JP2010035360A - 電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】
量産性に優れ、ステータ−コイル間及びコイルの相間の確実な絶縁を図った電動機を提供する。
【解決手段】
集中巻きのステータとロータとを備えた電動機において、コイル−コア間、及び、コイル相間を絶縁する複数の絶縁脚部を有する絶縁体を備える。この絶縁体は、複数の絶縁脚部を連絡する円環状の円環部、前記円環部の外周側に設けられて前記コイルと口出線とを接続する圧着端子が設けられる端子固定部、及びコイルの中性点を固定する中性点固定部とからなり、下記（１）〜（３）の特徴を有する。
（１）ステータの反対側に渡り線と口出線の案内・固定を行うガイド部が設けられる。
（２）端子固定部は、円環部の周方向において絶縁脚部と同位置に設けられる。
（３）端子固定部の円環部より下方に、下方延伸部が設けられる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、多極、多相の電動機に関する。

種々の用途に動力として用いられる多極、多相の電動機においては、コイルの巻線方式として集中巻き方式が知られている。集中巻き方式とは、ステータの巻線を絶縁物を介して直接ティースに巻き付ける方式のことであり、生産設備の合理化、電線量の削減、さらには、漏れ電流を低減できる等のメリットがある。

このような集中巻き方式の電動機は、巻線工程の自動化が図られやすいものの、口出線や、リード線との接続処理等のような端線部分の処理において手間がかかり、これに対応するものとして種々の提案がなされている（例えば、特許文献１、２参照）。

一方、ティースに巻き回されるコイルの相間は絶縁される必要があるが、巻線数が増大すると絶縁の確保が困難となる。このような相間の絶縁に対処した従来技術として特許文献３、４の構成が知られている。

特開2003-158845号公報 特開2003-158846号公報 特開2004-72857号公報 特開2007-181313号公報

上述の特許文献１〜２に示されるように、ステータに巻き回されるコイル口出線等の端線部分の処理には種々の工夫が試みられている。これらの各線の固定は、コイル巻線が行われた後に行う必要があるだけではなく、ロータの回転運動と干渉せず、かつ、回転磁界に影響を与えない位置で行う必要がある。したがって、特許文献１〜２ではステータの上方の位置で、端子板や配線処理板を用いて端末処理を行っている。

また、特許文献３〜４は、樹脂絶縁あるいは絶縁部材を用いて各相のコイル間の絶縁を図っている。

しかしながら、これらの従来技術はいずれもコイル巻線が完了した状態を前提としたものとなっていた。例えば、特許文献１〜２では、当該状態から板部材を介して端末処理を行うものであり、前後の工程を意識した構成について考慮されたものではなかった。すなわち、「煩雑な後工程」を改善する方式を開示するに過ぎず、電動機の全工程から量産性向上を図ったものとはなっていなかった。また、特許文献３〜４では、各相のコイル間に絶縁体を挟む構成が開示されているものの、特許文献１〜２と同様、前後の工程を意識したものではなかった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、量産性に優れ、ステータ−コイル間及びコイルの相間の確実な絶縁を図った電動機を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、コアに設けられるティースにコイルが巻き回される集中巻きのステータと、前記コイルに流れる電流により生ずる回転磁界によって回転するロータとを備えた電動機において、本発明は、
コイル−コア間、及び、コイル相間を絶縁する複数の絶縁脚部を有する絶縁体を備え、
この絶縁体は、複数の絶縁脚部を連絡する円環状の円環部と、前記円環部の外周側に設けられて前記コイルと口出線とを接続する圧接端子が設けられる端子固定部と、前記コイルの中性点を固定する中性点固定部とを有し、
前記円環部の前記ステータの反対側の面には前記コイルの渡り線と前記口出線の案内及び固定を行うガイド部が設けられ、
前記端子固定部は、前記円環部の周方向において前記絶縁脚部と同位置に設けられ、
前記端子固定部の前記円環部より下方に、前記コアに向かって延伸する下方延伸部が設けられるものとした。

また、上記の特徴を有する電動機において、さらに好適な具体的特徴は下記のとおりである。
（１）前記中性点固定部は、前記円環部の周方向において前記端子固定部とは異なる位置であって前記絶縁脚部の一つと同位置に設けられること。
（２）前記下方延伸部の先端が前記コアと当接すること。
（３）前記端子固定部は、前記ステータの反対側の方向に開口し前記圧接端子が挿入される挿入孔を有し、前記圧着端子及び前記中性点が、前記ステータの反対側の方向に露出していること。
（４）前記コイルは前記コアの上下に突出するコイルエンド部を有し、前記コイルエンド部と前記コアの表面との間に空間が形成されており、この空間は前記絶縁脚部の間に位置すること。
（５）前記空間は遠心方向に向かって内外に開放されており、前記絶縁脚部及び前記下方延伸部は前記空間に干渉しない位置に設けられていること。
（６）前記絶縁脚部は、前記コア内において上下に巻き回される前記コイルの高さ方向の中央部まで延伸すること。

本発明によれば、量産性に優れ、ステータ−コイル間及びコイルの相間の確実な絶縁を図った電動機を提供することができる。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。図１は、本実施形態に係る電動機の分解斜視図である。本実施形態の電動機１は、積層鋼板によって形成されるコア１１にコイル１３が巻き回されるステータ１０と、コイル１３に流れる電流によって生ずる回転磁界によって回転するロータ２０を備えて構成されている。ロータ２０は後述するように積層鋼板の内部に永久磁石が埋め込まれており、本実施形態の電動機１はいわゆる永久磁石モータ（ＩＰＭモータ）となっている。

図１に示されるように、ステータ１０は、コア１１に設けられるティース１２にコイル１３が巻き回される集中巻き方式であり、コア１１に巻かれた状態においては、コイル１３は、コア１１の上下両側から突出するコイルエンド部１３ａが形成される。

また、コイル１３の端部はリード線との電気的接続や中性点の固定が必要となる。本実施形態では、これらのコイル１３端部の処理にあたって、コア１１の上方にコイル端の処理部を形成する絶縁体１４を備えている。

図２は本実施形態に係る電動機１のコイル端部を示す図であり、図２（ａ）は各相のコイル端末、図２（ｂ）は中性点のコイル端末、図２（ｃ）は口出線をそれぞれ示している。

図２（ａ）に示すように、ｕ相、ｖ相、ｗ相の各相のコイル端末１５が、ステータ１０のコイル１３側から、絶縁体１４のコイル脚引出し部を経て絶縁体１４の上部に引き出される。そして、ｕ相において、ｕ₁側とｕ₂側とを１セットにして固定される。ｖ相、ｗ相も同様に固定される。これらの各相のコイル端末は、口出線１７と電気的に接続されることで通電する。この接続にあたっての絶縁体１４の構造については後述する。

また、図２（ａ）からわかるように、各相を固定するための端子固定部は３つ設けられており、これらの端子固定部の近傍に各相コイルの一側が設けられ、他側は絶縁体１４上を時計回りに引き回されるものとしている。

次に、図２（ｂ）を用いて中性点側のコイル端末について説明する。中性点側のコイル端末１５は、図２（ａ）のコイル脚引出し部とは異なる位置から６端が引き出され、これらが纏められて圧着端子１６によって絶縁体１４に設けられる中性点固定部に固定される。

口出線１７は、図２（ｃ）に示すように端子固定部から時計回りに引き出される。この周回方向は各相のコイル端末１５の周回方向と同方向としており、なるべく各相のコイル端末１５と干渉しないようにしている。

なお、上記のそれぞれの端線（渡り線）を所望の方向に案内し、かつ、各端線の接触を抑制するために、絶縁体１４にはガイド形状が施されている。特に、口出線１７には強度の強い絶縁被膜が設けられているものの、他のコイル端末１５はエナメル被膜のような剥がれ易い被膜であることが一般的なため、これらのコイル端末の接触を抑制するために、ガイド形状は高低差が設けられている。

また、図２（ｂ）（ｃ）に示す※部分では中性点及び口出線１７の固定を行う。すなわち、後述する中性点案内部１４ｇから中性点固定部１４ｄに向かう中性点のコイル端末１５と口出線１７とが、これらの配線が通る場所で、かつ、各相のコイル端末１５が通らない場所において固定される。本実施形態では、当該場所でのレーシングが可能なように絶縁体１４に溝が設けられており、この位置で両配線が紐によって固定可能となっている。

図３は、端線部分を省略して示したステータ１０の外観を示す図であり、図３（ａ）は斜視図、図３（ｂ）は側面図、図３（ｃ）は上面図をそれぞれ示している。また、図４は、本実施形態の絶縁体１４の外観斜視図である。図３及び図４を用いて絶縁体１４の構成及び絶縁体１４のコア１１への取付構造について説明する。

前述のように、コア１１にはティース１２が設けられており、このティース１２にコイル１３が巻き回されている。このコイル１３に流れる電流によって回転磁界が生じ、ロータ２０が回転する。本実施形態の絶縁体１４は、コイル−コア間、及び、コイル相間を絶縁する複数の絶縁脚部１４ａを備えている。

絶縁脚部１４ａは円環状の円環部１４ｂから延伸しており、いずれの絶縁脚部１４ａも一方向に延伸する構造となっている。換言すれば、円環部１４ｂが複数の絶縁脚部１４ａを連絡し、一部材としてコイル−コア間及びコイル相間の絶縁を可能としている。図４に示すように、コイル相間の絶縁は主として基部１４ａ’が行い、コイル−コア間の絶縁は主としてつば部１４ａ’’が行っている。

なお、絶縁脚部１４ａは、コア１１内において上下に巻き回されるコイル１３の高さ方向の中央部まで延伸している。すなわち、コア１１の上下方向の長さをＬ₁とし、コア１１内における絶縁脚部１４ａの延伸長さをＬ₂とすると、絶縁脚部１４ａは、Ｌ₁≦２Ｌ₂となる長さＬ₂を有している。これは、永久磁石電動機において、着磁の際、コイル１３に大電流を瞬時に流通させる際のコイル１３の瞬動において、コイルの相間の接触を防ぐに必要な長さに相当する。

上述のように、絶縁脚部１４ａは、遠心方向に放射状に設けられる基部１４ａ’と、基部１４ａ’の内周側にあって円周方向に延伸するつば部１４ａ’’からなっているが、この構成によって絶縁脚部１４ａの強度が確保され、コイル１３の高さ方向の中央部まで挿入する際の破損も抑制されて容易に挿入が可能である。

円環部１４ｂの外周側には、コイル１３とコイルからの口出線１７とを接続する圧接端子が設けられる端子固定部１４ｃと、コイル１３の中性点を固定する中性点固定部１４ｄとが設けられている。

また、円環部１４ｂのステータ１０の反対側の面、すなわち、複数の絶縁脚部１４ａが延伸する面とは反対側の面には、コイル端末１５の各配線と口出線１７の案内及び固定を行うガイド部１４ｅが設けられている。ガイド部１４ｅは、円環部１４ｂ上の配線を円周方向に案内するために設けられており、案内に必要な限りにおいて配線を固定する。したがって、案内の役割に応じて形状、高さが異なっており、各配線の接触をなるべく避けるように円環部１４ｂ上に複数設けられている。

絶縁体１４が上記の各構成を備えることによって、電気的絶縁のみならず、コイル１３から延伸する各線の案内と固定が可能となっている。

加えて、端子固定部１４ｃは、円環部１４ｂの周方向において絶縁脚部１４ａと同位置に設けられる。また、端子固定部１４ｃの下方には、コア１１に向かって延伸する下方延伸部１４ｆが設けられる。本実施形態においては、図４に示すように、端子固定部１４ｃに、コア１１の反対側の方向に開口し、圧接端子が挿入される挿入孔１４ｃ’を有している。そのため、圧接端子が開口側から挿入孔１４ｃ’に挿入される際、下方延伸部１４ｆがコア１１に当接して固定されるため、挿入作業を容易に行うことができる。

また、下方延伸部１４ｆは、円周方向に複数設けられているため、絶縁体１４をコア１１に取り付ける際の位置決めにも寄与している。すなわち、絶縁脚部１４ａをコイル１３の相間の隙間に挿入して絶縁体１４をコア１１に装着する際、複数の下方延伸部１４ｆの先端がコア１１の表面と当接させることによって、コイルエンド部１３ａの上方に円環部１４ｂを水平に取り付けることができる構成となっている。

なお、本実施形態の絶縁体１４は、コイル１３の絶縁位置に合わせて６つの絶縁脚部１４ａを備えているが、端子固定部１４ｃの数は３つとしている。これは固定される端子数によって定まるものであるが、絶縁脚部１４ａと円周方向において同位置であれば３つに限られるものではない。

また、中性点固定部１４ｄは、円環部１４ｂの周方向において端子固定部１４ｃとは異なる位置であって絶縁脚部１４ａの一つと同位置に設けられる。すなわち、６つの絶縁脚部１４ａのうち、端子固定部１４ｃが位置する３つの絶縁脚部１４ａとは異なる場所に設けられている。当然、この位置にも下方延伸部１４ｄが設けられており、中性点の設置にあたって、下方延伸部１４ｄがコア１１に当接することで固定され、取付けが行いやすいものとなっている。

中性点固定部１４ｄも、端子固定部１４ｃと同様に、上方から中性点を挿入する開口を備え、これに挿入することで中性点が固定される。したがって、圧着端子１６及び中性点は、絶縁体１４において、コア１１の反対側の方向に露出した構造となっている。

なお、中性点の固定にあたっては、円環部１４ｂの周方向において絶縁脚部１４ａと同位置に設けられる中性点案内部１４ｇによって、中性点を中性点固定部１４ｄに導いている。この中性点案内部１４ｇは、中性点固定部１４ｄと隣り合う絶縁脚部１４ａの位置に設けられており、固定を行いやすくしている。中性点案内部１４ｇの位置にも下方延伸部１４ｄが設けられており、上述と同様の効果が得られる。

本実施形態では、中性点案内部１４ｇによって中性点固定部１４ｄの方向にコイル端末を案内し、さらに第二の中性点案内部１４ｇ’（中性点案内部１４ｇと中性点固定部１４ｄの間に位置する）によって中性点を固定部１４ｄに導く構造としている。

コイル１３は、上述のようにコア１１の上下に突出するコイルエンド部１３ａを有している。コイルエンド部１３ａは、コア１１に巻き回されるコイル１３において、コア１１から上下に突出する部分を示しており、図３（ｂ）に示すように、コイルエンド部１３ａのコイル巻回し周内とコア１１の表面との間には空間が形成されている。

この空間は、コイル１３をコア１１に巻き回す製造工程において、占積率を向上させるために別部材の治具を介在させることによって生ずるものである。具体的には、（１）ティース１２の上下に治具を介在させ、（２）ティース１２と治具の周囲にコイル１３を巻き回し、（３）コイル１３の巻き回し終了後、（４）治具を取り外す、という（１）〜（４）の工程を経てコイル１３が巻かれるため、治具が取り外された部分に空間が生ずることになる。

本実施形態の絶縁脚部１４ａはコイル相間を絶縁するため、この空間は複数の絶縁脚部１４ａの間に位置することになる。また、上述のように、端子固定部１４ｃ、中性点固定部１４ｄ、及び、これらの固定部に端子等を固定する際の位置決めを行う下方延伸部１４ｆは、いずれも絶縁体１４の円周方向において、絶縁脚部１４ａと同位置に設けられている。したがって、この空間は遠心方向に向かって内外に開放されている。

この結果、絶縁脚部１４ａ及び下方延伸部１４ｆは遠心方向において空間と干渉しない位置に設けられるため、製造工程において治具を取り外す際に、絶縁体１４が障害となることはない。

上述のように本実施形態の絶縁体１４は、ステータ−コイル間及びコイルの相間の確実な絶縁が図られるだけではなく、量産性に優れた形状を有している。

図５は、本実施形態のロータ２０の分解斜視図である。図１に示すように、本実施形態のロータ２０はステータ１０の内周面に対向するように配置される。積層鋼板からなるコア２２と、コア２２内に埋め込まれた永久磁石２１とを備えている。

したがって、絶縁体１４によって固定された配線端部を通じて通電されることで、コイル１３に電流が生じ、これによる回転磁界によってロータ２０が回転することになる。

図６は、本実施形態の電動機１が搭載される一例を示す図であり、冷凍空調機器に用いられる密閉形電動圧縮機に搭載される例を示すものである。この図６では圧縮機構部分は省略して示しているが、シャフト２４にレシプロ式、ロータリー式あるいはスクロール式の圧縮機構が連結され、密閉容器３０内で冷媒が圧縮されるものとなっている。

冷凍空調機器の密閉形電動圧縮機に用いられる電動機にあっては、密閉容器３０内にステータ１０が固定され、密閉容器内で長期に渡って運転されることが前提となっている。また、冷媒の圧縮機構に連結される関係上、アンバランスな負荷を打ち消すためにバランスウェイト２３が取り付けられることが多い（図５参照）。さらに、負荷に応じて幅広い回転数での駆動が要求される。

このような過酷な環境で長期間の運転が要求されることから、コイルからの各線の確実な固定が必須となるが、本実施形態の電動機を用いることで、コイルやコアの電気的絶縁が確実に図られ、信頼性の高い電動圧縮機を実現することができる。

もちろん、本実施形態の電動機は、密閉容器３０内で用いられる場合に限られるものではなく、内外が連通している筐体内で用いられる場合であっても差し支えない。また、本実施形態においてバランスウェイト２３は必須の構成ではなく、汎用の電動機に用いることができることはいうまでもない。

本実施形態に係る電動機の分解斜視図。 本実施形態に係る電動機１のコイル端部を示す図。 端線部分を省略して示したステータ外観の斜視図、側面図、上面図。 絶縁体の外観斜視図。 ロータの分解斜視図。 本実施形態の電動機が搭載される一例を示す図。

符号の説明

１…電動機、１０…ステータ、１１…ステータのコア、１２…ティース、１３…コイル、１３ａ…コイルエンド部、１４…絶縁体、１４ａ…絶縁脚部、１４ａ’…基部、１４ａ’’…つば部、１４ｂ…円環部、１４ｃ…端子固定部、１４ｃ’…挿入孔、１４ｄ…中性点固定部、１４ｅ…ガイド部、１４ｆ…下方延伸部、１４ｇ…中性点案内部、１４ｇ’…中性点案内部、１５…コイル端末、１６…圧着端子、１７…口出線、２０…ロータ、２１…永久磁石、２２…ロータのコア、２３…バランスウェイト、２４…シャフト、３０…密閉容器。

Claims (7)

1. コアに設けられるティースにコイルが巻き回される集中巻きのステータと、前記コイルに流れる電流により生ずる回転磁界によって回転するロータとを備えた電動機において、
   コイル−コア間、及び、コイル相間を絶縁する複数の絶縁脚部を有する絶縁体を備え、
   この絶縁体は、複数の絶縁脚部を連絡する円環状の円環部と、前記円環部の外周側に設けられて前記コイルと口出線とを接続する圧接端子が設けられる端子固定部と、前記コイルの中性点を固定する中性点固定部とを有し、
   前記円環部の前記ステータの反対側の面には前記コイルの渡り線と前記口出線の案内及び固定を行うガイド部が設けられ、
   前記端子固定部は、前記円環部の周方向において前記絶縁脚部と同位置に設けられ、
   前記端子固定部の前記円環部より下方に、前記コアに向かって延伸する下方延伸部が設けられることを特徴とする電動機。
2. 前記中性点固定部は、前記円環部の周方向において前記端子固定部とは異なる位置であって前記絶縁脚部の一つと同位置に設けられることを特徴とする請求項１記載の電動機。
3. 前記下方延伸部の先端が前記コアと当接することを特徴とする請求項１又は２に記載の電動機。
4. 前記端子固定部は、前記ステータの反対側の方向に開口し前記圧接端子が挿入される挿入孔を有し、前記圧接端子及び前記中性点が、前記ステータの反対側の方向に露出していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電動機。
5. 前記コイルは前記コアの上下に突出するコイルエンド部を有し、前記コイルエンド部と前記コアの表面との間に空間が形成されており、この空間は前記絶縁脚部の間に位置することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電動機。
6. 前記空間は遠心方向に向かって内外に開放されており、前記絶縁脚部及び前記下方延伸部は前記空間に干渉しない位置に設けられていることを特徴とする請求項５記載の電動機。
7. 前記絶縁脚部は、前記コア内において上下に巻き回される前記コイルの高さ方向の中央部まで延伸することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の電動機。

Images