JP2010098920A - 電動機及びそれを用いた換気扇 - Google Patents

Abstract

【課題】巻枠の位置決めや、巻線の渡り線処理等の生産性を向上させるとともに、性能および信頼性を向上させることができる電動機を得ること。
【解決手段】ヨーク部及び複数のティース部３１を有する鉄心と、前記複数のティース部３１の夫々に巻装される巻線のための巻部を形成する複数の外壁４２及び内壁４３を有し、夫々一体に形成され、前記複数のティース部３１の軸方向両側部に嵌合する第１、第２の巻枠４１、４６と、前記ティース部３１の軸方向中央部を覆う絶縁フィルム９９と、を備える。
【選択図】 図４

Description

本発明は、羽根車の駆動に適した小型の電動機に関し、特に、鉄心のティース部を両側から挟むように装着される２つの巻枠を有する電動機及びそれを用いた換気扇に関するものである。

電動機の固定子鉄心において、巻線が巻かれて磁極を形成するティース部は、環状を成すヨーク部から中心部の回転子に向かって延びている。このティース部に巻線を巻く作業は、容易な作業ではない。巻線作業を容易にするために、従来より種々の提案がされている。その１つとして、ティース部をヨーク部から分離できるようにし、ティース部に外側から巻線を巻き、巻線を巻き終えた後にティース部をヨーク部に嵌め込む形式の所謂外巻き式の固定子鉄心が提案されている。

このような構造の固定子鉄心では、ティース部は、内側で回転子と対向するとともに、外側ではヨーク部と接合される。そのため、ティース部に巻線を巻装するときに用いられる巻枠は、軸方向に２分割され、２つの巻枠でティース部を挟み込む構造とされている（例えば、特許文献１参照）。

また、従来、ティース部とヨーク部が一体で積層された４個の分割鉄心体ａと、この分割鉄心体ａに挟持されるヨーク部が積層された４個の分割鉄心体ｂとからなる固定子鉄心と、隣接する前記分割鉄心体ａによって形成される４つのスロットをそれぞれ絶縁する４枚のスロット絶縁フィルムと、このスロット絶縁フィルムを挟持する袴部を有し、前記分割鉄心体ａの積層方向の端面を絶縁し、内外壁が樹脂等で一体に成型されてなる絶縁体（巻枠）とからなり、前記絶縁体に設けた袴部の一部に、固定子鉄心の積層方向に延設する突部を形成してなるコンデンサ電動機の固定子がある。この固定子は、軸方向に２分割された絶縁体（巻枠）の間に絶縁フィルムを挟持する構造であり、４個のティース部に対し、それぞれ別々に設けられた絶縁体を兼ねた巻枠を備え、ティース部に巻線を巻装後に組立てられる構造となっている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００５−０１２８７５号公報 特開２００５−０２７４４３号公報

巻線を巻装するための巻枠は、巻回された巻線の巻崩れ防止、倒れ防止及び巻装する際の作業性の向上のために、通常、巻部に内壁と外壁を有している。巻枠自体は、樹脂成型されるので、成型の抜き方向に所定の抜き勾配が必要であり、肉厚は、軸方向に均一となっていない。このような構造の巻枠においては、２つの巻枠がティース部を挟み込んで軸方向に嵌合わされるとき、分割された外壁部は、嵌合わせ側先端が互いに重なり合うこととなる。従来の巻枠においては、この重なり合う部分が、それぞれの肉厚によって巻線が巻装される部分の断面積を小さくしてしまうという問題があった。また、積層厚（軸方向寸法）が異なる鉄心を使用する場合は、巻枠を都度その積層厚に合わせて準備する必要があるという問題があった。また、軸方向寸法が長くなると、成型の抜き勾配も大きく設定する必要があり、更に巻線を巻装する部分の断面積を小さくしてしまうことになる。

このような構造の巻枠においては、軸方向に２分割された巻枠の間に絶縁フィルムを設置し、それぞれの巻枠の軸方向寸法は同じとし、固定子鉄心の積層厚が異なる場合は、絶縁フィルムの幅を変えることにより対応することができる。しかしながら、複数のティースそれぞれに対応して複数の巻枠を設け、絶縁フィルムを挟持するものでは、巻枠を装着する手間は、ティース部の数分だけあり、また、それぞれが独立しているので、位置決めが難しいという問題がある。さらに、巻線を巻装するときに、各巻線間を渡る渡り線処理が難しくなる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、巻線を巻装する際に、巻枠の形状によって決まる巻線を巻装する部分の断面積を少なくすることなく、また、巻枠の位置決めや、巻線の渡り線処理等の生産性を向上させるとともに、性能および信頼性を向上させることができる電動機及びそれを用いた換気扇を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ヨーク部及び複数のティース部を有する鉄心と、前記複数のティース部の夫々に巻装される巻線のための巻部を形成する複数の外壁及び内壁を有し、夫々一体に形成され、前記複数のティース部の軸方向両側部に嵌合する第１、第２の巻枠と、前記ティース部の軸方向中央部を覆う絶縁フィルムと、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、巻枠の巻線を巻装する部分の断面積が十分確保され、巻枠の組立、位置決めなどの生産性を向上させるとともに、性能および信頼性を向上させた電動機が得られる、という効果を奏する。

第１、第２の巻枠は、各ティース分が一体になっているため、装着作業は、ティースの数に関係なく各々１回となり、各ティース間及び巻枠の位置決めが容易であり、作業性が向上する。また、巻枠が一体となっているため、各々の巻枠に巻装された巻線の渡り線処理等の作業も容易となる。さらに、絶縁フィルムも一体とすれば、絶縁フィルムの装着作業も１回になり、作業性が向上する。絶縁フィルムの配置位置は、作業工程により、固定子鉄心と巻枠の間に配置しても、巻枠と巻線の間に配置しても同等の効果が得られる。

第１、第２の巻枠は鉄心の積層厚に関係なく軸方向の長さは必要最小限とすることができ、成型の抜き勾配も最小とすることができ、巻線部に重なる部分の厚さも最小となり、巻線を巻装する部分の断面積を小さくすることはない。第１、第２の巻枠とともに配置した絶縁フィルムは、巻枠の重なる部分の厚さより薄いものを用いるのがよい。

以下に、本発明にかかる電動機及びそれを用いた換気扇の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態
図１は、本発明にかかる換気扇９０の実施の形態を示す縦断面図である。図１に示すように、実施の形態の換気扇９０は、例えば、建物の屋内と屋外とを隔てる壁部又は天井部等に形成された換気口に取り付けられ、屋内空気の換気を行う。換気扇９０は、換気口に取り付けられて内部に通風路（空気流路）９１を形成するケーシング（ベルマウス）９２と、ケーシング９２内に設置され通風路９１を通して空気を強制的に移動させる送風機９５とを備えている。送風機９５は、電動機８０と、この電動機８０の駆動軸８１に取り付けられた羽根車９３とを有している。

図２は、本発明にかかる電動機８０の実施の形態の内部構造を示す縦断面図である。図２に示すように、電動機８０は、駆動軸８１に支持されて電動機８０の中央部に配置された回転子１０と、回転子１０が内部に配置された固定子２０と、回転子１０及び固定子２０を収容するフロントブラケット８２及びリヤブラケット８３と、を備えている。固定子２０は、薄い鋼板が多数積層されてなる略円筒形の固定子鉄心３０と、固定子鉄心３０のティース部に巻装された固定子巻線５０と、を備えている。

回転子１０は、２つのベアリングによって回転自在に支持されている。すなわち、電動機８０は、フロントブラケット８２及びリヤブラケット８３の中心部にそれぞれ形成された凹部に外輪が嵌合固定され、内輪が駆動軸８１に嵌合固定されたフロントベアリング８４及びリアベアリング８５を備えている。

図３は、固定子鉄心３０の実施の形態を示す斜視図である。図３に示すように、固定子鉄心３０は、断面が略Ｔ字型を成す４個のティース部３１と、円筒状を成し、内周側に４個のティース部３１の外端部が係合する係合部が形成され、４個のティース部３１と機械的、磁気的に結合して外周磁路を形成するヨーク部３２と、を有している。ティース部３１は、ヨーク部３２に取付け取外し可能である。ティース部３１及びヨーク部３２は、薄い鋼板を軸方向（厚さ方向）に多数積層して形成されている。

図４は、ティース部３１とこれを覆う巻枠４０及び絶縁フィルム９９の分解斜視図である。図４に示すように、巻枠（例えば、絶縁階級Ｅ種に相当する樹脂絶縁体）４０は、電動機８０の軸方向に４個のティース部３１を一体的に覆う（絶縁する）ように各々一体に形成した、第１の巻枠４１と第２の巻枠４６の２つの巻枠から成り、軸方向両側部に嵌合して、ヨーク部３２から取外された４個のティース部３１の相互の位置決めを正確に行うとともに、ティース部３１に固定子巻線５０が巻装されるとき、絶縁フィルム(例えば、絶縁階級Ｅ種に相当するフィルム)９９とともに、固定子鉄心３０と固定子巻線５０（図２参照）との間を絶縁する。

図５は、ティース部３１の軸方向両側部に嵌合された巻枠４０及び絶縁フィルム９９の斜視図である。図５に示すように、ティース部３１に嵌合された第１の巻枠４１、ティース部３１の中央部を覆う絶縁フィルム９９及び第２の巻枠４６には、各ティース部３１を囲む部分に、固定子巻線５０が巻回される巻部（凹部）４４が形成されている。この巻部４４の半径方向内側と外側には、巻部４４に巻線を巻装するとき、巻線が容易に巻部４４に案内されるようにするため、及び、巻部４４に多量に巻装された固定子巻線５０の倒れや巻崩れを防止するために、外壁４２、４７と内壁４３、４８とが形成されている。言い換えれば、外壁４２、４７及び内壁４３、４８は、複数のティース部３１の夫々に巻装される巻線５０のための巻部４４を形成している。

図６は、図５に示すティース部３１、巻枠４０及び絶縁フィルム９９の組立体に固定子巻線５０を巻装した状態を示す斜視図であり、図７は、図６に示す組立体にヨーク部３２を嵌め込んだ状態を示す斜視図である。図６及び図７に示すように、固定子巻線５０は、図５に示す巻部４４に巻装される。固定子巻線５０は、主巻線５１と補助巻線５３とから成り、主巻線５１は、２つの巻線に分割されて、対向する２つの巻部４４に巻装される。補助巻線５３も同様に、２つの巻線に分割されて、他の対向する２つの巻部４４に巻装される。２つの対向する主巻線５１、及び、２つの対向する補助巻線５３は、夫々図示しない渡り線により接続される。巻線の巻装終了後に、ティース部３１の外端部にヨーク部３２を嵌合して取付ける。

図８は、第１、第２の巻枠４１、４６の外壁部４２、４７及び絶縁フィルム９９の側面図であり、図９は、第１、第２の巻枠４１、４６と絶縁フィルム９９とがティース部３１を挟んで嵌合した状態を示す側面図であり、図１０は、図８と比較して示す従来の巻枠の外壁部１４２、１４７の側面図であり、図１１は、図９と比較して示す従来の巻枠の先端部１４２ｂ、１４７ｂが互いに重なり合う状態を示す側面図である。

図８及び図９に示すように、外壁部４２、４７の嵌合わせ側先端の重なり部４２ｃ、４７ｃは、先端部ほど幅が狭くなるように、側部４２ａ、４７ａがテーパ形状とされている。外壁部４２、４７の嵌合わせ側先端の重なり部４２ｃ、４７ｃに、絶縁フィルム９９の端部を重ねるようにする。

図１０及び図１１に示すように、従来の巻枠においては、外壁部１４２、１４７が相互に重なり合うようになっていた。そのため、重なり合う外壁部１４２、１４７の厚みによって巻線が巻装される部分の断面積が小さくなり、巻線量が制限されていた。また、積層厚が異なる固定子鉄心を用いる場合は、その積層厚に合った巻枠を用意する必要があった。また、積層厚が厚い場合は、巻枠の軸方向寸法が長くなり成型の抜き勾配を大きく設定する必要がある。そのため、巻線を巻装する部分の断面積がさらに小さくなり、電動機の性能を悪化させる原因となっていた。

また、複数のティース部それぞれに、別個の巻枠を装着し、それぞれの絶縁フィルムを挟持する特許文献２のものでは、巻枠を装着する手間は、ティース部の数分だけ必要であり、また、それぞれが独立しているので、それぞれの位置決めが難しく、さらに、巻線を巻装した後の渡り線処理も難しくなり、生産性が悪かった。

本実施の形態においては、嵌合わせ側先端の重なり部４２ｃ、４７ｃの先端角部４２ｂ、４７ｂが、外壁部４２、４７の外幅から所定量だけ絶縁フィルム９９の内側に入った位置にあるので、重なり部４２ｃ、４７ｃのそれぞれの厚みによって巻線が巻装される部分の断面積は小さくならない。

図１２は、第１、第２の巻枠４１、４６及び絶縁フィルム９９がティース部３１を覆う巻部の断面図であり、図１３は、巻部の他の形態を示す断面図である。図１２に示すように、絶縁フィルム９９の軸方向両端部を第１、第２の巻枠４１、４６の内壁４３、４８の内側に重なるように配置してもよいし、図１３に示すように、絶縁フィルム９９の一方の軸方向端部を、第１、第２の巻枠４１、４６のいずれか一方の内壁４３又は４８の内側に重なるように配置し、他方の軸方向端部を、他方の内壁４３又は４８の外側に重なるように配置してもよい。

図１４は、絶縁フィルム９９単体の斜視図であり、図１５は、複数の絶縁フィルム９９を連結部９９ａにより一体にした状態を示す斜視図である。複数の絶縁フィルム９９を連結部９９ａにより一体に連結すれば、複数の絶縁フィルム９９の装着を同時に１回で行うことができる。

なお、実施の形態の第１、第２の巻枠４１、４６及び絶縁フィルム９９は、固定子鉄心３０を覆うものであるが、回転子鉄心の巻枠に適用してもよい。すなわち、軸方向に嵌合可能に分割され、双方で鉄心を覆うことにより、ティース部に巻装された巻線と鉄心との絶縁を行うとともに巻線の巻崩れを防止するものとして、本実施の形態の巻枠を適用することができる。

また、本実施の形態の重なり部４２ｃ、４７ｃの側部は、斜めの直線状を成しているが、直線に限定されることはなく、例えば、滑らかな曲線であってもよい。つまり、本実施の形態の重なり部４２ｃ、４７ｃ及び絶縁フィルム９９は、例えば、外壁部の先端を全体的に円弧状等にして、挿入性を向上させてもよい。

以上のように、本発明にかかる電動機は、換気扇に有用である。

本発明にかかる換気扇の実施の形態を示す縦断面図である。 本発明にかかる電動機の実施の形態の内部構造を示す縦断面図である。 固定子鉄心の実施の形態を示す斜視図である。 ティース部とこれを覆う巻枠及び絶縁フィルムの分解斜視図である。 ティース部に嵌合された巻枠及び絶縁フィルムの斜視図である。 図５に示すティース部、巻枠及び絶縁フィルムの組立体に固定子巻線を巻装した状態を示す斜視図である。 図６に示す組立体にヨーク部を嵌め込んだ状態を示す斜視図である。 第１、第２の巻枠の外壁部及び絶縁フィルムの側面図である。 第１、第２の巻枠と絶縁フィルムとがティース部を挟んで嵌合した状態を示す側面図である。 図８と比較して示す従来の巻枠の外壁部の側面図である。 図９と比較して示す従来の巻枠の先端部が互いに重なり合う状態を示す側面図である。 第１、第２の巻枠及び絶縁フィルムがティース部を覆う巻部の断面図である。 巻部の他の形態を示す断面図である。 絶縁フィルム単体の斜視図である。 複数の絶縁フィルムを連結部により一体にした状態を示す斜視図である。

符号の説明

１０ 回転子
２０ 固定子
３０ 固定子鉄心（鉄心）
３１ ティース部
３２ ヨーク部
４０ 巻枠（絶縁体）
４１ 第１の巻枠
４２ 第１の巻枠の外壁
４２ａ 外壁の側部
４２ｂ 第１の巻枠の先端角部
４２ｃ 第１の巻枠の重なり部
４３ 第１の巻枠の内壁
４４ 巻線の巻部
４６ 第２の巻枠
４７ 第２の巻枠の外壁
４７ａ 外壁の側部
４７ｂ 第２の巻枠の先端角部
４７ｃ 第２の巻枠の重なり部
４８ 第２の巻枠の内壁
５０ 固定子巻線
５１ 主巻線
５３ 補助巻線
８０ 電動機
８１ 駆動軸
８２ フロントブラケット
８３ リヤブラケット
８４ フロントベアリング
８５ リアベアリング
９０ 換気扇
９１ 通風路
９２ ケーシング
９３ 羽根車
９５ 送風機
９９ 絶縁フィルム
９９ａ 絶縁フィルムの連結部

Claims (6)

1. ヨーク部及び複数のティース部を有する鉄心と、
   前記複数のティース部の夫々に巻装される巻線のための巻部を形成する複数の外壁及び内壁を有し、夫々一体に形成され、前記複数のティース部の軸方向両側部に嵌合する第１、第２の巻枠と、
   前記ティース部の軸方向中央部を覆う絶縁フィルムと、
   を備えることを特徴とする電動機。
2. 前記絶縁フィルムの軸方向端部を、前記第１、第２の巻枠の内壁の内側に重なるように配置したことを特徴とする請求項１に記載の電動機。
3. 前記絶縁フィルムの一方の軸方向端部を、前記第１、第２の巻枠の一方の内壁の内側に重なるように配置し、他方の軸方向端部を、他方の内壁の外側に重なるように配置したことを特徴とする請求項１に記載の電動機。
4. 前記絶縁フィルムは、連結部により一体に連結されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の電動機。
5. 前記ティース部は、前記ヨーク部に取付け取外し可能であり、前記ヨーク部から取外され前記第１、第２の巻枠及び絶縁シートを装着された状態で前記巻線を巻装された後に、前記ヨーク部に取付けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の電動機。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の電動機を備えることを特徴とする換気扇。

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