JP2015192553A

JP2015192553A - インシュレータおよびそれを用いたブラシレスｄｃモータ

Info

Publication number: JP2015192553A
Application number: JP2014068968A
Authority: JP
Inventors: 孝史鈴木; Takashi Suzuki
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2014-03-28
Filing date: 2014-03-28
Publication date: 2015-11-02
Anticipated expiration: 2034-03-28
Also published as: JP5741747B1; US10181762B2; EP3125406B1; AU2015235741B2; US20170018985A1; CN106104979A; EP3125406A4; AU2015235741A1; WO2015146291A1; EP3125406A1; CN106104979B

Abstract

【課題】並列結線あるいは直列結線のいずれの結線方法を採用しても共用可能なインシュレータおよびそれを用いたブラシレスＤＣモータを得ること。
【解決手段】三相の電動機であってティース数が９以上の固定子のティースと、そのティースに巻回される導線とを絶縁するインシュレータ４０であって、並列結線時のみ導線の引出し部となる並列結線用スリット５３、６４、６９と、直列結線時のみ導線の引出し部となる直列結線用スリット５５、６６、７１と、直列結線時および並列結線時に導線の引出し部となる併用スリット５１，５２，５４，５６〜６３，６５，６７，６８，７０とが設けられている。直列結線用スリットは、直列結線を行う際に、中性点と電源線のいずれの巻線端にも隣接しないティースに対応する位置にそれぞれ設けられている。直列結線用スリットは、並列結線用スリットと同じ深さに形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動機の固定子のティースに対し巻線を巻回するインシュレータおよびそれを用いたブラシレスＤＣモータに関する。

従来、３相星型結線する９極のステータ巻線では、各相の巻線３個ずつを並列結線する場合と、直列結線する場合とで巻線の巻数、線径、および巻き方等の巻線仕様が異なってくる。このため、３相モータ（電動機）に用いる３相９極のステータ（固定子）の軸方向端部に設けたステータコア（固定子鉄心）と巻線とを絶縁するインシュレータが設けられているが、並列結線か直列結線かによってそれぞれ異なるインシュレータを使用している。

例えば、特許文献１では、並列結線において、少なくとも同相の磁極歯（ティース）に巻回するコイルを１本の巻線とすることで、ステータコイルにおけるリード線の結線処理を簡単にするステータコイル巻線方法と、それに使用する渡り線係止用絶縁板（インシュレータ）の形状が開示されている。

特開２００７−１１０８４８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されたインシュレータは、並列結線用のインシュレータであって、直列結線に用いることは想定されていない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、並列結線あるいは直列結線のいずれの結線方法を採用しても共用可能なインシュレータおよびそれを用いたブラシレスＤＣモータを提供す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、本発明は、三相の電動機であってティース数が９以上の固定子のティースと、同ティースに巻回される導線とを絶縁するインシュレータであって、並列結線時のみ導線の引出し部となる並列結線用スリットと、直列結線時のみ導線の引出し部となる直列結線用スリットと、直列結線時および並列結線時に導線の引出し部となる併用スリットと、が設けられていることを特徴とする。

また、本発明の前記直列結線用スリットは、直列結線を行う際に、中性点と電源線のいずれの巻線端にも隣接しない前記ティースに対応する位置にそれぞれ設けられていることが好ましい。

また、本発明の前記直列結線用スリットは、前記並列結線用スリットと同じ深さに形成されていることが好ましい。

また、本発明のいずれか一つに記載のインシュレータを用いてブラシレスＤＣモータを構成することが好ましい。

本発明のインシュレータによれば、並列結線時のみ導線の引出し部となる並列結線用スリットと、直列結線時のみ導線の引出し部となる直列結線用スリットと、直列結線時および並列結線時に導線の引出し部となる併用スリットとが設けられている。このため、インシュレータは、並列結線にも直列結線にも対応可能となり、用途に応じて結線方式を自由に選択することができる上、結線方式毎にインシュレータを作成する必要がないので、金型費用が少なくて済むインシュレータを提供できるという効果を奏する。

また、本発明のブラシレスＤＣモータによれば、上述のインシュレータを用いて構成されている。このため、ブラシレスＤＣモータは、同じインシュレータを使って並列結線にも直列結線にも対応可能となり、結線方式が自由に選択できる上、金型費用にかかるコストを低減できるという効果を奏する。

図１は、本実施例にかかるインシュレータの斜視図である。図２は、電動機の固定子に並列結線を行う場合の結線図である。図３は、図１のインシュレータに図２の並列結線を行った場合の展開図である。図４は、電動機の固定子に直列結線を行う場合の結線図である。図５は、図１のインシュレータに図４の直列結線を行った場合の展開図である。図６は、図１のインシュレータを用いた電動機の固定子に巻線を巻回し回転子を組み込んだ状態を示すブラシレスＤＣモータの平面図である。

以下に、本発明にかかるインシュレータおよびそれを用いたブラシレスＤＣモータの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本実施例にかかるインシュレータの斜視図であり、図２は、電動機の固定子に並列結線を行う場合の結線図であり、図３は、図１のインシュレータに図２の並列結線を行った場合の展開図であり、図４は、電動機の固定子に直列結線を行う場合の結線図であり、図５は、図１のインシュレータに図４の直列結線を行った場合の展開図であり、図６は、図１のインシュレータを用いた電動機の固定子に巻線を巻回し回転子を組み込んだ状態を示すブラシレスＤＣモータの平面図である。

図１に示すように、本実施例のインシュレータ４０は、短い筒状に形成され、図示しない固定子鉄心のヨーク上に設置される外周壁４２と、外周壁４２の固定子鉄心側に外周壁４２から中心に向かって突出し固定子鉄心のティースを覆う巻胴部２１〜２９と、巻胴部２１〜２９とティースに巻回される巻線を内径側から支持するように巻胴部２１〜２９のそれぞれの先端から半円形状に突出するインシュレータエッジ１１〜１９とを有している。

また、インシュレータ４０の外周壁４２の固定子鉄心側で、巻胴部２１〜２９およびインシュレータエッジ１１〜１９に囲まれるように、インシュレータスロット４４およびインシュレータ開口４３が形成されている。また、インシュレータ４０の外周壁４２には、電動機の固定子のティースに巻回した導線（巻線）から外周壁４２の外周に引出される導線（渡り線）の引出し部となるスリット５１〜７１が形成されている。さらに、インシュレータ４０の外周壁４２の外周面には、渡り線を保持して配線するための突起４５が多数配置されている。また、インシュレータ４０の外周壁４２の固定子鉄心側には、固定子鉄心の外周端部に外嵌してインシュレータ４０を固定子鉄心に固定する３つの外爪４１を有している。

本実施例にかかるインシュレータの特徴的な構成は、図１に示すように、インシュレータ４０の外周壁４２に並列結線時に渡り線の引出し部となるスリット５１〜５４、５６〜６５、６７〜７０を備えると共に、直列結線用の引出し部となる直列結線用スリット５５、６６、７１をさらに設けた点にある。

本実施例にかかるブラシレスＤＣモータは、図２に示すように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相の電圧を印加して回転磁界を発生させることにより、図６に示す固定子１１０の内径側に配置される円柱形状の回転子８０を図６の矢印Ａ方向に回転させる３相９極のブラシレスＤＣモータ１２０である。回転子８０は、例えば、鋼板を軸方向に積層して構成したロータコア８１内の軸方向に沿って６個のマグネット８２が均等に配置され、軸方向の両側から端板８４で覆った上でロータ用リベット８３でカシメて固定されている。そして、同相を構成する巻線（Ｕ相：巻線４，７，１、Ｖ相：巻線８，２，５、Ｗ相：巻線６，９，３）同士は、図２に示すような並列結線で結線すると、Ｕ相では中性点１０４に対して折り返し線１０５、Ｖ相では中性点１０４に対して折り返し線１０６、およびＷ相では中性点１０４に対して折り返し線１０７が生じる。

この折り返し線１０５、１０６、１０７は、固定子１１０およびインシュレータ４０に巻回した状態で見ると、図３に示すように結線される。なお、ここでは図３に描かれているインシュレータ４０の側を反リード側と称し、固定子鉄心を挟んで反対側のインシュレータの側をリード側と称する。例えば、図３に示すように、Ｕ相の電源線（Ｕ電源線）１０１に接続された導線は、インシュレータ４０のスリット５２から渡り線となってインシュレータ４０の外周面に沿って渡され、外周壁のスリット５８から内周面に入り、図１の巻胴部２４で巻回され、巻線４を構成する。

巻線４で巻き終わった導線は、再びスリット５９からインシュレータ４０の外周面に沿って渡され、渡り線９７となる。渡り線９７は、図３に示すインシュレータ４０のスリット６５から内周面に入り、折り返し線１０６となり、リード側で折り返した後、図１の巻胴部２７で巻回され、巻線７を構成する。

巻線７で巻き終わった導線は、再びスリット６４からインシュレータ４０の外周面に沿って渡され、渡り線９１となる。渡り線９１は、図３に示すインシュレータ４０のスリット５１から内周面に入り、リード側で折り返した後、図１の巻胴部２１で巻回され、巻線１を構成する。巻線１で巻き終わった導線は、中性点１０４（図３中の△印）に接続される。

また、Ｖ相の電源線（Ｖ電源線）１０３に接続された導線は、インシュレータ４０のスリット６１から渡り線となって外周面に沿って渡され、インシュレータ４０のスリット６７から外周壁の内周面に入り、図１の巻胴部２８で巻回され、巻線８を構成する。

巻線８で巻き終わった導線は、再びインシュレータ４０のスリット６８から外周面に沿って渡され、渡り線９２となる。渡り線９２は、図３に示すインシュレータ４０のスリット５４から内周面に入り、折り返し線１０５となり、リード側の中性点１０４で折り返した後、図１の巻胴部２２で巻回され、巻線２を構成する。

巻線２で巻き終わった導線は、再びインシュレータ４０のスリット５３から外周面に沿って渡され、渡り線９５となる。渡り線９５は、図３に示すインシュレータ４０のスリット６０から内周面に入り、リード側で折り返した後、図１の巻胴部２５で巻回され、巻線５を構成する。巻線５で巻き終わった導線は、中性点１０４（図３中の△印）に接続される。

また、Ｗ相の電源線（Ｗ電源線）１０２に接続された導線は、インシュレータ４０のスリット５７から渡り線となって外周面に沿って渡され、インシュレータ４０のスリット６２から内周面に入り、図１の巻胴部２６で巻回され、巻線６を構成する。

巻線６で巻き終わった導線は、再びインシュレータ４０のスリット６３から外周面に沿って渡され、渡り線９９となる。渡り線９９は、図３に示すインシュレータ４０のスリット７０から内周面に入り、折り返し線１０７となり、リード側の中性点１０４で折り返した後、図１の巻胴部２９で巻回され、巻線９を構成する。

巻線９で巻き終わった導線は、再びインシュレータ４０のスリット６９から外周面に沿って渡され、渡り線９３となる。渡り線９３は、図３に示すインシュレータ４０のスリット５６から内周面に入り、リード側で折り返した後、図１の巻胴部２３で巻回され、巻線３を構成する。巻線３で巻き終わった導線は、中性点１０４（図３中の△印）に接続される。

このように、本実施例にかかるインシュレータ４０を用いれば、巻線機を使用して導線を並列結線による接続方式で容易に巻回することができる。

また、本実施例にかかるブラシレスＤＣモータは、図４に示すように、同相を構成する巻線（Ｕ相：巻線４，７，１、Ｖ相：巻線８，２，５、Ｗ相：巻線６，９，３）同士を直列結線で結線すると、図２に示すような並列結線で結線した時のように、中性点１０４とＵ電源線１０１，Ｗ電源線１０２，Ｖ電源線１０３のいずれの巻線端にも隣接しないティースの巻線２，７，９において、中性点１０４に対する折り返しが無くなる。このため、折り返し線１０５，１０６，１０７が使用していたインシュレータ４０のスリット５３，６４，６９（並列結線用スリット）は、使わなくなり、巻線２，７，９で巻き終わった導線は、図５に示すように、そのまま引き出されることにより、新たに追加したインシュレータ４０のスリット５５，６６，７１（直列結線用スリット）から外周面に沿って次の巻線へ渡される。一方、電源線１０１〜１０３の位置は、直列結線でも並列結線でも同様に巻線１，３，５から引き出すようにしているので、いずれの結線方式を採用しても、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各電源線とモータに電力を供給する外部電源との接続箇所を共通化できる。

このように、本実施例にかかるインシュレータ４０を用いれば、新たに直列結線用のスリット５５，６６，７１を追加することにより、直列結線による接続方式を採用した場合にも用いることができる。なお、スリット５１，５２，５４，５６，５７，５８，５９，６０，６１，６２，６３，６５，６７，６８，７０は、直列結線と並列結線のいずれの結線方式であっても使用されるスリット（併用スリット）である。

なお、新たに追加する直列結線用スリット５５，６６，７１は、それぞれのティースに対応する位置において、並列結線を行う際に用いられ、直列結線を行う際に用いられない並列結線用スリット５３，６４，６９と同じ深さに形成することが好ましい。その理由は、直列結線用スリットと並列結線用スリットから引き出される導線の高さを同じにすることで、それぞれのスリットから引き出される渡り線が他の導線の渡り線と交差するのを防ぐことができる。

以上述べたように、本実施例のインシュレータは、同じインシュレータで並列結線あるいは直列結線のいずれの結線方式にも対応が可能なため、並列結線を直列結線に変えると、巻数は１／３となり、線径は（√３）＝１．７３２倍となる。このように、並列結線を直列結線に変えた場合は、巻線の巻回にかかる時間を減らすことができる上、線径が太い方が価格が安くなることから、安価に作成できる。

逆に、直列結線を並列結線に変えた場合は、巻数は３倍となり、線径は１／（√３）＝０．５７７倍となる。このように、直列結線を並列結線に変えた場合は、巻線の巻回にかかる時間は増加するが、線径が細くなると巻線機のノズルも細いものが使えるため、巻線スピードを上げることができる上、周方向に隣接するティースの間隔（スロットオープン）を小さくすることができる。

このように、本実施例のインシュレータおよびこれを用いたブラシレスＤＣモータによれば、両結線方式に対応可能なことから部品点数を変更することなく、モータのサイズや用途、あるいは巻線の巻回にかかる時間等を考慮して、状況に応じた結線方式を選択することができる。また、インシュレータが共用できるため、部品の共通化が可能となり、金型費用を節約することができる。さらに、本実施例では、インシュレータを渡り線が引き回される反リード側に用いた場合について説明したが、本実施例のインシュレータは、電源線や中性点が引き出されるリード側にも用いることができ、このようにすると部品をさらに共通化できる。

さらに、本実施例のインシュレータを使って巻線機で巻線を巻回する場合は、直列結線と並列結線を巻線機のプログラムを選択するだけで直ちに共用が可能となることから、設備能力の低下を防ぐことができる。

なお、本実施例のインシュレータを用いたブラシレスＤＣモータは、ここでは、３相９極のものを用いて実施したが、必ずしもこれに限定されず、３相９極以上のブラシレスＤＣモータであれば同様の効果を得ることができる。

以上のように、本発明にかかるインシュレータおよびそれを用いたブラシレスＤＣモータは、ロータリ圧縮機等に組み込むことにより直列結線や並列結線が適宜選択することが可能な設計の自由度の高いモータとして有用である。

１、２、３、４、５、６、７、８、９巻線
１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９インシュレータエッジ
２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９巻胴部
４０インシュレータ
４１外爪
４２外周壁
４３インシュレータ開口
４４インシュレータスロット
４５突起
５１〜７１スリット
５３、６４、６９並列結線用スリット
５５、６６、７１直列結線用スリット
５１，５２，５４，５６〜６３，６５，６７，６８，７０併用スリット
８０回転子
８１ロータコア
８２マグネット
８３ロータ用リベット
８４端板
９１、９２、９３、９５、９７、９９渡り線
１０１Ｕ電源線
１０２Ｗ電源線
１０３Ｖ電源線
１０４中性点
１０５、１０６、１０７折り返し線
１１０固定子
１１０１〜１１０９ティース
１２０ブラシレスＤＣモータ

Claims

三相の電動機であってティース数が９以上の固定子のティースと、同ティースに巻回される導線とを絶縁するインシュレータであって、
並列結線時のみ導線の引出し部となる並列結線用スリットと、
直列結線時のみ導線の引出し部となる直列結線用スリットと、
直列結線時および並列結線時に導線の引出し部となる併用スリットと、
が設けられていることを特徴とするインシュレータ。
前記直列結線用スリットは、直列結線を行う際に、中性点と電源線のいずれの巻線端にも隣接しない前記ティースに対応する位置にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１に記載のインシュレータ。
前記直列結線用スリットは、前記並列結線用スリットと同じ深さに形成されていることを特徴とする請求項２に記載のインシュレータ。
請求項１〜３のいずれか一つに記載のインシュレータを用いたことを特徴とするブラシレスＤＣモータ。