JP4411950B2 - 電動機固定子、その製造方法、およびその固定子を用いた永久磁石形電動機 - Google Patents

Description

本発明は、回転子に永久磁石を備え、固定子に巻線を備えた電動機固定子、その製造方法、およびその固定子を用いた永久磁石形電動機に関するもので、特にその絶縁構成に関する。

第１従来技術は、固定子鉄芯をティース毎に分割して絶縁を施す際に、その電動機の鉄芯長の絶縁シートで各ティースの絶縁を構成していた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−６１２８６号公報

上記特許文献１記載の固定子鉄芯は、その巻線体のコイルエンドを絶縁して電動機の薄型化を目的とするもので、そのために絶縁シートに、積層鉄心のスロット部のコイル巻装部内側を絶縁する部位、巻線体の側部を覆う部位、さらにこの部位に積層鉄心の積層厚より突出させたタブを一体で設け、巻装した巻線体を絶縁シートの部位を折り曲げ、さらにその後に、左右および上下両端部に設けたタブを折り曲げて積層方向端部にあるコイルを絶縁するようにしている。
しかしながら、第１従来技術は、絶縁シートのみで固定子鉄芯の絶縁を施すものであり、機械的強度に問題があり、特にティースの長手方向の端部が接触等により損傷しやすく問題があった。

そこで、第２従来技術では、ティースの長手方向の端部を十分に保護するために、固定子鉄芯をティースごとに分割して絶縁を施す際に、その電動機の鉄芯長に合わせた長さの樹脂製絶縁部品を各ティースの両長手方向から挿入し、この樹脂製絶縁部品にて絶縁を構成していた。
図８は第２従来技術に係る固定子鉄芯を説明する斜視図で、（ａ）は組立前、（ｂ）は組立後をそれぞれ示している。
図（ａ）において、１００’は第２従来技術に係る電動機固定子、１０は所定の形状に打ち抜かれた電磁鋼板１１を多数積層して成る積層鉄芯、８０は樹脂製絶縁部品で、第１従来技術の絶縁シートに代わるものである。これは２個用いて、それぞれ積層鉄芯１０の積層方向の両端から中心方向に向けて挿入される。
２個の樹脂製絶縁部品８０が積層鉄芯１０に挿入されると、電動機固定子１００’は、図（ｂ）のようになり、端部が多少接触しても樹脂製絶縁部品８０により損傷しにくくなっている。

しかしながら、電動機は同一断面形状で、鉄芯長さを変えて複数の製品としていることが一般的であるが、第２従来技術では、鉄芯長さを変えると樹脂製絶縁部品も複数種類必要になった。
図９は図８の電磁鋼板の積層体の積層数より多い積層鉄芯を有する固定子鉄芯を説明する斜視図で、（ａ）は組立前、（ｂ）は組立後をそれぞれ示している。
図（ａ）において、２００’は積層数の多い電動機固定子、１０’は電磁鋼板１１を図８のそれよりも多数積層して成る積層鉄芯、９０は樹脂製絶縁部品で、積層数が増えただけ、図８の樹脂製絶縁部品８０よりも長手方向の長さが長く形成されている。２個の樹脂製絶縁部品９０が積層鉄芯１０’に挿入されると、電動機固定子２００’は芯図（ｂ）のようになり、積層鉄芯１０’の積層数が増えても、その分長手方向の長さが長く形成された樹脂製絶縁部品９０を用いているので、ティースの長さ方向の全体が絶縁されている。

図１０は第２従来技術に係る長さの異なる２種類の電動機固定子を示す図で、図（ａ）は所定の長さの電動機固定子について、左は側面図、右は正面図であり、図（ｂ）は図（ａ）の電動機固定子より長さの長い電動機固定子について、左は側面図、右は正面図である。両図から判ることは、図（ａ）の積層鉄芯よりもさらに多く積層鉄芯が用いられる図（ｂ）では、樹脂製絶縁部品９０も樹脂製絶縁部品８０より長手方向の長さが長いものを使用している、ということである。
このように、鉄芯長さが変わると、第２従来技術では樹脂製絶縁部品も複数種類（今の場合、８０と９０の２種類）必要になった。
ところで、樹脂製絶縁部品を製造する手法としては射出成型等が用いられるが、複数の絶縁部品を製造するためには同数の金型が必要となり、第２従来技術では、金型製作のための費用がかかるという問題点を抱えていた。
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、金型製作の費用を最小限に抑えるとともに、作業性や品質と共に優れた絶縁構成を得ることができる電動機固定子、その製造方法、およびその固定子を用いた永久磁石形電動機を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、請求項１記載の発明は、円周の一部を成す外周ヨークと該外周ヨークに直角に延びるティースとから成る形状に打ち抜かれた同一形状の電磁鋼板の積層体から構成される積層鉄芯と、該積層鉄芯の積層方向の両端から中心方向に向けて前記ティースの幅方向の両端を覆い、かつ、前記ティースの前記積層方向の一部が露出する露出部を形成するように挿入される全体がコ字状をした２個の樹脂製絶縁部品と、を備え、前記樹脂製絶縁部品は２つの片持ち部材とこれら２つの片持ち部材を連結する連結部とから成り、前記片持ち部材の先端に、絶縁シートを挿入するための切り欠きを設け、該切り欠きに長手方向の長さが前記積層鉄芯の前記積層方向の寸法より短い絶縁シートを挿入して前記露出部を被覆することによってスロット絶縁を構成したことを特徴としている。
請求項２記載の発明は、前記切り欠きが、前記各片持ち部材にこの片持ち部材の長さ方向に対して直角な面にコ字状に形成され、かつ前記絶縁シートが、前記コ字状切り欠き内に収納されることを特徴としている。
請求項３記載の発明は、請求項１記載の電動機固定子を製造する電動機固定子の製造方法であって、前記積層体の積層数を変更した場合には、変更前の前記樹脂製絶縁部品と同じ寸法の樹脂製絶縁部品を用い、変更前の前記絶縁シートの前記積層方向の長さのみを変更し、当該長さが前記積層鉄芯の前記積層方向の寸法より短い絶縁シートを前記切り欠きに挿入して前記露出部を被覆することによってスロット絶縁を構成したことを特徴としている。
請求項４記載の発明は、請求項１記載の電動機固定子の複数個の外周ヨーク同士を隣接させて成る固定子と、該固定子の前記ティース先端同士で形成される内部空間に空隙を介して配置される永久磁石付き回転子と、を備えたことを特徴としている。

以上のような構成にすることにより、鉄芯長さを変更した製品を作る場合には、樹脂製絶縁部品は共用し、絶縁シートの長さを変更して簡単に新たな長さの電機子固定子を構成することができる。
このようになっているため、鉄芯長さの異なる製品を作る場合でも、樹脂製絶縁部品の金型を追加で作る必要が無い。
また、樹脂製絶縁部品には絶縁シートと重なる部分に切り掻きを設けており、絶縁シートは樹脂製絶縁と鉄芯によって挟まれ、固定されるため、巻き線作業時にずれたり外れたりすることがない。また、絶縁シートと樹脂製部品は重なり部分があるので、絶縁性能も落ちることはない。
このように本発明によれば、金型製作費用をかけずに、かつ作業性、品質に優れた絶縁構成の電機子固定子とすることができる。この絶縁を施した鉄芯を複数組み合わせることで円環状として固定子を構成することができ、固定子の内部空間に永久磁石付き回転子を配置することで、長さの異なる永久磁石形電動機を簡単に構成することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図に基づいて説明する。
（第１実施例）
図１は、本発明の第１実施例で、電磁鋼板の積層体の積層数が少ない固定子鉄芯の組立前の斜視図、図２は樹脂製絶縁部品の組み込み後の斜視図、図３は絶縁シート組み込み後の組立完成した電動機固定子の斜視図である。
図１において、１００は本発明の第１実施例に係る電動機固定子、１０は電磁鋼板１１を多数積層して成る積層鉄芯、２０は樹脂製絶縁部品、３０は絶縁シートである。
電磁鋼板１１は円周の一部を成す外周ヨーク１１ａとこの外周ヨーク１１ａに直角に延びるティース１１ｂとから構成される形状に打ち抜かれたものである。
この電磁鋼板１１を多数枚積層することで積層体を構成している。
また、この電磁鋼板１１の外周ヨーク１１ａ同士を隣接させて繋ぎ合わせると環状の固定子が完成する。この場合、環状固定子のティース１１ｂの先端同士で形成される円筒の内部空間に空隙を介して永久磁石付き回転子を配置することで電動機ができあがる。

樹脂製絶縁部品２０は、それぞれ側壁部を成す２つの片持ち部材２１とこれらの２つの片持ち部材２１を連結する連結部２２とから成り、全体でコ字状をしている。２つの片持ち部材２１は、積層鉄芯の積層方向の両端から中心方向に向けて前記ティースの幅方向の両端を覆うように挿入される。
片持ち部材２１の長さは、２個の片持ち部材２１をそれぞれ挿入した状態で、先端の互いの突き合わせ位置において隙間ができる程度の長さにして、ティースの一部が露出するようにしてある。そして、このティースの露出部分を絶縁シート３０で覆うようにしている。
なお、絶縁シート３０を挿入し固定するため、水平切り欠き２１ｈが片持ち部材２１の上方張り出し部２１ａの長手方向先端部２１ｂと、および下方張り出し部２１ｃの長手方向先端部２１ｄにそれぞれ形成されている。さらに、これら上下の水平切り欠き２１ｈ、２１ｈ間を結ぶ垂直切り欠き２１ｇが形成されている。
連結部２２は片持ち部材２１に面する側の反対側に上部張り出し部２３と下方張り出し部２４を形成し、片持ち部材２１に面する側は片持ち部材２１の丈よりも若干高く形成されており、積層鉄芯１０に当接するストッパ部２３ａの役割をしている。

絶縁シート３０は厚みのある紙３１の下部３２および上部３３をそれぞれ積層鉄芯１０の反対側に断面コ字状に折られて成る。この絶縁シート３０を図２の樹脂製絶縁部品２０，２０の先端の互いの突き合わせ位置に形成されたコ字状切り欠き内に挿入することで、ティース１１ｂの幅方向の中央部近傍の積層鉄芯１０の露出部が図３のように完全に被覆されることとなる。

以上のように形成された樹脂製絶縁部品２０を２個用いて、それぞれの両片持ち部材２１が積層鉄芯１０の積層方向の両端から中心方向に向けて積層鉄芯１０を挟むように挿入されることで、図３のように、ティース１１ｂの幅方向の両端が中央部近傍を除いて被覆されることとなる。
このように、樹脂製絶縁部品２０には絶縁シート３０と重なる部分に切り欠ききを設けており、絶縁シート３０は積層鉄芯１０と樹脂製絶縁部品２０とによって挟まれて固定されるため、巻線作業時にずれたり外れたりすることがない。
また、絶縁シートと樹脂製部品は重なり部分があるので、絶縁性能も落ちることはない。

（第２実施例）
本発明の第２実施例は、電磁鋼板の積層体の積層数が第１実施例のものより多い固定子鉄芯の場合のコスト安となる製造に関するもので、図４はその組立前の斜視図、図５は樹脂製絶縁部品の組み込み後の斜視図、図６は絶縁シート組み込み後の組立完成した電動機固定子の斜視図である。
図４において、２００は本発明の第２実施例に係る電動機固定子、１０’は電磁鋼板１１を図１の場合（第１実施例）と比べてより多数積層して成る積層鉄芯、２０は樹脂製絶縁部品、３０’は絶縁シートである。樹脂製絶縁部品２０は図１のそれと全く同じものである。
電磁鋼板１１の単体も図１のそれと全く同じものである。ただ、その積層数が図１の場合より多くなっている。
絶縁シート３０’は厚みのある紙３１の下部３２および上部３３をそれぞれ積層鉄芯１０の反対側に断面コ字状に折られているところは図１の場合と同じであるが、積層方向の長さが図１の絶縁シートよりも長いものを用いている。図５では、積層鉄芯１０’の中央部に長い距離に亘ってティースが露出部しているのが見られる。そこで、この横長の絶縁シート３０’を樹脂製絶縁部品２０，２０の先端の互いの突き合わせ位置近傍に形成された切り欠き内に挿入することで、ティースの長い露出部が図６のように完全に被覆されることとなる。

図７は本発明の第１および第２の実施例に係る発明を纏めて示す図で、（ａ）は本発明で使用される積層鉄芯を示す図で、左は側面図、右は正面図である。
（ｂ）は本発明で共通に使用される樹脂製絶縁部品を示す図で、左は側面図、右は正面図である。（ｃ）は本発明で使用される絶縁シートを示す図で、左は側面図、右は正面図である。（ｄ）は本発明の第１実施例に係る電動機固定子を示す図で、左は側面図、右は正面図、（ｅ）は図（ｅ）のＸ−Ｘ断面平面図である。
（ｆ）は本発明の第２実施例に係る電動機固定子を示す図で、左は側面図、右は正面図である。
各図に共通して、１０、１０’は積層鉄芯、２０は樹脂製絶縁部品、３０、３０’は絶縁シートである。上方張り出し部２１ａの長手方向先端部２１ｂにシート挿入用水平切り欠き２１ｈ（図ｄ）が形成されており、また、下方張り出し部２１ｃの長手方向先端部２１ｄにも、同じくシート挿入用水平切り欠き２１ｈ（図ｄ）が形成されている。そして、上下のシート挿入用水平切り欠き２１ｈを結ぶ垂直の切り欠き２１ｇ（図ｅ）が形成されている。
この切り欠き２１ｈ−２１ｇ−２１ｈによって積層鉄心１０と樹脂製絶縁部品２０との間に隙間が形成されるので、この隙間に絶縁シート３０を挿入することで、絶縁シート３０の案内と固定が簡単に行える。

このように本発明によれば、鉄芯長さを変更した固定子鉄芯を作る場合には、樹脂製絶縁部品は同じものを共用し、絶縁シートの長さのみを変更することでいろいろな長さの新規な電動機固定子を簡単に対応することができるようになる。
このようになっているため、鉄芯長さの異なる製品を作る場合でも、樹脂製絶縁部品の金型を追加で作る必要が無い。
以上のように本発明によれば、金型製作費用をかけずに、かつ作業性、品質に優れた絶縁構成の電動機固定子とすることができる。この絶縁を施した鉄芯を複数組み合わせることで円環状として固定子を構成することができ、固定子の内部空間に回転子を配置することで、長さの異なる電動機を簡単に構成することができる。

本発明の第１実施例に係る固定子鉄芯の組立前の斜視図である。 図１における樹脂製絶縁部品の組み込み後の斜視図である。 図２における絶縁シートの組み込み後の完成品の斜視図である。 本発明の第２実施例に係る固定子鉄芯の組立前の斜視図である。 図４における樹脂製絶縁部品の組み込み後の斜視図である。 図５における絶縁シートの組み込み後の完成品の斜視図である。 本発明の第１および第２の実施例に係る発明を纏めて示す図である。 第２従来技術に係る固定子鉄芯を説明する斜視図で、（ａ）は組立前、（ｂ）は組立後をそれぞれ示している。 図８の積層数より多い積層鉄芯を有する固定子鉄芯を説明する斜視図で、（ａ）は組立前、（ｂ）は組立後をそれぞれ示している。 第２従来技術に係る長さの異なる２種類の電動機固定子を示す図である。

符号の説明

１００ 電動機固定子（本発明の第１実施例）
２００ 電動機固定子（本発明の第２実施例）
１０、１０’ 積層鉄芯
１１ 電磁鋼板
１１ａ 外周ヨーク
１１ｂ ティース
２０ 樹脂製絶縁部品
２１ 片持ち部材
２１ａ 上方張り出し部
２１ｂ 上方張り出し長手方向先端部
２１ｃ 下方張り出し部
２１ｄ 下方張り出し長手方向先端部
２１ｇ 絶縁シート挿入用切り欠き（垂直面）
２１ｈ 絶縁シート挿入用切り欠き（水平面）
２２ 連結部
２３ 上方張り出し部
２３ａ ストッパ部
２４ 下方張り出し部
３０、３０’ 絶縁シート
３１ 紙
３２ 下部
３３ 上部

Claims (4)

1. 円周の一部を成す外周ヨークと該外周ヨークに直角に延びるティースとから成る形状に打ち抜かれた同一形状の電磁鋼板の積層体から構成される積層鉄芯と、
   該積層鉄芯の積層方向の両端から中心方向に向けて前記ティースの幅方向の両端を覆い、かつ、前記ティースの前記積層方向の一部が露出する露出部を形成するように挿入される全体がコ字状をした２個の樹脂製絶縁部品と、を備え、
   前記樹脂製絶縁部品は２つの片持ち部材とこれら２つの片持ち部材を連結する連結部とから成り、前記片持ち部材の先端に、絶縁シートを挿入するための切り欠きを設け、該切り欠きに長手方向の長さが前記積層鉄芯の前記積層方向の寸法より短い絶縁シートを挿入して前記露出部を被覆することによってスロット絶縁を構成したことを特徴とする電動機固定子。
2. 前記切り欠きが、前記各片持ち部材にこの片持ち部材の長さ方向に対して直角な面にコ字状に形成され、かつ前記絶縁シートが、前記コ字状切り欠き内に収納されることを特徴とする請求項１記載の電動機固定子。
3. 請求項１記載の電動機固定子を製造する電動機固定子の製造方法であって、前記積層体の積層数を変更した場合には、変更前の前記樹脂製絶縁部品と同じ寸法の樹脂製絶縁部品を用い、変更前の前記絶縁シートの前記積層方向の長さのみを変更し、当該長さが前記積層鉄芯の前記積層方向の寸法より短い絶縁シートを前記切り欠きに挿入して前記露出部を被覆することによってスロット絶縁を構成したことを特徴とする電動機固定子の製造方法。
4. 請求項１記載の電動機固定子の複数個の外周ヨーク同士を隣接させて成る固定子と、該固定子の前記ティース先端同士で形成される内部空間に空隙を介して配置される永久磁石付き回転子と、を備えたことを特徴とする永久磁石形電動機。

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