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技術 整流子電動機

出願人 パナソニックIPマネジメント株式会社
発明者 従野知子中野圭策近藤憲司黒住誠治横手静
出願日 2012年1月16日 (8年5ヶ月経過) 出願番号 2012-005788
公開日 2013年7月25日 (6年11ヶ月経過) 公開番号 2013-146146
状態 未査定
技術分野 電動機、発電機の集電
主要キーワード 参考説明図 外周部端面 干渉域 結線部品 オープンショート スリット式 小コイル 並列結線
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (20)

課題

高効率化を実現することができる整流子電動機を提供することを目的とする。

解決手段

電機子と前記電機子と同軸に設けられた整流子を有する整流子電動機において、整流子と電機子巻線との接続部に乱流抑制体を装着したことにより、風損を低減し、整流子電動機の高効率化実現させることができる。成型された構造体を成す樹脂73を乱流抑制体として配置している。樹脂73による乱流抑制体によって、整流子40と電機子巻線13との電気的接続が成されるフック部41の凹凸形状、渡り線及び前記電機子コア電機子側外周部端面近傍とを覆う。

概要

背景

従来から、省エネルギー、省資源の観点から、家電機器用モータ等は、製品の小型化、薄型化及び高出力化要望が強くなりつつある。環境対応一環として省エネルギーのための電動機の高効率化は必須の課題となっている。整流子電動機においても、そのメインパーツである電機子における損失の低減は、常に重要なテーマとして追及されて来ている。

整流子電動機の電機子の形態は、整流子としてスリット式整流子を採用するか、フック式整流子を採用するかにより大きく変わってくる。その中でフック式整流子は整流子製造工程においては複雑な工程を必要としコストも高くなるが、それを組み込んだ巻線工程上においては、品質維持が容易であり工程数もスリット式に比べて簡略化できる利点があるため広範に採用されている。

巻線におけるフック式整流子への結線方式には、図18に示すα型フッキング方式と図19に示すU型フッキング方式がある。整流子60に備えられたフック部61に渡り線62の結線方法の違いであって、図示のように前者はα型に、後者はU型に結線する。結線部品質および結線工程の容易さから図18に示すα型フッキング方式が広範に採用されている。

また図20に示す電装用電動機などにおいては、スロットへの巻線63Aの巻回位置が整流子60Aの外径より外周側に位置する構造となっている。この構造においては、ショートα型フッキング方式(以下ショートα型と呼ぶ)が多く採用されている。この方式では、巻回された巻線63Aと整流子のフック部61Aの間をつなぐ渡り線62Aが、巻線63Aとフック部61Aの間を直線的に走っている。前記したようにスロットへの巻線63Aの巻回位置が整流子60Aの外径より外周側に位置しており、渡り線は巻線干渉域に来ないために巻線の障害物とはならない。

一方、図21に示す掃除機用電動機などにおいては、巻線63Bが整流子60Bの径内外に位置する構造となっている。この構造においては、ロングα型フッキング方式(以下ロングα型と呼ぶ)が多く採用されている。この方式では、巻回された巻線63Bからの渡り線62Bを回転軸上に巻き付けながら整流子のフック部61Bへ結線することで、渡り線62Bが次の巻線の障害物にならないようにしている。

これら電機子の銅損低減策としては、巻回される巻線の線径太線化が進められてきている。しかしフック式整流子の難点として、整流子外径商品規制により整流子のフック部相互間の寸法が限定され、それにより整流子のフック部に掛けられる巻線線径物理的また品質的に限定されてくる。これについては、太線を細線の2本化で等価線径とする方法が電装・電動工具用電動機等では以前から採用されている。掃除機用電動機についても従来から採用される例も見られる。

一方、フック式整流子の巻線方法として広範に採用されているロングα型は、巻線収納性を高めるのに効果を上げているが、整流子とコア間の限られたスペース回転軸周りに渡り線を巻き付けていくため、整流子側コイルエンドボリューム肥大化し銅損増加による効率の低下という短所を持っている。そのため渡り線によるコイルエンドボリューム肥大化という課題の発生しないショートα型で、その短所である巻線と整流子のフック部間の直線的に張られる渡り線による次の巻線への弊害を改善する方法も模索されている。例えば特許文献1に開示されている。

電動機の高効率化を進めていく中で、電機子の太線化、小型化は必須の技術となってきている。フック式整流子における太線化の方法としては、前記の太線(太い線径の導線)を細線(細い線径の導線)の2本化で等価線径とする方法が有効である。具体的には通常の巻線を2回連続することで整流子のフック部への2並列結線を実現する2回巻方式が採用されている。しかしロングα型でこの2回巻方式を実施すると、整流子とコア間の限られたスペースに2倍もの渡り線が巻き付くことになり、更に整流子側コイルエンドボリュームが肥大化してしまう。この渡り線そのものは特性上不要なものであり、長くなるほど銅損を増加させる弊害がある。

一方、前記したショートα型の改善方法は、例えば特許文献1に示された図面でも明らかなように、あくまでもスロットへの巻線巻回位置が整流子外径より外周側に位置するタイプに有効である。掃除機用電動機など小型整流子電動機には巻線が整流子径内外に位置するタイプが多いため、前記のショートα型の改善では解決できない。むしろ巻回できる巻線量が限定されてしまい、基本能力を損なうようなことになってしまうということもあった。

そして、整流子電動機の電機子の形態において、整流子側コイルエンドボリュームが肥大化を抑制して、更なる高効率化を図る技術として、特許文献2の技術も提案されている。

しかしながら、特許文献3〜6のように、整流子電動機の電機子の形態においては、整流子側コイルエンドボリュームを小型化して、高効率化を図ったとしても、整流子側コイルエンドは、巻線と整流子のフック部間の渡り線の集合体が過密に巻線・配線されたもので、整流子のフック部は突起状の形状を成し、電機子巻線の渡り線による集合体である。この整流子側コイルエンドの表面状態は、平滑な面とは程遠く、銅線を束状にしたもののごとく複雑な凸凹面を構成している。そして、この整流子のフック部の突起や整流子側コイルエンドの凸凹面が4万〜5万回転/分もの高速回転を成すと、空気抵抗による損失(以下、風損と記す)は、高効率化の観点において無視し得ない値にまで増大化する。

概要

高効率化を実現することができる整流子電動機を提供することを目的とする。電機子と前記電機子と同軸に設けられた整流子を有する整流子電動機において、整流子と電機子巻線との接続部に乱流抑制体を装着したことにより、風損を低減し、整流子電動機の高効率化実現させることができる。成型された構造体を成す樹脂73を乱流抑制体として配置している。樹脂73による乱流抑制体によって、整流子40と電機子巻線13との電気的接続が成されるフック部41の凹凸形状、渡り線及び前記電機子コア電機子側外周部端面近傍とを覆う。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

界磁コア界磁巻線とを有する界磁部と、前記界磁部の中心軸と同心に配置される回転軸と、前記回転軸に固定される電機子コアと、前記回転軸に前記電機子コアとは離間して仮固定される整流子と、前記電機子コアのスロット群のうちの1対のスロット毎導線を巻き回して成る電機子巻線と、前記電機子巻線の巻き始め側及び巻き終わり側の導線からなる渡り線と、前記渡り線の電機子巻線側の反対端側の導線が接続される前記整流子の整流子片フック部と、を具備する整流子電動機であり、さらに上記仮固定された整流子の位置を前記電機子コアの方へ移動させて固定するとともに前記渡り線を屈曲させて渡り線に屈曲部を構成して、さらに前記フック部群と前記渡り線群と前記電機子コアの整流子側外周部端面近傍とを覆う乱流抑制体を具備する整流子電動機。

請求項2

請求項1記載の整流子電動機において、前記渡り線を前記フック部にα形状で接合する整流子電動機。

請求項3

請求項1又は請求項2のいずれかに記載の整流子電動機において、少なくとも前記フック部群が乱流抑制体にて覆われる整流子電動機。

請求項4

請求項1から請求項3のいずれかに記載の整流子電動機において、乱流抑制体は電気絶縁性材料である整流子電動機。

請求項5

請求項1から請求項3のいずれかに記載の整流子電動機において、乱流抑制体は電気絶縁性樹脂成形体である整流子電動機。

請求項6

請求項1から請求項3のいずれかに記載の整流子電動機において、乱流抑制体は電気絶縁性の熱収縮性樹脂であり、加熱によって熱収縮された樹脂体にて覆われる整流子電動機。

技術分野

0001

本発明は、例えば電気掃除機および電動工具等の各種機器に使用される整流子電動機に関する。

背景技術

0002

従来から、省エネルギー、省資源の観点から、家電機器用モータ等は、製品の小型化、薄型化及び高出力化要望が強くなりつつある。環境対応一環として省エネルギーのための電動機の高効率化は必須の課題となっている。整流子電動機においても、そのメインパーツである電機子における損失の低減は、常に重要なテーマとして追及されて来ている。

0003

整流子電動機の電機子の形態は、整流子としてスリット式整流子を採用するか、フック式整流子を採用するかにより大きく変わってくる。その中でフック式整流子は整流子製造工程においては複雑な工程を必要としコストも高くなるが、それを組み込んだ巻線工程上においては、品質維持が容易であり工程数もスリット式に比べて簡略化できる利点があるため広範に採用されている。

0004

巻線におけるフック式整流子への結線方式には、図18に示すα型フッキング方式と図19に示すU型フッキング方式がある。整流子60に備えられたフック部61に渡り線62の結線方法の違いであって、図示のように前者はα型に、後者はU型に結線する。結線部品質および結線工程の容易さから図18に示すα型フッキング方式が広範に採用されている。

0005

また図20に示す電装用電動機などにおいては、スロットへの巻線63Aの巻回位置が整流子60Aの外径より外周側に位置する構造となっている。この構造においては、ショートα型フッキング方式(以下ショートα型と呼ぶ)が多く採用されている。この方式では、巻回された巻線63Aと整流子のフック部61Aの間をつなぐ渡り線62Aが、巻線63Aとフック部61Aの間を直線的に走っている。前記したようにスロットへの巻線63Aの巻回位置が整流子60Aの外径より外周側に位置しており、渡り線は巻線干渉域に来ないために巻線の障害物とはならない。

0006

一方、図21に示す掃除機用電動機などにおいては、巻線63Bが整流子60Bの径内外に位置する構造となっている。この構造においては、ロングα型フッキング方式(以下ロングα型と呼ぶ)が多く採用されている。この方式では、巻回された巻線63Bからの渡り線62Bを回転軸上に巻き付けながら整流子のフック部61Bへ結線することで、渡り線62Bが次の巻線の障害物にならないようにしている。

0007

これら電機子の銅損低減策としては、巻回される巻線の線径太線化が進められてきている。しかしフック式整流子の難点として、整流子外径商品規制により整流子のフック部相互間の寸法が限定され、それにより整流子のフック部に掛けられる巻線線径物理的また品質的に限定されてくる。これについては、太線を細線の2本化で等価線径とする方法が電装・電動工具用電動機等では以前から採用されている。掃除機用電動機についても従来から採用される例も見られる。

0008

一方、フック式整流子の巻線方法として広範に採用されているロングα型は、巻線収納性を高めるのに効果を上げているが、整流子とコア間の限られたスペース回転軸周りに渡り線を巻き付けていくため、整流子側コイルエンドボリューム肥大化し銅損増加による効率の低下という短所を持っている。そのため渡り線によるコイルエンドボリューム肥大化という課題の発生しないショートα型で、その短所である巻線と整流子のフック部間の直線的に張られる渡り線による次の巻線への弊害を改善する方法も模索されている。例えば特許文献1に開示されている。

0009

電動機の高効率化を進めていく中で、電機子の太線化、小型化は必須の技術となってきている。フック式整流子における太線化の方法としては、前記の太線(太い線径の導線)を細線(細い線径の導線)の2本化で等価線径とする方法が有効である。具体的には通常の巻線を2回連続することで整流子のフック部への2並列結線を実現する2回巻方式が採用されている。しかしロングα型でこの2回巻方式を実施すると、整流子とコア間の限られたスペースに2倍もの渡り線が巻き付くことになり、更に整流子側コイルエンドボリュームが肥大化してしまう。この渡り線そのものは特性上不要なものであり、長くなるほど銅損を増加させる弊害がある。

0010

一方、前記したショートα型の改善方法は、例えば特許文献1に示された図面でも明らかなように、あくまでもスロットへの巻線巻回位置が整流子外径より外周側に位置するタイプに有効である。掃除機用電動機など小型整流子電動機には巻線が整流子径内外に位置するタイプが多いため、前記のショートα型の改善では解決できない。むしろ巻回できる巻線量が限定されてしまい、基本能力を損なうようなことになってしまうということもあった。

0011

そして、整流子電動機の電機子の形態において、整流子側コイルエンドボリュームが肥大化を抑制して、更なる高効率化を図る技術として、特許文献2の技術も提案されている。

0012

しかしながら、特許文献3〜6のように、整流子電動機の電機子の形態においては、整流子側コイルエンドボリュームを小型化して、高効率化を図ったとしても、整流子側コイルエンドは、巻線と整流子のフック部間の渡り線の集合体が過密に巻線・配線されたもので、整流子のフック部は突起状の形状を成し、電機子巻線の渡り線による集合体である。この整流子側コイルエンドの表面状態は、平滑な面とは程遠く、銅線を束状にしたもののごとく複雑な凸凹面を構成している。そして、この整流子のフック部の突起や整流子側コイルエンドの凸凹面が4万〜5万回転/分もの高速回転を成すと、空気抵抗による損失(以下、風損と記す)は、高効率化の観点において無視し得ない値にまで増大化する。

先行技術

0013

特開平11−27907号公報
国際公開第2006/057449号
特開2001−8425号公報
特開2009−303440号公報
特開平10−28364号公報
特開平10−304612号公報

発明が解決しようとする課題

0014

整流子電動機の高効率化を阻害する損失としては、銅損、鉄損ブラシ電圧損、ブラ摺動損、軸受損、風損等に大別される。例えば、特許文献3〜6のように、整流子電動機の電機子の形態において、整流子側コイルエンドボリュームを小型化して、高効率化を図っても、4万〜5万回転/分もの高速回転で駆動される整流子電動機での風損(風による損失)を改めて解析すると、全損失の約10%を占めており、この風損を低減することにより、整流子電動機の飛躍的な高効率化を図れることが推測される。当然、特許文献3〜6の構成において、整流子電動機の整流子側コイルエンドによる風損の低減を図ることが可能であれば、整流子電動機の高効率化は顕著なものとなる。このように、従来技術に対する考察から、本発明が解決しようとする課題は、高速回転で運転される整流子電動機の整流子側コイルエンドにおける風損の低減を図ることである。

課題を解決するための手段

0015

第1の発明は、界磁コア界磁巻線とを有する界磁部と、前記界磁部の中心軸と同心に配置される回転軸と、前記回転軸に固定される電機子コアと、前記回転軸に前記電機子コアとは離間して仮固定される整流子と、前記電機子コアのスロット群のうちの1対のスロット毎に導線を巻き回して成る電機子巻線と、前記電機子巻線の巻き始め側及び巻き終わり側の導線からなる渡り線と、前記渡り線の電機子巻線側の反対端側の導線が接続される前記整流子の整流子片のフック部と、を具備する整流子電動機であり、
さらに上記仮固定された整流子の位置を前記電機子コアの方へ移動させて固定するとともに前記渡り線を屈曲させて渡り線に屈曲部を構成して、
さらに前記フック部群と前記渡り線群と前記電機子コアの整流子側外周部端面近傍とを覆う乱流抑制体を具備する整流子電動機である。

0016

第2の発明は、第1の発明において、前記渡り線を前記フック部にα形状で接合する整流子電動機である。

0017

第3の発明は、第1の発明及び第2の発明において、少なくとも前記フック部群が乱流抑制体にて覆われる整流子電動機である。

0018

第4の発明は、第1の発明から第3の発明において、乱流抑制体は電気絶縁性材料である整流子電動機である。

0019

第5の発明は、第1の発明から第3の発明において、乱流抑制体は電気絶縁性樹脂成形体である整流子電動機である。

0020

第6の発明は、第1の発明から第3の発明において、乱流抑制体は電気絶縁性の熱収縮性樹脂であり、加熱によって熱収縮された樹脂体にて覆われる整流子電動機である。

発明の効果

0021

本発明によれば、小型化された整流子側コイルエンドボリュームを覆う風損抑制体も小型なものとすることが可能であり、当然、風損抑制体自体の風損も少なくなるため、風損低減に効果的である。

0022

また、本発明によれば、整流子のフック部のみを風損抑制体で覆う構成であっても、整流子側コイルエンドボリュームが小型であるため、整流子側コイルエンドボリュームの風損は抑制されており、風損が顕著な整流子のフック部のみを風損抑制体で覆う構成も、風損低減に効果的である。

図面の簡単な説明

0023

整流子電動機の半断面図
同上の電機子の側面図
本発明の渡り線部分を示す要部外観図
図3との比較を示す参考説明図
図3との比較を示す参考説明図
図3との比較を示す参考説明図
本発明の結線図
図7との比較を示す参考説明図
図7との比較を示す参考説明図
本発明の巻線工程(巻終わり線)の部分外観図
本発明の巻線工程(巻終わり線)の部分外観図
本発明の巻線工程(巻終わり線)の部分外観図
本発明の巻線工程(巻終わり線)の部分外観図
本発明の巻線工程(巻始め線)の部分外観図
本発明の巻線工程(巻始め線)の部分外観図
本発明の巻線工程(巻始め線)の部分外観図
本発明の再圧入工程を示す部分側面図
従来の結線方式(α型フッキング方式)の部分外観図
従来の結線方式(U型フッキング方式)の部分外観図
従来の渡り線方式(ショートα型)を示す断面図
従来の渡り線方式(ロングα型)を示す断面図
実施例1に係る整流子電動機に用いられる電機子の部分断面図
実施例2に係る整流子電動機に用いられる電機子の部分断面図
実施例3に係る整流子電動機に用いられる電機子の部分断面図

0024

以下、本発明について、図面及び表を参照しながら説明する。なお、以下の実施例によって本発明が限定されるものではない。

0025

まず、本発明の全体構成を示す図1に従って説明を行う。図1において、界磁1は、界磁コア2に界磁巻線3を施して構成されている。電機子10は、回転軸11に固着された電機子コア12に電機子巻線13を施し、整流子40を同軸上に配置して、回転軸11の両端に設けられた軸受5によって回転自在に支承されている。

0026

界磁1は、ブラケット22に固定され、ブラケット22に一対のカーボンブラシ(図示せず)が、ブラシ保持器23を介してネジ24にて固定されている。また、回転軸11には回転ファン17が備えられ、その外周部及び下部に通風路を形成するエアガイド18が配されている。

0027

上記構成において、電力が供給されると界磁巻線3を伝導した電流がカーボンブラシ(図示せず)を通って整流子40に伝わり、界磁コア2で発生した磁束と電機子巻線13を通る電流との間で力が発生し、電機子10が回転する。電機子10が回転することにより、回転ファン17が回転し、吸気口25より吸い込んだ空気は、矢印の経路を通って電機子10、界磁1、カーボンブラシを冷却しながら、ブラケット22の排気口26より排出される。

0028

図2は、上記図1にて説明した本発明の電機子10の詳細を示したものである。電機子コア12と整流子40が、回転軸11に圧入焼バメ等の方法で接合されている。電機子コア12には電機子巻線13が巻回されている。巻回された電機子巻線13は、渡り線部31を経て整流子40のフック部41に接合されている。なおこれ以降、電機子巻線は、界磁巻線と区分する必要のない場合は、単に巻線と表現する。

0029

図3は本発明の実施の形態を示す要部詳細図である。図4図5図6は、いずれも本発明の実施の形態との比較を示す参考説明図である。これらはいずれも図2における渡り線部31の巻線工程の途中を示している。渡り線の方式は、図3及び図4オープンショートα型、図5が一般ショートα型、図6がロングα型と、それぞれ称されている。電機子コア12は12個のスロット14を備え、いわゆる分布巻で電機子巻線13が巻回される。整流子40は24個の整流子片を備え、それぞれに渡り線端末を接続するためのフック部41を備えている。

0030

通常、スロット数偶数の電機子コアの場合、巻線方法としてダブルフライヤ方式が使われることが多く、対向する一対の巻線が順次整流子のフック部との結線を経ながら同時にかつ連続に巻回されて電機子巻線を形成することになる。図3において、整流子のフック部41に結線されたワイヤ32は渡り線33を形成しながら巻回される一対のスロット14へと導入されて複数回巻回されて電機子巻線13を形成し、その後隣接する次の整流子のフック部41へと渡り線34を形成しながら結線される。前記渡り線34が整流子のフック部41に結線される時に回転軸11の方向に屈曲成形することで、図3に示す屈曲部15が形成される。

0031

渡り線の屈曲成形しない場合は、参考説明図4に示すように渡り線34Aが中空に直線状に張る状態となる。従って、この渡り線34Aが障壁となって、この位置より内側に巻回される次の巻線13Aがスロット14内に十分に収納されないという不具合が発生する。あるいは整流子側コイルエンド35Aの外形寸法が異常に大きくなってしまうという別の課題も生じる。

0032

また参考説明の図5に示す一般ショートα型の例では、明らかに渡り線33Bおよび34Bが中空に直線状に張った状態となり、図4と同様に次に巻線される巻線に対する障壁となってしまう。また参考説明図6に示すロングα型の例では、回転軸11の周囲に渡り線33C、34Cともに巻きつけられるため、整流子とコア間の整流子側コイルエンド35Cのボリュームを肥大化させてしまう。

0033

次に、図7は本実施の形態における結線図である。図8図9は、いずれも本発明の実施の形態との比較を示す参考説明図である。図8は前述の図5に対応し、一般ショートα型の場合である。図9は前述の図6に対応し、ロングα型の場合である。

0034

これら図7図8図9に示す結線図は、いずれも電機子コア12が2極で12スロットであり、整流子40が24個の整流子片を有する例を示す。整流子片の数は、スロット数の整数倍となる。図の上側に帯状に書かれているのが整流子40の展開図で、24個のフック分表示されている。また下側にブロック状に書かれているのがコアのスロット14であり、12スロットの位置を表示している。巻線は「スタート」と表示されたフックNo.11への接続から始まり、渡り線33を形成しながら矢印Aの方向に導かれ巻回されるスロットのNo.1へと入り、2つのスロットのNo.1及びのNo.6間を複数回巻回されて、次の接続されるフックのNo.10へと渡り線34を形成しながら導かれることになる。次のフックのNo.10に接続後、再度スロットのNo.1及びのNo.6間に巻線を巻回し、次のフックのNo.9に接続後、今度はスロットのNo.12に導かれてスロットのNo.12及びのNo.5間に巻線を巻回する。後は同じ工程を繰り返すことになる。

0035

図8は、上述の本実施の形態との比較のための参考説明図である。巻線は「スタート」と表示されたフックのNo.23への接続から始まり、渡り線33Bを形成しながらスロットのNo.1へと入り、2つのスロットのNo.1及びのNo.6間を複数回巻回されて、次の接続されるフックのNo.22へと渡り線34Bを形成しながら導かれることになる。次のフックのNo.22に接続後、再度スロットのNo.1及びのNo.6間に巻線を巻回し、次のフックのNo.21に接続後、今度はスロットのNo.12に導かれてスロットのNo.12及びのNo.5間に巻線を巻回する。後は同じ工程を繰り返すことになる。

0036

図9も同様に、上述の本実施の形態との比較のための参考説明図である。巻線は「スタート」と表示されたフックのNo.11への接続から始まり、渡り線33Cを形成しながらスロットのNo.1へと入り、2つのスロットのNo.1及びのNo.6間を複数回巻回されて、矢印Aの方向に導かれ、次の接続されるフックのNo.10へと渡り線34Cを形成しながら導かれることになる。次のフックのNo.10に接続後、再度スロットのNo.1及びのNo.6間に巻線を巻回し、矢印Bの方向に導かれ、次のフックのNo.9に接続後、今度はスロットのNo.12に導かれてスロットのNo.12及びのNo.5間に巻線を巻回する。後は同じ工程を繰り返すことになる。

0037

図8に示す一般ショートα型と図9に示すロングα型とは、交流電動機においては等価の結線となる。図7に示す本実施の形態はオープンショートα型と呼ばれ、一般ショートα型とロングα型の長所を兼ね備えた折衷型である。即ち、結線対象となる整流子のフック部をロングα型と同一にしてかつ最短の経路を通ることで、渡り線が回転軸近辺に沿うため巻線の弊害にならないというロングα型の長所を一方の渡り線に利用している。

0038

ここで渡り線の合計長さについて考察する。渡り線とは接続するフック部から巻回されるスロットに入るまでの線を指しており、この合計長さをいかに短くするかが課題となる。

0039

図8に示す一般ショートα型においては、渡り線の合計長さは渡り線33Bと渡り線34Bとの和となる。接続するフック部から一番近い経路を経て巻回されるスロットへ入るので最も短くなる。

0040

図9に示すロングα型においては、渡り線の合計長さは渡り線33Cと渡り線34Cとの和となる。渡り線の合計長さは、接続するフック部から一番遠い経路を経て巻回されるスロットへ入るので最も長くなる。

0041

本実施の形態を示す図7において、渡り線の合計長さは渡り線33と渡り線34との和となる。一般ショートα型に若干似ているが、相対位置が長いことと本発明の特徴である屈曲成形が入るので、一般ショートα型より長くなる。図8に示す一般ショートα型より長く、図9に示すロングα型より短いことになる。

0042

例えば2極電動機のようにコイルエンドが最も長くなるタイプでは、ロングα型では、その渡り線が自らの整流子側コイルエンド35C上を沿いながら結線されるため、極めて長くなり銅損への影響が無視できなくなる。本実施の形態のオープンショートα型を採用することで効率への寄与は十分に大きいことになる。

0043

また、長い渡り線の解消は結果的に整流子とコア間の整流子側コイルエンドボリューム削減に寄与し、最小の整流子側コイルエンドボリュームでの電機子巻線の形成を可能にする。ロングα型の場合の回転軸11周囲に巻き付いた形状と異なり、屈曲成形された渡り線は接続されたフック部から屈曲点15までは直線に張られた形状を形成しており整流子40下はまったくの空洞となるため、巻線工程後の後加工を加えることでより整流子とコア間を縮小した小型の電機子を形成できるようになる。

0044

また屈曲成形された部分は整流子外径よりも小さい外径となるので、前記屈曲成形部分を糸等により縛ることができる。この糸縛りを付加することにより、後述の再圧入工程において屈曲部分の形状を乱すことを防止できる。

0045

また整流子とコア間にコイルエンドボリューム上の余裕が生じる効果により整流子方向にコアを積み上げる余裕が発生し、高効率化のために電機子コア12の積厚を増加させることも可能となる。これにより電動機の軸方向の外形寸法を大きくすることなく高効率化が実現できることになる。

0046

なお、図3においては電機子巻線13の巻き終わり線が整流子のフック部41に結線される時に形成される渡り線34が短い例について示しているが、結線仕様により整流子のフック部41から巻回されるスロット14へ向けて巻き始め線が形成する渡り線33の方が短いものもある。この場合整流子のフック部41に結線後巻線位置に移動する段階で渡り線33を屈曲成形しながら巻線工程に入ることで同様な効果を得る事ができる。

0047

以上の説明で明らかな通り、本願発明は、掃除機用電動機など小型整流子電動機の電機子巻線においてロングα型ならびにショートα型等の一般的な結線方式の弊害を解決し、整流子とコア間の整流子側コイルエンドボリュームを抑えることができる。これにより電機子の銅損を低減し、小型で高効率な整流子電動機を提供することができる。

0048

次に、上述した渡り線の屈曲成形の製造方法について説明する。図10図11図12図13は、本発明の巻終わり線により形成される渡り線を屈曲成形する巻線各工程の部分外観図である。外観上図示の障害となるフォーマ関連部品については省略してある。

0049

図10は、電機子巻線13の巻線後に整流子のフック部41にフッキングする位置まで電機子コア12を回転移動させた状態を示している。フライヤに続く巻き終わり線より形成された渡り線34は、整流子側コイルエンド35および回転軸11に沿う状態で位置付けられている。

0050

次に図11は、渡り線成形フォーマ51が前進し前記渡り線34を回転軸11側に向かって押さえた状態を示している。この状態でワイヤ21に対して屈曲成形のための極度加重が渡り線34に対して加えられていない。

0051

次に図12はフライヤの移動により整流子のフック部41にワイヤ21が引っ掛けられた状態を示す。この状態でも渡り線成形フォーマ51を介して渡り線34は屈曲することになるが、渡り線成形フォーマ51に沿って曲げられ移動させられているだけで成形のため極度の応力かけられてはいない。

0052

次に図13はフライヤの移動で整流子のフック部41に渡り線34がα型結線された状態を示す。一度整流子のフック部41に引っ掛けられたワイヤ21は整流子のフック部41のエッジにより屈曲させられるため位置が固定されてしまい、渡り線成形フォーマが解除されても屈曲成形された渡り線34は状態維持されたまま次の工程に入ることになる。

0053

次に、図14図15図16は、本発明の巻始め線により形成される渡り線を屈曲成形する巻線各工程の部分外観図である。外観上図示の障害となるフォーマ関連部品については省略してある。

0054

図14は、一対のスロットに巻線を巻回後に整流子のフック部41にフッキングした状態を示している。次に電機子コア12を回転移動させて、次の巻線を巻回する1対のスロット位置へ移動する。

0055

次に図15は、渡り線成形フォーマ51が前進し渡り線33を渡り線成形フォーマ51により回転軸11側に向かって押さえた状態を示している。この状態はフライヤの回転移動との合わせ工程の上で成り立っており、ワイヤに対して屈曲成形のための極度の加重が渡り線33に対して加えられないようにしている。

0056

次に図16は、渡り線成形フォーマ51が解除された状態を示している。フライヤ回転により1対のスロット内にワイヤが導かれると、渡り線33は固定されてしまうため、渡り線成形フォーマ51が解除されても屈曲成形された渡り線33は状態維持されたまま次の巻線工程に入ることになる。

0057

以上の説明で明らかなように、本実施の形態の工程によれば、渡り線に対するダメージもなく容易に屈曲成形された状態で形成されるため、次の巻線の弊害とはならず最小コイルエンドボリュームの巻線が可能となる。

0058

次に図17は、本発明の整流子側コイルエンドの成形および整流子を最終位置に再圧入する工程を示す部分側面図である。図示の障害となる治具関連部品については省略してある。

0059

整流子電動機は、軽薄短小化を追及するために、整流子40と電機子コア12との間隔をコイルボリュームが収納できる極限の寸法まで短縮する必要がある。巻線時には整流子40と電機子コア12との間隔を広げて巻線し、巻線完了後に最終位置に再圧入して製品寸法を確保する。以下に、巻き重ねて膨れ上がったコイルエンドを規定の寸法に収納し、同時に再圧入する工程について説明する。

0060

図17において屈曲成形された渡り線部分形状に合わせた巻線成形治具52を放射方向から整流子40とコイルエンド部35の間に挿入し、渡り線の屈曲成形状態を保持する。次に巻線成形治具52で整流子側コイルエンド35を電機子コア12側に押圧しながら、同時に整流子押さえ治具53により整流子40を最終位置にまで再圧入する。渡り線の屈曲成形状態の保持により整流子のフック部41に引っ掛けられたワイヤの状態を変動させないようにすると共に、整流子側コイルエンド35の成形と整流子40の再圧入を同時に行う。同時に行うことが重要なポイントであり、もし成形だけを先に行うと整流子のフック部に接続されたワイヤを引っ張る状態となり、接続部の断線など品質上の重大な不良発生に至る。

0061

これにより整流子のフック部41と屈曲成形された渡り線との関係を最後まで維持することになり、結線処理された巻線の接合状態を維持し品質を保証することが可能になる。

0062

そして、図22は本発明の実施例1における整流子電動機の電機子の部分断面図である。図22に示すように電機子コア12に電機子巻線13が施されている。整流子40と電機子巻線13はフック部41で電気的接続がなされており、フック部41の段差を平滑にする電気絶縁性を有した塗布剤72が乱流抑制体として塗布されている。例えば、乱流抑制体はワニスなどの電気絶縁性材料を用いる。

0063

この乱流抑制体によって、整流子40と電機子巻線13との電気的接続が成されるフック部41の凹凸形状による風損が低減することが可能なことから、高効率な整流子電動機を実現することが可能である。整流子のフック部の突起や整流子側コイルエンドの凸凹面が4万〜5万回転/分もの高速回転を成すと、空気抵抗による損失(風損)は、高効率化の観点において無視し得ない値にまで増大化するが、この乱流抑制体によって、風損を大幅に低減可能である。

0064

以下、本発明の実施例2を図23によって説明する。図23は本発明の実施例2における整流子電動機に用いられる電機子の部分断面図である。実施例2は実施例1で用いた電気絶縁性を有した塗布剤72の代わりに、成型された構造体を成す樹脂73を乱流抑制体として配置している。例えば、乱流抑制体は電気絶縁性の樹脂成形体などを配置する。樹脂73による乱流抑制体によって、整流子40と電機子巻線13との電気的接続が成されるフック部41の凹凸形状、渡り線によるコイルエンド100及び前記電機子コアの整流子側外周部端面近傍とを覆う。また、本実施例においては、整流子側コイルエンドのボリュームの肥大化を抑制した構成であるため、乱流抑制体の形状も小型なもので良く、この乱流抑制体のみの風損も小さく、風損の低減も効果的である。

0065

この乱流抑制体によって、整流子40と電機子巻線13との電気的接続が成されるフック部41の凹凸形状による風損が低減することが可能なことから、高効率な整流子電動機を実現することが可能である整流子のフック部の突起や整流子側コイルエンドの凸凹面が4万〜5万回転/分もの高速回転を成すと、空気抵抗による損失(風損)は、高効率化の観点において無視し得ない値にまで増大化するが、この乱流抑制体によって、風損を大幅に低減可能である。

0066

以下、本発明の実施例2を図24に基づいて説明する。図24は本発明の実施例2における整流子電動機に用いられる電機子の部分断面図である。実施例3は実施例1で用いた電気絶縁性を有した塗布剤72の代わりに、段差をなくす為の熱収縮する樹脂74を乱流抑制体として用いている。例えば、この乱流抑制体には円環状や円筒状の電気絶縁性を有した熱収縮性樹脂フィルムなどを用いる。

実施例

0067

この乱流抑制体によって、実施例1や実施例2と同様に、整流子40と電機子巻線13との電気的接続が成されるフック部41の凹凸形状による風損が低減することが可能なことから、高効率な整流子電動機を実現することが可能である。整流子のフック部の突起や整流子側コイルエンドの凸凹面が4万〜5万回転/分もの高速回転を成すと、空気抵抗による損失(風損)は、高効率化の観点において無視し得ない値にまで増大化するが、この乱流抑制体によって、風損を大幅に低減可能である。

0068

風損を低減した高効率な整流子電動機を提供することが可能であり、産業的価値が大なるものである。

0069

1界磁
2界磁コア
3界磁巻線
10電機子
11回転軸
12電機子コア
13電機子巻線
14スロット
33,34渡り線
34A 渡り線
33B,34B 渡り線
33C,34C 渡り線
40整流子
41フック部
51 渡り線成形フォーマ
52巻線成形治具
53 整流子押さえ治具
60 整流子
60A 整流子
60B 整流子
61 フック部
61A フック部
61B フック部
62 渡り線
62A 渡り線
62B 渡り線
100 コイルエンド

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