JP2011151875A

JP2011151875A - 同期回転機の固定子

Info

Publication number: JP2011151875A
Application number: JP2010008768A
Authority: JP
Inventors: Kanji Izaki; 勘治井崎; Ichiro Kamisaka; 一郎上坂; Atsushi Ishizuka; 敦士石塚
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2010-01-19
Filing date: 2010-01-19
Publication date: 2011-08-04

Abstract

【課題】分割鉄心で構成される同期回転機の固定子において、各鉄心に巻装される巻線相互の電気的接続を安価に確実に実現することを目的とする。
【解決手段】絶縁用インシュレータ７に装着されたプリント配線基板１は、各巻線８を相互に接続するとともに、各巻線８と、プリント配線基板１に保持された電力供給用のリード線９とを接続する接続パターン５が形成されている。プリント配線基板１の外周部には、巻線８の巻線端末４を挟持する為の、Ｖ字状切欠き２が形成されている。このＶ字状切欠き２の両側周囲には半田付け用のランド３が設けられており、各巻線端末４をＶ字状切欠き２の内径方向に押し付けて、巻線端末４を挟持させ、容易に半田付け可能な状態になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、分割鉄心で構成した同期電動機や同期発電機等の同期回転機の固定子に関する。

従来、この種の同期回転機の固定子は、本件発明と同じように、巻線が巻装された各分割鉄心を合体した後に、プリント配線基板にて各巻線を結線するものが知られている。（例えば、特許文献１参照）。

また、同様に、配線板を導電金属板と絶縁部材で構成したものが知られている。（例えば、特許文献２参照）。

以下、特許文献１に記載されているこの種の固定子の構成ついて、図９および図１０を参照しながら説明する。

図に示すように、回転子１０９の外径側に分割鉄心１０１で構成された固定子が形成されており、分割鉄心１０１には絶縁層を形成する巻枠１０３が装着された後、巻線１０２が巻装されている。各巻線１０２の巻線端末は、固定子の軸方向の片側端部に装着されたプリント配線基板１０５によって相互に電気的に接続されている。プリント配線基板１０５には取付穴１０６が設けられており、この取付穴１０６に巻枠１０３の軸方向の端部に設けられたフック１０４が係合して、プリント配線基板１０５が固定子に保持されている。各巻線１０２の巻線端末は、プリント配線基板１０５の外周部に設けられたＬ字状のガイド溝１０７に沿って、プリント配線基板のパターンパッド１０８近傍まで導かれた後に半田付けされ、各巻線１０２相互の電気的接続およびプリント配線基板１０５上に搭載されたモータ駆動用の電子回路部品やモータ引出線１１０との電気的接続がされている。各分割鉄心１０１および回転子１０９は金属製の外被ケース１１１にて回転子１０９が回転自在になるよう保持されている。

また、特許文献２に記載されている図１１および図１２に示す固定子では、分割鉄心ではないが、特許文献１の例と同じく、回転子１１２の外径側に固定子１１３が形成されており、固定子巻線の電気的接続には、金属製の導電パターン１１６と絶縁部材１１５で形成された配線板１１４が利用されている。巻線の端末は、導電パターン１１６に設けられた透孔１１７に通されて半田付けにて電気的接続されている。

特開２００５−２４５１４０号公報特開平０８−７０５５９号公報

このような特許文献１に記載されている図９および図１０に示す従来の固定子においては、各巻線端末がＬ字状のガイド溝１０７に案内されて、パターンパッド１０８近傍まで導かれているが、その部分で各巻線端末が固定されていないので、パターンパッドへの半田付け時に巻線端末が移動し、パターンパッドへの半田付け作業がやりにくく、半田接続の信頼性が低下する可能性があった。さらに、プリント配線基板上には駆動用の電子回路部品が搭載されており、絶縁距離の確保の為に通電用のプリントパターンの幅が狭くなり、大電流が流せずモータ出力が制限されてしまうという課題があった。

特許文献２に記載されている図１１および図１２の例では、金属製の導電パターン１１６を利用して電気的接続がされているので、特許文献１のようにモータ出力が制限されてしまうような課題はないが、巻線端末を導電パターン１１６に設けられた透孔１１７に通して半田付けする必要があり、作業がやりにくいという課題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するもので、各分割鉄心に巻装された巻線端末を、配線板の外周もしくは内周に設けたＶ字状の溝にて挟持する構造とすることにより、各巻線端末の接続が簡単にできるとともに、巻線端末が確実に配線板の半田用ランド部に電気的接続される高品質の固定子を実現することを目的としている。また、モータの電源電圧が高圧の場合には各相巻線を直列に接続するプリント配線基板もしくは導電板で接続し、低圧の場合には各相巻線を並列に接続するプリント配線基板もしくは導電板で接続することにより、電源電圧が変化しても固定子の構成や巻線設備を変化させることなく簡単に対応できる固定子を実現することを目的としている。

本発明の同期回転機の固定子は、上記目的を達成するために、絶縁用インシュレータを装着し、巻線を巻装した後に合体する複数の分割鉄心と、前記巻線の端末を半田付けして接続するプリント配線基板で構成される同期回転機の固定子であって、前記プリント配線基板は、ドーナツ状の円盤で、前記絶縁用インシュレータの回転軸方向に装着し、さらに、内径側もしくは外径側にＶ字状の切欠きを形成するとともに、前記Ｖ字状の切欠きに沿って半田付け用のランド部を形成し、前記各巻線の端末を前記Ｖ字状切欠きにて挟持するとともに、前記ランド部と半田にて電気的に接続し、前記各巻線を相互に接続するようにしたものである。

この手段により、Ｖ字状切欠きで巻線端末が挟持されるとともに、切欠き部に沿って半田付け用のランド部が形成されているので、挟持された巻線をその部分で折り曲げて半田付けすることにより、巻線端末の電気的接続が簡単にかつ確実に実施することが可能になり、安価で高品質の分割鉄心の固定子を実現できる。

本発明によれば、分割鉄心の絶縁インシュレータに装着されたプリント配線基板の内径側あるいは外径側にＶ字状の切欠きを設け、そのＶ字状の切欠き部で各分割鉄心の巻線の巻線端末を挟持するとともに、Ｖ字上の切欠き部に沿って半田付け用のランドが設けられているので、各巻線端末を常に半田付け可能な位置で確実に保持できる。また、切欠きがＶ字状なので巻線径が変化しても半田付け可能な位置での保持ができるので、半田付けによる電気的接続の信頼性が非常に高い、高品質の同期回転機の固定子を提供することが可能になる。

本発明の第１の実施の形態のプリント配線基板の平面図とその部分拡大図同分割鉄心に絶縁用インシュレータと巻線を装着した状態の三面図同分割鉄心を合体し、絶縁用インシュレータにプリント配線基板を装着した状態の正面図本発明の第２の実施の形態の固定子を示す断面図本発明の第３の実施の形態の導電金属板と導電金属板を絶縁用インシュレータに装着した状態の平面図同導電金属板を絶縁用インシュレータに装着した状態の正面図本発明の第４の実施の形態の各巻線相互の接続状態を示す説明図同１０極の回転子の場合の各巻線相互の接続状態を示す説明図従来の固定子鉄心を組み込んだ回転機の断面図同プリント配線基板の平面図と固定子鉄心を示す斜視図同他の固定子鉄心を組み込んだ回転機の断面図同他の固定子鉄心の導電金属板の平面図

本発明の請求項１記載の発明は、絶縁用インシュレータを装着し、巻線を巻装した後に合体する複数の分割鉄心と、前記巻線の端末を半田付けして接続するプリント配線基板で構成される同期回転機の固定子であって、前記プリント配線基板は、ドーナツ状の円盤で、前記絶縁用インシュレータの回転軸方向に装着し、さらに、内径側もしくは外径側にＶ字状の切欠きを形成するとともに、前記Ｖ字状の切欠きに沿って半田付け用のランド部を形成し、前記各巻線の端末を前記Ｖ字状切欠きにて挟持するとともに、前記ランド部と半田にて電気的に接続し、前記各巻線を相互に接続するようにしたものであり、各巻線端末を簡単にかつ確実に半田付け部で保持することができ、半田付けの信頼性を高めることが可能になる。

また、プリント配線基板を装着した前記分割鉄心を、モールド樹脂にて一体的に封止した同期回転機の固定子としたものである。これにより、通電によりプリント配線基板のパターン部に発生する熱が、モールド樹脂に放熱されるので、パターン部に大電流を流すことが可能になり、プリント配線基板を使用しても大出力の同期回転機の固定子を実現できる。また、モールド樹脂の絶縁機能により、プリント配線基板と巻線間の寸法を小さくすることが可能になり、薄型の同期回転機の固定子を実現できる。

また、プリント配線基板には、磁気センサーや駆動回路等の電子部品を搭載しないセンサレス駆動モータの固定子としたものであり、プリント配線基板は各巻線相互の電気的接続を実現するパターンだけを設けるだけでよく、パターン部の面積を大きくすることにより大電流を流すことが可能になり、さらに大出力の同期回転機の固定子を実現できる。また、出力を大きくしない場合は、パターン部の面積を小さくすることが可能になり、プリント配線基板自体の大きさを小さくしたり、巻線相互の接続パターンを自由に変化させることが可能になり、より低コストで多くの巻線接続方法に対応した汎用性の高い同期回転機の固定子を実現できる。

また、各巻線を各相毎に並列に接続するプリント配線基板と、各巻線を各相毎に直列に接続するプリント配線基板を用意し、固定子に供給される電源電圧が低い場合は並列接続のプリント配線基板を使用し、電源電圧が高い場合は直列に接続するプリント配線基板を使用するようにしたものである。これにより、電源電圧が低い場合は各相巻線を並列に接続するプリント配線基板を使用し、電源電圧が高い場合には各相巻線を直列に接続するプリント配線基板を使用することにより、電源電圧が変化しても、各分割鉄心の巻線径や巻数を大きく変更する必要がなくなり、電源電圧に対する汎用性の高い同期回転機の固定子を実現できる。また、同時に巻線製造設備の標準化も可能になり、汎用性の高い同期回転機の固定子が低コストで実現できる。

また、分割鉄心数を１２として、３相１２スロットの固定子とし、回転子の極数が８極用と１０極用のプリント配線基板もしくは導電金属板を用意し、前記回転子の極数に応じて使い分けて、前記各巻線を接続するようにしたブラシレスＤＣモータの固定子としたものであり、例えばインバータの通電切替え周波数を低くしたい場合には、８極のブラシレスモータとし、コギングトルクを小さくしたい場合には１０極のブラシレスモータにすることが、各分割鉄心の巻線方法を変更することなく実現することができ、モータ性能に対する融通性が高いブラシレスＤＣモータの固定子を実現できる。

また、前記固定子を空調用のブラシレスＤＣファンモータに搭載したものであり、多くの電源電圧に対応する必要があり、低コスト化の要求による設備共用化の必要性の高い、空調用ファンモータの固定子として最適である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるプリント配線基板の平面図およびその部分拡大図である。また、図２は同分割鉄心に絶縁用インシュレータと巻線を装着した状態の３面図、図３は同分割鉄心に絶縁用インシュレータと巻線を装着した後に各分割鉄心を合体し、絶縁用インシュレータにプリント配線基板を装着するとともに、各巻線端末をプリント配線基板に挟持させた状態の正面図である。

合体して固定子を形成する分割鉄心６には、絶縁用インシュレータ７を装着した上で巻線８が施されている。１は絶縁用インシュレータ７に装着されたプリント配線基板である。このプリント配線基板１は、各巻線８を相互に接続するとともに、各巻線８と、プリント配線基板１に保持された電力供給用のリード線９とを接続する接続パターン５が形成されている。プリント配線基板１の外周部には、巻線８の巻線端末４を挟持する為の、Ｖ字状切欠き２が形成されている。このＶ字状切欠き２の両側周囲には半田付け用のランド３が設けられており、各巻線端末４をＶ字状切欠き２の内径方向に押し付けて、巻線端末４を挟持させる。さらに、巻線端末４をＶ字状切欠き２のどちらかに折り曲げれば、巻線端末４がランド３に接し、容易に半田付け可能な状態になる。

このような構成によれば、半田付け作業が容易であるとともに、信頼性の高い電気的接続を実現することができる。さらにＶ字状切欠き２はＶ字形状であるので、巻線８の径が変化しても、巻線端末４を挟持することは可能であり、種々の巻線仕様に対応できる汎用性の高い固定子の製造が可能になる。

（実施の形態２）
図４は本発明の第２の実施の形態における同期回転機の固定子の断面図であり、本発明の第１の実施の形態の固定子をモールド樹脂１０にて、一体化したものである。

本形態において、モールド樹脂１０がプリント配線基板１の周囲も一体化し、接続パターン５に電流が流れ発熱した場合に、その熱を吸収しモータ周囲に放熱するので、接続パターン５の温度上昇を低下させることが可能になる。これにより、接続パターン５に大電流を流すことが可能になり、通電パターン５の厚みを大きくすることが難しいプリント配線基板１を使用しても、出力の大きな固定子を実現することができる。

（実施の形態３）
図５は、本発明の第３の実施の形態における同期回転機の固定子の導電金属板の平面図と、同各分割鉄心６を合体した状態の絶縁用インシュレータ７に装着した状態の正面図である。本実施の形態では３相１２スロットの固定子を各相並列接続し、スター接続した場合の例を示している。図において１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは導電金属板である。導電金属板１１ａはＵ相の各巻線の接続、導電金属板１１ｂはＶ相の各巻線の接続、導電金属板１１ｃはＷ相の各巻線の接続用であり、導電金属板１１ｄは中性点の接続用である。導電金属板１１ａ、１１ｂ、１１ｃはほぼ同形状であり、外周側４ケ所にＶ字状切欠き１２が形成されている。第１の実施の形態例と同様、巻線端末４をこのＶ字状切欠き１２にて挟持するものであるが、導電金属板１１ａ、１１ｂ、１１ｃは金属製であるため、巻線端末４の挟持力がさらに高くすることができる。導電金属板１１ｄはドーナツ状であり、内径側にＶ字状切欠き１２が形成されており、同様に各巻線端末４を強固に挟持することが可能である。また、各相の導電金属板１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、絶縁用インシュレータ１３に設けられた３種類の径で形成された突起１４に設置することにより、相互に間隔をあけて、図６に示すように下方から順番に１１ａ、１１ｂ、１１ｃの順番に保持されている。この導電金属板１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、第２の実施の形態例と同様に、モールド樹脂１０にて一体的に封止することにより、導電金属板１１ａ、１１ｂ、１１ｃに特別な絶縁処理を施すことなく、絶縁を確保することができ、安価に巻線の接続を実現できる。また、導電金属板１１ａ、１１ｂ、１１ｃはプリント配線基板の接続パターンと違い、その厚さ寸法を容易に厚くすることが可能であり、幅広の形状にすることなく大電流を流すことが可能であり、さらに高出力の固定子を実現できる。

尚、モールド樹脂で封止した状態の図面は、第２の実施の形態例と同様であるのでここでは省略する。

（実施の形態４）
図７と図８は、本発明の第４の実施の形態における同期回転機の固定子の各巻線の接続状態を説明した説明図であり、３相１２スロットの固定子の接続状態を示している。図７は回転子の極数が８極の場合の、並列と直列の接続図、図８は回転子の極数が１０極の場合の並列と直列の接続図である。図において、実施の形態１で用いたプリント配線基板１の接続パターンや実施の形態２で用いた導電金属板１１ａ、１１ｂ、１１ｃの形状を変更し、各相巻線を並列に接続するものと、各相巻線を直列に接続するものを、それぞれ用意することにより、各分割鉄心６に巻装する巻線８の巻線方向を変更することなく、並列接続と直列接続両方を実現することが可能になる。これにより、固定子に供給される電源電圧に応じて、低圧のときは並列接続を、高圧の時は直列接続を採用することが、巻線機設備等の大きな変更を伴うことなくできるので、電源電圧の変化に安価に対応できる固定子を実現できる。また、図８においては、並列および直列接続の状態において、各巻線相互の接続を変更することにより、回転子が１０極の場合に対応した状態の接続を示している。この場合も、１０極用の実施の形態１で用いたプリント配線基板１の接続パターンや実施の形態２で用いた導電金属板１１ａ、１１ｂ、１１ｃの形状を用意することにより、巻線８の巻線方向を変更することなく、１０極用の固定子を実現することができる。これにより、インバータの通電切替え周波数を低くしたい場合には、８極のブラシレスモータとし、コギングトルクを小さくしたい場合には１０極のブラシレスモータにすることが、巻線機設備等の大きな変更をすることなく、モータ性能に対する融通性が高いブラシレスＤＣモータの固定子を安価に実現できる。

以上のように、本発明による同期回転機の固定子は、内径側もしくは外径側にＶ字状の切欠きを形成するとともに、Ｖ字状の切欠きに沿って半田付け用のランドを形成したプリント配線基板を絶縁用インシュレータに装着し、各巻線の巻線端末をＶ字状切欠きにて挟持するとともに、各巻線端末とランド部を半田にて電気的に接続し、各巻線を相互に接続するようにしているので、半田による電気接続が確実にできる高品質の固定子が安価に実現できるので、高品質で安価な要求のつよい空調用ブラシレスＤＣファンモータの回転子として最適である。

１プリント配線基板
２Ｖ字状切欠き
３ランド
４巻線端末
６分割鉄心
７絶縁用インシュレータ
８巻線
１０モールド樹脂
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ導電金属板
１２Ｖ字状切欠き

Claims

絶縁用インシュレータを装着し、巻線を巻装した後に合体する複数の分割鉄心と、前記巻線の端末を半田付けして接続するプリント配線基板で構成される同期回転機の固定子であって、前記プリント配線基板は、ドーナツ状の円盤で、前記絶縁用インシュレータの回転軸方向に装着し、さらに、内径側もしくは外径側にＶ字状の切欠きを形成するとともに、前記Ｖ字状の切欠きに沿って半田付け用のランド部を形成し、前記各巻線の端末を前記Ｖ字状切欠きにて挟持するとともに、前記ランド部と半田にて電気的に接続し、前記各巻線を相互に接続するようにした同期回転機の固定子。
前記プリント配線基板を装着した前記分割鉄心を、モールド樹脂にて一体化した請求項１記載の同期回転機の固定子。
前記プリント配線基板は、磁気センサーや駆動回路等の電子部品を搭載しないセンサレス駆動モータの固定子とした請求項１または２記載の同期回転機の固定子。
前記プリント配線基板は、前記各巻線を各相毎に並列に接続するものと直列に接続するものを用意し、固定子に供給される電源電圧に応じて使い分けて、前記各巻線を接続するようにした請求項１乃至３のいずれか一つに記載の同期回転機の固定子。
前記分割鉄心の分割数を１２として、３相１２スロットの固定子とし、回転子の極数が８極用と１０極用のプリント配線基板を用意し、前記回転子の極数に応じて使い分けて、前記各巻線を接続するようにした請求項１乃至４のいずれか一つに記載の同期回転機の固定子。
絶縁用インシュレータを装着し、巻線を巻装した後に合体する複数の分割鉄心と、前記巻線の端末を半田付けして接続する複数の導電金属板で構成される同期回転機の固定子であって、前記導電金属板は、ドーナツ状の円盤で、前記絶縁用インシュレータに装着し、巻線接続パターンに従って層状に設け、内径側もしくは外径側にＶ字状の切欠きを形成するとともに、前記各巻線の端末を所定の前記導電金属板に設けたＶ字状切欠きにて挟持するとともに、半田にて電気的に接続し、前記各巻線を相互に接続するようにした同期回転機の固定子。
前記導電金属板を装着した前記分割鉄心を、モールド樹脂にて一体化した請求項６記載の同期回転機の固定子。
前記導電金属板には、磁気センサーや駆動回路等の電子部品を搭載しないセンサレス駆動モータの固定子とした請求項６または７記載の同期回転機の固定子。
前記導電金属板は、前記各巻線を各相毎に並列に接続するものと直列に接続するものを用意し、固定子に供給される電源電圧に応じて使い分けて、前記各巻線を接続するようにした、請求項６乃至８のいずれか一つに記載の同期回転機の固定子。
前記分割鉄心数を１２として、３相１２スロットの固定子とし、回転子の極数が８極用と１０極用の導電金属板を用意し、前記回転子の極数に応じて使い分けて、前記各巻線を接続するようにした請求項６乃至９のいずれか一つに記載の同期回転機の固定子。
請求項１乃至１０のいずれかに記載の同期回転機の固定子を備えた空調用ブラシレスＤＣファンモータ。