JP2007028743A - 整流子モータ用回転子及びこれを備えた電動工具 - Google Patents

Abstract

【課題】回転子コイルの温度上昇を招くことなく、粉塵の衝突や振動等によって生じる回転子コイルの損傷を簡便に防止することができる整流子モータ用回転子を提供すること。
【解決手段】回転軸１４と、該回転軸１４上に固着された回転子コア２５と、該回転子コア２５のスロット数の整数倍の整流子片を有する整流子２８と、回転子コア２５に巻回されて端部が整流子片に接続された回転子コイル２７と、該回転子コイル２７と回転軸１４を電気絶縁するためのシャフトインシュレータ２９ａ，２９ｂと、を備え、回転子コイル２７の回転子コア２５より露出したコイルエンド部２７ａの一部を網目を有する伸縮性保護シート３０で覆い、該保護シート３０を樹脂の含浸・硬化によってコイルエンド部２７ａに固着して成る整流子モータ用回転子１２において、保護シート３０に、回転軸１４又はシャフトインシュレータ２９ａに略平行に接する平行部３０ａを設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、防塵効果を高めた整流子モータ用回転子とこれを備えた電動工具に関するものである。

整流子モータを駆動源とする電動工具においては、回転子と共に回転する冷却ファンによって吸引される冷却風によって整流子モータが冷却されるが、冷却風と共に外部から侵入する粉塵が回転子コアより露出したコイルエンド部に衝突し、回転子コイルの摩耗延ては断線に至り、電動工具の耐久性の低下を招くという問題がある。

そこで、図５に示すように、回転子コイル１２７の回転子コア１２５より露出したコイルエンド部１２７ａの一部又は全面を網目を有する帯状の伸縮性保護シート１３０で覆い、その覆った部分をワニス等で固定することによって回転子コイル１２５を保護する提案がなされている（特許文献１参照）。

ここで、上記保護シート１３０の片面には接着剤が塗布されており、回転軸１１４に対してほぼ円錐状を成すコイルエンド部１２７ａの形状に合わせて保護シート１３０を伸縮させ、該保護シート１３０をその接着剤塗布面をコイルエンド部１２７ａ側に向けて該コイルエンド部１２７ａに円周方向に巻き付けて仮止めすることが行われている。尚、図５において、１２８は整流子である。
特開２００４−２０１３６６号公報

しかしながら、回転子コイル１２７の円錐状を成すコイルエンド部１２７ａ外周の円周の長さは回転子コア１２５側から離れた位置ほど小さくなる。前記保護シート１３０は円錐状のコイルエンド部１２７ａの一部又は全面のみに取り付けられるため、該保護シート１３０の回転軸１１４に近い側面の伸縮率は小さく、反対の側面の伸縮率は大きくなる。その結果、伸縮性保護シート１３０を伸縮させてコイルエンド部１２７ａのみに巻き付けた状態では該保護シート１３０には伸縮を元に戻そうとする力が残るため、円周長さが小さい方へずれる力が働き、所定の位置に保護シート１３０を巻き付けた後、しばらくすると保護シート１３０の伸縮力によって該保護シート１３０が動いてしまい、その取付位置が所定の位置からずれてしまうという問題があった。この問題は伸縮させてコイルエンド部１２７ａへ貼り付けた保護シート１３０の幅寸法に対して両側の伸縮率の差が大きいほど生じ易く、コイルエンド部１２７ａの形状に合わせて保護シート１３０の幅を調整することで影響を少なくすることもできるが、保護シート１３０の種類が多くなるために管理面で取り扱いが困難である。

一般的に電動工具に用いられる遠心系の冷却ファン１１７は、図５に示すように、反整流子側のコイルエンド部１２７ａの近傍に取り付けられており、図示しないが、冷却ファン１１７により生じる気流の吸引口は冷却ファン１１７の内径側に設けられているため、反整流子側のコイルエンド部１２７ａは、吸引口に近く、冷却ファン１１７の回転により冷却風と共に吸引された粉塵がよりコイルエンド部１２７ａに衝突し易い部分である。そのため、円錐形状に近い反整流子側のコイルエンド部１２７ａを保護する保護シート１３０は、確実に取り付けられる必要があり、保護シート１３０がずれている場合は選別し修正しなければならず、作業性が著しく低下する。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、回転子コイルの温度上昇を招くことなく、粉塵の衝突や振動等によって生じる回転子コイルの損傷を簡便に防止することができる整流子モータ用回転子とこれを備えた電動工具を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、回転可能に支持された回転軸と、該回転軸上に固着された回転子コアと、該回転子コアのスロット数の整数倍の整流子片を有する整流子と、前記回転子コアに巻回されて端部が前記整流子片に接続された回転子コイルと、該回転子コイルと前記回転軸を電気絶縁するためのシャフトインシュレータと、を備え、前記回転子コイルの前記回転子コアより露出したコイルエンド部の一部を網目を有する伸縮性保護シートで覆い、該保護シートを樹脂の含浸・硬化によってコイルエンド部に固着して成る整流子モータ用回転子において、
前記保護シートに、前記回転軸又はシャフトインシュレータに略平行に接する平行部を設けたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記保護シートは、片面に接着剤が塗布された帯状のテープであって、反整流子側のコイルエンド部より離れた位置の前記回転軸又は前記シャフトインシュレータの表面にコイルエンド部の円周径とほぼ同じ径寸法になるまで略平行に数回巻き付けられて平行部が形成されることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、回転可能に支持された回転軸と、該回転軸上に固着された回転子コアと、該回転子コアのスロット数の整数倍の整流子片を有する整流子と、前記回転子コアに巻回されて端部が前記整流子片に接続された回転子コイルと、該回転子コイルと前記回転軸を電気絶縁するためのシャフトインシュレータと、を備え、前記回転子コイルの前記回転子コアより露出したコイルエンド部の一部を網目を有する伸縮性保護シートで覆い、該保護シートを樹脂の含浸・硬化によってコイルエンド部に固着して成る回転子と、
前記回転子の外周に固設される固定子と、
を備える整流子モータと、
該整流子モータを収納するとともに、吸気口と排気口が形成されたハウジングと、
前記回転子の回転軸に固着された冷却ファンと、
を備え、前記回転子コイルの前記回転子コアより露出したコイルエンド部の一部を網目を有する伸縮性保護シートで覆い、該保護シートを樹脂の含浸・硬化によってコイルエンド部に固着して成る電動工具において、
前記保護シートに、前記回転子の回転軸又はシャフトインシュレータに略平行に接する平行部を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、保護シートが回転子コイルの冷却に影響を及ぼさない回転軸又はシャフトインシュレータに略平行に巻回した平行部を有するため、回転子コイルの円錐形状を成す反整流子側のコイルエンド部の表面を覆う保護シートにコイルエンド部の円周径が小さくなる方向へずれる力が作用しても、回転軸又はシャフトインシュレータに略平行に巻回して成る保護シートの平行部が保護シート全体を支持するために該保護シートがずれることなくコイルエンド部表面に確実に固定される。このため、保護シートを管理する工程を省略することができ、作業性が改善されて生産性が向上するとともに、回転子コイルの温度上昇を招くことなく、粉塵の衝突や振動等によって生じる回転子コイルの損傷を保護シートによって簡便に防止することができる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

先ず、本発明に係る電動工具の一形態としての携帯用電気グラインダの構成を図１に基づいて説明する。

図１は携帯用電気グラインダ１の断面図であり、該携帯用電気グラインダ１は、略円筒状のハウジング２の内部に駆動源としての整流子モータ３を備えており、ハウジング２の一端（先端）には減速機構を構成するベベルギヤ４，５を内蔵した減速カバー６が取り付けられ、ハウジング２の他端（後端）にはスイッチ８を内蔵した略円筒状のテールカバー９が取り付けられている。尚、テールカバー９には複数の吸気口１０が形成されており、減速カバー６には複数の排気口１１（図１には１つのみ図示）が形成されている。

ここで、前記整流子モータ３は、回転可能な回転子１２と、該回転子１２の周囲に不図示のリブを介して固設された円筒状の固定子１３とで構成されており、回転子１２の中心部を貫通する水平な回転軸１４の軸方向の一端（前端）はベアリング１５を介して減速カバー６に回転可能に支持され、他端（後端）はベアリング１６を介してハウジング２に回転可能に支持されている。そして、回転軸１４の前記ベアリング１５から前方へ突出する前端部には小径の前記ベベルギヤ４が結着されている。又、回転軸１４の前端部であって、前記ベアリング１５の後方の部位には遠心型の冷却ファン１７が圧入によって結着されている。

他方、前記減速カバー６の内部には、出力軸１８がその上部と中間部をベアリング１９，２０によって回転自在に支持されて垂直に配されており、この出力軸１８の中間部には、前記ベベルギヤ４に噛合する大径のベベルギヤ５が結着されている。又、出力軸１８の減速カバー６から下方へ突出する下端部には円板状の先端砥石２１が着脱可能に取り付けられている。

而して、以上の構成を有する携帯用電気グラインダ１を用いて研削作業を行う場合、該携帯用電気グラインダ１を把持してスイッチ８をＯＮすれば、整流子モータ３に通電されて該整流子モータ３が駆動され、その回転子１２が所定の速度で回転駆動される。すると、回転子１２の回転軸１４も同速度で回転し、その回転は、減速機構を構成するベベルギヤ４，５によって減速されるとともに、方向が直角に変換されて駆動軸１８に伝達され、該駆動軸１８とこれに取り付けられた先端砥石２１が所定の速度で回転駆動され、この先端砥石２１によって所望の研削作業がなされる。

又、回転軸１４と共に冷却ファン１７も同速度で回転駆動され、この冷却ファン１７の回転によって冷却風がテールカバー９に開口する吸気口１０からテールカバー９内に吸引され、テールカバー９内に吸引された冷却風は、図１に矢印にて示すように、ハウジング２に軸方向に貫設された複数の通気口２２（図１には１つのみ図示）を通ってハウジング２内に流入し、整流子モータ３の回転子１２と固定子１３の間の円筒状空間及びハウジング２と固定子１３の間の円筒状空間を通過し、その過程で整流子モータ３を冷却する。

そして、整流子モータ３を冷却して温度が高くなった冷却風は、冷却ファン１７によって吸引されて昇圧された後、冷却ファン１７の径方向外方へと排出され、プレート２３に形成された複数の通気口２４（図１には１つのみ図示）を通過して減速カバー６内へと流入した後、減速カバー６に開口する前記排気口１１から大気中へと排出される。

次に、本発明に係る前記回転子１２の構成の詳細を図２〜図４に基づいて説明する。

図２は回転子の半裁断面図、図３は図２のＡ部拡大詳細図、図４は保護シートの巻き付け要領を示す回転子の半裁断面図である。

本実施の形態に係る回転子１２は、回転軸１４に対して放射状に延びる複数（本実施の形態では１２）の歯を有する回転子コア２５と、該回転子コア２５の歯と歯の間に形成される複数（本実施の形態では１２）のスロット２６と回転軸１４に巻線ワイヤーを巻装して成る回転子コイル２７と、スロット２６の数の整数倍の整流子片を備えた整流子２８を備えている。

ここで、前記回転子コイル２７には、回転子コア２５の軸方向両端部から軸方向外方へと露出するコイルエンド部２７ａ，２７ｂ，２７ｃが形成されており、その端部は前記整流子２８に接続されている。又、回転軸１４の前後の端部には、回転子コイル２７と回転軸１４の間を電気絶縁するためのスリーブ状のシャフトインシュレータ２９ａ，２９ｂが嵌着されている。尚、固定子１３の巻線ワイヤーと回転子１２の巻線ワイヤーは、整流子２８に接している不図示のカーボンブラシを介して電気的に接続されており、スイッチ８をＯＮすることによって両巻線ワイヤーに通電がなされ、回転子１２と固定子１３に発生する起磁力によって回転子１２は所要の回転トルクを発生して所定の速度で回転する。

尚、本実施の形態に係る回転子１２においては、回転子コア２５は１２のスロット２６を備え、スロット２６間ピッチ５で巻線ワイヤーを巻くためにスロット２６間の角度は、
（５／１２）×３６０°＝１５０°
となり、巻線ワイヤー巻回時、スロット２６間を渡す巻線ワイヤーの軌道上に回転軸１４が干渉するため、これを避けるために巻線ワイヤーは回転軸１４に巻き付くようにして各スロット２６に巻回される。

又、回転子１２の回転子コイル２７においては、先に巻回されている巻線ワイヤーの上を次の巻線ワイヤーが覆うようにして各スロット２６を円周方向に順番に巻回するため、そのコイルエンド部２７ａの形状は円錐状となる。特に、回転子コイル２７の端部を整流子２８に取り付けない反整流子側（冷却ファン１７側）のコイルエンド部２７ａは、回転子コイル２７からの引き出し線の部分が無いためにほぼ円錐形状となる。

ところで、前述のように冷却ファン１７の回転によって冷却風がテールカバー９に開口する吸気口１０からテールカバー９内に吸引されるが、このとき冷却風と共に粉塵Ｐが吸気口１０からテールカバー９内に侵入する。そして、テールカバー９内に侵入した粉塵Ｐは、冷却風と共にハウジング２の通気口２２を通ってハウジング２内に流入し、整流子モータ３の回転子１２と固定子１３の間の円筒状空間及びハウジング２と固定子１３の間の円筒状空間を通過し、冷却ファン１７によって吸引されて該冷却ファン１７の径方向外方へと排出され、プレート２３の通気口２４を通過して減速カバー６内へと流入した後、減速カバー６に開口する排気口１１から大気中へと排出される。このように粉塵Ｐも冷却風と共にハウジング２内を通過すると、この粉塵Ｐの一部は、冷却ファン１７の羽根に弾かれて図３及び図４に示すコイルエンド部２７ａ，２７ｂ，２７ｃに繰り返し衝突するため、本実施の形態では、コイルエンド部２７ａ，２７ｂを保護シート３０で保護する構成を採用している。

ここで、上記保護シート３０は、薄膜で網目を有する幅Ｗ（図４参照）の帯状テープであって、伸縮性を有する絶縁性材料、例えばポリウレタン繊維等を含む織布で構成されており、少なくとも片方の面には接着剤が付着している。この保護シート３０は、回転子コイル２７の反整流子側のコイルエンド部２７ａ，２７ｂ，２７ｃに巻き付けられるが、その巻き始めの端部は、反整流子側のコイルエンド部２７ｃより離れた位置の回転軸１４又はシャフトインシュレータ２９ａの表面にコイルエンド１６ｃ部の円周径とほぼ同じ径寸法になるまで略平行に数回巻き付けられて平行部３０ａが形成される。或は保護シート３０７のコイルエンド側３０２の一部をコイルエンド部２７ｃの一部に引っ掛けて巻回しながら固定する。

その後、連続して保護シート３０を円錐形状のコイルエンド部２７ａの表面にスパイラル状に巻回して回転子コア２５の端面より突き出したウェッジ３１の端部にほぼ一致する位置まで巻回する。ここで、ウェッジ３１は、回転子コア２５の各スロット２６を覆う部材であって、隣接するウェッジ３１間の隙間にコイルエンド部２７ｂが露出している。

回転子コイル２７の円錐状のコイルエンド部２７ａに巻回した保護シート３０は、幅Ｗの側面３０１，３０２の伸縮率の差が大きいほどずれ易いため、最も伸縮率の差が大きくなるコイルエンド部２７ｃでは、先に平行に巻回した保護シート３０の平行部３０ａがコイルエンド部２７ｃの円周径以上になるために伸縮率の差が小さく抑えられ、この平行部３０ａにおいては元に戻そうとする力が小さくなるためにこの部分でのずれが生じなくなる。

又、保護シート３０の平行部３０ａの一部がコイルエンド部２７ｃに掛かるように該保護シート３０を巻回した場合は、平行部３０ａに接している保護シート３０の保持力の方が元に戻そうとする力より大きいため、該保護シート３０に同様にずれが生じることがなく、更には保護シート３０を巻回した分だけコイルエンド２７ｃの円周半径も大きくなるために保護シート３０の円錐部においても伸縮率が小さくなり、この部分での保護シート３０のずれは生じなくなる。

更に、回転子１２の回転子コイル２７の冷却性能に影響を及ぼすコイルエンド部２７ｂは、回転子コア２５の端部よりも突出したウェッジ３１により保護されるとともに、隣接するウェッジ３１間に形成される隙間に露出しているため、回転子コイル２７には高い放熱性が確保され、保護シート３０によって回転子コイル２７の冷却性が低下することがない。従って、本発明に係る回転子１２においては、回転子コイル２７の温度上昇を招くことなく、粉塵Ｐの衝突や振動等によって生じる回転子コイル２７の損傷を簡便に防止することができる。

而して、以上のようにして反整流子側（冷却ファン１７側）のコイルエンド部２７ａ，２７ｂが保護シート３０によって覆われて仮止めされると、ワニス等の樹脂を保護シート３０に含浸させた後に該樹脂を硬化させることによって、保護シート３０がコイルエンド部２７ａ，２７ｂに固着されて保護層を形成する。尚、この場合、保護シート３０によってコイルエンド部２７ａ，２７ｂを覆っても、整流子モータ３の運転中に回転子コイル２７に発生する熱は保護シート３０の網目から放出されるため、回転子コイル２７の冷却が保護シート３０によって阻害されることがない。

ところで、本実施の形態では、保護シート３０の巻き始めを回転軸１４又はシャフトインシュレータ２９ａ寄りとしたが、平行部３０ａを形成できれば保護シート３０のずれを防止する効果は同じであるため、作業によってはウェッジ３１の端部側より保護シート３０を巻き始めても良い。

又、本実施の形態では、回転子コイル２７の反整流子側のコイルエンド部２７ａ，２７ｂ，２７ｃのみに保護シート３０を巻き付ける構成を採用したが、整流子２８側のコイルエンド部２７ａにも保護シート３０を巻き付けてこの部分を粉塵Ｐの衝突等から保護するようにしても良い。

本発明に係る電動工具の一形態としての携帯用電気グラインダの断面図である。 本発明に係る整流子モータ用回転子の半裁断面図である。 図２のＡ部拡大詳細図である。 保護シートの巻き付け要領を示す回転子の半裁断面図である。 従来の整流子モータ用回転子の一例を示す半裁断面図である。

符号の説明

１ 携帯用電気グラインダ（電動工具）
２ ハウジング
３ 整流子モータ
４，５ ベベルギヤ
６ 減速カバー
８ スイッチ
９ テールカバー
１０ 吸気口
１１ 排気口
１２ 回転子
１３ 固定子
１４ 回転軸
１５，１６ ベアリング
１７ 冷却ファン
１８ 出力軸
１９，２０ ベアリング
２１ 先端砥石
２２ 通気口
２３ プレート
２４ 通気口
２５ 回転子コア
２６ スロット
２７ 回転子コイル
２７ａ〜２７ｃ コイルエンド部
２８ 整流子
２９ａ，２９ｂ シャフトインシュレータ
３０ 保護シート
３０ａ 平行部
３１ ウェッジ
Ｐ 粉塵

Claims (3)

1. 回転可能に支持された回転軸と、該回転軸上に固着された回転子コアと、該回転子コアのスロット数の整数倍の整流子片を有する整流子と、前記回転子コアに巻回されて端部が前記整流子片に接続された回転子コイルと、該回転子コイルと前記回転軸を電気絶縁するためのシャフトインシュレータと、を備え、前記回転子コイルの前記回転子コアより露出したコイルエンド部の一部を網目を有する伸縮性保護シートで覆い、該保護シートを樹脂の含浸・硬化によってコイルエンド部に固着して成る整流子モータ用回転子において、
   前記保護シートに、前記回転軸又はシャフトインシュレータに略平行に接する平行部を設けたことを特徴とする整流子モータ用回転子。
2. 前記保護シートは、片面に接着剤が塗布された帯状のテープであって、反整流子側のコイルエンド部より離れた位置の前記回転軸又は前記シャフトインシュレータの表面にコイルエンド部の円周径とほぼ同じ径寸法になるまで略平行に数回巻き付けられて平行部が形成されることを特徴とする請求項１記載の整流子モータ用回転子。
3. 回転可能に支持された回転軸と、該回転軸上に固着された回転子コアと、該回転子コアのスロット数の整数倍の整流子片を有する整流子と、前記回転子コアに巻回されて端部が前記整流子片に接続された回転子コイルと、該回転子コイルと前記回転軸を電気絶縁するためのシャフトインシュレータと、を備え、前記回転子コイルの前記回転子コアより露出したコイルエンド部の一部を網目を有する伸縮性保護シートで覆い、該保護シートを樹脂の含浸・硬化によってコイルエンド部に固着して成る回転子と、
   前記回転子の外周に固設される固定子と、
   を備える整流子モータと、
   該整流子モータを収納するとともに、吸気口と排気口が形成されたハウジングと、
   前記回転子の回転軸に固着された冷却ファンと、
   を備え、前記回転子コイルの前記回転子コアより露出したコイルエンド部の一部を網目を有する伸縮性保護シートで覆い、該保護シートを樹脂の含浸・硬化によってコイルエンド部に固着して成る電動工具において、
   前記保護シートに、前記回転子の回転軸又はシャフトインシュレータに略平行に接する平行部を設けたことを特徴とする電動工具。

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