(57)【要約】【課題】  一般的なスロット形状でインナー型ノズル巻線方式という通常の巻線方法において、第１層目の巻線の整列性が確保でき収納性の高い巻線の実現できる絶縁物形状。【解決手段】  ティース部半径方向に対して傾斜角度を有する段差部を有するティース部端面に平行な段差平面を形成した絶縁部材を、前記ティース部に巻装される巻き始め線が導入される端面側とは反対のティース部端面側に配置したことにより、斜めに通過する巻き始め線を経路に沿わせた段差部でガイドすることで位置が変動するのを防止できるようにするとともに、反対のティース部端面側に前記ティース部半径方向に対して直角に形成された段差部を有する絶縁部材を配置したことにより、巻き始め線を始め、ティースに巻装される第２巻以降のコイルを確実にガイドするようになり、第１層目巻線の整列性が確保することが出来る。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状のヨークと、前記ヨークの内周部に配置された複数のティースと、前記ティースの内径側先端に形成されるティース幅広部とから形成される固定子鉄心と、前記固定子鉄心の軸方向両端面およびスロット壁面に配置された絶縁部材と、前記絶縁部材を介して前記ティースに直に巻装された巻線とからなる電動機の固定子において、前記ティース部端面上を覆う前記絶縁部材に、段差部が前記ティース部半径方向に対して外周側から内径側への傾斜角度を有する前記ティース部端面に平行な段差平面を形成したことを特徴とする電動機の固定子。
【請求項２】
前記ティース部端面に平行な段差平面を形成した絶縁部材を、前記ティース部に巻装される巻き始め線が導入される端面側とは反対のティース部端面側に配置したことを特徴とする請求項１に記載の電動機の固定子。
【請求項３】
前記ティース部端面に平行な段差平面を形成した絶縁部材を配置した前記ティース部端面側とは反対のティース部端面側に、前記ティース部半径方向に対して直角の段差部を有する前記ティース部端面に平行な段差平面が形成された絶縁部材を配置したことを特徴とする請求項２に記載の電動機の固定子。
【請求項４】
前記段差部が前記ティース部半径方向に対して外周側から内径側へ形成された傾斜方向は、前記ティース部に巻装される巻き始め線が導入されるスロット側の方を外周側に傾斜させていることを特徴とする請求項２および３に記載の電動機の固定子。
【請求項５】
前記ティース部半径方向に対して直角に形成された段差部の位置を、反対のティース端面側に設けられた傾斜角度を有する段差部の内径側の傾斜端に合わせたことを特徴とする請求項３および４に記載の電動機の固定子。
【請求項６】
前記段差部のティース部半径方向に対して外周側から内径側へ形成された傾斜寸法を、巻装されるコイル外径１本分に合わせたことを特徴とする請求項１から５に記載の電動機の固定子。
【請求項７】
前記段差平面の高さを、巻装されるコイル径をｄとした時に０．８７×ｄとしたことを特徴とする請求項１から６に記載の電動機の固定子。
【請求項８】
前記段差平面上に、コイル径に合った間隔で前記ティース部半径方向に対して直角に溝を形成したことを特徴とする請求項１から６に記載の電動機の固定子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密閉型圧縮機等の各種機器に具備される電動機の固定子に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に電動機において突極集中巻をして成る固定子は、鉄心両端面に絶縁部材を配し、ティース部に前記絶縁部材を介して巻線を施すことにより形成されている。巻線方法としては、図１２に示すように内径側からノズル４０を介してコイル２１を巻装するインナー型ノズル巻線方式が知られている。
【０００３】
前記絶縁部材は一般的に樹脂成形物により形成され、樹脂成形による形状形成の容易さから種々の機能が付加されている。図１３に１例を示すが、ティース部１２の外周側、内径側にコイル内外径方向の衝立となる外周側鍔部３１、内径側鍔部３２を設けている。また前記外周側鍔部３１にスリット溝３３を設けることで巻き始め線２２の導入溝としている。
【０００４】
また樹脂成形による形状形成を利用して、電動機の特性に大きく影響する巻線の整列性、収納性を高める方策が取り組まれている。ティース部端面にコイル位置決めのための溝を設けることで巻装されるコイル位置を規制させていく方法（例えば、特許文献１参照）や、ティース部端面に全体として傾斜を設けることで巻装されるコイルを順次滑り込ませていく方法（例えば、特許文献２参照）などが提示されている。またティース部端面と外周側鍔部とで構成されるティース部端部の局部領域は、鉄心のスロット形状そのものが斜面であったり、大きな極率の角Ｒ形状であったりして、コイル位置を規制し難い環境である場合が多く、前記スロット形状の影響を直に受けるため、スロット形状に適応したティース部端部の形状形成は巻線収納性に大きく影響する。そのティース部端部絶縁部材の形状に適正斜面や段差を設けることで、コイルの巻装時の整列性、収納性を高める方法が提示されている。（例えば、特許文献３および４参照）
【特許文献１】特開平１０−２２５０４０号公報
【特許文献２】特開２００２−２４７７８９号公報
【特許文献３】特開平１１−１５０９００号公報
【特許文献４】特開２０００−３４１８９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
巻線の整列性、収納性の向上は電動機の特性に大きく寄与することから、永年の課題として取り組まれてきている。巻線において整列性を決める第１要素は第１層目巻線の整列状態の確保にある。第２層目からは、第１層目により形成されたコイル条に沿って上をなぞるように巻装されていくからである。その第１層目を形成するために前記の特許文献も種々の形状を提示している。
【０００６】
しかしながら、採用する鉄心スロット形状および巻線方法によっては巻装されるコイルの軌跡が限定されてしまい、前記文献に提示された効果が容易に喪失されてしまうことが発生する。図６（例１）および図７（例２）に示すスロット形状は、ノズルの通過位置によって決められるコイルの通過位置２３とスロット底部１７が一致するため、前記した特許文献に示された絶縁物形状を採用することで巻線の整列性は向上する。しかし、通常の鉄心設計において前記ノズル４０によるコイルの通過位置２３と前記スロット底部１７を一致させようとすると、極端なヨーク幅狭小部が発生したり反対にスロット面積が小さくなったりするためモータ特性上採用不可能となる。そのため、図８に示すスロット形状例３ような可能な限りスロット底部１７を奥に位置させる折衷案や、図９に示すスロット形状例４ような巻線性を無視したスロット面積最大案などが採用される場合が多い。
【０００７】
図８（例３）および図９（例４）に示すスロット形状の場合、巻線方法として鉄心を分割してボビン巻方式を採用し単独で巻線可能にすれば、ノズルの位置制御により前記文献に提示された絶縁物形状を活かした巻線が可能となる。
【０００８】
一方鉄心が分割できない場合、巻線方法としてはインナー型ノズル巻線方式が一般的に採用される。図１０に９スロット、図１１に６スロットのインナー型ノズル巻線の例を示す。ノズル４０はティース部１２の周囲を旋回周動し、図の４１１および４１２に示すノズルのスロット内位置にてスロット１６内を通過する。またノズル４０は巻装位置を放射方向に移動させながら、ティース部１２全体への巻線を行う。しかし、ノズル４０をスロット１６最奥に位置させても、コイルは隣接両スロット内を通過するノズル軌跡先端を直線に引いた位置を通過してしまう。このようにノズル４０によるコイルの通過位置２３とスロット底部１７が一致しないため、ティース部外周側端部３５からの巻線が実質できなくなる。この現象は巻線全体に対して言えるものであるが、前記第１層巻線の整列性を確保するという命題に対しても、図１０および図１１における巻き始め線２２の位置に表れているようにティース部外周側端部３５には位置せず斜めに通過して、ティース部１２途中から巻線が開始されることになる。巻き始め線２２の位置が不安定な状態であると、第２巻目が巻き始め線２２を越してティース部外周側に巻装されたりする現象が発生し、以降の巻線位置を制御不能とさせる最大要因となる。一方基本的に１層に巻装するコイル巻数は決められているため、途中からの巻線を前提として巻数を減らすことはかえって次に巻装されるコイル層の不安定さを誘導することとなる。
【０００９】
この課題に対し、前記の特許文献に提示された絶縁物形状はティース部外周側端部から巻線することが前提となっており、第１層目の巻線そのものが成り立たなくなることで効果が得られなくなる。一般的に採用されるスロット形状でインナー型ノズル巻線方式では、第１層目の巻線の整列性は確保できないと言うことになる。前記現象は９スロットより６スロットと、ノズルの振り角α４２が大きくなるに従いより顕著になる。
【００１０】
本願発明は、一般的なスロット形状でインナー型ノズル巻線方式という通常の巻線方法において、第１層目の巻線の整列性が確保でき収納性の高い巻線の実現できる絶縁物形状を提供して、銅損の低い高効率の電動機を実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願の請求項１に記載の発明は、環状のヨークと、前記ヨークの内周部に配置された複数のティースと、前記ティースの内径側先端に形成されるティース幅広部とから形成される固定子鉄心と、前記固定子鉄心の軸方向両面およびスロット壁面に配置された絶縁部材と、前記絶縁部材を介して前記ティースに直に巻装された巻線とからなる電動機の固定子において、前記ティース部端面上を覆う前記絶縁部材に、段差部が前記ティース部半径方向に対して外周側から内径側への傾斜角度を有する前記ティース部端面に平行な段差平面を形成したことを特徴とする電動機の固定子であり、一般的なスロット形状とインナー型ノズル巻線方式で限定された線の通路に対して線通路に沿ったガイドを供給できることで第１層目巻線の整列性を確保できるようになる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、前記ティース部端面に平行な段差平面を形成した絶縁部材を、前記ティース部に巻装される巻き始め線が導入される端面側とは反対のティース部端面側に配置したことを特徴とする請求項１に記載の電動機の固定子であり、一般的なスロット形状とインナー型ノズル巻線方式という通常使用される巻線方式で、巻き始め線が最初にティース部端面上を通過するポイントで斜めに通過する巻き始め線を経路に合わせた段差部でガイドすることにより、位置が変動するのを防止でき第１層目巻線の整列性を確保できるようになる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、前記ティース部端面に平行な段差平面を形成した絶縁部材を配置した前記ティース部端面側とは反対のティース部端面側に、前記ティース部半径方向に対して直角の段差部を有する前記ティース部端面に平行な段差平面が形成された絶縁部材を配置したことを特徴とする請求項２に記載の電動機の固定子であり、一般的なスロット形状とインナー型ノズル巻線方式という通常使用される巻線方式で、巻き始め線が最初にティース部端面上を通過するポイントで斜めに通過する巻き始め線を経路に合わせた段差部でガイドすることにより位置が変動するのを防止できるとともに、反対のティース部端面に設けた段差部により巻き始め線がティースに巻装された第２巻以降のコイルをガイドすることで、第１層目巻線の整列性を確保できるようになる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、前記段差部が前記ティース部半径方向に対して外周側から内径側へ形成された傾斜方向は、前記ティース部に巻装される巻き始め線が導入されるスロット側の方を外周側に傾斜させていることを特徴とする請求項２および３に記載の電動機の固定子であり、一般的なスロット形状とインナー型ノズル巻線方式という通常使用される巻線方式で、巻き始め線が最初にティース部端面上を通過するポイントで斜めに通過する巻き始め線を経路に合わせた段差部でガイドすることにより、位置が変動するのを防止でき第１層目巻線の整列性を確保できるようになる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、前記ティース部半径方向に対して直角に形成された段差部の位置を、反対のティース端面側に設けられた傾斜角度を有する段差部の内径側の傾斜端に合わせたことを特徴とする請求項３および４に記載の電動機の固定子であり、一般的なスロット形状とインナー型ノズル巻線方式という通常使用される巻線方式で、巻き始め線が最初にティース部端面上を通過するポイントで斜めに通過する巻き始め線を経路に合わせた段差部でガイドすることにより位置が変動するのを防止できるとともに、反対のティース端面に設けた段差部により巻き始め線がティースに巻装された第２巻以降のコイルをガイドすることにより、第１層目巻線の整列性を確保できるようになる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、前記段差部のティース部半径方向に対して外周側から内径側へ形成された傾斜寸法を、巻装されるコイル外径１本分に合わせたことを特徴とする請求項１から５に記載の電動機の固定子であり、コイル巻装時に必要となる次巻装への渡り部をティース部端面に形成することができることにより、スロット内のコイルの収納性を向上させることができるようになる。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、前記段差平面の高さを、巻装されるコイル径をｄとした時に０．８７×ｄとしたことを特徴とする請求項１から６に記載の電動機の固定子であり、前記高さにすることで第２層に巻装されたコイル底面と同一の高さを形成することとなり、段差平面上に巻装される第２層目のコイル高さを同一に形成ることができることにより、第２層上に形成される多層のコイルの整列性、収納性を向上できるようになる。
【００１８】
請求項８に記載の発明は、前記段差平面上に、コイル径に合った間隔で前記ティース部半径方向に対して直角に溝を形成したことを特徴とする請求項１から６に記載の電動機の固定子であり、前記溝を形成することで第２層に巻装されたコイルの巻装位置を規制することになり、段差平面上に巻装される第２層目のコイルの整列性が確保できることにより、第２層上に形成される多層のコイルの整列性、収納性を向上できるようになる。
【発明の効果】
【００１９】
本願に係る発明により、一般的なスロット形状でインナー型ノズル巻線方式という通常使用される巻線方法において、巻き始め線の位置決めおよび第１層の巻線の整列性が確保できるようになり、この整列性が向上した第１層上に形成されることで多層の巻線の整列性、収納性を向上させることができ、この固定子を搭載する電動機の銅損削減と高効率化に寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施例１および実施例２について図面を用いて詳細に説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１は本発明のインシュレータ形状例を示したものである。ティース部１２の外周側鍔部３１に巻き始め線導入溝としてのスリット溝３３を設けた側のティース部端面をティース部端面Ｂ３４２とし、反対側のティース部端面をティース部端面Ａ３４１とする。段差部Ａ３６１はティース部端面Ａ３４１に設けられたティース部半径方向に対して傾斜角度を有する段差部を示し、段差部Ｂ３６２はティース部端面Ｂ３４２に設けられたティース部半径方向に対して直角に形成された段差部を示す。
【００２２】
図２は、前記インシュレータ３０を介して第１層目の巻線２０が施された状態を示している。巻線２０は巻き始め線導入溝のスリット溝３３から導入されティース端面Ａ３４１に設けられた段差部Ａ３６１に沿ってティース部１２に巻かれ、裏面ティース端面Ｂ３４２に設けられた段差部Ｂ３６２に沿って第１巻ができる。以降順次巻装されたコイルに沿って第１層が巻装されることになる。
【００２３】
図３はティース部端面Ａ側から見た平面図を示している。ティース部端面Ａに形成されているティース部半径方向に対して傾斜角度を有する段差部Ａ３６１の斜面は、図３のティース部外周側端部３５からの寸法ＬとＭの差により示される。裏面となるティース部端面Ｂ３４２に形成されているティース部半径方向に対して直角の段差部Ｂ３６２は、図３のティース部１２に破線で示されている。
【００２４】
図１０および図１１に示す巻き始め線２２がティース部端面Ａに巻装される傾斜により、図３に示す段差部Ａ３６１の位置であるティース部外周側端部３５からの寸法ＬとＭが決められる。巻き始め線が導入されるスロット側の方を外周側に傾斜させてＬ＜Ｍとすることで、巻き始め線の傾斜に沿った段差部を形成することができる。特に寸法Ｍは前記巻き始め線２２の巻装される位置により決められ、さらに裏面の段差部Ｂ３６２の位置を前記寸法Ｍに合わせることで、巻き始め線２２がティース部１２に巻装されるコイルの位置をティース部端面ＡおよびＢ両面から支持して、以降の第１層目巻線の整列性を確保していくことが出来る。前記段差部位置寸法Ｍについては、スロットの形状やノズルのスロット内最奥位置により規定される。
【００２５】
また段差寸法Ｌについては、前記規定で決められた段差部寸法Ｍに対して（Ｍ−Ｌ）の寸法差を巻装されるコイル外径１本分に合わせる事で、ティース部端面Ａ３４１側にて必ず１本分のコイル巻装位置移行が行われるようになり、通常の巻線ではスロット内に発生してスロット内におけるコイルボリュームを大きくする課題を解決できる。
【実施例２】
【００２６】
図４は、ティース部に第２層目のコイル２５が巻装された状態の外周側鍔部３１近傍の部分断面図を示す。第１層目のコイル２４が巻装された後、第２層目のコイル２５は第１層目のコイル２４によって作られたコイル溝２６に沿って外周側鍔部３１近傍まで巻装される。この外周側鍔部３１近傍において、第２層のコイル２５は第１層のコイル２４のコイル溝２６から引き続きティース部端面に設けられた段差部Ａ３６１および段差部Ｂ３６２上へ巻装されることになる。段差平面の高さｈを、巻装されるコイルの外径をｄとしてｈ＝０．８７×ｄとすることで、第１層のコイル２４のコイル溝２６に巻装されたコイル層と段差部Ａ３６１および段差部Ｂ３６２上へ巻装されたコイル層の高さが同一となり、これ以降巻装される第３層のコイルの整列性を保証する前提となる整列性の高い第２層のコイル２５を形成できることになる。
【００２７】
また図５は外周側鍔部３１近傍の部分断面図で、ティース部端面に設けられた段差平面上に、コイル外径に合った間隔で前記ティース部半径方向に対して直角に溝３７を形成したものを示す。溝３７の形成位置としては第１層のコイル２４のコイル溝２６から引き続きティース部端面に設けられた段差部Ａ３６１および段差部Ｂ３６２上へ巻装されることから、前記コイル溝２６の最終位置２７からコイル外径分の間隔を持った位置を起点の溝３７１として、同一間隔にて外周側鍔部３１方向に形成される。溝深さは、巻装された第２層のコイル２５がコイル溝３６上でも段差部Ａ３６１および段差部Ｂ３６２上でも同一高さに形成されるように設定する。溝３７の形成により第２層のコイル２５の位置決めが確実に保証できるようになり、第３層のコイルの整列性を保証する前提となる整列性の高い第２層のコイル２５をより確実に形成できることになる。なお、溝３７の形状については、図５に示した円弧状だけでなくＶ字形状のものでも同様な効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明に係る電動機の固定子は、整列性が高く高密度の巻線が可能となるため、極めて高い効率が要求される密閉型圧縮機その他の機器への搭載に対して有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明のインシュレータ形状例を示す部分外観図
【図２】本発明の第１層目の巻線が施された状態を示す部分外観図
【図３】本発明のティース部端面Ａ側から見た平面図
【図４】本発明の第２層目のコイルが巻装された外周側鍔部近傍の部分断面図
【図５】本発明の段差平面上に溝を形成した外周側鍔部近傍の部分断面図
【図６】スロット形状例１を示す平面図
【図７】スロット形状例２を示す平面図
【図８】スロット形状例３を示す平面図
【図９】スロット形状例４を示す平面図
【図１０】９スロットのインナー型ノズル巻線の例を示す平面図
【図１１】６スロットのインナー型ノズル巻線の例を示す平面図
【図１２】インナー型ノズル巻線工法を示す外観図
【図１３】従来のインシュレータ形状を示す部分外観図
【符号の説明】
【００３０】
１０  固定子
１１  固定子鉄心
１２  ティース部
１３  ヨーク
１４  ティース幅広部
１５  スロットオープン
１６  スロット
１７  スロット底部
２０  巻線
２１  コイル
２２  巻き始め線
２３  コイルの通過位置
２４  第１層のコイル
２５  第２層のコイル
２６  コイル溝
２７  コイル溝の最終位置
３０  インシュレータ
３１  外周側鍔部
３２  内径側鍔部
３３  スリット溝
３４  ティース部端面
３４１  ティース部端面Ａ
３４２  ティース部端面Ｂ
３５  ティース部外周側端部
３６１  段差部Ａ
３６２  段差部Ｂ
３７  溝
３７１  起点の溝
４０  ノズル
４１１  ノズルのスロット内位置Ａ
４１２  ノズルのスロット内位置Ｂ
４２  ノズルの振り角α
【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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