JP2009303440A - 電動機、電動送風機、電気掃除機、および電動機の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】風損以外の損失増大を招くことなく、整流子電動機の風損を効果的に減少させ、生産性が良好な平滑面を有する整流子電動機の電機子を得ること。
【解決手段】回転電機子の電機子鉄心と、前記電機子鉄心のスロットと、前記スロットに巻装する電機子コイルと、前記回転電機子に設けた回転軸の外周部位側（前記回転軸外周部位側）から前記電機子鉄心の外周部位側（前記電機子鉄心外周部位側）にかけて前記スロットから露出する前記電機子コイルのコイルエンドを有する整流子電動機を含む電動機において、前記電機子コイルのコイルエンドを覆うように電気絶縁性樹脂を塗布して形成する絶縁皮膜を有し、前記コイルエンドの前記回転軸外周部位側に、塗布する前記電気絶縁性樹脂の流れ移動を堰き止める樹脂移動抑制部材を設けたことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、整流子電動機を含む電動機の回転電機子に係わる構造に関し、特に電気掃除機に搭載され、駆動源として用いる電動機の効率向上に関するものである。

電気掃除機は、その操作性の観点から、搭載される電動機は小形軽量なものが望まれる。電動機を小形軽量化する手段として、例えば非特許文献１で記載されているように、高い回転速度を設定すること、鉄心の磁束密度を比較的高く設定する方法などが採られている。

一方、電気掃除機には小形軽量化とともに求められる性能として吸込み力がある。吸込み力は電動送風機の出力に強く依存するが、家庭用の電気掃除機では電動送風機に供給できる電力に限度があることから、整流子電動機の効率向上による電動機出力増加が吸込み力を向上させる鍵となっており、整流子電動機の損失の低減が強く要求されている。

整流子電動機の損失は、銅損、鉄損、ブラシ電気損、ブラシ摩擦損、軸受損および風損に大別される。

風損は、回転体への気流の衝突による摩擦、回転体表面に発生する２次流れによる乱流によって発生し、回転体周速のおよそ３乗に比例して増加することが知られている。

電気掃除機駆動用の整流子電動機は、数万回転／分の高速回転で駆動し、小型軽量化のため、今後さらに高速化するものと推察される。風損は４５，０００回転／分において全電動機損失のうち約１０％を占めている。数千回転／分仕様の電動機では、風損の占める割合はせいぜい２〜３％であるので、電気掃除機駆動用の整流子電動機は比類ない高い割合で発生しているといえる。これより、風損が低減できれば、電動機の飛躍的な高効率化に繋がり、電気掃除機の吸込み力の向上となる。

風損を低減させる技術が、特許文献１、特許文献２および特許文献３に開示されている。以下、これら従来例について説明する（図示せず）。

特許文献１は、電気絶縁性を有する塗布材を回転子の表面のコイルの凹凸に塗布して回転子表面を平滑とするものにおいて、粘度が異なる数種類の塗布材の用意し、回転子外周面に向かうほど粘度を高く調整することにより平滑面を得る方法である。

この方法では、平滑面を得るために粘度を高く設定する必要があり、粘度が高いままではコイルの隅々まで塗布材が浸透しないため、コイル凹凸面を完全に平滑面とすることはできず、風損の低減効果を十分に引き出すことが困難であった。

また、塗布材の電機子からの流れ出しを防止する目的で、塗布材を少しずつ何回かに分け塗布しなければならないため、生産のタクトタイムが増加する傾向となり、生産性向上の課題も抱えていた。

特許文献２は、回転子の円周表面を絶縁モールド材の平坦部材で平坦化するとともに、絶縁モールド材で一体成形した回転バランス調整部材を回転子に設ける方法である。
この方法では、回転バランス調整部材で回転バランスを調整する必要があるため、比重の大きい樹脂が選定される。回転子全体をこの比重の大きい樹脂で構成するため、回転子の質量が増大して回転支持する軸受への荷重が増えることにより、軸受損の増加を招いてしまい電動機の効率向上に繋げることができなかった。

特許文献３は、電機子コイル部の外周に風損低減カバーを取り付けることにより、回転時における風損が低減し、電動機部の効率向上が図れる方法である。

この方法では、風損低減カバーと電機子の巻線部の間の空気層が断熱層として介在し、電機子の冷却性能が悪化するため、巻線部の温度上昇が著しい。このため、電機子コイルの電気抵抗が増加して銅損が増大してしまい、電動機の効率向上に繋げることができなかった。

このように、特許文献１では、十分な風損低減効果を得ることが困難で、生産性に課題があり、特許文献２，３では、他の損失を増大させており、これまでのところ、風損低減による電動機効率の大幅な向上は達成されていない。

特開平１０−３０４６１２号公報 特開平６−２３３５１０号公報 特開２００１−８４２５号公報 電気学会回転機研究会資料ＲＭ−９６−２８ 「クリーナ用ユニバーサル電動機の電力密度の向上について」

本発明が解決しようとする課題は、上記の課題に対処し、他の電動機損失を増加させることなく、風損を効果的に減少させ、生産性を損なうことなく、良好な平滑面を有する整流子を含む電動機の回転電機子を提供することである。

本発明は、回転電機子の電機子鉄心と、前記電機子鉄心のスロットと、前記スロットに巻装する電機子コイルと、前記回転電機子に設けた回転軸の外周部位側（前記回転軸外周部位側）から前記電機子鉄心の外周部位側（前記電機子鉄心外周部位側）にかけて前記スロットから露出する前記電機子コイルのコイルエンドを有する整流子電動機を含む電動機において、前記電機子コイルのコイルエンドを覆うように電気絶縁性樹脂を塗布して形成する絶縁皮膜を有し、前記コイルエンドの前記回転軸外周部位側に、塗布する前記電気絶縁性樹脂の流れを抑制する樹脂移動抑制部材を設けたことを特徴とする。

さらに具体的に述べると、固定子と電機子とを有し、固定子は、電磁鋼板を積層して成る固定子鉄心と、その主磁極部に巻装した界磁巻線から構成され、電機子は電磁鋼板を積層して成る電機子鉄心と、電機子コイル、シャフト（回転軸）および整流子から構成され、電機子鉄心のスロットに電機子コイルを巻装し、巻線の両端を整流子に接続し、電力の授受を行う整流子電動機において、シャフト（回転軸）と電機子鉄心との間に外径側に張り出した鍔状の突起部を有する樹脂移動抑制部材を設け、電機子コイルを覆うように電気絶縁性樹脂を塗布する。また、電機子の径方向に垂直な断面において、電機子コイルの端部の内径部分、中央部分および外径部分の電機子コイルの外表面と交差する点を接点とする接線との垂線方向の電気絶縁性樹脂の厚さにおいて、中央部分の電気絶縁性樹脂の厚さが、内径部分または外径部分の少なくとも一方の電気絶縁性樹脂の厚さより小さく設定し、電機子コイルの端面が平滑化して成り、さらに電気絶縁性樹脂の外周面は、樹脂移動抑制部材の突起部近傍と電機子鉄心端面の外径に位置する点とを、滑らかな曲線で結んだことにより達成される。

また、樹脂が固化固着するまでの間、上記、樹脂移動抑制部材の鍔状の突起部が、塗布した樹脂が流れ出るのを防止することにより、電気絶縁性樹脂の使用量を最小限に抑えることができるので、電機子コイルの冷却性能を損なうことなく、さらに軸受に対する荷重の増加を小さく抑えることができる。つまり、銅損と軸受損の増加を招くことがなく、電機子コイルの端部表面に良好な平滑面を形成することができ、電機子端部から発生する風損を効果的に低減することができる。

さらに、電気絶縁性樹脂に含有するフィラーの長手方向を電機子周方向に略配向一致させることで、耐遠心力と塗布した樹脂表面の平滑性を高めることができる。

本発明によれば、電気掃除機に搭載される整流子電動機の電機子コイル端部に発生する風損が低減され電動機効率が高められる。これにより、電気掃除機の吸込み力が向上できるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態を図１から図１２により説明する。

まず、電気掃除機の概要について図１２を引用して述べる。

電気掃除機は、電気掃除機本体２００、電気掃除機本体２００につながる吸い込みホース３００、吸い込みホース３００につながる延長管６００、延長管６００の先に接続する吸口体７００を有する。そして、延長管６００は、把手４００、操作パネル５００を有する。被掃除面の塵埃は、吸口体７００に吸い取られ、延長管６００、吸い込みホース３００を流れて電気掃除機本体２００に集塵される。

図１に模式的に示した電気掃除機本体の横断面図を引用して、電気掃除機本体２００内の空気の流れについて説明する。

ホース継ぎ手９１から流入した空気は、集塵室９０に入る。集塵室９０内にセットされる集塵手段として紙パック９２が示されているが、パックの素材は問わない。また、サイクロン方式の場合は、サイクロン室が紙パック９２の代わりに収まる。この紙パック９２で大部分の塵埃を取り除かれた空気は、さらにフィルター部９５を通過するが、ここで細かな塵埃も取り除かれる。その後、空気は電動機室９３に流入する。

電動送風機１００は、電動機室９３に防振ゴム９８を介して保持されており、制御回路部９７により整流子電動機に印加する電圧実効値を可変として電動送風機１００の運転状態を制御している。また、送風機入口９４から流入した空気は昇圧された後、送風機出口９９から排気される。

図２は本発明の実施の形態に係わる電気掃除機用電動送風機の半断面を示したものである。

電動送風機１００の電動機側は電動機ケース６０とエンドブラケット６２内に回転電機子２、固定子１により電動機を構成している。また、電動機の出力軸端に設けたファン５０を囲むようにディフューザ５１とケーシング６１を設ける構成としている。

一方、電動機の固定子１は電動機ケース６０内に固定子鉄心３と界磁巻線５とで構成し、界磁巻線５に電流を流すことにより主磁束が発生する。

固定子鉄心３と空隙を介して配置される回転電機子２は、シャフト４（回転軸）を備え、電動機ケース６０とエンドブラケット６２の軸中心に設けた軸受２１ａ、２１ｂで支承される。

整流子電動機の端子間に交流電圧を印加すると電流は固定子１の一方の界磁巻線５を介してブラシ装置３１ａ，３１ｂのカーボンブラシ３１に流れ、回転電機子２への電力の授受は対向配置した、もう一方のカーボンブラシ（図示せず）を介して行われる。

整流子３５への機械的な摺動接触による通電は、高速回転条件下でも安定給電できるように、カーボンブラシがブラシ加圧用ばね３２により整流子３５に付勢され、電機子コイル１０に整流現象に伴う電流が流れ、連続的なトルクを発生し、ファン５０の回転力を得ている。

電気掃除機２００の吸込み力の源となる気流は、図２の矢印の通り、ファン５０中央部分に設置したファン入口９４から流入し、ディフューザ５１を通り、電動機内部に到達する。電動機内部では、電動機ケース６０と界磁巻線５との間と、固定子１と回転電機子２との隙間の２方向に分かれて流入し、電動機発熱部を冷却しながらブラシ装置３０の側面を通り電動機外部へ排出される。気流の流れを、電機子コイル１０の端部に焦点を絞り、以下、詳しく説明する。

図３に本発明の実施の形態に係わる電気掃除機用電動送風機の半断面のＡ部拡大図を示す。

ファン５０からの気流の一部は、回転電機子２の端部に流入した際、図に示すように回転電機子２の端部のコイルエンド１０００に衝突する。また、回転電機子２は数万回転／分で回転しており、回転電機子２の端部近傍では、気流が渦巻いて２次流れを発生することで余分な風損が発生する。

本発明では、風損の発生機構に着目し、風損低減のためには電機子コイル１０端部のコイルエンド１０００のコイル凹凸を覆うように樹脂で滑らかな面で構成し、かつ、回転電機子２の半断面の外周面形状について放物曲線を描くように滑らかに傾斜するように構成されていることが必要不可欠であることを見いだした。

これより、気流は回転する回転電機子２への衝突を最小に抑え、電機子コイル１０のコイルエンド１０００の凹凸での２次流れ発生により気流が乱されることなく、スムーズに電動機外部に排出できるようになる。つまり、余分な風損発生を抑えることにより、整流子電動機の高効率化に寄与すると考えた。

図４に本発明の実施形態に係わる整流子電動機の電機子を示す。シャフト４（回転軸）には整流子３５と電機子鉄心７が設けられ、電機子鉄心７のスロット４２には電機子コイル１０が巻回され、各コイルの両端は整流子３５を構成する各整流子片に接続されている。

回転電機子２の回転軸に固定されるファン５０は整流子３５の反対側に置かれる。ファン５０が位置するコイルエンド１０００のコイル凹凸を覆うように樹脂で滑らかな面にする。整流子３５も同様に樹脂で滑らかに被覆することは可能である。

電機子コイル１０と、シャフト４（回転軸）との間には外径側に張り出した鍔体の樹脂移動抑制部材８０が設けられる。鍔体の樹脂移動抑制部材８０は、コイルエンド絶縁スペーサ２０００と一体に形成する。コイルエンド絶縁スペーサ２０００は、コイルエンド１０００と回転軸４、および電機子鉄心７の端面との間に介在される。

このコイルエンド絶縁スペーサ２０００で、電機子コイル１０、およびコイルエンド１０００と、シャフト４（回転軸）および電機子鉄心７相互の電気絶縁性を保っている。さらに電機子コイル１０のコイルエンド１０００には、巻線重なりによる凹凸を覆うように電気絶縁性樹脂を塗布して形成した絶縁皮膜７０を設ける。絶縁皮膜７０の回転軸４側が樹脂移動抑制部材８０の鍔体に接する。

すなわち、電機子鉄心７のスロット４２から両端側に露出する電機子コイル１０００のコイルエンド１０００は、回転電機子２に設けた回転軸４の外周部位（回転軸外周部位側）から電機子鉄心７の外周側部位（電機子鉄心外周部位側）にかけて存在する。そして、そのコイルエンド１０００の表面は前記電機子鉄心外周部位側から前記回転軸外周部位側に向かって径が小さく（径小化）なる傾斜面になっている。

このような回転軸に向かって径小化するコイルエンド１０００の傾斜面にある凹凸を覆うように電気絶縁性樹脂を塗布して形成した絶縁皮膜７０で被覆することにより、凹凸のない滑らかな面になる。

電気絶縁性樹脂の塗布では、回転軸４の外周部位（回転軸外周部位側）に設けた樹脂移動抑制部材８０の鍔体により、コイルエンド１０００の傾斜面を回転軸４側に向かって流れ移動する電気絶縁性樹脂を堰き止めることができる。

上記のように電機子コイル１０のコイルエンド１０００の外周面は、絶縁皮膜７０の被覆で滑らかな曲面で形成される。前述したように電機子スロット４２には電機子コイル１０が巻装されるが、巻線の重なり部のコイル凹凸（図示せず）により、回転電機子２の端部表面に段差を生じる。

本発明では、この段差が消失するように、電気絶縁性樹脂を電機子コイル１０に塗布した。つまり、電気絶縁性樹脂の絶縁皮膜７０が、電機子コイル１０を覆うように塗布してある。ここで、図４に示すように、電機子コイル１０のコイルエンド１０００の一部が確認されるが、これは電気絶縁性樹脂が透明または半透明なためで、電機子コイル１０のほとんどが電気絶縁性樹脂に覆われている。

次に、回転電機子２の断面構成を示す詳細図を用いて説明する。

図５に本発明の実施形態１に係わる電機子断面の詳細図を示す。

回転電機子２のコイルエンド１０００表面の平滑面化処理には樹脂塗布法を用いた。

電気絶縁性樹脂には、熱硬化性の性質を有する一液性のエポキシ樹脂を使用し、横に保った（水平）状態の回転電機子を数十回転／分でゆっくり回転させながら予熱を行い、電気絶縁性樹脂を電機子コイル１０のコイルエンド１０００に滴下することにより塗布していく。

これより、電気絶縁性樹脂は電機子コイル１０のコイルエンド１０００の隅々まで浸透し、電機子コイル１０のコイルエンド１０００の外径側（電機子鉄心外周部位側）から、樹脂移動抑制部材８０の鍔体のある内径側（回転軸外周部位側）へと塗布することにより平滑面を得る。また、樹脂移動抑制部材８０の鍔体が前述したようにエポキシ樹脂を塗布する際の回転電機子２から流れ出るのを堰止することにより、樹脂使用量を最小限に抑えつつ滑らかな曲面を有する電機子コイル１０の端部状態を得ることができる。流れ出たエポキシ樹脂が回転軸４の付着することも生じないので、拭き取り作業が不要になる。

また、図５中Ｂ部を拡大したものを同図下方に示す。以下、上記、効果を得るための構成を具体的に示す。

電機子コイル１０のコイルエンド１０００の中央部分の外表面と交差する点を接点とする接線と垂線方向の電気絶縁性樹脂の厚さを、同じく電機子コイル１０端部の内径部分および外径部分のすくなくとも一方の電気絶縁性樹脂の厚さより小さく設定することにより、上記、回転電機子２の端部の外周形状が放物曲線を描くように滑らかに傾斜していることを維持しつつ、電機子コイル１０のコイルエンド１０００の中央部分を効果的に冷却できるので、電機子コイル１０の冷却性能を確保することもできる。

ここで、電機子コイル１０のコイルエンド１０００の中央部分の絶縁皮膜７０の厚さは極力薄い方が、冷却性能を確保するうえで重要なことはいうまでもない。

電機子コイル１０のコイルエンド１０００の内径部分、中央部分および外径部分のコイルエンド１０００の外表面と交差する点を接点とする接線をそれぞれＬ１、Ｌ２、Ｌ３とし、これと垂線方向の電気絶縁性樹脂の厚さｘ，ｙ，ｚの大小関係を、（１）、（２）の関係のいずれか一方を満足すればよい。

ｙ＜ｘ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−（１）
ｙ＜ｚ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−（２）
ここで、電気絶縁性樹脂の絶縁皮膜７０の厚さｘおよびｚは、電機子鉄心７の最外径の大きさが変化すれば、当然、値は変化するが、上記（１）または（２）の条件が満足する限りにおいて、電機子鉄心７の外径が変わろうとも回転電機子２の半断面の外周面形状について放物曲線を描くように滑らかに傾斜する構成は維持できる。

また、図中Ｐｏｉｎｔ＿１は樹脂移動抑制部材８０の鍔体の頂点を示し、Ｐｏｉｎｔ＿２は電機子鉄心７の端面上の外径位置を示す。電気絶縁性樹脂の絶縁皮膜７０は、Ｐｏｉｎｔ＿１およびＰｏｉｎｔ＿２を通る滑らかな曲線とすることにより本発明の効果をさらに奏することができる。

以上より、風損低減を達成する電機子コイル１０のコイルエンド１０００の平滑面を得ることができる。さらに前述したように、コイルエンド絶縁スペーサ２０００に鍔状の突起部付きの樹脂移動抑制部材８０を設けることにより絶縁皮膜７０を形成する電気絶縁性樹脂の流れ出しを防止できる。これにより塗布する樹脂量を少なく設定することにより、回転電機子２の質量増加を抑制し、軸受損の増加を防ぎ、さらに電機子コイル１０のコイルエンド１０００の中央部分の絶縁皮膜７０の厚さを、内径部分または外径部分の少なくとも一方の絶縁皮膜７０の厚さより薄く設定することで、冷却性能を維持することにより温度上昇による銅損の増加を抑えることができる。

これより、軸受損や銅損など、他の電動機損失を増加させることなく風損の低減化が達成することができる。

図６に本発明に係わる樹脂移動抑制部材の詳細図を示す。

図６（ａ）に示すように樹脂移動抑制部材８０が設けられるコイルエンド絶縁スペーサ２０００は、回転電機子２のティース４３に沿うように形成された放射状のアーム部２１００を有する。このコイルエンド絶縁スペーサ２０００により、シャフト４（回転軸）と電機子コイル１０との電気絶縁性に加え、電機子鉄心７と電機子コイル１０のコイルエンド１０００との電気絶縁性も十分確保される。

図６（ｂ）は、（ａ）に示す樹脂移動抑制部材８０の鍔体と違う形状に変更させたタイプである。すなわち、（ａ）に示す樹脂移動抑制部材８０の鍔体は、電気絶縁性樹脂の流れを堰き止める堰き止面が円筒形状をしたコイルエンド絶縁スペーサ２０００の外周面から外周方向に直角に立つ形状になっている。これに対し、（ｂ）に示す樹脂移動抑制部材８０の鍔体は、電気絶縁性樹脂の流れを堰き止める堰き止面が外径側になるに従い電機子鉄心７から離間するように湾曲している。この湾曲させた形状により鍔体が少ない突起量でも樹脂移動を効果的に抑制できる利点があり、電動機の小形化に有効である。

また、（ｃ）は、電機子鉄心７とコイルエンド１０００との間に介在するアーム部２１００がない簡略化したタイプである。電動機の印加電圧が低い場合など、電気絶縁耐力に余裕のある場合に採用すれば良い。電動機仕様に応じ、電圧仕様も異なるので、樹脂移動抑制部材８０が設けられるコイルエンド絶縁スペーサ２０００のタイプを適宜選定すれば良い。

なお、樹脂移動抑制部材８０を設けるコイルエンド絶縁スペーサ２０００は、何れを選択しても電機子コイル１０のコイルエンド１０００を被覆する絶縁皮膜７０の平滑化の仕上がり状況には変わりなく、本発明の効果である風損の低減を達成することができる。

図７に本発明の実施形態２に係わる回転電機子断面の詳細図を示す。

本実施形態は、実施形態１をもとに作製した回転電機子のコイルエンド絶縁スペーサ２０００から樹脂移動抑制部材８０を除去したものである。コイルエンド絶縁スペーサ２０００の外周側に張り出した樹脂移動抑制部材８０の鍔体部分の切除は、機械加工で行う。本実施形態では、実施形態１に対し機械加工が追加となるが、鍔体を切り離すことにより、電機子コイル１０のコイルエンド１０００が気流と接する面積が拡大し、電機子コイル１０の温度上昇をさらに小さく抑えることができる効果がある。

図８に本発明の実施形態３に係わる回転電機子断面の詳細図を示す。

本実施形態は、樹脂移動抑制部材８０の鍔体をコイルエンド絶縁スペーサ２０００とは違う別の部材とし構成である。樹脂移動抑制部材８０は電気絶縁性樹脂を塗布から固化するまでの間だけ備えて置くことにより、電気絶縁性樹脂が回転電機子２の回転軸側に流れ出るのを防止できる。絶縁皮膜７０が硬化したら、樹脂移動抑制部材８０の鍔体を回転電機子２から除去する。この実施形態では、樹脂移動抑制部材８０は絶縁皮膜７０を形成する際の治具になる。

樹脂移動抑制部材８０が除去された絶縁皮膜７０の前面は、風損低減が効果的に行われる良好な平滑面を形成することができる。

また、この樹脂移動抑制部材８０には、電気絶縁性樹脂と接する面（電気絶縁性樹脂の流れを堰き止める堰き止面）に離型材を予め塗っておけば、電気絶縁性樹脂の絶縁皮膜７０から樹脂移動抑制部材８０を分離することが容易であり、切り離した際の回転電機子２の断面構成は図７に示した構成と同様とすることができ、電機子コイル１０の温度上昇幅を小さく抑えることに有効である。

図９に本発明の実施形態４に係わる電機子断面の詳細図を示す。

本実施形態は、実施形態３の樹脂移動抑制部材８０をシャフト４（回転軸）と一体としたものである。つまり、シャフト４（回転軸）外径を一部段付き構造（一部外径を径大にする）とし、電気絶縁性樹脂を塗布して固化するまでの間、気絶縁性樹脂が回転電機子２の回転軸側に流れ出るのを防止することができる。本実施形態では、シャフト４（回転軸）と鍔体８５とが一体で構成されているので、軸方向の寸法精度を高められる点で有効である。

図１０は、本発明の実施形態に係わる電気絶縁性樹脂のＳＥＭ像観察結果のイメージである。本実施形態でのフィラー７２としては、図１１（ａ）に示す、棒状のフィラー７２を用いてあるが、同図（ｂ）角柱状、（ｃ）板状のいずれも適用できる。

フィラー７２の断面の一辺は１００μｍの長さを有する細長い形状であり、その主成分は、高温でも変性しにくいＳｉＯなどのガラス成分とした。電気絶縁性樹脂のＳＥＭ観察結果より、フィラー７２は、その長手方向のほとんどが、回転電機子２の円周方向に配向一致していることがわかる。つまり、電気絶縁性樹脂で形成された絶縁皮膜７０にはフィラー７２の長手方向が回転電機子２の回転方向に沿うようにしフィラー７２は存在する。

この傾向は、任意の回転電機子２の径方向に垂直な断面において同様であることから、電気絶縁性樹脂が含有するフィラー７２は、その長手方向が回転電機子２の周方向に配向一致しており、かつ、継ぎ目なく樹脂基材７１の中に分散していることになる。フィラー７２は、いわば、はちまき状に分散されていることになり、これが電気絶縁性樹脂自体の耐遠心力を十分なものとしている。

また、フィラー７２の回転電機子２の周方向の配向は、言い換えれば、フィラー７２の先端部が電気絶縁性樹脂塗布層の表面をほとんど向いていないのに等しい。フィラー７２先端が塗布外周面に突出しないので、樹脂塗布したままで風損低減に有効な滑らかな表面状態とすることができるので、金型などの成型用部材を必要とせず、生産工程を増加させずに済む利点がある。

また、風損は流速の早い上流側（ファン側方向）に対面する回転電機子２の端部表面で主体的に発生することから、少なくともファン側に対向する電機子コイル１０の端面を塗布による平滑面化処理することで、本発明の効果を奏することができるが、ファン５０と反対側にも、この平滑面化処理を追加しても良い。

本発明の効果は、特に回転電機子２の速度が４０，０００ｒ／ｍｉｎ以上、本実施形態の整流子電動機は２極であるので回転周波数６６７Ｈｚ以上においてその効果をさらに発揮する。

本発明の実施形態に関わる電気掃除機本体の模式図。 本発明の実施形態に係わる電気掃除機用電動送風機の半断面図。 本発明の実施形態に係わるもので、図３のＡ部拡大図。 本発明の実施形態に係わる整流子電動機の回転電機子を示す斜視図。 本発明の実施形態１に係わるもので、回転電機子断面の詳細図。 本発明に実施形態係わるもので、コイルエンド絶縁スペーサ、および樹脂移動抑制部材の詳細図。 本発明の実施形態２に係わる回転電機子断面の詳細図。 本発明の実施形態３に係わる回転電機子断面の詳細図 本発明の実施形態４に係わる回転電機子断面の詳細図 本発明の実施形態に係わる電気絶縁性樹脂のＳＥＭ像観察結果のイメージ図。 本発明の実施形態に係わるフィラーの詳細図。 本発明の実施形態に係わる電気掃除機の概略図。

符号の説明

１…固定子
２…回転電機子
３…固定子鉄心
４…シャフト（回転軸）
５…界磁巻線
７…電機子鉄心
９…ボビン
１０…電機子コイル
２１ａ…反出力側軸受
２１ｂ…出力側軸受
３０ａ…ブラシ装置
３０ｂ…ブラシ装置
３１…カーボンブラシ
３２…ブラシ加圧用ばね
３５…整流子
４２…電機子スロット
４３…ティース
５０…ファン
５１…ディフューザ
６０…電動機ケース
６１…ファンケーシング
６２…エンドブラケット
７０…絶縁皮膜
７１…樹脂基材
７２…フィラー
８０…樹脂移動抑制部材の鍔体
８５…シャフト段付部
９０…集塵室
９１…ホース継ぎ手
９２…紙パック
９３…電動機室
９４…ファン入口
９５…フィルター部
９７…制御回路部
９８…防振ゴム
９９…ファン出口
１００…電動送風機
２００…電気掃除機
１０００…コイルエンド
２０００…コイルエンド絶縁スペーサ
２１００…放射状のアーム部

Claims (20)

1. 回転電機子の電機子鉄心と、前記電機子鉄心のスロットと、前記スロットに巻装する電機子コイルと、前記回転電機子に設けた回転軸の外周部位側（前記回転軸外周部位側）から前記電機子鉄心の外周部位側（前記電機子鉄心外周部位側）にかけて前記スロットから露出する前記電機子コイルのコイルエンドを有する整流子電動機を含む電動機において、
   前記電機子コイルのコイルエンドを覆うように電気絶縁性樹脂を塗布して形成する絶縁皮膜を有し、
   前記コイルエンドの前記回転軸外周部位側に、塗布する前記電気絶縁性樹脂の流れを抑制する樹脂移動抑制部材を設けたことを特徴とする電動機。
2. 回転電機子の電機子鉄心と、前記電機子鉄心のスロットと、前記スロットに巻装する電機子コイルと、前記回転電機子に設けた回転軸の外周部位側（前記回転軸外周部位側）から前記電機子鉄心の外周部位側（前記電機子鉄心外周部位側）にかけて前記スロットから露出する前記電機子コイルのコイルエンドと、前記コイルエンドと前記回転軸の間に介在するコイルエンド絶縁スペーサを有する整流子電動機を含む電動機において、
   前記電機子コイルのコイルエンドを覆うように電気絶縁性樹脂を塗布して形成する絶縁皮膜を有し、
   前記コイルエンド絶縁スペーサには、前記コイルエンドの前記回転軸外周部位側に、塗布する前記電気絶縁性樹脂の流れを抑制する樹脂移動抑制部材を設けたことを特徴とする電動機。
3. 請求項１または２記載の電動機において、
   前記樹脂移動抑制部材は前記回転軸の外径方向に立上がる鍔体であることを特徴とする電動機。
4. 請求項１または２記載の電動機において、
   前記絶縁皮膜の肉厚は、前記回転軸側から前記電機子鉄心の外周側に至る途中の厚みが回転軸側および／または電機子鉄心の外周側よりも薄いことを特徴とする電動機。
5. 請求項１または２記載の電動機において、
   前記絶縁皮膜の表面は前記回転軸側から前記電機子鉄心の外周側にかけて滑らか曲線で結ばれることを特徴とする電動機。
6. 請求項１または２記載の電動機において、
   前記絶縁皮膜の表面を形成する曲線の曲率が、前記コイルエンドの外表面を結ぶ曲線の曲率よりも小さいことを特徴とする電動機。
7. 請求項１〜６の何れかに記載された電動機において、
   前記樹脂移動抑制部材は、前記回転軸の一部外周を径大にして形成したことを特徴とする電動機。
8. 請求項１〜７の何れかに記載された電動機において、
   前記電気絶縁性樹脂の流れを抑制する前記樹脂移動抑制部材の堰き止面は、外径側になるに従い前記電機子鉄心から離間するように湾曲していることを特徴とする整流子電動機。
9. 請求項１〜８の何れかに記載された電動機において、
   前記電気絶縁性樹脂により、前記スロットに埋設した前記電機子コイル間および電機子コイルと前記スロット内壁面とを固着したことを特徴とする整流子電動機。
10. 回転電機子の電機子鉄心と、前記電機子鉄心のスロットと、前記スロットに巻装する電機子コイルと、前記回転電機子に設けた回転軸の外周部位（前記回転軸外周部位側）から前記電機子鉄心の外周側部位（前記電機子鉄心外周部位側）にかけて前記スロットから露出する前記電機子コイルのコイルエンドを有する整流子電動機を含む電動機において、
    前記電機子コイルのコイルエンドを覆うように細長いフィラー入りの電気絶縁性樹脂を塗布して形成する絶縁皮膜を有し、
    形成された絶縁皮膜には、前記フィラーはフィラーの長手方向が前記回転電機子の回転方向に沿うようして存在することを特徴とする電動機。
11. 請求項１０に記載の電動機において、
    前記コイルエンドの前記回転軸外周部位に、塗布する前記電気絶縁性樹脂の流れを抑制する樹脂移動抑制部材を設けたことを特徴とする電動機。
12. 請求項１０または１１に記載の電動機において、
    前記電気絶縁性樹脂は、一辺の長さが１００μｍの断面を有する円柱状、角柱状または板状の細長い形状のフィラーが重量比率において３０％から７０％含有する、熱硬化性のエポキシ系樹脂であることを特徴とする電動機。
13. 請求項１〜１２の何れかに記載の電動機において、
    前記電機子鉄心の両端側に存在する前記コイルエンドの少なくとも片側が前記絶縁皮膜に被覆されて滑らかな曲面をしていることを特徴とする電動機。
14. 請求項１〜１３の何れかに記載の電動機において、
    前記回転電機子の回転速度が、４０，０００ｒ／ｍｉｎ以上で駆動することを特徴とする電動機。
15. 請求項１〜１４の何れかに記載された電動機の回転軸にファンを設けたことを特徴とする電動送風機。
16. 請求項１５に記載の電動送風機において、
    前記回転電機子には、前記電機子鉄心を間にして前記絶縁皮膜が存在するところの反対側に整流子を設け、前記ファンを前記絶縁皮膜が存在する側に配置したことを特徴とする電動送風機。
17. 請求項１５または１６に記載された電動機を備えたことを特徴とする電気掃除機。
18. 回転電機子の電機子鉄心と、前記電機子鉄心のスロットと、前記スロットに巻装する電機子コイルと、前記回転電機子に設けた回転軸の外周部位（前記回転軸外周部位側）から前記電機子鉄心の外周側部位（前記電機子鉄心外周部位側）にかけて前記スロットから露出する前記電機子コイルのコイルエンドを有し、
    前記コイルエンドの周りに電気絶縁性樹脂を塗布して前記コイルエンドを被覆する絶縁皮膜を形成する整流子電動機を含む電動機の製造方法において、
    前記絶縁皮膜の形成に際し、塗布する前記電気絶縁性樹脂の流れを抑制するため前記コイルエンドの前記回転軸外周部位側に対応する位置に樹脂移動抑制部材を設け、
    前記電気絶縁性樹脂の塗布終了後に前記樹脂移動抑制部材を回転電機子から除去することを特徴とする電動機の製造方法。
19. 回転電機子の電機子鉄心と、前記電機子鉄心のスロットと、前記スロットに巻装する電機子コイルと、前記回転電機子に設けた回転軸の外周部位（前記回転軸外周部位側）から前記電機子鉄心の外周側部位（前記電機子鉄心外周部位側）にかけて前記スロットから露出する前記電機子コイルのコイルエンドと、前記コイルエンドと前記回転軸の間に介在するコイルエンド絶縁スペーサを有し、
    前記コイルエンドの周りに電気絶縁性樹脂を塗布して前記コイルエンドを被覆する絶縁皮膜を形成する整流子電動機を含む電動機の製造方法において、
    前記絶縁スペーサは、塗布する前記電気絶縁性樹脂の流れを抑制するために前記コイルエンドの前記回転軸外周部位に対応する位置に樹脂移動抑制部材を有し、
    前記電気絶縁性樹脂の塗布終了後に前記樹脂移動抑制部材を前記絶縁スペーサから切除することを特徴とする電動機の製造方法。
20. 回転電機子の電機子鉄心と、前記電機子鉄心のスロットと、前記スロットに巻装する電機子コイルと、前記回転電機子に設けた回転軸の外周部位（前記回転軸外周部位側）から前記電機子鉄心の外周側部位（前記電機子鉄心外周部位側）にかけて前記スロットから露出する前記電機子コイルのコイルエンドと、前記コイルエンドと前記回転軸の間に介在するコイルエンド絶縁スペーサを有し、
    前記コイルエンドの表面は前記電機子鉄心外周部位側から前記回転軸外周部位側に向かって径小化する傾斜面になっている整流子電動機を含む電動機において、
    前記電機子コイルのコイルエンドを覆うように電気絶縁性樹脂を塗布して形成する絶縁皮膜を有し、
    前記絶縁スペーサは、塗布する前記電気絶縁性樹脂の流れを抑制する樹脂移動抑制部材を前記コイルエンドの前記回転軸外周部位に対応する位置に有することを特徴とする電動機。

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