CN111543893A - 电动机以及使用它的电动风机和使用它的电动吸尘器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种量产容易且改善了电动机特性的小型高速的电动机和使用它的电动风机和电动吸尘器。该电动机包括：中空且圆筒状的一体型定子圆筒芯；位于该一体型定子圆筒芯的内侧的多个定子线圈；和与该定子线圈的径向内侧相对的、以能够旋转的方式配置的转子永磁体，在该定子线圈与该转子永磁体之间具有圆筒状的内侧保持架，该内侧保持架的轴向长度比该定子线圈的轴向长度长，该内侧保持架具有在径向上延伸的多个突起，在该内侧保持架的端部具有端部保持架，该内侧保持架的端部与端部保持架接触。

Description

电动机以及使用它的电动风机和使用它的电动吸尘器

技术领域

本发明涉及电动机以及使用它的电动风机和使用它的电动吸尘器。

背景技术

近年来需求急剧升高的无绳吸尘器中，为了即使以低电压的电池驱动也能够获得足够的输出，搭载有使用无刷电动机的电动风机。

为了达到电动吸尘器的小型化的需求，也要求电动风机的小型化。关于电动风机的小型化，通过使电动风机高速化而能够使风扇的外形缩小。因此，使无刷电动机的转速为大约8万转以上的例子较多。但是，电动机由于高速化而铁损增加，成为电动机效率降低的主要原因。另外，由于使电动机小型化而每单位体积的发热量增加、散热面积减少，导致电动机温度上升，因此由于磁体剩余磁通密度的下降、线圈电阻的增加，而铜损增加，成为电动机效率较低的主要原因。

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2007-336751号公报

发明内容

发明要解决的技术课题

作为吸尘器用的无刷电动机的构造，能够举例专利文献1那样的的电动机。专利文献1的电动机中，通过在定子芯的向周向内侧延伸的齿部分卷绕线圈来构成定子。在将这样的电动机小型化时，考虑到将齿部缩短，但是，为此需要减少线圈的匝数或使线圈的线径变细，有可能导致电动机效率降低。

作为适合于吸尘器用无刷电动机的小型化、高速化的结构，例如如专利文献2所记载那样，能够举例没有定子侧的齿芯部的无槽构造。专利文献2的构造中，由于没有齿芯，所以是容易小径化且能够减少铁损的构造。另外，在无槽构造中，由于没有卷绕线圈的齿芯部，线圈相对于定子芯不能固定在适当的位置，线圈中产生的感应电压产生不均匀，从而导致电动机特性劣化，在专利文献2中，通过在卷绕有线圈的绝缘件的一端的外周部设置进行定子芯和线圈的定位的凸缘部，能够达到电动机特性的稳定性。但是，在该构造中，将绝缘件简单地插入到定子芯中，当从不存在凸缘部侧的端部在电动机轴长方向上对绝缘件或者线圈施加了推压力时，线圈位置会产生偏移，电动机特性降低。另外，当对绝缘件或者线圈在电动机周向上施力的情况下，产生线圈位置的偏移，因此电动机特性降低。因此，根据专利文献2的实施例，在绝缘件插入后，对定子芯和绝缘件进行树脂模塑来进行固定，但是加入了树脂模塑操作的工序导致批量生产率劣化。另外，即使进行树脂模塑，也存在固定不充分的情况，通过电动机驱动，在电动机轴长方向和电动机旋转方向上作用有力，因而产生线圈位置的偏移，电动机特性降低。

本发明是为了解决上述课题而完成的发明，其能够提供量产容易且改善了电动机特性的小型高速的电动机以及使用它的电动风机和电动吸尘器。

用于解决课题的技术手段

为了解决上述课题，本发明的电动机包括：中空且圆筒状的一体型定子圆筒芯；位于该一体型定子圆筒芯的内侧的多个定子线圈；和与该定子线圈的径向内侧相对的、以能够旋转的方式配置的转子永磁体，在该定子线圈与该转子永磁体之间具有圆筒状的内侧保持架，该内侧保持架的轴向长度比该定子线圈的轴向长度长，该内侧保持架具有在径向上延伸的多个突起，在该内侧保持架的端部具有端部保持架，该内侧保持架的端部与端部保持架接触。

发明效果

依据本发明，利用没有齿芯的无槽构造能够使电动机小径化，并且对于定子芯内侧贴附的线圈能够使表面积增大从而改善散热性，能够得到改善了电动机效率的小型高速的电动机和使用该电动机的电动风机和电动吸尘器。

附图说明

图1(a)、图1(b)是表示本发明的一个实施方式的电动机的组装过程中的状态的立体图。图1(c)是表示本发明的一个实施方式的电动机的组装后的状态的立体图。图1(d)是图1(c)的轴向截面图。

图2(a)是图1(c)的切开截面图。图2(b)是本发明的另一实施方式的电动机的组装后的状态的切开截面图。

图3(a)是本发明的一个实施方式的电动机的组装过程中的状态的立体图。图3(b)是本发明的一个实施方式的电动机的组装过程中的状态的切开截面图。

图4(a)是本发明的一个实施方式的电动机的组装过程中的状态的立体图。图4(b)是本发明的一个实施方式的电动机的组装过程中的状态的截面图。

图5(a)是本发明的一个实施方式的电动机的组装过程中的状态的立体图。图5(b)是本发明的一个实施方式的电动机的组装后的状态的立体图。

图6(a)是本发明的一个实施方式的电动机的组装过程中的状态的立体图。图6(b)是本发明的一个实施方式的电动机的组装后的状态的立体图。

图7(a)是本发明的一个实施方式的电动机的组装过程中的状态的立体图。图7(b)是本发明的一个实施方式的电动机的组装后的状态的立体图。

具体实施方式

图1(a)、图1(b)和图1(c)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1(a)、图1(b)是组装过程中的状态，图1(c)是组装完成后的状态。图1(d)是图1(c)的轴向截面图。

图1(a)、图1(b)和图1(c)所示的电动机是所谓的无槽型电动机100。无槽型电动机100中，构造上的特征在于在定子的芯体(铁芯)不具有齿。图1(a)、图1(b)和图1(c)中，无槽型电动机100包括无槽型定子51、配置在无槽型定子51的内侧的转子50和轴向两端部的端部保持架20。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，能够考虑Sm-Fe-N(samarium iron nitrogen magnet：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，也可以用罩保护磁体的表面。作为罩的材质能够考虑SUS或CFRP等。无槽型定子51通过在内侧保持架21的外侧的突起31之间嵌入多个定子线圈5之后，将内侧保持架21插入到定子圆筒芯4中而构成。作为定子线圈5的形成方法，可以简单地将铜或铝等导线卷绕而成，也可以使用自熔线(Self-welding wire)。也能够考虑在卷绕之后用环氧树脂等进行固定。另外，也可以将定子线圈5直接卷绕在突起31上。在将内侧保持架21插入定子圆筒芯4之后，用端部保持架20从轴向的两端部夹着。能够考虑用粘结剂等固定端部保持架20和定子圆筒芯4。另外，也能够考虑如后述的实施例所记载的那样，用螺栓71进行固定。也可以具有在端部保持架21的外侧夹着端部保持架21和定子圆筒芯4而固定的保持架部件。内侧保持架21的圆筒部的轴向长度比定子线圈5的轴向长度长，线圈如图1(d)所示，内侧保持架21的圆筒部的两端部与端部保持架20的内侧接触。由此，即使对卷绕在内侧保持架21的定子线圈5在轴向上施加了力，由于被端部保持架20夹着，定子线圈5的位置不发生移动。另外，即使对定子线圈5在周向上施力，由于被内侧保持架21与端部保持架20的接触面的摩擦力保持，因此定子线圈5的位置不发生移动。如果使内侧保持架21的圆筒部的轴向长度比定子线圈5的轴向长度短，则端部保持架20与定子线圈5接触，当对该接触面作用摩擦力时，构成定子线圈5的导线表面可能发生绝缘剥落而短路，成为产生故障的原因，因此需要使内侧保持架21的圆筒部的轴向长度比定子线圈5的轴向长度长。

图2(a)是图1(c)的切开截面图。定子线圈5是多根导线的集合所构成的部件，在截面看时能够看到导线是一根一根独立的，但本发明的附图中省略了这样的表示，仅图示了线圈存在的区域。图2(a)中图示的转子永磁体1为4极的磁体配置，以转子永磁体N极1a与转子永磁体S极1b相邻的方式配置。本发明的一个实施方式中，如图1(a)和图2(a)所示，以当定子线圈5中流动电流时磁通在定子圆筒芯4的圆周向上流动的方向来构成定子线圈5。另外，在定子线圈5中，有U相线圈5a、V相线圈5b、W相线圈5c，在它们中分别流动的电流为各存在120度相位差的三相交流电流。U相线圈5a、V相线圈5b、W相线圈5c在截面观察时分别被分为2部分，如图1(a)所示在轴长端部连成一体，图中的+、-表示电流的流动方向在轴向上相反。另外，在图2(a)中表示了U相线圈5a在错开180°的位置存在2个，在该2个U相线圈5a中流动着同相位的电流，2个U相线圈5a可以串联连接，也可以并联连接，这样的结构在V相线圈5b、W相线圈5c中也是同样的。通过该定子线圈5的配置，在定子线圈5中流动的电流使得产生旋转磁场，转子50旋转，产生转矩。在定子线圈5中由于流动电流而发热，通过内侧保持架21与端部保持架20接触，在定子线圈5所产生的热经由内侧保持架21和端部保持架20传递到外部，因此冷却效果高。通过降低电动机温度，磁体剩余磁通密度增加而且线圈电阻减少，由此能够减少铜损，改善电动机效率。作为端部保持架20、内侧保持架21的材质，能够考虑金属、树脂、或者将金属作为填料混合于树脂中等而使用树脂和金属两者的材质，但使用金属的冷却效果更高。关于树脂，优选使用导热性高的树脂。

作为定子圆筒芯4的材质，能够考虑以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之后进行层叠，能够构成定子圆筒芯4。定子圆筒芯4可以是图1所示的一体型芯体，也可以是分割为几个部分的芯体。如果是分割式芯体，在从电磁钢板冲裁时，能够实施没有浪费的冲裁，从而能够实现成本的降低，与一体型芯体相比，由于分割部的间隙产生的磁通漏泄，可能导致效率降低。作为定子线圈5的材质，能够考虑使用铜或铝。

如图2(b)表示的另一实施方式的组装后状态的切开截面图所示，在定子圆筒芯4与定子线圈5之间为了绝缘而插入了圆筒形状的外侧保持架30。通过使外侧保持架30的轴向长度与内侧保持架21的轴向长度相同，外侧保持架30与端部保持架20接触，因此利用其接触面作用的摩擦力，能够牢固地保持定子线圈5的位置。

接着，说明本发明的第二实施方式。图3(a)、图3(b)是表示本实施例的电动机构造的图，图3(a)是组装过程中的状态的立体图，图3(b)是组装后的状态的切开截面图。与图1、2所示的实施方式的不同点在于，在从内侧保持架21在径向上延伸的突起31的前端具有在周向上延伸的凸缘部32。当在内侧保持架21的突起31直接卷绕定子线圈5时，凸缘部32防止定子线圈5向外侧脱落，能够提高量产率。

接着，说明本发明的第三实施方式。图4(a)、图4(b)是表示本实施例的电动机构造的图，图4(a)是组装过程中的状态的立体图，图4(b)是组装后的状态的截面图。与图1～图3所示的实施方式的不同点在于，端部保持架20具有向无槽型电动机100的内侧在轴长方向上延伸的圆筒状突起。图4(a)中图示的内周侧突起22a的外径与内侧保持架21的圆筒部内径形成为相同尺寸，并且外周侧突起22b的内径与内侧保持架21的圆筒部外形形成为相同尺寸，如图4(b)的截面图所示，内侧保持架21的圆筒部与内周侧突起22a和外周侧突起22b嵌合。由此，内侧保持架21与端部保持架20的接触面变大，通过在其接触面作用的摩擦力，能够更加牢固地保持定子线圈5的位置。具有内周侧突起22a和外周侧突起22b这两者的情况下，接触面积大，摩擦力也变大，但即使具有其中任意一者，也同样能够获得保持定子线圈5的位置的效果。

接着，说明本发明的第四实施方式。图5(a)、图5(b)是表示本实施例的电动机构造的立体图，图5(a)是组装过程中的状态，图5(b)是组装后的状态的立体图。与图1～图4所示的实施方式的不同点在于，具有从内侧保持架21的端部在轴长方向上延伸的多个凸部41，并且为了与该凸部嵌合而端部保持架20具有多个凹部40。在已组装时，通过该凹部40与凸部41的嵌合，能够更加牢固地保持定子线圈5的位置。虽然省略了图示，但使凹凸关系颠倒的、在端部保持架20侧具有凸部41且在内侧保持架侧具有凹部40的构造也能够获得同样的效果。

接着，说明本发明的第五实施方式。图6(a)、图6(b)是表示本实施例的电动机构造的立体图，图6(a)是组装过程中的状态，图6(b)是组装后的状态的立体图。与图1～图5所示的实施方式的不同点在于，端部保持架20和定子圆筒芯4具有多个螺栓孔70，在其中插入多个螺栓71。由此，端部保持架20与定子圆筒芯4被固定，因此能够更加牢固地保持定子线圈5的位置。

接着，说明本发明的第六实施方式。图7(a)、图7(b)是表示本实施例的电动机构造的立体图，图7(a)是组装过程中的状态，图7(b)是组装后的状态的立体图。与图1～图6所示的实施方式的不同点在于，端部保持架20和内侧保持架21具有多个空孔23。由此，能够形成从外部至转子永磁体1的空气流路，能够提高基于空冷的冷却效果。由于电动机温度降低，磁体剩余磁通密度增加而且线圈电阻减少，由此能够减少铜损，改善电动机效率。

接着，说明本发明的第七实施方式。能够考虑将第一至第六实施例的多个组合。例如，能够考虑端部保持架20具有向无槽型电动机100的内侧在轴长方向上延伸的圆筒状突起，且端部保持架20和定子圆筒芯4具有多个螺栓孔70而插入有多个螺栓71，且端部保持架20和内侧保持架21多个的定子圆筒芯4具有多个空孔23的构造。

接着，说明本发明的第八实施方式。通过构成为在第一至第八实施例所示的任一结构的电动机端部的一方端部配置有固定于轴2的叶轮的构造，形成作为使空气从安装有叶轮侧或者相反侧强制地流通的电动风机的结构。作为叶轮的材质能够使用金属、树脂或者以金属为填料混入于树脂中等而使用树脂和金属两者的材质，使用金属的情况下冷却效果高。关于树脂，优选使用导热性高的树脂。另外，能够考虑在端部保持架21和定子圆筒芯4形成用于散热的多个翅片，由此来提高冷却效果的结构。另外，通过将该翅片相对于轴长方向倾斜地配置，认为具有扩散器的作用。通过将本实施例的电动风机用于电动吸尘器，能够获得电动吸尘器的小型轻量化、高效率化。另外，由于该电动机风机是小直径的，因此配置于电动吸尘器内的哪个部位在布局方面的自由度高，例如，通过收纳在管道部、软管部的内部，能够构成纤细的电动吸尘器。

作为本发明的实施例，说明了磁体的极数为4、线圈数为6的三相驱动电动机，但也能够考虑磁体的极数为2线圈数为3、或者磁体的极数为6线圈数为9等，对于自然数n组合磁体极数2n、线圈数3n的结构。另外，当自然数n为偶数时，对于磁体极数2n，线圈数也可以为n×3/2。另外，对于自然数n，也可以是磁体的极数为2n、线圈数为2n这样的单相驱动电动机。也可以是其它的极数槽数的组合。

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

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

20 端部保持架

21 内侧保持架

22 圆筒状突起

22a 内周侧圆筒状突起

22b 外周侧圆筒状突起

23 空孔

23a 内侧保持架空孔

23b 端部保持架空孔

30 外侧保持架

31 突起

32 凸缘部

40 凹部

41 凸部

50 转子

51 无槽型定子

70 螺栓孔

71 螺栓

100 无槽型电动机。

Claims (11)

1.一种电动机，其特征在于，包括：

中空且圆筒状的一体型定子圆筒芯；

位于该一体型定子圆筒芯的内侧的多个定子线圈；和

与该定子线圈的径向内侧相对的、以能够旋转的方式配置的转子永磁体，

在该定子线圈与该转子永磁体之间具有圆筒状的内侧保持架，

该内侧保持架的轴向长度比该定子线圈的轴向长度长，

该内侧保持架具有在径向上延伸的多个突起，

在该内侧保持架的端部具有端部保持架，

该内侧保持架的端部与端部保持架接触。

2.如权利要求1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保持架，该外侧保持架的轴向长度与该内侧保持架的轴向长度相同。

3.如权利要求1或2所述的电动机，其特征在于：

在所述内侧保持架所具有的所述突起的前端具有向周向延伸的凸缘部。

4.如权利要求1～3中任一项所述的电动机，其特征在于：

所述内侧保持架具有在轴长方向上延伸的圆筒状突起，该圆筒状突起的外径与该内侧保持架的圆筒部的内径为相同尺寸。

5.如权利要求1～4中任一项所述的电动机，其特征在于：

所述端部保持架具有在轴长方向上延伸的圆筒状突起，该圆筒状突起的内径与该内侧保持架的圆筒部的外径为相同尺寸。

6.如权利要求1～5中任一项所述的电动机，其特征在于：

所述内侧保持架具有在轴长方向上延伸的多个凸部，在所述端部保持架具有与该凸部嵌合的多个凹部。

7.如权利要求1～5中任一项所述的电动机，其特征在于：

所述端部保持架具有在轴长方向上延伸的多个凸部，在所述内侧保持架具有与该凸部嵌合的多个凹部。

8.如权利要求1～7中任一项所述的电动机，其特征在于：

所述端部保持架和所述定子圆筒芯具有多个螺栓孔，利用螺栓进行固定。

9.如权利要求1～8中任一项所述的电动机，其特征在于：

所述端部保持架和所述内侧保持架具有多个空孔。

10.一种电动风机，其特征在于：

在权利要求1～9中任一项所述的电动机，具有固定于所述转子永磁体端部中的一个端部的叶轮。

11.一种电动吸尘器，其特征在于：

使用权利要求10所述的电动风机。

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