公開特許公報

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に、本発明の実施の形態にかかる固定子の製造方法、固定子、電動機および天井扇風機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。

【0011】

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる固定子１００を示す平面図である。図２は、図１に示す固定子１００を有する電動機１１０の要部を示す平面図である。電動機１１０は、アウターロータ型の単相誘導電動機である。電動機１１０は、固定子１００と回転子１０１とを備える。

【0012】

回転子１０１は、固定子１００を囲み、かつ回転駆動する。回転子１０１の回転中心と固定子鉄心１０の中心Ｏとは一致する。回転子１０１は、円環状の回転子鉄心と、回転子鉄心よりも中心Ｏ側に配置された永久磁石とを有する。回転子鉄心のうち中心Ｏ側の面である内周面には、互いに異なる極性を有する永久磁石が円周方向において交互に配列されている。回転子１０１の極数は１６であるものとする。図２では、回転子鉄心と永久磁石との図示を省略している。極数は１６に限られず、任意であるものとする。

【0013】

固定子１００は、複数の歯部２０を有する固定子鉄心１０と、歯部２０によって構成される第１のスロットに装着された第１のコイル１１と、歯部２０によって構成される第２のスロットに装着された第２のコイル１２とを有する。固定子鉄心１０は、積層された複数の電磁鋼板を有する。固定子鉄心１０の中心Ｏには、電動機１１０を支持するための支持軸が通される孔２７が設けられている。図２では、支持軸の図示を省略している。

【0014】

第１のコイル１１を構成する巻線と第２のコイル１２を構成する巻線とのうちの一方の巻線が主巻線であって、他方の巻線が補助巻線である。第１のコイル１１が主巻線の巻き付けによって構成されたコイルである場合は、第２のコイル１２は補助巻線の巻き付けによって構成されたコイルである。第１のコイル１１が補助巻線の巻き付けによって構成されたコイルである場合、第２のコイル１２は主巻線の巻き付けによって構成されたコイルである。

【0015】

図３は、図１に示す固定子１００が有する固定子鉄心１０を示す平面図である。複数の歯部２０は、固定子鉄心１０の外縁にて放射状に設けられている。複数の歯部２０は、中心Ｏを中心とする円の円周方向において等間隔に配置されている。実施の形態１では、固定子鉄心１０には、１６個の歯部２０が設けられている。なお、歯部２０の数は１６に限られず、任意であるものとする。

【0016】

歯部２０は、第１のスロット２１を構成する部位である第１の部位２３と、第１の部位２３から延伸された部位である第２の部位２４と、第２の部位２４とともに第２のスロット２２を構成する部位である第３の部位２５とを有する。第２の部位２４と第３の部位２５とは、第１の部位２３よりも遠心方向側に位置する。遠心方向とは、中心Ｏから離れる方向とする。歯部２０は、第１の部位２３と第２の部位２４との連結部分に、第３の部位２５が組み合わせられることによって構成されている。図３には、第３の部位２５が組み合わせられた状態の歯部２０を示している。第３の部位２５は、第１の部位２３の端部２６に結合されている。第３の部位２５が組み合わせられた状態の歯部２０において、第３の部位２５は、第１の部位２３から遠心方向へ延伸されている。第１の部位２３は、歯部２０のうち中心Ｏ側の根元の部分である。歯部２０において、第１の部位２３から二股に延ばされたうちの一方が第２の部位２４であって他方が第３の部位２５である。

【0017】

歯部２０は、中心Ｏと上記の円周方向における歯部２０の中心とを結んだ直線Ｒに対して線対称な形状を有する。第２のスロット２２は、第１のスロット２１よりも遠心方向の側に位置している。固定子鉄心１０は、１６個の歯部２０によって形成された１６個の第１のスロット２１と１６個の第２のスロット２２とを有する。

【0018】

第１のコイル１１は、第１のコイル１１の巻線が歯部２０ごとの第１の部位２３の周囲を周回された状態とされて、第１のスロット２１に装着されている。また、第２のコイル１２の巻線は、互いに隣り合う歯部２０同士において、一方の歯部２０の第２の部位２４と他方の歯部２０のうち当該一方の歯部２０の第２の部位２４と隣り合う第３の部位２５との周囲を周回された状態とされている。このように、第２のコイル１２は、第２のコイル１２の巻線が２つの歯部２０を跨いで周回された状態とされて、第２のスロット２２に装着されている。

【0019】

図４は、図３に示す固定子鉄心１０において歯部２０から第３の部位２５が取り外された状態を示す図である。図４には、固定子鉄心１０が有する全ての歯部２０から第３の部位２５が取り外された状態の固定子鉄心１０と、歯部２０から取り外された１つの第３の部位２５とを示している。

【0020】

次に、固定子１００の製造方法について説明する。図５は、図３に示す固定子鉄心１０が有する歯部２０への第１のコイル１１と第２のコイル１２との取り付けについて説明する図である。図６は、図１に示す固定子１００の製造方法の手順を示すフローチャートである。固定子１００の製造方法は、第１のコイル１１を第１のスロット２１に装着する第１の工程と、第２のコイル１２を第２のスロット２２に装着する第２の工程とを含む。図５は、第１の工程および第２の工程における歯部２０、第１のコイル１１および第２のコイル１２を示している。

【0021】

第１の工程および第２の工程より前に、図６に示すステップＳ１において、第１のコイル１１と第２のコイル１２とを作成する。図７は、図５に示す第１のコイル１１と第２のコイル１２との作成について説明する図である。

【0022】

第１のコイル１１は、第１のボビン３１と、第１のボビン３１に巻き付けられた第１の巻線３３とを有する。第１のコイル１１は、第１のボビン３１に第１の巻線３３を巻き付けることによって作成される。第２のコイル１２は、第２のボビン３２と、第２のボビン３２に巻き付けられた第２の巻線３４とを有する。第２のコイル１２は、第２のボビン３２に第２の巻線３４を巻き付けることによって作成される。

【0023】

第１の工程であるステップＳ２では、歯部２０は、第３の部位２５が取り外された状態とされる。ステップＳ２では、第１の巻線３３が巻き付けられた第１のボビン３１に第２の部位２４を通してから第１の部位２３にまで第１のボビン３１を到達させて、第１の部位２３に第１のコイル１１を配置する。図５の（Ａ）には、第２の部位２４が第１のボビン３１に通される直前の状態を示している。図５の（Ａ）に示す状態から、図４に示す中心Ｏの方向、すなわち遠心方向とは逆の方向へ第１のコイル１１を向かわせることにより、図５の（Ｂ）に示すように、第１のコイル１１が第１の部位２３に配置される。これにより、第１のコイル１１が第１のスロット２１に装着される。歯部２０から第３の部位２５が取り外されていることにより、第１の部位２３に第１のコイル１１を容易に配置することができる。なお、ステップＳ２において、第１のコイル１１同士の第１の巻線３３は、わたり線によって繋げられても良く、繋げられなくても良い。

【0024】

ステップＳ３およびステップＳ４は、第２の工程である。ステップＳ３では、第２の部位２４に第２のコイル１２を配置する。図５の（Ｃ）には、第２の部位２４が第２の巻線３４が巻き付けられた状態の第２のボビン３２に第２の部位２４が通される直前の状態を示している。図５の（Ｃ）に示す状態から遠心方向とは逆方向へ第２のコイル１２を向かわせることにより、図５の（Ｄ）に示すように、第２のコイル１２が第２の部位２４に配置される。歯部２０から第３の部位２５が取り外されていることにより、第２の部位２４に第２のコイル１２を容易に配置することができる。なお、ステップＳ３において、第２のコイル１２同士の第２の巻線３４は、わたり線によって繋げられても良く、繋げられなくても良い。

【0025】

ステップＳ４では、第２の巻線３４が巻き付けられた状態の第２のボビン３２に第３の部位２５を通して、第１の部位２３に第３の部位２５を結合する。図５の（Ｄ）には、第２のボビン３２に第３の部位２５が通される直前の状態を示している。このとき、第１の部位２３の端部２６は、第１のコイル１１よりも遠心方向側に位置している。端部２６の一部は、第１のボビン３１の内側にあっても良い。図５の（Ｄ）に示す状態から、端部２６へ第３の部位２５を向かわせる。端部２６に第３の部位２５を結合することにより、図５の（Ｅ）に示す状態となる。これにより、第２のコイル１２が第２のスロット２２に装着される。

【0026】

このように、歯部２０から第３の部位２５が取り外されることにより、予め巻線の巻き取りが施された第１のコイル１１を第１のスロット２１に装着することができ、かつ予め巻線の巻き取りが施された第２のコイル１２を第２のスロット２２に装着することができる。第１のボビン３１への第１の巻線３３の巻き付けと第２のボビン３２への第２の巻線３４の巻き付けとは、フォーマーの使用による巻き付けの場合と比較して高速かつ高密度に行うことができる。また、フォーマーの使用による巻き付けの場合と比較して、第１の巻線３３と第２の巻線３４とへ及ぼすダメージを低減できる。これにより、巻線の巻付作業における作業性の向上と、電動機１１０の性能の向上とが可能となる。巻付作業における作業性の向上によって、固定子１００の製造コストを低減できる。巻線の高密度な巻き付けによって巻線抵抗の低減が可能となることで、高い効率による駆動を可能とする電動機１１０を得ることが可能となる。また、高密度な巻き付けによる第１のコイル１１および第２のコイル１２の装着によって、高品質な固定子１００を得ることができる。

【0027】

単相誘導電動機である電動機１１０は、一般的に、コンデンサを用いて駆動する。電動機１１０は、電流の位相角を進ませるコンデンサを使用して、互い位相がずれた３つの電流を作り出すことによって磁界を生じさせる。電動機１１０は、電源からの電流が流れる主巻線とコンデンサを介した電流が流れる補助巻線とを互いに等しいバランスで駆動することが困難である。このため、各歯部２０では、上記の直線Ｒよりも円周方向における一方の側に発生する磁束が他方の側に発生する磁束よりも少なくなるというように、磁束密度に分布が生じる。かかる磁束密度の分布の態様は、主巻線および補助巻線および電動機１１０の仕様によって決まる。

【0028】

実施の形態１にかかる固定子１００が有する歯部２０において、第３の部位２５は、電動機１１０が駆動しているときに生じる磁束密度が第２の部位２４における磁束密度よりも低くなる側に設けられている。電動機１１０は、各歯部２０において、磁束が少なくなる側に第３の部位２５を配置することで、第１の部位２３と第３の部位２５との間に分割された箇所を有することによる電磁的な特性への影響を少なくすることができる。したがって、分割可能な第３の部位２５が、磁束が少なくなる側に設けられていることによって、高い性能を有する電動機１１０を得ることができる。

【0029】

仮に、各歯部２０のうち第２の部位２４と第３の部位２５とを含む部分、すなわち二股に延ばされた双方の部分が、歯部２０から分割されるとした場合、歯部２０のうちの分割された箇所が、磁束が少なくなる側と磁束が多くなる側とに跨ることになる。実施の形態１では、歯部２０のうちの分割された箇所を磁束が少なくなる側のみに設けることができるため、電磁的な特性への影響を少なくすることができる。これにより、電動機１１０は高い性能を得ることができる。

【0030】

図８は、図５に示す歯部２０における第１の部位２３と第３の部位２５との結合のための構成の第１の例を示す図である。第１の部位２３のうち、第３の部位２５に結合される端部２６には、第３の部位２５の側へ突出された複数の第１の凸部４１が設けられている。第１の凸部４１には、第１の凸部４１を貫く第１の貫通孔４３が設けられている。第３の部位２５のうち、第１の部位２３に結合される端部２８には、第１の部位２３の側へ突出された複数の第２の凸部４２が設けられている。第２の凸部４２には、第１の凸部４１を貫く第２の貫通孔４４が設けられている。第２の凸部４２は、第１の貫通孔４３に第２の貫通孔４４が位置合わせされた状態で第１の凸部４１と一体化可能とされている。

【0031】

図８には、第１の部位２３のうち２つの第１の凸部４１が設けられた部分と、第３の部位２５のうち２つの第２の凸部４２が設けられた部分とを示している。複数の第１の凸部４１は、第２の凸部４２を挿入可能な間隔をおいて並べられている。第１の貫通孔４３は、複数の第１の凸部４１が並べられている向きへ第１の凸部４１を貫いている。複数の第２の凸部４２は、第１の凸部４１を挿入可能な間隔をおいて並べられている。第２の貫通孔４４は、複数の第２の凸部４２が並べられている向きへ第２の凸部４２を貫いている。なお、図８に示す例では、第１の凸部４１は、積層された電磁鋼板の１層おきに設けられている。第２の凸部４２は、第１の凸部４１とは互い違いになるように、積層された電磁鋼板の１層おきに設けられている。

【0032】

第２の工程では、２つの第１の凸部４１の間に第２の凸部４２を挿入させるとともに２つの第２の凸部４２の間に第１の凸部４１を挿入させることにより、２つの第１の凸部４１と２つの第２の凸部４２とを一体化させる。２つの第１の凸部４１と２つの第２の凸部４２とが一体化されることにより、２つの第１の貫通孔４３と２つの第２の貫通孔４４とが１つの孔を構成するように互いに繋げられる。互いに繋げられた第１の貫通孔４３と第２の貫通孔４４とには、結合部であるピン４５が挿入される。ピン４５は、第１の貫通孔４３と第２の貫通孔４４とに通される。ピン４５の挿入によって第１の部位２３と第３の部位２５との乖離が制限されて、第１の部位２３と第３の部位２５とは互いに結合される。

【0033】

ピン４５は、第１の貫通孔４３と第２の貫通孔４４とへ圧入されても良い。この場合、第１の部位２３への第３の部位２５の強固な固定が可能となる。図８に示す例では、各歯部２０において、第３の部位２５は、１つのピン４５が用いられることによって第１の部位２３へ結合される。第３の部位２５を結合するピン４５は１つである場合に限られず、２つ以上であっても良い。

【0034】

図９は、図５に示す歯部２０における第１の部位２３と第３の部位２５との結合のための構成の第２の例を示す図である。第１の加工片４６は、第１の貫通孔４３が形成される際に第１の部位２３から抜き取られた円柱形状の部分である。第１の加工片４６は、第１の貫通孔４３に突き戻されることにより、第１の貫通孔４３に配置されている。第２の加工片４７は、第２の貫通孔４４が形成される際に第３の部位２５から抜き取られた円柱形状の部分である。第２の加工片４７は、第２の貫通孔４４に突き戻されることにより、第２の貫通孔４４に配置されている。

【0035】

第２の工程では、第１の例の場合と同様に、２つの第１の凸部４１と２つの第２の凸部４２とを一体化させる。２つの第１の凸部４１と２つの第２の凸部４２とが一体化されることにより、２つの第１の加工片４６と２つの第２の加工片４７とは、結合部である１つの円柱体を構成するように互いに繋げられる。互いに繋げられた２つの第１の加工片４６と２つの第２の加工片４７とが第１の貫通孔４３および第２の貫通孔４４にて押し込まれる。

【0036】

第１の加工片４６は、互いに重ね合わせられた第１の凸部４１と第２の凸部４２とにおいて、第１の貫通孔４３と第２の貫通孔４４とを跨いで挿入される。第２の加工片４７は、互いに重ね合わせられた第１の凸部４１と第２の凸部４２とにおいて、第１の貫通孔４３と第２の貫通孔４４とを跨いで挿入される。第１の加工片４６と第２の加工片４７との挿入によって第１の部位２３と第３の部位２５との乖離が制限されて、第１の部位２３と第３の部位２５とは互いに結合される。

【0037】

第１の加工片４６と第２の加工片４７とは、第１の貫通孔４３と第２の貫通孔４４とへ圧入されても良い。この場合、第１の部位２３への第３の部位２５の強固な固定が可能となる。第２の例によると、第１の部位２３と第３の部位２５との結合のための部品を別途追加しなくても良いため、固定子１００は、部品点数を少なくすることができる。また、固定子鉄心１０と同一の材料からなる第１の加工片４６と第２の加工片４７とが結合に使用されることによって、電動機１１０は、結合部が設けられることによる電磁的な特性への影響を少なくすることができる。

【0038】

実施の形態１によると、歯部２０において第３の部位２５を取り外し可能としたことで、第１の巻線３３と第２の巻線３４とを高速かつ高密度に巻き付けることができる。また、第１の巻線３３と第２の巻線３４とへ及ぼすダメージを低減できる。これにより、巻線の巻付作業における作業性の向上と、電動機１１０の性能の向上とが可能となるという効果を奏する。

【0039】

実施の形態１にかかる電動機１１０は、天井扇風機の駆動源に使用される。実施の形態２では、電動機１１０を備える天井扇風機について説明する。

【0040】

実施の形態２．
図１０は、本発明の実施の形態２にかかる天井扇風機１２０を示す側面図である。天井扇風機１２０は、実施の形態１にかかる電動機１１０を備えている。実施の形態２では、上記の実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態１とは異なる構成について主に説明する。

【0041】

天井扇風機１２０は、天井から吊り下げられて設置される。天井扇風機１２０は、電動機１１０と、電動機１１０の駆動を受けて回転する複数の翼部５１とを備える。電動機１１０と複数の翼部５１とは、天井扇風機１２０の本体を構成する。電動機１１０の下側は、カバー５２によって覆われている。シャフト５３は、中空の棒である。シャフト５３は、天井扇風機１２０の本体を支持する。シャフト５３には、電動機１１０を支持する支持軸が繋がれている。シャフト５３の上端は、固定部５４において天井に固定されている。商用電源に接続された電源線は、天井からシャフトの内部を通されて、電動機１１０の電源回路に接続されている。図１０では、商用電源および電源回路の図示を省略している。

【0042】

実施の形態２によると、天井扇風機１２０は、実施の形態１にかかる電動機１１０を備えることで、高性能かつ高品質にでき、かつ製造コストの低減が可能となる。

【0043】

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。