以下に、本発明の実施の形態にかかる電動機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この発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1にかかる電動機100の中心軸Cに沿った断面図である。図2は、実施の形態1にかかる電動機100の固定子5を示す斜視図である。なお、図1では、理解の容易のため、導電ピン14、ブラケット3、絶縁部材10、電源リード線17のみにハッチングを施している。図2では、コイル5cの図示を省略している。
実施の形態1にかかる電動機100は、フレーム1と、カバー2と、ブラケット3と、回転軸4と、固定子5と、回転子6と、第1ベアリング7と、第2ベアリング8とを備える。また、電動機100は、第1端子台9と、絶縁部材10と、第2端子台11と、第3端子台12と、進相コンデンサ13とを備える。電動機100は、回転子6が固定子5の内側で回転する内回転式の電動機である。回転軸4と固定子5と回転子6は、同軸に設けられている。以下、電動機100の各構成要素について方向を説明するときには、電動機100の中心軸Cと平行な方向を軸方向、電動機100の中心軸Cと直交する方向を径方向、電動機100の中心軸Cを中心とする回転方向を周方向とする。
フレーム1およびカバー2は、電動機100の外殻を構成する金属製部材である。フレーム1およびカバー2の内部には、固定子5、回転子6などが収容されている。フレーム1およびカバー2は、軸方向に沿った一端部が開口する有底円筒状に形成されている。フレーム1とカバー2は、互いに開口を向けて配置されている。フレーム1の底壁には、第1ベアリング7を保持する第1ベアリングハウジング1aが形成されている。フレーム1の底壁のうち第1ベアリングハウジング1aよりも径方向内側には、回転軸4が挿通される貫通孔1bが形成されている。フレーム1の開口縁部には、径方向外側に延びるフレームフランジ1cが形成されている。カバー2の開口縁部には、径方向外側に延びるカバーフランジ2aが形成されている。
ブラケット3は、フレーム1とカバー2とで形成される電動機100の内部空間を軸方向に2分割する金属製部材である。ブラケット3とフレーム1とで形成される内部空間には、固定子5、回転子6、回転軸4、第1端子台9などが配置されている。ブラケット3とカバー2とで形成される内部空間には、第2端子台11、第3端子台12、進相コンデンサ13などが配置されている。ブラケット3は、カバー2の内側に嵌め込まれている。ブラケット3は、軸方向に沿った一端部が開口する有底円筒状に形成されている。ブラケット3の底壁3cには、第2ベアリング8を保持する第2ベアリングハウジング3aが形成されている。ブラケット3の開口縁部には、径方向外側に延びるブラケットフランジ3bが形成されている。ブラケットフランジ3bは、フレームフランジ1cとカバーフランジ2aとの間に挟み込まれている。フレームフランジ1cとカバーフランジ2aとブラケットフランジ3bは、図示しないボルトで互いに固定されている。
回転軸4は、回転子6の回転中心となる部材である。回転軸4の軸方向に沿った一端部4aは、貫通孔1bを通じてフレーム1の外部に突出している。回転軸4の軸方向に沿った他端部4bは、フレーム1の開口を通じてフレーム1の外部に突出しており、ブラケット3の内部まで達している。回転軸4の一端部4aには、図示しない負荷が接続される。以下、回転軸4の軸方向に沿った一方向、すなわち回転軸4の一端部4a側を負荷側と呼び、回転軸4の軸方向に沿った他方向、すなわち回転軸4の他端部4b側を反負荷側と呼ぶ場合がある。
回転子6は、回転軸4が内側に連結された円筒状の部材である。回転子6は、回転軸4を中心に回転可能である。回転子6のスロットには、アルミニウムをダイキャストして作製された二次導体6aが充填されている。
固定子5は、回転子6の外側に配置された円筒状の部材である。回転子6と固定子5との間には、図示しない隙間が全周に亘って設けられている。固定子5は、フレーム1の内部に圧入されている。固定子5は、固定子鉄心5aと、巻枠であるインシュレータ5bと、固定子巻線であるコイル5cとを有する。
固定子鉄心5aは、薄い電磁鋼板を複数枚積層して形成されている。図2に示すように、固定子鉄心5aは、円筒状のコアバック5dと、コアバック5dの内周面から径方向内側に向かって突出する複数のティース5eとを有する。複数のティース5eは、周方向に沿って等角度離れて設けられている。周方向に隣り合うティース5eの間には、図示しないマグネットワイヤが挿通される固定子スロット5fが設けられている。各ティース5eは、インシュレータ5bで覆われている。
各ティース5eには、インシュレータ5bを介して、マグネットワイヤが巻き付けられて図1に示すコイル5cが形成されている。インシュレータ5bのうち反負荷側を向く面には、導電ピン14がインシュレータ5bから離れる方向に延びている。図示は省略するが、導電ピン14には、コイル5cの一部が複数回に亘って巻回される。導電ピン14とコイル5cは、はんだ付けで電気的な接続がなされている。導電ピン14は、外部電源に接続される電源リード線17とはんだ付けで電気的な接続がなされている。
コイル5cは、マグネットワイヤが隣り合う2つの固定子スロット5fに通された集中巻で構成される。集中巻は、マグネットワイヤが2つ以上離れた固定子スロット5fに通される分布巻よりも、コイル5cの軸方向に沿った寸法を小さくできる。このため、集中巻で構成されたコイル5cを用いると、電動機100の軸方向に沿った寸法を小さくできる。電動機100では、集中巻で構成されたコイル5cを用いることで、進相コンデンサ13を搭載しながらも、分布巻で構成されたコイル5cを用いる場合と同等の軸方向に沿った寸法に収めることが可能である。
図1に示すように、2つの第1ベアリング7および第2ベアリング8は、回転子6を回転可能に支持する軸受である。第1ベアリング7および第2ベアリング8は、軸方向で回転子6を挟んだ両側に配置されている。第1ベアリング7は、回転子6よりも負荷側に配置されている。第1ベアリング7は、環状の第1ベアリングハウジング1aに保持されている。第1ベアリングハウジング1aは、フレーム1の一部を反負荷側に凸となるように屈曲させることで形成されている。第2ベアリング8は、回転子6よりも反負荷側に配置されている。第2ベアリング8は、環状の第2ベアリングハウジング3aに保持されている。第2ベアリングハウジング3aは、ブラケット3の一部を負荷側に凸となるように屈曲させることで形成されている。
第1端子台9は、インシュレータ5bのうち反負荷側を向く面に配置されている。第1端子台9は、円筒状に形成されている。第1端子台9は、樹脂などの絶縁材料で形成されている。第1端子台9は、軸方向でブラケット3と反負荷側のコイル5cとの間に配置されている。第1端子台9は、第2ベアリングハウジング3aの径方向外側に配置されている。第1端子台9と第2ベアリングハウジング3aは、同軸に設けられている。第1端子台9の内径は、第2ベアリングハウジング3aの外径と概ね等しく形成されている。第1端子台9の内側には、第2ベアリングハウジング3aが圧入されている。第1端子台9には、導電ピン14が挿通される貫通孔9aが形成されている。
図3は、実施の形態1にかかる電動機100の第1端子台9を示す斜視図である。第1端子台9のうち反負荷側を向く面には、複数の第1端子板収納部9bと複数のヒューズ収納部9cとが形成されている。第1端子板収納部9bおよびヒューズ収納部9cは、負荷側に窪む凹状に形成されている。複数の第1端子板収納部9bは、周方向に沿って互いに間隔を空けて配置されている。第1端子板収納部9b内には、第1端子板15が配置されている。第1端子板収納部9bの深さは、第1端子板15の板厚以上の大きさに形成されている。これにより、第1端子板15は、第1端子板収納部9bの開口から反負荷側に突出しない。ヒューズ収納部9c内には、温度ヒューズ16が配置されている。温度ヒューズ16は、図1に示すコイル5cの過昇温を防止する装置である。
第1端子板15には、導電ピン14が挿通される貫通孔15aが形成されている。導電ピン14は、第1端子台9の貫通孔9aおよび第1端子板15の貫通孔15aから反負荷側に突出する。第1端子台9では、コイル5cに接続された導電ピン14、電源リード線17に接続された導電ピン14、温度ヒューズ16、電動機100の内部に搭載される電子部品などの電気的な結線が第1端子板15を用いて行われる。導電ピン14と第1端子板15は、はんだ付けまたは溶接で電気的な接続がなされている。温度ヒューズ16と第1端子板15は、はんだ付けまたは溶接で電気的な接続がなされている。
図1に示すように、絶縁部材10は、第1端子台9のうち反負荷側を向く面および側面に配置された部材である。絶縁部材10は、円筒状に形成されている。絶縁部材10は、軸方向でブラケット3と第1端子台9との間に配置されている。絶縁部材10は、第2ベアリングハウジング3aの径方向外側に配置されている。絶縁部材10と第2ベアリングハウジング3aは、同軸に設けられている。絶縁部材10の内径は、第2ベアリングハウジング3aの外径と概ね等しく形成されている。絶縁部材10の内側には、第2ベアリングハウジング3aが圧入されている。
図4は、実施の形態1にかかる電動機100の絶縁部材10を示す斜視図である。絶縁部材10は、平坦部10aと、側壁部10bと、複数の突出部10cとを有する。平坦部10aは、円環状に形成された平坦な部分である。側壁部10bは、平坦部10aの外周部から負荷側に延びている。側壁部10bは、円筒状に形成されている。突出部10cは、平坦部10aから反負荷側に突出している。突出部10cは、円筒状に形成されている。複数の突出部10cは、周方向に沿って互いに間隔を空けて配置されている。図1に示すように、平坦部10aは、第1端子台9のうち反負荷側を向く面を覆っている。平坦部10aの外径は、第1端子台9の外径と概ね等しく形成されている。側壁部10bは、第1端子台9の側面を覆っている。側壁部10bの内径は、第1端子台9の外径と概ね等しく形成されている。突出部10cの内側には、導電ピン14が挿通されている。
図5は、実施の形態1にかかる電動機100のブラケット3を示す斜視図である。ブラケット3の底壁3cには、複数の貫通孔3eが形成されている。複数の貫通孔3eは、周方向に沿って互いに間隔を空けて配置されている。図1に示すように、貫通孔3eには、導電ピン14および絶縁部材10の突出部10cが挿通されている。ブラケット3のうち反負荷側を向く面3dは、概ねフラットな面となっている。
第2端子台11は、ブラケット3のうち反負荷側を向く面3dに配置されている。第2端子台11は、樹脂などの絶縁材料で形成されている。第2端子台11とブラケット3は、同軸に設けられている。第2端子台11は、底壁部11aと、周壁部11bとを有する。底壁部11aは、ブラケット3のうち反負荷側を向く面3dを覆っている。底壁部11aの外径は、ブラケット3の外径と概ね等しく形成されている。底壁部11aには、導電ピン14および突出部10cが挿通される貫通孔11cが形成されている。
図6は、実施の形態1にかかる電動機100の第2端子台11を示す斜視図である。第2端子台11は、円形の浅底容器状に形成されている。底壁部11aは、円環状に形成されている。底壁部11aのうち反負荷側を向く面には、複数の第2端子板収納部11dが形成されている。複数の第2端子板収納部11dは、周方向に沿って互いに間隔を空けて配置されている。第2端子板収納部11dは、負荷側に窪む凹状に形成されている。第2端子板収納部11d内には、第2端子板18が配置されている。第2端子板収納部11dの深さは、第2端子板18の板厚以上の大きさに形成されている。これにより、第2端子板18は、第2端子板収納部11dの開口から反負荷側に突出しない。第2端子板18には、導電ピン14が挿通される貫通孔18aが形成されている。導電ピン14は、第2端子台11の貫通孔11cおよび第2端子板18の貫通孔18aから反負荷側に突出する。
底壁部11aのうち反負荷側を向く面には、複数の電源リード線収納溝11eが形成されている。電源リード線収納溝11eには、図1に示す電源リード線17が配置される。電源リード線17は、第2端子板18と図示しない外部電源とを接続する。電源リード線収納溝11eの深さは、電源リード線17の外径寸法以上に形成されている。これにより、電源リード線17は、電源リード線収納溝11eの開口から反負荷側に突出しない。各電源リード線収納溝11eの深さおよび溝幅は、1本の電源リード線17しか入らない寸法に設定されることが好ましい。第2端子台11では、導電ピン14と電源リード線17の電気的な結線が第2端子板18を用いて行われる。導電ピン14と第2端子板18は、はんだ付けまたは溶接で電気的接続がされる。電源リード線17と第2端子板18は、はんだ付けまたは溶接で電気的接続がされる。
周壁部11bは、底壁部11aの外周部から反負荷側に延びている。周壁部11bは、円筒状に形成されている。周壁部11bの一部には、電源リード線17を通すための切欠部11fが形成されている。電源リード線収納溝11eは、切欠部11fから第2端子板収納部11dまで延びている。電源リード線17は、切欠部11fから第2端子台11の外部に引き出されている。図1に示す第2端子台11は、カバー2で被覆されている。これにより、第2端子台11に配置される各種部品の保護が図られている。カバー2には、電源リード線17をカバー2の外部に引き出すための口出部2bが設けられている。
第3端子台12は、底壁部11aの反負荷側を向く面に配置されている。第3端子台12は、樹脂などの絶縁材料で形成されている。第3端子台12と第2端子台11は、同軸に設けられている。第3端子台12の外径は、第2端子台11の内径と概ね等しく形成されている。第3端子台12は、第2端子台11の内側に配置されている。第3端子台12には、導電ピン14が挿通される貫通孔12dが形成されている。第3端子台12は、カバー2で被覆されている。これにより、第3端子台12に配置される各種部品の保護が図られている。
図7は、実施の形態1にかかる電動機100のカバー2を取り外した状態を示す斜視図である。図8は、実施の形態1にかかる電動機100の第3端子台12を示す斜視図である。第3端子台12は、円板状に形成されている。第3端子台12のうち反負荷側を向く面には、1つのコンデンサ収納部12aと2つの第3端子板収納部12bとが形成されている。図8に示すように、コンデンサ収納部12aは、負荷側に窪む凹状に形成されている。第3端子板収納部12bは、第3端子台12から反負荷側に延びる壁に囲まれて形成されている。コンデンサ収納部12aおよび第3端子板収納部12bは、反負荷側に開口している。コンデンサ収納部12aと第3端子板収納部12bは、互いに壁の一部で連通している。コンデンサ収納部12aの底壁12eには、穴12cが形成されている。穴12cは、後述する凸部13gが嵌まる形状に形成されている。穴12cの位置は、特に制限されないが、本実施の形態ではコンデンサ収納部12aの底壁12eのうち第3端子板収納部12bと連通する壁との境界に形成されている。穴12cは、コンデンサ収納部12aの底壁12eの幅方向に沿った中央に設けられている。コンデンサ収納部12aの寸法は、電動機100に搭載可能な進相コンデンサ13の中で最も外周寸法の大きい進相コンデンサ13が嵌まる大きさで形成されている。
第3端子板収納部12bは、コンデンサ収納部12aと隣接して設けられている。2つの第3端子板収納部12b同士は、互いに離れている。第3端子板収納部12bの開口面積は、コンデンサ収納部12aの開口面積よりも小さい。第3端子板収納部12b内には、第3端子板19が配置されている。第3端子板収納部12bの深さは、第3端子板19の板厚以上の大きさに形成されている。これにより、第3端子板19は、第3端子板収納部12bの開口から反負荷側に突出しない。第3端子板19には、導電ピン14が挿通される貫通孔19aが形成されている。導電ピン14は、第3端子台12の貫通孔12dおよび第3端子板19の貫通孔19aから反負荷側に突出する。
図9は、進相コンデンサ13を示す斜視図である。図9に示すように、進相コンデンサ13は、コンデンサ本体13aと、コンデンサ本体13aを収容するケース13bと、コンデンサ本体13aと電気的に接続されてケース13bの内部から外部へ突出するコンデンサリード線13cとを有する。ケース13bの形状は、特に制限されないが、本実施の形態では直方体状である。ケース13bは、第1壁部13dと、第1壁部13dと反対側を向く第2壁部13eと、第1壁部13dと第2壁部13eとを繋ぐ外周壁部13fとを有する。第1壁部13dには、穴12cに嵌まる凸部13gが形成されている。凸部13gの形状は、特に制限されないが、本実施の形態では直方体状に形成されている。凸部13gは、本実施の形態では第1壁部13dのうち外周壁部13fとの境界に形成されている。凸部13gは、第1壁部13dの幅方向に沿った中央に設けられている。コンデンサリード線13cは、ケース13bの幅方向に沿って間隔を空けて2本配置されている。コンデンサリード線13cは、外周壁部13fに形成された図示しない孔を通じて外部に突出している。2本のコンデンサリード線13cは、外周壁部13fを形成する一つの壁部13mから突出している。
図10は、図9に示された進相コンデンサ13を第3端子台12に配置した状態を示す斜視図である。図11は、図9に示された進相コンデンサ13を第3端子台12に配置した状態を示す平面図である。図12は、図11に示されたXII−XII線に沿った断面図である。図12では、コンデンサ本体13aの図示を省略している。図10および図11に示すように進相コンデンサ13は、コンデンサ収納部12a内に配置されている。図12に示すように、ケース13bは、コンデンサ収納部12aの底壁12eに第1壁部13dを向けて配置されている。進相コンデンサ13がコンデンサ収納部12a内に配置された状態で、凸部13gは穴12cに嵌まっている。図11に示すように、第3端子板19は、ケース13bの外周壁部13fの壁部13mに沿って延びている。第3端子台12では、導電ピン14とケース13bから引き出されたコンデンサリード線13cの電気的な結線が第3端子板19を用いて行われる。導電ピン14と第3端子板19は、はんだ付けまたは溶接で電気的接続がされる。コンデンサリード線13cと第3端子板19は、はんだ付けまたは溶接で電気的接続がされる。コンデンサ本体13aは、コンデンサリード線13c、第3端子台12の第3端子板19および導電ピン14を介して、図1に示すコイル5cと接続される。
次に、図9、図11、図13および図14を参照して、電動機100の作用効果について説明する。図13は、図9に示された進相コンデンサ13よりも小型の進相コンデンサ13を示す斜視図である。図14は、図13に示された進相コンデンサ13を第3端子台12に配置した状態を示す平面図である。ここでは、外周寸法の異なる2種類の進相コンデンサ13のそれぞれを第3端子台12に配置する場合を例示して説明する。以下、2つの進相コンデンサ13を区別する場合には、外周寸法の大きい一方の進相コンデンサ13を大型進相コンデンサ13Aと称し、外周寸法の小さい他方の進相コンデンサ13を小型進相コンデンサ13Bと称する場合がある。大型進相コンデンサ13Aのコンデンサ本体13aを大型コンデンサ本体13hと称し、小型進相コンデンサ13Bのコンデンサ本体13aを小型コンデンサ本体13iと称する場合がある。大型進相コンデンサ13Aのケース13bを大型ケース13jと称し、小型進相コンデンサ13Bのケース13bを小型ケース13kと称する場合がある。
本実施の形態では、ケース13bの凸部13gをコンデンサ収納部12aの穴12cに嵌めることで、進相コンデンサ13を第3端子台12に固定することができる。また、図11および図14に示すように、コンデンサ収納部12aの寸法は、大型進相コンデンサ13Aの大型ケース13jの外周寸法と同じ大きさに形成されている。これにより、図11に示す大型進相コンデンサ13Aおよび図14に示す小型進相コンデンサ13Bを、同じ寸法のコンデンサ収納部12aに配置することができる。つまり、コンデンサ本体13aの容量に合わせてケース13bの外周寸法を変えても、コンデンサ収納部12aの寸法を変えることなく、容量の異なる進相コンデンサ13をコンデンサ収納部12aに配置できる。そのため、容量の異なる進相コンデンサ13ごとに第3端子台12を作製する必要がなく、第3端子台12の作製に要する手間および費用を抑えることができる。
特許文献1のようにケース13bをコンデンサ収納部12a内に嵌め込むことで進相コンデンサ13を第3端子台12に固定する構成では、容量の小さい小型コンデンサ本体13iを使用する場合でもコンデンサ収納部12aの壁面と接触する大きさでケース13bを形成する必要がある。これに対して、本実施の形態では、ケース13bの凸部13gをコンデンサ収納部12aの穴12cに嵌めることで進相コンデンサ13を第3端子台12に固定できるため、小型進相コンデンサ13Bのケース13bを無駄に大きくしなくて済む。これにより、特許文献1の場合に比べ、小型進相コンデンサ13Bのケース13bを形成する材料の使用量を削減できる。
また、小型進相コンデンサ13Bの外周寸法に合わせた大きさで形成されたコンデンサ収納部12a内に、例えば大型進相コンデンサ13Aと同等の容量の進相コンデンサ13を配置しようとすると、コンデンサ収納部12aに収まる外周寸法の進相コンデンサ13を複数積み重ねたり、進相コンデンサ13の厚み寸法を大きくして進相コンデンサ13の容量を大きくしたりする必要がある。これに対して、本実施の形態では、大型進相コンデンサ13Aの大型ケース13jの外周寸法に合わせた大きさでコンデンサ収納部12aを形成している。そのため、小型進相コンデンサ13Bよりも容量の大きい大型進相コンデンサ13Aをコンデンサ収納部12a内に配置する場合でも、進相コンデンサ13を複数積み重ねたり、進相コンデンサ13の厚み寸法を大きくして進相コンデンサ13の容量を大きくしたりする必要がない。これにより、進相コンデンサ13を覆うカバー2の軸方向に沿った大型化を抑制して、電動機100の軸方向に沿った大型化を抑制できる。また、容量の異なる進相コンデンサ13ごとにカバー2を作製する必要がなく、カバー2の作製に要する手間および費用を抑えることができる。
本実施の形態では、コンデンサ収納部12aの寸法が大型進相コンデンサ13Aの大型ケース13jの外周寸法と同じ大きさに形成されていることで、大型ケース13jをコンデンサ収納部12aに嵌め込むことができる。これにより、大型進相コンデンサ13Aを第3端子台12により一層強固に固定することができる。
本実施の形態では、第3端子台12には、導電ピン14およびコンデンサリード線13cと電気的に接続される第3端子板19が配置されている。これにより、導電ピン14は、第3端子板19を介して進相コンデンサ13と電気的に接続される。
本実施の形態では、コンデンサリード線13cがケース13bの外周壁部13fから突出しており、第3端子板19がケース13bの外周壁部13fに沿って延びている。これにより、図11および図14に示すように、ケース13bの外周寸法が異なることでコンデンサリード線13cの位置が変わった場合でも、各進相コンデンサ13のコンデンサリード線13cと第3端子板19との電気的接続が可能になる。
なお、本実施の形態では、容量および外周寸法の異なる2種類の進相コンデンサ13を例示して説明したが、本実施の形態にかかる電動機100に搭載可能な進相コンデンサ13の種類を限定する趣旨ではない。また、凸部13gおよび穴12cの形状は、本実施の形態では直方体状であるが、適宜変更してよい。また、コンデンサ収納部12aの底壁12eに進相コンデンサ13に向けて突出する凸部を形成し、進相コンデンサ13のケース13bに凸部が嵌まる穴を形成してもよい。
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の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、本発明の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。