CN111092531A - 电动机和使用它的电动风机、电动吸尘器 - Google Patents

Abstract

本发明提供改善了电动机的效率的小型高速的电动机和使用它的电动风机、电动吸尘器。电动机具有：中空且圆筒状的定子圆筒芯；多个定子线圈，其位于该定子圆筒芯的内侧；和转子永磁体，其与该定子线圈的径向内侧相对，且可旋转地配置，该定子线圈在旋转方向内侧具有空腔。

Description

电动机和使用它的电动风机、电动吸尘器

技术领域

本发明涉及电动机和使用它的电动风机、电动吸尘器。

背景技术

近年来，需求快速变高的无线吸尘器中，为了即使在低电压的蓄电池驱动下也得到充分的输出，而搭载有使用无刷电动机的电动风机。

为了达成电动吸尘器的小型化的需求，还要求电动风机的小型化。关于电动风机的小型化，通过将电动风机高速化，能够缩小风扇的外形。因此，将无刷电动机的转速设为约8万转以上的例子较多。但是，电动机由于高速化，铁损增加，可能成为电动机效率降低的主要原因。另外，通过将电动机小型化，由于每体积的发热量的增加、散热面积的减少，电动机温度上升，因此，由于磁体残留磁通密度的降低及线圈电阻的增加，而铜损增加，可能成为电动机效率降低的主要原因。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2014-219006号公报

专利文献2：日本特开平5-161290号公报

专利文献3：日本特开2010-252407号公报

发明内容

发明所要解决的课题

作为吸尘器用的无刷电动机的结构，举出专利文献1那样的电动机。专利文献1的电动机中，通过在伸展至定子芯的周向内侧的齿部分卷绕线圈，而构成定子。为了将这种电动机小型化，考虑缩短齿部，但为了这样，需要线圈的匝数的减少或使线圈的线径变细，可能导致电动机的效率降低。

作为适于吸尘器用无刷电动机的小型、高速化的结构，例如举出专利文献2和专利文献3那样的、没有定子侧的齿芯的无槽结构。专利文献2和专利文献3的结构是没有齿芯的，由此是容易小径化，且能够减少铁损的结构。另外，专利文献2中，通过设为在定子芯的内侧配置内转子，且在外侧配置外转子的双转子结构，而增加转矩输出。另外，专利文献3中，利用覆盖线圈的内径侧的架，实现线圈的占空系数提高。但是，专利文献2和专利文献3的结构中，未考虑电动机的空冷，进行小径化时，不能充分冷却电动机，可能导致电动机的效率降低。

本发明是为了解决所述课题而研发的，提供改善了效率的小型高速的电动机和使用它的电动风机、电动吸尘器。

用于解决课题的方案

为了解决所述的课题，本发明的特征在于，具有：中空且圆筒状的定子圆筒芯；多个定子线圈，其位于该定子圆筒芯的内侧；和转子永磁体，其与该定子线圈的径向内侧相对，且可旋转地配置，该定子线圈在旋转方向内侧具有空腔。

发明效果

根据本发明，能够得到为没有齿芯的无槽结构且使电机小径化、对于贴附于定子芯内侧的线圈能够增大表面面积而由此改善散热性且改善电动机效率的小型高速的电动机和使用它的电动风机、电动吸尘器。

附图说明

图1a是本发明的一个实施方式的电动机的组装了定子和转子的状态的立体图。

图1b是本发明的一个实施方式的电动机的定子和转子的组装中途的立体图。

图2a是图1a的切片截面图。

图2b是图2a的另一实施例。

图2c是图2b的组装了的状态的立体图。

图2d是图2b的组装中途的立体图。

图3是用于表示本发明的一个实施方式的优越性的另一方式的定子和电动机的截面图。

图4a是本发明的第二实施方式的电动机的组装了的状态的立体图。

图4b是本发明的第二实施方式的电动机的组装中途的立体图。

图5a是本发明的第三实施方式的电动机的组装了的状态的立体图。

图5b是本发明的第三实施方式的电动机的组装中途的立体图。

图5c是图5a的切片截面图。

图6是本发明的第四实施方式的电动机的立体图。

图7a是本发明的第五实施方式的电动机的组装中途的立体图。

图7b是图7a的切片截面图。

图8a是本发明的第六实施方式的电动机的组装了的状态的立体图。

图8b是本发明的第六实施方式的电动机的组装中途的立体图。

图9a是本发明的第七实施方式的电动机的组装中途的立体图。

图9b是图9a的切片截面图。

图10a是本发明的第八实施方式的电动机的立体图。

图10b是本发明的第八实施方式的电动机的上面图。

具体实施方式

图1是本发明的一个实施方式的电动机的定子和转子的立体图，图1a是组装了的状态，图1b是组装中途的状态。

图1所示的电动机是所谓的无槽型电动机100。无槽型电动机100的结构特征是，在定子的铁芯(芯体)不具有齿，且与转子对抗的间隙面线圈的表面露出。图1中，无槽型电动机100由无槽型定子51和配置于无槽型定子51的内侧的转子50构成。转子50具有转子永磁体1和轴2。作为转子永磁体1的材质，考虑Sm-Fe-N(钐铁氮)磁体、钕磁体、铁氧体磁体等。另外，为了防止高速旋转时的磁体破损，也可以利用罩3保护。作为罩的材质，考虑SUS、CFRP等。无槽型定子51通过在定子圆筒芯4的径向内侧贴附多个定子线圈5而构成。作为在定子圆筒芯4贴附定子线圈5的方法，考虑在定子线圈5的径向外侧涂敷粘接材料等。定子线圈5在旋转方向内侧具有空腔6，该部位成为空气的流路。作为定子线圈5的形成方法，也可以简单地卷绕铜或铝等导体的线，还考虑在卷绕后，留下空腔6地利用环氧树脂等固定。

图2a是图1a的切片截面图。本发明中表示的切片截面图及上面图中，以浅灰色的斜线表示的部位表示的是空腔的区域。定子线圈5由多个导线的集合而形成，在截面观察时，导线每一条都是独立的，但本发明的附图中省略表示，仅图示线圈存在的区域。图2a中图示的转子永磁体1是4极的磁体配置，以转子永磁体N极1a和转子永磁体S极1b相邻的方式配置。本发明的一个实施方式中，如图1a和图2a所示，以在向定子线圈5流通电流时，在定子圆筒芯4的圆周方向上流通磁通的朝向构成定子线圈5。另外，定子线圈5中具有U相线圈5a、V相线圈5b、W相线圈5c，分别流通的电流是各具前120度相位差的三相交流的电流。U相线圈5a、V相线圈5b、W相线圈5c在以截面观察时，分别一分为二，但如图1a中所示，为在轴长端部连接的一体的线圈，图中的+-表示电流的流通方向在轴向上相反。另外，图2a中，表示U相线圈5a在错开180的位置存在两个，但向该两个U相线圈5a流通同相位的电流，两个U相线圈5a可以串联连接，也可以并联连接，这些对于V相线圈5b、W相线圈5c也是一样的。通过该定子线圈5的配置，流通于定子线圈5的电流产生旋转磁场，转子50旋转，产生转矩。通过向定子线圈5流通电流而发热，但存在空腔6，且定子线圈5露出的表面面积较大，因此冷却效果高，电动机温度降低，因此由于磁体残留磁通密度的增加和线圈电阻的减少，铜损减少，改善电动机效率。另外，如图1a所示，通过使空腔6的轴向长度比定子圆筒芯4的轴长长，空腔6从定子圆筒芯4的两端部向径向外侧露出。通过该结构，线圈径向外侧和内侧的空气通过露出的空腔6进行流入流出，因此冷却效果更高。

作为定子圆筒芯4的材质，考虑铁为主要成分的电磁钢板，通过将从电磁钢板冲裁出芯形状的部件层叠，能够构成定子圆筒芯4。定子圆筒芯4也可以是图1中表示那样的一体型芯，也可以是分割成多个的芯。如果是分割芯，则能够在从电磁钢板冲裁时无浪费地进行冲裁，能够实现成本的降低，但与一体型芯相比，由于分割部的间隙引起的磁通泄漏，担心效率降低。作为定子线圈5的材质，考虑使用铜、铝。

图2b是图2a的另一实施例。图2c是图2b的组装了的状态的立体图。图2d是图2b的组装中途的立体图。如图2b所示的组装了的状态的切片截面图所示，为了在定子圆筒芯4与定子线圈5之间进行绝缘，还考虑插入圆筒形状的外侧架30。空腔6的轴长方向长度比外侧架30的轴向长度长，由此，空腔6露出于径向外侧，因此不会妨碍上述空气的流入流出。另外，图2c中表示组装了的状态，图2d中表示组装中途的立体图。外侧罩架33设为大小两个圆筒形状在端部连接，由此覆盖定子圆筒芯4的形状，从而能够兼得整理构成定子圆筒芯4的层叠的电磁钢板的作用。图2c、图2d中，一个外侧罩架33从定子圆筒芯4的端部单侧覆盖定子圆筒芯4，但作为另一实施方式，还考虑使用两个将外侧罩架33的轴长设为一半以下的架，从定子圆筒芯4的端部两侧覆盖定子圆筒芯4的形状。

此外，作为实施例的无槽型定子51的代替品，当使用图3中图示的具有齿部19的定子芯18和在该齿部19卷绕定子线圈5的结构的定子61时，在定子线圈5的旋转方向内侧具有齿部19，而不是空腔，因此，冷却效果比本实施例的结构低。

接着，说明本发明的第二实施方式。图4a是本发明的第二实施方式的电动机的组装了的状态的立体图。图4b是本发明的第二实施方式的电动机的组装中途的立体图。图4是表示本实施例的电动机结构的立体图，图4a为组装的状态，图4b为组装中途的状态。

与图1、2所示的实施方式的不同点在于，在轴长方向的端部具有端部架20。端部架20通过夹着定子线圈5的两端部而固定定子线圈5，且成为空腔6露出的形状，不会阻碍通过空腔6的空气的流通，因此，冷却效果高，电动机效率改善。只要能够固定定子线圈5，端部架20也可以仅设置于单侧。

接着，说明本发明的第三实施方式。图5a是本发明的第三实施方式的电动机的组装了的状态的立体图。图5b是本发明的第三实施方式的电动机的组装中途的立体图。图5c是图5a的切片截面图。图5是表示本实施例的电动机结构的图，图5a是组装了的状态的立体图，图5b是组装中途的状态的立体图，图5c是组装了的状态的切片截面图。与图1、2、4所示的实施方式的不同点在于，在定子线圈5的内径侧具有内侧架21。通过用内侧架21和定子圆筒芯4夹着定子线圈5，定子线圈5被固定。内侧架21以内径比转子1的外径加上规定的间隙长度而得的值大的方式构成，并且对定子线圈5以赋予径向外侧的推压力的方式在轴向压入而组装。如图5c所示，定子线圈5与内侧架21接触，由此，与第一实施方式和第二实施方式相比，定子线圈5露出的表面面积较小，但通过使内侧架21的轴向长度比空腔6的轴向长度缩短，空腔6在端部的内侧和外侧露出，线圈径向外侧和内侧的空气通过空腔6流入流出，因此冷却效果高，电动机效率改善。

接着，说明本发明的第四实施方式。图6是本发明的第四实施方式的电动机的立体图。图6是表示内侧架形状的变形例的组装中途的立体图，具有一分为二的分割内侧架22。通过使分割内侧架22的轴向长度比内侧架21的一半的长度短，该电动机的切片截面图在图2a内侧架21与定子线圈5接触的部分成为图5c，另一方面，在轴向中央部没有内侧架21，因此成为图2a的结构。由此，与第三实施方式相比，定子线圈5露出的表面面积变大，在端部和截面的一部分露出空腔6，由此，线圈径向外侧和内侧的空气通过空腔6流入流出，因此冷却效果高，电动机效率改善。图示的是一分为二的例子，但分割数也可以是多个。

接着，说明本发明的第五实施方式。图7a是本发明的第五实施方式的电动机的组装中途的立体图。图7b是图7a的切片截面图。图7是表示内侧架形状的变形例的图，图7a是组装中途的状态，图7b是组装了的状态的切片截面图，具有开有孔的带孔内侧架23。带孔内侧架23以空腔6的径向内侧露出的方式在径向开有孔，通过该孔和空腔6，线圈径向外侧和内侧的空气流入流出，因此冷却效果高，电动机效率改善。图7中图示的是在轴长方向上较长的椭圆形状的一个孔，但例如也可以是在轴向排列多个孔的形状。如第四实施方式，也可以将内侧架23分割成多个。

接着，说明本发明的第六实施方式。图8a是本发明的第六实施方式的电动机的组装了的状态的立体图。图8b是本发明的第六实施方式的电动机的组装中途的立体图。图8是表示本实施例的电动机结构的立体图，图8a是组装了的状态，图8b是组装中途的状态。

与图1、2、3～7所示的实施方式的不同点在于，为了在子圆筒芯4与定子线圈5之间绝缘而插入的圆筒形状的外侧架30，在径向内侧具有多个突起31。利用突起31，定子线圈5能够进行周向定位。突起31比空腔6小，定子线圈5与突起31的接触仅为一部分，因此，接触部位以外的切片截面图与图2b一样，定子线圈5露出的表面面积大，线圈径向外侧和内侧的空气通过空腔6流入流出，因此冷却效果高，电动机效率改善。不是外侧架30而是外侧罩架33采用该结构也能够得到同样的效果。

接着，说明本发明的第七实施方式。图9a是本发明的第七实施方式的电动机的组装中途的立体图。图9b是图9a的切片截面图。

图9是表示本实施例的电动机结构的立体图，图9a是组装中途的状态，图9b是组装了的状态的切片截面图。与图1、2、3～8所示的实施方式的不同点在于，为了在定子圆筒芯4与定子线圈5之间绝缘而插入的圆筒形状的外侧架30，在径向内侧具有通过将棒形状组合成栅格状而构成的多个栅格状突起32。利用栅格状突起32，定子线圈5能够进行周向定位。如图9b所示，栅格状突起32与定子线圈5的接触仅为一部分，定子线圈5露出的表面面积大，线圈径向外侧和内侧的空气通过空腔6流入流出，因此冷却效果高，电动机效率改善。不是外侧架30而是图2所示的外侧罩架33采用该结构也能够得到同样的效果。

即使是在内侧架21的径向外侧具有多个突起31或栅格状突起32的结构，也能够预料与第六实施例、第七实施例同样的效果。另外，还考虑在内侧架21和外侧架30两者设置多个突起31或栅格状突起32的结构。不是内侧架21而是分割内侧架22或带孔内侧架23采用该结构也能够得到同样的效果。

接着，说明本发明的第八实施方式。图10a是本发明的第八实施方式的电动机的立体图。图10b是本发明的第八实施方式的电动机的上面图。考虑使第一～第七实施例组合多个。例如考虑如下结构等，定子圆筒芯4被外侧罩架33覆盖，外侧罩架33具有栅格状突起32，在定子线圈5的内径侧具有带孔内侧架23，定子线圈5的两端部由端部架20夹着。另外，图10中图10a是立体图，图10b是上面图，但如该图中所示，可以考虑在组装后将线圈端部向外侧折弯。由于空腔6与轴长平行，通过空腔6的空气的流通更顺畅，因此冷却效果高，电动机效率改善。

接着，说明本发明的第九实施方式。通过采用在第一～第八实施例中所示的任一结构的电动机端部的单侧配置固定于轴2的叶轮的结构，成为从连接叶轮的一侧或相反侧向空腔6强制流通空气的作为电动风机的结构。通过向空腔6强制地流通空气，电动机的冷却效率变高。通过将本实施例的电动风机用于电动吸尘器，能够得到电动吸尘器的小型轻量化、高效率化。另外，该电动机风机是小径的，因此，关于配置于电动吸尘器内的哪个部位的设计上的自由度高，例如通过收纳于管部或软管部的内部，能够构成细长的电动吸尘器。

作为本发明的实施例，进行了是磁体的极数为4、线圈数为6的3相驱动电动机时的说明，但像磁体的极数为2、线圈数为3、或磁体的极数为6、线圈数为9等，对于自然数n能够考虑磁体极数2n、线圈数3n的组合。另外，自然数n为偶数时，对于磁体极数2n，也可以是线圈数n×3/2。另外，对于自然数n，也可以是磁体的极数2n、线圈数2n那样的单相驱动电动机。也可以是其它极数、槽数的组合。

作为端部架20、内侧架21、外侧架30、外侧罩架33的材质，考虑使用金属、树脂或其两者等，但使用金属的冷却效果较高。

附图标记说明

1 转子永磁体

1a 转子永磁体N极

1b 转子永磁体S极

2 轴

3 磁体罩

4 定子圆筒芯

5 定子线圈

5a U相线圈

5b V相线圈

5c W相线圈

6 空腔

18 定子芯

19 齿部

20 端部架

21 内侧架

22 分割内侧架

23 带孔内侧架

30 外侧架

31 突起

32 栅格状突起

33 外侧罩架

50 转子

51 无槽型定子

61 定子

100 无槽型电动机。

Claims (15)

1.一种电动机，其具有：中空且圆筒状的定子圆筒芯；多个定子线圈，其位于该定子圆筒芯的内侧；和转子永磁体，其与该定子线圈的径向内侧相对，且可旋转地配置，

该定子线圈在旋转方向内侧具有空腔。

2.根据权利要求1所述的电动机，其特征在于：

所述定子线圈旋转方向内侧的空腔的轴向长度比所述定子圆筒芯的轴向长度长。

3.根据权利要求1或2所述的电动机，其特征在于：

在所述定子圆筒芯与所述定子线圈之间具有圆筒状的外侧架，所述定子线圈旋转方向内侧的空腔的轴向长度比该外侧架的轴向长度长。

4.根据权利要求3所述的电动机，其特征在于：

在所述定子圆筒芯的外侧具有圆筒形状的芯外侧架，该芯外侧架在轴长方向的端部与所述外侧架连接，成为覆盖该定子圆筒芯的罩。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的电动机，其特征在于：

在所述定子线圈的轴向端部具有保持该定子线圈的端部架，该端部架是使该定子线圈旋转方向内侧的空腔露出的形状。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的电动机，其特征在于：

在所述定子线圈的内侧具有保持该定子线圈的圆筒状的内侧架，该定子线圈旋转方向内侧的空腔的轴向长度比该内侧架的轴向长度长。

7.根据权利要求1～5中任一项所述的电动机，其特征在于：

在所述定子线圈的内侧具有保持该定子线圈的多个圆筒状的内侧架，在该内侧架间，该定子线圈旋转方向内侧的空腔露出。

8.根据权利要求6或7所述的电动机，其特征在于：

所述内侧架具有将该定子线圈旋转方向内侧的空腔露出的径向的孔。

9.根据权利要求3～8中任一项所述的电动机，其特征在于：

所述外侧架在径向内侧具有多个突起，该突起收纳于所述定子线圈旋转方向内侧的空腔内，该突起比该空腔小。

10.根据权利要求3～8中任一项所述的电动机，其特征在于：

所述外侧架在径向内侧具有多个栅格状突起，该栅格状突起收纳于所述定子线圈旋转方向内侧的空腔内。

11.根据权利要求6～10中任一项所述的电动机，其特征在于：

所述内侧架在径向外侧具有多个突起，该突起收纳于所述定子线圈旋转方向内侧的空腔内，该突起比该空腔小。

12.根据权利要求6～10中任一项所述的电动机，其特征在于：

所述内侧架在径向外侧具有多个栅格状突起，该栅格状突起收纳于所述定子线圈旋转方向内侧的空腔内。

13.根据权利要求1～12中任一项所述的电动机，其特征在于：

所述定子线圈的线圈端部向外侧折弯。

14.一种电动风机，其特征在于：

具有权利要求1～13中任一项所述的电动机，

且具有固定在所述转子永磁体端部的单侧的叶轮。

15.一种电动吸尘器，其特征在于：

使用权利要求14所述的电动风机。

Images