(57)【要約】【課題】フック部の強度を低下させることなく隣接する整流子片に位置する巻線同士の絶縁距離を確保できる整流子およびこれを備えた電動機を提供する。【解決手段】整流子53は、通電により回転磁極を形成するアーマチュア組立の巻線57と電気的に接続され、アーマチュア組立の回転によりブラシ装置と摺接する。整流子53は、円筒状の絶縁体61と、絶縁体61の外周に周方向に互いに離間されて複数配置された導電性の整流子片62とを有する。各整流子片62は、摺接部64と、フック部65とを備える。摺接部64は、ブラシ装置と摺接する。フック部65は、摺接部64の端部に折り返し形成され、摺接部64以上の厚みを有するとともに、巻線57が引っ掛けられて巻線57と電気的に接続される。フック部65は、引っ掛けられた巻線57の位置を一側と他側とで径方向に異ならせるように形成されている。【選択図】図１
2017189016.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電により回転磁極を形成する回転子の巻線と電気的に接続され、前記回転子の回転によりブラシ装置と摺接する整流子であって、
円筒状の絶縁体と、
この絶縁体の外周に周方向に互いに離間されて複数配置された導電性の整流子片とを具備し、
前記各整流子片は、
前記ブラシ装置と摺接する摺接部と、
この摺接部の端部に折り返し形成され、この摺接部以上の厚みを有するとともに、前記巻線が引っ掛けられてこの巻線と電気的に接続されるフック部とを備え、
前記フック部は、引っ掛けられた前記巻線の位置を一側と他側とで径方向に異ならせるように形成されている
ことを特徴とした整流子。
【請求項２】
フック部は、巻線と接触する位置が径方向にずれるように折り返されている
ことを特徴とした請求項１記載の整流子。
【請求項３】
フック部は、巻線と接触する一側と他側との厚みが異なっている
ことを特徴とした請求項１記載の整流子。
【請求項４】
固定磁極を形成する固定子と、
回転軸、この回転軸に設けられて前記固定子の内方に対向し、通電により回転磁極を形成する巻線、および、この巻線と電気的に接続された請求項１ないし３いずれか一記載の整流子を備えた回転子と、
前記整流子と摺接して電気的に接続されるブラシ装置と
を具備したことを特徴とした電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、回転子の巻線と電気的に接続される整流子およびこれを備えた電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動機は、固定磁極を形成する固定子と、回転磁極を形成する回転子(電機子)とを備えている。回転子は、出力軸となる回転軸に、巻線からなるコイルと整流子とが固定され、コイルの巻線と整流子とが電気的に接続されて構成されている。
【０００３】
整流子は、円筒状の絶縁体の外周に、軸方向に沿って長手状の整流子片が複数、絶縁体の周方向に互いに離間されて配置されている。そして、これら整流子片のそれぞれの端部に折り返して形成されたフック部に巻線が引っ掛けられ、このフック部をスポット溶接または熱かしめ(ヒュージング)することでフック部と巻線とが電気的および機械的に接続される。
【０００４】
隣接する整流子片のフック部に引っ掛けられている巻線同士は互いに電気的に絶縁されている必要があるため、フック部は整流子片のその他の部分、すなわちブラシ装置と摺接する摺接部に対して細く形成されている。特に、熱かしめを用いてフック部と巻線とを接続する場合、接続の際にフック部が広がるときがあるので、例えばフック部に設けた溝部に巻線を引っ掛けることにより、フック部に引っ掛けられた巻線間の絶縁距離を確保する構成がある。
【０００５】
しかしながら、この構成の場合、溝部によってフック部の一部が細くなっているため、巻線を引っ掛けるとき、あるいは溶接や熱かしめを行うときに曲がりが生じないように、慎重な作業が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−１１０７０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、フック部の強度を低下させることなく隣接する整流子片に位置する巻線同士の絶縁距離を確保できる整流子およびこれを備えた電動機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態の整流子は、通電により回転磁極を形成する回転子の巻線と電気的に接続され、回転子の回転によりブラシ装置と摺接する整流子である。この整流子は、円筒状の絶縁体と、この絶縁体の外周に周方向に互いに離間されて複数配置された導電性の整流子片とを有する。各整流子片は、摺接部と、フック部とを備える。摺接部は、ブラシ装置と摺接する。フック部は、摺接部の端部に折り返し形成され、摺接部以上の厚みを有するとともに、巻線が引っ掛けられてこの巻線と電気的に接続される。そして、このフック部は、引っ掛けられた巻線の位置を一側と他側とで径方向に異ならせるように形成されている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態の整流子の一部を軸方向から見た平面図である。
【図２】(a)は同上整流子の一部の縦断正面図、(b)は同上整流子の一部の縦断側面図である。
【図３】同上整流子の一部の斜視図である。
【図４】同上整流子を備えた電動機の分解斜視図である。
【図５】同上電動機の一部を切り欠いて示す側面図である。
【図６】第２の実施形態の整流子の一部を軸方向から見た平面図である。
【図７】同上整流子の一部の斜視図である。
【図８】第３の実施形態の整流子の一部を軸方向から見た平面図である。
【図９】同上整流子の一部の断面図である。
【図１０】第４の実施形態の整流子の一部を軸方向から見た平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、第１の実施形態の構成を、図面を参照して説明する。
【００１１】
図５において、11は電動機を示し、この電動機11は、本実施形態では、例えば電動送風機12に適用されている。この電動送風機12は、例えば電気掃除機の掃除機本体に収容されて吸塵用の送風動作を行うものである。そして、この電動送風機12は、電動機11と、この電動機11により回転されるファンである遠心ファン14と、これら電動機11と遠心ファン14との間に位置する整流板であるディフューザ15と、遠心ファン14を覆って電動機11に取り付けられるファンカバー16とを備えている。
【００１２】
電動機11は、金属製のフレーム21と、このフレーム21に収容された電動機本体22と、フレーム21に取り付けられたブラシ装置23，23とを有している。
【００１３】
フレーム21は、有底円筒状のフレーム本体25と、このフレーム本体25の開口側に一体的に取り付けられるフレーム端面板26とを備えている。
【００１４】
フレーム本体25は、複数の排気口30と、これら排気口30間に位置しブラシ装置23が取り付けられる取付開口31とを外周面に備えている。また、このフレーム本体25には、電動機本体22を支持するためのモータヘッド部32が底部に凹設されており、このモータヘッド部32の内部には、(一方の)ベアリング33と、このベアリング33とともに電動機本体22を軸方向(スラスト方向)に付勢するためのスラストばね34とが収容されている。
【００１５】
フレーム端面板26は、フレーム本体25の径方向に沿って形成され、フレーム本体25の開口を横断して配置され、このフレーム本体25に対してねじ止め固定されている。したがって、このフレーム端面板26の両側は、フレーム本体25(フレーム21)の内部と連通する図示しない通気開口となっている。また、このフレーム端面板26には、フレーム本体25(フレーム21)の内部と連通する開口部37(図４)が開口されている。さらに、このフレーム端面板26の中央部には、ディフューザ15を保持する円筒状の保持部38が一体に形成されており、この保持部38の内部には、(他方の)ベアリング39が取り付けられている。
【００１６】
また、電動機本体22は、固定子(ステータ)としてのフィールド組立41と、回転子(ロータ)としての電機子であるアーマチュア組立42とを備えている。
【００１７】
フィールド組立41は、固定子鉄心としての固定子本体である枠状のフィールドコア45に対して絶縁された状態で配置された界磁巻線46によりアーマチュア組立42の回転方向である周方向に複数の固定磁極を形成する。
【００１８】
アーマチュア組立42は、回転中心となる出力軸である回転軸51に、回転子本体としてのアーマチュアコア52と、ブラシ装置23と摺接する整流子(コンミュテータ)53とが一体的に形成されている。また、このアーマチュア組立42は、回転軸51に取り付けられてこの回転軸51と一体に回転する防塵部材54を備えている。
【００１９】
回転軸51は、一端側がベアリング39により回転自在に保持され、他端側がベアリング33により回転自在に保持されている。また、この回転軸51は、一端側がディフューザ15に挿通され、このディフューザ15から突出する一端部に遠心ファン14が接続されている。
【００２０】
アーマチュアコア52は、回転軸51に固定されたコア部としての電機子コアをなす円柱状の積層鉄心56と、この積層鉄心56に対して絶縁された状態で巻線57が巻き付けられて構成された回転子コイルであるアーマチュアコイル58とを備えている。
【００２１】
積層鉄心56は、例えば磁性体である電磁鋼板を複数積層し結合して略円筒状に構成されている。また、この積層鉄心56の周縁部には、図示しない複数の磁極歯部が周方向に略等間隔に離間されて放射状に突設されている。さらに、この積層鉄心56の中央部には、回転軸51が圧入されている。
【００２２】
巻線57は、他の部分と電気的に接続される位置を除く全体の表面に絶縁皮膜が形成されている。
【００２３】
アーマチュアコイル58は、巻線57に通電することにより、回転によって磁極が切り換わる回転磁極を積層鉄心56に形成するものである。このアーマチュアコイル58を構成する巻線57は、両端が整流子53に電気的に接続され、これら両端間が対応する位置の磁極歯部の間を通って積層鉄心56に対して絶縁された状態で巻き付けられている。したがって、この巻線57は、積層鉄心56の両端側にそれぞれ位置している。換言すれば、この巻線57は、積層鉄心56に対して遠心ファン14側であるベアリング39(防塵部材54)側と、整流子53側であるベアリング33側とに露出して位置している。
【００２４】
整流子53は、アーマチュアコア52に形成される回転磁極を切り換えるものであり、回転軸51の他端部近傍に固定されている。この整流子53は、フック式のものであり、図３に示すように、円筒状の絶縁体61の周囲に、巻線57(図１)とそれぞれ電気的に接続される複数の整流子片62が互いに周方向に離間されて取り付けられている。したがって、各整流子片62は、互いに絶縁された状態で配置されている。
【００２５】
絶縁体61は、絶縁性の合成樹脂などにより形成されている。この絶縁体61には、図２(a)に示すように、中央の穴部61aに回転軸51が同軸状に圧入されて固定されている。
【００２６】
整流子片62は、図３に示すように、導電性に優れた金属などの部材により、それぞれ細長い長方形状(短冊状)に形成されている。これら整流子片62は、絶縁体61の軸方向と略平行な方向に沿って長手方向を有して配置されている。そして、各整流子片62は、相対的に幅広の摺接部64と、相対的に幅狭のフック部65とを一体に備えている。
【００２７】
摺接部64は、ブラシ装置23(図５)が摺接する部分である。この摺接部64は、図細長い四角形状に形成されている。また、この摺接部64は、フック部65よりも長く形成されており、絶縁体61の外周に対向する側と反対側の主面である表面64aが絶縁体61の外周と同軸の円筒面に沿って湾曲した円弧面状に形成されてブラシ装置23(図５)と摺接するようになっている。
【００２８】
フック部65は、アーマチュアコイル58の巻線57(図５)と電気的および機械的に接続される部分である。このフック部65は、細長い四角形状に形成されており、摺接部64の一端部であるアーマチュアコイル58側(遠心ファン14(図５)側)の端部から突出している。また、このフック部65は、摺接部64の幅方向両側に対して幅方向中央部側にオフセットされて幅狭となっている。すなわち、このフック部65は、幅方向の中央部が摺接部64の幅方向の中央部と略一致するように形成されている。また、このフック部65は、図２(a)の想像線に示すように、摺接部64の表面64a側、すなわち絶縁体61の外周面に対して離間される側である外側に折り曲げられてアーマチュアコア52(図５)に対して反対側にフック状に折り返されており、巻線57を引っ掛けた状態で摺接部64の表面64aに巻線57とともにスポット溶接、あるいは熱かしめ(ヒュージング)されて固定されることで、巻線57と電気的および機械的に接続されるようになっている。
【００２９】
ここで、このフック部65は、摺接部64以上の厚みを有している。具体的に、本実施形態において、フック部65は、図２(a)に示すように、摺接部64と連続しフック部65の折り曲げ代となる基端部67がこの摺接部64と略等しい厚みでこの摺接部64の表面64aと面一となっているとともに、この基端部67の先端側に連続する巻線挟持部である先端部68が、図２(b)に示すように、幅方向一側65aから幅方向他側65bへと徐々に(連続的に)厚みが増加する、すなわち整流子53(図１)の径方向に突出するように形成されている。したがって、先端部68の表面は、幅方向一側65aから幅方向他側65bへと直線状に傾斜している。先端部68は、基端部67と連続する基端側が基端部67と同様にフック部65の折り曲げ代となっており、図２(a)の想像線に示すように、先端側が摺接部64の表面64aと対向してこの表面64aに接合されることで、摺接部64(表面64a)との間で巻線57を挟持するようになっている。
【００３０】
なお、このフック部65は、フック状に折り返される際に、幅方向他側65bを幅方向一側65aに接近させるように斜めに(傾斜状に)折り返されている(図３の想像線)。したがって、このフック部65は、図１に示すように、対向する表面同士が略平行となるように折り返され、幅方向一側65aと幅方向他側65bとで間隔が略一定となるように形成されている。
【００３１】
図５に示す防塵部材54は、例えば金属により略円形板状に形成されている。この防塵部材54は、回転軸51の一端側に固定されてベアリング39の他端側に隣接して配置されている。
【００３２】
そして、アーマチュア組立42は、回転軸51をベアリング33，39に回転自在に軸支することにより、フィールド組立41の中央部を貫通してフレーム21に取り付けられ、この取り付け状態で、整流子53が、アーマチュアコア52とベアリング33との間に位置し、防塵部材54が、アーマチュアコア52とベアリング39との間にてこのベアリング39に隣接して位置して、回転軸51がベアリング39および保持部38に挿通されてフレーム21の外部へと突出している。
【００３３】
各ブラシ装置23は、図示しない電源に対して電気的に接続される角柱状のカーボンブラシ71を内部に移動可能に保持しており、このカーボンブラシ71の先端側が整流子53(整流子片62の摺接部64の表面64a(図２(a)))に圧接されて電気的に接続されている。
【００３４】
遠心ファン14は、電動機11のフレーム21から突出するアーマチュア組立42の回転軸51の一端部に連結されている。さらに、この遠心ファン14は、ファンカバー16に対向して、円形状の吸込口73が中央部に形成されている。そして、この遠心ファン14は、スペーサ(スリーブ)74を介してベアリング39(保持部38)に対して離間されており、ワッシャ75，76により挟まれた状態で、回転軸51の一端部に対してナット77により固定されている。
【００３５】
ディフューザ15は、遠心ファン14から外周方向へと吹き出された気流を静圧化して電動機11のフレーム21の内部へと案内するものであり、フレーム端面板26に対してねじ止め固定されることで、電動機11と一体的となっている。このディフューザ15は、略円形板状の整流板本体であるディフューザ本体81の一主面側に上流側静翼82が突設され、このディフューザ本体81の他主面側に下流側静翼83が突設されている。
【００３６】
ディフューザ本体81は、中央部にフレーム端面板26の保持部38が挿通されている。
【００３７】
上流側静翼82は、遠心ファン14から吹き出された空気を整流するもので、ディフューザ本体81の外縁近傍の位置にて周方向に複数配置され、ファンカバー16に圧接されて、互いに隣接する上流側静翼82間、および、各上流側静翼82とファンカバー16との間に、空気が通過する流路85を形成している。これら上流側静翼82は、遠心ファン14の外周に対して離間されて対向しているとともに、ファンカバー16の内周に対向して位置している。すなわち、これら上流側静翼82は、遠心ファン14の外周とファンカバー16の内周との間に位置している。
【００３８】
下流側静翼83は、上流側静翼82により整流されて流路85を通過した空気を整流しつつ回転軸51側である電動機11(フレーム21)の内部へと導くもので、上流側静翼82と交差する方向に沿ってディフューザ本体81の周方向に複数配置され、互いに隣接する下流側静翼83間に、空気が通過する通気路87を形成している。また、これら下流側静翼83は、フレーム21の通気開口およびフレーム端面板26の開口部37(図４)と対向している。したがって、通気路87を通過した空気が、通気開口および開口部37(図４)を介して電動機11(フレーム21)の内部へと流入するようになっている。
【００３９】
ファンカバー16は、有蓋円筒状に形成されており、外周縁部がフレーム本体25の開口縁に圧入されて固定されている。さらに、このファンカバー16の中央部には、円形状の吸気口91が形成されている。この吸気口91は、円環状のシール部材92を介して遠心ファン14の吸込口73と気密に接続される。
【００４０】
次に、上記第１の実施形態の作用を説明する。
【００４１】
アーマチュア組立42は、各整流子片62のＵ字状に折り返された各フック部65に対して巻線57を少なくとも一回巻き付けた状態で、これらフック部65の先端部68を摺接部64の表面64aにスポット溶接または熱かしめ(ヒュージング)することで、巻線57の表面の絶縁皮膜が溶け、フック部65と巻線57とが電気的および機械的に接続される。このように、アーマチュア組立42において、各整流子片62と巻線57とが電気的に接続される。
【００４２】
そして、このアーマチュア組立42は、フレーム21に組み込まれ、ベアリング33，39によって回転自在に保持されるとともに、フレーム21に取り付けられたブラシ装置23のカーボンブラシ71の先端部が整流子53の整流子片62の摺接部64の表面64aに圧接される。
【００４３】
電動機11は、通電によりフィールド組立41に固定磁極が形成されるとともに、アーマチュア組立42に回転磁極が形成され、固定磁極と回転磁極との吸引・反発によって、ベアリング33，39で回転自在に保持されたアーマチュア組立42が回転する。このアーマチュア組立42の回転により、ブラシ装置23のカーボンブラシ71と摺接することで電気的に接続される整流子53の整流子片62(図３)が切り換わることにより、アーマチュアコイル58の巻線57に流れる電流の向きが切り換わり、回転磁極が反転するため、アーマチュア組立42が連続的に回転する。
【００４４】
このアーマチュア組立42の回転により、電動送風機12では、回転軸51に固定された遠心ファン14が回転する。そして、この遠心ファン14の回転により、ファンカバー16の吸気口91から空気が吸い込まれ、この空気が吸込口73を介して遠心ファン14内へと吸い込まれ、この遠心ファン14から外周方向へと吹き出される。この後、吹き出された空気はディフューザ15の上流側静翼82によって外周方向へと整流されつつ流路85を通過した後、ファンカバー16の内周側から下流側静翼83によって中心側すなわち回転軸51側へと整流されつつ通気路87を通過し、フレーム端面板26の両側の通気開口およびフレーム端面板26の開口部37(図４)などからフレーム本体25(フレーム21)内へと流入する。
【００４５】
この空気の流れすなわち気流は、アーマチュア組立42のアーマチュアコア52(アーマチュアコイル58)の巻線57に吹き付けられてアーマチュアコア52(アーマチュアコイル58)を冷却するとともに、フィールド組立41およびブラシ装置23，23などを冷却した後、排気口30から排気風として電動送風機12(フレーム21)の外部に排気される。
【００４６】
上述したように、上記第１の実施形態によれば、各整流子片62のフック部65にそれぞれ巻き付けたアーマチュアコイル58の巻線57は、フック部65が幅方向一側65aより幅方向他側65bで厚みが大きいことにより、フック部65の幅方向一側65aに位置する端部と、幅方向他側65bに位置する端部とが整流子53の径方向にずれる。そのため、互いに隣接する整流子片62，62同士では、一の整流子片62の幅方向一側65aに位置する巻線57の端部と、他の整流子片62の幅方向他側65bに位置する巻線57の端部とが整流子53の径方向にずれることとなる。したがって、例えばフック部65の厚みを部分的に薄くするなどの場合のように、フック部65の強度を低下させることなく、隣接する整流子片62，62に位置する巻線57，57同士の絶縁距離を確保できる。
【００４７】
この結果、隣接する整流子片62，62のフック部65，65に引っ掛けられた巻線57，57間の絶縁距離を確保するために巻線57，57を離間させるなどの別途の工程が不要となり、製造性を向上できるとともに、巻線57，57同士が過剰に接近しないので、巻線57，57の絶縁不良に伴う動作不良や歩留まりの低下を抑制できる。
【００４８】
また、整流子53の各整流子片62のフック部65の先端部68を基端部67に対して傾斜状に折り返しているので、フック部65の幅方向一側65a，65aと幅方向他側65b，65bとでの間隔を略均一とし、巻線57を幅方向一側から幅方向他側に亘ってより均一に保持できる。
【００４９】
次に、第２の実施形態を図６および図７を参照して説明する。なお、上記第１の実施形態と同様の構成および作用については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００５０】
この第２の実施形態は、上記第１の実施形態において、予めフック部65の先端部68を周方向に屈曲させて形成しているものである。
【００５１】
すなわち、この第２の実施形態では、フック部65の先端部68を予め屈曲させて形成することで、フック部65を形成する際に傾斜状に折り返しやすいとともに、傾斜状に折り返した状態で摺接部64の幅方向中心付近に先端部68が位置し、この摺接部64に対向するフック部65の面積を大きく取れるので、フック部65を摺接部64の表面64aに対して、スポット溶接または熱かしめなどによって、より固定し易くなる。
【００５２】
なお、上記各実施形態において、図８および図９に示す第３の実施形態のように、整流子53の各整流子片62のフック部65の先端部68を、幅方向一側65aから幅方向他側65bへと、摺接部64と略等しい厚みに形成するとともに、幅方向他側65b寄りの一部、本実施形態では端部の位置に、整流子53の径方向に突出する突出部95を段差状に形成してもよい。換言すれば、フック部65は、幅方向一側65aと幅方向他側65bとで、不連続的に厚みが異なる構成としてもよい。このように形成しても、フック部65の幅方向一側65aと幅方向他側65bとの間に亘り引っ掛けられる巻線57がフック部65の幅方向他側65bでは突出部95の外形に沿うことで、フック部65の幅方向一側65aと幅方向他側65bとで巻線57の位置を整流子53の径方向にずらすことができるので、上記各実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００５３】
また、上記各実施形態では、各整流子片62のフック部65の先端部68の厚みを幅方向一側と幅方向他側とで変えたが、例えば図１０に示す第４の実施形態のように、各整流子片62のフック部65の先端部68の厚みを摺接部64と同一の略一定の厚みとしつつ、巻線57と接触する位置が径方向にずれるように傾斜状に折り返すこともできる。
【００５４】
さらに、電動機11は、電動送風機12に適用するものに限らず、その他の任意の電気機器に用いることができる。
【００５５】
以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、例えばフック部65の一部を細くするなどの、フック部65の強度を低下させる加工などをすることなく、隣接する整流子片62，62に位置する巻線57，57同士の絶縁距離を確保でき、電動機11の信頼性および製造性を向上できる。
【００５６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５７】
11    電動機
23    ブラシ装置
41    固定子としてのフィールド組立
42    回転子としてのアーマチュア組立
51    回転軸
53    整流子
57    巻線
61    絶縁体
62    整流子片
64    摺接部
65    フック部
【図１】
2017189016.tif 000003
【図２】
2017189016.tif 000004
【図３】
2017189016.tif 000005
【図４】
2017189016.tif 000006
【図５】
2017189016.tif 000007
【図６】
2017189016.tif 000008
【図７】
2017189016.tif 000009
【図８】
2017189016.tif 000010
【図９】
2017189016.tif 000011
【図１０】
2017189016.tif 000012