特開 2024-143041 電動機および換気扇

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024143041

(43)【公開日】2024-10-11

(54)【発明の名称】電動機および換気扇

(51)【国際特許分類】

   H02K 3/38 20060101AFI20241003BHJP

【ＦＩ】

H02K3/38 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023055513

(22)【出願日】2023-03-30

(71)【出願人】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003568

【氏名又は名称】弁理士法人加藤国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】▲今▼井 淳文

【テーマコード（参考）】

5H604

【Ｆターム（参考）】

5H604BB01

5H604CC01

5H604PB03

5H604PB04

5H604PC01

(57)【要約】

【課題】アルミ線を用いることによってコイルの量が増えた場合でも、コイルと外郭との絶縁距離を確保できる電動機および換気扇を提供する
【解決手段】
アルミ線を巻回して形成されたコイル７と、コイル７が周方向に装着された鉄心６と、鉄心６の軸方向の両端から軸方向に突出したコイル７のコイルエンド７ｅにおける径方向の外周を覆う絶縁シート１５と、コイル７、鉄心６および絶縁シート１５を収納する外郭５と、を備える。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

アルミ線を巻回して形成されたコイル、
前記コイルが周方向に装着された鉄心、
前記鉄心の軸方向の両端から前記軸方向に突出した前記コイルのコイルエンドにおける径方向の外周を覆う絶縁シート、
前記コイル、前記鉄心および前記絶縁シートを収納する外郭、
を備えた電動機。

【請求項2】

前記コイルと前記鉄心との間に設けられ、かつ前記コイルエンドの一部を覆うカフス部を有する絶縁物を有し、
前記絶縁シートは、前記カフス部を覆う、
請求項１に記載の電動機。

【請求項3】

前記絶縁シートは、前記鉄心の前記軸方向の両端から前記軸方向に突出した前記コイルエンドの前記径方向の前記外周をそれぞれ覆う第一外周部および第二外周部と、前記第一外周部および前記第二外周部を連結する連結部と、からなる、
請求項１に記載の電動機。

【請求項4】

前記鉄心は、前記連結部を固定する切欠き部を有する、
請求項３に記載の電動機。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか１項に記載の電動機を備えた、
換気扇。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電動機および換気扇に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、電動機のコストを低減するため、銅線より安価なアルミ線がコイルに用いられている。アルミ線に用いられるアルミは、銅線に用いられる銅より導電率が低い。そのためアルミ線を用いて銅線と同じ電気特性を得るには、アルミ線の断面積を銅線の断面積の約１．６倍とする必要がある。このため、アルミ線を用いたコイルを、コイルに銅線を用いた場合の電動機の外郭に収容する場合は、コイルと外郭との絶縁距離の確保が問題となる。

【0003】

特許文献１には、端子台の上面に配置される端子台側部と、コイルの径方向の一部とモータ外郭の内面との間に配置されるコイル側部と、端子台側部とコイル側部とを繋ぐ連結部を有した絶縁シートにより、コイルの周囲を絶縁するモータが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第６２４６０２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に開示されたモータは、コイルエンド外径が最も大きくなるコイルが多く重なり合う箇所を覆うように絶縁シートを配置している。そのため、コイルにアルミ線が多用される状況においては、コイル巻線と外郭との絶縁距離が確保できないといった課題が生じていた。

【0006】

本開示は、上記のような課題を解決するものであり、アルミ線を用いることによってコイルの量が増えた場合でも、コイルと外郭との絶縁距離を確保できる電動機および換気扇を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示にかかる電動機は、アルミ線を巻回して形成されたコイルと、コイルが周方向に装着された鉄心と、鉄心の軸方向の両端から軸方向に突出したコイルのコイルエンドにおける径方向の外周を覆う絶縁シートと、コイル、鉄心および絶縁シートを収納する外郭と、を備えたものである。

【0008】

また本開示にかかる換気扇は、本開示にかかる電動機を備えたものである。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、アルミ線を用いることによってコイルの量が増えた場合でも、コイルと外郭との絶縁距離を確保できる電動機および換気扇を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施の形態１にかかる電動機の分解斜視図である。

【図2】実施の形態１にかかるステータを軸線方向から見た詳細上面図である。

【図3】実施の形態１にかかるステータを径方向から見た詳細側面図であり、図２のＡ方向から見た詳細側面図である。

【図4】実施の形態１にかかるステータのコイルを構成しているマグネットワイヤの構成を示す概略断面図である。

【図5】実施の形態１にかかるステータを軸線方向から見た絶縁シートを巻き付けた状態を示す詳細上面図である。

【図6】実施の形態１にかかる絶縁シートの展開図である。

【図7】実施の形態１にかかるステータのコイルに対する絶縁シートの巻き付け方法の説明図である。

【図8】実施の形態１にかかるステータのコイルに対する絶縁シートの巻き付け方法の説明図である。

【図9】実施の形態１の変形例１における絶縁シートの展開図である。

【図10】実施の形態１の変形例２における絶縁シートの展開図である。

【図11】実施の形態２に係る電動機を備えた換気扇を示す構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本開示の対象を実施するための形態について添付の図を参照しながら説明する。各図において、同一または相当する部分には同一の符号を付して、重複する説明は適宜に簡略化または省略する。なお、本開示の対象は、以下の実施の形態に限定されることなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲において、実施の形態の任意の構成要素の変形、または実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

【0012】

実施の形態１．
図１から図５を参照し、実施の形態１にかかる電動機３０の構成について説明する。図１は、実施の形態１にかかる電動機３０の分解斜視図である。図２は、実施の形態１にかかるステータ１を軸方向から見た詳細上面図である。図１では、コイル７のコイルエンド７ｅを覆う絶縁シート１５を除いて図示してある。図３は、実施の形態１にかかるステータ１を、径方向から見た状態を示す詳細側面図であり、図２のＡ方向から見た詳細側面図である。図３では、コイル７のコイルエンド７ｅを覆う絶縁シート１５を除いて図示してある。図４は、実施の形態１にかかるステータ１のコイル７を構成しているマグネットワイヤの構成を示す概略断面図である。図５は、実施の形態１にかかるステータ１を軸方向から見た絶縁シート１５を巻き付けた状態を示す詳細上面図である。以下の説明においては、図１に示した矢印の方向を用いて電動機３０の構成を説明するが、これは電動機３０の構成の理解を容易にするためのものであり、これにより本開示の対象を限定するものでない。

【0013】

図１に示す電動機３０はインナーロータ型である。電動機３０のステータ１は、ステータ１の中心である軸線Ａ（回転軸と称する場合がある）で示した軸方向に円形の開口を有している。ステータ１の円形の開口の中には、回転軸を中心に回転可能なロータ２が設けられている。径方向におけるロータ２の中心には、軸方向にシャフト３が挿入されている。シャフト３には、軸方向においてロータ２を挟み込むように軸受４ａ、４ｂが取り付けられている。軸受４ａ、４ｂは、それぞれ外郭５ａ、５ｂに支持されている。外郭５ａ、５ｂは、例えば、ねじなどの不図示の固定具を用いて互いに固定されている。ステータ１とロータ２は、外郭５ａ、５ｂの中に収納されている。またシャフト３の一端は、径方向における外郭５ａの中央に開口した孔から軸方向の外部に突出しており、例えば、羽根などの負荷に接続される。なお外郭５ａ、５ｂをまとめて外郭５と称する場合がある。

【0014】

図２および図３に示すように、ステータ１は、鉄心６、コイル７、および絶縁物８を有している。コイル７は、コイル７ａ、７ｂ、７ｃおよび７ｄから構成されている。絶縁物８は、例えば、絶縁紙である。実施の形態１では、一例として、１２相４極のステータ１を示している。

【0015】

鉄心６は、径方向の中心に向けて突出した２４個のティース１３と、隣り合うティース１３の間に形成されたスロット９を有している。鉄心６は、軸方向に積層した薄板を、金型内でかしめ加工を行うことにより成形される。鉄心６は、径方向における外周の一部を切欠いた切欠き部１４を有している。実施の形態１では、切欠き部１４として、切欠き部１４ａおよび１４ｂを有している。切欠き部１４ａは、中心にある軸線Ａから径方向に等しい距離を有して、対向した２ヶ所に設けられている。また鉄心６は、各切欠き部１４ａから周方向に９０°の間隔を空けた位置に、切欠き部１４ｂを２ヶ所設けている。

【0016】

切欠き部１４（１４ａ、１４ｂ）の幅は、図２に示すように、回転軸である軸線Ａを基準にして、径方向に３０°程度の角度を有している。切欠き部１４の幅は、実施の形態１のような２４スロット、２４ティースの場合においては２ティース分の幅に相当する。切欠き部１４は、ステータ１にコイル７を巻回する際にステータ１を治具で固定するための固定部として用いられる。なお実施の形態１では、２ヶ所の切欠き部１４ａおよび２ヶ所の１４ｂを示しているが、２ヶ所の切欠き部１４ａのみ設けてもよい。

【0017】

コイル７（７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ）に用いられるアルミ線としてのマグネットワイヤは、図４に示すように、アルミを主成分とした導体１０と、導体１０の外周に焼き付けられたエナメル絶縁被膜１１で構成されている。

【0018】

鉄心６に対するコイル７の巻線方法としては、分布巻あるいは集中巻がある。ここでは分布巻を例として説明するが、集中巻でも、同様に適用可能である。

【0019】

コイル７は、図２および図３に示すように、鉄心６の複数のティース１３を跨るようにして、スロット９内に装着されている。コイル７は、径方向の外側にコイル７ａと７ｂが設けられ、コイル７ａと７ｂの内側にコイル７ｃと７ｄが設けられている。またコイル７ａと７ｂは、軸方向の外側にコイル７ａが設けられ、コイル７ａの内側にコイル７ｂが設けられている。またコイル７ｃと７ｄは、軸方向の外側にコイル７ｃが設けられ、コイル７ｃの内側にコイル７ｄが設けられている。コイル７ａ、７ｂ、７ｃおよび７ｄは、それぞれ、周方向に４ヶ所設けられている。またコイル７ａと７ｂ、およびコイル７ｃと７ｄは、周方向に４５°ずれた位置に設けられている。またコイル７は、図３のコイルエンド７ｅに示すように、鉄心６の軸方向の端から、軸方向に突出する部分を有している。コイルエンド７ｅは、鉄心６の軸方向の両端から、軸方向に突出している。コイルエンド７ｅは、分布巻の方が集中巻よりも鉄心６の軸方向の端から軸方向に突出する部分が大きい。また径方向におけるコイル７の外径（図７におけるＤ１）は、鉄心６の外径よりも小さい。

【0020】

絶縁物８は、鉄心６とコイル７の間を絶縁する。絶縁物８は、図２および図３に示すように、鉄心６とコイル７の間にあって、スロット９の内面に沿って設けられている。絶縁物８は、図３のカフス部８ａに示すように、鉄心６の軸方向の端から、軸方向に突出している。カフス部８ａは、鉄心６の軸方向の両端から、軸方向に突出している。軸方向におけるカフス部８ａの高さは、コイルエンド７ｅの高さより低い。

【0021】

ステータ１は、さらに絶縁シート１５を有している。絶縁シート１５は、図５に示すように、コイル７の径方向の外周を覆うように設けられている。詳しくは、絶縁シート１５は、少なくとも、鉄心６の軸方向の両端から軸方向に突出しているコイルエンド７ｅの外周を周回することで、コイルエンド７ｅの外周を覆うように設けられている。

【0022】

次に図６から図８を参照し、ステータ１のコイル７に対する絶縁シート１５の巻き付け方法について説明する。図６は、実施の形態１にかかる絶縁シート１５の展開図である。図７、図８は、実施の形態１にかかるステータ１のコイル７に対する絶縁シート１５の巻き付け方法の説明図である。

【0023】

絶縁シート１５は、図６に示すように、鉄心６の軸方向の両端から軸方向に突出しているコイルエンド７ｅにおいて、径方向におけるコイルエンド７ｅの外周を覆うための、第一外周部１５ｂおよび第二外周部１５ｃを備えている。第一外周部１５ｂおよび第二外周部１５ｃは、コイルエンド７ｅの外周に巻き付け可能な帯形状である。また絶縁シート１５は、第一外周部１５ｂと第二外周部１５ｃを連結する連結部１５ａを有している。絶縁シート１５は、第一外周部１５ｂの一方の端部１５ｄと第二外周部１５ｃの一方の端部１５ｆを、連結部１５ａで連結したＺ型の形状である。

【0024】

図６、図７に示すように、絶縁シート１５において、連結部１５ａの幅Ｗ１の寸法は、切欠き部１４ａの幅Ｗ３の寸法より短く設定される。連結部１５ａの高さＨ１の寸法は、鉄心６の高さＨ５の寸法と同じ、または長く設けられる。また連結部１５ａの高さＨ１の寸法は、絶縁距離を確保するために、カフス部８ａと第一外周部１５ｂ、およびカフス部８ａと第二外周部１５ｃのいずれにおいても、軸方向において互いに３ｍｍ以上重なり合うように設定される。

【0025】

また絶縁シート１５において、第一外周部１５ｂおよび第二外周部１５ｃの幅Ｗ２の寸法は、コイルエンド７ｅの周方向における外周の寸法に３ｍｍ以上加えた寸法に設定される。具体的には、コイルエンド７ｅの直径をＤ１としたときに、第一外周部１５ｂおよび第二外周部１５ｃの幅Ｗ２の寸法は、Ｗ２≧（π×コイルエンド７ｅの直径Ｄ１）＋３ｍｍの関係を有している。また第一外周部１５ｂおよび第二外周部１５ｃの軸方向の高さＨ２の寸法は、少なくとも、コイルエンド７ｅの高さＨ３の寸法を有していればよいが、より安定して絶縁するには、コイルエンド７ｅの高さＨ３の寸法に３ｍｍ以上加えた寸法（図７におけるＨ３＋Ｈ４）に設定するのが望ましい。

【0026】

絶縁シート１５は、まず、図７に示すように、絶縁シート１５の連結部１５ａを鉄心６の切欠き部１４ａに固定する。切欠き部１４ａへの連結部１５ａの固定は、例えば、接着剤を使うことができる。連結部１５ａは、絶縁シート１５の第一外周部１５ｂおよび第二外周部１５ｃが、コイルエンド７ｅの外周に沿って巻き付け可能となるように配置される。このように、絶縁シート１５の連結部１５ａを切欠き部１４ａに固定することで、絶縁シート１５が位置決めされる。そのため、第一外周部１５ｂおよび第二外周部１５ｃを精度よくコイルエンド７ｅの外周に巻き付けることができる。

【0027】

その後、絶縁シート１５の第一外周部１５ｂは、図８の矢印Ｓに示すように、絶縁物８を含むコイルエンド７ｅの外周に沿って巻き付けられる。同様に、絶縁シート１５の第二外周部１５ｃは、絶縁物８を含むコイルエンド７ｅの外周に沿って巻き付けられる。第二外周部１５ｃをコイルエンド７ｅに巻き付ける方向は、図８で示した矢印Ｓの方向（図８における時計回りの向き）とは逆の方向（図８における反時計回りの向き）となる。

【0028】

最後に、コイルエンド７ｅの外周に沿って巻き付けられた第一外周部１５ｂは、巻き始め部である一方の端部１５ｄと巻き終わり部である他方の端部１５ｅが重なり合う部分（図５に示すＶの部分）を、例えば、接着剤により貼り合わせて固定する。同様に、コイルエンド７ｅの外周に沿って巻き付けられた第二外周部１５ｃは、巻き始め部である一方の端部１５ｆと巻き終わり部である他方の端部１５ｇが重なり合う部分を、例えば、接着剤により貼り合わせて固定する。なお第一外周部１５ｂの一方の端部１５ｄと他方の端部１５ｅが重なり合う部分、ならびに第二外周部１５ｃの一方の端部１５ｆと他方の端部１５ｇが重なり合う部分は、絶縁距離を確保するため、３ｍｍ以上とするのが望ましい。以上により、ステータ１が完成する。

【0029】

なお実施の形態１では、図６および図７に図示したようなＺ型形状の絶縁シート１５を用いて説明したが、絶縁シート１５は、コイルエンド７ｅの径方向の外周を覆うことができる形状であればよい。例えば、絶縁シート１５の形状を、図９に示すようなコの字形状、図１０に示すようなＨ型形状にしてもよい。コの字形状およびＨ型形状の絶縁シート１５は、第一外周部１５ｂおよび第二外周部１５ｃに対する連結部１５ａの位置がＺ型形状の絶縁シート１５と相違するが、コイルエンド７ｅの径方向の外周を覆うことができる。

【0030】

以上のように、実施の形態１によれば、絶縁シート１５がコイルエンド７ｅの径方向にある外周を周回して覆うようにしたので、アルミ線によるコイル７の量が増えた場合でも、コイル７と外郭５との絶縁距離を確保できる電動機３０を得ることができる。

【0031】

また、アルミ線を用いたとしても、コイル７と外郭５の空間での距離が近くなった場合でも絶縁距離を確保できるので、電動機３０の小型化に寄与することができる。また電動機３０の小型化に寄与することで、電動機３０のコストを低減することができる。

【0032】

さらに、コイル７と外郭５の間の絶縁距離を確保できるので、安価なアルミ線を積極的に利用することができる。そのため、電動機３０のコストの低減に寄与することができる。

【0033】

また、絶縁シート１５の連結部１５ａ固定する切欠き部１４ａを設けたので、第一外周部１５ｂおよび第二外周部１５ｃを、コイルエンド７ｅの外周に精度よく巻き付けることができる。

【0034】

実施の形態２．
図１１は、実施の形態１に係る電動機３０を備えた換気扇２１を示す構成図である。図１１は、換気扇２１を背面側から見たものである。図１１に示すように、換気扇２１は、四角形状の本体枠２２と、本体枠２２の背面に設けられた風洞２３と、本体枠２２の四隅から背面側に立ち上がる４本の支持脚２４と、４本の支持脚２４の先端に設けられた電動機ケース２６を備えている。各支持脚２４の基端にはそれぞれ取付部２４ａが設けられ、各支持脚２４の取付部２４ａは本体枠２２の四隅にボルトで固定されている。また換気扇２１は、電動機ケース２６内に固持された電動機３０のシャフト３に固定され、電動機３０の駆動によって風洞２３内で回転する羽根車２５を備えている。このように構成された換気扇２１は、不図示の建物の壁面に設置され、室内の空気を排気して室内を換気し、あるいは室外の空気を吸気して室内に外気を導入する。

【0035】

以上のように、実施の形態２によれば、実施の形態１で示した電動機３０を換気扇２１に備えている。電動機３０は、コストを低減させることが可能であり、その結果、換気扇２１のコストを低減することができる。

【0036】

以上、上記の実施の形態に示した構成は、本開示の内容の一例を示すものである。実施の形態は、別の公知の技術と組み合わせることが可能である。本開示の要旨を逸脱しない範囲で、実施の形態の構成の一部を省略または変更することが可能である。

【0037】

以下に、本開示に含まれ得る態様の例について、付記として明記する。
（付記１）
アルミ線を巻回して形成されたコイル、
前記コイルが周方向に装着された鉄心、
前記鉄心の軸方向の両端から前記軸方向に突出した前記コイルのコイルエンドにおける径方向の外周を覆う絶縁シート、
前記コイル、前記鉄心および前記絶縁シートを収納する外郭、
を備えた電動機。
（付記２）
前記コイルと前記鉄心との間に設けられ、かつ前記コイルエンドの一部を覆うカフス部を有する絶縁物を有し、
前記絶縁シートは、前記カフス部を覆う、
付記１に記載の電動機
（付記３）
前記絶縁シートは、前記鉄心の前記軸方向の両端から前記軸方向に突出した前記コイルエンドの前記径方向の前記外周をそれぞれ覆う第一外周部および第二外周部と、前記第一外周部および前記第二外周部を連結する連結部と、からなる、
付記１に記載の電動機。
（付記４）
前記鉄心は、前記連結部を固定する切欠き部を有する、
付記３に記載の電動機。
（付記５）
付記１から４のいずれか１項に記載の電動機を備えた、
換気扇。

【符号の説明】

【0038】

１ ステータ、２ ロータ、３ シャフト、４ａ 軸受、４ｂ 軸受、５ 外郭、５ａ 外郭、５ｂ 外郭、６ 鉄心、７ コイル、７ａ コイル、７ｂ コイル、７ｃ コイル、７ｄ コイル、７ｅ コイルエンド、８ 絶縁物、８ａ カフス部、９ スロット、１０ 導体、１１ エナメル絶縁被膜、１３ ティース、１４ 切欠き部、１４ａ 切欠き部、１４ｂ 切欠き部、１５ 絶縁シート、１５ａ 連結部、１５ｂ 第一外周部、１５ｃ 第二外周部、１５ｄ 一方の端部、１５ｅ 他方の端部、１５ｆ 一方の端部、１５ｇ 他方の端部、２１ 換気扇、２２ 本体枠、２３ 風洞、２４ 支持脚、２４ａ 取付部、２５ 羽根車、２６ 電動機ケース、３０ 電動機。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】