JP5709781B2 - 電動機の電機子 - Google Patents

Description

本発明は、電気掃除機、電動工具等の各機器に使用される電動機の電機子に関するものである。

電気掃除機用モータは、回転数が４００００ｒｐｍを越え、高速で回転する。高速回転時には振動や騒音が大きくなる問題があり、これらを低減するため、電機子鉄心の両端に残留するアンバランスを、電機子鉄心を切削することによって修正する方法が用いられる。電機子のアンバランスは、電機子を構成する整流子、巻線、電機子鉄心、ワニス等の影響により、電機子鉄心の切削前に測定する電機子の初期アンバランスが大きくなるものがある。初期アンバランスが大きい場合、アンバランス修正で電機子鉄心の外周部を一度に切削できる量には限界があるため、数回に分けてバランス修正を行う必要があり、修正時間が長くなる。また、電機子鉄心の外周部を切削しすぎると性能のバラツキが発生する。

電機子の初期アンバランスを低減する方法として、例えば、特許文献１に記載されているような、鉄心スロット開口凹部に凸形アンバランス部材を挿入する方式が提案されている。また、例えば、特許文献２に記載されているような、略リング状のアンバランス部材をシャフト外周面の適当位置に挿入する方式が提案されている。

特開平１１−１４６６１１号公報（第２頁−第３頁、図１−図５） 特開２００３−１２９９９５号公報（第２頁−第３頁、図１−図４）

上記特許文献１にあっては、電機子の初期アンバランスを測定した後に凸形アンバランス部材を挿入する必要があり、挿入する工程が新たに追加される。さらに、凸形アンバランス部材を挿入する場合、種々の形状の凸形アンバランス部材を用意して初期アンバランス量に応じて部材切替をすることが必要となり、挿入する工程における作業が複雑となる。同様に、特許文献２にあっても初期アンバランス量に応じて部材切替をする必要が生じる。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、初期アンバランスを低減するために特別な部材を付加することなく、電機子の初期アンバランスを低減し、アンバランス修正にかかる時間の削減を図ることを目的としている。

本発明に係る電動機の電機子は、複数のティース間に形成されたスロットに電機子巻線を巻装した電機子鉄心と、上記電機子巻線を接続するための整流子片を有する整流子と、上記電機子鉄心及び整流子を同心に支持するシャフトと、上記シャフトに当接し、上記シャフトと上記電機子巻線とを絶縁するシャフト絶縁部用インシュレータ及び上記電機子鉄心に当接し、上記シャフト絶縁部用インシュレータと一体に形成され、上記電機子鉄心と上記電機子巻線とを絶縁する電機子鉄心絶縁部用インシュレータと、一端が上記整流子片に係止され、他端が所定のスロット数離れたスロットに卷装された上記電機子巻線に接続され、上記シャフトの周方向に沿って形成された渡り線とを備え、上記電機子巻線及び渡り線にワニス含浸処理をした電動機の電機子において、
上記シャフト絶縁部用インシュレータに、その外周面に沿った凹部が形成され、
上記凹部が、上記電機子巻線の渡り線が沿うように螺旋状に形成されているものである。

本発明の電動機の電機子によれば、特別な部材を付加することなく電機子の初期アンバランスを低減し、アンバランス修正時間の削減を図り、鉄心外周部の切削量を少なくすることで安定した性能、更に、低振動、低騒音、高効率のモータを提供することができる。

本発明に係る電動機の電機子を利用した電機掃除機用モータの内部構造を示す図である。 本発明に係る電動機の電機子の構造を示す斜視図である。 本発明に係る電動機の電機子の実施の形態１を示す部分拡大断面図である。 従来の電動機の電機子の部分拡大断面図である。 本発明に係る電動機の電機子の実施の形態２を示す部分拡大断面図である。 本発明に係る電動機の電機子の実施の形態３を示す部分拡大断面図である。 本発明に係る電動機の電機子の実施の形態４を示す部分拡大断面図である。 本発明に係る電動機の電機子の実施の形態５を示す部分拡大断面図である。 本発明の実施の形態５におけるインシュレータの正面図である。

実施の形態１．
図１は、本発明に係る電動機の電機子を利用した電機掃除機用モータの内部構造を示す図、図２は、本発明に係る電動機の電機子の構造を示す斜視図である。図１及び図２に示したように、電機掃除機用モータ１は、複数のティース４ａ間に形成されたスロットに電機子巻線１０を巻装した電機子鉄心４と、渡り線を係止するための整流子片１３を有する整流子３と、電機子鉄心４及び整流子３を同心に支持するシャフト５とを備えた電機子２と、電機子２の外周側に配置されたステータコア８を有する固定子７と、シャフト５の一方側に配置されたファン６と、カーボンブラシ９とを備えている。ファン６によりシャフト５の軸方向に気流が発生する。その気流の大まかな方向を図中矢印で示している。また、図２に示したように、電機子２は、電機子鉄心４の端面及びシャフト５と電機子巻線１０とを絶縁するインシュレータ１１を備えている。

図３は、本発明に係る電動機の電機子の実施の形態１を示す部分拡大断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ断面においてシャフト及びインシュレータを示す断面図である。図３に示したように、電機子２は、複数のティース４ａ間に形成されたスロットに電機子巻線１０を巻装した電機子鉄心４と、整流子片１３を有する略円柱状の外形を有する整流子３とが、同心になるようにシャフト５に取り付けられて構成されている。また、電機子２は、電機子鉄心４の端面及びシャフト５に当接し、電機子鉄心４の端面及びシャフト５と電機子巻線１０とを絶縁するインシュレータ１１を備えている。このインシュレータ１１は、シャフト５の周面に当接してシャフト５と電機子巻線１０との間に介在して両者を絶縁するシャフト絶縁部用インシュレータ１１ａと、シャフト絶縁部用インシュレータ１１ａと一体に形成され、電機子鉄心４の端面に当接して電機子鉄心４と電機子巻線１０との間に介在し両者を絶縁する電機子鉄心絶縁部用インシュレータ１１ｂとを備えている。インシュレータ１１の材質としては、剛性を有する絶縁材であり、例えば、絶縁性プラスチックなどである。所定のスロット数離れたスロットに卷装された電機子巻線１０同士は、整流子３の整流子片１３に係止され、シャフト５の周方向に沿って形成された渡り線によって電気的に接続され、この渡り線が、巻線の過程で電機子鉄心４の端面上に盛り上がるように配置され、コイルエンド部１０ａが形成される。図示は省略するが、整流子３側の電機子鉄心４の端面と反対側の電機子鉄心４の端面上にも同様にコイルエンド部１０ａが形成される。

本実施の形態１では、図３に示したように、シャフト５のシャフト絶縁部用インシュレータ１１ａと当接する部分に長方形形状の第一カット面５ａと、第一カット面５ａと平行で第一カット面５ａと同一形状の第二カット面５ｂの、２面カット部を形成する。２面カット部のシャフト５軸方向の長さは、このシャフト絶縁部用インシュレータ１１ａの長さに依存する。また、カット深さについては、電機子巻線１０の１層分のみの深さとする。

電機子２の製造工程は、シャフト５に電機子鉄心４を圧入し、電機子鉄心４の端面及びコイルエンド部にインシュレータ１１を配置した後、整流子３を組立て、スロット絶縁体１２を挿入し、電機子巻線１０のスロット部への巻装を行う。その後、電機子巻線１０間及び電機子巻線１０と電機子鉄心４との電気的絶縁を確保する目的でワニス含浸処理を行い、初期アンバランスを測定し、電機子鉄心４の外周部を切削することによってアンバランス修正をする。

図４は、従来の電動機の電機子の部分拡大断面図である。図４に示したように、電機子巻線１０同士を電気的に接続する渡り線は、後で巻装される線ほど、先に巻装された線の上に乗るか外側へ迂回するため、渡り線の渡るコイルエンド部１０ａ、更にはスロット内でも巻線が乱れる。これらの乱れが電機子巻線１０の収納性を悪くし、コイルエンド部１０ａの重心がシャフト５の径方向の外側に移ることになる。コイルエンド部１０ａの重心がシャフト５の径方向外側に移ることによってアンバランスが悪化するが、後工程で実施する、電機子巻線１０間及び電機子鉄心４と電機子巻線１０とを電気的に絶縁するために行うワニス含浸処理においてもワニスの浸透性が悪くなり、さらに、アンバランスの悪化を招く。

これに対し、本実施の形態１によれば、巻線工程において、シャフト５の２面カットにおける渡り線は、２面カットで薄くなった体積の分、シャフト５の中心軸に近い位置で渡るため、コイルエンド部１０ａの重心が、図４に示した電機子２に比べて、シャフト５の中心軸寄りとなる。また、コイルエンド部１０ａの膨らみを抑制できるため、巻線時にバランスよく組立てることが可能となり、初期アンバランスを減少させることができる。さらに、後工程のワニス含浸処理でも、コイルエンド部１０ａの膨らみが抑制されたことによって、ワニスもその膨らみに沿うように均一に含浸するため、初期アンバランスを減少させることができる。初期アンバランスの減少に伴い、最終工程の電機子鉄心４の切削によるアンバランス修正にかかる時間を短縮することができる。

上記特許文献１では、最終工程のアンバランス修正時に初期アンバランスを測定した後に凸形アンバランス部材を挿入し、再度アンバランスを測定した後に切削を行うが、本実施の形態１では、アンバランス修正のために特別なアンバランス部材を挿入することなくアンバランスの修正を行うことができる。

また、初期アンバランスの減少に伴い、アンバランス修正量が少なくなるので、電機子鉄心４の切削量が減少し、ティース４ａ毎の磁気バランスがほぼ均一となり、磁気バランスが保て、モータ性能のバラつきが抑制される。また、渡り線の距離が従来より短くなるため、巻線占積率が向上し、銅損が低減され、モータが高効率化される。さらに、２面カットにすることで、単純にシャフト５の径を細くする場合に比べて断面係数が大きくなり、高速回転に耐え得る強度を維持できる。これらのことにより、高速回転に耐え得る強度を備えたシャフト５を有し、安定した性能のモータ、更に低振動、低騒音、高効率のモータを提供することができる。

実施の形態２．
図５は、本発明に係る電動機の電機子の実施の形態２を示す部分拡大断面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＢ−Ｂ断面におけるシャフト及びインシュレータを示す断面図であり、図５（ｃ）は、図５（ａ）のＣ−Ｃ断面におけるシャフト及びインシュレータを示す断面図である。
図５に示したように、シャフト絶縁部用インシュレータ１１ａと接するシャフト５に、シャフト５軸方向で、上記実施の形態１と同様の第一カット面５ａ及び第二カット面５ｂで構成される２面カットと、この２面カットの面と垂直で同一形状の面を有する第三カット面５ｃ及び第四カット面５ｄで構成される２面カットを形成する。このように、２箇所に直交する２面カットを配置している。また、軸方向の３個所以上に２面カットを配置し、軸方向で隣り合う２面カットの面が互いに直交するようにしてもよい。

本実施の形態２によれば、巻線工程において、シャフト５の２面カットにおける渡り線は、２箇所または３個所以上に配置した２面カットに振り分けられるので、図３の電機子２に比べて、シャフト５の周方向における、コイルエンド部１０ａ重心位置の均等性が増す。

また、本実施の形態２では、上記実施の形態１と同様、アンバランス修正のために特別なアンバランス部材を挿入することなくアンバランスの修正を行うことができる。

実施の形態３．
図６は、本発明に係る電動機の電機子の実施の形態３を示す部分拡大断面図である。
図６に示したように、シャフト５は従来の構造のように２面カットは形成せず、シャフト絶縁部用インシュレータ１１ａの外周に凹部１４ａを形成し、肉厚を部分的に薄くしている。図６では、凹部を形成する位置をシャフト絶縁部用インシュレータ１１ａの電機子鉄心絶縁部用インシュレータ１１ｂと繋がった部分としているが、この位置に限らず軸方向のどの位置でもよい。

本実施の形態３によれば、巻線工程において、凹部１４ａにおける渡り線は、凹部１４ａを形成して薄くなった体積の分、シャフト５の中心軸に近い位置で渡るため、コイルエンド部１０ａの重心が、図４の電機子２に比べて、シャフト５の中心軸寄りとなり、電機子巻線１０の膨らみを抑制することができる。このため、巻線時にバランス良く組立てることが可能となり、初期アンバランスを減少させることができる。さらに、後工程のワニス含浸処理でも、コイルエンド部１０ａの膨らみが抑制されたことによって、ワニスもその膨らみに沿うように含浸するため、同様に初期アンバランスを減少させることができる。初期アンバランスの減少に伴い、最終工程の電機子鉄心４の切削によるアンバランス修正にかかる時間を短縮することができる。

また、本実施の形態３では、アンバランス修正のために特別なアンバランス部材を挿入することなくアンバランスの修正を行うことができる。

また、インシュレータ１１は製造過程でのズレ防止のため、シャフト５に施されたナールと呼ばれる線状突起によって、圧入時に係り止めされる。そのため、インシュレータの肉厚を必要以上に薄くしてしまうと、インシュレータ１１にクラックが生じ、絶縁劣化の要因に繋がるという問題があった。

本実施の形態３では、シャフト絶縁部用インシュレータ１１ａの一部に凹部１４ａを形成しているので、シャフト絶縁部用インシュレータ１１ａに生じるクラックを防止しながら、巻線時の渡り線の収納性を高くすることができる。

実施の形態４．
図７は、本発明に係る電動機の電機子の実施の形態４を示す部分拡大断面図である。
図７に示したように、シャフト絶縁部用インシュレータ１１ａの凹部１４ａの他、電機子鉄心絶縁部用インシュレータ１１ｂに凹部１４ａに連通しシャフト５の外周に沿った第二凹部１４ｂを形成している。

本実施の形態４によれば、巻線工程において、シャフト絶縁部用インシュレータ１１ａに形成された凹部１４ａの軸方向長さが第二凹部１４ｂの深さの分だけ長くなるので、シャフト５の中心軸に近い位置で渡る渡り線は増え、コイルエンド部１０ａの重心が、図６の電機子２に比べて、シャフト５の中心軸寄りとなり、コイルエンド部１０ａの膨らみを抑制できる。このため、巻線時にバランス良く組立てることが可能となり、初期アンバランスを減少させることができる。さらに、後工程のワニス含浸処理でも、電機子巻線１０の膨らみが抑制されたことによって、ワニスもその膨らみに沿うように含浸するため、同様に初期アンバランスを減少することができる。初期アンバランスの減少に伴い、最終工程の電機子鉄心４の切削によるアンバランス修正にかかる時間を短縮することができる。

また、本実施の形態４では、上記実施の形態１と同様、アンバランス修正のために特別なアンバランス部材を挿入することなくアンバランスの修正を行うことができる。

実施の形態５．
図８は、本発明に係る電動機の電機子の実施の形態５を示す部分拡大断面図、図９は、本発明の実施の形態５におけるインシュレータの正面図である。
図８及び図９に示したように、シャフト絶縁部用インシュレータ１１ａの外周面に電機子巻線１０の渡り線が沿うように螺旋状の凹部１４ｃが形成されている。

本実施の形態５によれば、巻線工程において、シャフト絶縁部１１ａに形成された凹部１４ｃにおける渡り線は、シャフト絶縁部１１ａが薄くなった体積の分、シャフト５の中心軸に近い位置で渡るため、コイルエンド部１０ａの重心が、シャフト５の中心軸寄りとなり、コイルエンド部１０ａの膨らみを抑制できる。このため、巻線時にバランス良く組立てることができるようになり、初期アンバランスを減少させることができる。さらに、後工程のワニス含浸処理でも、電機子巻線１０の膨らみが抑制されたことによって、ワニスもその膨らみに沿うように含浸するため、初期アンバランスを減少させることができる。初期アンバランスの減少に伴い、最終工程の電機子鉄心４の切削によるアンバランス修正にかかる時間を短縮することができる。

また、本実施の形態５では、上記実施の形態１と同様、アンバランス修正のために特別なアンバランス部材を挿入することなくアンバランスの修正を行うことができる。

また、シャフト絶縁部用インシュレータ１１ａに当接する渡り線が、凹部１４ｃに沿って正しく巻線され、その上に巻線される渡り線を、正しく整列させることができ、巻線の収納性を高めることができる。この構造によれば、コイルエンド部１０ａにおける渡り線の整列性が高まることにより、ワニス含浸処理時のワニスの速やかな含浸を促進するとともに、ワニス固着性を向上させることが可能となる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

本発明に係る電動機の電機子は、電気掃除機、電動工具等の各機器における電動機に有効に利用することができる。

１ 電機掃除機用モータ、２ 電機子、３ 整流子、４ 電機子鉄心、５ シャフト、５ａ 第一カット面、５ｂ 第二カット面、５ｃ 第三カット面、５ｄ 第四カット面、６ ファン、７ 固定子、８ ステータコア、９ カーボンブラシ、１０ 電機子巻線、１０ａ コイルエンド部、１１ インシュレータ、
１１ａ シャフト絶縁部用インシュレータ、
１１ｂ 電機子鉄心絶縁部用インシュレータ、１２ スロット絶縁体、１３ 整流子片、１４ａ，１４ｃ 凹部、１４ｂ 第二凹部。

Claims (1)

1. 複数のティース間に形成されたスロットに電機子巻線を巻装した電機子鉄心と、上記電機子巻線を接続するための整流子片を有する整流子と、上記電機子鉄心及び整流子を同心に支持するシャフトと、上記シャフトに当接し、上記シャフトと上記電機子巻線とを絶縁するシャフト絶縁部用インシュレータ及び上記電機子鉄心に当接し、上記シャフト絶縁部用インシュレータと一体に形成され、上記電機子鉄心と上記電機子巻線とを絶縁する電機子鉄心絶縁部用インシュレータと、一端が上記整流子片に係止され、他端が所定のスロット数離れたスロットに卷装された上記電機子巻線に接続され、上記シャフトの周方向に沿って形成された渡り線とを備え、上記電機子巻線及び渡り線にワニス含浸処理をした電動機の電機子において、
   上記シャフト絶縁部用インシュレータに、その外周面に沿った凹部が形成され、
   上記凹部が、上記電機子巻線の渡り線が沿うように螺旋状に形成されていること特徴とする電動機の電機子。

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