(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スロットで隔てられた複数の磁極片を周方向に持ち中央にはローターが収められるローター回転部を備え、全体が環状の外輪ヨーク部に嵌装されて固定子鉄心となる内輪磁極部を絶縁部により被覆し、この内輪磁極部の上記ローター回転部の一端側を上記絶縁部と一体の端部構造により閉止し、他端側を絶縁カバーの装着により閉止して、上記端部構造とこの絶縁カバーとに回転軸を挿通した状態に上記ローター回転部内に上記ローターを回転可能に組付け、上記端部構造と上記絶縁カバーの外側に上記スロットを経て下巻コイルと、上巻コイルとを井桁状に周回させ巻着した電動機であって、
上記端部構造に上記下巻コイルの巻方向に沿って延び上記下巻コイルの側部を拘束し、
且つ上記上巻コイルが跨ぐように巻回される壁構造を設けたことを特徴とする電動機。
【請求項２】
スロットで隔てられた複数の磁極片を周方向に持ち中央にはローターが収められるローター回転部を備え、全体が環状の外輪ヨーク部に嵌装されて固定子鉄心となる内輪磁極部を絶縁部により被覆し、この内輪磁極部の上記ローター回転部の一端側を上記絶縁部と一体の端部構造により閉止し、他端側を絶縁カバーの装着により閉止して、上記端部構造とこの絶縁カバーとに回転軸を挿通した状態に上記ローター回転部内に上記ローターを回転可能に組付け、上記端部構造と上記絶縁カバーの外側に上記スロットを経て下巻コイルと、上巻コイルとを井桁状に周回させ巻着した電動機であって、
上記端部構造と上記絶縁カバーとに上記下巻コイルの巻方向に沿って延び上記下巻コイルの側部を拘束し、且つ上記上巻コイルが跨ぐように巻回される壁構造をそれぞれ設けたことを特徴とする電動機。
【請求項３】
スロットで隔てられた複数の磁極片を周方向に持ち中央にはローターが収められるローター回転部を備え、全体が環状の外輪ヨーク部に嵌装されて固定子鉄心となる内輪磁極部を両端を残して絶縁部により被覆し、この内輪磁極部の上記ローター回転部の両端を絶縁カバーの装着により閉止して、上記絶縁カバーに回転軸を挿通した状態に上記ローター回転部内に上記ローターを回転可能に組付け、上記絶縁カバーの外側に上記スロットを経て下巻コイルと、上巻コイルとを井桁状に周回させ巻着した電動機であって、
上記各絶縁カバーに上記下巻コイルの巻方向に沿って延び上記下巻コイルの側部を拘束し、且つ上記上巻コイルが跨ぐように巻回される壁構造をそれぞれ設けたことを特徴とする電動機。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の電動機であって、端部構造の壁構造をその下巻コイルの巻方向に沿う中間で分割し、絶縁部に一体成形したことを特徴とする電動機。
【請求項５】
請求項１〜請求項４までのいずれかに記載の電動機であって、壁構造の高さを下巻コイルのコイルエンドの高さに合わせたことを特徴とする電動機。
【請求項６】
請求項２〜請求項５までのいずれかに記載の電動機であって、磁極片の内輪磁極部における中心線方向の端部に中心線方向に延出する巻枠を絶縁部と一体に形成し、この巻枠の内方に下巻コイルと上巻コイルとを井桁状に周回させ巻着し、巻枠の絶縁カバーの壁構造との接合箇所に巻装するコイルの食い込みを防止する食込防止構造を設けたことを特徴とする電動機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の磁極片を周方向に持ち内部にローターが回転可能に収められる内輪磁極部を環状の外輪ヨーク部に嵌装して固定子鉄心が構成され、コイルを内輪磁極部に巻回してなる電動機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
小型の電動機には、実開昭５６−１４１５７６号公報に示されているように、内周にスロットを形成した鉄板を積層した固定子鉄心のスロット間にコイルをインサート方式で巻回した構成のものがある。この種の電動機では、インサート方式でスロット間にコイルを巻回するため、コイルの周長が長くなり勝ちであり、コイルの使用量が多くなるうえ、スロットからコイルがはみだしたり、コイルエンドのばらけを防ぐ処理が必要なため機械化による製造が困難である。
【０００３】
このような問題点を克服したものとして、例えば特願平３−１０９１９３号に示されているような電動機がある。この電動機は、固定子鉄心が環状の外輪ヨーク部とこれに嵌装される内輪磁極部とに分割構成されている。内輪磁極部はスロットで隔てられた複数の磁極片を周方向に持ち内部にローターが回転可能に収められ、コイルが内輪磁極部に巻回されている。内輪磁極部は絶縁部で覆われ、この絶縁部に一体に形成された巻枠によりコイルが井桁状に巻回されている。このような構成を採ることにより、インサート方式によらず巻線方式によりコイルを回転子の外側を包むように巻回すことができる。これによりコイルエンドの高さも低くなりコイルの使用量が低減するうえ、機械により製造を自動化することもできる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような固定子鉄心を外輪ヨーク部と内輪磁極部とに分割構成した電動機においては、皮膜がポリウレタンを主体としている安価なウレタン線を使用できず、高価な自己融着線を使わなければならないためコストが随分高くつくといった問題点がある。即ち、下巻コイルと上巻コイルとを井桁に巻回すため、下巻コイルと上巻コイルとの接触面積が広く、しかも上巻コイルが下巻コイルを締め付け強く圧迫することになるため、ウレタン線では二極間の相間電圧の耐力が悪くなり、コイルの寿命が短くなってしまう。自己融着線によれば加熱することによりコイル全体が固着するので、二極間の相間電圧の耐力は保持できるものの、自己融着線自体が高価なうえ、加熱炉やこれに付随する設備が必要であり、製造工程も多くなるためコストは高騰する。また、下巻コイルと上巻コイルを井桁に巻回した後、巻線の浮きや乱れ等を防止するために巻線全体にバンド掛けコイルを施す必要があることも、コストを上昇させる要因になっている。
【０００５】
本発明は上記した従来の問題点を解消するためになされたもので、その課題とするところは、固定子鉄心が外輪ヨーク部と内輪磁極部とに分割構成された電動機のコストを低減することであり、少ない工程数で製造することができる固定子鉄心が外輪ヨーク部と内輪磁極部とに分割構成された電動機を得ることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を達成するために請求項１の発明は、スロットで隔てられた複数の磁極片を周方向に持ち中央にはローターが収められるローター回転部を備え、全体が環状の外輪ヨーク部に嵌装されて固定子鉄心となる内輪磁極部を絶縁部により被覆し、この内輪磁極部のローター回転部の一端側を絶縁部と一体の端部構造により閉止し、他端側を絶縁カバーの装着により閉止して、端部構造とこの絶縁カバーとに回転軸を挿通した状態にローター回転部内にローターを回転可能に組付け、端部構造と絶縁カバーの外側にスロットを経て下巻コイルと、上巻コイルとを井桁状に周回させ巻着した電動機に対し、端部構造に下巻コイルの巻方向に沿って延び下巻コイルの側部を拘束し、且つ上記上巻コイルが跨ぐように巻回される壁構造を設ける手段を採用する。
【０００７】
前記課題を達成するために請求項２の発明は、スロットで隔てられた複数の磁極片を周方向に持ち中央にはローターが収められるローター回転部を備え、全体が環状の外輪ヨーク部に嵌装されて固定子鉄心となる内輪磁極部を絶縁部により被覆し、この内輪磁極部のローター回転部の一端側を絶縁部と一体の端部構造により閉止し、他端側を絶縁カバーの装着により閉止して、端部構造とこの絶縁カバーとに回転軸を挿通した状態にローター回転部内にローターを回転可能に組付け、端部構造と絶縁カバーの外側にスロットを経て下巻コイルと、上巻コイルとを井桁状に周回させ巻着した電動機に対し、端部構造と絶縁カバーとに下巻コイルの巻方向に沿って延び下巻コイルの側部を拘束し、且つ上記上巻コイルが跨ぐように巻回される壁構造をそれぞれ設ける手段を採用する。
【０００８】
前記課題を達成するために請求項３の発明は、スロットで隔てられた複数の磁極片を周方向に持ち中央にはローターが収められるローター回転部を備え、全体が環状の外輪ヨーク部に嵌装されて固定子鉄心となる内輪磁極部を両端を残して絶縁部により被覆し、この内輪磁極部のローター回転部の両端に絶縁カバーを装着して閉止し、これらの絶縁カバーに回転軸を挿通した状態にローター回転部内にローターを回転可能に組付け、絶縁カバーの外側にスロットを経て下巻コイルと、上巻コイルとを井桁状に周回させ巻着した電動機に対し、各絶縁カバーに下巻コイルの巻方向に沿って延び下巻コイルの側部を拘束し、且つ上記上巻コイルが跨ぐように巻回される壁構造をそれぞれ設ける手段を採用する。
【０００９】
前記課題を達成するために請求項４の発明は、請求項１又は請求項２に係る前記手段における端部構造に対する壁構造をその下巻コイルの巻方向に沿う中間で分割し、絶縁部に一体成形する手段を採用する。
【００１０】
前記課題を達成するために請求項５の発明は、請求項１〜請求項４までのいずれかに係る前記手段における壁構造の高さを下巻コイルのコイルエンドの高さに合わせる手段を採用する。
【００１１】
前記課題を達成するために請求項６の発明は、請求項２〜請求項５までのいずれかに係る前記手段における磁極片の内輪磁極部における中心線方向の端部に、中心線方向に延出する巻枠を絶縁部と一体に形成し、この巻枠の内方に下巻コイルと上巻コイルとを井桁状に周回させ巻着し、巻枠の絶縁カバーの壁構造との接合箇所に巻装するコイルの食い込みを防止する食込防止構造を設ける手段を採用する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１〜図７によって示すこの実施の形態１の電動機は、固定子鉄心が外輪ヨーク部１と内輪磁極部２とに分割構成されている。外輪ヨーク部１は図７に示すように電気鋼帯の抜き板を積層した積層構造の環状体として構成され、内周には内輪磁極部２を嵌合するための嵌合凹部が形成されている。内輪磁極部２は鉄心板を積層した積層構造であり、スロット３で隔てられた複数（図示のものでは８個）の磁極片４が周方向に放射状に突き出している。内輪磁極部２の中央にはローターを収め込むローター回転部５が形成されている。内輪磁極部２は絶縁部６により被覆され、ローター回転部５の一端側はこの絶縁部６と一体の端部構造７により図２，３に示すように閉止されている。端部構造７にはローター回転部５の中心線上にローターの回転軸を挿通させる軸挿通部８が中心線方向に突出している。各磁極片４の内輪磁極部２における中心線方向に関する両端部には、中心線方向に延出する巻枠９が絶縁部６と一体に形成されている。
【００１３】
各巻枠９は端面がほぼ直角二等辺三角形の柱状に形成され、それぞれその直角をなす稜角部が内輪磁極部２の中心線の方向に向き中心線に平行になっている。これにより内輪磁極部２の外観はおだ巻車状になっている。端部構造７の軸挿通部８とこの軸挿通部８に対して向い合う二個の巻枠９との間には、軸挿通部８の間隔で二列のリブ１０が平行にほぼ中心に向って形成されている。このリブ１０で連結した二個の巻枠９にそれぞれ隣接する端部構造７側の二個ずつの巻枠９間には、リブ１０に平行な壁構造１１が各巻枠９の面を延長し連結する状態にそれぞれ一体成形されている。
【００１４】
この二個の壁構造１１の高さは、後述する下巻コイル１２のコイルエンドの高さとほぼ同じに設定され、中間に位置する巻枠９に対応する位置において長さ方向に二分割されている。このように壁構造１１を二分割にすることにより、例えば射出成形により内輪磁極部２を覆う絶縁部６を形成する場合、成形途中で壁構造１１による引きつりによって絶縁部６による内輪磁極部２のローター回転部５の真円性が損なわれることを防止することができ、絶縁部６の成形精度を向上させることができる。
【００１５】
内輪磁極部２のローター回転部５の一端側は、上記した端部構造７により閉止されているが、他端は図２に示すように開放している。この開放部には端部構造７と同様に軸挿通部８と、リブ１０に相当する立上り部１３及び壁構造１１とを持つ樹脂製の絶縁カバー１４が嵌め装着される。この絶縁カバー１４の壁構造１１も端部構造７の壁構造１１と同じ高さ寸法に形成されている。絶縁カバー１４を装着する前の内輪磁極部２のローター回転部５にローターが回転可能に組付けられる。ローターの回転軸の一端側は端部構造７の軸挿通部８から外部に引き出される。ローターを収めたローター回転部５の開放端側に絶縁カバー１４が装着され、その軸挿通部８からローターの回転軸の他端側が外部に引き出される。
【００１６】
端部構造７の壁構造１１と絶縁カバー１４の壁構造１１とは対向面において平行に延び、この壁構造１１とリブ１０との間と立上り部１３と壁構造１１との間のチャンネル状部分に沿う巻枠９間に下巻コイル１２がスロット３を経て図５に示すように巻回される。下巻コイル１２の巻回しにおいて各壁構造１１は下巻コイル１２の側部を拘束し、外側へのはみ出しや乱れが防止される。巻回された下巻コイル１２のコイルエンドの高さは壁構造１１の高さとほぼ同じになる。下巻コイル１２を巻回した後に上巻コイル１５が巻枠９間に下巻コイル１２の上に下巻コイル１２とで井桁をなすように図６に示すように巻回される。なお、巻回された下巻コイル１２と上巻コイル１５の端は、外輪ヨーク部１に内輪磁極部２を嵌装した後、巻枠９の端面に圧入されたピン１６にからげられ電気的に処理される（図７参照）。
【００１７】
上巻コイル１５は、下巻コイル１２のコイルエンドの高さとほぼ等しい壁構造１１の上端に壁構造１１間を跨ぐように巻回されるので、上巻コイル１５と下巻コイル１２の接触面積は少なく、しかも壁構造１１により上巻コイル１５が下巻コイル１２を締め付け強く圧迫することがない。このため、この実施の形態１に示した電動機では、下巻コイル１２も上巻コイル１５も高価な自己融着線でなく安価なウレタン電線を使うことができる。これにより、高価なうえ加熱炉等の設備の必要な自己融着線を廃することができ、製造工程も削減できることになり大幅なコストの低減が可能になる。また、下巻コイル１２が壁構造１１によりしっかりと整った形態に巻回され、巻崩れが防止されるので、これまで施していた巻線の浮きや乱れ等を防止するためのバンド掛けコイルの装着も不要になり、この点でもコストの低減を推進することができる。
【００１８】
図８は、壁構造１１を持つものと持たない固定子鉄心に自己融着線による下巻コイル１２と上巻コイル１５を井桁に巻回した電動機について、二極間に高電圧を印加して短絡状態になるコロナ電圧と破壊電圧を調べ、平均値と標準偏差を算出して作った正規分布である。図８のＡは壁構造１１なしで、自己融着線に熱による固着を施さないものを示し、Ｂは壁構造１１なしで、自己融着線に熱による固着を施したものを示し、Ｃは壁構造１１有りで、自己融着線に熱による固着を施さないものを示している。Ｃが最もコロナ放電電圧値が高く、壁構造１１により二極間にかかる破壊電圧耐力が向上することを示している。また、Ａ，Ｂ，Ｃの相間破壊試験では、図９に示すような結果が得られた。即ち、壁構造１１有りで、自己融着線に熱による固着を施さないＣと、壁構造１１なしで、自己融着線に熱による固着を施したＢとはほぼ同等の破壊電圧になる。また、自己融着線を固着して破壊電圧耐力を上げるよりも、壁構造１１を設けて電線を固着しない方が標準偏差が小さいことも確認できた。このことは、壁構造１１を設けて電線を固着しない方が二極間にかかる電圧に対する電線の破壊電圧のばらつきが少なく安定した固定子となることを示している。
【００１９】
壁構造１１の高さについては、下巻コイル１２の高さとほぼ同等にしたＤと、これより２０％高くしたＥとの相間破壊試験によれば、図１０に示すようにＥに１．４％程度の向上が見られるのみで、ＤもＥもほぼ同等の性能となる。壁構造１１の高さをこれ以上に高くすることは、上巻コイル１５の周長が長くなり、電線の使用量が増しコストを引き上げることになるばかりでなく、回転トルクの低下も招くことにもなるので得策ではない。総合的には壁構造１１の高さは下巻コイル１２の高さとほぼ同じにすることが効果的である。
【００２０】
実施の形態２．
この実施の形態２は、図１１，１２に示すように上記した実施の形態１の内輪磁極部２のローター回転部５の両端を開放した構成とし、この両端に実施の形態１で示したものと同様の構成の絶縁カバー１４を装着したもので、この点に係る構成以外は実施の形態１のものと同じである。従って、実施の形態１における図５，６，７はこれらをそのまま援用するとともに、同一部分については同一符号を用いそれらの説明は省略する。
【００２１】
即ち、この実施の形態２のものは、端部構造７が無くローター回転部５の両側が壁構造１１を持つ絶縁カバー１４の装着によりそれぞれ閉止され、絶縁カバー１４の各壁構造１１を使って実施の形態１と同様に下巻コイル１２と上巻コイル１５とを井桁に巻回したものである。こうした構成によりローターをいずれの方向からも組付けることができ、製造における組立て時の自由性が増す。これ以外の機能及び利点は実施の形態１のものと同じである。
【００２２】
実施の形態３．
この実施の形態３は、図１３に示すように上記した実施の形態１又は実施の形態２のものの、絶縁カバー１４の装着部の巻枠９に巻線の食い込みを防止する食込防止構造１７を一体成形したものであり、これに係る構成以外は実施の形態１，２で示したものと同じである。従って、実施の形態１における図４，５，６，７はこれらをそのまま援用するとともに、同一部分については同一符号を用いそれらの説明は省略する。
【００２３】
この実施の形態３のものは、絶縁カバー１４の壁構造１１の両端が臨む巻枠９部分に、壁構造１１の端縁と巻枠９とでできる微小な隙間を壁構造１１の外側から被覆する食込防止構造１７を一体成形により形成したものである。下巻コイル１２も上巻コイル１５も極めて細い電線であり、僅かな隙間にも食い込んで断線してしまうことがある。下巻コイル１２は壁構造１１に沿って巻回すのでこうした問題は起らないが、上巻コイル１５は壁構造１１の方向と直角の方向に巻回されるため、絶縁カバー１４の壁構造１１の端と巻枠９との隙間に食い込む可能性がある。そこで、この実施の形態３では壁構造１１の端縁と巻枠９とでできる微小な隙間を壁構造１１の外側から食込防止構造１７で被覆し、上巻コイル１５の巻回し時の食い込みと断線を防止し、生産性の向上を推進する工夫を講じている。これ以外の基本的な機能や利点は実施の形態１，２のものと同じである。
【００２４】
【発明の効果】
以上、実施の形態による説明からも明らかなように、請求項１又は請求項２又は請求項３の発明によれば、下巻コイルで上巻コイルを締め付け強く圧迫することがないので、安価なウレタン電線で下巻コイルと上巻コイルとを構成できるので、固定子鉄心が外輪ヨーク部と内輪磁極部とに分割構成された電動機のコストを低減することが可能であり、工程数も削減できる。
【００２５】
請求項４の発明によれば、請求項１又は請求項２に係る前記効果とともに絶縁部の真円性を保持することができる。
【００２６】
請求項５の発明によれば、請求項１〜請求項４までのいずれかに係る前記効果とともに壁構造をより効果的に機能させることができる。
【００２７】
請求項６の発明によれば、請求項２〜請求項５までのいずれかに係る前記効果とともに、絶縁カバーの壁構造との接合箇所へのコイルの食い込みや断線を防止することができ、生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の電動機の内輪磁極部の側面図である。
【図２】実施の形態１の電動機の内輪磁極部の他側面図である。
【図３】実施の形態１の電動機の内輪磁極部の斜視図である。
【図４】実施の形態１の電動機の絶縁カバーの斜視図である。
【図５】実施の形態１の電動機の下巻コイルを巻回した状態の側面図である。
【図６】実施の形態１の電動機の上巻コイルを巻回した状態の側面図である。
【図７】実施の形態１の電動機の内輪磁極部と外輪ヨーク部を組付けた状態の側面図である。
【図８】実施の形態１の電動機の機能を説明するための相間破壊試験についての説明図である。
【図９】実施の形態１の電動機の機能を説明するための相間破壊試験についての説明図である。
【図１０】実施の形態１の電動機の機能を説明するための相間破壊試験についての説明図である。
【図１１】実施の形態２の電動機の内輪磁極部の側面図である。
【図１２】実施の形態２の電動機の絶縁カバーの斜視図である。
【図１３】実施の形態３の電動機の内輪磁極部の巻枠の食込防止構造を示す要部の拡大図である。
【符号の説明】
１  外輪ヨーク部
２  内輪磁極部
３  スロット
４  磁極片
５  ローター回転部
６  絶縁部
７  端部構造
９  巻枠
１１  壁構造
１２  下巻コイル
１４  絶縁カバー
１５  上巻コイル
１７  食込防止構造
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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