ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ И ЭЛЕКТРОИНСТРУМЕНТ, СНАБЖЕННЫЙ ЭТИМ ДВИГАТЕЛЕМ
ELECTRIC MOTOR AND ELECTRIC TOOL EQUIPPED WITH THIS MOTOR

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к электродвигателю, содержащему якорь (ротор) с формованным полимером, в котором обмотка, намотанная в пазах сердечника якоря, покрыта формованным полимером, а также к электроинструменту, снабженному таким электродвигателем.
Уровень техники
В области портативных электроинструментов, таких как дисковые шлифовальные машины, используемые для шлифовальных работ, в качестве источника вращательного движения широко используют коллекторные электродвигатели, которые обладают сравнительно небольшими размерами и массой при высоком пусковом моменте. В таких электроинструментах обычно используют конфигурацию, когда блок передачи мощности, содержащий зубчатую передачу, соединительный вал и т.п., который передает выходную мощность вращающегося вала инструменту, такому как шлифовальный диск, установленному на переднем конце вращающегося вала, расположен на одном конце корпуса двигателя, в котором установлен коллекторный двигатель, по направлению вращающегося вала. Кроме того, в такой конфигурации на другом конце корпуса двигателя по направлению вращающегося вала обычно предусмотрена рукояточная часть, в которой размещены электрические схемы, такие как выключатель привода.
В электроинструментах могут возникать нижеследующие проблемы. Отходы шлифования, образующиеся при шлифовании железа, и отходы резки, образующиеся при резке камня, попадают в корпус двигателя через окно для струи охлаждающего воздуха, предусмотренное в рукояточной части или в части, содержащей блок передачи мощности. Это приводит к повреждению обмотки якоря. В особенности повреждается конечная часть обмотки, выступающая из паза сердечника, в результате чего происходит истирание или разрыв проволоки обмотки.
Для решения проблемы истирания или разрыва проволоки, как описано в патентных публикациях JP-A-7-123618, JP-A-8-140318 и JP-A-7-123642, используется хорошо известная технология, заключающаяся в том, что часть обмотки, находящуюся в пазе сердечника якоря, и концевую часть обмотки, находящуюся вне паза сердечника, покрывают формованным полимером при осуществлении формования. В данной технологии часть обмотки, находящаяся в пазе сердечника якоря, и концевая часть обмотки, находящаяся вне паза сердечника, покрывается слоем формованного полимера. Это позволяет предотвратить истирание или разрывы проволоки, вызываемые попаданием в двигатель отходов шлифования или отходов резки. Если в качестве формованного полимера, используемого в данной технологии, применяется материал с высокой теплопроводностью, становится возможным предотвратить истирание или разрывы проволоки без снижения эффективности охлаждения.
Однако обычно в вышеописанном якоре с формованным полимером для упрощения конфигурации формы в целях повышения производительности и уменьшения потерь на сопротивление воздуха, возникающих на внешней периферической поверхности сердечника якоря, как показано на фиг.7, пазы сердечника 2f, на котором намотана обмотка 2е, заполняют слоем 9а формованного полимера до того же уровня периферической поверхности, что и внешняя периферическая поверхность сердечника, так что вся периферическая поверхность сердечника может быть сделана ровной. Это приводит к снижению эффективности охлаждения якоря. В особенности снижается эффективность охлаждения обмотки 2е, в результате чего температура обмотки повышается. Электроинструменты часто бывают подвержены высоким нагрузкам, в зависимости от условий работы. Соответственно необходимо предотвратить чрезмерное повышение температуры обмотки.
Раскрытие изобретения
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании электродвигателя, содержащего якорь с формованным полимером, в котором повышена эффективность охлаждения обмотки якоря.
Другая задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании электродвигателя, содержащего якорь с формованным полимером, эффективность охлаждения которого повышена вследствие наличия открытых желобков для каждого из пазов сердечника якоря.
Еще одна задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в предложении способа изготовления якоря с формованным полимером или в предложении якоря с формованным полимером, в котором для каждого паза сердечника якоря предусмотрен произвольный открытый желобок, и используется несколько форм, отделяемых друг от друга, причем угол сдвига может быть установлен без снижения уровня массового производства.
Еще одна задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании электроинструмента, снабженного электродвигателем, в котором содержится якорь с формованным полимером.
Отличительные признаки настоящего изобретения, обеспечивающие решение поставленных задач, описаны ниже.
В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения электродвигатель содержит якорь, прикрепленный к вращающемуся валу и включающий в себя сердечник с проходящими в осевом направлении пазами; обмотку, намотанную вокруг сердечника в осевом направлении в указанных пазах, причем два концевых участка обмотки расположены в осевом направлении на обоих концах сердечника, на которых намотанная обмотка выступает из пазов в осевом направлении; охлаждающий вентилятор, прикрепленный к вращающемуся валу; и заполняющий слой формованного полимера для покрытия намотанной в пазах обмотки и для заполнения каждого паза до уровня периферической поверхности, совпадающего с уровнем внешней периферической поверхности сердечника, при этом якорь снабжен проходящими в осевом направлении открытыми желобками, выполненными на периферической поверхности слоя формованного полимера, заполняющего пазы.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения размеры поперечного сечения открытого желобка в радиальной плоскости, перпендикулярной осевому направлению, выполненного на заполняющем слое формованного полимера в каждом из пазов, отличаются от размеров поперечного сечения желобков, выполненных в двух смежных пазах.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения два концевых участка обмотки покрыты соответствующим покрывающим слоем формованного полимера.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения слой формованного полимера, заполняющий каждый из пазов, образован слоем, получаемым посредством формования при замыкании формы, разделяемой на элементы, по меньшей мере, в четырех направлениях по радиусу сердечника, на внешней периферической поверхности сердечника, а открытые желобки выполнены при помощи выступов, предусмотренных в полости формы.
В соответствии с дальнейшим аспектом настоящего изобретения предлагается электроинструмент, снабженный электродвигателем, причем электродвигатель содержит якорь, прикрепленный к вращающемуся валу и включающий в себя сердечник с проходящими в осевом направлении пазами; обмотку, намотанную вокруг сердечника в осевом направлении в указанных пазах, причем два концевых участка обмотки расположены в осевом направлении на обоих концах сердечника, на которых намотанная обмотка выступает из пазов в осевом направлении; охлаждающий вентилятор, прикрепленный к вращающемуся валу; и заполняющий слой формованного полимера для покрытия намотанной в пазах обмотки и для заполнения каждого паза до уровня периферической поверхности, совпадающего с уровнем внешней периферической поверхности сердечника, при этом якорь снабжен проходящими в осевом направлении открытыми желобками, выполненными на периферической поверхности слоя формованного полимера, заполняющего пазы.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения в указанном электроинструменте размеры поперечного сечения открытого желобка в радиальной плоскости, перпендикулярной осевому направлению, выполненного на заполняющем слое формованного полимера в каждом из пазов якоря, отличаются от размеров поперечного сечения желобков, выполненных в двух смежных пазах.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения в указанном электроинструменте два концевых участка обмотки якоря покрыты соответствующим покрывающим слоем формованного полимера.
В соответствии с вышеуказанными аспектами настоящего изобретения предусмотрены открытые желобки, проходящие в осевом направлении, которые выполнены на заполняющем слое формованного полимера, покрывающем обмотку, намотанную в каждом из пазов сердечника якоря. Таким образом, тепло, вырабатываемое якорем, на котором сформован полимер, можно эффективно компенсировать, и ограничить тем самым повышение температуры обмотки.
Краткое описание чертежей
Вышеуказанные и другие задачи, на решение которых направлено настоящее изобретение, а также вышеуказанные и другие аспекты настоящего изобретения, станут ясны из нижеследующего описания и прилагаемых чертежей. На чертежах:
на фиг.1 представлен вид в частичном разрезе электроинструмента с коллекторным двигателем согласно варианту осуществления изобретения;
на фиг.2 представлен вид в частичном разрезе общей конструкции якоря с формованным полимером по первому варианту осуществления изобретения;
на фиг.3 представлен вид сердечника якоря с формованным полимером с фиг.2 в разрезе по линии А-А, а также вид в разрезе участка формы для сердечника;
на фиг.4 представлен увеличенный вид в разрезе сердечника якоря с формованным полимером с фиг.3;
на фиг.5 представлен увеличенный вид в разрезе сердечника якоря с формованным полимером по второму варианту осуществления изобретения;
на фиг.6 приведена характеристика, иллюстрирующая повышение температуры якоря с формованным полимером согласно варианту осуществления изобретения;
на фиг.7 представлен в разрезе якорь с формованным полимером, известный из уровня техники.
Осуществление изобретения
Ниже приведено подробное описание вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи. При этом на всех чертежах, иллюстрирующих варианты осуществления изобретения, аналогичные элементы обозначены одинаково, и повторные описания опущены.
На фиг.1 изображен сбоку в разрезе электроинструмент, в котором коллекторный электродвигатель по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения использован в дисковой шлифовальной машине. Нижеследующее описание начинается с описания общей конструкции электроинструмента, приведенного со ссылками на фиг.1. Дисковая шлифовальная машина 100 содержит корпус 3 двигателя, выполненный из полимерного материала и предназначенный для установки в нем коллекторного электродвигателя 2 (универсального электродвигателя), в котором использован якорь 2а с формованным полимером по настоящему изобретению; кожух 4 передаточного механизма, выполненный из материала с металлическими свойствами и соединенный с одним концом корпуса 3 двигателя; узел 8 рукояти с выключателем, предназначенный для размещения выключателя 7 коллекторного электродвигателя 2 и электрической схемы выключателя (не представлена); и провод 8b подачи электропитания. Коллекторный электродвигатель 2, установленный в корпусе 3 двигателя, содержит якорь 2а с формованным полимером, прикрепленный к вращающемуся валу 2d; и статор 2b, прикрепленный к корпусу 3 двигателя. На выходном конце вращающегося вала 2d прикреплен охлаждающий вентилятор 2с. При вращении охлаждающего вентилятора 2с происходит забор внешнего воздуха, используемого для охлаждения (струи охлаждающего воздуха) через заборное окно 8а, выполненное в узле 8 рукояти с выключателем. Эта струя охлаждающего воздуха направляется в зазор, образованный между корпусом 3 двигателя, якорем 2а с формованным полимером и статором 2b, после чего выпускается в атмосферу через выпускное окно (не представлено), выполненное в кожухе 4 передаточного механизма. В кожухе 4 передаточного механизма размещена первая коническая шестерня (ведущая шестерня) 5а, прикрепленная к вращающемуся валу 2d коллекторного электродвигателя 2, а также вторая коническая шестерня 5b, сцепленная с первой конической шестерней 5а. Направление момента вращающегося вала 2d коллекторного электродвигателя 2 преобразуется в направление, перпендикулярное направлению момента вращающегося вала 2d коллекторного электродвигателя 2, при этом момент вращающегося вала 2d передается соединительному валу 6. Шлифовальный диск (шлифовальный камень), представляющий собой инструмент, прикрепляемый к переднему концу, прикреплен к соединительному валу 6. Это позволяет осуществлять операции шлифования или резки при помощи шлифовального диска 1. Полукруглый участок шлифовального диска 1 закрыт защитным кожухом 1а.
При использовании оператором дисковой шлифовальной машины 100 работа производится следующим образом. Источник электропитания коллекторного электродвигателя 2 включают при помощи выключателя 7, размещенного в узле 8 рукояти с выключателем. Оператор держит узел 8 рукояти с выключателем и боковую рукоять (не представлена), выполненную на кожухе 4 передаточного механизма, и нажимает шлифовальным диском 1 на деталь (изготавливаемую деталь) так, чтобы осуществить операцию шлифования металлического материала или операцию резки каменного материала. Например, в случае резки каменного материала в процессе резки образуются отходы резки каменного материала. При этом происходит засасывание образующихся таким образом отходов резки камня в корпус 3 двигателя через заборное окно 8а, выполненное в узле 8 рукояти с выключателем. При продувании отходов резки через обмотку 2е якоря 2а коллекторного электродвигателя происходит повреждение обмотки 2е, которое может вызвать истирание или разрыв проволоки. Однако, как показано на фиг.2 и 3 (на последней представлен вид в разрезе по линии А-А с фиг.2), в якоре 2а с формованным полимером по настоящему изобретению обмотка 2е, расположенная в пазе 2g сердечника 2f покрыта заполняющим слоем 9а формованного полимера, а концевые участки 2е1, 2е2 обмотки 2е, выступающие от обоих концов сердечника 2f по направлению вращающегося вала, покрыты соответственно покрывающими слоями 9b, 9с формованного полимера. Соответственно можно предохранить обмотку 2е от повреждения посторонними объектами, например отходами резки или отходами шлифования. Кроме того, как показано на фиг.3, по направлению вращающегося вала сердечника 2f на заполняющем слое 9а формованного полимера, покрывающего обмотку 2е в пазе 2g, выполнены открытые желобки 2j для охлаждения. Таким образом, струя охлаждающего воздуха, всасываемого охлаждающим вентилятором 2с, может эффективно компенсировать тепло, вырабатываемое якорем 2а с формованным полимером, в особенности тепло, вырабатываемое обмоткой 2е. Другими словами, наличие открытого желобка 2j может предотвратить истирание или разрыв проволоки без снижения эффективности охлаждения якоря 2а с формованным полимером.
Далее объясняется со ссылками на фиг.2 и 3 конструкция и способ изготовления якоря 2а с формованным полимером. Якорь 2а с формованным полимером изготавливается путем формования (штамповки) полимера при помощи форм 10, 11, 12, схематически представленных на фиг.2. В соответствии с данным вариантом осуществления изобретения формы 11, 12 концевых участков обмотки, осуществляющие формование покрывающих слоев 9b, 9с формованного полимера для покрытия пары концевых участков 2е1, 2е2 обмотки, выполнены соответственно в виде единых элементов, поскольку внутренним периферическим вогнутым поверхностям форм 11, 12 придана коническая форма или форма чаши, так что форма, которая может быть разделена в направлении вращающегося вала, замыкается, после чего выполняется формование.
С другой стороны, что касается формы 10 участка сердечника, используемой для формования полимера для обмотки 2е в пазе 2g сердечника 2f, чтобы образовать открытый желобок 2j на внешней периферической поверхности заполняющего слоя 9а формованного полимера в пазе 2g, форма 10 участка сердечника выполнена из четырех элементов 10а, 10b, 10с, 10d, которые могут быть разделены по меньшей мере в четырех направлениях вдоль радиального направления сердечника 2f. Заполняющий слой 9а формованного полимера образуется при формовании, когда форма 10, составленная из указанных четырех элементов, замыкается на внешней периферической поверхности сердечника 2f, как показано на фиг.2. Открытые желобки 2j формируются при помощи выступов 10х на каждом элементе 10a-10d формы. При этом, как показано на фиг.2, якорь 2а с формованным полимером электрически изолирован от вращающегося вала 2d посредством изолирующего слоя 2k полимера, внедренного в спиральный желобок 2m, выполненный на внешней периферической поверхности вращающегося вала 2d, и покрывающего внешнюю периферическую поверхность вращающегося вала 2d. В соответствии с данным вариантом осуществления изобретения, поскольку корпус 3 двигателя также выполнен из изолирующего материала (полимерного материала), изолирующий слой 2k полимера образует вместе с корпусом 3 двигателя двойную электрическую изоляцию.
Далее приведено более подробное описание формы 10 участка сердечника, представленной на фиг.3. В коллекторном электродвигателе 2 по данному варианту осуществления изобретения число пазов 2g в якоре 2а с формованным полимером равно 16. Как описано выше, форма 10 участка сердечника состоит из четырех разделяемых сдвигаемых элементов, т.е. форма может быть разделена на четыре металлических элемента 10а, 10b, 10с, 10d. Что касается формы 10 участка сердечника, один элемент (каждый из элементов 10а, 10b, 10с, 10d) покрывает четыре паза 2g. Если смотреть на якорь 2а с формованным полимером в направлении вращающегося вала, каждый из элементов формы сдвигается от центра вращающегося вала 2d в радиальном направлении, причем угол между указанными направлениями составляет 90°. На фиг.4 представлена в увеличенном виде одна четверть поперечного сечения сердечника, где выполнены открытые желобки 2j, представленные на фиг.3.
2
В варианте осуществления изобретения по фиг.3 и 4 форма открытых желобков 2j, выполненных в каждом из пазов 2g на внешней периферической поверхности сердечника 2f, имеет одинаковые геометрические параметры. С учетом относительного пространственного расположения направлений сдвига формы 10 участка сердечника и пазов 2g для облегчения отделения якоря 2а с формованным полимером от формы 10 участка сердечника по завершении процесса формования необходимо предусмотреть угловой допуск в 5° относительно направления сдвига. С учетом вышеизложенных обстоятельств, открытый желобок 2j предпочтительно имеет в поперечном разрезе, по существу, треугольную форму, как показано на фиг.4. Другими словами, выступ 10х формы 10 участка сердечника, представленный на фиг.3, предпочтительно имеет в поперечном разрезе, по существу, треугольную форму. Как показано на фиг.4, намотанная обмотка 2е размещена в каждом из пазов 2g сердечника 2f, а слоем 9а формованного полимера, выполненным из термореактивного полимера, например из ненасыщенного полиэфира, заполнено пространство между обмотками 2е. На внешней периферической поверхности сердечника 2f для каждого паза 2g выполнен открытый желобок 2j. Исходя из вышеизложенного в процессе вращения якоря 2а с формованным полимером струя охлаждающего воздуха, производимая охлаждающим вентилятором 2с, протекает в открытых желобках 2j. Кроме того, поскольку охлаждаемая поверхность якоря 2а с формованным полимером, образуемая открытыми желобками 2j, также увеличивается, то можно эффективно компенсировать нагрев обмотки 2е. В варианте осуществления по фиг.4, в котором внешний диаметр сердечника 2f взят равным 53,2 мм, ширина открытого желобка 2j взята равной 4 мм, а глубина открытого желобка 2j взята равной 2 мм, площадь поверхности открытых желобков 2j равна 348 мм. При проведении экспериментов с коллекторным электродвигателем 2, входная (потребляемая) мощность которого составляла порядка 2500 Вт, стало возможным ограничить повышение температуры обмотки 2е значением, приблизительно равным 92 К (кельвинам), что демонстрируется точкой «а» на характеристике по фиг.6, в сравнении с традиционным якорем с формованным полимером с ровной внешней периферической поверхностью сердечника.
2
2
Форма открытых желобков 2j, образуемых в соответствии с настоящим изобретением, может быть различной для разных пазов 2g сердечника 2f. На фиг.5 представлена в поперечном разрезе форма открытых желобков 2j по второму варианту осуществления настоящего изобретения. В данном случае открытые желобки 2j имеют в поперечном сечении, по существу, трапецеидальную форму. С учетом свойств отделения при формовании, в отношении паза 2g, расположенного в радиальном направлении вблизи направления сдвига формы (в случае, проиллюстрированном на фиг.5, радиальное направление сдвига формы составляет 45°), может быть предусмотрен открытый желобок 2j с большой площадью поверхности, т.е. может быть предусмотрен открытый желобок 2j с большой шириной дна. Использование различных форм поперечного сечения открытых желобков 2j для каждого из пазов, как указано выше, позволяет увеличить площадь поверхности открытых желобков 2j. В соответствии с данным вторым вариантом осуществления изобретения, если, как и в предыдущем варианте осуществления изобретения, внешний диаметр сердечника 2f принять равным 53,2 мм, ширину открытого желобка 2j принять равной 4 мм, а глубину открытого желобка 2j принять равной 2 мм, то средняя площадь поверхности открытых желобков равна 425 мм. В результате, как показано точкой «b» на характеристике по фиг.6, эффективность охлаждения якоря 2а с формованным полимером может быть повышена соответственно увеличению площади, которая теперь больше площади поверхности открытых желобков в первом варианте осуществления изобретения, составлявшей 348 мм. Соответственно стало возможным ограничить повышение температуры обмотки 2е значением, не превышающим приблизительно 85 К.
2
Форма поперечного сечения открытых желобков 2j не ограничена вышеописанными конкретными формами согласно изложенным выше вариантам осуществления изобретения. Могут быть внесены изменения в пределах, допустимых с точки зрения возможности отделения формы от полимера. Точка «с», представленная на характеристике по фиг.6, соответствует повышению температуры обмотки 2е в случае использования вышеописанной формы, разделяемой на четыре элемента, когда площадь поверхности открытых желобков 2j меньше, чем в первом и втором вариантах осуществления изобретения, а именно в случае, когда площадь поверхности открытых желобков составляет 300 мм. В этом случае, поскольку площадь поверхности открытых желобков уменьшена, температура обмотки 2е выше. Как ясно видно из фиг.6, когда увеличивается площадь поверхности открытых желобков 2j, становится возможным уменьшить повышение температуры якоря 2а с формованным полимером. В частности, становится возможным ограничить повышение температуры обмотки 2е.
Выше приведено подробное описание настоящего изобретения на примере конкретных вариантов его осуществления. Однако следует отметить, что настоящее изобретение не ограничено вышеописанными конкретными вариантами осуществления. Специалистами в данной области могут быть внесены изменения, не выходящие за пределы сущности и объема охраны изобретения.