリント基板20の反固定子鉄心側の面20bに設置され、ボードインコネクタ13に設けられた端子13a(電力供給用端子又は電源端子とも言う)は、プリント基板20に形成された挿入孔を介してプリント基板20の固定子鉄心側の面20aに表出する。端子13aは、複数の端子を含む。
図3(a)に示されるように、プリント基板20の固定子鉄心側の面20aには、巻線3に接続された端子4a,4b,4cとボードインコネクタ13の端子13aとを電気的に接続する電力供給用(電源リード線用)の配線パターン30a、配線パターン30b、及び配線パターン30cが形成されており、ボードインコネクタ13の端子13aと電力供給用の配線パターン30a,30b,30cとが半田接合されることにより、巻線3に接続された端子4a,4b,4cとボードインコネクタ13の端子13aとは電気的に接続する。
図3(a)及び(c)に示されるように、センサリード線12の端末に接続されたボードインコネクタ14はプリント基板20の反固定子鉄心側の面20bに設置され、ボードインコネクタ14に設けられた端子14a(センサリード線用端子)は、プリント基板20に形成された挿入孔を介してプリント基板20の固定子鉄心側の面20aに表出する。端子14aは、複数の端子を含む。プリント基板20の固定子鉄心側の面20aには、位置検出回路としての磁気センサであるホールIC(Hall Integrated Circuit)22とボードインコネクタ14の端子14aとを電気的に接続するセンサリード線用の配線パターン50が形成されており(一部記載を省略している)、ボードインコネクタ14の端子14aとセンサリード線用の配線パターン50とが半田接合されることにより、ホールIC22とボードインコネクタ14の端子14aとは電気的に接続する。
図3(a)に示されるように、プリント基板20の反固定子鉄心側の面20bには、基板押え部品24が配置される。基板押え部品24はPBT等の熱可塑性樹脂を成形して形成され、金型当接突起が薄肉部分で連結された構成となっている。固定子100がモールド成形される際に、基板押え部品24に備える金型当接突起がモールド金型に当接することにより、各配線基板が変形するのを防止することができる。
図3(c)に示されるように、プリント基板20の固定子鉄心側の面20aには、回転子の位置検出回路であるホールIC22が3箇所形成されている。ホールIC22は、複数の位置検出回路を含む。また、端子4a,4b,4cの挿入孔である端子挿入孔21a,21b,21c(第1の挿入孔)が3箇所形成されている。
図4(a)は、実施の形態1におけるプリント基板20が組み付けられた固定子100の概略的な構成を示す上面図(+Z方向に見た図)である。図4(b)は、実施の形態1におけるプリント基板20が組み付けられた固定子100の概略的な構成を示す側面図(−Y方向に見た図)である。図4(c)は、実施の形態1におけるプリント基板20が組み付けられた固定子100の概略的な構成を示す下面図(−Z方向に見た図)である。図4(a)は、実施の形態1におけるプリント基板20が組み付けられた固定子100の概略的な構成を示す側面図である。図4(a)は、実施の形態1におけるプリント基板20が組み付けられた固定子100の概略的な構成を示す下面図である。
図4(a)に示されるように、リード線部10が組み付けられたプリント基板20は、基板固定用のピン5がプリント基板20のピン挿入孔23に挿入されることにより、固定子100に固定される。このとき、プリント基板20の端子挿入孔21a,21b,21cには、端子4a,4b,4cが挿入され、半田接合される。また、図4(c)に示されるように、ホールIC22が回転子の位置を検出できる位置に配置されている。
図5(a)は、実施の形態1における端子4aの概略的な構成を示す側面図であり、図5(b)は、実施の形態1における端子4aの概略的な構成を示す正面図である。図6は、実施の形態1における端子4a,4b,4cとプリント基板20との位置関係を示す拡大側面図である。なお、図5(a)及び(b)では端子4aについて記載するが、端子4b及び端子4cも同様の構成である。
図5(a)に示されるように、端子4a,4b,4cは、プリント基板20の端子挿入孔21a,21b,21cに挿入される接合部41と、固定子100の軸方向(Z方向)に直交するように折り曲げられたコイルからげ(巻回)部42とを有する。接合部41は、端子4a,4b,4cの上部に形成された部分であり、プリント基板20の端子挿入孔21a,21b,21cに挿入され、半田接合等によりプリント基板20の配線パターンと電気的に接合される。コイルからげ(巻回)部42は、端子4a,4b,4cの一部を折り曲げて形成された部分であり、巻線3を引っ掛け、巻回することにより巻線3を固定する部分である。巻線3は、複数の巻線を含む。
図6に示されるように、端子4a,4b,4cの接合部41がプリント基板20の端子挿入孔21a,21b,21cに挿入され、固定される。また、端子周辺の絶縁部2であって、コイルからげ部42が形成された部分と反対側の絶縁部2は、周囲の絶縁部2と比べて相対的にその高さが低くなるように形成された領域2aを有している。この領域2aを有することにより、ハンダごて等を差し込むことが容易となり、半田接合の作業性が向上する。言い換えれば、絶縁部2の外壁は、巻線用端子である端子4a,4b,4cを支持する第1の外壁部2bと、第1の外壁部2bに隣接して配置された第2の外壁部(凹部領域)2aとを有し、固定子100の軸線方向(Z方向)の第2の外壁部2aの高さは、軸線方向の第1の外壁部2bの高さより低い。
図7(a)は、実施の形態1の変形例における端子4eの概略的な構成を示す側面図であり、図7(b)は、実施の形態1の変形例における端子4eの概略的な構成を示す正面図である。図8は、実施の形態1の変形例における端子4eとプリント基板20との位置関係を示す拡大側面図である。なお、図7(a)及び(b)おいて、図5(a)及び(b)と同一又は対応する構成には同じ符合が付されている。また、図8において、図6と同一又は対応する構成には同じ符合が付されている。
図7(a)及び(b)に示されるように、変形例における端子4eは、端子4eの一部が固定子100の軸方向(Z方向)に対して直角に折り曲げられて形成された面44を有する。図8に示されるように、端子4eの折り曲げられた面44は、プリント基板20の配線パターン30a,30b,30cに押し当てられて半田接合等により電気的に接合される。言い換えれば、端子4eは、電力供給用の配線パターン(例えば、図3(c)に示される30a,30b,30c)と対向する面44を有し、対向する面44は、電力供給用の配線パターンに押し当てられた状態で、電力供給用の配線パターンに接続されている。変形例の端子4eの形状とすることにより、端子4eがプリント基板20の反固定子鉄心側の面20bに突出しないのでプリント基板20に端子挿入孔を形成する必要がない。また、端子4eとプリント基板20とを面で接合するため、端子4eをプリント基板20に対してより強固に固定することができる。更に、プリント基板20から突出した端子を覆うために必要であった外郭樹脂を不要とすることができ、固定子100の製造コストを削減することができる。
図9は、実施の形態1に係る固定子100のモールド成形後の構造を概略的に示す斜視図である。図9に示されるように、モールド成形後の固定子100は、モールド樹脂により均一にモールドされ、中央に開口部101を有している。開口部101には、回転子が挿入される。
《1−2》効果
実施の形態1に係る固定子100によれば、プリント基板20はプリント基板20の固定子鉄心側の面20aに配線パターン30a,30b,30cを印刷し、固定子鉄心1に巻回された巻線3とプリント基板20の配線パターン30a,30b,30cとを固定子鉄心側の面20aにて電気的に接続する構成とすることにより、プリント基板20を両面基板よりも安価な片面基板とすることが可能となり、固定子100の製造コストを低減することができる。
実施の形態1に係る固定子100によれば、プリント基板20はプリント基板20の固定子鉄心側の面20aに回転子の磁束を検出する位置検出回路であるホールIC22を備える。これにより、電力供給用の配線パターン30a,30b,30cと同一面である固定子鉄心側の面20aに位置検出回路を備えるのでプリント基板20を片面基板とすることができ、固定子100の製造コストを低減することができる。
実施の形態1に係る固定子100によれば、固定子鉄心1に巻回された巻線3への電力供給用の配線パターンを備えるプリント基板20を有し、固定子鉄心1に巻回された巻線3とプリント基板20との電気的接合部を固定子鉄心側の面20aに設ける。これにより、巻線3とプリント基板20との接合部品を縮小、または、削減することが可能となり固定子100の製造コストを低減することができる。
実施の形態1に係る固定子100によれば、端子周辺の絶縁部2であって、コイルからげ部42が形成された部分と反対側の絶縁部2は、周囲の絶縁部2と比べて相対的にその高さが低くなるように形成された領域2aを有している。これにより、領域2aにハンダごて等を差し込むことができ、端子4a,4b,4cとプリント基板20との接合が容易になり、作業性が向上することで固定子100の製造コストを低減することができる。
《2》実施の形態2
図10は、本発明の実施の形態2に係る電動機200を概略的に示す側面図である。図12に示されるように、実施の形態2に係る電動機200は、実施の形態1又はその変形例に係る固定子100と、回転子110と、固定子100が固定され、回転子110を回転可能に(例えば、軸受によって回転可能に)支持する支持部とを有している。回転子110は、軸線AXを中心に回転する。支持部は、例えば、回転子110を回転可能に支持するブラケット111と、フレーム(本体枠)とから構成される。電動機200は、軸受等に水が浸入するのを抑制する防水キャップ112を有している。
実施の形態2に係る電動機200によれば、実施の形態1に記載された固定子100によって得られる効果に加えて、電動機200の製造コストの低減の効果を得ることができる。
《3》実施の形態3
図11は、本発明の実施の形態3に係る空気調和機300の構成を概略的に示す図である。図11に示されるように、空気調和機300は、室外機310と、室内機320と、室外機310と室内機320との間で冷媒を循環させるための冷媒配管330とを有している。
室外機310は、圧縮機311と、熱交換器312と、ファン313と、ファン313を回転させる電動機314とを有している。電動機314とファン313とは、熱交換器312に空気を流すための送風機を構成している。室内機320は、熱交換器321と、ファン322と、ファン322を回転させる電動機323とを有している。
電動機323とファン322とは、熱交換器321に空気を流すための送風機を構成している。実施の形態3に係る空気調和機300においては、電動機314及び電動機323の内の少なくとも一方を、実施の形態2に係る電動機200で構成している。実施の形態3に係る空気調和機300においては、室内機320から冷たい空気を送風する冷房運転と室内機320から暖かい空気を送風する暖房運転のいずれかを選択的に行うことができる。電動機314及び電動機323の内の少なくとも一方として、実施の形態2に係る電動機200を採用している点以外について、実施の形態3に係る空気調和機300は、従来の空気調和機と同じ構成とすることができる。
実施の形態3に係る空気調和機300によれば、実施の形態1に記載された固定子100によって得られる効果、及び、実施の形態2に記載された電動機200によって得られる効果に加えて、空気調和機300の製造コストの低減の効果を得ることができる。
なお、本発明が適用可能な空気調和機は、図11に示されるような室内用の空気調和機に限定されない。本発明は、冷凍倉庫用の空気調和機及び冷蔵庫用の空気調和機などのような、電動機を備える各種の機器に適用可能である。
1 固定子鉄心、 2 絶縁部、 2a 領域、 3 巻線、 4a,4b,4c,4d,4e 端子、 10 リード線部、 11 電源リード線、 12 センサリード線、 13,14 ボードインコネクタ、 20 プリント基板、 20a 固定子鉄心側の面、 20b 反固定子鉄心側の面、 21a,21b,21c 端子挿入孔、 22 位置検出素子、 23 ピン挿入孔、 24 基板押え部品、 30a,30b,30c 配線パターン、 41 接合部、 42 コイルからげ部、 44 面、 50 センサリード線用の配線パターン、 100 固定子、 110 回転子、 200 電動機、 201 絶縁基板、 230 支持部、 300 空気調和機、 310 室外機、 311 圧縮機、 312 熱交換器、 313 ファン、 314 電動機、 320 室内機、 321 熱交換器、 322 ファン、 323 電動機、 330 冷媒配管。
本発明の一態様による固定子は、電力を供給する電源リード線が接続された固定子であって、固定子鉄心と、前記固定子鉄心を覆う絶縁部と、前記固定子鉄心に前記絶縁部を介して巻き付けられた巻線と、前記絶縁部の外壁に固定され、前記巻線に接続された巻線用端子と、記固定子鉄心と対向する第1のと、前記第1の面の反対側の第2の面と、前記巻線に対向する位置において前記第1の面と前記第2の面とを繋ぐ第1の挿入孔とを有する回路基板と、前記第1の面に設けられ、前記第2の面側に配置された前記電源リード線に前記第1の挿入孔を介して接続された電源端子と、前記第1の面に設けられ、前記巻線用端子と前記電源端子とを接続する配線パターンと、を備える。

Claims (9)

  1. 電力を供給する電源リード線が接続された固定子であって、
    固定子鉄心と、
    前記固定子鉄心に巻き付けられた巻線と、
    前記巻線に接続された巻線用端子と、
    前記電源リード線と前記巻線用端子とを接続し、前記固定子鉄心と対向する面を有する回路基板と、
    前記面に設けられ、前記電源リード線に接続された電源端子と、
    前記面に設けられ、前記巻線用端子と前記電源端子とを接続する配線パターンと、
    を備えた固定子。
  2. 前記回路基板は、前記面に備えられ、回転子の回転方向の位置を検出する位置検出回路を有する請求項1に記載の固定子。
  3. 前記回路基板は、
    前記面に備えられ、センサリード線に接続されたセンサリード線用端子と、
    前記面に備えられ、前記センサリード線用端子と前記位置検出回路とを接続するセンサリード線用配線パターンと、
    を更に有する請求項2に記載の固定子。
  4. 前記回路基板は、前記巻線の端子が挿入される第1の挿入孔を備え、
    前記巻線用端子は、前記第1の挿入孔に挿入された状態で、前記回路基板の前記配線パターンに接続している
    請求項1から3のいずれか1項に記載の固定子。
  5. 前記巻線用端子は、前記配線パターンと対向する面を有し、前記対向する面は、前記配線パターンに押し当てられた状態で、前記配線パターンに接続している請求項1から4のいずれか1項に記載の固定子。
  6. 前記固定子鉄心は、前記固定子鉄心を覆う絶縁部を備え、
    前記絶縁部は、基板固定用のピンを備え、
    前記回路基板は、前記基板固定用のピンが挿入される第2の挿入孔を備える
    請求項1から5のいずれか1項に記載の固定子。
  7. 前記絶縁部の外壁は、前記巻線用端子を支持する第1の外壁部と、前記第1の外壁部に隣接して配置された第2の外壁部とを有し、
    前記固定子の軸線方向の前記第2の外壁部の高さは、前記軸線方向の前記第1の外壁部の高さより低い
    請求項6に記載の固定子。
  8. 請求項1から7のいずれか1項に記載の固定子と、
    回転子と、
    前記固定子が固定され、前記回転子を回転可能に支持する支持部と
    を有する電動機。
  9. 送風機を備えた空気調和機であって、
    前記送風機は請求項8に記載の電動機を有する
    空気調和機。
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