JP4311047B2 - 電動機固定子 - Google Patents
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Description
【発明の技術分野】
この発明は、誘導電動機などの回転電動機固定子鉄心のティース部にコイルを直接巻回された回転電動機固定子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、誘導電動機などの回転電動機は小型高性能化のために、ブラシレスDCモータからなる直巻き式電動機が多く用いられている。この電動機固定子の内面周囲又は外面周囲に複数のティースが平等間隔で設けられ、これらのティース部にコイルを直接巻回して構成される。
【0003】
一般的なブラシレスDCモータ等の直巻き式電動機固定子は、固定子鉄心がバックヨークから突出した複数のティースを有し、絶縁部材のインシュレータで覆われており、コイルはインシュレータを介してティースに直接巻き回されており、隣接するコイル間には隙間8が生じる。直巻き式電動機固定子に巻回された隣接コイル間の隙間には配置させる絶縁部材を示している。この絶縁シートの両端に溶着部を形成し、両端の溶着部を熱溶着により接着することで環状に形成される。(例えば、特許文献参照)
【0004】
【特許文献】
特開2002−233092号公報
特開平08−149730号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の直巻き式電動機の固定子では、1枚の絶縁シートに対しティースに巻回された一つのコイルしか装着できず、全コイル間を絶縁するためには、ティースの数量分だけ絶縁シートの数量を要す。また、ティースの一つ間隔に絶縁シートを装着した最小数でもティース数量の半分の絶縁シートの数量を要すので、部品点数が多くなってしまい加工性が悪くなってしまう問題点がある。
【0006】
また、絶縁シートの両端部を予め接着して環状に形成後に、固定子鉄心のティースの先端部(回転子側の開溝部)より装着する組立工法の為、ティースの先端部に樹脂成形品のインシュレータの壁を装着した場合で、コイルエンド高さよりインシュレータの壁位置が高い場合には、絶縁シートの装着が困難であるという問題点もある。
【0007】
また、前記インシュレータの壁位置がコイルエンドより高い場合、絶縁シートを壁形状より大きめな環状に形成すれば装着は可能であるが、この場合コイルエンドに絶縁シートを密着することが出来ず、結束糸での固定時に絶縁シートがコイルエンドよりずれる恐れがあり、絶縁シートが回転子側へのはみ出し、絶縁効果を低減させてしまうという問題点もある。
【0008】
さらに、絶縁シートは環状に形成される為、コイルエンドの周囲を全周覆ってしまいコイルが発生する熱を固定子鉄心に伝えにくいという放熱性の問題点もある。
【0009】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、隣接コイル間の絶縁をなるべく少ない部品点数で的確に行うことで組立性を向上させて、信頼性の高い電動機固定子を提供することを目的とするものである。
【0010】
【問題を解決するための手段】
この発明の電動機固定子は、回転子が固定子の内径側又は外径側に設置された固定子のバックヨーク部と、当該バックヨーク部から突出した複数のティース部とを有する固定子鉄心と、インシュレータを介して前記複数のティース部に直接巻回された複数のコイルとを備え、1枚の帯状絶縁シートを隣接する前記コイルのコイルエンドを前記固定子鉄心内周側から見て交互に覆うように、前記複数のコイル間をクランク状に添わせて装着したものである。
【0011】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
以下、この発明に係る実施の形態1による電動機固定子の詳細を説明する。図1は電動機固定子断面図、図2は電動機固定子の横断面図、図3は電動機固定子の縦断面図である。図において、固定子1の固定子鉄心2は、バックヨーク3から突出した複数のティース4を有し、絶縁部材のインシュレータ5で覆われている。コイル6は前記インシュレータ5を介して前記ティース4に直接巻き回されており、隣接するコイル6間を帯状絶縁シート7で絶縁されている。
【0012】
図2に示すコイル6の直径をr1、帯状絶縁シート7の幅をw1、インシュレータ5のティース4の回転子側からバックヨーク3までの内寸法をw2としたとき、w2−r1/2<w1≦w2とする。
【0013】
また、図3に示す固定子鉄心2に装着されたインシュレータ5に巻き回されたコイル6の上部から固定子鉄心2の端面部までの高さをh1、固定子鉄心2に装着されたインシュレータ5内径側に配置した内壁5bの上部から固定子鉄心2の端面部までの高さをh2としたとき、h1<h2とする。
【0014】
上記w2−r1/2<w1≦w2、h1<h2により、帯状絶縁シート7はインシュレータの内壁5bに引っ掛かかることで位置ずれを防止でき、回転子側にはみ出すこと無く、コイル6間を絶縁することが可能となる。
【0015】
図4は帯状の絶縁シート7を装着したインナーロータ式電動機を示す要部概略図であり、回転子8は固定子1の内径側に配置されている。帯状絶縁シート7はコイル6間をクランク状に添わせており、隣接するコイル6のコイルエンドを上下交互に覆って形成される。
【0016】
図5は帯状絶縁シート7を装着したアウターロータ式電動機を示す図であり、回転子8は固定子1の外径側に配置されている。帯状絶縁シート7は前記図4に示すしたインナーロータ式電動機のコイル6と同様に隣接するコイル6のコイルエンドを上下交互に覆って形成される。
【0017】
図6はコイル間を絶縁する帯状絶縁シート7の展開図である。帯状絶縁シート7は例えば厚さ約0.075mm〜0.3mmで、弾力性を有するPET、PEN、PPS,アラミド紙のフィルム状の帯状シートを用いる。
【0018】
図7(a)は電動機固定子の組立前の構成を示す斜視図であり、帯状絶縁シート7は固定子1の回転子側隙間9aまたは、コイルエンド側隙間9bより挿入しコイル6に添わせてクランク状に形成させながら、コイル6間に装着する。
【0019】
図7(b)は組立後の構成を示す斜視図であり、1枚の帯状絶縁シート7により各ティースに巻回されたコイル6間は絶縁される。帯状絶縁シート7の両端はコイルエンドに粘着テープ等で固定もしくは、両端どうしを粘着テープまたは、熱溶着で接着固定する。
【0020】
図8は薄肉連結固定子鉄心を直線状に展開させた一部展開図で、帯状絶縁シート7を装着した電動機固定子を示すもので、図に示すように固定子鉄心2は、バックヨーク3の外径側を薄肉にて連結した薄肉連結形固定子鉄心10に用いた例である。
【0021】
図9は回転可能連結固定子鉄心11を直線状に展開させた一部展開図で、帯状絶縁シート7を装着した回転可能連結形電動機固定子を示すもので、回転可能連結形固定子鉄心11の各ティース4がバックヨーク3で分割され、プレス打ち抜きにてバックヨーク3部の表面に凸部を、裏面に凹部を設けて積層された回転可能連結形固定子鉄心11及び、凸凹加工の代わりに貫通穴を設け、この貫通穴にピンを通して回転可能にする回転可能連結固定子鉄心11に用いた例である。
【0022】
この実施の形態1による電動機固定子は、1枚の帯状絶縁シート7で隣接する複数のコイル6間を絶縁でき、前記複数のコイル6の表面をクランク状に形成させて装着しているため、各コイル6のコイルエンド部上下の何れか片側は必ずコイル6の表面が解放されている状態であり放熱効果が高い。このため、安価で部品点数の少ない絶縁部材を用い、組立が容易な上、放熱効果の高い電動機固定子を提供することが出来る。
【0023】
実施の形態2.
図10乃至図12に示すこの発明の実施の形態2における電動機固定子を説明する。図10は電動機固定子の構成を示す斜視図で、固定子鉄心2に組み込まれたインシュレータ3の外径側の外壁5aに予め突起5cを形成しておき、帯状絶縁シート7の両端に設けた取付け部12に加工された取付穴12aを前記外壁5aの突起5cに挿入することで、副部材を使用しなくても帯状絶縁シート7を容易に固定することができる。
【0024】
組立手順としては、一方取付け部12の取付穴12aを上記インシュレータ5に形成された突起5cに挿入後、帯状絶縁シート7をコイルエンドに巻き回し、最後にもう一方の取付け部12の取付穴12aを別の突起5cに挿入して固定させる。
【0025】
前記インシュレータ5に形成する突起5cは外壁5a、内壁5bの一方または、双方に配置しても良く、さらにインシュレータ5の上側、下側の一方または双方に配置しても良い。図10は回転子(図示せず)を固定子1の内径側に配置したインナーロータ式電動機の装着例であり、突起5cを外壁5aに設置した状態を示している。突起5cの設置位置はインシュレータ5の外壁5a(反回転子側)にしたほうが、帯状絶縁シート7の端部と回転子との距離に裕度があり好ましい。
【0026】
この実施の形態2では1枚の帯状絶縁シート7で、全てのコイル6間を絶縁することも可能であるが、複数枚に分割して装着することも可能である。電動機固定子の大きさ、ティース数によって、材料の歩留まり性、組立性の優れた分割数に加減すればよい。図10は帯状の絶縁シート7を複数枚に分割し1枚の帯状絶縁シート7で4ヶ所のコイル6間を絶縁した例である。前記インシュレータ5に形成する突起5c位置は、絶縁するコイル6間の数が偶数の場合は、上下の一方の方向に、奇数の場合は上下双方に設置する。
【0027】
図11(a)は電動機固定子の展開図を示すもので、帯状絶縁シート7を装着した薄肉連結固定子鉄心10を直線状に展開した状態であり、1枚の帯状の絶縁シート7で3ヶ所のコイル6間を絶縁した例である。突起5cの形状は図11(a)に示す様にストレート状でも良いが、図11(b)の鍵状突起5dまたは、図11(c)のキノコ状突起5eに形成すれば、挿入した帯状絶縁シート7の取付け部12の取付穴12aと係合性が向上して外れにくくなり、帯状絶縁シート7の固定力が向上する。
【0028】
図12(a)は帯状絶縁シート7の展開図である。帯状の絶縁シート7の両端の取付け部12に取付穴12aを穿設している。この取付穴12aはパンチ、ダイで構成された精密金型で加工すれば精度の高い丸穴、楕円穴、角穴等を形成できる。一方比較的安価な金型である、合板材に刃物を圧入した簡易金型で打ち抜き形成する場合、上記取付穴12aの加工は穴径が5mm程度の小径の場合、打ち抜き加工性が劣る。
【0029】
図12(b)は帯状絶縁シート7の両端の取付け部12に形成する形状を半月状切り込み12b形成したものである。これは穴加工と異なり抜き取り加工をしないため、簡易金型で対応可能であり、組立性は前記取付穴12aを施したものと同等である。これにより安価な金型で製造可能な帯状絶縁シート7を電動機固定子に組み込むことができる。
【0030】
実施の形態3.
図13乃至図18及び、図19に示す実施の形態3における帯状絶縁シートについて説明する。図13は電動機固定子の縦断面図を示している。一般的に直巻き式電動機固定子は巻き回されたコイル6を高密度化した場合に、コイル6の配列位置は高さ方向に不均一になり易く、コイルエンドの高い部分がインシュレータの外壁5a側または、内壁5b側に寄ることが多い。図13はコイルエンドの高い部分がインシュレータ外径側の外壁5aに寄ったことを示した例である。
【0031】
図14(a)は第1の帯状絶縁シート7の展開図を示すもので直線的な帯状の形状である。図14(b)は前記コイルエンド形状及び、第1の帯状絶縁シート7を装着した斜視図(固定子鉄心及び、インシュレータを省略)である。第1の帯状絶縁シート7は直線状の単純な形状をしており加工性が良く、フープ状の素材から連続打ち抜きした場合に廃材となる部材が少なく、歩留まりが向上する。但し図14(a)に示す様に、コイル6と第1の帯状絶縁シート7に隙間が生じる場合がある。
【0032】
図15、図17乃至図19は電動機固定子用絶縁シートの展開図、帯状絶縁シートを装着したコイルエンドの状態を示した斜視図である。なお図15〜図18に於いて、(a)は3つのコイル6間を絶縁する絶縁シートの展開図を示し、(b)は巻き回されたコイル6の高さが不均一になったコイルエンド形状に帯状絶縁シートを装着した絶縁シート装着斜視図(固定子鉄心及び、インシュレータを省略)を示している。
【0033】
図15(a)に示す第2の帯状絶縁シート13は、図15(b)に示すコイルエンドが低い内径側13aと、コイルエンドが高い外径側13b部分を屈折(θ1)させたものである。この屈折部分を前記コイルエンド部に装着することで、高さが不均一なコイルエンド部分に密着させることが出来、絶縁の信頼性が向上する。
【0034】
図16はインナーロータ式電動機固定子を示す要部展開図である。直巻き式電動機固定子の場合、一般的に巻き回されたコイル6の口出し線6aはインシュレータ外径側の外壁5aにからげられる場合が多い。この時、口出し線6aがコイル6の上部に配置されると、帯状絶縁シートをコイルエンドに密着しづらくなるが、第3の帯状絶縁シート14に施された切り抜き加工14aが、口出し線6aを避ける形状のため、密着性を妨げることは無い。
【0035】
図17(a)の第3の帯状絶縁シート14は、図15(b)に示すコイルエンドが高い部分又は図16に示す口出し線6aに対応した切り抜き部14aを施し、前記コイルエンド部に配置することで、直線的な帯状形状の第3の帯状絶縁シート14でも図17(b)に示すように、高さが不均一なコイルエンド部分に密着させることが出来、歩留まり及び、絶縁の信頼性が向上する。
【0036】
図18(a)の第4の帯状絶縁シート15は、図17(b)に示すコイルエンド部分に、端部切り込み15a、中央切り込み15bを施し、前記コイルエンド部に配置することで、端部切り込み15a、中央切り込み15bがそれぞれ網状に広がり、直線的な形状の第4の帯状絶縁シート15でも、図18(b)に示す高さが不均一なコイルエンド部分に密着させることが出来る。また、弾力性を有するフィルム状のシートを用いるため、網状に広がった部分はスプリング性が有り、スプリングバックにより取付け部12の取付穴12aとインシュレータ5との係合性が高まり、帯状絶縁シートのズレを防止出来るので絶縁の信頼性が向上する。
【0037】
上記の実施の形態3は一例であり、摘宜前記実施の形態1、実施の形態2又は実施の形態3どうしを組み合わせたり、変形することも可能である。例えば、図19(a)の第5の帯状絶縁シート16は、前記図17(a)に示した第3の帯状絶縁シート14に類似したほぼ直線的形状を成し、図19(b)に示すコイルエンド部分に相当する位置に、対角した狭部切り抜き部16aを施したものである。図19(c)は対角した切り抜き加工16aの頂点を結んだ折り曲げ中心17に合わせて、第5の帯状絶縁シート16を半回転捻った状態を示す。これにより前記図15(a)に示した第2の帯状絶縁シート13の如く屈折(θ2)し、この屈折部分である捻り部16bを図19(b)に示す、前記コイルエンド部に装着することで、高さが不均一なコイルエンド部分に密着させることができる。
【0038】
また、図19(a)の第5の帯状絶縁シート16は歩留まり性の高いほぼ直線形状をしているが、図19(c)の第5の帯状絶縁シート16に形成後、屈折部の角度θ2は前記図15(a)の第2の帯状絶縁シート13に示す屈折部の角度θ1より小さな角度を形成することが可能で、コイルへの密着性がより向上する。
【0039】
さらに、前記屈折部は折り曲げ中心17で半回転捻ることで形成されているため、角度θ2は自由に変化でき、高さが不均一なコイルエンド部分に自然体で密着する。これにより汎用性が広がり、コイルの巻き回し量を変更させた場合等の、コイルエンド高さのばらつきを吸収することができるため、多機種の電動機固定子の絶縁を、専用形状を要さずに用いることができる。なお、この第5の帯状絶縁シート16を電動機固定子に組立てる工程として、予め折り曲げ中心17で半回転捻った後に装着しても良いし、第5の帯状絶縁シート16の展開形状のまま、一方の半月状切り込み12bをインシュレータ5に挿入後、コイル6間に装着しながらコイルエンド上で、上記折り曲げ中心17で半回転捻りながらコイルエンドに巻き回して形成することも可能である。
【0040】
さらにまた、第5の帯状絶縁シート16は弾力性を有するフィルム状の部材を使用するので、前記捻り部16aはスプリング性が有り、スプリングバックにより半月状切り込み12bとインシュレータとの係合性が高まり、帯状絶縁シートのズレを防止できる。
【0041】
この実施の形態3において、安価で部品点数の少ない絶縁部材を用い、組立が容易な上、絶縁性能の高い電動機固定子を提供することができる。また、帯状絶縁シートの固定に副資材である粘着テープ等を要さないので、当該電動機を冷媒、冷凍機油等の雰囲気に搭載した場合、粘着物等の溶出による冷媒サイクルの詰まりを防止できるため、冷媒の圧縮を行う圧縮機に用いることができる。
【0042】
また、前記電動機固定子が搭載された圧縮機の制御方法で、効率改善、運転範囲拡大を目的として昇圧機能付きインバータを用いることがある。このとき電動機固定子に供給される電圧が上がり、コイル6間の電位差が大きくなる場合があるが、前記帯状絶縁シート7をコイル6間に配置することで、絶縁の信頼性が向上し、前記昇圧機能付きインバータを用いた冷凍サイクルに当該電動機固定子を用いることができる。
【0043】
【発明の効果】
この発明の電動機固定子は、回転子が固定子の内径側又は外径側に設置された固定子のバックヨーク部と、当該バックヨーク部から突出した複数のティース部とを有する固定子鉄心と、インシュレータを介して前記複数のティース部に直接巻回された複数のコイルとを備え、1枚の帯状絶縁シートを隣接する前記コイルのコイルエンドを前記固定子鉄心内周側から見て交互に覆うように、前記複数のコイル間をクランク状に添わせて装着したため組立作業性を向上させ、少ない部品点数で隣接コイル間の絶縁をおこなうことができる。
【0044】
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1における電動機固定子の横断面図である。
【図2】 この発明の実施の形態1における電動機固定子の要部断面図である。
【図3】 この発明の実施の形態1における電動機固定子の縦断面図である。
【図4】 この発明の実施の形態1におけるインナーロータ式電動機を示す概略図である。
【図5】 この発明の実施の形態1におけるアウターロータ式電動機を示す概略図である。
【図6】 この発明の実施の形態1における帯状絶縁シートの展開図である
【図7】 この発明の実施の形態1における電動機固定子の構成を示す分解斜視図である。
【図8】 この発明の実施の形態1における薄肉連結形固定子を示す要図展開図である。
【図9】 この発明の実施の形態1における回転可能連結形固定子を示す要図展開図である。
【図10】 この発明の実施の形態2における電動機固定子の構成を示す要部斜視図である。
【図11】 この発明の実施の形態2における電動機固定子の構成を示す要部展開図である。
【図12】 この発明の実施の形態2における帯状絶縁シートの展開図である。
【図13】 この発明の実施の形態3における電動機固定子の縦断面図である。
【図14】 この発明の実施の形態3における第1の帯状絶縁シートの展開図及び、装着時の斜視図である。
【図15】 この発明の実施の形態3における第2の帯状絶縁シートの展開図及び、装着時の斜視図である。
【図16】 この発明の実施の形態3におけるインナーロータ式電動機固定子を示す要部展開図である。
【図17】 この発明の実施の形態3における第3の帯状絶縁シートの展開図及び、装着時の斜視図である。
【図18】 この発明の実施の形態3における第4の帯状絶縁シートの展開図及び、装着時の斜視図である。
【図19】 この発明の実施の形態3における第5の帯状絶縁シートの展開図及び、装着時の斜視図である。
【符号の説明】
1 固定子、2 固定子鉄心、3 バックヨーク、4 ティース、5 インシュレータ、5a 突起、6 コイル、7 第1の帯状絶縁シート、8 回転子、9a 回転子側隙間、 9b コイルエンド側隙間、10 薄肉連結固定子鉄心、11 回転可能連結固定子鉄心、12 取付け部、12a 取付穴、12b 半月状切り込み、13 第2の帯状絶縁シート、14 第3の帯状絶縁シート、14a 切り抜き部、15 第4の帯状絶縁シート、15a 端部切り込み、、15b 中央切り込み、、16 第5の帯状絶縁シート、16a 狭部切り抜き部、16b 捻り部、17 折り曲げ中心。
Claims (10)
- 回転子が固定子の内径側又は外径側に設置された固定子のバックヨーク部と、当該バックヨーク部から突出した複数のティース部とを有する固定子鉄心と、インシュレータを介して前記複数のティース部に直接巻回された複数のコイルとを備え、1枚の帯状絶縁シートを隣接する前記コイルのコイルエンドを前記固定子鉄心内周側から見て交互に覆うように、前記複数のコイル間をクランク状に添わせて装着したことを特徴とする電動機固定子。
- 両端部にコイル部に巻回して取付ける取付穴を穿設した帯状絶縁シートを設け、前記インシュレータの外径側の外壁に前記取付穴に挿入する突起を設けたことを特徴とする請求項1記載の電動機固定子。
- 帯状絶縁シートの両端部にコイル部に巻回して取付ける取付け部に半月状の切り込み加工を施し、前記インシュレータの外径側の外壁に前記取付け部に挿入する突起を設けたことを特徴とする請求項1記載の電動機固定子。
- 帯状絶縁シートは単一又は複数個のティース部に直接巻回されたコイル外周部を絶縁することを特徴とする請求項1記載の電動機固定子。
- シートの途中に切り込み又は切り欠き加工部を設けた帯状絶縁シート、この帯状絶縁シートをインシュレータに直接巻回されたコイルエンド部に切り込み又は切り欠き加工部を添わせるようにして装着したことを特徴とする請求項1記載の電動機固定子。
- 帯状絶縁シートの切り欠き加工部を前記コイルエンド部で捻って装着することを特徴とする請求項5記載の電動機固定子。
- 固定子鉄心は一体形状で積層された鉄心であって、固定子鉄心のバックヨーク部で薄肉連結されて積層された薄肉連結固定子鉄心又は複数のティース部がプレス打ち抜き加工にて、表面に凸部裏面に凹部を設け、積層された回転可能連結固定子鉄心を用いたことを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の電動機固定子。
- 帯状絶縁シートはPET、PEN、PPS、アラミド紙材のいずれかを用いることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の電動機固定子。
- 請求項1乃至請求項8記載の電動機固定子を有し、当該電動機により冷媒の圧縮を行うことを特徴とする圧縮機。
- 昇圧機能付きインバータにて前記請求項9記載の当該電動機が搭載された圧縮機を駆動することを特徴とする冷凍サイクル。
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