JP2005110490A - 電動機及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高速回転で連続運転でき、径が１００ｍｍより小さい熱風装置用電動機を提案する。
【解決手段】複数の放射状に配置した磁極片２及び隣接した前記磁極片により形成している溝３を有する固定子１、固定子１内に配置した両側に回転軸を備えた回転子５、溝３の間の磁極片２の端面を覆う星型絶縁部材６、１６、星型絶縁部材６、１６の端面を包む固定子コイル２１を含んで構成し、固定子コイル２１は星型絶縁部材６、１６を介して回転子５を固定し、固定子１内のそれぞれの位置において軸受２４、２６及び回転子５を端面において包んでいることを特徴とする電動機を提供する。前記星型絶縁部材は一方では回転軸用の軸受を受け、更に整流用回路を受ける支持部材を固定可能なようにも構成している。
【選択図】図３Ｂ

Description

本発明は放射状に配置した複数の磁極片及び隣接した磁極片により形成している溝を備えた固定子、固定子内部で回転する両側に回転軸を装着した回転子、各々の溝間の磁極片の端面を覆う星型絶縁部材、星型絶縁部材の端面を包み込んでいる固定子コイル及び固定子外被を有する電動機並びに電動機の製造方法に関する。

生産に組込まれ連続運転が要求される例えば、熱風装置及び送風機などの小型装置の連続運転に対しては、できるだけ小型で高性能の電動機が必要不可欠である。そのような装置に関しては、いわゆるユニバーサル電動機が用いられている。ブラシ及び整流子が磨耗するため、この種の電動機の連続運転への採用は限られている。同一寸法あるいは小寸法で高効率とするには電動機の構造を選択する必要があるが、整流方法を採用することが可能性である。非同期電動機は可能であるが、製造コストが比較的高く、構造上、携帯装置に組み込める大きさでないことがわかる。このような装置には径が１００ｍｍ以下で十分な効率を有する電動機が好ましい。非特許文献１には、特に非同期機のような純粋に電気で駆動する全ての原動機は、径１００ｍｍ以下の小駆動機には問題外であることが述べられている。

冒頭に述べた原動機の基本原理は、従来から知られている（特許文献１及び２）。電動機の回転子及び固定子において、金属板を重ね合わせて形成した回転子の両端あるいは固定子の端面に星型絶縁材を配置することも知られている（直流電動機用特許文献３参照）。特許文献４には複数の放射状に配置した磁極片を有する固定子を備えた電動機を記載している。磁極片の間の溝にはコイルを配置している。固定子内部で回転する回転子には磁極片を覆う絶縁構造及び絶縁カバーを備えており、絶縁カバーの一部の端面を固定子内部で回転する回転子が突出している。固定子の金属板層を備えたボビン枠内に回転子を嵌合した後、固定子にコイルを巻くと、後に取付けるべきケースに軸受がなくても回転子を取外すことができなくなる。
西独国特許第８３３，９７８号明細書 西独国特許第９６７，３８７号明細書 独国特許発明第３，８４２，８００号明細書 欧州特許出願公開第０，４５５，３６７号明細書 Ｚｅｉｔｓｃｈｒｉｆｔ Ｓｃｈｗｅｉｚｅｒ Ｍａｃｈｉｎｅｎ Ｍａｒｋｔ （ＳＭＭ） ３１／３２， Ａｕｓｇａｂｅ ８， ２００３， ｐ１４９−１５４

本発明は上記課題に基づき、連続運転できる整流を有した電動機、特に然るべき高速回転する、径が１００ｍｍより小さい熱風装置用の電動機を提案することにある。本発明は特に課題に基づいて上記の電動機を備えた熱風溶接装置を提案することにある。

本発明の電動機に対する課題は請求項の特徴により解決される。その好ましい発展形態は従属項に記載されている。

本発明による電動機は星型絶縁部材を介して回転子に固定された固定子コイルを備え、両端に回転子軸受及び回転子が固定子の然るべき位置に閉じ込められている。それによって、固定子の巻き線後、回転子は固定子から取り外せなくなる。特に内部回転する回転子を巻く既存の巻線方法を採用することにより製造コストを好ましいものとすることができる。同時に、径が１００ｍｍ以下で、しかも回転数が１８０００ｒｐｍ以上、２００ワットまでの十分な出力の電動機を実現できる。寸法が大きければ出力が大きくなることは明らかであるが、本発明は小型の装置に限定している。

好ましい電動機の形成としては、星型絶縁部材の中心部に軸受を収納する収納部を配置し、一端は回転軸の突出部を受ける軸受を収納するため筒状に形成し、他端は軸受及び軸方向の位置調整部品を受けるキャップとして形成することが好ましい。これにより収納部は任意の軸受方式、本発明では固定軸受および開放軸受に対して、簡単な構成により実現できる。星型絶縁部材は樹脂の射出成形品として容易に生成できる。

更に、本発明では星型絶縁部材のキャップ状収納部の固定子に向いているとは反対側に接続・回路素子及び／あるいはコイルの接続部を受ける支持部材を設ける。これにより、小さな装置を収納する空間を利用して、整流及びその他の制御・調整に必要な、電動機を制御する回路を収納できる。

固定子が筒状の形状を保ち、固定子の金属積層板の芯出しをするために、磁極片に面して収納部が接するように星型絶縁部材を配置する。有用性の点から、星型絶縁部材の面から突出している、固定子の内側に嵌合している軸受を受ける中心開口部周りの環状縁が星型絶縁部材及び回転軸に関して中心に配置しているか否かが常に問題となる。

固定子の周りには、公知の方法により枠としての外被を備えている。この枠は、ボルト結合を介して互いに結合した両端面のリング状フランジを介して固定され、二つのリング状フランジ間のボルト結合のボルトは固定子外被に形成した溝を通っている。このため、ボルトは外被の外周から僅かに突出するのみであり、電動機全体の径を小さくすることになる。

電動機の回転軸に送風用の通気ファンを少なくとも一つ備え、熱風溶接装置のケースに組入れることが好ましい。更に、熱風溶接装置は電動機及びその制御部を組込んだ円筒状の柄、それに続く円筒状の送風区域及び実質的に円筒状の加熱部によって構成する細長いケースを備えている。このように構成した熱風溶接器具は扱い易さが際立っており、空気量が約３０％増加する。電動機のこの外径では少なくとも１８，０００ｒｐｍでの連続運転が可能となる。

本発明の更なる課題は方法請求項の特徴を有する前述の電動機を製造する方法により解決する。電動機は星型絶縁部材に回転軸の軸受を嵌め込み、その回転軸を有する回転子を固定子の金属積層部に挿入し、軸受を伴った星型絶縁部材を端面に配置して固定子内の回転子を保持するようにする。固定子は端面で星型絶縁部材端面と接続し、最終的には外被がコイルを巻いた固定子を覆い、固定することになる。

以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。

図１に磁極片２、磁極片間に形成した溝３及び回転子を収納する中心の管状部４を有する外部コイル用の固定子１の構成を示す。一般的には、固定子は磁化可能な薄い金属板を互いに重ねて固定した構成としている。

図２には通常は取付けている軸を外した状態の回転子５を示し、いわゆる一般に知られている「鳥籠回転子」あるいは「リス籠回転子」として構成している。

図３Ａ、３Ｂ及び３Ｃは外部領域を磁極片２及び溝３に対応した形状に形成した固定子１の端面を覆う星形絶縁部材６を示す。星型絶縁部材は形状に対応したブリッジ７及び切欠き部８を備えている。図３Ａ及び３Ｂに示すように星型絶縁部材６はキャップ状の中心部９を備えている。キャップ状の中心部９には開放軸受を形成する軸受及び位置調整部品を収納する空所１０を備えている。星型絶縁部材の空所を備えた端面を固定子１に取付けている。キャップ状の中心部９の反対側にはプリント回路基板３４（図７）を星型絶縁部材６に取付けるボルトを収納する中心孔１１及びコイルの端を固定しプリント回路基板３４に接触するように４つの孔１２を備えている。図３Ｂ及びその拡大図である図３Ｃから判るように星型絶縁部材６は固定子１に面している側に環状縁１３を備え、中心に位置するように角１４は固定子１の管状部４に嵌合している。

図４Ａ〜４Ｃには図３Ａ〜３Ｃに対応した環状縁１３及び角１４を伴う図を示す。この図では、星型絶縁部材１６の中心部１５を筒として形成し、回転軸が突出できるようになっている。固定子に面している側には対応する固定軸受けを収納する大径の空所１７を備えている。

よく知られた方法により多数の薄い金属板リングを互いに固着して形成している図５に示す外被１８にはその外周部にボルトを受ける溝１９を備えている。

図６Ａ〜６Ｄには組立て上がった電動機２２を示す。正面図である図６Ａには星型絶縁部材１６の筒状部１５から突出している回転子軸２０を示している。コイル２１はブリッジ７及び切欠き部の外周部のみを残して、星型絶縁材１６を閉じ込めている。電動機全体が外被１８に囲まれている。

Ａ−Ａ断面図（図６Ｂ）には固定子１内の回転子５の全体の構成を示す。外被１８は、回転子５の磁場に対する有効領域を含んでいる固定子１を囲んでいる。星型絶縁材６の孔１２にはコイルの端が巻かれプリント回路基板３４と接触するようにピン２３がねじ込まれている。

図６Ｃの部分拡大図には星型絶縁部材６の空所１０に通常のボールベアリング２４及びバネ座金あるいは本実施例ではＯリング２５としての軸方向の位置を調整する調整装置を有する開放軸受を示す。 同様に図６Dには回転軸２０を嵌合している空所１７に固定した軸受２６を示す。図６Bより回転子５に固定した回転軸２０及び軸受１４、２６は星型絶縁部材６を介してコイル２１に閉じ込められていることがわかる。これにより軸受けは固定子１に強固に連結している。

図７Ａは図６Ｂの断面図に示した電動機がケース２７に収まった構成を示す図である。固定子の外被１８は前後のフランジ２８、２９を介して結合ボルト３０により一体化されており、フランジ２９は更に結合ボルト３１を介してケース２７に固定されている。回転軸２０には電動機によって駆動する二つの通気ファン３２を備えている。反対側にはプリント回路基板３４及び電動機を固定するためのフランジ２８に連結している支持アーム３５が中心のボルト３３を介してケース２７に取付けられている。本実施例ではプリント回路基板３４に必要な部品は示していない。

図７Ｂは外被１８の溝１９内のボルト３０を伴った斜視図である。ケース２７内の電動機は支持アーム３５により高効率及び高速回転に対応できる。

ブラシに相当するプリント回路基板３４により電動機はブラシレスで整流される。通常この種の装置では二相接続をしなければならないので、この電子装置は公知の方法により三相の電力網及びそれに対応する整流を生成する。

図８は図７Ａに示すケース２７を柄として使い、送風部３８及び筒状の加熱部３７を取付けた熱風溶接装置３６を示す図であり、単にフランジ２８、２９及び結合ボルト３０のみ備えた電動機２２が示されている

固定子の斜視図 回転子の斜視図 キャップ状の中心部を有する星型絶縁部材を示す斜視図 キャップ状の中心部を有する星型絶縁部材を示す断面図 図３Ｂの部分拡大図 筒状の中心部を有する星型絶縁部材を示す斜視図 筒状の中心部を有する星型絶縁部材を示す断面図 図４Ｂの部分拡大図 固定子の外被の斜視図 電動機前面を示す断面図 図６ＡのＡ−Ａ断面図 図６Ｂの部分拡大図 図６Ｂの部分拡大図 電動機を有する熱風溶接装置の送風ファンの駆動部を示す縦断面図 電動機を有する熱風溶接装置の送風ファンの駆動部を示す斜視図 電動機の分解図を伴う熱風溶接装置の斜視図

符号の説明

１ 固定子
２ 磁極片
３ 溝
４ 管状部
５ 回転子
６、１６ 星型絶縁部材
７ ブリッジ
８ 切欠き部
９ キャップ状部材
１０、１７ 空所
１１、１２ 孔
１３ 環状縁
１４ 角
１５ 筒状部材
１８ 外被
１９ 溝
２０ 回転軸
２１ コイル
２２ 電動機
２３ ピン
２４ ボールベアリング
２５ Ｏリング
２６ 軸受
２７ ケース
２８、２９ フランジ
３０、３１ 連結ボルト
３２ 通気ファン
３３ ボルト
３４ プリント回路基板
３５ 支持アーム
３６ 熱風溶接装置
３７ 加熱部
３８ 送風部

Claims (10)

1. 複数の放射状に配置した磁極片（２）及び隣接した前記磁極片により形成している溝（３）を有する固定子（１）、固定子（１）内に配置した両側に回転軸（２０）を装着した回転子（５）、各々の溝（３）の間の磁極片（２）の端面を覆う星型絶縁部材（６、１６）、星型絶縁部材（６、１６）の端面を包む固定子コイル（２１）及び外部の固定子外被（１８）を含んで構成し、固定子コイル（２１）は星型絶縁部材（６、１６）を介して回転子（５）を固定し、固定子（１）内のそれぞれの位置において軸受（２４、２６）及び回転子（５）を包んでいることを特徴とする電動機。
2. 回転軸（２０）の軸受（２４、２６）を収納する収納部（１０、１７）を星型絶縁部材（６、１６）の中心に配置したことを特徴とする請求項１記載の電動機。
3. 突出した回転軸を軸支する軸受（２６）を収納する筒状部材（１５）としての収納部及び軸受（２４）及び軸方向の位置調整部品（２５）を収納するキャップ部材（９）としての収納部を両端に形成したことを特徴とする請求項２記載の電動機。
4. 星型絶縁部材（６）のキャップ状収納部（９）の固定子（１）に面するとは反対側に回路結線・素子及び／あるいはコイルの末端を取付ける支持部材（３５）を備えたことを特徴とする請求項３記載の電動機。
5. 星型絶縁部材（６、１６）の磁極片（２）に面する側の収納部に隣接して固定子（１）の中心設定装置が配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の電動機。
6. 星型絶縁部材の面より突出している前記中心設定装置は軸受（２４、２６）を受ける中心部の空所（１０、１７）の周りに環状縁（１３）を形成していることを特徴とする請求項５記載の電動機。
7. 固定子外被（１８）は結合ボルト（３０）を介して互いに結合された両面のフランジ（２８、２９）を介して固定され、二つのフランジ（２８、２９）間の該結合ボルトのボルトは固定子外被（１８）の外周に形成した溝（１９）を通っていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項記載の電動機。
8. 少なくとも一つの送風用の空気ファン（３２）を回転軸（２０）に配置し全体が熱風溶接装置（３６）のケース（２７）に組み込まれていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項記載の電動機。
9. 電動機及びその制御部を組込んだ円筒状の柄（２７）、それに隣接して電動機（２２）によって駆動する送風機（３２）を有する区域（３８）及びそれに隣接した実質的に円筒状の加熱部（３７）から構成する細長いケースを備え、請求項１ないし請求項７のいずれか１項記載の電動機によって駆動することを特徴とする熱風溶接装置。
10. 複数の放射状に配置した磁極片（２）を及び隣接した前記磁極片により形成している溝（３）を有する固定子（１）、固定子（１）内に配置した両側に回転軸（２０）を装着した回転子（５）、各々の溝（３）の間の磁極片（２）の端面を覆う星型絶縁部材（６、１６）の端面を包む固定子コイル（２１）を含んで構成した電動機の製造方法であって、回転軸（２０）用の軸受（２４、２６）が星型絶縁部材（６、１６）に挿入され、回転軸（２０）を伴う回転子（５）が固定子（１）に挿入され、固定子（１）内の回転子（５）を保持するように軸受（２４、２６）を伴う星型絶縁部材（６、１６）を両側に配置して、星型絶縁部材（６、１６）の端面に固定子（１）のコイルを巻き、固定子外被（１８）はコイル（２１）を配置した固定子を覆い且つ固定することを特徴とする電動機の製造方法。

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