JP2012019569A - 電動機及びそれを用いた電動送風機 - Google Patents

Abstract

【課題】電機子内の必要な電気絶縁を維持しつつ、部品点数を低減させることで製造効率を向上させることができる電動機を提供する。
【解決手段】本電動機は、軸３に固定された電機子鉄心１と、電機子鉄心１に設けられ、電機子鉄心１から軸３を中心として放射状に突出する複数のティース２と、ティース２に巻き付けられ、ティース２間のスロット４に配置されたコイル５と、ティース２と同数の磁性部材７がインサート成形によって樹脂部材８と一体化された環状体６とを備える。上記磁性部材７は、各ティース２に対向するように同一円周上に配置され、一側面７ａが環状体６の内周面の一部を形成する。そして、環状体６は、磁性部材７の一側面７ａとティース２の先端面２ａとのはめ合いにより、ティース２に固定される。
【選択図】図１

Description

この発明は、電動機と、その電動機を用いた電動送風機とに関するものである。

図１０は従来の電動機の電機子を示す要部断面図であり、下記特許文献１に記載された電機子の構成を具体的に示したものである。
図１０において、１４は所定の軸に固定された電機子鉄心、１５は電機子鉄心１４に設けられた複数のティースである。ティース１５は、上記軸の軸長方向に所定の長さを有しており、電機子鉄心１４の外周部分から放射状に突出するように形成されている。１６は隣接するティース１５間に形成された空間からなるスロットである。スロット１６には、ティース１５に捲回されたコイル１７が配置されている。

１８は電機子鉄心１４やティース１５を覆う環状体である。環状体１８は、基本的に磁性材料から構成され、スロット１６に対向する部分に非磁性改質部１８ａが設けられている。また、スロット１６内には、コイル１７と環状体１８との電気絶縁を維持するためのウェッジ１９が配置されている。

特開２００２−１７０６０号公報

従来の電動機では、環状体１８の磁性材料部分とコイル１７との電気絶縁を維持するため、各スロット１６内に、絶縁体からなるウェッジ１９を配置しなければならなかった。近年、掃除機用電動送風機の電動機では、電機子のスロット１６の数が増加する傾向にあり、ウェッジ１９の存在により、部品点数が増大し、製造効率が著しく低下するといった問題があった。

更に近年、掃除機用電動送風機の電動機には高性能化が要求されており、電流及びトルク等の性能ばらつきの抑制が求められている。コイル１７により励磁された磁束は、ティース１５を介して磁気回路を形成しているため、それらの形状・寸法についても高精度なものが要求されているが、従来の電動機では、ティース１５（電機子鉄心１４）に対する環状体１８の位置精度が低下し易いといった問題があった。また、電動機の高性能化に伴い電機子の回転高速化も要求されており、電機子の起動時及び停止時の加減速により、環状体１８とティース１５（電機子鉄心１４）との間に相対変位が生じることもあった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、電機子内の必要な電気絶縁を維持しつつ、部品点数を低減させることで製造効率を向上させることができる電動機と、その電動機を用いた電動送風機とを提供することである。

また、上記電動機及び電動機を用いた電動送風機において、更に、電機子鉄心に対する環状体の位置精度を向上させ、環状体と電機子鉄心との間に発生する相対変位を確実に防止することを目的とする。

この発明に係る電動機は、軸に固定された電機子鉄心と、電機子鉄心に設けられ、電機子鉄心から軸を中心として放射状に突出する複数のティースと、ティースに巻き付けられ、ティース間のスロットに配置されたコイルと、ティースと同数の磁性部材がインサート成形によって樹脂部材と一体化された環状体と、を備え、磁性部材は、各ティースに対向するように同一円周上に配置され、一側面が環状体の内周面の一部を形成し、環状体は、磁性部材の一側面とティースの先端面とのはめ合いによってティースに固定されたものである。

また、この発明に係る電動機は、ティースの先端面及び磁性部材の一側面の一方に設けられた凹部と、ティースの先端面及び磁性部材の一側面の他方に設けられ、環状体がティースに固定された際に、凹部内に配置される凸部と、を更に備えたものである。

この発明に係る電動送風機は、上記発明に係る電動機の何れかを備えたものである。

この発明によれば、電動機及び電動機を用いた電動送風機において、電機子内の必要な電気絶縁を維持しつつ、部品点数を低減させることで製造効率を向上させることができるようになる。
更に、電機子鉄心に対する環状体の位置精度を向上させ、環状体と電機子鉄心との間に発生する相対変位を確実に防止することができるようになる。

この発明の実施の形態１における電動機の電機子を示す要部断面図である。 電機子の環状体を示す斜視図である。 図２に示すＡ部拡大図である。 図２に示す環状体の要部断面図である。 環状体の磁性部材を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１における電動機の電機子を示す外観図である。 環状体を装着する前の電機子を示す外観図である。 環状体を装着する前の電機子を示す要部断面図である。 この発明の実施の形態２における電動機の電機子を示す要部断面図である。 従来の電動機の電機子を示す要部断面図である。

この発明をより詳細に説明するため、添付の図面に従ってこれを説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における電動機の電機子を示す要部断面図である。
図１において、１は磁性材料からなる電機子鉄心、２は電機子鉄心１に設けられた複数のティース、３は電機子鉄心１が固定された軸である。ティース２は、軸３の軸長方向に所定の長さを有しており、電機子鉄心１の外周部分から軸３の軸中心を中心として放射状に突出するように形成されている。例えば、この電機子が掃除機用の整流子電動機において利用される場合、電機子鉄心１の外周に、１２箇所或いはそれ以上のティース２が等間隔に形成される。なお、図中のＤ１は、ティース２の外径を示している。即ち、ティース２の先端面２ａは、軸３の軸中心を中心とした、Ｄ１の１／２倍の半径で描かれる円弧により構成される。

また、４は隣接するティース２間に形成された空間からなるスロットである。各ティース２には、コイル５が巻き付けられており、ティース２に捲回されたコイル５の要部は、上記スロット４内に配置されている。

６は電機子鉄心１やティース２を軸３の軸長方向に渡って覆う環状体である。以下に、図２乃至図５も参照し、環状体６の構成及び製造方法について、具体的に説明する。図２は電機子の環状体を示す斜視図、図３は図２に示すＡ部拡大図、図４は図２に示す環状体の要部断面図、図５は環状体の磁性部材を示す斜視図である。

環状体６は、所定の長さＬ１を有する外径Ｄ２の環状（全体として筒状）を呈している。環状体６は、ティース２と同数の磁性部材７と、電気絶縁性及び耐熱性に優れた所定の樹脂からなる樹脂部材８とにより、その要部が構成される。

磁性部材７は、インサート成形によって樹脂部材８と一体化されており、各ティース２に外側から対向するように、同一円周上に等間隔に配置されている。具体的に、磁性部材７は、図５に示すような、断面略Ｔ字状を呈する長さＬ２（＜Ｌ１）の棒状部材からなる。７ａは上記Ｔ字の底面側を形成する磁性部材７の一側面、７ｂは上記Ｔ字の上面側を形成する磁性部材７の他側面である。磁性部材７の一側面７ａは、ティース２の外径Ｄ１を成す円弧と同心で、且つ、Ｄ１の１／２倍の半径で描かれる円弧により構成される。この一側面７ａは、その幅（環状体６の円周方向の幅）が、ティース２の先端面２ａの幅と略同じになるように形成されている。また、磁性部材７の他側面７ｂは、軸３の軸中心を中心とした、Ｄ２の１／２倍の半径で描かれる円弧により構成される。他側面７ｂは、その幅が、軸３の軸長方向に渡り、上記一側面７ａの幅よりも大きく形成されている。

このような形状の磁性部材７は、例えば、０．２乃至０．５ｍｍの薄板電磁鋼板を所定枚数積み重ね、それぞれを溶接或いはカシメ等によって固定・積層することにより、構成することができる。また、所定の磁性材料をスラスト方向に所定の厚さＬ２に機械加工することにより、磁性部材７を一部材で構成しても良い。

そして、上記構成の磁性部材７をティース２と同数だけ用意して同一円周上に等間隔に配置し、樹脂部材８をインサート成形によって組み合わせ、環状体６を完成させる。この時、磁性部材７の一側面７ａ全体を環状体６の内側に、他側面７ｂ全体を外側に露出させ、環状体６の内周面の一部を一側面７ａにより、環状体６の外周面の一部を他側面７ｂにより形成する。また、磁性部材７の表面のうち、一側面７ａ及び他側面７ｂを除く全ての面を樹脂部材８で覆い、磁性部材７を樹脂部材８に強固に固定して、且つ磁束の漏洩を防止する。例えば、環状体６の長さＬ１を磁性部材７の長さＬ２よりも０．５乃至５ｍｍ程度大きくすることにより、磁性部材７の両端面も樹脂部材８によって完全に覆う。
以上により、直径Ｄ１の内周面と、内周面と同心で直径Ｄ２の外周面とを有する環状体６が形成される。

次に、図６乃至図８も参照し、電機子の製造方法について具体的に説明する。
図６はこの発明の実施の形態１における電動機の電機子を示す外観図、図７は環状体を装着する前の電機子を示す外観図、図８はその要部断面図である。図中、９は軸３を支持する軸受、１０は絶縁部材、１１は絶縁紙、１２は整流子である。

電機子の製造においては、先ず、軸３を電機子鉄心１に密嵌して固定し、電気絶縁のための部材を設置する。具体的に、電機子鉄心１を軸長方向から挟み込むように、電機子鉄心１の両側から２つの絶縁部材１０を配置する。なお、絶縁部材１０は、電機子鉄心１及びコイル５間の電気絶縁を維持するための端板部と、軸３及びコイル５間の電気絶縁を維持するためのパイプ部とから構成される。また、スロット４内にティース２の側面に沿うように絶縁紙１１を断面Ｕ字状に配置し、電機子鉄心１及びコイル５間の電気絶縁を維持する。

次に、コイル５をティース２に巻き付けてスロット４内に配置する。また、環状体６をティース２に密嵌させて、環状体６をティース２（電機子鉄心１）に強固に固定する。この時、磁性部材７の各一側面７ａがティース２の各先端面２ａに接触し、且つ上記一側面７ａの幅が先端面２ａの幅に一致するように環状体６の位置を合わせ、軸３の軸長方向に環状体６を押し込む。これにより、環状体６は、各磁性部材７の一側面７ａと各ティース２の先端面２ａとのはめ合いによってティース２（電機子鉄心１）に固定され、図１に示す断面を有する電機子が完成する。

上記構成の電機子を備えた電動機であれば、電機子内の必要な電気絶縁を維持しつつ、部品点数を低減させることで製造効率を向上させることができる。このため、このような電動機を採用することは、スロット４の数が増加傾向にある掃除機用電動送風機において、特に有効な手段となり得る。なお、掃除機用電動送風機では電機子の回転高速化が進んでいるが、インサート成形によって磁性部材７の保持強度が十分に確保されているため、環状体６が電機子の回転によって破壊される恐れもない。

実施の形態２．
図９はこの発明の実施の形態１における電動機の電機子を示す要部断面図である。
本実施の形態における電動機の電機子には、ティース２（電機子鉄心１）に対する環状体６の位置を決定するための嵌合部が備えられている。その他の構成は、実施の形態１に示すものと同様である。

上記嵌合部は、例えば、ティース２に設けられた凹部１３ａと、環状体６に設けられた凸部１３ｂとにより構成される。具体的に、凹部１３ａは、ティース２の先端面２ａに形成された半円状の窪みからなる。また、凸部１３ｂは、磁性部材７の一側面７ａに形成された半円状の突出体からなり、環状体６がティース２に適切に固定された際に、凹部１３ａ内に配置されるように形成されている。

なお、上記嵌合部は、対になっているティース２及び磁性部材７のうち、その一部に設けられていても良いし、全てに設けられていても良い。また、凹部１３ａを磁性部材７の一側面７ａに形成し、凸部１３ｂをティース２の先端面２ａに形成しても良い。

上記形状の磁性部材７は、実施の形態１の場合と同様に、例えば、０．２乃至０．５ｍｍの薄板電磁鋼板を所定枚数積層したり、所定の磁性材料を機械加工したりすることによって構成される。そして、上記構成の磁性部材７をティース２と同数だけ用意して同一円周上に等間隔に配置し、樹脂部材８をインサート成形によって組み合わせて、環状体６を完成させる。

また、電機子の製造に際しては、軸３を電機子鉄心１に密嵌して固定した後、絶縁部材１０や絶縁紙１１を適切に配置して、所定の電気絶縁を確保する。また、コイル５をティース２に巻き付けてスロット４内に配置し、更に、環状体６をティース２に密嵌させて、環状体６をティース２（電機子鉄心１）に強固に固定する。この時、上記嵌合部の位置を基準に環状体６のラジアル方向の位置を定めるとともに、磁性部材７の各一側面７ａがティース２の各先端面２ａに接触し、且つ、（嵌合部が複数ある場合は、全ての）凸部１３ｂが凹部１３ａ内に配置されるように、環状体６を軸３の軸長方向に押し込み、環状体６をティース２（電機子鉄心１）に密嵌させる。

上記構成の電機子では、上記嵌合部の位置を基準に環状体６のラジアル方向の位置を定めることができる。また、環状体６の位置がずれている場合は、凸部１３ｂが凹部１３ａ内に収容されず、環状体６をティース２（電機子鉄心１）に装着させることができない。このため、上記構成の電機子を備えた電動機であれば、ティース２（電機子鉄心１）に対する環状体６の位置精度を確実に向上させることができる。また、上記嵌合部により、環状体６の円周方向に対する保持強度を十分に確保することができ、電機子の起動時及び停止時等に、環状体６と電機子鉄心１との間に相対変位が発生する恐れもない。
なお、その他の効果は実施の形態１と同様であり、本電動機は、掃除機用電動送風機において特に有効な手段となり得る。

１、１４ 電機子鉄心
２、１５ ティース
２ａ 先端面
３ 軸
４、１６ スロット
５、１７ コイル
６、１８ 環状体
７ 磁性部材
７ａ 一側面
７ｂ 他側面
８ 樹脂部材
９ 軸受
１０ 絶縁部材
１１ 絶縁紙
１２ 整流子
１３ａ 凹部
１３ｂ 凸部
１８ａ 非磁性改質部
１９ ウェッジ

Claims (6)

1. 軸に固定された電機子鉄心と、
   前記電機子鉄心に設けられ、前記電機子鉄心から前記軸を中心として放射状に突出する複数のティースと、
   前記ティースに巻き付けられ、前記ティース間のスロットに配置されたコイルと、
   前記ティースと同数の磁性部材がインサート成形によって樹脂部材と一体化された環状体と、
   を備え、
   前記磁性部材は、前記各ティースに対向するように同一円周上に配置され、一側面が前記環状体の内周面の一部を形成し、
   前記環状体は、前記磁性部材の前記一側面と前記ティースの先端面とのはめ合いによって前記ティースに固定された
   ことを特徴とする電動機。
2. 前記ティースの前記先端面及び前記磁性部材の前記一側面の一方に設けられた凹部と、
   前記ティースの前記先端面及び前記磁性部材の前記一側面の他方に設けられ、前記環状体が前記ティースに固定された際に、前記凹部内に配置される凸部と、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電動機。
3. 前記磁性部材の前記一側面は、前記環状体の円周方向の幅が、前記軸の軸長方向に渡って前記ティースの前記先端面の幅に一致するように配置されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電動機。
4. 前記磁性部材は、他側面が前記環状体の外周面の一部を形成し、前記一側面及び前記他側面以外の面全体が、前記樹脂部材によって覆われたことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の電動機。
5. 前記磁性部材は、前記環状体の円周方向の幅が、前記一側面よりも前記他側面の方が大きいことを特徴する請求項４に記載の電動機。
6. 請求項１から請求項５の何れかに記載の電動機を備えたことを特徴とする電動送風機。

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