WO2013011627A1 - 回転電動機およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

　本発明は、少なくとも界磁巻線を有する界磁と、電気絶縁性を有する塗布材を塗布した電機子巻線を有する電機子から構成される回転電動機であって、塗布材は、第１の低粘度樹脂液からなる下層塗布材と、少なくとも中空ガラスビーズおよび熱可塑性樹脂を添加した第２の低粘度樹脂液からなる上層塗布材の、少なくとも２層から構成される。これにより、効率向上と信頼性を両立した回転電動機を実現できる。

Description

回転電動機およびその製造方法

　本発明は、電気掃除機などに用いられる、少なくとも界磁巻線を有する界磁と、電気絶縁性を有する塗布材を塗布した電機子巻線を有する電機子から構成される回転電動機およびその製造方法に関する。

　一般的に、回転電動機を組み込んだ整流子電動送風機は、以下、図２を用いて説明する構成を備えている。図２は、一般的な回転電動機を組み込んだ整流子電動送風機の構成を説明する側面部分断面図である。

　図２に示すように、回転電動機を組み込んだ整流子電動送風機は、モータ部６とファン部７とから構成されている。モータ部６は、少なくとも界磁巻線１７を有する界磁１６と、整流子８と電機子巻線９とからなる電機子１を有している。電機子１にはシャフト１０が設けられ、モータの両端を構成するファン側ブラケット１２と整流子側ブラケット１３に設けられた軸受１１にシャフト１０を圧入して電機子１が支持されている。ブラシホルダー１４は、カーボンブラシ１５を内蔵した金属から構成され、整流子側ブラケット１３に保持されている。

　また、ファン部７には、吸気口１９（図２の上側）より空気を吸い込んで、ファン１８の外周に吹き出すファン１８が設けられている。そして、ファン１８の外周に吹き出された風（空気）の一部は、モータ部６の内部に導かれ、電機子１の電機子巻線９などを冷却する。

　従来、上記構造を有する整流子電動送風機に組み込まれる回転電動機の界磁１６の界磁巻線１７、あるいは電機子１の電機子巻線などを構成する電線は、いわゆるワニスからなる塗布材により固着されている。これにより、回転電動機の回転時における電線の動きに起因する振動や音を抑制している。また、電線同士が擦れることによる、電線を被覆する絶縁皮膜の劣化に起因する絶縁性の低下を防止している。そのため、スロット内の電線同士およびスロットと電線を十分に固着させるために塗布するワニス（塗布材）が重要であった。

　一方、回転電動機は、例えば鉄損、銅損、軸受損やブラシ摩耗損などの機械的損失や、風損などにより効率が低下する。そのため、回転電動機を高効率で駆動するには、これらの損失を低減することが重要となる。特に、例えば掃除機用のブロワモータなどに使用される回転電動機は、現状、４万回転／分以上の高速回転で駆動されている。そのため、高速回転する回転電動機においては、風損が支配的になり、約１０％程度の効率低下を招いている。つまり、高速回転する回転電動機では、風損の低減により、効率を大きく向上させることができる。

　しかし、一般に、電機子巻線９を有する電機子１のコイルエンドでは、電線同士を固着する程度しかワニスが塗布されていない。そのため、電機子１のコイルエンドにおいて、電線の重なりにより形成される凹凸によって、乱流が発生して風損が増大するという課題がある。

　その課題を回避するために、従来、凹凸による風損を低減する方法を開示した電動機が、例えば特許文献１～４に示されている。

　特許文献１の交流整流子電動機は、粘度の異なる電気絶縁性を有する塗布材を２回以上、複数回塗布して塗布材の厚みを増加させ、コイルエンドの電線の重なりによる凹凸を滑らかにする技術を開示している。具体的には、まず粘度の低い塗布材をコイルエンドの電線に塗布して、塗布材を電線間に浸透させ、スロット内の電線同士やスロットと電線を固着させる。その後、粘度の高い塗布材を、粘度の低い塗布材を塗布したコイルエンドの上に塗布する。これにより、コイルエンドに塗布材を厚く塗布して凹凸を滑らかにできるとしている。

　また、特許文献２の電動送風機は、絶縁モールド材でコイルエンドの凹凸を平坦化するとともに、回転バランス調整部材も一体化して成形する技術を開示している。

　また、特許文献３の整流子電動送風機は、電機子のファン側の巻線部の外周を絶縁材からなる風損低減カバーで覆う技術を開示している。

　また、特許文献４の電動機は、塗布する電気絶縁性樹脂の流れを抑制する樹脂移動抑制部材をコイルエンドの回転軸の外周部に設けることにより、電気絶縁性樹脂をコイルエンドに滑らかに塗布する技術を開示している。

　しかしながら、特許文献１の交流整流子電動機には、粘度の異なる２種以上の塗布材を塗布することは開示しているが、具体的な塗布材の構成や粘度については開示していない。一般的に、塗布材の粘度は、温度によって大きく変化する。そのため、特許文献１の開示内容では、どの温度での粘度が塗布材に適するのか、また、どの程度の粘度差があれば効果があるのか不明である。例えば、室温において粘度の高い塗布材を用いても、塗布後、塗布材の硬化温度まで加温している間に、塗布材の粘度が低下して凹凸を滑らかにする効果が得られない場合がある。

　また、単に粘度の高い塗布材をコイルエンドに厚く塗布した場合、塗布後の硬化・収縮により塗布材にクラックが発生する。さらに、交流整流子電動機の高速回転時や温度変化によっても、塗布材のクラックの発生や、塗布材の剥離を生じるなど、信頼性の観点から問題がある。

　また、特許文献２の電動送風機では、回転バランス調整部材も兼ねた絶縁モールド材を一体成形するため、複雑な構造の金型が必要となる。また、絶縁モールド材の成形時における圧力などで電線の絶縁性能が低下、あるいは断線するなどの課題がある。さらに、回転バランス調整部材としても使用するために、密度の大きな絶縁モールド材を用いる必要がある。そのため、電機子自体の重量が大きく増加して、軸受損が増大するという課題がある。

　また、特許文献３の整流子電動送風機では、風損低減カバーとコイルエンド間の空気層によりファン側巻線部の温度が上昇して銅損が増加するという課題がある。また、整流子電動送風機を掃除機用モータとして使用するには、高速で回転する電機子の遠心力に耐える厚く大きな風損低減カバーが必要となる。そのため、実使用が困難なモータとなる。

　また、特許文献４の電動機は、樹脂移動抑制部材を設けることにより、低粘度のワニスを用いた場合でも、ある程度厚く、塗布材を塗布することを可能にしている。しかし、電線間の隙間やスロット内に十分なワニスを塗布し、かつコイルエンドの電線による凹凸を滑らかにできるワニスを塗布するには、大きな樹脂移動抑制部材が必要となる。また、樹脂抑制部材を電機子の整流子側のコイルエンドに設置できないため、電機子の整流子側における電線の凹凸による風損を抑制できないという課題がある。

特開平１０－３０４６１２号公報 特開平６－２３３５１０号公報 特開２００１－８４２５号公報 特開２００９－３０３４４０号公報

　上記課題を解決するために、本発明の回転電動機は、少なくとも界磁巻線を有する界磁と、電気絶縁性を有する塗布材を塗布した電機子巻線を有する電機子から構成され、塗布材は、第１の低粘度樹脂液からなる下層塗布材と、少なくとも中空ガラスビーズおよび熱可塑性樹脂を添加した第２の低粘度樹脂液の、少なくとも２層から構成される。

　これにより、電機子巻線の電線同士およびスロットと電線を十分に固着させるとともに、コイルエンドにおける電線の重なりによる凹凸を覆い滑らかにできる。その結果、風損による効率の低下が防止できるとともに、塗布材のクラックや剥離を抑制して信頼性の高い回転電動機を実現できる。

　また、本発明の回転電動機の製造方法は、塗布材を塗布する前に電機子を加熱する予熱ステップと、シャフトを中心に電機子を回転させながら、塗布材を滴下塗布あるいは押出塗布する塗布ステップと、塗布後の電機子をさらに加熱して塗布材を硬化させる硬化ステップと、を含む。

　これにより、塗布した塗布材がゲル化開始前に垂れることを抑制するとともに、均一に塗布材を浸透できる。また、コイルエンドに塗布された塗布材の表面を滑らかにできる。さらに、シャフトを中心に対称型円錐状に塗布材を塗布して、軸荷重のアンバランスの発生を抑制できる。その結果、風損による効率の低下を防止するとともに、塗布材のクラックや剥離を抑制して信頼性の高い回転電動機を、容易に作製できる。

図１は、本発明の実施の形態１における回転電動機の電機子の部分断面図である。 図２は、一般的な回転電動機を組み込んだ整流子電動送風機の構成を説明する側面部分断面図である。

　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

　（実施の形態１）
　以下、本発明の実施の形態１における回転電動機について、図１を用いて説明する。なお、本実施の形態の回転電動機は、基本的には、背景技術で図２を用いて説明した回転電動機の構成と同様であるので説明を省略し、本発明の特徴である電機子について、以下で詳細に説明する。

　図１は、本発明の実施の形態１における回転電動機の電機子の部分断面図である。

　図１に示すように、本実施の形態の回転電動機の電機子１は、例えば電磁鋼板からなる積層コア２に形成されたスロット内部に、例えばポリアミド紙からなる絶縁紙を挟んで、電線をコイル状に巻回して構成されている。コイル状の電線は、少なくとも上層塗布材５と下層塗布材の２層から構成される塗布材で被覆されている。具体的には、まずコイル状に巻回された電線には、下層塗布材が塗布されている。これにより、ファン側コイルエンド３と整流子側コイルエンド４の電線同士や、スロット、絶縁紙と電線が、下層塗布材により固着される。このとき、下層塗布材のみが塗布されたファン側コイルエンド３と整流子側コイルエンド４の表面には、電線の重なりによる凹凸が形成される。そこで、さらに、ファン側コイルエンド３と整流子側コイルエンド４の表面に形成された凹凸を覆うように、上層塗布材５を塗布する。このとき、上層塗布材５の粘度は、少なくとも下層塗布材の粘度より大きい。これにより、ファン側コイルエンド３と整流子側コイルエンド４の表面の電線の重なりによる凹凸を、上層塗布材５で滑らかにすることができる。

　以下に、下層塗布材と上層塗布材５から構成される塗布材の構成および作用について、詳細に説明する。

　まず、例えば不飽和ポリエステルなどの熱硬化性樹脂からなる第１の低粘度樹脂液である下層塗布材を電線間の隙間に浸透させて、スロット内の電線同士およびスロットと電線とを、粘度の低い下層塗布材を介して固着させる。

　つぎに、下層塗布材で固着されたファン側コイルエンド３と整流子側コイルエンド４の電線の上層に、少なくとも中空ガラスビーズと、例えば飽和ポリエステルなどの熱可塑性樹脂を添加した、例えば不飽和ポリエステルからなる第２の低粘度樹脂液とで構成される、粘度の高い上層塗布材５を塗布する。これにより、ファン側コイルエンド３と整流子側コイルエンド４の電線の重なりによる凹凸を覆うように上層塗布材５を厚く塗布することができる。

　このとき、上層塗布材５に、熱可塑性樹脂、特に飽和ポリエステル樹脂を添加することにより、塗布材の硬化時の成形収縮を小さくするとともに、回転電動機の回転時に発生する熱と停止時の冷却とに起因するヒートショックによる影響を小さくできる。その結果、成形収縮やヒートショックによる上層塗布材のクラックや剥離などの発生を抑制できる。

　なお、上層塗布材５を構成する、第２の低粘度樹脂液と熱可塑性樹脂および中空ガラスビーズは、必要な上層塗布材５の粘度に応じて、例えば羽根式撹拌混合機、バンバリーミキサー、ロール、遊星型混合機などの最適な混合機を用いて混合される。

　また、上層塗布材５に、粒径および添加量を調整した中空ガラスビーズを加えることにより、上層塗布材５に適度な粘度と揺変性を付与する。これにより、塗布材を硬化する加温工程において、特に上層塗布材５の粘度が大きく低下しないので、上層塗布材５が流動しにくくなる。そのため、ファン側コイルエンド３と整流子側コイルエンド４のコイルエンド部の電線上に、上層塗布材５を十分厚く塗布して凹凸を被覆して滑らかにできる。その結果、風損を低減して効率を向上させることができる。

　さらに、中空ガラスビーズは中空構造を有するため、一般のガラスパウダーや無機充填材に比較して、占有体積あたりの重さ（以下では「比重」と表記する場合がある）を小さくできるので、一般の樹脂と同程度以下の占有体積あたりの重さにすることが可能となる。つまり、中実構成の他の無機充填材を添加した上層塗布材に比べて、上層塗布材の占有体積あたりの重さを大幅に低下できる。これにより、電機子を高速回転した場合に上層塗布材にかかる、重さ（質量）に比例する遠心力を、より小さくできる。その結果、電機子の回転時に加わる遠心力による上層塗布材５の剥離などをより抑制できる。

　以上で説明したように、本実施の形態によれば、塗布材を構成する下層塗布材により、スロット内の電線同士およびスロットと電線を十分な強度で固着させることができる。また、塗布材を構成する上層塗布材５で、ファン側コイルエンド３と整流子側コイルエンド４のコイルエンド部の電線の重なりによる凹凸を覆って滑らかにすることにより、風損を低減して高効率化が可能となる。その結果、塗布材のクラックや剥離のない信頼性が高く、高効率の回転電動機を実現できる。

　なお、本実施の形態では、第１の低粘度樹脂液および第２の低粘度樹脂液として、不飽和ポリエステル樹脂を例に説明したが、これに限られない。例えば、通常、電機子のコイルの固着用に用いられる液状ワニスでもよいが、特にエポキシ変性不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂の少なくとも１種で第１の低粘度樹脂液および第２の低粘度樹脂液を構成してもよい。このとき、第１の低粘度樹脂液および第２の低粘度樹脂液の粘度は、小さいことが好ましい。特に、上層塗布材５は第２の低粘度樹脂液に中空ガラスビーズを添加して粘度を上昇するように調整するため、第２の低粘度樹脂液自体の粘度が小さいことが好ましい。具体的には、例えば第１の低粘度樹脂液および第２の低粘度樹脂液の粘度は、２５℃において、０（ゼロ）Ｐａ・ｓを超えて１Ｐａ・ｓ以下であることが好ましく、０（ゼロ）Ｐａ・ｓを０．７Ｐａ・ｓ以下が、より好ましい。その理由は、１Ｐａ・ｓを超える粘度の第１の低粘度樹脂液および第２の低粘度樹脂液を用いると、電機子のスロット内への浸透性が低下するため、電線の固着が不十分になったり、塗布時間が長時間化する。そのため、第１の低粘度樹脂液および第２の低粘度樹脂液の粘度を小さくすることにより、上記不具合を回避できる。

　また、本実施の形態では、粒径および添加量を調整した中空ガラスビーズを、上層塗布材５に加えるとして説明した。具体的には、上層塗布材５の粘度調整と揺変性（チキソトロピー性）付与のために、中空ガラスビーズの粒径は１～３０μｍの範囲で、中空ガラスビーズの上層塗布材５中の割合は２８～４４重量％が好ましい。特に、中空ガラスビーズの粒径は１～２５μｍ、中空ガラスビーズの上層塗布材５中の割合は３０～４０重量％が、より好ましい。これにより、例えば電気掃除機などに用いる回転電動機において、電機子に塗布する上層塗布材５の粘度と揺変性のバランスをとることができる。

　つまり、中空ガラスビーズの粒径が小さく、１μｍ未満の場合や、中空ガラスビーズの上層塗布材５中の割合が大きく、４４重量％を超える場合は、上層塗布材５の粘度が大きくなり過ぎるため、取扱い性や、塗布自体が困難になる。

　一方、中空ガラスビーズの粒径が大きく、３０μｍを超える場合や、中空ガラスビーズの上層塗布材５中の割合が小さく、２８重量％未満の場合は、上層塗布材５の粘度が小さくなり過ぎるとともに、揺変性が付与できなくなる。そのため、ファン側コイルエンド３と整流子側コイルエンド４のコイルエンド部の電線の凹凸を滑らかに覆うほど、上層塗布材５を厚く塗布できなくなる。さらに、電機子のシャフトや積層コア、整流子の銅子片間などへ上層塗布材５が流れ込んで、電機子の電気接続性やシャフトに加わる軸荷重のアンバランスなどの不具合が発生する。

　なお、上記で説明した第１の低粘度樹脂液および第２の低粘度樹脂液の粘度や、中空ガラスビーズの粒度および上層塗布材中の割合などの範囲は、一例であり、この範囲に限定されないことはいうまでもない。その理由は、塗布時の温度や電機子の回転数、塗布速度および塗布時間などの塗布条件や、予熱・硬化条件、さらには塗布される電機子の形状・寸法、電線寸法・巻数など、様々な要因で最適な塗布材が存在する。そのため、第１の低粘度樹脂液および第２の低粘度樹脂液の粘度や、中空ガラスビーズの粒度および上層塗布材中の割合を一義的に設定できないためである。

　また、本実施の形態では、熱可塑性樹脂として飽和ポリエステルを例に説明したが、上層塗布材５の第２の低粘度樹脂液の硬化時の収縮を小さくでき、塗布材のクラックの発生を抑制できる熱可塑性樹脂であれば、これに限られない。例えば、ポリ酢酸ビニル、ポリスチレン、飽和ポリエステル樹脂、あるいはＳＢＳ（スチレン・ブタジエン系）などのエラストマーの熱可塑性樹脂を用いることができる。その中でも、不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂からなる第２の低粘度樹脂液との相溶性や融点なども考慮すると、特に飽和ポリエステル樹脂が好ましい。

　このとき、上層塗布材５中の熱可塑性樹脂の割合は、６～１５重量％が好ましい。その理由は、上層塗布材５中の熱可塑性樹脂の割合が６重量％未満の場合、上層塗布材５に対する十分な低収縮効果や、クラックの発生に対する抑制効果が得られない。一方、上層塗布材５中の熱可塑性樹脂の割合が１５重量％を超える場合、上層塗布材５の強度（例えば、曲げ強度や引張り強度などの機械的強度）や固着力（例えば、電線などとの接着力）が小さくなるため、電機子の回転時に、上層塗布材の剥離などの不具合を発生する場合がある。

　また、本実施の形態では、上層塗布材５の比重は、０（ゼロ）を超えて１．５以下が好ましい。上層塗布材５の比重が１．５を超えると、電機子の高速回転時に、遠心力による上層塗布材のクラックや剥離が発生しやすくなる。

　なお、本実施の形態では、上層塗布材５に中空ガラスビーズを添加する例で説明したが、これに限られない。回転電動機の特性や信頼性の低下に影響しない範囲であれば、中空ガラスビーズとともに、中空ガラスビーズ以外の無機充填材、例えば炭酸カルシウム、タルク、アルミナ、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、ガラスパウダー、酸化チタンなどの金属酸化物、あるいはガラス繊維やチタン酸カリウム繊維などの繊維状物質、酸化ステアリン酸アミドやオレイン酸アミドなどの滑剤、酸化防止剤、難燃剤、耐候剤などを上層塗布材に添加してもよい。これにより、用途に応じて必要な特性を向上できる。

　また、本実施の形態では、塗布材を構成する下層塗布材の第１の低粘度樹脂液と、上層塗布材の第２の低粘度樹脂液として、不飽和ポリエステル樹脂などの同一の熱硬化性樹脂を用いた例で説明したが、これに限られない。例えば、第１の低粘度樹脂液と第２の低粘度樹脂液に、異なる熱硬化性樹脂を用いてもよい。つまり、下層塗布材には高い浸透性、上層塗布材には厚塗り性や耐クラック・剥離性などの特性が重要であるので、同一の熱硬化性樹脂では充分な効果が得られない場合、第１の低粘度樹脂液と第２の低粘度樹脂液に異なる熱硬化性樹脂を用いてもよい。しかし、上層塗布材５と下層塗布材との接着性や作業効率などを考慮すると同一の熱硬化性樹脂を用いた方が好ましい。

　また、本実施の形態では、上層塗布材をファン側コイルエンドと整流子側コイルエンドの両方に塗布する例で説明したが、これに限られない。本実施の形態では、電機子のファン側コイルエンドや整流子側コイルエンドのいずれにも、上層塗布材を容易に塗布できるため、例えばファン側コイルエンドと整流子側コイルエンドの少なくとも一方に、上層塗布材を塗布する構成でもよい。これにより、要望される特性、生産性やコストに応じて、風損を低減して高い効率で、任意の回転電動機を作製できる。

　なお、上記で説明した数値範囲の一例について、下記で示す実施例に基づいて詳細に説明する。したがって、実施の形態１で説明した数値範囲と実施例の数値範囲とは異なるが、上記実施の形態で示す数値範囲において、下記実施例と同様の効果が得られることはいうまでもない。

　以下、本発明の回転電動機の電機子の塗布する塗布材について、具体的な実施例を用いて、説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない限りにおいて、用いる材料などを変更して実施することが可能である。

　（実施例１）
　実施例１として、以下に示す塗布材を塗布して電機子を作製し、塗布の状態および回転電動機の特性から塗布材を評価した。

　まず、第１の低粘度樹脂液および第２の低粘度樹脂液として、２５℃での粘度が０．５Ｐａ・ｓの不飽和ポリエステルである日立化成工業製ＷＰ２８５１を用いた。また、硬化剤として、日立化成工業製ＣＴ４８を用いた。

　また、熱可塑性樹脂として飽和ポリエステルをスチレンに溶解したディーエイチマテリアル製サンドーマＰＢ９８７を用い、中空ガラスビーズとして、粒径範囲が２～２５μｍで平均粒径が１２μｍの、一般的な中空ガラスビーズＡを用いた。このとき、サンドーマＰＢ９８７中の飽和ポリエステルの含有量は６５％であった。

　つぎに、下層塗布材として、１００重量部のＷＰ２８５１と、２重量部のＣＴ４８を混合して第１の低粘度樹脂液を作製した。

　つぎに、上層塗布材として、まず、７５重量部のＷＰ２８５１と、２重量部のＣＴ４８、２５重量部のサンドーマＰＢ９８７を、羽根式撹拌混合機で撹拌／混合して樹脂液を作製した。そして、作製した樹脂液に、中空ガラスビーズＡを０、２０、３０、４０、５０、７０、８０、９０重量部と変化させて添加し、自転・公転する遊星型混合機を用いて混合した。これにより、以下で（表１）のＮｏ．１からＮｏ．８のサンプルに示す８種類の上層塗布材を作製した。

　つぎに、電機子として、厚み２０ｍｍ、外径４０ｍｍで２２スロットを有する積層鉄芯コアに、直径０．５ｍｍの電線を巻回し、片側に直径２０ｍｍ、高さ１８ｍｍの整流子を配した電機子を作製した。このとき、ファン側コイルエンドのコイルエンド部の高さは約７ｍｍで、整流子側コイルエンドのコイルエンド部の高さは約１０ｍｍであった。

　上記により、下層塗布材、上層塗布材および電機子を準備した。

　上記電機子に下記に示す方法により、下層塗布材と上層塗布材を塗布した。

　まず、上記電機子を１１０℃に予熱して、電機子のシャフトを水平より５°傾けて整流子側を上に向けて、回転治具に電機子を取り付けた。

　つぎに、回転冶具に取り付けた電機子を、回転速度２５回転／分で回転させながら、チュービングポンプを用いて上記下層塗布材を、スロット内の電線間およびスロットと電線との隙間に滴下塗布した。

　そして、下層塗布材を塗布した後、電機子を回転させたまま、１４０℃の恒温槽に入れて２０分間硬化させ、スロット内の電線同士およびスロットと電線とを固着した。

　つぎに、下層塗布材を塗布した電機子を、再度１１０℃に予熱して、下層塗布材の塗布と同様の条件で、上層塗布材を、ファン側コイルエンドおよび整流子側コイルエンドに同時に塗布した後、上層塗布材を回転させたまま１４０℃の恒温槽に入れて２０分間硬化した。これにより、８種類の各上層塗布材で形成された、Ｎｏ．１からＮｏ．８のサンプルの電機子を作製した。このとき、Ｎｏ．１からＮｏ．８のサンプルにおいて、それぞれに塗布された上層塗布材の塗布量は、中空ガラスビーズＡの添加量にかかわらず、ほぼ同容積になる量を塗布した。なお、Ｎｏ．８のサンプルにおいては、中空ガラスビーズＡが９０重量部の上層塗布材をチュービングポンプで滴下塗布できなかったため、シリンダを用いて押出塗布により塗布した。

　つぎに、下層塗布材と上層塗布材からなる塗布材を塗布して作製した、Ｎｏ．１からＮｏ．８のサンプルの電機子を、上層塗布材の塗布状態と、電機子を回転電動機に組み付けて測定した効率、および回転電動機を掃除機本体に組み込んで信頼性試験（ＯＮ－ＯＦＦ試験）により、評価した。

　その結果を、下記の（表１）に示す。なお、信頼性試験の条件は、掃除機の吸込み口に直径１３ｍｍの絞りを取り付けた状態で、１６秒間運転・１４秒停止を１サイクルとして、２万回繰り返した。また、（表１）中の効率増加は、Ｎｏ．１のサンプルの中空ガラスビーズＡの添加量０重量％（重量部）の効率を基準にして、Ｎｏ．１のサンプルに対する増減率（％）で示している。

　（表１）に示すように、中空ガラスビーズＡを４０重量部（約２８重量％）以上添加した上層塗布材を塗布したＮｏ．４からＮｏ．７のサンプルは、ファン側コイルエンドおよび電機子側コイルエンドの電線による凹凸がほとんどなく、滑らか（平滑）に塗布できた。また、効率も０．４％程度向上できることがわかった。

　しかし、中空ガラスビーズＡを９０重量部（約４７重量％）添加したＮｏ．８のサンプルの場合は、上層塗布材に凹凸ができて、十分に滑らかな表面が形成できなかった。この理由は、中空ガラスビーズＡを９０重量部添加すると、上層塗布材の粘度が大きくなるため、流動性が低下しほとんど流れなくなる。そのため、上層塗布材の塗布時の凹凸が残ったままの表面になり、塗布表面が滑らかにならなかったと考えられる。

　また、Ｎｏ．８のサンプルの効率も、Ｎｏ．４からＮｏ．７のサンプルと比べて若干小さくなった。さらに、ＯＮ－ＯＦＦ試験では、上層塗布材に多くのクラックが発生して上層塗布材の微小片の剥離が観察された。

　つまり、中空ガラスビーズＡを９０重量部（約４７重量％）添加すると、回転電動機の効率はある程度向上できるが、一方で音や振動の発生および回転電動機の信頼性が低下すると考えられる。

　また、（表１）に示すように、中空ガラスビーズＡを０、２０、３０重量部添加した上層塗布材を塗布したＮｏ．１からＮｏ．３のサンプルのうち、Ｎｏ．２とＮｏ．３のサンプルは、ファン側コイルエンドおよび電機子側コイルエンドの電線による凹凸をほぼ平滑に塗布できたが、効率の大幅な向上は実現しなかった。この理由は、上層塗布材の粘度が小さいために、塗布時に上層塗布材の多くが垂れ落ちたことに起因すると考えられる。さらに、０重量部のＮｏ．１のサンプルでは、上層塗布材の粘度が小さすぎて、ファン側コイルエンドおよび電機子側コイルエンドに、上層塗布材を厚く塗布できず、電線による凹凸が見られた。

　一方、本実施例１の下層塗布材と上層塗布材の２層構成の塗布材を塗布した電機子と比較するために、下層塗布材である第１の低粘度樹脂液を２回塗布した比較サンプルを作製して、上記と同様の評価を行った。その結果、上記Ｎｏ．１のサンプルと同様に、ファン側コイルエンドおよび電機子側コイルエンドの電線による凹凸を覆うほど厚く塗布できず、効率もＮｏ．１と同程度であった。また、塗布材の表面を顕微鏡で観察した結果、微小なクラックが多数発生していることが確認された。さらに、ＯＮ－ＯＦＦ試験後において、塗布材のクラックは増大し、塗布材の微小片が剥離していた。

　つまり、比較サンプルのように、２層の塗布材を同じ第１の低粘度樹脂液で構成し、上層塗布材に熱可塑性樹脂を添加しない場合、塗布材の収縮によるクラックや、信頼性試験で塗布材の剥離が発生することがわかった。これにより、上層塗布材に熱可塑性樹脂を添加することにより、クラックの発生や、塗布材の剥離を効果的に低減できることがわかった。

　以上の結果より、上層塗布材中に中空ガラスビーズを２８重量％～４４重量％添加することにより、回転電動機の効率向上と信頼性を確保できることがわかった。

　（実施例２）
　実施例２として、以下に示す塗布材の上層塗布材に添加する充填物を変えて電機子を作製し、実施例１と同様に、塗布の状態および回転電動機の特性から塗布材を評価した。このとき、充填物以外の下層塗布材や上層塗布材の構成要素や作製方法、および電機子の作製方法などは実施例１と同様の条件で行った。

　まず、Ｎｏ．２のサンプルの充填物として、粒径範囲１０～５０μｍで平均粒径３５μｍの中空ガラスビーズＢを用いて電機子を作製した。Ｎｏ．３のサンプルの充填物として、直径１０μｍのガラス繊維を長さ数μｍ～１００μｍ程度に砕いたガラスパウダーを用いて電機子を作製した。Ｎｏ．４のサンプルの充填物として、粒度範囲１～６０μｍで平均粒径１０μｍの炭酸カルシウムを用いて電機子を作製した。

　そして、上記Ｎｏ．２からＮｏ．４のサンプルの充填物の電機子と比較するために、実施例１で中空ガラスビーズＡを用いて作製したＮｏ．５のサンプルの電機子の結果を、実施例２のＮｏ．１のサンプルとして（表２）に併記している。

　なお、Ｎｏ．１からＮｏ．４のサンプルの充填物の添加量は、実施例１のＮｏ．１のサンプルと同じ５０重量部（３２．９重量％）として作製した。

　その結果を、下記（表２）に示す。なお、（表２）中の効率増加は、実施例１のＮｏ．１のサンプルの中空ガラスビーズＡの添加量０重量％（重量部）の効率を基準にして、Ｎｏ．１のサンプルに対する増減率（％）で示している。

　（表２）に示すように、充填物として粒径の大きい中空ガラスビーズＢを用いたＮｏ．２のサンプルの場合、塗布時に多くの上層塗布材が垂れて、十分な厚みの上層塗布材が得られず、効率増加も小さかった。これは、中空ガラスビーズＢの充填物では、塗布材の上層塗布材の粘度および揺変性を十分上げられないことに起因すると考えられる。

　また、充填物としてガラスパウダーを用いたＮｏ．３のサンプルや、炭酸カルシウムを用いたＮｏ．４のサンプルの場合、ファン側コイルエンドおよび電機子側コイルエンドの電線による凹凸がほとんどなく、滑らか（平滑）に塗布できるとともに、効率も向上させることができた。

　しかし、Ｎｏ．３のサンプルとＮｏ．４のサンプルは、信頼性試験で塗布材に多くのクラックが発生し、塗布材の微小片の剥離が観察された。この理由は、充填物であるガラスパウダーや炭酸カルシウムの比重が２．５～２．７程度で、塗布材の上層塗布材の比重が１．５７～１．６４と大きくなるため、電機子の高速回転による遠心力が大きくなったことに起因するものと考えられる。

　一方、Ｎｏ．１のサンプルの充填物である中空ガラスビーズＡの比重は１．１であり、Ｎｏ．２のサンプルの充填物である中空ガラスビーズＢの比重は０．３４である。そのため、Ｎｏ．１とＮｏ．２のサンプルにおいては、塗布材の上層塗布材の比重の増加が小さい。その結果、信頼性試験においても、塗布材にクラックや剥離が発生しなかったと考えられる。

　以上の結果より、上層塗布材に添加する充填物は、比重が小さく、所定の粒径範囲を有する中空ガラスビーズが好ましいことがわかった。これにより、上層塗布材の粘度の調整や揺変性の付与ができることがわかった。

　（実施例３）
　実施例３として、以下に示す塗布材の上層塗布材に添加する飽和ポリエステルからなる熱可塑性樹脂の添加量を変えて電機子を作製し、実施例１と同様に、塗布の状態および回転電動機の特性から塗布材を評価した。このとき、熱可塑性樹脂の添加量以外の下層塗布材や上層塗布材の構成要素や作製方法、および電機子の作製方法などは実施例１と同様の条件で行った。

　まず、上層塗布材に添加される熱可塑性樹脂の添加量が、０、１０、１５、２５、３５、４０重量部を有するＮｏ．１からＮｏ．６のサンプルを作製した。このとき、熱可塑性樹脂の添加量に応じて、実施例１の不飽和ポリエステルからなる第２の低粘度樹脂であるＷＰ２８５１の割合を、１００、９０、８５、７５、６５、６０重量部として上層塗布材を作製した。なお、硬化剤ＣＴ４８の添加量は２重量部、中空ガラスビーズＡの添加量は５０重量部で一定として、各サンプルを作製した。

　その結果を、下記（表３）に示す。なお、（表３）中の効率増加は、実施例１のＮｏ．１のサンプルの中空ガラスビーズＡの添加量０重量％（重量部）の効率を基準にして、実施例１のＮｏ．１のサンプルに対する増減率（％）で示している。また、（表３）中の熱可塑性樹脂の重量％は、スチレンを除いた飽和ポリエステルの重量％を示している。

　（表３）に示すように、熱可塑性樹脂の添加量に関係なく、Ｎｏ．１からＮｏ．６のいずれのサンプルにおいても、効率が０．４％程度増加した。しかし、熱可塑性樹脂の添加量が少ない、Ｎｏ．１とＮｏ．２のサンプルでは、塗布後に塗布材に微小クラックが発生した。これは、熱可塑性樹脂の添加量が１０重量部以下と少ないため、上層塗布材において十分な低収縮効果が得られなかったためと考えられる。

　一方、熱可塑性樹脂の添加量が４０重量部のＮｏ．６のサンプルにおいては、信頼性試験後に、塗布材に微小クラックが発生し、さらに塗布材の微小片の剥離が観察された。これは、塗布材の固着力が低下して、信頼性試験による遠心力に耐えられなかったことに起因すると考えられる。

　以上の結果より、上層塗布材中に熱可塑性樹脂を６重量％～１５重量％添加することが好ましいことがわかった。これにより、回転電動機の信頼性を確保できることがわかった。

　（実施例４）
　実施例４として、実施例１で添加したディーエイチマテリアル製サンドーマＰＢ９８７の熱可塑性樹脂を、旭化成ケミカルズ製のＳＢＳ系エラストマー３１５Ｐの５０％スチレン溶液に変更して、他の条件は実施例１のＮｏ．５のサンプルと同様の条件で電機子を作製し、実施例１と同様に塗布の状態および回転電動機の特性から塗布材を評価した。つまり、中空ガラスビーズＡからなる充填物の添加量を、５０重量部（３２．９重量％）として作製した。

　その結果、実施例１のＮｏ．５のサンプルと同様に、ファン側コイルエンドおよび電機子側コイルエンドの電線による凹凸を滑らか（平滑）に塗布できた。また、効率も０．３８％程度向上し、信頼性試験後も塗布材にクラックの発生や剥離などは発生しなかった。つまり、サンドーマＰＢ９８７の熱可塑性樹脂以外に、旭化成ケミカルズ製のＳＢＳ系エラストマー３１５Ｐの５０％スチレン溶液からなる熱可塑性樹脂が上層塗布材の添加物として有効なことがわかった。

　（実施例５）
　実施例５として、実施例１で添加した不飽和ポリエステルである日立化成工業製ＷＰ２８５１の第１の低粘度樹脂液および第２の低粘度樹脂液を、日東シンコー製ＮＶ２７０に変更し、実施例１で添加した日立化成工業製ＣＴ４８の硬化剤を、日東シンコー製Ｎｏ．５（ｔ－ブチルパーオキシベンゾエート）の硬化剤に変更して、Ｎｏ．１からＮｏ．８のサンプルの電機子を作製した。このとき、ＮＶ２７０の２５℃での粘度は０．２５Ｐａ・ｓであった。

　そして、作製したＮｏ．１からＮｏ．８のサンプルを、実施例１と同様に、塗布の状態および回転電動機の特性から塗布材を評価した。

　その結果を、下記（表４）に示す。なお、（表４）中の効率増加は、実施例５のＮｏ．１のサンプルの中空ガラスビーズＡの添加量０重量％（重量部）の効率を基準にして、Ｎｏ．１のサンプルに対する増減率（％）で示している。

　（表４）に示すように、第１の低粘度樹脂液および第２の低粘度樹脂液の樹脂液を変更しても実施例１とほぼ同様の効果が得られることがわかった。つまり、第１の低粘度樹脂液および第２の低粘度樹脂液の粘度は、実施例１の粘度と異なるが、中空ガラスビーズを添加することにより、特に上層塗布材の粘度を大きく上昇させるとともに、揺変性も付与できることがわかった。その結果、実施例５の中空ガラスビーズの添加量が、実施例１の中空ガラスビーズの添加量と同程度の範囲内で、実施例１と同様の結果が得られた。

　（実施の形態２）
　以下に、本発明の実施の形態２における回転電動機の製造方法について説明する。

　本実施の形態の回転電動機の製造方法は、まず、予熱しておいた電機子を、電機子のシャフトを中心にして回転させながら、塗布材を構成する２層の下層塗布材および上層塗布材を滴下塗布あるいは押出塗布で塗布する。その後、電機子をさらに加熱して２層の構成の塗布材を硬化させる方法である。なお、塗布材を構成する下層塗布材および上層塗布材の組成や、電機子の構成は、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

　以下に、本実施の形態の回転電動機の製造方法について、詳細に説明する。

　まず、電線を巻回して電機子巻線を有する電機子を、例えば１１０℃の恒温槽で加熱して予備加熱（予熱）する。このとき、回転治具に電機子を取り付けて、例えば２５回転／分回転速度で回転させながら、加熱する。なお、回転速度は、下層塗布材が垂れない程度であれば、上記回転速度でなくてもよい。

　つぎに、１１０℃に加熱された電機子を回転させながら、塗布材を構成する下層塗布材を、所定量、例えばチュービングポンプを用いて、電機子のファン側コイルエンドおよび、整流子側コイルエンドの、例えばコイルエンド部に滴下塗布する。そして、下層塗布材を塗布した後、電機子を、例えば１４０℃の恒温槽で、例えば２０分の間、さらに硬化させる。その後、電機子を、例えば室温まで冷却する。

　このとき、予熱された電機子のコイルエンド部に塗布された下層塗布材は、その熱により急激に粘度が低下して、電機子のスロット内や電線間の隙間に浸透する。その後、浸透した下層塗布材は、ゲル化が開始し、最終的に硬化して、スロット内の電線同士およびスロットと電線とを十分な強度で固着させる。ただし、下層塗布材は、低粘度樹脂液（第１の低粘度樹脂液）から構成されているため、流動性が高く、電機子のコイルエンド部に厚く塗布されることはない。そのため、電機子のコイルエンド部における電線の重なりによる凹凸を覆って滑らかにするには不十分である。

　つぎに、下層塗布材を塗布した電機子を、再度、例えば１１０℃の恒温槽で加熱して予備加熱（予熱）する。このとき、回転治具に電機子を取り付けて、例えば２５回転／分の回転速度で回転させながら、加熱する。なお、回転速度は、上層塗布材が垂れない程度であれば、上記回転速度に限られない。

　つぎに、回転冶具に取り付けた電機子を、回転速度２５回転／分で回転させながら、例えばチュービングポンプやシリンダなどを用いて、少なくとも中空ガラスビーズ、および熱可塑性樹脂を添加した第２の低粘度樹脂液から構成される上層塗布材を、電機子のファン側コイルエンドおよび、整流子側コイルエンドの下層塗布材上に滴下塗布または押出塗布する。

　このとき、予熱された電機子のコイルエンド部で下層塗布材上に塗布された上層塗布材は、その熱により粘度が低下して、コイルエンド部の凹凸表面に滑らかに覆うように広がる。その後、上層塗布材のゲル化開始温度以上まで加熱されると、急激に粘度が上昇し始め、下層塗布材を塗布したコイルエンド部の電線上に厚く堆積する。これにより、電線の重なりによる凹凸を覆って滑らかな状態で上層塗布材が形成される。

　つぎに、上層塗布材を塗布した後、電機子を、例えば１４０℃の恒温槽で、例えば２０分の間、さらに硬化させる。その後、電機子を、例えば室温まで冷却する。これにより、上層塗布材は、硬化温度まで加熱され、最終的に上層塗布材が硬化する。

　以上で説明した製造方法により、回転電動機の電機子が作製され、作製された電機子を組み込んで回転電動機が作製される。

　本実施の形態の製造方法によれば、電機子を回転させることにより、塗布した下層塗布材および上層塗布材を構成する塗布材がゲル化開始前に垂れることを抑制できる。これにより、均一に下層塗布材を浸透させるとともに、コイルエンド部の凹凸に塗布された上層塗布材の表面を滑らかにできる。

　また、本実施の形態の製造方法によれば、電機子のシャフトを回転軸としているため、シャフトを中心に対称型円錐状に、塗布材を塗布できる。これにより、軸荷重のアンバランスが生じにくいので、軸受損を低減して効率を高めることができる。

　なお、本実施の形態では、電機子を回転しながら塗布材を塗布する例で説明したがこれに限られず、塗布材を加熱硬化するときにも電機子を回転させていてもよい。

　また、本実施の形態では、電機子のシャフトを水平にして回転させながら、塗布材を塗布する例で説明したが、これに限られない。例えば、電機子のシャフトを水平より、例えば５°傾けて整流子側を上に向けて、回転させながら塗布材を塗布してもよい。これにより、塗布材を効率的に浸透させ、整流子の銅子片間などの塗布しない部分への塗布材の流れ込みを抑制できる。その結果、信頼性の高い電機子および回転電動機を実現できる。

　また、本実施の形態では、上層塗布材を塗布する場合、恒温槽で均一に上層塗布材を加熱しながら硬化させる例で説明したが、これに限られない。例えば、恒温槽の温度より高い温度の熱風を、上層塗布材の塗布するコイルエンド部に送風して上層塗布材を加熱硬化させてもよい。これにより、上層塗布材の内部の粘度を低い状態にして電線間などへの浸透性を保ちつつ、滴下した上層塗布材の表面のみを早くゲル化させて厚く塗布できる。その結果、上層塗布材の塗布時間の短縮を図ることができる。

　また、本実施の形態では、塗布材を下層塗布材と上層塗布材の２層で構成した例で説明したが、これに限られない。例えば、電機子の大きさやコイルエンド部の凹凸を無くすために必要とされる塗布材の塗布量に応じて、３回（３層）以上塗布してもよい。このとき、先に塗布された塗布材が完全に硬化する前、少なくともゲル化した状態で次の塗布材を塗布してもよく、先に塗布された塗布材が完全に硬化した後に、後の塗布材を塗布してもよい。

　また、本実施の形態では、塗布材を滴下塗布で塗布する例で説明したがこれに限られず、塗布材の粘度に応じて、滴下塗布あるいは押出塗布を選択することができる。つまり、塗布材の粘度が大きく滴下塗布が困難な場合は、押出塗布することが好ましい。さらに、塗布材の粘度が大きな場合は、塗布材を予めゲル化開始温度以下まで加温して、塗布材の粘度を低下させた状態で塗布してもよい。これにより、粘度の大きい塗布材の場合でも、滴下塗布することができ、作業性が向上する。

　また、本実施の形態では、チュービングポンプで塗布材を塗布する例で説明したがこれに限られず、従来のワニスなどの滴下塗布装置を使用して塗布してもよい。これにより、従来の塗布材の滴下塗布装置をそのまま、あるいはポンプ変更などの少しの変更で使用することができる。そのため、装置コストを抑制できるとともに、製造条件なども大きな変更・調整する必要がなく、容易に導入可能になる。その結果、生産性が高く、低コストで電機子などを作製できる。

　本発明によれば、風損を低減して効率を向上させた回転電動機を実現できるので、省エネルギーで地球環境への負荷の低減が要望される回転電動機が組み込まれる製品分野や技術分野に有用である。

　１　　電機子
　２　　積層コア
　３　　ファン側コイルエンド
　４　　整流子側コイルエンド
　５　　上層塗布材
　６　　モータ部
　７　　ファン部
　８　　整流子
　９　　電機子巻線
　１０　　シャフト
　１１　　軸受
　１２　　ファン側ブラケット
　１３　　整流子側ブラケット
　１４　　ブラシホルダー
　１５　　カーボンブラシ
　１６　　界磁
　１７　　界磁巻線
　１８　　ファン
　１９　　吸気口

Claims (8)

1. 少なくとも界磁巻線を有する界磁と、電気絶縁性を有する塗布材を塗布した電機子巻線を有する電機子から構成される回転電動機であって、
   前記塗布材は、第１の低粘度樹脂液からなる下層塗布材と、少なくとも中空ガラスビーズおよび熱可塑性樹脂を添加した第２の低粘度樹脂液からなる上層塗布材の、少なくとも２層から構成される回転電動機。
2. 前記第１の低粘度樹脂液および前記第２の低粘度樹脂液は、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ変性不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂の少なくとも１種の熱硬化性樹脂である請求項１に記載の回転電動機。
3. 前記第１の低粘度樹脂液および前記第２の低粘度樹脂液の２５℃における粘度が、ゼロを超えて１Ｐａ・ｓ以下である請求項１に記載の回転電動機。
4. 前記中空ガラスビーズの粒径が、１～３０μｍの範囲である請求項１に記載の回転電動機。
5. 前記熱可塑性樹脂が、飽和ポリエステル樹脂である請求項１に記載の回転電動機。
6. 前記中空ガラスビーズの割合が２８重量％～４４重量％、前記熱可塑性樹脂の割合が６重量％～１５重量％である請求項１に記載の回転電動機。
7. 前記上層塗布材の比重が、ゼロを超えて１．５以下である請求項１に記載の回転電動機。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の回転電動機の製造方法であって、
   塗布材を塗布する前に電機子を加熱する予熱ステップと、
   シャフトを中心に前記電機子を回転させながら、前記塗布材を滴下塗布あるいは押出塗布する塗布ステップと、
   塗布後の前記電機子をさらに加熱して前記塗布材を硬化させる硬化ステップと、
   を含む回転電動機の製造方法。

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