JP2004518390A - 熱伝導性プラスチックでコーティングされた電機子を有する電気モータ - Google Patents

Abstract

電気モータは、従来の射出成形プロセスで塗布された熱伝導性プラスチックのコーティングを含む電機子を有する。電機子はまた、電機子に塗布された熱伝導性プラスチックから一体形成されたファンも含む。これは、トリクル樹脂の１つもしくはそれより多いコーティングを電機子にする必要性を完全に取り除く。これは、ファンを別個に形成して適切な接着剤によって電機子に固定する必要性も取り除き、これにより、電機子の製造およびコストが著しく単純化される。プラスチックコーティングはまた、マグネットワイヤ間のスペースを満たし、それによって、より効果的な冷却が促進され、マグネットワイヤ相互間で安定して保持される。熱伝導性プラスチックコーティングは、他の適切な物質と混合され、マグネットワイヤとほぼ等しい密度が提供される。これにより、射出成形ステップの後に電機子のバランスをとるという必要性が取り除かれる。

Description

【０００１】
（関連出願についてのクロスリファレンス）
本願は、２００１年１月９日に出願され、現在係属中である米国出願シリアル番号０９／７５６，９５９の一部係属出願である。
（技術分野）
【０００２】
本発明は電気モータに関し、特に熱伝導性プラスチック内に少なくとも構造的に包み込まれた電機子を有する電気モータに関し、ここでは、ファンが、電機子の一端上に熱伝導性プラスチックの一部から一体形成される。
（発明の背景）
【０００３】
電気モータは、２〜３例挙げると、ドリル、のこぎり、研磨装置、研削装置などのような電動工具や、芝生の縁刈り機、刈込み機などのような庭用工具を含んだ広範な用途に使われる。これらの機器は全て、電機子および固定子を有する電気モータを利用している。電機子は、通常、周りがマグネットワイヤの複数の巻線が巻かれた薄板の積層から構成される。マグネットワイヤは、その両端が、薄板の積層を軸方向に貫通した電機子シフト上に配置された整流子上のタングに結合される。マグネットワイヤの終端は、整流子に固定される。
【０００４】
上述の電機子の製造プロセスでは、マグネットワイヤが整流子に一旦固定されると、「トリクル（ｔｒｉｃｋｌｅ）」樹脂が、マグネットワイヤ上およびマグネットワイヤの終端上に塗布されて、マグネットワイヤおよびマグネットワイヤの終端は、整流子が接続されたタングに取り付けられる。トリクル樹脂を塗布するプロセスは、一定の結果を得るよう管理するのがいくらか難しいプロセスである。また、多くの欠点を有しており、これは、信頼のある一定の結果を有するように実行するためのコストおよび困難さが少なくない。
【０００５】
最初に、トリクルプロセスでは、トリクル樹脂が塗布できる前に、一部組み立てられた電機子を比較的正確な温度で注意深く予熱するために、比較的大きく高価なオーブンを使用する必要がある。電機子の薄板の積層にあるスロットを通じて樹脂が十分に流れるように、トリクル樹脂の温度を注意深く制御する必要がある。薄板の積層にあるスロットを通じてトリクル樹脂が均一にかつ完全に流れるようにするのは、非常に難しいことであると知られている。このようなことから、マグネットワイヤ間で互いに十分な絶縁が得られ、かつ、互いに固定できるようにするためにトリクル樹脂がマグネットワイヤ間を十分に流れるようにすることは難しい。そして、次の製造プロセスに入る前に電機子を冷却するための、通常は空気が電機子にあてられる冷却期間を設けるべきである。製造プロセスをさらに複雑にするのは、トリクル樹脂は一般に短い寿命を有しており、したがって、比較的短時間のうちに使わなければならないことである。
【０００６】
現在の製造技術では、電機子がいろいろな研磨機および研削機に関連して使われるときに電機子のファンによって電機子に吸い込まれたり降りかかったりする研磨剤粒子から電機子（そして特にマグネットワイヤ）を保護するためには、より高い粘性を有するトリクル樹脂による追加的なもしくはさらなるコーティングがしばしば必要である。このため、電機子の製造コストや製造の複雑さがさらに増加することになる。
【０００７】
トリクル樹脂のさらに別の欠点は、適切に構成された他の電機子にトリクル樹脂を塗布する間中に遭遇する問題のため、しばしば不良品となる電機子が比較的多数となることである。この問題は、樹脂を供給するポンプが一瞬でも詰まったならば、トリクル樹脂が均一に流れなくなるばかりではなく、塗布プロセス中のトリクル樹脂によって電機子の整流子が汚れてしまうということも含まれる。したがって、トリクル樹脂塗布プロセスを制御する難しさは、電気モータの製造コストをさらに上乗せすることになる比較的高いスクラップ発生率をもたらす。
【０００８】
現在の電気モータのさらに別の不利な点は、電機子の一端に通常取り付けられるファンは、別個に形成される部品であるということであり、別の製造ステップにおいて電機子に接着剤でつけるかあるいは固定する必要がある。このファンは、モータにストレスがかかった場合、通常、一番最初に故障する部品である。これは、モータのオーバーヒートにより単純にファンが熔けたときに起きる。別個に形成された部品を使うということは、電機子上でさらなるスペースを占めることになり、電機子全体のサイズが増加することになる。
【０００９】
上述の観点から、トリクル樹脂を塗布するステップと、別個に形成されたファンを電機子に取り付けるステップとを取り除くことが非常に望まれている。さらに具体的に言うと、これら２のステップは、一体形成ファンを形成することに加え、電機子のマグネットワイヤを熱伝導性物質でより完全にコーティングするという目的を単一の製造ステップで全て達成する単一のステップによって置き換えることができる。
（発明の概要）
【００１０】
本発明は、薄板の積層の周囲に巻かれたマグネットワイヤ上に塗布される熱伝導性コーティングを含む電気モータのための電機子を指向するものであり、それによって、整流子のタングに固定されたマグネットワイヤを保持するとともに熱を消散させかつマグネットワイヤを固定するよう保持する優れた手段を形成することができる。また、本発明の主要な目的は、単一の製造ステップにおいて、電機子の一端に熱伝導性プラスチックから一体的にモールドされたファンを提供することである。一体的にモールドされたファンは、モータが使用中にストレスを受ける場合に起こる高温に非常に強い。
【００１１】
好適な実施例では、熱伝導性プラスチックは、良く知られた射出成形プロセスによって塗布される。このようなことから、トリクルオーブンの必要性、および、トリクル樹脂の塗布の管理の困難さが完全に取り除かれる。
【００１２】
射出成形プロセス中、電機子が適切なモールドツール内に置かれたとき、一体形成ファンが形成される。射出成形の結果得られたファンは、それが取り付けられた電機子の使用中に起こる高温に対してより高い対抗力を持ち、また、予め形成された独立のファン部材より少ないスペースを必要とする。より小さいファンにより電機子の寸法全体を低減することができ、それにより、所与の電流定格に対して、より小さいモータを形成することができる。マグネットワイヤをコーティングする熱伝導性プラスチックでファンを一体的に形成することで、薄板の積層におけるスロットにファンの一部分を挿入する必要性も取り除かれる。これにより、モータの出力定格を増加させることを可能にするマグネットワイヤが、従来の取り付けられて独立に形成されたファン部材で通常達成することができるものよりも増加して、薄板の積層にあるスロット内にさらに多くの空間を実現することができる。
【００１３】
好適な実施例では、熱伝導性プラスチックは、電機子に塗布される前に、このプラスチックがマグネットワイヤと実質的に同じ密度を有するよう、適切な化合物と混合される。そして、モールドステップ中に各電機子のスロットが熱伝導性プラスチックで満たされたとき、各電機子スロットにおける物質の重さ（すなわち、マグネットワイヤおよびプラスチックの両方）は実質的に同じになる。これは、モータを形成するために組み立てられる前に電機子のバランスをとる必要はないという顕著な利点を提供する。このバランスステップを取り除くことで、製造時に大幅に節約することができる。なぜなら、電機子バランシング装置を組立エリアに用意する必要がないからである。バランシング装置でバランスをとるべき各電機子のセットアップに関する手作業も取り除かれる。
【００１４】
このように、本発明による電機子は、現在の電気モータに関する最も高価でわずらわしい２つの製造ステップであるトリクル樹脂の塗布ステップおよび別個に構成されたファン部材の取付けステップの各ステップを完全に除去することによって、製造プロセスの複雑さおよびコストが著しく低減する。モータ内へ組み入れる前に電機子のバランスをとる必要性もまた、マグネットワイヤと実質的に同じ密度にする化合物をプラスチックに混合することで取り除かれる。
【００１５】
本発明の種々の利点は、当業者にとっては本明細書および添付の請求項を読み図面を参照すれば明白なものとなろう。
【００１６】
図１は、従来のトリクル樹脂コーティングと、電機子に接着により固定された別個に形成されたファンとを組み込んだ従来の電機子の側面図である。
【００１７】
図２は、本発明の好適な実施例による電機子の側面図である。
（好適な実施例の詳細な説明）
【００１８】
図１を参照すると、前述したトリクル樹脂塗布ステップを組み込んだ従来の製造プロセスにより作成された従来の電機子１０が例示されている。電機子１０は、周囲に複数の長軸方向スロット１４が配置された薄板の積層１２を内蔵する。コイルを形成する多数のマグネットワイヤ１６がスロット１４内に巻かれる。電機子シャフト１８は、薄板の積層１２を通った同軸上に延びており、整流子２０を含む。独立に形成されたプラスチックファン２２は、通常接着剤によって、薄板の積層１４に固定される。ファン２２は、通常、スロット１４内へ突出した複数の脚部２４を含み、マグネットワイヤ１６によって占められるのがより好ましい場所を占める。トリクル樹脂２６は、スロット１４内で、マグネットワイヤ１６上に、および、マグネットワイヤ１６ａの終端が整流子２０に取り付けられているタング２５上に塗布される。
【００１９】
図２を参照すると、本発明の好適な実施例によるモータ１００が示されている。モータ１００は電機子１０２と固定子１０４とを含むが、この固定子は、より簡単なやり方で例示されている。電機子１０２は、周囲に複数の長軸方向スロット１０８が配置された薄板の積層１０６を内蔵する。複数のマグネットワイヤ１１０は、スロット１０８内で巻かれており、これにより複数のコイル巻線が形成される。電機子シャフト１１２は、薄板の積層１０６を通った同軸上に延びており、その一端に整流子１１４を有する。熱伝導性プラスチックコーティング１０６は電機子１０２上に射出成形され、このプラスチックがスロット１０８のそれぞれの中へ流れ込んだりそれぞれを通じて流れる。熱伝導性プラスチックコーティング１０６は、適切なモールドツール内に電機子１０２を置き、そして、適切な高圧下で熱伝導性プラスチック１１６をこのモールドツールへ注入することによって塗布される。熱伝導プラスチック１１６は好適には少なくとも部分的にマグネットワイヤ１１０を包み込み、より好適には完全にマグネットワイヤを包み込むことで、熱を伝達するのに優れた手段を形成する。プラスチック１１６は、マグネットワイヤ１１０の終端１１８を包み込み、これにより、マグネットワイヤ１１０の終端１１８は、整流子１１４に移動可能に接続されたタング１２０に固定される。
【００２０】
本発明の主な利点は、熱伝導性プラスチック１１６を薄板の積層１０６の一端にモールドする間に、ファン１２２も一体形成されるということである。熱伝導性プラスチック１１６の一体部分としてファン１２２を形成することは、トリクル樹脂を薄板の積層１０６へ塗布し、そして別個に形成されたファンを薄板の積層１０６に接着するという製造ステップが完全に取り除かれる。
【００２１】
熱伝導性プラスチック１１６を部分的もしくは完全にモールドすることで、マグネットワイヤから効果的に熱が伝達され、また、スロット１０８内に延びたマグネットワイヤ間のギャップをさらにむらなく満たす。このように、熱伝導性プラスチック１１６は、ワイヤが動かないよう、より効果的にマグネットワイヤ１１０を薄板の積層１０６に固定し、マグネットワイヤをタング１２０に固定し、ワイヤ間の熱伝導を改善する。
【００２２】
熱伝導性プラスチックコーティング１１６の一体部分としてファン１２２を形成することで、ファン部材を個別に形成しファン部材を接着剤を介して薄板の積層１０６に固定するときのコストが取り除かれるという、製造上の著しい利益がもたらされる。これにより、ファン１２２を薄板の積層１０６に比べてコンパクトに構成をすることができ、これにより、独立に形成されたファンを利用したすでに開発されているモータより少ないスペースを必要とするモータを構成することができる。
【００２３】
好適な実施例では、熱伝導性プラスチックコーティング１１６は、ペンシルバニア州ＥｘｔｏｎのＬＮＰエンジニアリングプラスチックから商業的に入手可能なＫｏｎｄｕｉｔ（登録商標）という熱可塑性物質が含まれる。しかし、射出成形できかつ熱伝導性である物質ならばどのような物質でも使うことができることが理解できよう。
【００２４】
熱伝導性プラスチックからモールドされたファン１２２を有する別の利点は、ファンが、モータ１００にストレスがかかる使用中に遭遇し得る高温に対して、より強いということである。すでに開発されたモータにおいては、その電機子に実装されたファンは、モータの高ストレス期間中に遭遇する高温のためにしばしば最初に故障する部品である。本発明の電機子１００は、一体成形ファンを有し、高温を原因とする故障に非常に強い。
【００２５】
熱伝導性プラスチックの射出成形は、薄板の積層のスロット１０８を通じて延びたマグネットワイヤ１１０間のスペースおよび空間をより効果的に満たし、こうして、使用中は電機子１０２をより有効に冷却するよう促進される。より一層大きな口径のマグネットワイヤ１１０を所与のサイズの電機子上で使うことができるようするために熱の伝達量が増加することが求められ、それゆえに、マグネットワイヤのトリクル樹脂シーリングを用いる同等サイズのモータよりも、所与の寸法で得ることができる電流定格が増加する。
【００２６】
電機子１００では、熱伝導性プラスチック１１６は、マグネットワイヤ１１０と実質的に同じ密度を提供するための、セラミック、アルミニウムもしくは銅などのような非強磁性物質とさらに混合される高温のナイロンもしくは熱硬化プラスチックを含んでもよい。したがって、薄板の積層１０８のそれぞれがプラスチック１１６およびマグネットワイヤ１１０で完全に満たされたとき、各スロット１０８を満たす物質の重さは実質的に同じである。各スロット１０８を満たす物質の重さは実質的に同じであるので、モールドステップの後の、バランシング装置において電機子のバランスをとる必要性が取り除かれる。バランシングステップが取り除かれると、必要であったバランシング装置をもはや使用しなくなるとともに、バランシング装置で電機子をセットアップする手作業もなくなるので、実質的にコストが節約される。その代わりに、射出成形プロセスの後に電機子が一旦冷却されると、電機子を、組立ステージに進めることができ、ここでは、他の部品と組み合わされてモータが形成される。ＬＮＰプラスチックエンジニアリングは、具体的に構成されたプラスチックの原料である。
【００２７】
当業者であれば、本発明の広範な教示が様々な形式で実現できることが、上述の説明から容易に理解できるであろう。したがって、本発明は、その特定の例に関連して説明されるが、本発明の本当の範囲は、図面、明細書および添付の請求項を研究することで他の修正例が当業者に明確となるので、その例のみには制限されない。
【図面の簡単な説明】
【図１】
従来のトリクル樹脂コーティングと、電機子に接着により固定された別個に製造されたファンとを組み込んだ従来の電機子の側面図である。
【図２】
本発明の好適な実施例による電機子の側面図である。

Claims (33)

1. 固定子と、
   電機子シャフトを有し、かつ前記固定子内に配置される電機子であって、該電機子は、複数のコイルに形成された複数のマグネットワイヤを有し、前記マグネットワイヤの終端は、前記電機子シャフトに接続された整流子に固定される、電機子と、
   前記電機子および前記マグネットワイヤの前記終端上にモールドされる熱伝導性プラスチックのコーティングであって、前記マグネットワイヤの少なくとも一部を包み込む熱伝導性プラスチックのコーティングと、
   前記熱伝導性プラスチックから前記電機子シャフトの一端にモールドされるファンと、を備える電気モータ。
2. 前記ファンは、前記マグネットワイヤを少なくとも実質的に包み込むのに使われる前記熱伝導性プラスチックから一体に形成される請求項１に記載の電気モータ。
3. 前記電機子は、前記マグネットワイヤが内部に配置された、円周上に配置された複数のスロットを有する電機子の積層を含み、
   前記熱伝導性プラスチックが前記スロットを満たす請求項１に記載の電気モータ。
4. 前記熱伝導性プラスチックは、熱可塑性の化合物を備える請求項１に記載の電気モータ。
5. 前記熱伝導性プラスチックは、前記マグネットワイヤにほぼ等しい密度を有し、それによって、前記熱伝導性プラスチックが前記電機子上にモールドされる前に前記電機子のバランスをとる必要性が取り除かれる請求項３に記載の電気モータ。
6. 前記熱伝導性プラスチックは、非強磁性物質の粒子が混合された高温のナイロンを備える請求項３に記載の電気モータ。
7. 前記熱伝導性プラスチックは、非強磁性物質の粒子が混合された熱硬化プラスチックを備える請求項３に記載の電気モータ。
8. 前記非強磁性物質は、アルミニウム、セラミックおよび銅のうち１つを備える請求項６に記載の電気モータ。
9. 前記非強磁性物質は、アルミニウム、セラミックおよび銅のうち１つを備える請求項７に記載の電気モータ。
10. 電気モータ用の電機子であって、
    薄板の積層と、
    該薄板の積層を通って同軸方向に延びる電機子シャフトと、
    前記薄板の積層の周りに巻かれた複数のマグネットワイヤと、
    該マグネットワイヤの終端が電気的に結合された前記電機子シャフトに配置された整流子と、
    前記電機子にモールドされる熱伝導性プラスチックのコーティングであって、該コーティングの一部分が一体形成ファンを前記電機子に隣接して形成する熱伝導性プラスチックのコーティングと、を備える電気モータ用の電機子。
11. 前記熱伝導性プラスチックは、熱可塑性の化合物を備える請求項１０に記載の電機子。
12. 前記熱伝導性プラスチックのコーティングは、非強磁性物質の粒子を備える請求項１０に記載の電機子。
13. 前記熱伝導性プラスチックのコーティングは、アルミニウム、セラミックおよび銅のグループのうち１粒子を備える請求項１０に記載の電機子。
14. 電動工具で用いられる電気モータであって、該電気モータは、
    固定子と、
    該固定子内に配置された電機子と、
    前記電機子の複数のマグネットワイヤを少なくとも部分的に包み込む熱伝導性プラスチックと、
    該熱伝導性プラスチックから形成され、かつ電機子の一端に隣接して配置されるモールドされたファンであって、前記電気モータの使用中は前記電機子に冷却エアフローを提供する、モールドされたファンと、を備える、電気工具で用いられる電気モータ。
15. 前記熱伝導性プラスチックは、アルミニウム、セラミックおよび銅のグループのうち１粒子を含み、それによって、前記熱伝導性プラスチックは前記マグネットワイヤにほぼ等しい密度となり、それによって、前記電機子のバランスをとる必要性が取り除かれる請求項１４に記載の電気モータ。
16. 電気モータを形成する方法であって、該方法は、
    固定子を提供するステップと、
    複数のマグネットワイヤが周りに巻かれた電機子を提供するステップと、
    前記マグネットワイヤを少なくとも部分的に包み込むために、前記電機子の少なくとも一部分上に熱伝導性プラスチックをモールドするステップと、
    前記熱伝導性プラスチックから前記電機子の一端上でファンをモールドするステップと、を備える、電気モータを形成する方法。
17. 前記電機子の少なくとも一部分上に熱伝導性プラスチックをモールドするステップは、前記電機子の少なくとも一部分上に熱可塑性の化合物をモールドするステップを備える請求項１６に記載の方法。
18. 前記電機子の少なくとも一部分上に熱伝導性プラスチックをモールドするステップは、前記電機子の少なくとも一部分上に前記熱導電性プラスチックとさらなる物質との混合物をモールドすることを備え、前記混合物は、前記マグネットワイヤとほぼ等しい密度を有する請求項１６に記載の方法。
19. 前記混合物をモールドするステップは、前記熱伝導性プラスチックと非強磁性物質との混合物をモールドすることを備える請求項１８に記載の方法。
20. 電気モータ用の電機子を形成する方法であって、該方法は、
    薄板の積層を提供するステップと、
    前記薄板の積層を支持する電機子シャフトを提供するステップと、
    前記電機子上に配置される整流子を提供するステップと、
    前記薄板の積層の周りに複数のマグネットワイヤを巻き、前記整流子に前記マグネットワイヤの終端を固定するステップと、
    前記マグネットワイヤを少なくとも実質的に包み込み、熱伝導性コーティングから前記薄板の積層の一端に隣接してファンを形成するために、前記薄板の積層の大部分に前記熱伝導性コーティングをモールドするモールドステップを実行するステップと、を備える、電気モータ用の電機子を形成する方法。
21. 前記モールドステップは、前記熱伝導性コーティングを形成するために熱可塑性の化合物を用いることを備える請求項２０に記載の方法。
22. 前記モールドステップは、前記電機子の大部分をコーティングするために、高温のナイロンを用いることを含む請求項２０に記載の方法。
23. 前記モールドステップは、非強磁性物質の粒子が混合された熱伝導性プラスチックをモールドして、前記マグネットワイヤに実質的に等しい密度を前記熱伝導性プラスチックに提供することを備え、それによって、前記電機子のバランスをとる必要性が取り除かれる請求項２０に記載の方法。
24. 電気モータ用の電機子を形成する方法であって、
    薄板の積層を提供するステップと、
    前記薄板の積層を支持する電機子シャフトを提供するステップと、
    前記電機子上に配置される整流子を提供するステップと、
    前記薄板の積層の周りに複数のマグネットワイヤを巻き、前記整流子に前記マグネットワイヤの終端を固定するステップと、
    前記マグネットワイヤを少なくとも実質的に包み込み、熱伝導性プラスチックコーティングから前記薄板の積層の一端に隣接してファンを形成するために、前記薄板の積層の大部分に前記熱伝導性プラスチックコーティングをモールドするステップであって、前記マグネットワイヤに実質的に等しい密度を前記熱伝導性プラスチックコーティングは有し、それによって、前記電機子を組み立てる前に前記電機子のバランスをとる必要性が実質的に取り除かれるステップと、を備える、電気モータ用の電機子を形成する方法。
25. 固定子と、
    電機子シャフトを有し、かつ前記固定子内に配置される電機子であって、複数のスロットを有する電機子と、
    複数のコイルに形成され、かつ前記スロット内に配置されて、前記スロットを少なくとも部分的に占める複数のマグネットワイヤと、
    前記電機子のバランスをとるために前記スロットのそれぞれのエリアの残りの部分を少なくとも実質的に満たすための、前記マグネットワイヤと実質的に同じ密度を有する、流動性を有するプラスチックと、を備える電気モータ。
26. 前記流動性を有するプラスチックは、熱伝導性の、流動性を有するプラスチックを備える請求項２５に記載のモータ。
27. 前記流動性を有するプラスチックは、射出成形プロセス中、前記流動性を有するプラスチックを前記スロットへ注入できる粘度を有するプラスチックである請求項２６に記載のモータ。
28. 固定子と、
    複数の軸方向スロットを含む電機子と、
    複数のコイルに形成され、かつ前記スロットに配置されて、前記スロットを少なくとも部分的に占める複数のマグネットワイヤと、
    前記スロットを少なくとも実質的に満たすために前記スロットへ注入される注入可能な樹脂であって、該樹脂は、前記電機子のバランスをとるために、前記マグネットワイヤと実質的に同じ密度を有する樹脂と、を備える電気モータ。
29. 前記注入可能な樹脂は、熱伝導性樹脂を備える請求項２８に記載のモータ。
30. 前記注入可能な樹脂は、流動性を有するプラスチック樹脂を備える請求項２８に記載のモータ。
31. 電気モータ用の電機子を形成する方法であって、該方法は、
    複数の軸方向スロットが周りに配置された前記薄板の積層を提供することと、
    前記軸方向スロットに複数のマグネットワイヤを配置することと、
    前記マグネットワイヤの密度と実質的に同じ密度を有する樹脂で前記軸方向スロットを満たし、それによって前記薄板の積層のバランスをとることと、を備える、電気モータ用の電機子を形成する方法。
32. 樹脂で前記軸方向スロットを満たすことは、熱伝導性樹脂で前記軸方向スロットを満たすことを備える請求項３１に記載の方法。
33. 樹脂で前記軸方向スロットを満たすことは、射出成形プロセス中、流動性を有する樹脂で前記軸方向スロットを満たすことを備える請求項３１に記載の方法。