JP2013013259A - 電動機及びこれを用いた電気掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】大型化せずに高出力化を達成でき、しかも絶縁性能を保持できる電動機及びこれを用いた電気掃除機を提供する。
【解決手段】電動機は、固定子と当該固定子の内側に配置され回転軸３５周りに回転可能な電機子３２とを備えている。電機子３２は、電機子鉄心４０と、電機子鉄心４０に巻回される電機子巻線３６と、電機子鉄心４０の端面と電機子巻線３６とを絶縁するためのインシュレータ５０と、を有しており、電機子３２において、インシュレータ５０の電機子鉄心４０側の端面５８を含む軸方向におけるインシュレータ５０の厚さＤ領域の内部に、磁性体を含む補助鉄心６０が配置されている。
【選択図】図９

Description

本発明は、電動機及びこれを用いた電気掃除機に関する。

例えば電気掃除機に用いられる電動機は、一般に、電機子の回転軸（シャフト）の両端がそれぞれ軸受で支承され、電機子が固定子の内側で回転するように構成されている。この電機子は、回転軸に固定された電機子鉄心を備えており、電機子鉄心に電機子巻線が巻回されている。また、固定子は、電機子の周囲を取り囲むように配置される固定子鉄心を備えており、固定子鉄心に界磁巻線が巻回されている。

このような電機子や固定子には、鉄心と巻線との絶縁を確保するために、絶縁部材が設けられている（例えば、特許文献１〜５参照）。絶縁部材として、例えば、巻線が巻装されるスロットの内面と巻線とを絶縁するためのシート状絶縁体や、鉄心の端面と巻線とを絶縁するための絶縁端板が使用されている。

特開昭５０−５６５０４号公報 特開平６−１５３４３２号公報 特開平１０−２４８２１４号公報 特開平１０−２５７７２１号公報 特開平１−２８３０３７号公報

ところで、電気掃除機に用いられる電動機は、大型化させることなく高出力化を達成することが要望されている。具体的には、トルク発生のための磁束量を増加させつつ、よりコンパクトにした電動機が求められている。

しかしながら、磁束量を増加させるために巻線の巻数を増やしたり鉄心を大きくしたりすれば、電動機の軸方向寸法が増大する。一方、電動機の軸方向寸法の増大を抑えるために鉄心の端面に設けられる絶縁端板の厚さを薄くすれば、絶縁距離の確保が困難となる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、大型化せずに高出力化を達成でき、しかも絶縁性能を保持できる電動機及びこれを用いた電気掃除機を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、固定子と当該固定子の内側に配置され回転軸周りに回転可能な回転子とを備えた電動機であって、前記回転子及び前記固定子の少なくとも一方は、鉄心と、前記鉄心に巻回される巻線と、前記回転軸の軸心方向における前記鉄心の端面と前記巻線とを絶縁するためのインシュレータと、を有し、前記回転子及び前記固定子の少なくとも一方において、前記インシュレータの前記鉄心側の端面を含む前記軸心方向における前記インシュレータの厚さ領域の内部に、磁性体を含む補助鉄心を配置したことを特徴とする。

また、前記目的を達成するために、本発明は、前記電動機を備えることを特徴とする電気掃除機である。

本発明によれば、大型化せずに高出力化を達成でき、しかも絶縁性能を保持できる電動機及びこれを用いた電気掃除機を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る電気掃除機を模式的に示す断面図である。 図１の電気掃除機に搭載した電動送風機の断面図である。 電動機における電機子の斜視図である。 電機子鉄心を回転軸の軸心方向から見た図である。 電機子のインシュレータ及び補助鉄心の斜視図である。 （ａ）は電機子のインシュレータ及び補助鉄心を軸方向における電機子鉄心側から見た図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う拡大断面図である。 固定子鉄心を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は軸方向から見た図である。 固定子のインシュレータを示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は固定子鉄心と反対側の軸方向から見た図である。 電機子のインシュレータ及び補助鉄心周辺の回転軸に平行な平面で切断した断面図である。 （ａ）（ｂ）は変形例に係る電機子のインシュレータ及び補助鉄心を軸方向における電機子鉄心側から見た図である。 変形例に係る電機子のインシュレータ及び補助鉄心周辺の回転軸に平行な平面で切断した断面図である。 第２実施形態に係る電機子のインシュレータの斜視図である。 第２実施形態に係る固定子のインシュレータ及び補助鉄心の斜視図である。 （ａ）は第２実施形態に係る固定子のインシュレータ及び補助鉄心を軸方向における固定子鉄心側から見た図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う拡大断面図である。 （ａ）は電機子のインシュレータ及び補助鉄心のその他の斜視図である。（ｂ）は（ａ）の電機子のインシュレータ及び補助鉄心を軸方向における電機子鉄心側から見た図である。 （ａ）電機子のインシュレータ及び補助鉄心のその他の斜視図である。（ｂ）は（ａ）の電機子のインシュレータ及び補助鉄心を軸方向における電機子鉄心側から見た図である。

以下、本発明の実施形態について適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る電気掃除機を模式的に示す断面図である。なお、以下の説明における前後の方向は、図１に示す前後の方向を基準とする。

図１に示すように、電気掃除機１０は、ケースＣ内の前側に集塵室１２が区画されると共に、後側に電動送風機室１５が区画されている。この集塵室１２と電動送風機室１５とは、フィルタ部１４を介して連通している。

集塵室１２には、紙パック１３が収納されている。この紙パック１３の開口はホース継ぎ手１１側に位置するように配置されている。なお、図示しないが、ホース継ぎ手１１にはホースの一端が接続され、このホースの他端には、手元操作部、延長管及び吸口体がこの順番に接続される。

電動送風機室１５には、電動送風機２０が収納されている。この電動送風機２０は、その前側に形成された後記する送風機入口２１ａがフィルタ部１４側に向くように、そして、その後側に形成された後記する送風機出口２２ａが電動送風機室１５の後端側に向くように配置され、防振ゴム１７を介して電動送風機室１５内に懸架されている。

電気掃除機１０は、電動送風機２０が送風機入口２１ａから吸い込んだ空気を昇圧した後に送風機出口２２ａから排出する。この際、送風機出口２２ａから排出された空気は、ケースＣに形成された図示しない排気口からケースＣ外に排出される。

その一方で、電気掃除機１０は、電動送風機２０が空気を送風機入口２１ａから吸い込むことによって、塵埃を同伴する空気を、前記した吸口体（図示せず）等を介してホース継ぎ手１１側から集塵室１２内に吸引する。吸引された塵埃を同伴する空気は、紙パック１３内に導入される。そして、紙パック１３でろ過された空気は、フィルタ部１４を介して電動送風機２０の送風機入口２１ａから吸い込まれることとなる。この際、集塵室１２内に吸引された空気に同伴する塵埃の大部分は、紙パック１３で取り除かれると共に、フィルタ部１４を空気が通過することによって細かな塵埃も取り除かれる。

なお、本実施形態の電気掃除機１０では、紙パック１３を使用する方式について説明しているが、本発明はサイクロン方式のものであってもよい。ちなみに、サイクロン方式の電気掃除機は、集塵室１２に対応する部分にサイクロン室が形成されることとなる。

次に、電動送風機２０について説明する。
図２は、図１の電気掃除機に搭載した電動送風機の断面図である。図２に示すように、電動送風機２０は、前方に配置されるファンケーシング２１と後方に配置されるハウジング２２とが一体となって略円筒形状の外郭を形成すると共に、この外郭内に送風機構２３と後記する電動機３０とを備えて構成されている。

ファンケーシング２１は、その前側に、ファンケーシング２１内に空気を流入させる送風機入口２１ａを有しており、ハウジング２２は、ファンケーシング２１の送風機入口２１ａから吸入した空気を排出する送風機出口２２ａ（図２中、仮想線で示す）を有している。

送風機構２３は、遠心ファン２４とディフューザ２５とを備え、ファンケーシング２１内に格納されている。遠心ファン２４は、後記する電動機３０の回転軸３５にナット等の締結具で固定され、起動した電動機３０によって回転軸３５周りに回転するようになっている。ディフューザ２５は、遠心ファン２４の遠心方向に配置されたディフューザベーン２５ａと、このディフューザベーン２５ａの後方に、仕切板２５ｂを介して配置されたリターンガイドベーン２５ｃとで構成されている。

以上のような電動送風機２０では、電動機３０によって回転した遠心ファン２４は、送風機入口２１ａから吸い込んだ空気を昇圧して吸込気流を発生させ、ディフューザ２５は吸込気流をハウジング２２内の風路に導く。その後、吸込気流は、前記したように、送風機出口２２ａ（図１参照）を介して排出される。

次に、電動機３０について更に詳しく説明する。
図２に示すように、電動機３０は、固定子３１と、電機子（回転子）３２と、ブラシ３３とを備えて構成され、ハウジング２２内に格納されている。

固定子３１は、電機子３２の周囲を取り囲むように配置される固定子鉄心（鉄心）７０と、この固定子鉄心７０に巻回された界磁巻線（巻線）７１とを備えて構成されている。

電機子３２は、固定子３１の内側に前後方向に延びるように配置され、その両端を軸受３４で支承される回転軸３５と、この回転軸３５に取り付けられる電機子鉄心（鉄心）４０と、この電機子鉄心４０に巻回された電機子巻線（巻線）３６と、電機子巻線３６と電気的に接続されると共に回転軸３５の後部に取り付けられる整流子３７とを備えている。
なお、固定子鉄心７０の内周面と電機子鉄心４０の外周面とは、所定のギャップを有するように配置されている。

ブラシ３３は、ここでは整流子３７を挟むように一対設けられ、これらはハウジング２２の後部に取り付けられたブラシホルダ３８に保持されている。また、ブラシ３３は、回転軸３５と共に回転する整流子３７に対して摺接可能となっていると共に、固定子３１の界磁巻線７１と電気的に接続されている。電動機３０は、ここでは直巻式の整流子モータである。

この電動機３０においては、電動機３０の図示しない端子間に商用交流電圧が印加されると、電動機電流は、界磁巻線７１を介してブラシ３３に流れる。また、ブラシ３３と整流子３７との摺接によって電機子３２の電機子巻線３６に電流が流れる。この際、整流子３７の整流作用に基づいて固定子３１及び電機子３２にそれぞれ生起した磁束の相互作用によって、固定子３１の内側で電機子３２が電動機電流の大きさに応じた所定の回転速度及びトルクで回転する。

次に、電動機３０の電機子３２について更に詳しく説明する。
図３は、電動機における電機子の斜視図であり、図４は、電機子鉄心を回転軸の軸心方向（以下、「軸方向」ともいう）から見た図である。なお、図３中、説明の都合上、電機子巻線３６の記載は省略している。

図３に示すように、電機子３２は、略円柱状の外形を有する電機子鉄心４０と、略円柱状の外形を有する整流子３７とが、回転軸３５と同心になるように取り付けられて構成されている。また、電機子３２は、軸方向における電機子鉄心４０の端面に当接して配置されるインシュレータ５０を更に備えている。

図４に示すように、電機子鉄心４０は、平面形状が回転軸３５（図３参照）と同心の円となる円柱形状のコアバック部４１と、このコアバック部４１の外周に沿って放射状に複数延出したティース部４２とで構成されている。この電機子鉄心４０は、例えば、図４に示すような平面形状の電磁鋼板（ケイ素鋼板）を複数枚積層することによって形成されている。

コアバック部４１の中心には、回転軸３５（図３参照）の挿通孔４１ａが形成されている。この挿通孔４１ａの内径は、回転軸３５の外径よりもやや小さめに形成されており、この挿通孔４１ａに回転軸３５が圧入されることで、電機子鉄心４０は回転軸３５に固定される。

また、ティース部４２は、コアバック部４１から延出する延出部４２ａと、延出部４２ａの先端で電機子鉄心４０の外周面を形成する周面形成部４２ｂとで形成されている。

このような隣接するティース部４２同士の間に、スロット４３が形成されている。このスロット４３の内面には、図３に示すように、シート状絶縁体４４が配置され、電機子巻線３６（図２参照）は、このシート状絶縁体４４を介してティース部４２に巻回され、スロット４３内の前後方向に電機子巻線３６の束が延在することとなる。

なお、図３中、符号４５は、スロットクサビを示しており、電機子巻線３６（図２参照）がスロット４３内から飛び出さないようにするものである。また、図３には示されていないが、スロット４３内から延出する電機子巻線３６は、電機子鉄心４０の端面上にインシュレータ５０を介して配置されて、この端面上で盛り上がることとなる（図２参照）。

図３に示すように、整流子３７は、複数の短冊状の整流子片３７ａが回転軸３５の周りに等間隔に並ぶように配置されている。この整流子片３７ａには、電機子巻線３６（図２参照、以下同じ）の端部が電気的に接続されている。

インシュレータ５０は、前記したように電機子鉄心４０の端面上で盛り上がるように配置される電機子巻線３６と、電機子鉄心４０の端面とを絶縁するものである。

図３に示すように、電機子３２のインシュレータ５０は、電機子鉄心４０のコアバック部４１（図４参照）に当接してコアバック部４１と電機子巻線３６とを絶縁するコアバック絶縁部５１と、電機子鉄心４０のティース部４２（図４参照）に当接してティース部４２と電機子巻線３６とを絶縁するティース絶縁部５２と、回転軸３５の外周面に当接して回転軸３５と電機子巻線３６とを絶縁する回転軸絶縁部５３とを備えている。これらの絶縁部５１，５２，５３は、ここでは一体に成形されている。

図５は、電機子のインシュレータ及び補助鉄心の斜視図である。図６（ａ）は電機子のインシュレータ及び補助鉄心を軸方向における電機子鉄心側から見た図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）（後記の図１５（ｂ）及び図１６（ｂ）も同様）のＡ−Ａ線に沿う拡大断面図である。

図５に示すように、コアバック絶縁部５１は、電機子鉄心４０のコアバック部４１（図４参照）と略同じ平面形状を有する板体で形成されると共に、ティース絶縁部５２は、ティース部４２の延出部４２ａ（図４参照）と略同じ平面形状を有する板体で形成されており、コアバック絶縁部５１とティース絶縁部５２とは、一体となって歯車状に形成されている。また、回転軸絶縁部５３は、円筒状に形成されている。ここでは、回転軸絶縁部５３の内径は、コアバック部４１の挿通孔４１ａ（図４参照）の内径と同じに設定されている。

このようなインシュレータ５０の材質としては、剛性を有する絶縁材であれば特に制限はなく、例えば、絶縁性プラスチックが挙げられる。

第１実施形態では、電機子３２において、インシュレータ５０の電機子鉄心４０側の端面５８（図６（ｂ）参照）を含む軸方向におけるインシュレータ５０の厚さＤ領域（図６（ｂ）参照）の内部に、電機子巻線３６との絶縁距離を保持して磁性体を含む補助鉄心６０が配置されている。なお、インシュレータ５０の電機子鉄心４０と反対側の端面は、軸方向におけるインシュレータ５０の厚さＤ領域の内部には含まれない。つまり、補助鉄心６０は、インシュレータ５０の電機子鉄心４０と反対側の端面に露呈することはない。

補助鉄心６０は、ここでは、電機子鉄心４０とは異なる磁気特性を有する磁性体から構成されており、例えば冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）や、電気亜鉛めっき鋼板（ＳＥＣＣ）等の一般的な鋼板が使用されている。電機子鉄心４０の材料である電磁鋼板は鉄損が少なくエネルギ効率が良いが、一般に厚さが薄いため、補助鉄心６０の厚さを例えば１ｍｍにしたい場合には、複数枚の電磁鋼板を重ねて使用しなくてはならず、作業性（組立性）が悪くなる。そこで、ＳＰＣＣ等の鋼板一枚で補助鉄心６０を構成することにより、作業性の向上を図っている。

但し、補助鉄心６０として、電機子鉄心４０と同じ電磁鋼板が使用されてもよいことは言うまでもない。あるいは、補助鉄心６０として、例えば電機子鉄心４０よりも鉄損が少なく、飽和磁束密度・透磁率の大きい材料が使用されてもよい。このようにすれば、電動機３０の性能をより向上させることができる。

図６（ａ）に示すように、補助鉄心６０は、インシュレータ５０の電機子鉄心４０側の端面５８（図６（ｂ）参照）に形成された凹部５４内に配置されている。ここでは、補助鉄心６０は、インシュレータ５０にインサート成形（一体成形）により設けられる。このような構成によれば、補助鉄心６０付きのインシュレータ５０を一部品として容易に取り扱うことが可能となるため、電動機３０の組立性が向上する。

但し、凹部５４が形成されたインシュレータ５０と補助鉄心６０とを別体に構成して、電動機３０の製造時に組み付けるようにしてもよい。このような構成によれば、インサート成形を実施しなくてもよいため、金型に対する投資を低減できる。

インシュレータ５０の凹部５４は、コアバック絶縁部５１に形成された環状凹部５５と、ティース絶縁部５２に形成された複数の帯状凹部５６とから構成される。これに対応して、補助鉄心６０は、環状凹部５５内に配置される環状板部６１と、複数の帯状凹部５６内にそれぞれ配置され環状板部６１の外周面から外方に延出した複数の帯状板部６２とを備えている。このように構成すれば、帯状板部６２と環状板部６１とを介した連続した磁束流路を形成することができる。

補助鉄心６０の内面６３は、ここでは、電機子鉄心４０のコアバック部４１の挿通孔４１ａ（図４参照）の内径と同じ径に設定されている。また、補助鉄心６０の外面６４の径は、電機子鉄心４０の外周面を形成する周面形成部４２ｂ（図４参照）の外径と等しい。なお、ここでの「等しい」とは、全く等しい場合のほか、ほぼ等しい場合を含む概念として使用する。

図６（ｂ）に示すように、補助鉄心６０（６２）の電機子鉄心４０に対向する面は、インシュレータ５０の電機子鉄心４０側の端面５８と同一面上となるように設定されている。したがって、凹部５４（５６）内に補助鉄心６０が配置されたインシュレータ５０を電機子鉄心４０の軸方向の端面に当接させるときには、インシュレータ５０及び補助鉄心６０の双方が電機子鉄心４０の端面に接触する。

ここで、インシュレータ５０のスロット４３（図３参照）側に臨む部分には、略Ｕ字形状の壁部５７が形成される。この壁部５７は、凹部５４の内面と、コアバック絶縁部５１の外周面及びティース絶縁部５２の側面との間に規定される。このように、補助鉄心６０の、スロット４３（図３参照）側の側面と、電機子鉄心４０と反対側の端面とが、インシュレータ５０によって覆われる。これにより、補助鉄心６０と電機子巻線３６（図２参照）との間に、インシュレータ５０の一部が少なくとも絶縁性を保持できる厚さ分だけ介在することになる。

図７は、固定子鉄心を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は軸方向から見た図である。図８は、固定子のインシュレータを示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は固定子鉄心と反対側の軸方向から見た図である。

図７に示すように、固定子鉄心７０は、ヨーク部７２と、互いに対向する２つの磁極部７３とで構成されている。ヨーク部７２は、一部直線部分を含む円環状を呈しており、対向する２箇所の内側に磁極部７３が突出形成されている。磁極部７３は、電機子３２の外周に沿った円弧を備え、この円弧の中心近傍でヨーク部７２に結合されている。固定子鉄心７０は、図７（ｂ）に示すような平面形状の電磁鋼板（ケイ素鋼板）を複数枚積層することによって形成されている。

そして、この固定子鉄心７０の磁極部７３に、シート状絶縁体（図示せず）を介して界磁巻線７１（図２参照）が巻回される。磁極部７３とヨーク部７２との間にスロット７４が形成されており、このスロット７４内の前後方向に界磁巻線７１の束が延在することになる。

また、図２に示すように、固定子３１は、軸方向における固定子鉄心７０の端面に当接して配置されるインシュレータ８０を更に備えている。インシュレータ８０は、固定子鉄心７０の端面上で盛り上がるように配置される界磁巻線７１と、固定子鉄心７０の端面とを絶縁するものである。

図７及び図８に示すように、固定子３１のインシュレータ８０は、固定子鉄心７０のヨーク部７２に当接してヨーク部７２と界磁巻線７１とを絶縁するヨーク絶縁部８１と、固定子鉄心７０の磁極部７３に当接して磁極部７３と界磁巻線７１とを絶縁する磁極絶縁部８２と、界磁巻線７１の回転軸３５の軸心に臨む側と軸方向端部側とを位置決めする規制部８３とを備えている。インシュレータ８０の材質としては、剛性を有する絶縁材であれば特に制限はなく、例えば、絶縁性プラスチックが挙げられる。

次に、図９を参照して、第１実施形態に係る電動機の作用効果について説明する。
図９は、電機子のインシュレータ及び補助鉄心周辺の回転軸に平行な平面で切断した断面図である。

図９中、符号４１ｂはコアバック部４１の外縁角部、符号４４はシート状絶縁体、符号５１はコアバック絶縁部、符号５２はティース絶縁部、符号５３は回転軸絶縁部を示す。なお、図９中、電機子巻線３６の数は、現実の数を示すものではなく、模式的に描かれている。

図９に示すように、この電動機３０（図２参照）の電機子３２においては、電機子鉄心４０のティース部４２に巻回された電機子巻線３６は、スロット４３内に充填されると共に、スロット４３から延出して電機子鉄心４０の端面上で盛り上がる。この盛り上がった電機子巻線３６は、軸受３４寄りに所定の高さｈでコイルエンドを規定する。

このような電機子３２においては、シート状絶縁体４４がスロット４３の内壁と電機子巻線３６とを絶縁する。また、電機子鉄心４０の端面に配置されたインシュレータ５０が、スロット４３から延出して電機子鉄心４０の端面上で盛り上がった電機子巻線３６と、回転軸３５及び電機子鉄心４０とを絶縁する。

ここで、コアバック部４１の外縁角部４１ｂにおいて、コアバック部４１と電機子巻線３６との間に絶縁距離（沿面距離）Ｌ１が確保される。また、ティース部４２の側縁角部４２ｃ（図６（ｂ）参照）においても、ティース部４２と電機子巻線３６との間に絶縁距離（沿面距離）Ｌ１が確保される。なお、軸受３４と電機子巻線３６のコイルエンドとの間には絶縁距離（空間距離）Ｌ２が確保される。

前記したように、第１実施形態では、電機子３２において、インシュレータ５０の電機子鉄心４０側の端面５８を含む軸方向におけるインシュレータ５０の厚さＤ領域の内部に、磁性体を含む補助鉄心６０が配置されている。

このような第１実施形態によれば、電機子３２のインシュレータ５０に設けられた補助鉄心６０の存在によって、より多くの磁束を集めることができる。これにより、電機子３２においてトルク発生に寄与する磁束量を増加させることが可能となり、電動機３０の回転トルクを向上させることができる。しかも、補助鉄心６０をインシュレータ５０の厚さＤ領域の内部に配置して回転トルクの向上を図っているため、電動機３０の軸方向寸法の増大を抑えることができる。

また、補助鉄心６０をインシュレータ５０の厚さＤ領域の内部に配置して絶縁性を担保しているため、コアバック部４１の外縁角部４１ｂやティース部４２の側縁角部４２ｃ（図６（ｂ）参照）においても、インシュレータ５０の厚さＤと同じ寸法の絶縁距離Ｌ１を維持することができる。

すなわち、第１実施形態によれば、大型化せずに高出力化を達成でき、しかも絶縁性能を保持できる電動機及びこれを用いた電気掃除機を提供することができる。

更に、補助鉄心６０にも磁束が通るため、全体として磁束密度の平準化（緩和）が図られる。これにより、鉄損を低減できるため、エネルギ効率を向上させることができる。また、相対的に電機子巻線３６の巻数を減らして、より太い巻線にすることができる。これにより、銅損を低減できるため、エネルギ効率を向上させることができる。

図１０（ａ）（ｂ）は、変形例に係る電機子のインシュレータ及び補助鉄心を軸方向における電機子鉄心側から見た図である。すなわち、電機子の補助鉄心は、図６（ａ）に示す平面形状に限定されるものではなく、その一部から構成されていてもよい。

図１０（ａ）に示す変形例において、インシュレータ５０ａの電機子鉄心４０（図３参照）側の端面には、主としてティース絶縁部５２ａに複数の帯状凹部５６ａが形成されており、これに対応して、補助鉄心６０ａは、複数の帯状凹部５６ａ内にそれぞれ配置される複数の帯状板部６２ａを備えている。この帯状板部６２ａの長さは適宜変更でき、例えば、内径側の端面がコアバック部４１の挿通孔４１ａ（図４参照）の内径と同じ位置に設定されてもよい。なお、図１０（ａ）中、符号５１ａはコアバック絶縁部を示す。

また、図１０（ｂ）に示す変形例において、インシュレータ５０ｂの電機子鉄心４０（図３参照）側の端面には、コアバック絶縁部５１ｂに環状凹部５５ｂが形成されており、これに対応して、補助鉄心６０ｂは、環状凹部５５ｂに配置される環状板部６１ｂを備えている。なお、図１０（ｂ）中、符号５２ｂはティース絶縁部を示す。
このような図１０（ａ）（ｂ）に示す変形例によっても、前記したインシュレータ５０及び補助鉄心６０と同種の作用効果を奏することができる。

図１１は、変形例に係る電機子のインシュレータ及び補助鉄心周辺の回転軸に平行な平面で切断した断面図である。図１１に示す変形例のインシュレータ５０ｃは、図９に示すインシュレータ５０とは、コアバック絶縁部５１ｃとティース絶縁部５２ｃとが一体に形成されている点では同様であるが、コアバック絶縁部５１ｃと回転軸絶縁部５３ｃとが別体で構成されて組み合わせられている点で相違している。そして、この変形例の補助鉄心６０ｃの内面６３ａの径は、コアバック絶縁部５１ｃの内径よりも大きく設定されている。これにより、コアバック部４１の外縁角部４１ｂにおいて、インシュレータ５０ｃの厚さＤと同じ寸法の絶縁距離Ｌ１を確保することができる。このような図１１に示す変形例によっても、前記したインシュレータ５０及び補助鉄心６０と同種の作用効果を奏することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第１実施形態と同様の構成及び作用は、この第２実施形態に取り込まれるものとして詳細な説明を省略し、相違する点について主に説明する。

図１２は、第２実施形態に係る電機子のインシュレータの斜視図である。図１３は、第２実施形態に係る固定子のインシュレータ及び補助鉄心の斜視図である。図１４（ａ）は第２実施形態に係る固定子のインシュレータ及び補助鉄心を軸方向における固定子鉄心側から見た図であり、図１４（ｂ）は図１４（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う拡大断面図である。

図１２に示すように、第２実施形態の電機子のインシュレータ５０ｄは、第１実施形態と同様な、コアバック絶縁部５１ｂ、ティース絶縁部５２ｂ、及び回転軸絶縁部５３ｂを備え、一体に成形されている。但し、第２実施形態の電機子には補助鉄心６０が設けられておらず、したがって、インシュレータ５０ｄには補助鉄心６０を配置するための凹部５４が形成されていない点で、第１実施形態と相違している。

また、図１３及び図１４に示すように、第２実施形態の固定子のインシュレータ８０ａは、第１実施形態と同様な、ヨーク絶縁部８１ａ、磁極絶縁部８２ａ、及び規制部８３ａを備えている。但し、第２実施形態の固定子においては、インシュレータ８０ａの固定子鉄心７０（図２参照）側の端面８４（図１４（ｂ）参照）を含む軸方向におけるインシュレータ８０ａの厚さＤａ領域（図１４（ｂ）参照）の内部に、界磁巻線７１との絶縁距離を保持して磁性体を含む補助鉄心９０が配置されている点で、第１実施形態と相違している。補助鉄心９０の材質は補助鉄心６０と同様である。

図１４（ａ）に示すように、補助鉄心９０は、インシュレータ８０ａの固定子鉄心７０側の端面８４（図１４（ｂ）参照）に形成された凹部８５内に配置されている。ここでは、補助鉄心９０は、インシュレータ８０ａにインサート成形（一体成形）により設けられる。但し、凹部８５が形成されたインシュレータ８０ａと補助鉄心９０とを別体に構成して、電動機の製造時に組み付けるようにしてもよい。

凹部８５は、ヨーク絶縁部８１ａの内側、及び磁極絶縁部８２ａのスロット７４に臨む側に、壁部８６を残して他の部分が除去されるようにして、インシュレータ８０ａの端面８４に形成されている。そして、補助鉄心９０の外形形状は、固定子鉄心７０の平面形状（図７（ｂ）参照）に対して、インシュレータ８０ａの壁部８６に対応する部分が除去された形状に形成されている。つまり、固定子の補助鉄心９０の磁極部内径は、固定子鉄心７０の磁極部内径と等しい。なお、ここでの「等しい」とは、全く等しい場合のほか、ほぼ等しい場合を含む概念として使用する。

なお、補助鉄心９０は、図１４（ａ）に示す平面形状に限定されるものではなく、その一部から構成されていてもよい。例えば、補助鉄心９０は、ヨーク絶縁部８１ａのみに配置される環状の板部材若しくは磁極部７３に対応する位置で分割された一対のアーチ状の板部材であってもよく、あるいは磁極絶縁部８２ａのみに配置される略矩形状の板部材であってもよい。

図１４（ｂ）に示すように、補助鉄心９０の固定子鉄心７０に対向する面は、インシュレータ８０ａの固定子鉄心７０側の端面８４と同一面上となるように設定されている。したがって、凹部８５内に補助鉄心９０が配置されたインシュレータ８０ａを固定子鉄心７０の軸方向の端面に当接させるときには、インシュレータ８０ａ及び補助鉄心９０の双方が固定子鉄心７０の端面に接触する。

ここで、インシュレータ８０ａの壁部８６は、凹部８５の内面と、ヨーク絶縁部８１ａの内側面及び磁極絶縁部８２ａのスロット７４（図７参照）に臨む側面との間に規定される。このように、補助鉄心９０のスロット７４側の側面がインシュレータ５０によって覆われる。これにより、補助鉄心９０と界磁巻線７１（図２参照）との間に、インシュレータ８０ａの一部が少なくとも絶縁性を保持できる厚さ分だけ介在することになる。

このような固定子においては、シート状絶縁体７５（図１４（ｂ）参照）がスロット７４（図７参照）の内壁と界磁巻線７１（図２参照）とを絶縁する。また、固定子鉄心７０の端面に配置されたインシュレータ８０ａが、スロット７４から延出して固定子鉄心７０の端面上で盛り上がった界磁巻線７１と固定子鉄心７０とを絶縁する。

ここで、磁極部７３の側縁角部７３ａ（図１４（ｂ）参照）において、磁極部７３と界磁巻線７１との間に絶縁距離（沿面距離）Ｌ１が確保される。なお、磁極絶縁部８２ａの中央部には切欠き部８４ａが形成されており、この切欠き部８４ａにおいて補助鉄心９０が外部に露呈されている。しかし、補助鉄心９０の露呈箇所は、電機子巻線３６よりも比較的太い界磁巻線７１が側縁角部７３ａ付近の２箇所の屈曲点の中央に位置しているため、絶縁距離としての空間距離が十分確保されている。

前記したように、第２実施形態では、固定子において、インシュレータ８０ａの固定子鉄心７０側の端面８４を含む軸方向におけるインシュレータ８０ａの厚さＤａ領域の内部に、磁性体を含む補助鉄心９０が配置されている。

このような第２実施形態によれば、固定子のインシュレータ８０ａに設けられた補助鉄心９０の存在によって、より多くの磁束を集めることができる。これにより、固定子においてトルク発生に寄与する磁束量を増加させることが可能となり、電動機３０の回転トルクを向上させることができる。しかも、補助鉄心９０をインシュレータ８０ａの厚さＤａ領域の内部に配置して回転トルクの向上を図っているため、電動機３０の軸方向寸法の増大を抑えることができる。

また、補助鉄心９０をインシュレータ８０ａの厚さＤａ領域の内部に配置して絶縁性を担保しているため、磁極部７３の側縁角部７３ａ（図１４（ｂ）参照）においても、インシュレータ８０ａの厚さＤａと同じ寸法の絶縁距離Ｌ１を維持することができる。

すなわち、第２実施形態によれば、大型化せずに高出力化を達成でき、しかも絶縁性能を保持できる電動機及びこれを用いた電気掃除機を提供することができる。

更に、補助鉄心９０にも磁束が通るため、全体として磁束密度の平準化（緩和）が図られる。これにより、鉄損を低減できるため、エネルギ効率を向上させることができる。また、相対的に界磁巻線７１の巻数を減らして、より太い巻線にすることができる。これにより、銅損を低減できるため、エネルギ効率を向上させることができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第１実施形態及び第２実施形態と同様の構成及び作用は、この第３実施形態に取り込まれるものとして詳細な説明を省略し、相違する点について主に説明する。

第３実施形態に係る電動機は、第１実施形態に係る電機子と、第２実施形態に係る固定子とを備えて構成されている。すなわち、第３実施形態の電機子においては、図５及び図６に示すように、インシュレータ５０の電機子鉄心４０側の端面５８を含む軸方向におけるインシュレータ５０の厚さＤ領域の内部に、磁性体を含む補助鉄心６０が配置されている。また、第３実施形態の固定子においては、図１３及び図１４に示すように、インシュレータ８０ａの固定子鉄心７０側の端面８４を含む軸方向におけるインシュレータ８０ａの厚さＤａ領域の内部に、磁性体を含む補助鉄心９０が配置されている。

このような第３実施形態によれば、電機子３２のインシュレータ５０に設けられた補助鉄心６０の存在によって、より多くの磁束を集めることができ、電機子３２においてトルク発生に寄与する磁束量を増加させることが可能となる。さらに、固定子のインシュレータ８０ａに設けられた補助鉄心９０の存在によって、より多くの磁束を集めることができ、固定子においてトルク発生に寄与する磁束量を増加させることが可能となる。このように固定子及び電機子の双方において増加した磁束の相互作用によって、電動機３０の回転トルクをより向上させることができる。しかも、補助鉄心６０，９０をインシュレータ５０，８０ａの厚さＤ，Ｄａ領域の内部にそれぞれ配置して回転トルクの向上を図っているため、電動機３０の軸方向寸法の増大を抑えることができる。

また、補助鉄心６０，９０をインシュレータ５０，８０ａの厚さＤ，Ｄａ領域の内部にそれぞれ配置して絶縁性を担保しているため、コアバック部４１の外縁角部４１ｂ、ティース部４２の側縁角部４２ｃ（図６（ｂ）参照）、及び磁極部７３の側縁角部７３ａ（図１４（ｂ）参照）においても、インシュレータ５０，８０ａの厚さＤ，Ｄａと同じ寸法の絶縁距離Ｌ１をそれぞれ維持することができる。

すなわち、第３実施形態によれば、大型化せずに高出力化を達成でき、しかも絶縁性能を保持できる電動機及びこれを用いた電気掃除機を提供することができる。

更に、補助鉄心６０，９０にもそれぞれ磁束が通るため、全体として磁束密度の平準化（緩和）が図られる。これにより、鉄損を低減できるため、エネルギ効率を向上させることができる。また、相対的に電機子巻線３６及び界磁巻線７１の巻数を減らして、より太い巻線にすることができる。これにより、銅損を低減できるため、エネルギ効率を向上させることができる。

なお、電動機３０に商用交流電圧が印加されると、固定子は商用周波数で磁束が変化する一方、電機子は高周波で磁束が変化する。したがって、固定子は電機子と比較すれば鉄損が少なくて済むので、固定子の補助鉄心９０にはＳＰＣＣ等の一般的な鋼板を使用し、電機子の補助鉄心６０には低鉄損の電磁鋼板を使用するように構成してもよい。

以上、本発明について、実施形態に基づいて説明したが、本発明は、前記実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、実施形態に記載した構成を適宜組み合わせ乃至選択することを含め、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

例えば、前記実施形態では、電動機３０が直巻式の整流子モータである場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、鉄心と、鉄心に巻回される巻線と、鉄心の端面と巻線とを絶縁するためのインシュレータとを有する各種の電動機に適用可能である。すなわち、本発明の補助鉄心は、固定子若しくは回転子のいずれか一方、あるいは固定子及び回転子の両方に適用可能である。なお、本発明の補助鉄心が固定子若しくは回転子のいずれか一方に適用される場合、補助鉄心が適用されない方は、鉄心と巻線に代えて永久磁石を備える構成であってもよい。

また、前記実施形態では、補助鉄心６０の電機子鉄心４０に対向する面は、電機子鉄心４０側に露呈しているが、必ずしもこの構成に限定されるものではなく、インシュレータ５０によって覆われるように構成されてもよい。さらに、前記実施形態では、補助鉄心９０の固定子鉄心７０に対向する面は、固定子鉄心７０側に露呈しているが、必ずしもこの構成に限定されるものではなく、インシュレータ８０ａによって覆われるように構成されてもよい。

また、前記実施形態では、電動機３０の回転軸３５が前後方向に延在するように配置されているが、回転軸３５の延在方向はこれに限定されず、上下又は左右であってもよいし、前後方向に対して所定の角度で傾斜していてもよい。
また、図５などに示すように補助鉄心６０はインシュレータ５０と略同一面となるように設けられているがこの限りではない。
図１５に示すように補助鉄心６０がインシュレータ５０内部に設けられていても良いし、図１６に示すように補助鉄心６０がインシュレータ５０から飛び出すように設けられていても良い。補助鉄心６０がインシュレータ５０内部に設けられている場合は、前記した実施形態による効果に加え、補助鉄心６０を保持し易いという効果を奏する。また、補助鉄心６０がインシュレータ５０から飛び出すように設けられている場合は、前記した実施形態による効果に加え、先端部(最外周)が巻線と距離が離れているため絶縁材で覆う必要がなく、材料が少なくすむという効果を奏する。

また、前記実施形態では、電気掃除機１０に使用する電動機３０について説明したが、本発明は、洗濯乾燥機、エアコンディショナ、冷蔵庫、扇風機、電動工具等の他の家電製品に使用する電動機や、エレベータ、エスカレータ等の設備機器に使用する電動機、電気自動車、電車等の車両に使用する電動機に適用することができる。

１０ 電気掃除機
３０ 電動機
３１ 固定子
３２ 電機子
３５ 回転軸
３６ 電機子巻線
４０ 電機子鉄心
５０，５０ａ〜５０ｄ インシュレータ
５４ 凹部
５８ 端面
６０，６０ａ〜６０ｃ 補助鉄心
６１ 環状板部
６２ 帯状板部
７０ 固定子鉄心
７１ 界磁巻線
８０，８０ａ インシュレータ
８４ 端面
８５ 凹部
９０ 補助鉄心
Ｌ１ 絶縁距離

Claims (9)

1. 固定子と当該固定子の内側に配置され回転軸周りに回転可能な回転子とを備えた電動機であって、
   前記回転子及び前記固定子の少なくとも一方は、鉄心と、前記鉄心に巻回される巻線と、前記回転軸の軸心方向における前記鉄心の端面と前記巻線とを絶縁するためのインシュレータと、を有し、
   前記回転子及び前記固定子の少なくとも一方において、前記インシュレータの前記鉄心側の端面を含む前記軸心方向における前記インシュレータの厚さ領域の内部に、磁性体を含む補助鉄心を配置したことを特徴とする電動機。
2. 前記補助鉄心は、前記インシュレータの前記鉄心との当接面に形成された凹部内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
3. 前記補助鉄心は、前記インシュレータに一体成形により設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
4. 前記補助鉄心は、前記鉄心とは異なる磁気特性を有する磁性体から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
5. 前記回転子のインシュレータに配置される前記補助鉄心は、環状板部と、当該環状板部の外周面から外方に延出した複数の帯状板部とを有することを特徴とする請求項１に記載の電動機。
6. 前記回転子の補助鉄心の外径は、回転子鉄心の外径と等しいことを特徴とする請求項１に記載の電動機。
7. 前記固定子の補助鉄心の磁極部内径は、固定子鉄心の磁極部内径と等しいことを特徴とする請求項１に記載の電動機。
8. 前記回転子の補助鉄心の外径は、回転子鉄心の外径と等しく、前記固定子の補助鉄心の磁極部内径は、固定子鉄心の磁極部内径と等しいことを特徴とする請求項１に記載の電動機。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の電動機を備えることを特徴とする電気掃除機。

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