WO2021234925A1 - 固定子の製造方法、インナーロータ型電動機の製造方法、および固定子 - Google Patents

Abstract

筒状のコアバックと、複数の歯部と、複数の歯部を一方側から覆う第１のインシュレータと、他方側から覆う第２のインシュレータと、歯部に巻線を巻き付けて形成された巻線部（２５）と、を備える固定子（１）の製造方法である。第１のインシュレータには、一方側に突出する第１の巻線エンドを引っ掛ける第１の引っ掛け部が形成されている。コアバックと、複数の歯部とを別体で形成し、複数の歯部を第１のインシュレータおよび第２のインシュレータで覆い、第２のインシュレータ側に、他方側に突出する第２の巻線エンドを引っ掛ける第２の引っ掛け部を設け、第１の引っ掛け部および第２の引っ掛け部に巻線を引っ掛けながら巻線部を形成し、第２の巻線エンドを複数の歯部の先端よりも外周側に位置するように変形させる。複数の歯部に囲まれた領域に治具を挿入して、複数の歯部とコアバックとを結合させる。

Description

固定子の製造方法、インナーロータ型電動機の製造方法、および固定子

　本開示は、固定子鉄心に巻線が巻き付けられた固定子の製造方法、インナーロータ型電動機の製造方法、および固定子に関する。

　電動機には、筒状の固定子の内側に回転子が配置されたインナーロータ型電動機がある。固定子は、筒状のコアバック部と、コアバックの内周面から突出して周方向に並べられた複数の歯部を有する。歯部には巻線が巻き付けられて巻線部が形成される。巻線部のうち、コアバック部の中心軸に垂直な方向に沿って見てコアバックから中心軸方向に突出する部分は、巻線エンドと呼ばれる。巻線部に占める巻線エンドの量が増えると、材料費の増加によるコスト増加に加えて、巻線が長くなることによって抵抗が増加して、電動機の効率が低下してしまう。

　予め円環状に形成された巻線部を歯部に差し込む方法では、余裕を持たせた大きさで巻線部を形成する必要があるため、巻線エンドが大きくなってしまう。そこで、特許文献１では、コアバック部と歯部とを分割形成し、周方向に並べた複数の歯部に直接巻線を巻き付けてから、コアバック部と歯部とを組み付けることで、巻線エンドの小型化が図られている。

特許第３１０２６６５号公報

　しかしながら、歯部に巻線を巻き付けて巻線エンドの小型化を図る場合には、後から巻き付ける巻線の経路を確保するために、最初に巻き付ける巻線が、中心軸に沿って見て歯部の先端よりも内周側に張り出してしまう。

　ティースの先端の内周側となる領域は、固定子の内側となる領域である。上述したように、固定子の内側には回転子が設けられる。

　巻線を巻き付けて巻線部を形成してから、固定子の内側に回転子を差し込もうとすると、張り出した巻線に干渉してしまい、回転子を差し込むことができない場合がある。この場合、巻線を巻き付ける前にティースの先端の内周側となる領域に回転子を差し込んでおく必要がある。しかしながら、ティースの先端と回転子と間には隙間が設けられているため、ティースの内周側からの支持が不十分となり、コアバック部との連結の際に歯部の位置精度が低下してしまう場合がある。

　一方、巻線部に干渉しない大きさで回転子を形成して、巻線部を形成してから回転子を差し込めるようにした場合には、ティースの先端と回転子との隙間、すなわち固定子と回転子との隙間が大きくなるため、電動機の効率が低下してしまう。

　本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、巻線エンドの小型化と電動機の効率向上を図ることができる固定子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、本開示は、筒状のコアバックと、コアバックの内周面から突出して放射状に並べられた複数の歯部と、複数の歯部をコアバックの中心軸に沿った一方側から覆う第１のインシュレータと、複数の歯部を中心軸に沿った他方側から覆う第２のインシュレータと、第１のインシュレータおよび第２のインシュレータを介して歯部に巻線を巻き付けて形成された巻線部と、を備える固定子の製造方法である。第１のインシュレータには、コアバックの中心軸に沿って見て複数の歯部の先端に囲まれる領域に、巻線部のうち歯部の間から一方側に突出する第１の巻線エンドを引っ掛ける第１の引っ掛け部が形成されている。コアバックと、複数の歯部とを別体で形成し、複数の歯部を放射状に並べ、複数の歯部を第１のインシュレータおよび第２のインシュレータで覆い、第２のインシュレータ側で中心軸に沿って見て歯部の先端に囲まれる領域に、巻線部のうち歯部の間から他方側に突出する第２の巻線エンドを引っ掛ける第２の引っ掛け部を設け、少なくとも一つの歯部に対して、第１の引っ掛け部および第２の引っ掛け部に引っ掛けながら巻線を巻き付けて巻線部を形成し、第２の巻線エンドを、中心軸に沿って見て複数の歯部の先端よりも外周側に位置するように変形させる。第２の引っ掛け部を取り除き、複数の歯部に囲まれた領域に歯部を内周側から支持する治具を挿入し、複数の歯部とコアバックとを結合させる。

　本開示にかかる固定子は、巻線エンドの小型化と電動機の効率向上を図ることができるという効果を奏する。

実施の形態１にかかる電動機の分解斜視図 実施の形態１における固定子鉄心の斜視図 実施の形態１におけるコアバックの斜視図 実施の形態１における歯部が放射状に並べられた状態を示す図 実施の形態１において複数の歯部がインシュレータに覆われた状態を示す図であって、第１のインシュレータ側から見た斜視図 実施の形態１において複数の歯部がインシュレータに覆われた状態を示す図であって、第２のインシュレータ側から見た斜視図 実施の形態１における第１のインシュレータの斜視図 実施の形態１における第２のインシュレータの斜視図 実施の形態１における挿入部材の斜視図 図５および図６に示した歯部に第１の巻線部が形成された状態を示す図であって、第１のインシュレータ側から見た図 図５および図６に示した歯部に第１の巻線部が形成された状態を示す図であって、第２のインシュレータ側から見た図 図１０および図１１に示した歯部に第２の巻線部が形成された状態を示す図であって、第１のインシュレータ側から見た図 図１０および図１１に示した歯部に第２の巻線部が形成された状態を示す図であって、第２のインシュレータ側から見た図 図１２および図１３に示した歯部から挿入部材を取り除いた状態を示す図であって、第１のインシュレータ側から見た斜視図 図１２および図１３に示した歯部から挿入部材を取り除いた状態を示す図であって、第２のインシュレータ側から見た斜視図 実施の形態１のおける歯部とコアバックとの連結について説明するための斜視図 実施の形態１にかかる固定子を第１のインシュレータ側から見た斜視図 実施の形態１にかかる固定子を第２のインシュレータ側から見た斜視図 実施の形態１にかかる電動機を備える送風機の正面図 実施の形態１にかかる電動機の製造工程を示すフローチャート

　以下に、実施の形態にかかる固定子の製造方法、インナーロータ型電動機の製造方法、および固定子を図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
　図１は、実施の形態１にかかる電動機の分解斜視図である。電動機５０は、筒状形状の固定子１の内側に回転子２が配置されたインナーロータ型電動機である。回転子２には、固定子１の中心軸５１に沿って伸びる軸部２３が設けられている。軸部２３は、２つの軸受け３によって回転可能に支持されている。軸受け３は、外郭４と外郭５とによって支持されている。外郭４と外郭５とで、固定子１、回転子２、軸受け３を内部に収容するケーシングとなる。以下の説明において、図１に示す状態で固定子１に対して外郭４がある側を一方側と称し、外郭５がある側を他方側と称する。

　図２は、実施の形態１における固定子鉄心の斜視図である。固定子鉄心５２は、円筒形状のコアバック１０と、コアバック１０の内周面から突出して放射状に並べられた複数の歯部９とを備える。コアバック１０および歯部９は、複数枚の鋼板を中心軸５１に沿って積層して形成されている。固定子鉄心５２は、２相４極であり１６スロットである。なお、本明細書において内周側および外周側といった場合には、コアバック１０の円筒形状における内周側および外周側を意味する。

　図３は、実施の形態１におけるコアバックの斜視図である。図４は、実施の形態１における歯部が放射状に並べられた状態を示す図である。図３および図４に示すように、コアバック１０と歯部９とは分割して別体で形成されている。コアバック１０の内周面には、歯部９の根本部を嵌める溝１０ａが形成されている。固定子１を製造する際には、まず図４に示すように、複数の歯部９が放射状に並べられる。

　図５は、実施の形態１において複数の歯部がインシュレータに覆われた状態を示す図であって、第１のインシュレータ側から見た斜視図である。図６は、実施の形態１において複数の歯部がインシュレータに覆われた状態を示す図であって、第２のインシュレータ側から見た斜視図である。

　図５および図６に示すように、放射状に並べられた複数の歯部９がインシュレータ８によって覆われる。インシュレータ８は、絶縁性の材料、例えば絶縁性の樹脂で形成されている。インシュレータ８は、第１のインシュレータ１３と第２のインシュレータ１４とに分割される。

　図７は、実施の形態１における第１のインシュレータの斜視図である。第１のインシュレータ１３は、複数の歯部９を中心軸５１に沿った一方側から覆う。第１のインシュレータ１３は、歯部９のそれぞれを覆う第１の覆い部１３ｃを有する。第１のインシュレータ１３は、中心軸５１に沿って見て複数の歯部９に囲まれる領域、すなわち、第１の覆い部１３ｃに囲まれる領域を塞ぐ蓋部１３ａを有する。蓋部１３ａには、軸部２３を貫通させる穴が形成されている。蓋部１３ａには、一方側に突出するリブ状の第１の引っ掛け部１３ｂが形成されている。本実施の形態１では、４つの第１の引っ掛け部１３ｂが形成されているが、その数は固定子鉄心５２の極数等により異なる。

　図８は、実施の形態１における第２のインシュレータの斜視図である。第２のインシュレータ１５は、複数の歯部９を中心軸５１に沿った他方側から覆う。第２のインシュレータ１５は、歯部９のそれぞれを覆う第２の覆い部１５ｃを有する。第２のインシュレータ１５は、中心軸５１に沿って見て複数の歯部９に囲まれる領域、すなわち、第１の覆い部１３ｃに囲まれる領域が覆われておらず円形の開口１５ａとなっている。開口１５ａには、後の工程で回転子２が差し込まれる。

　第１のインシュレータ１３は、第１の覆い部１３ｃの外周側に形成された壁１２を有する。壁１２にはスリット１１が形成されている。第２のインシュレータ１５は、第２の覆い部１５ｃの外周側に形成された壁１９を有する。壁１９にはスリット１８が形成されている。スリット１１，１８は、第１の覆い部１３ｃ同士の間となる部分および第２の覆い部１５ｃ同士の間となる部分に形成されている。後述する巻線がスリット１１，１８の間を通して第１の覆い部１３ｃ同士の間および第２の覆い部１５ｃ同士の間に差し込まれる。なお、壁１９は壁１２よりも低く形成されていてもよい。

　図９は、実施の形態１における挿入部材の斜視図である。挿入部材４１は、第２のインシュレータ１５の開口１５ａから、複数の歯部９に囲まれる領域に挿入される。挿入部材４１は、複数の歯部９に囲まれる領域に挿入された状態で、中心軸５１に沿って見て複数の歯部９に囲まれる領域を覆う覆い面２４ａを有する。覆い面２４ａには、他方側に突出するリブ状の第２の引っ掛け部２４ｂが形成されている。本実施の形態１では、４つの第２の引っ掛け部２４ｂが形成されているが、その数は固定子鉄心５２の極数等により異なる。

　図１０は、図５および図６に示した歯部に第１の巻線部が形成された状態を示す図であって、第１のインシュレータ側から見た図である。図１１は、図５および図６に示した歯部に第１の巻線部が形成された状態を示す図であって、第２のインシュレータ側から見た図である。

　第１の巻線部２５ａは、第１の引っ掛け部１３ｂおよび第２の引っ掛け部２４ｂに引っ掛けながら、インシュレータ８を介して歯部９に巻線を巻き付けることで形成される。ここで、歯部９同士の間の空間をスロット５３とする。図１０および図１１に示すように、第１の巻線部２５ａは、隣接するスロット５３を通過しておらず、第１の巻線部２５ａが通過するスロット５３の間には、第１の巻線部２５ａが通過しないスロット５３が設けられている。ここで、第１の巻線部２５ａのうち、中心軸５１に垂直な方向に沿って見て、第１のインシュレータ１３から一方側に突出する部分を巻線エンド２５ｃとする。また、第１の巻線部２５ａのうち、中心軸５１に垂直な方向に沿って見て、第２のインシュレータ１５から他方側に突出する部分を巻線エンド２５ｄとする。本実施の形態１では、第１の引っ掛け部１３ｂおよび第２の引っ掛け部２４ｂに巻線を引っ掛けながら第１の巻線部２５ａが形成されるため、巻線エンド２５ｃ，２５ｄが、第１の巻線部２５ａが通過しないスロット５３の上を避けて通過している。

　図１２は、図１０および図１１に示した歯部に第２の巻線部が形成された状態を示す図であって、第１のインシュレータ側から見た図である。図１３は、図１０および図１１に示した歯部に第２の巻線部が形成された状態を示す図であって、第２のインシュレータ側から見た図である。

　図１２および図１３に示すように、第２の巻線部２５ｂは、第１の巻線部２５ａが通過しないスロット５３に巻線を通過させて、インシュレータ８を介して歯部９に巻線を巻き付けることで形成されている。ここで、第２の巻線部２５ｂのうち、中心軸５１に垂直な方向に沿って見て、第１のインシュレータ１３から一方側に突出する部分を巻線エンド２５ｅとする。また、第２の巻線部２５ｂのうち、中心軸５１に垂直な方向に沿って見て、第２のインシュレータ１５から他方側に突出する部分を巻線エンド２５ｆとする。巻線エンド２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆのうち、一方側に突出する巻線エンド２５ｃ，２５ｅは第１の巻線エンドであり、他方側に突出する巻線エンド２５ｄ，２５ｆは第２の巻線エンドである。

　第１の巻線部２５ａが通過しないスロット５３には、第１の巻線部２５ａよりも後に形成される第２の巻線部２５ｂが通過する。第１の巻線部２５ａが通過しないスロット５３の上を第１の巻線部２５ａの巻線エンド２５ｃ，２５ｄが通過してしまうと、第２の巻線部２５ｂを形成しにくくなってしまう。一方、本実施の形態１では、上述したように、第１の引っ掛け部１３ｂおよび第２の引っ掛け部２４ｂに巻線を引っ掛けながら第１の巻線部２５ａが形成されるため、巻線エンド２５ｃ，２５ｄが、第１の巻線部２５ａが通過しないスロット５３の上を避けて通過している。したがって、巻線エンド２５ｃ，２５ｄが第２の巻線部２５ｂの形成の邪魔にならず、第２の巻線部２５ｂの形成の容易化が図られる。

　なお、以下の説明において、第１の巻線部２５ａと第２の巻線部２５ｂとを区別せずに巻線部２５とも称する。巻線部２５は２相である。１相あたり４個、合計で８個の巻線部２５が配置される。巻線部２５は歯部９の外周部から直接インシュレータ８に巻き付けるため、隙間なくインシュレータ８に巻き付けることができ、巻線の量を減らす省資源化および低コスト化を図ることができる。また、巻線部２５での抵抗も減るため、電動機の高効率化を図ることができる。

　巻線部２５を形成した後に、挿入部材２４が取り除かれる。図１４は、図１２および図１３に示した歯部から挿入部材を取り除いた状態を示す図であって、第１のインシュレータ側から見た斜視図である。図１５は、図１２および図１３に示した歯部から挿入部材を取り除いた状態を示す図であって、第２のインシュレータ側から見た斜視図である。

　まず、図１５に示すように、第１の巻線部２５ａの巻線エンド２５ｄおよび第２の巻線部２５ｂの巻線エンド２５ｆを広げるように変形させることで、中心軸５１に沿って見て複数の歯部の先端よりも外周側に巻線エンド２５ｄ，２５ｆを位置させる。これにより、巻線エンド２５ｄ，２５ｆに邪魔されずに挿入部材２４を抜き取って取り除くことが可能となる。このとき、巻線エンド２５ｄ，２５ｆを、歯部９の根本よりも外周側に位置する部分を有するまで変形させることができれば、巻線エンド２５ｄ，２５ｆを変形させる作業の容易化を図ることができる。例えば、第２のインシュレータ１５に形成された壁１９が第１のインシュレータ１３に形成された壁１２よりも低く形成されていれば、歯部９の根本よりも外周側に位置する部分を有するまで巻線エンド２５ｄ，２５ｆを変形させやすくなる。

　次に、歯部９とコアバック１０とを連結させて、固定子１が形成される。図１６は、実施の形態１のおける歯部とコアバックとの連結について説明するための斜視図である。歯部９とコアバック１０とを連結させる場合には、まず、歯部９に囲まれた領域に筒状の治具２０が挿入される。治具２０は、その外周面２０ａで歯部９を内周側から支持する。次に、治具２０が挿入された状態でコアバック１０が歯部９に連結される。

　治具２０によって歯部９が内周側から支持されているので、コアバック１０との連結の際に歯部９の位置ずれを抑えることができる。したがって、歯部９の位置精度の向上を図ることができる。

　歯部９とコアバック１０とを連結してから治具２０を抜き取り、巻線部２５を整形することで固定子１が完成する。図１７は、実施の形態１にかかる固定子を第１のインシュレータ側から見た斜視図である。図１８は、実施の形態１にかかる固定子を第２のインシュレータ側から見た斜視図である。

　巻線部２５の整形とは、例えば、歯部９の根本よりも外周側に位置する部分を有するまで変形させた巻線エンド２５ｄ，２５ｆを、歯部９の根本よりも内周側に位置させることである。

　また、図１８に示すように回転子２と巻線エンド２５ｄ，２５ｆとの絶縁を確保するために、絶縁用の絶縁壁２２を後から追加して設けてもよい。

　図１９は、実施の形態１にかかる電動機を備える送風機の正面図である。図１９に示すように、軸部２３に羽根５４を連結し、羽根５４を回転させて送風する送風機５５に電動機５０を用いてもよい。なお、羽根または羽根車を回転させて空気を流動させる換気扇に電動機５０を用いてもよい。

　次に、電動機５０の製造工程について、フローチャートを用いて簡単に説明する。図２０は、実施の形態１にかかる電動機の製造工程を示すフローチャートである。まず、コアバック１０と複数の歯部９とが別々に形成される（ステップＳ１）。次に、複数の歯部９がインシュレータ８で覆われる（ステップＳ２）。次に、複数の歯部９に囲まれた領域に挿入部材２４が挿入される（ステップＳ３）。次に、巻線部２５が形成される（ステップＳ４）。次に、巻線エンド２５ｄ，２５ｆが変形される（ステップＳ５）。次に、挿入部材２４が取り除かれる（ステップＳ６）。次に、複数の歯部９に囲まれた領域に治具２０が挿入される（ステップＳ７）。次に、歯部９とコアバック１０とが連結される（ステップＳ８）。次に、治具２０が抜き取られ、巻線部２５が整形される（ステップＳ９）。次に、固定子１の内側に回転子２が設けられ、軸受け３および外郭４，５が設けられることで（ステップＳ１０）、電動機５０が完成する。

　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、３　軸受け、４，５　外郭、８　インシュレータ、９　歯部、１０　コアバック、１０ａ　溝、１１　スリット、１２　壁、１３　第１のインシュレータ、１３ａ　蓋部、１３ｂ　第１の引っ掛け部、１３ｃ　第１の覆い部、１５　第２のインシュレータ、１５ａ　開口、１５ｃ　第２の覆い部、１８　スリット、１９　壁、２０　治具、２０ａ　外周面、２２　絶縁壁、２３　軸部、２４　挿入部材、２４ａ　覆い面、２４ｂ　第２の引っ掛け部、２５　巻線部、２５ａ　第１の巻線部、２５ｂ　第２の巻線部、２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆ　巻線エンド、５０　電動機、５１　中心軸、５２　固定子鉄心、５３　スロット、５４　羽根、５５　送風機。

Claims (4)

1. 　筒状のコアバックと、前記コアバックの内周面から突出して放射状に並べられた複数の歯部と、複数の前記歯部を前記コアバックの中心軸に沿った一方側から覆う第１のインシュレータと、複数の前記歯部を前記中心軸に沿った他方側から覆う第２のインシュレータと、前記第１のインシュレータおよび前記第２のインシュレータを介して前記歯部に巻線を巻き付けて形成された巻線部と、を備える固定子の製造方法であって、
   　前記第１のインシュレータには、前記コアバックの中心軸に沿って見て複数の前記歯部の先端に囲まれる領域に、前記巻線部のうち前記歯部の間から前記一方側に突出する第１の巻線エンドを引っ掛ける第１の引っ掛け部が形成されており、
   　前記コアバックと、複数の前記歯部とを別体で形成し、
   　複数の前記歯部を放射状に並べ、
   　複数の前記歯部を前記第１のインシュレータおよび前記第２のインシュレータで覆い、
   　前記第２のインシュレータ側で前記中心軸に沿って見て前記歯部の先端に囲まれる領域に、前記巻線部のうち前記歯部の間から前記他方側に突出する第２の巻線エンドを引っ掛ける第２の引っ掛け部を設け、
   　少なくとも一つの前記歯部に対して、前記第１の引っ掛け部および前記第２の引っ掛け部に引っ掛けながら前記巻線を巻き付けて前記巻線部を形成し、
   　前記第２の巻線エンドを、前記中心軸に沿って見て複数の前記歯部の先端よりも外周側に位置するように変形させ、
   　前記第２の引っ掛け部を取り除き、
   　複数の前記歯部に囲まれた領域に前記歯部を内周側から支持する治具を挿入し、
   　複数の前記歯部と前記コアバックとを結合させることを特徴とする固定子の製造方法。
2. 　前記第２の巻線エンドの内周側に絶縁性の壁を設けることを特徴とする請求項１に記載の固定子の製造方法。
3. 　請求項１または２に記載された固定子の製造方法で製造された固定子に対して、複数の前記歯部の内周側に回転子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。
4. 　筒状形状のコアバックと、
   　前記コアバックの内周面から突出して周方向に並べられた複数の歯部と、
   　複数の前記歯部を覆うインシュレータと、
   　前記インシュレータを介して前記歯部に巻線を巻き付けて形成された巻線部と、を備え、
   　前記コアバックと複数の前記歯部とは分割して形成されており、
   　前記インシュレータは、第１のインシュレータと第２のインシュレータとに前記コアバックの中心軸方向に分割可能とされており、
   　前記第１のインシュレータには、前記コアバックの中心軸に沿って見て複数の前記歯部の先端に囲まれる領域に、前記巻線部のうち前記歯部の間から前記中心軸に沿った方向に突出する巻線エンドを引っ掛ける引っ掛け部が形成されており、
   　前記第２のインシュレータ側では、前記中心軸に沿って見て前記巻線エンドが複数の前記歯部の先端よりも外周側に設けられていることを特徴とする固定子。

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