(57)【要約】【課題】インシュレータ及び電機子巻線との共振を含む電機子の半径方向の振動を効果的に低減することができる電動機を提供することにある。【解決手段】回転軸１と、回転軸１に固定された界磁子２と、界磁子２と対向する複数の磁極部３０を有する電機子３とを備え、各磁極部３０が、回転軸１の半径方向に延在するコア部３２と、コア部３２にインシュレータ１４を介して巻き回された電機子巻線３６とを備えた電動機１０において、インシュレータ１４の巻線巻回部１８に、コア部３２の半径方向の振動を吸収する吸振部２０を備えた。吸振部２０は、インシュレータ１４の巻線巻回部１８の内部にスリットを形成してもよく、インシュレータ１４の巻線巻回部１８をゴム弾性材で形成してもよい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、該回転軸に固定された界磁子と、該界磁子と対向する複数の磁極部を有する電機子とを備え、前記各磁極部が、前記回転軸の半径方向に延在するコア部と、該コア部にインシュレータの巻線巻回部を介して巻き回された電機子巻線とを備えた電動機であって、
前記インシュレータの巻線巻回部に、前記コア部の半径方向の振動を吸収する吸振部を備えることを特徴とする電動機。
【請求項２】
前記吸振部が、前記インシュレータの巻線巻回部の内部にスリットを形成して成る、請求項１に記載の電動機。
【請求項３】
前記スリットが、軸方向に複数並んで形成されている、請求項２に記載の電動機。
【請求項４】
前記スリットが、前記回転軸の周方向又は前記回転軸の半径方向に貫通している、請求項２又は請求項３に記載の電動機。
【請求項５】
前記吸振部が、前記インシュレータの巻線巻回部をゴム弾性材で形成して成る、請求項１に記載の電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機に関し、特に、インシュレータの構造に特徴を有するラジアルギャップ型の電動機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ラジアルギャップ型の電動機が知られている。かかる電動機は、例えば、空気調和機の圧縮機などに用いられている。
【０００３】
図９は、従来のラジアルギャップ型の電動機を示す断面図である。図９に示すように、電動機９０は、回転軸１と、界磁子２と、電機子３とを備える。回転軸１は界磁子２に固定されており、両端側は電機子３に固定された不図示の軸受に軸支されている。界磁子２は、極性が異なる永久磁石を交互に並べて円柱状に形成されている。電機子３は、界磁子２と対向する複数の磁極部３０を有する。各磁極部３０は、回転軸１の半径方向に延在するコア部３２と、このコア部３２にインシュレータ３４の巻線巻回部３８を介して巻き回された電機子巻線３６とを備えている。
【０００４】
電動機９０は、電機子３に設けられた各磁極部３０で発生する磁界の極性を変化させることによって界磁子２が回転軸１の軸心Ｃを中心軸として回転する。磁界の極性は電機子巻線３６を流れる電流により制御される。この回転による駆動力が回転軸１を介して他の機構（図示省略）に伝達される。
【０００５】
インシュレータ３４は、コア部３２と電機子巻線３６とを絶縁するために設けられる。インシュレータ３４は、各巻線巻回部３８が各コア部３２と対向するようにして、各コア部３２を軸方向の両側から挟んで配置される。さらに、電機子巻線３６を巻線巻回部３８に強く巻き回すことによってインシュレータ３４が各コア部３２に固定される。
【０００６】
一般的に、電動機９０が動作することによって生じる電磁加振力は、主に電機子３に対して半径方向に強く働き、特にコア部３２に対して強く働く。この電磁加振力はコア部３２で振動を発生させる。この振動はインシュレータ３４を介して電機子巻線３６に伝達される。
【０００７】
上述のとおり、電機子３は、各コア部３２が電機子巻線３６によってインシュレータ３４と強く固定されているため、半径方向に対する剛性が高い。このため、電機子３は電磁加振力の影響を受けやすい。コア部３２の振動はインシュレータ３４及び電機子巻線３６との共振を引き起こし、電機子３を大きく振動させる。
【０００８】
また、電機子３の振動は、電動機９０に加えられた電気エネルギーを駆動力に変換するエネルギー変換効率を低下させる直接的な要因となるため、電動機９０の性能に大きな影響を及ぼす。
【０００９】
このような振動を低減した電動機が下記特許文献に開示されている。特許文献１に記載されている電動機は、ステータコアのティース（図９の従来例におけるコア部３２）とインシュレータとの間に隙間が設けられており、この隙間が吸振効果を生じさせる。これにより、ステータ（図９の従来例における電機子３）の振動が低減される。
【００１０】
しかしながら、特許文献１に記載の電動機は、ステータコアの半径方向に電磁加振力が最も強く働くにもかかわらず、半径方向の振動に対する吸振効果が、軸方向及び回転方向の振動に対する吸振効果ほどは望めない。
【００１１】
また、特許文献１に記載の電動機は、インシュレータの内側コーナ部とティースの角部とを接触させて、これらを堅固に固定しているため、インシュレータの軸方向及び回転方向に対する剛性は低減されているが、半径方向に対する剛性は低減されていない。
【００１２】
したがって、特許文献１に記載の電動機においては、ステータコアの半径方向の振動やインシュレータ等との共振を効果的に低減することが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００１−２３１２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は係る事情に鑑みて為されたものであり、本発明の目的は、インシュレータ及び電機子巻線との共振を含む電機子の半径方向の振動を効果的に低減することができる電動機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る電動機は、回転軸と、回転軸に固定された界磁子と、界磁子と対向する複数の磁極部を有する電機子とを備え、各磁極部が、回転軸の半径方向に延在するコア部と、コア部にインシュレータの巻線巻回部を介して巻き回された電機子巻線とを備えた電動機であって、インシュレータの巻線巻回部に、コア部の半径方向の振動を吸収する吸振部を備えることを特徴とする。
【００１６】
前記吸振部は、インシュレータの巻線巻回部の内部にスリットを形成して成る。
【００１７】
前記スリットは、軸方向に複数並んで形成されている。
【００１８】
前記スリットは、回転軸の周方向又は回転軸の半径方向に貫通している。
【００１９】
前記吸振部は、インシュレータの巻線巻回部をゴム弾性材で形成してもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る電動機によれば、インシュレータの巻線巻回部に設けられた吸振部が、コア部の半径方向の振動を効果的に吸収するため、インシュレータ及び電機子巻線との共振を含む電機子の半径方向の振動を効果的に低減することができる。これにより、電動機のエネルギー変換効率が向上し、電動機の性能を向上させることができる。
【００２１】
吸振部として、インシュレータの巻線巻回部の内部にスリットを形成すれば、インシュレータの半径方向についての断面二次モーメントが低減し、インシュレータの半径方向に対する剛性が低減するため、インシュレータが変形しやすくなる。コア部の半径方向の振動はインシュレータが変形することにより吸収される。これにより、電機子の半径方向の振動を低減することができる。
【００２２】
スリットを軸方向に複数並んで形成すれば、インシュレータの半径方向に対する剛性がさらに低減し、上記の効果をさらに高めることができる。
【００２３】
スリットを回転軸の周方向又は回転軸の半径方向に貫通させれば、インシュレータの巻線巻回部の弾性が向上するため、電機子の半径方向の振動に対する吸振効果をさらに高めることができる。
【００２４】
さらに、吸振部として、インシュレータの巻線巻回部をゴム弾性材で形成した場合も、上記と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本実施形態に係る電動機を示す斜視図である。
【図２】図１に示すＡ−Ａ線に沿った本実施形態に係る電動機の断面図である。
【図３】本実施形態に係る電機子を示す斜視図である。
【図４】本実施形態に係るコア部を示す斜視図である。
【図５】本実施形態に係るインシュレータを示す上斜視図である。
【図６】本実施形態に係るインシュレータを示す下斜視図である。
【図７】図５に示すＢ−Ｂ線に沿った断面図であって、（ａ）は本実施形態に係るインシュレータの拡大断面図、（ｂ）は他の実施形態に係るインシュレータ拡大断面図である。
【図８】本実施形態に係る電機子に働く力を示す概念図である。
【図９】従来の電動機を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明に係る電動機の実施形態について図面を用いて説明する。本明細書において、同一の符号で示されている場合は、同一の又は類似する作用、機能を奏する構成を示すものとする。また、本明細書において、「軸方向」及び「周方向」とは図１の矢印で示される方向を、「半径方向」とは図１の矢印で示される方向を含む軸方向に対して垂直な任意の方向を意味するものとする。
【００２７】
図１に示すように、本実施形態に係る電動機１０はラジアルギャップ型の電動機である。電動機１０は回転軸１を備える。回転軸１は界磁子２に固定されている。界磁子２は円柱状に形成され、側周面に界磁部（図示省略）を備える。界磁子２は電機子３の中央部に配置される。電機子３は複数の磁極部３０（図２参照）を有し、各磁極部３０が界磁子２の前記界磁部と対向する。なお、図１では電機子巻線３６（図２参照）の図示を省略している。電動機１０は、電機子３に設けられた各磁極部３０において、極性が変化する磁界を発生させて、界磁子２を回転軸１の軸心Ｃを中心軸として回転させる。これにより駆動力を得る。
【００２８】
図２に示すように、磁極部３０は、周方向に一定幅を有し（図１参照）半径方向に延在するコア部３２と、磁界を発生させるための電流が流れる電機子巻線３６と、コア部３２と電機子巻線３６との間に介在し、これらを電気的に絶縁するインシュレータ１４とから成る。インシュレータ１４の巻線巻回部１８を介してコア部３２に電機子巻線３６を強く巻き回すことによってインシュレータ１４がコア部３２に固定される。インシュレータ１４の巻線巻回部１８の内部には吸振部２０が設けられている。吸振部２０については後に詳細に説明する。
【００２９】
回転軸１は、棒状に形成された動力伝達部材である。回転軸１は界磁子２に固定され、回転軸１の両端側は電機子３に固定された不図示の軸受に軸支されている。回転軸１の軸心Ｃは電動機１０の重心上に位置する。回転軸１の径および長さは、電動機１０の形状や大きさなどにより適宜設計される。回転軸１の材質としては、鉄などの金属が挙げられるが、特に限定されない。
【００３０】
界磁子２は回転軸１の軸心Ｃを中心軸として回転する回転子である。界磁子２は円柱状に形成され、この円柱の中心軸と軸心Ｃとが一致している。界磁子２の側周面には極性の異なる不図示の界磁部が交互に配置されており、この界磁部が電機子３に設けられた各磁極部３０と対向している。
【００３１】
界磁子２の形状は前記界磁部を各磁極部３０と対向させられる形状であればよく、特に限定されない。例えば、板状や曲板状、あるいはこれらを組み合わせて形成したものであってもよい。
【００３２】
界磁子２の大きさは、電動機１０の大きさなどにより適宜設計されるが、前記界磁部と各磁極部３０との対向面積が広いほど好ましい。
【００３３】
界磁子２に用いる材料は、アルニコ磁石、フェライト磁石などの硬磁性材料から成る永久磁石を用いるのが好ましいが、これに限定されない。界磁子２に電磁石を用いることもできる。
【００３４】
電機子３は、不図示のケースに固定される固定子である。図３に示すように、電機子３は、固定子鉄心３５と、複数のインシュレータ１４と、電機子巻線３６（図３では図示省略しているため図２を参照）とを備える。
【００３５】
電機子３は、複数のインシュレータ１４が固定子鉄心３５を軸方向の両側から挟むようにして配置されている。このとき、固定子鉄心３５の各コア部３２とインシュレータ１４の各巻線巻回部１８とが対向している。さらに、電機子巻線３６を巻線巻回部１８に強く巻き回すことによりインシュレータ１４が固定子鉄心３５のコア部３２に固定される。インシュレータ１４の巻線巻回部１８を介して電機子巻線３６を巻き回されたコア部３２が磁極部３０を構成する。
【００３６】
固定子鉄心３５は電機子３を構成する芯材である。図４に示すように、固定子鉄心３５は、半径方向に延在する複数のコア部３２が内周部３１と外周部３３との間に設けられている。コア部３２の軸方向に位置する両端面の一部はインシュレータ１４の巻線巻回部１８と接触する。本実施形態に係る固定子鉄心３５はコア部３２が六箇所に設けられているが、コア部３２を設ける数は任意である。
【００３７】
固定子鉄心３５の形状は以下のとおりである。内周部３１は曲板状部材を断続的に配置して略円筒状に形成され、外周部３３は内周部３１の曲板状部材よりも半径方向の厚みが大きい円筒状に形成されている。コア部３２は略直方体状に形成されており、半径方向の一端側は内周部３１の曲板状部材と、他端側は外周部３３と連結している。また、内周部３１、コア部３２及び外周部３３はそれぞれ軸方向の高さが同一に形成されている。
【００３８】
固定子鉄心３５の大きさは、電動機１０の大きさなどに応じて適宜設計されるため、特に限定されない。また、コア部３２の大きさは、磁極部３０で発生させる磁界（磁力）の強さに影響を及ぼすため、必要に応じて設計変更すればよい。
【００３９】
固定子鉄心３５の材質としては、金属を用いるのが好ましく、特に、鉄やニッケルなどの強磁性体を用いるのが好ましい。
【００４０】
インシュレータ１４は、コア部３２と電機子巻線３６とを絶縁するために設けられる電気絶縁性部材である。図５に示すように、インシュレータ１４は、前記各コア部３２の位置に対応するように配置された複数の巻線巻回部１８が内周部材１４１と外周部材１４３との間に設けられている。したがって、巻線巻回部１８はコア部３２と同じ数だけ設けられる。
【００４１】
インシュレータ１４の形状は以下のとおりである。内周部材１４１は、前述した固定子鉄心３５の内周部３１と同様に、曲板状部材を断続的に配置した略円筒状に形成されており、その平面形状は前記内周部３１の平面形状と同一である。
【００４２】
外周部材１４３は、内周部材１４１よりも直径が大きく、半径方向の厚みが同じである円筒状であって、巻線巻回部１８の周方向の幅と同幅の切欠き部が軸方向に形成されている。この切欠き部の下端面は、巻線巻回部１８の一の面と連続している。
【００４３】
巻線巻回部１８は、一定の厚みを有し、一の面に開口凹部１８１（図６参照）が形成された板状部材である。巻線巻回部１８は、半径方向の一端側が内周部材１４１と、他端側が外周部材１４３と連結している。開口凹部１８１が形成されている面は、前記切欠き部の下端面と連続する面と対向する。開口凹部１８１が形成されている面の開口縁面は内周部材１４１及び外周部材１４３の一端面と同一平面上で連続している。このとき、内周部材１４１及び外周部材１４３の他端面はこの連続平面に対して同じ側に配置される。
【００４４】
開口凹部１８１は、巻線巻回部１８とコア部３２との接触面積を低減するために設けられている。開口凹部１８１は巻線巻回部１８の開口縁面から軸方向に段部を形成して成る。したがって、巻線巻回部１８の半径方向および周方向に沿った断面は凹形状である。
【００４５】
巻線巻回部１８は、開口縁面がコア部３２と接触し、開口凹部１８１はコア部３２と接触しない。開口凹部１８１はコア部３２の接触面により閉塞され、巻線巻回部１８とコア部３２との間に隙間が形成される。この隙間が吸振効果を生むことにより、コア部３２の軸方向の振動が低減される。
【００４６】
さらに、図７（ａ）に示すように、巻線巻回部１８の内部には吸振部２０が設けられている。吸振部２０は軸方向に複数並んで形成されたスリット１９から成る。スリット１９は半径方向、周方向、またはその両方に形成されている。スリット１９は平面視形状が開口凹部１８１の平面視形状と同一である。スリット１９の幅や数について特に制限はない。例えば、本実施形態のスリット１９よりも幅が広いスリットを一つだけ設けてもよく、あるいは本実施形態のスリット１９よりも幅が狭いスリットを多数（例えば五つ以上）設けてもよい。
【００４７】
インシュレータ１４の大きさは、固定子鉄心３５の大きさにより適宜設計される。しかし、巻線巻回部１８の周方向の幅は、コア部３２の周方向の幅よりも広く形成しなければならない。コア部３２に電機子巻線３６を巻き回したときに周方向に隙間を形成し、コア部３２と電機子巻線３６とを絶縁するためである。
【００４８】
インシュレータ１４の材質としては、電気絶縁性材料を用いるのが好ましい。例えば、ポリカーボネート樹脂やエポキシ樹脂などの電気絶縁性樹脂が挙げられるが、これに限定されない。
【００４９】
電機子巻線３６は、磁極部３０に磁界を発生させるための電流が流れる導線である。電機子巻線３６はその表面に不図示の絶縁被膜を備える。電機子巻線３６は両端が不図示の制御回路端子に接続されている。所望の磁界が生じるように電機子巻線３６の巻数等を適宜調節する。
【００５０】
次に、本実施形態に係る電動機１０の作用について図８を用いて説明する。なお、説明の都合上、電機子巻線３６の表示を一部省略している。電動機１０が動作することにより、電磁加振力Ｆがコア部３２の半径方向に働く。電磁加振力Ｆの影響によりコア部３２で半径方向の振動が生じる。コア部３２で生じた半径方向の振動はインシュレータ１４に伝達される。
【００５１】
インシュレータ１４は巻線巻回部１８がコア部３２と接触して固定されている。このため、インシュレータ１４に伝達された半径方向の振動の影響によりコア部３２からの半径方向の力ｆがインシュレータ１４の巻線巻回部１８に働く。コア部３２からの半径方向の力ｆの影響によりインシュレータ１４でも半径方向の振動が生じる。
【００５２】
ここで、電動機１０は、軸方向に複数並んで形成されたスリット１９から成る吸振部２０がインシュレータ１４の巻線巻回部１８の内部に設けられているため、インシュレータ１４の半径方向についての断面二次モーメントが低減されている。これにより、インシュレータ１４の半径方向に対する剛性が低減され、インシュレータ１４（特に巻線巻回部１８）が変形しやすくなっている。よって、インシュレータ１４はコア部３２からの半径方向の力ｆにより変形させられる。
【００５３】
コア部３２からの半径方向の力ｆの一部はインシュレータ１４を変形させるための力として働くため、インシュレータ１４の半径方向の振動を生じさせる力は低減される。つまり、インシュレータ１４が変形することで、インシュレータ１４で生じる半径方向の振動が低減される。言い換えれば、吸振部２０によりコア部３２で発生した半径方向の振動が吸収される。
【００５４】
電機子巻線３６はインシュレータ１４の巻線巻回部１８と接触して巻き回されている。このため、インシュレータ１４の半径方向の振動の影響により巻線巻回部１８からの半径方向の力ｆ’が電機子巻線３６に働く。巻線巻回部１８からの半径方向の力ｆ’の影響により電機子巻線３６でも半径方向の振動が生じる。
【００５５】
しかしながら、インシュレータ１４で生じる半径方向の振動は吸振部２０により吸収されるため、巻線巻回部１８からの半径方向の力ｆ’はごく僅かなものである。したがって、電機子巻線３６で生じる半径方向の振動もごく僅かなものとなる。例えば、電機子巻線３６が半径方向に変位可能に巻き回されていれば、この振動を吸収することも可能である。
【００５６】
従来の電動機９０は、コア部３２がインシュレータ３４及び電機子巻線３６と強く固定されていたため、電機子３の半径方向に対する剛性が強かった。このため、共振を引き起こし、その結果、電機子３が大きく振動していた。しかしながら、本実施形態に係る電動機１０は、インシュレータ１４の半径方向に対する剛性が低減されているため、共振が発生しにくい。
【００５７】
本実施形態に係る電動機１０によれば、インシュレータ１４の巻線巻回部１８の内部に吸振部２０が設けられているため、コア部３２の半径方向の振動を吸収することができる。したがって、インシュレータ１４及び電機子巻線３６との共振を含む電機子３の半径方向の振動を効果的に低減することができる。これにより、電動機１０のエネルギー変換効率が向上し、電動機１０の性能を向上させることができる。
【００５８】
また、本実施形態に係る電動機１０によれば、吸振部２０として、軸方向に複数並んで形成されたスリット１９をインシュレータ１４の巻線巻回部１８の内部に設けることにより、インシュレータ１４の半径方向に対する剛性を低減することができる。これにより、電機子３の半径方向の振動をより効果的に低減することができる。
【００５９】
以上、本実施形態に係る電動機１０について説明したが、本発明に係る電動機は、その他の形態で実施することができる。
【００６０】
例えば、図７（ａ）に示される巻線巻回部１８の内部に形成されたスリット１９を周方向に貫通させた吸振部を備える実施形態であってもよく、あるいは図７（ｂ）に示すように、巻線巻回部１８の内部に形成されたスリット１９ａを半径方向に貫通させた吸振部２０ａを備える実施形態であってもよい。このような実施形態の電動機によれば、インシュレータの巻線巻回部の弾性が向上するため、電機子の半径方向の振動に対する吸振部の吸振効果をさらに高めることができる。
【００６１】
また、スリットが半径方向に複数並んで形成された実施形態であってもよい。かかる実施形態において、スリットは軸方向に貫通していてもよい。このような実施形態の電動機であってもインシュレータの半径方向に対する剛性を低減できるため、上記と同様の効果を得ることができる。
【００６２】
あるいは、吸振部として、インシュレータの巻線巻回部をゴム弾性材で形成した実施形態であってもよい。上述した実施形態に係る電動機１０等は、インシュレータ１４の構造（特に巻線巻回部１８の内部構造）により、インシュレータ１４の半径方向に対する剛性を低減している。一方、吸振部として、インシュレータの巻線巻回部をゴム弾性材で形成すれば、巻線巻回部の材料特性によりインシュレータの半径方向に対する剛性を低減することができる。かかる実施形態の電動機によっても、上述したように、電機子の半径方向の振動を効果的に低減することができる。
【００６３】
さらに、前記ゴム弾性材に換えて、複数の孔を備えたスポンジ状の材料を用いることもできる。
【００６４】
尚、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々なる改良、修正、又は変形を加えた態様でも実施できる。また、同一の作用又は効果が生じる範囲内で、何れかの発明特定事項を他の技術に置換した形態で実施しても良い。
【符号の説明】
【００６５】
１：回転軸
２：界磁子
３：電機子
１０、９０：電動機
１４、３４：インシュレータ
１８、３８：巻線巻回部
１９、１９ａ：スリット
２０、２０ａ：吸振部
３０：磁極部
３２：コア部
３６：電機子巻線
【図１】
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【図２】
2011125170.tif 000004
【図３】
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【図４】
2011125170.tif 000006
【図５】
2011125170.tif 000007
【図６】
2011125170.tif 000008
【図７】
2011125170.tif 000009
【図８】
2011125170.tif 000010
【図９】
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