模製換向器及組裝模製換向器的換向器電動機的製作方法

2023-04-23 16:21:46

專利名稱：：模製換向器及組裝模製換向器的換向器電動機的製作方法
技術領域：
：本發明涉及對用於吸塵器及電動工具等的換向器電動機起到換向功能的模製換向器及組裝模製換向器的換向器電動機。
背景技術：
：用於吸塵器等家電設備的換向器電動機伴隨著電動機的小型輕量化、性電(下面記為電火花)增加，不能確保電刷壽命的問題。為了解決該問題，必須減小電火花電壓，通過採取將電刷的電阻率設定得較高，減少電樞的繞組匝數等措施，確保電刷的壽命。但是，現狀是由於使電動機的效率降低，因此，該措施並不是最佳的措施。另一方面，在信息設備等所使用的低電壓(3~20V)驅動的換向器電動機中，為了確保電刷的壽命，通常在換向器片與繞組間外設有圓盤狀的具有非線性電阻特性的電火花吸收元件。通常作為電火花吸收元件所使用的非線性電阻具有當電壓變為某電壓以上時，電阻值急劇減少而有電流開始流過的特性，通常將lmA的電流流過時的電壓稱為非線性電阻電壓。用於所述信息設備等的換向器電動機所使用的非線性電阻是鈦酸鍶系，非線性電阻電壓是3V/mA~20V/mA左右。在繞組與換向器片之間將該電火花吸收元件電接合時，由於具有將換向變換時產生的電動勢吸收的效果，從而抑制電火花產生時的電火花能量，能夠使電刷壽命變長。作為使用這種電火花吸收元件實現電刷壽命變長的例子，例如公開有專利文獻l、專利文獻2。在專利文獻l中公開有使用球形的電火花吸收元件的例子，而在專利文獻2中公開有使用銷形的電火花吸收元件的例子。對於後者的例子，下面參照附圖進行說明。圖9是現有的模製換向器的電火花吸收元件插入部分的局部剖面圖，圖IO是流過電火花吸收元件的電流路徑的說明圖。該現有的模製換向器具備由銅或銅合金構成並配置在圓周上的多個換向器片80、銷形的電火花吸收元件82、將它們一體成形的樹脂模製部85。通過在各換向器片之間設置凹槽81而將其斷開，完成模製換向器製作。銷形的電火花吸收元件82具有吸收換向器片80間的電火花電壓的功能，並且還具有相對於高速旋轉時作用於換向器片80的離心力，對換向器片80進行固定、加固的功能。換向器電動機旋轉時的電火花電壓由圖IO中箭頭所示的電火花吸收電流91、電火花吸收電流92吸收。但是，該電火花吸收電流具有無法均勻地流過電火花吸收元件82的問題。即，電火花吸收電流91(用實線箭頭表示)是遠大於電火花吸收電流92(用虛線箭頭表示)的值，結果是電流集中在電火花吸收元件82的和換向器片80接觸的接觸部95。其結果是具有非線性電阻特性大幅度地降低，不能充分地發揮電火花電壓的吸收性能，導致電刷壽命下降這類問題。另外，用於高壓電動機時，該接觸部95周邊的局部的自身發熱增大，也可能引起元件的惡化。專利文獻l:(日本)特開平8-237913號公報專利文獻2:(日本)特開平10-257739號公報
發明內容本發明的模製換向器具有多個換向器片，其由銅或銅合金構成且配置在圓周上；多個電火花吸收元件，其具有平行的一對平面，並分別具有電極；樹脂模製部，其在各鄰接的換向器片之間配設有電火花吸收元件，將多個換向器片和多個電火花吸收元件一體成形。生的電火花電壓由電極間流過的電流吸收。本發明還包括組裝該模製換向器的換向器電動機。本發明中，根據該結構，由於在電火花吸收元件的厚度方向可以流過電流，因此，可以增加元件相對於電火花的能量容量(工4^《一耐量)。另夕卜，可最大限度地增加各電極面積，並且，由於電流流過最短距離，因此，可以提高電火花的吸收性。因此，用於高壓電動機時，換向器片間電壓也增高，因此，可以抑制漏電流，可以將發熱等抑制在最小限度。能以簡單的結構提供高可靠性、長壽命的模製換向器及換向器電動機。圖1是本發明實施方式1的換向器電動機的外觀圖2是本發明實施方式1的電樞及換向器部分的外觀圖3是本發明實施方式1的換向器的縱向剖面圖4是本發明實施方式1的換向器的橫向剖面圖5是圖4的A部的放大圖6是本發明實施方式1的電火花吸收元件的立體圖7是本發明實施方式2的電火花吸收元件插入部分的局部剖面圖8是本發明的實施方式2的流過電火花吸收元件的電流路徑的說明圖;圖9是現有的模製換向器的電火花吸收元件插入部分的局部剖面圖10是現有的模製換向器的流過電火花吸收元件的電流路徑的說明圖。附圖標記說明1勵磁部件2勵磁鐵心3勵》茲繞組4軸承10電衝區11旋轉軸12電樞鐵心13電樞繞組17^走轉風扇18空氣導向件22託架23電刷保持器24螺釘25進氣口26排氣口31連接線40換向器41、41a換向器片42槽部643埋設凹部47固定部48、48a彎鉤49、49a凹槽50、50a電火花吸收元件51、51a電火花p及收元件主體52、52a電極56電火花吸收元件的電流流向60、61樹脂模製部65陶瓷銷具體實施例方式下面，使用附圖對本發明的實施方式進行說明。(實施方式1)首先，按照表示組裝有本發明的模製換向器的換向器電動機的外觀圖的圖l進行說明。另外，該換向器電動機在電源電壓為100V240V的交流電源下使用。圖1中，勵》茲部件1是在勵》茲4失心2上設置勵f茲繞組3而構成。電樞10是在被固定在於旋轉軸11上的電樞鐵心12設置電樞繞組13，將換向器40配置在同軸上，由設置在旋轉軸11的兩端的軸承5旋轉自如地支承。勵磁部件被固定在託架22上，在託架22上通過電刷保持器23用螺釘24固定有一對碳刷(未圖示)。另外，旋轉軸11上具備有旋轉風扇17,在其外周部及下部配置有形成通風路的空氣導向件18.在上述結構中，供電時在勵^1繞組3傳導的電流通過碳刷(未圖示)傳遞給換向器40,在利用勵磁鐵心2產生的磁通和通過電樞繞組13的電流之間產生力，使電樞10旋轉。通過電樞10旋轉，旋轉風扇17旋轉，從進氣口25吸入的空氣通過箭頭的路徑，冷卻電樞10、勵磁部件1、碳刷，同時，從託架22的排氣口26排出。圖2表示上述圖1說明的本發明的電樞10的詳細內容。將電樞鐵心12和換向器40壓入旋轉軸11,利用熱壓等方法接合。電樞鐵心12上巻繞有電樞繞組13。巻繞的電樞繞組13經由連接線31與換向器40的彎鉤48接合。下面，對本發明的實施方式1的換向器40的具體結構進行說明。圖3是本發明的實施方式1的換向器的縱向剖面圖，圖4是該換向器的橫向剖面圖，圖5是圖4的A部的放大圖。如這些圖所示，本實施方式的換向器40的換向器片41配置在圓周上。該換向器片41使用在導電性良好的電氣銅內為了提高耐加工性而添加了約0.07wt。/。的銀的銅合金。而且，對於該形狀，使用異形模，以連續地拉拔狀態製作縱向的換向器片形狀，其後經壓力加工加工成最終形狀。另外，該換向器片的材料不限定於銅合金，例如也可以是銅。陶瓷銷65是與換向器片41的旋轉方向兩側端面的槽部一致的形狀的圓筒狀銷，用氧化鋁陶瓷製作。而且，在各換向器片41之間配設有圓形板狀的電火花吸收元件50。在本實施方式中，在圓周上配設有總計24個換向器片41，因此，在各自之間配設有總計24個陶覺銷65和24個電火花吸收元件50。將它們彼此組合試組裝，壓入到模製成形用環。由此，成為由換向器片41壓緊保持陶瓷銷65和電火花吸收元件50的狀態。由此，相對於高速旋轉時作用於換向器片41的離心力，由陶瓷銷65加固。其次，圖6是本實施方式的電火花吸收元件50的立體圖。電火花吸收元件50如圖6所示製作成圓形板狀。另外，其厚度優選0.5mm以上。這是因為非線性電阻電壓取決於電火花吸收元件的厚度(更具體地說是電火花吸收元件內的結晶粒子的大小)。假設不足0.5mm，為了得到需要的非線性電阻電壓，而難以調節結晶粒子的大小。另外，如果不足0.5mm,則電火花吸收元件的機械強度極其低，考慮到也會產生裂紋和缺口。另外，更優選電火花吸收元件的厚度在1.5mm以下。這是因為當超過1.5mm時，技術上困難，並且對於生產性及成本不利。即，超過1.5mm時，為了得到需要的非線性電阻電壓，結晶粒子每1粒的粒徑必須是7080pm以上。而且，為了使結晶粒子成長至該程度時，需要增加燒結時間，或者需要使燒結溫度變為高溫。於是，在現有的技術下是困難的，並且對於生產性、成本方面也極為不利。另外，假設克服上述的困難，增加燒結時間，或者使燒結溫度為高溫，從而即使得到希望的粒徑，a值也會減小，且漏電流增大，因此特性降低。而且，在電火花吸收元件主體51的正反面具備電極52。電極52的面積是電火花吸收元件主體51的面積的80%以上。這是因為流過電火花吸收元件50的電流沿電火花吸收元件主體51的厚度方向流過，均等且有效地流過電火8花吸收元件主體51。即，為了避免電流集中在一部分，電極的面積在電火花吸收元件上是整體均勻的，且儘可能設定為較寬，優選為80%以上。假設不足80%時，則電火花吸收元件的正反面的面積中不存在電極的部分無法有效地利用，電極的某部分集中流過電流。其結果是電火花吸收元件的惡化提早，產生破壞的可能性提高。換向器片41在各側面與電火花吸收元件50相接的部分具備槽部42。該槽部42的截面形狀為半圓形，在各側面優選設置2個。該換向器片41的各側面與電火花吸收元件50的正反面的電極52電接合。作為接合的方法選揭:壓焊、導電性粘接劑、焊接等適當的方法。通過在該槽部42內一體地填充樹脂模製部60,更牢固地固定電火花吸收元件50。另外，防止成形時的電火花吸收元件50的傾斜及裂紋，進而相對於高速旋轉時的離心力還可以期待保護電火花吸收元件50的效果。另外，該槽部42的數量在各側面並不限定為2個，例如可適當地選^^1個、3個等。另外，形狀也不限定於半圓形。如上所述，通過使換向器片41和電火花吸收元件50的電極52接合，在換向器片41上產生的電火花電壓由沿電火花吸收元件主體51的厚度方向流過的電流吸收。不象現有例那樣，電流沒有集中在局部而均等地流過，因此可以使電火花電壓的吸收性能提高。作為該電火花吸收元件50使用有具有非線性電阻特性的所謂非線性電阻元件。而且，非線性電阻電壓作為該電火花吸收元件50內流過lmA的電流時的電壓值而定義。非線性電阻指數oc根據流過lmA和100ma的各電流時的電壓值由下述式計算出。formulaseeoriginaldocumentpage9其中，Il=lmA、12=100juA,VI、V2是I1、12時的電壓值。非線性電阻指數cc越高越穩定，可以在非線性電阻元件間流過電流(電火花電流)，另外，去除電火花電壓的效果也增加。鈦酸鍶系非線性電阻的cc值是2~10左右，與之相對，氧化鋅系非線性電阻可具有20~60左右的a值，在電火花吸收效果上是非常有用的。下面，說明該電火花吸收元件50的物理性能的內容。該電火花吸收元件50是將氧化鋅作為主成分的所謂的非線性電阻。更具體地說是使用在氧化鋅(ZnO)粉末內添加三氧化二鋇(Bi203)、氧化鈷(CoO)、氧化鎳(NiO)、氧化錳(MnO)、三氧化二鉻(Cr203)、三氧化二鋁(A1203)、二氧化矽(Si02)二氧化錫(Sn02)、三氧化二銻(Sb203)的氧化物並混合得到的粉末。該粉末內添加作為粘合劑的聚乙烯醇，為了組成的均勻化而用噴霧乾燥機製造顆粒。其後，進行壓力成形為規定的環狀。另外，通過在氧化鋅粉末的平均粒徑使用0.6|am~3|um，燒結溫度900。C1200。C，燒結時間3小時30小時，升溫速度20。C/小時100。C/小時的條件下實施，調節氧化鋅的結晶粒徑，且調節成為規定的非線性電阻電壓。其後，通過在圓板形的正反面掩蔽印刷，形成銀電極52,完成電火花吸收元件50。另外，圖4、圖5所示的樹脂模製部60使用添加有氧化鋁、碳化矽及玻璃纖維的至少一種作為添加材料的熱固化性樹脂(例如酚醛樹脂)，將換向器片41和電火花吸收元件50及陶瓷銷65—體成形。其後，為了對各換向器片進行絕緣，在各子片間設置凹槽49而將其斷開，完成本發明模製換向器40。根據本實施方式，由於換向器片41的各側面和電火花吸收元件50的正反面電極52電接合，因此，吸收相鄰的換向器子片間產生的電火花時，可以沿電火花吸收元件50的厚度方向流過電流。因此，根據在一側面設置電極的結構情況，可以提高能量容量。另外，因為電動機旋轉時在電火花吸收元件50的厚度方向吸收在換向器間產生的電火花電壓，因此可通過調節厚度來設定換向器片間的非線性電阻特性。因此，即使變更電動機規格，也可以對應，通用性非常高。由此，可適用於100V240V的交流電源下所使用的高壓電動才幾及各種各樣的電動才幾Mi各。(實施方式2)圖7是本發明實施方式2的電火花吸收元件插入部分的局部剖面圖，圖8是流過該電火花吸收元件的電流路徑的說明圖。本實施方式的換向器片41a代替實施方式1的槽部42而設置有埋設凹部43。而且，在鄰接的換向器片41的埋設凹部43之間夾持並埋設有電火花吸收元件50a。電火花吸收元件50a的形狀優選是四邊形板狀。電火花吸收元件50a由電火花吸收元件主體51a和設置在其正反面的電極52a構成。而且，該電極52a的面積與實施方式1相同，是電火花吸收元件主體51a面積的80%以上。如圖8所示，電火花吸收電流56沿電火花吸收元件主體51a的厚度方向均勻地流過。通過該結構，可以起到與實施方式1相同的效果。另夕卜，在圖7所示的電流路徑的說明圖中，省略表示埋設凹部43。另夕卜，10電火花吸收元件50a的形狀不限於四邊形板狀，例如也可以與實施方式1同樣地適當地選擇圓形板狀或橢圓形板狀等。另外，電火花吸收元件50a的厚度與實施方式l相同，在0.5mm1.5mm的範圍內選擇。其中，優選比實施方式1稍厚。下面，包括實施方式1和實施方式2，進行與現有例的比較試驗，說明其結果。表1表示在現有例的電火花吸收元件(銷形狀)和實施方式1的電火花吸收元件(圓形板狀)的比較中，非線性電阻電壓和a值(非線性電阻指數)的測定值。tableseeoriginaldocumentpage11比較，顯示a值是大得多的值。由此，可以流過大的電火花吸收電流，電火花電壓的吸收效果好。下面，表2中，就實施方式1(圓形板狀)、實施方式2(四邊形板狀)、現有例(銷狀)、無電火花吸收元件四種情況而言，測定電刷壽命。電動機在無負荷狀態下施加240V交流電壓，在孔徑16mm、37000r/分的轉速、接通10分鐘/斷開2分鐘的條件下測定電刷(電動機)壽命。電刷長設定磨損餘量為30mm。[表2]tableseeoriginaldocumentpage12根據該結果可以確認，使用實施方式1和實施方式2中所示的本發明的模製換向器的換向器電動機的電刷壽命與無電火花吸收元件的情況比較可以改進約2倍、與現有例的結構時比較可改進約1.5倍，具有長壽命的效果。另外，在上述實施方式中，利用非線性電阻元件作為電火花吸收元件50、50a，但代替非線性電阻元件，也可以利用組合電容器元件和電阻元件而成的結構。在這樣組合電容器元件和電阻元件時，可以起到和非線性電阻元件同樣的效果。另外，在上述的實施方式中，採用具備陶瓷銷65的結構，但也可以使用不具備陶瓷銷65的結構。特別是實施方式2的結構可以適用於是由電火花吸收元件50a代替陶資銷、不具備陶資銷65的結構。產業上的可利用性根據本發明的模製換向器及組裝其的換向器電動機，由於電流沿電火花提高。由此，可以提供以簡單的結構、高可靠性、長壽命的模製換向器及換向器電動機作為用於吸塵器及電動工具等的高壓電動機。權利要求1、一種模製換向器，其特徵在於，具備多個換向器片，其由銅或銅合金構成，並配置在圓周上；多個電火花吸收元件，其具有平行的一對平面，且分別具有電極；樹脂模製部，其在各鄰接的所述換向器片之間配設有所述電火花吸收元件，且將所述多個換向器片和所述多個電火花吸收元件一體地成形，所述電火花吸收元件經由所述電極與所述換向器片電連接，在所述換向器片產生的電火花電壓由所述電極間流過的電流吸收。2、如權利要求1所述的模製換向器，其特徵在於，所述電火花吸收元件為板狀。3、如權利要求2所述的模製換向器，其特徵在於，所述電火花吸收元件為圓形或四邊形。4、如權利要求2所述的模製換向器，其特徵在於，所述電火花吸收元件的所述電極面積是所述板狀的面積的80%以上。5、如權利要求1所述的模製換向器，其特徵在於，所述電極以與所述換向器片電接觸的方式而構成。6、如權利要求1所述的模製換向器，其特徵在於，所述換向器片在與所述電火花吸收元件相接的部分具有槽部。7、如權利要求6所述的模製換向器，其特徵在於，所述槽部由所述樹脂模製部一體地填充。8、如權利要求1所述的模製換向器，其特徵在於，所述換向器片在與所述電火花吸收元件相接的部分具有埋設凹部。9、如權利要求1所述的模製換向器，其特徵在於，所述電火花吸收元件是具有非線性電阻特性的元件。10、如權利要求1所述的模製換向器，其特徵在於，所述電火花吸收元件是氧化鋅系非線性電阻。11、如權利要求1所述的模製換向器，其特徵在於，所述電火花吸收元件的厚度為0.5mm1.5mm。12、如權利要求1所述的模製換向器，其特徵在於，所述樹脂模製部由含有作為添加材料的氧化鋁、碳化矽及玻璃纖維中的至少一種的熱固化性樹脂構成。13、一種換向器電動機，其特徵在於，具備權利要求1~12中任一項所述的模製換向器，在100V240V的交流電源下使用。全文摘要本發明的模製換向器具有多個換向器片，其由銅或銅合金構成且配置在圓周上；多個電火花吸收元件，其配設在鄰接的換向器片之間，具有平行的一對平面，且分別具有電極；樹脂模製部，其將多個換向器片和多個電火花吸收元件一體地成形。該電火花吸收元件經由電極與換向器片電連接，在該換向器片產生的電火花電壓由電極間流過的電流吸收。文檔編號H02K27/22GK101675576SQ20088001366公開日2010年3月17日申請日期2008年4月8日優先權日2007年5月7日發明者前田憲輝,山縣芳和,山崎昭彥,水上裕文,黑住誠治申請人:松下電器產業株式會社