JPH0258855B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は整流子回転電機の電機子に係り、特に
短節巻された電機子コイルを有する電機子に関す
る。

一般に整流子電動機は、電動機の回転数が約
20000〜30000rpmと非常に高いので、電動機損失
の中で鉄損の占める比率が高い。また、掃除機、
電動工具用等の大量生産品における電機子巻線の
巻線作業は、機械による自動巻が主である。この
種の整流子電動機のスロツト形状は、開放側が広
幅で底部が狭幅のなす形半閉スロツトが多く、こ
のようなスロツト形状においてはスロツト下部の
導体占積率が悪くなる。スロツト内における導体
占積率を向上するためにスロツト底部を広くする
とテイースの断面積が低下するのでテイースの磁
束密度が増加し、鉄心の鉄損が増加して効率の悪
い電動機となつてしまう。以下、これらの点に関
し、図面を参照して説明する。

第１図は整流子電動機の電機子を示す。シヤフ
ト１には電機子鉄心２が圧入されており、その片
側に電機子鉄心２より少し離れた位置に整流子３
が圧入されている。整流子３にはライザ４があ
り、ライザ４にはコイル端挿入用のスリツト５が
形成されている。さらに電機子鉄心２の外周部に
は巻線用のスロツト６が形成されており、スロツ
ト６にはそれぞれ電機子コイル７が施され、各コ
イルの始終端は前述のライザ４のスリツト５に挿
入され、接続してある。そして整流子３表面には
180度のピツチで一対のカーボンブラシ８を接触
させている。

上記電機子コイル７は第２図に示すスロツト位
置に巻装される。すなわち、電機子コイル７は整
流の関係で１スロツトの短節巻とされており、電
機子コイル７ａ，７ｂは自動巻線機（図示しな
い）により１対のスロツト６ａとスロツト６ｆに
巻装される。

すなわち電機子コイル７ａは一対のスロツト６
ａとスロツト６ｆの底部に巻装配置された下巻コ
イルとなり、電機子コイル７は一対のスロツト６
ａとスロツト６ｆの開放側にあつて下巻コイルの
上側に巻装された上巻コイルとなる。

第３図に巻線後のスロツト６ａ部の断面を示
す。スロツト６ａ内にはスロツト絶縁紙１０の内
側に下巻コイル７ａ、上巻コイル７ｂが巻装され
ており、その上部には下巻コイル７ａ、上巻コイ
ル７ｂがスロツト６ａの外へ飛び出さないように
くさび１１を挿入してある。９はテイース、Ｖ
はテイース幅、１２はスロツト６ａ内面と下巻コ
イル７ａ間に形成される空間部である。

このようにスロツト形状がなす形半閉スロツト
であると、スロツト６ａの開放側に巻装される上
巻コイル７ｂは比較的コイルの線間が密着されて
巻装されるが、スロツト幅が狭いスロツト６ａの
底部に巻装される下巻コイル７ａは、コイルの線
径が上巻コイルと同じであるため、図示のように
形成される空間部１２が大きくなり、スロツトの
底部における導体占積率が低下する。導体占積率
が低下すると所定の巻回数の上巻コイルと下巻コ
イルをスロツト内に巻装するためのスロツト面積
が大きくなつてしまう。このようにスロツト面積
が大きくなると、おのずとテイース幅Ｗが狭く
なつてテイースの磁束密度が増加し、鉄心の鉄損
が増大し、電動機の効率が低下する欠点があつ
た。

一方、鉄心の鉄損を上、下巻コイルの断面積を
変えずに低減する一つの手法として、当発明者等
は特開昭54−50904号公報記載の回転電機を既に
提案している。

これは、スロツトを上側幅広部と下側幅狭部よ
り形成し、特に、下側幅狭部に挿入する下導体の
一部を押圧により狭幅に塑性変形させたものであ
る。

これにより、下側幅狭部に対する下側コイルの
導体占積率が大幅に改善され、又、テイースの根
本部の幅Ｗを大きくすることができるので鉄損が
大幅に減少する。

しかしながら、この構成ではスロツトの形状が
複雑になると共に、下巻コイルを偏平に塑性変形
させる必要があり、加工が非常に面倒になるとい
う問題がある。

又、このような構成にしても、下巻コイルの断
面積が減少する訳ではないので、インピーダンス
は同一であり、整流性能の改善を期待することは
できないものであつた。

鉄損を減じる他の方法として下巻コイル７ａ、
上巻コイル７ｂのコイル線径を細くすることが考
えられるが、この場合は鉄損の減少分より鋼損の
増加分が大きくなつてかえつて効率の悪い電動機
となる場合がある。また、下巻コイル７ａ、上巻
コイル７ｂを細い線径のコイル２本とし、２本持
ちの下巻コイル７ａ、上巻コイル７ｂとすること
が考えられるが、２本持ちにすると２本持ちで巻
装できる自動巻線機を新たに製作しなければなら
ないという欠点があつた。又、下巻コイル７ａは
スロツト底部に巻装配置されているので、スロツ
ト漏れインダクタンスが増加し、上巻コイル７ｂ
はスロツトの開放側に巻装配置されているのでス
ロツト漏れインダクタンスが減少するため、上巻
コイルと下巻コイルとの整流性能に差異を生じ、
特に下巻コイルの整流性能によつて電動機の整流
性能が左右される欠点も併せ有している。

更に、本発明ではコイルの巻線方式として短節
巻きとし、整流性能を改善して総合的に出力を増
大し、寿命を延長することを指向しているもので
あるが、前記特許公開公報記載の発明ではこれら
に関し、論じられていない。

又、本発明が適用される比較的小形の回転電機
では、量産性が特に厳しく追求されるものである
が、我々が提案している前記特許公開公報では製
作性に関して、特に論じられていない。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を除
き、一本持ちの比較的簡易や自動巻線機を使用し
ても電機子鉄心のスロツト内における導体占積率
を向上して鉄損を低減し、かつ上巻コイルと下巻
コイルとの整流性能を均一化して電動機の整流性
能を向上してブラシ寿命を向上し、更に、巻線作
業性を向上することの可能な整流子回転電機の電
機子を提供することである。

これらの目的を達成するために本発明は、開放
側が広幅、底部が狭幅であるスロツトを多数有す
る電機子鉄心と、この電機子鉄心のスロツト内に
巻装された各電機子コイルが整流子を介して直列
接続されて構成される電機子巻線と、この整流子
の表面上を摺動接触するブラシとを備えた整流子
回転電機の電機子において、前記電機子コイルは
一対のスロツトにまたがつて短節巻され、それぞ
れのスロツトの底部に巻装配置された下巻コイル
と、一対のスロツトにまたがつて短節巻され、そ
れぞれのスロツトの開放側であつて、かつ予め巻
装されている下巻コイルの上側に巻装配置された
上巻コイルとから成り、前記下巻コイルの始終端
を前記整流子の隣接する所定の２個の整流子片に
接続し、前記上巻コイルの始終端を隣接する所定
の２個の整流子片に接続すると共に、前記下巻コ
イルと前記上巻コイルは断面円形の線材を用いる
と共に、下巻コイルの線径を上巻コイルの線径よ
り小径にし整流子回転電機の電機子を構成したも
のである。

以下、本発明の構成の一実施例を図面に基づい
て説明する。

第４図は、断面円形で異なる線径の上巻コイル
と下巻コイルを１スロツトの短節巻として巻装し
たスロツト６ａ部の断面図である。なす形半閉ス
ロツト６ａの底部には細い線径の下巻コイル７ａ
を巻装し、スロツト６ａの開放側には太い線径の
上巻コイル７ｂを巻装する。このようにスロツト
底部に細い線径の下巻コイル７ａを巻装すると、
スロツト底部に生ずる空間部１２が小さくなり、
これによりスロツトの開放側には新たに空間部１
３が生じる。この空間部１３の面積はスロツト下
部の導体占積率が大きくなつたことにより、コイ
ルの断面積が減少した分より大きくなる。

第５図は空間部１３がなくなるように、テイー
ス幅Ｗを大きくしたスロツト６ａ部の断面図を
示す。ここでテイース幅Ｗは、Ｗ＞Ｗの関
係にあるので、テイースの断面積が大きくなりテ
イースの磁束密度が小さくなつて鉄損が減少す
る。下巻コイル７ａを細い線径のコイルにしたこ
とにより銅損が増加するが、銅損の増加分よりス
ロツト内の導体占積率が向上するので、鉄損の減
少分が大きくなり、全体として損失が減少し、電
動機の効率が向上する効果がある。

更に、下巻コイル７ａを細い線径のコイルにし
たことにより下巻コイルの電気抵抗が大きくな
る。下巻コイルの抵抗が増大すると、ブラシによ
り整流作用を受けているとき下巻コイルに流れる
短絡電流が小さくなり、整流性能が向上し、力率
も向上するものである。又、短絡電流が小さくな
ることによつてブラシと整流子間で発生する火花
が小さくなりブラシの寿命を延長することが可能
になる。

一方、電機子巻線方式を短節巻とし、かつ、下
巻コイルの線径を上巻コイルの線径よりも小さく
したことに相俟つて、更に整流性能の向上を計る
ことができる。

又、短節巻は、スロツト角度を180度とする全
節巻と異なり、それぞれのコイルを巻装するため
の相対スロツト角度が180度未満となつているの
が特徴であり、これに起因して巻線は二つ同時に
二つの巻線機（フライヤ）によつてそれぞれ巻装
可能になる。すなわち、これは二つの巻線が巻線
作業中干渉することがないためである。更にこれ
は、一方の巻線機では大径の上巻コイルを、他方
の巻線機では小径の下巻コイルを巻くようにでき
ることを意味し、全節巻では線径を変えること等
の段取り変えを必要としたものを、短節巻にした
ことにより不要になり、巻線の作業性を向上する
ことが可能になり得るものである。特に、上巻コ
イルと下巻コイルの線径を異ならせた本発明にお
いては、巻線作業性の向上という観点で短節巻に
技術的意義を有するものである。

第６図に電機子コイルとして異なる線径のもの
を用いた場合のライザと電機子コイルとの接続状
態を示す。第６図において、３は整流子、４はラ
イザ、５はライザ４に設けたスリツト、７ａは下
巻コイル、７ｂは上巻コイル、１４は片間マイカ
である。ここでｌはライザ４の上部の厚み、ｌ
はライザ４の下部の厚みであり、同一線径の電
機子コイル７を使用すると当然、スリツト５を平
行に形成する必要があるため、下部のライザ片厚
みｌが薄くなつてｌ＞ｌとなる。ｌ＞ｌ
であると整流子３のライザ４の機械的強度がｌ
で左右され、ライザ４の小形化ができず、ひい
ては整流子３を小形化できない欠点があつた。し
かし、本実施例のように線径を異ならせただけの
電機子コイル（上巻コイルと下巻コイル）を用い
ると、ライザのスリツト５の下部に細い線径のコ
イル（下側コイルの始終端）を挿入するため、ラ
イザ４の厚みｌを厚みｌとほぼ同じにでき
る。このためライザ４の機械的強度が増し、ライ
ザ４の小形化、ひいては整流子３の小型化が可能
になる。なお、ライザ片厚みをｌ＝ｌにする
とスリツト５の形状はテーパ状になり、前述のよ
うに導体占積率が向上し、電動機の効率が向上す
る。

第７図は１スロツト内にコイル辺数を２個以上
巻装した場合の応用例を示した上巻コイルと下巻
コイルの巻装状態図である。１スロツト内のコイ
ル辺数が２個以上になると、同一スロツト中の最
後に整流を終えるコイルは整流が悪化し、ブラシ
寿命が悪くなる要因になる。第７図に示すものは
１スロツト内にコイル辺数が２個の場合の例であ
り、最後に整流をうけるコイルは整流子片３ｂ，
３ｃに接続された下巻コイル７ａであり、先に整
流を終えるコイルは整流子片３ａ，３ｂに接続さ
れた上巻コイル７ｂである。本実施例のように電
機子コイル７に線径の異なる２種類のコイルを用
に細い線径の下巻コイルは抵抗が大きいから、最
後に整流をうける下巻コイル７ａを細い線径とす
ることにより、コイルに流れる短絡電流が減少
し、整流を改善でき、ブラシ寿命を改善すること
ができる。

以上説明したように本発明によれば、開放側が
広幅、底部が狭幅であるスロツトを多数有する電
機子鉄心と、この電機子鉄心のスロツト内に巻装
された各電機子コイルが整流子を介して直列接続
されて構成される電機子巻線と、この整流子の表
面上を摺動接触するブラシとを備えた整流子回転
電機の電機子において、前記電機子コイルは一対
のスロツトにまたがつて短節巻され、それぞれの
スロツトの底部に巻装配置された下巻コイルと、
一対のスロツトにまたがつて短節巻され、それぞ
れのスロツトの開放側であつて、かつ予め巻装さ
れている下巻コイルの上側に巻装配置された上巻
コイルとから成り、前記下巻コイルの始終端を前
記整流子の隣接する所定の２個の整流子片に接続
し、前記上巻コイルの始終端を隣接する所定の２
個の整流子片に接続すると共に、前記下巻コイル
と前記上巻コイルは断面円形の線材を用いると共
に、下巻コイル線径を上巻コイルの線径より小径
に構成したので、電機子鉄心のスロツト内におけ
る導体占積率が向上し、鉄損が減少し、電動機の
整流性能を向上すると共にブラシの寿命が延長
し、しかも巻線作業性の向上が期待できる整流子
回転電機の電機子を提供することができるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は整流子電動機の電機子の全体構造を示
す斜視図、第２図は電機子コイルの巻装位置を示
す説明図、第３図は従来の電機子のスロツト部付
近を示す断面図、第４図および第５図は本発明の
各実施例に係る電機子のスロツト部付近を示す要
部断面図、第６図は本発明の一実施例である電機
子の整流子と電機子コイルの接続構造を示す側面
図、第７図は本発明の一実施例である電機子の電
機子コイル位置と整流子に対する接続状態を示す
図である。 ６ａ……電機子鉄心のスロツト、７ａ……下巻
コイル、７ｂ……上巻コイル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 開放側が広幅、底部が狭幅であるスロツトを
   多数有する電機子鉄心と、この電機子鉄心のスロ
   ツト内に巻装された各電機子コイルが整流子を介
   して直列接続されて構成される電機子巻線と、こ
   の整流子の表面上を摺動接触するブラシとを備え
   た整流子回転電機の電機子において、 前記電機子コイルは一対のスロツトにまたがつ
   て短節巻され、それぞれのスロツトの底部に巻装
   配置された下巻コイルと、一対のスロツトにまた
   がつて短節巻され、それぞれのスロツトの開放側
   であつて、かつ予め巻装されている下巻コイルの
   上側に巻装配置された上巻コイルとから成り、前
   記下巻コイルの始終端を前記整流子の隣接する所
   定の２個の整流子片に接続し、前記上巻コイルの
   始終端を隣接する所定の２個の整流子片に接続す
   ると共に、前記下巻コイルと前記上巻コイルは断
   面円形の線材を用いると共に、下巻コイルの線径
   を上巻コイルの線径より小径にしたことを特徴と
   する整流子回転電機の電機子。 ２ 前記特許請求の範囲第１項記載のものにおい
   て、１スロツト内のコイル辺数が２個以上の場
   合、同一スロツト中の最後に整流を終える電機子
   コイルを下巻コイルとし、先に整流を終える電機
   子コイルを上巻コイルとしたことを特徴とする整
   流子回転電機の電機子。