JP4915154B2 - 整流子電動機 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、掃除機等に具備される整流子電動機の電機子に係るものである。

近年環境対応の一環として省エネルギーのための電動機の高効率化は必須の課題であり、整流子電動機においてもそのメインパーツである電機子などにおける損失低減は常なる課題として追及されて来ている。

損失低減方法としてひとつは銅損低減があげられ、電機子巻線においても太線化による銅損低減が追及されてきている。太線化の追及の中で大きな課題となるのは、電機子スロット内における巻線占積率の向上である。特に電機子の構成部品として、スロット内コイルの回転時における保持とコイルとコア間の絶縁距離確保を目的としたウェッジの存在は、図７に示すようにスロット内における占積率向上を阻害する最大要因となっている。その解決方法としては、ウェッジをヘの字に折り曲げて設置場所としてスロットオープン部スペースを利用することで、巻線可能なスロットエリアを増加させる方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。またスロットオープン部コアにウェッジ設置場所を設けて、巻線可能なスロットエリアを確保する方法も開示されている（例えば、特許文献３参照）。

損失低減方法のひとつとしてモータ回転における機械的損失低減も追及されており、樹脂成形物にて回転物である電機子のコア外径に形成されているスロットオープン凹部を埋めることで、回転時のロスを改善する例が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
特開平１１−１８７６０１号公報 特開平１１−８９１５０号公報 特開２００２−３３０５６４号公報

しかしながら、特許文献１に示されたようなヘの字形状でのウェッジの装着は、その挿入位置を維持するウェッジ側面部のコアとの掛かり合いが不安定となり、下に存在するコイルの状況によりウェッジ側面部の掛かり合いが外れて挿入位置がずれることで、必要機能であるコアとコイルとの絶縁距離確保が困難となる可能性がある。安定性を求めるためにウェッジ厚みを増すと、折り曲げが困難になるとともに本来の目的となる巻線可能なスロットエリアの拡大も困難となる。

また特許文献３に示されるようなウェッジ設置場所の確保は、前記ウェッジ挿入位置維持の安定性の改善にはなるが、巻線状況が影響してスロットオープン部近辺のスロット絶縁物端部位置は通常不安定であり、本来ウェッジ側面部とスロット絶縁物端部との掛かり合いによって形成できるコアに対する絶縁距離確保という機能が非常に困難となる。機能確保のためスロット絶縁物端部を延長させていくと、巻線時にスロットオープンを遮蔽する障害物となり、巻線品質上の安定性を欠くことになる。

一方、特許文献２に示されたような回転ロスを改善する樹脂成形物の存在は、前記で追及してきたような巻線可能なスロットエリア拡大での巻線占積率向上という取り組みにとっては大きな障害物となってしまう。

本願発明は、掃除機用電動機など小型整流子電動機の電機子において銅損低減できるよ
うに巻線可能なスロットエリアを拡大し、かつ回転時の機械損低減をはかるウェッジ形状を提供することで、高効率の整流子電動機を実現することを目的としている。

上記課題を解決するために、本願の請求項１に係る発明によれば、電機子積層コアと、前記電機子積層コアの外周部に配置された複数のティースと、前記ティース間に形成される複数のスロットと、前記電機子積層コアの軸方向両面およびスロットに配置された絶縁部材と、前記絶縁部材を介して前記ティースに直に巻装されたコイルとからなる整流子電動機の電機子において、前記複数のスロットのスロットオープン部に、コアとコイル間の絶縁を確保するウェッジとして、薄肉絶縁材を略山形に折り曲げ成形し、折り曲げ両端を略山形の底辺部にしてスロットのコイル側に、略山形の山頂部をスロットオープン部側に配置して装着し、前記折り曲げ両端は折り曲げ点を中心にして弾性をもってコイルを押す
ようにしたことを特徴とする整流子電動機の電機子であり、薄肉形状によりスロット内での占有面積を極めて少なくしながらコイル状況に適応した装着性を提供することができる。

また請求項２に係る発明によれば、前記略山形のウェッジの山頂部を、スロットオープン部形状に適応してかつ前記電機子コア外周面と合致する凸形状としたことを特徴とする請求項１に記載の整流子電動機の電機子であり、薄肉形状でありながらスロットオープン凹部を埋める機能を提供することができる。

また請求項３に係る発明によれば、請求項１または２に記載の電機子を搭載したことを特徴とする整流子電動機であり、銅損および機械損を低減した電機子を提供することができる。

本願発明により、拡大された巻線可能なスロットエリアへの太線巻線により銅損低減が実現し、かつ電機子コア外径のスロットオープン凹部を埋めるウェッジ形状で回転時の機械損低減が実現することで、高効率の整流子電動機を実現することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。

図７は、従来の標準的なウェッジ２２の挿入状態を示す電機子の部分断面図である。ウェッジ２２の動きは、逆ゾリをかけられていることとウェッジ厚みがあることにより、ティース１２間にて固定されている。しかし、巻線可能なスロットエリアを大きく占有している状況となっている。

図８は、従来のヘの字の折り曲げを加えたウェッジ２２の挿入状態を示す電機子の部分断面図である。また図９は、この様式のウェッジに発生する不良形態で、ウェッジ２２の側面が規定位置を外れてスロット内に落ち込んだ状況を示す。この対処法としては、ウェッジ厚みを厚くすることでティース１２との掛かり合いを強化する以外にない。結果として、ヘの字の折り曲げも困難になるとともに巻線可能なスロットエリアを侵食していくことになる。

図１０は、樹脂成形のスロットオープン埋め込みタイプの従来例を示す。前記の従来例同様、巻線可能なスロットエリアを大きく占有している状況となってしまい、機械損低減の効果は得られても銅損低減のためには阻害要因となってしまう。

図１１は、スロットオープン部１３にウェッジ装着部を設けた従来例を示す。この様式の構造に発生する絶縁距離不良形態として、ウェッジ側面２２１とスロット絶縁物端部２１１が遊離することで電機子コア１１とコイル３０間の絶縁距離不良となったしまう可能性がある。絶縁構造は、ウェッジ側面２２１とスロット絶縁物端部２１１が密着してウェッジ２２とスロット絶縁物２１による閉鎖領域が確保されることにより成り立つ。この閉鎖領域の維持機能が、ウェッジには必要となる。

図１は、本発明の実施例を示す整流子電動機の電機子の部分断面図である。ティース１２間に形成されたスロットに装着されたスロット絶縁紙２１を介してコイル３０がスロット内に巻装されている。ウェッジ２２は、薄肉絶縁材を略山形に折り曲げ成形し、折り曲げ部２２１両端を略山形の底辺部にしてスロット内のコイル３０側に、略山形の山頂部２２２をスロットオープン部１３側に配置して装着されており、略山形のウェッジ２２の山頂部２２２は、スロットオープン部１３形状に適応してかつ前記電機子コア１１の外周面と合致する凸形状となっている。略山形の底辺を成す折り曲げ部２２１は、折り曲げ点を中心にして弾性を持ってコイルを押す状態であり、この押す力の反力によりウェッジ２２はティース１２側に広がりかつティース１２に押し付けられることになる。またスロット絶縁物端部２１１に対してもウェッジ２２を押し付ける力となり、絶縁構造に必要なスロット絶縁物２１とウェッジ２２による閉鎖領域を維持する機能を有することになる。

図２は、本発明の実施例として巻線占積率の高い仕様を巻線した場合のウェッジ２２とコイル３０との形態をしめす。略山形をしたウェッジの内部は空洞であるのと、底辺を成す折り曲げ部２２１は折り曲げ点を支点に弾性を持ってコイル３０を押している状態であり、先端が自由にコイルボリューム状態に適応できる形態となっている。

図３から図５は、ウェッジを形成挿入するためのウェッジ形状の推移の例を示す。図３に示すように板状の素材に筋目等の曲げ癖加工が加えられ、挿入前の形状まで順次曲げられる。薄肉板状の弾性特性を活用して、コイルボリュームの大きな仕様にも対応できるように、挿入前では図４に示すように折り曲げ部は十分に曲げられた状態にて、またスロットオープン部１３にも挿入され易いように山頂部２２２の凸部を狭めた状態にて挿入される。この狭めた山頂部２２２の凸部が、図５に示すように挿入後にスロットオープン部１３にて広がった時、電機子コア１１の外周面とほぼ合致する凸形状となり、その湾曲の維持がティース１２へウェッジ２２を押し付けてウェッジ２２を保持させる力ともなる。また、電機子コア１１の外周面とほぼ合致する凸形状となることで、電機子外周表面の凹凸はなくなり、高速回転時における回転抵抗を低減させる効果を生む。

薄肉板状の絶縁物については、前記筋立て成形等の加工が可能な材質であり、かつ折り曲げ後の弾性力を維持できる必要がある。折り曲げ加工および弾性力については、適応ワークの大きさとウェッジの寸法に大きく影響される。ウェッジ材として、肉厚０．１５から０．２５までのＰＥＴフィルムを推奨する。小さい寸法のウェッジの場合、筋立て、折り曲げ加工が非常に困難になるため、より薄肉の材料を選択、また大きい寸法のウェッジの場合、弾性力を得るために、より厚肉の材料を選択することにより、それぞれのワークに適応した加工性と柔軟性を兼ね備えたウェッジを提供できる。

本発明に係る整流子電動機の電機子は、電動機高効率化のための電機子でなすべき損失低減の強力な手段であり、家電機器等での整流子電動機の省エネ化を実現する高効率化手
段として広範囲に有用である。

本発明の実施例における電動機の電機子の部分断面図 本発明の実施例における巻線占積率の高い仕様の部分断面図 本発明のウェッジ挿入時のウェッジ形状推移１を示す図 本発明のウェッジ挿入時のウェッジ形状推移２を示す図 本発明のウェッジ挿入時のウェッジ形状推移３を示す図 本発明の実施例の電機子を搭載した整流子電動機の外観図 従来例の標準のウェッジを示す部分断面図 従来例のヘの字の折り曲げを加えたウェッジを示す部分断面図 従来例のヘの字の折り曲げを加えたウェッジの挿入不良形態を示す部分断面図 従来例の樹脂成形のスロットオープン埋め込みタイプを示す部分断面図 従来例のスロットオープン部１３にウェッジ装着部を設けたウェッジを示す部分断面図

符号の説明

１０ 電機子
１１ 電機子コア
１２ ティース
１３ スロットオープン部
１３１ スロットオープン凹部
２１ スロット絶縁物
２１１ スロット絶縁物端部
２２ ウェッジ
２２１ 折り曲げ部
２２２ 山頂部
２２３ ウェッジ側面部
３０ コイル

Claims (3)

1. 電機子積層コアと、前記電機子積層コアの外周部に配置された複数のティースと、前記ティース間に形成される複数のスロットと、前記電機子積層コアの軸方向両面およびスロット内に配置された絶縁部材と、前記絶縁部材を介して前記ティースに直に巻装されたコイルとからなる整流子電動機の電機子において、
   前記複数のスロットのスロットオープン部に、コアとコイル間の絶縁を確保するウェッジとして、薄肉絶縁材を略山形に折り曲げ成形し、折り曲げ両端を略山形の底辺部にしてスロットのコイル側に、略山形の山頂部をスロットオープン部側に配置して装着し、前記折り曲げ両端は折り曲げ点を中心にして弾性をもってコイルを押すようにしたことを特徴とする整流子電動機の電機子。
2. 前記略山形のウェッジの山頂部を、スロットオープン部形状に適応してかつ前記電機子コア外周面と合致する凸形状としたことを特徴とする請求項１に記載の整流子電動機の電機子。
3. 請求項１または２に記載の電機子を搭載したことを特徴とする整流子電動機。