JP2005020931A - Commutator motor and motor driven blower - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、整流子モータに関し、特に電気掃除機、電動工具用モータ等に使用される交流整流子モータの固定子構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
電気掃除機や電動工具用モータ等に使用される交流整流子モータは、環状の固定子と、この固定子内側に対向して形成される磁極部間に配設される電機子とで主に構成されている。この種の交流整流子モータでは、常に小型、軽量、ブラシの長寿命化、低振動化などが要求されている。そして、この中で低振動化を図るためには、電機子反作用(回転する電機子から生じる磁界が固定子の磁極部を通る磁界の流れに影響を与える現象)を低減させることが望まれている。
【0003】
従来、電機子反作用を低減するための技術としては、固定子鉄心の磁極部に、複数のスリットや、固定子の内側および外側に開口する貫通したスリットを設ける構造が提案されている(特許文献1参照)。また、電機子反作用の別の低減手法としては、固定子の磁極部に前記の技術とは別の形状のスリットを設ける構造が提案されている(特許文献2)。さらに、電機子反作用の別の低減手法としては、固定子の磁極部中央に固定子の外側および内側には開口していないスリットを設ける構造が提案されている(特許文献3)。
【0004】
【特許文献1】
実開昭62−21744号公報(第4頁、第1〜5図)
【特許文献2】
特開平6−6943号公報(段落番号〔0021〕、図4)
【特許文献3】
特開平7−123669号公報(段落番号〔0014〕,〔0018〕、図1)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、FEM(有限要素法)構造解析ソフトや計算機の進歩に伴って、磁場解析によりモータの性能を高精度に予測する手法が開発されてきているが、交流整流子モータのように交流磁場を与えて回転するモータの特性予測は現在までなされていなかった。そこで、本願発明者は、このような高精度な手法を交流整流子モータの解析に用いて、前記のような従来の構造を解析してみたところ、前記電機子反作用が主な原因となって生じるトルク脈動や電機子周りの磁束密度分布の状態が好ましいものとはならないことを導き出した。そのため、このようなトルク脈動や磁束密度分布を望ましい状態にすることが可能なスリットの新しい形状を開発することが必要であった。
【0006】
そこで、本発明の課題は、トルク脈動を低減することや、磁束密度分布を望ましい状態にすることに寄与するスリットを形成することで、トルク脈動による機械的振動低減と、整流性能の向上を実現することができる整流子モータを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決した本発明の一つの特徴によれば、環状のヨーク部および前記ヨーク部の内側に対向して形成される磁極部を有する固定子鉄心と、前記磁極部に巻装される界磁巻線とからなる固定子と、前記磁極部間に配設される電機子鉄心の外周部に形成される空隙部中に電機子巻線を巻装した電機子と、前記電機子巻線が接続される整流子とからなる回転子と、を備えた整流子モータにおいて、前記磁極部の中央近傍に、前記磁極部が対向する方向に沿って外側に開口する単一のスリットを前記磁極部の内面近傍まで形成することで、前記スリットの内側部に磁気ブリッジ部を設けたので、トルク脈動が低減されるとともに、磁束密度分布が望ましい状態となる。そのため、トルク脈動による機械的振動低減と、整流性能の向上を実現することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明に係る整流子モータの実施の形態について、図1〜図8を用いて詳細に説明する。
図1には、本発明に係る整流子モータの一実施の形態である交流整流子モータの構造を示し、図2には、固定子鉄心の構造を示す。図1において、交流整流子モータ1は、略円筒状のハウジング2と、このハウジング2に固定される固定子3と、この固定子3に対して回転する回転子4とで主に構成されている。固定子3は、正面視が略八角形となる環状のヨーク部31およびこのヨーク部31の内側に対向して形成される磁極部32を有する固定子鉄心33と、各磁極部32に巻装される界磁巻線5とで構成されている。なお、以下の説明においては、二つの磁極部32,32が対向する方向を上下方向とし、この上下方向と回転子4の軸方向とに直交する方向を左右方向として説明する。
【0009】
図2に示すように、ヨーク部31は、上下方向に対向して配設される上側長辺部31aおよび下側長辺部31bと、左右方向に対向して配設される左側長辺部31cおよび右側長辺部31dと、これら長辺部31a〜31dを繋ぐ四つの短辺部31e,・・・とで主に構成され、四つの短辺部31e,・・・がハウジング2に固定されている(図1参照)。また、上側長辺部31aの上面の略中央部には、上方に開口する幅広の凹部31fが形成され、下側長辺部31bの下面の略中央部には、下方に開口する幅広の凹部31gが形成されている。
【0010】
上側の磁極部32は、上側長辺部31aから下方(内方)に向かって延出するとともに、その左右両側下部が前記回転子4(図1参照)の外周面を覆うように左右下方に向かって膨出している。これとは逆に、下側の磁極部32は、下側長辺部31bから上方に向かって延出するとともに、その左右両側上部が回転子4の外周面を覆うように左右上方に向かって膨出している。また、各磁極部32の内面32aは、回転子4の外周面に沿った形状に形成されている。さらに、各磁極部32の左右方向における中央近傍には、外側に開口する単一のスリット32bが上下方向に沿って内面32a近傍まで形成されている。また、このスリット32bは、その幅(左右方向の長さ)が略一定になるように形成されている。なお、スリット32bの幅は、どのように設定してもよいが、積層鋼板(固定子鉄心33を構成する部材)の板厚以上(例えば、0.5mm以上)が望ましい。
【0011】
そして、このようにスリット32bを内面32a近傍まで形成することにより、このスリット32bの内側部に所定厚さの磁気ブリッジ部32cが形成されることとなっている。なお、磁気ブリッジ部32cの厚さは適宜変更可能であるが、薄く形成するのが望ましい。たとえば、固定子鉄心33を板厚が0.35mmとなる板材を積層して形成する場合は、磁気ブリッジ部32cの厚さの最小値を0.35mmとして、その厚さを0.35mm〜2mmの範囲内で設定するのが望ましい。
【0012】
図1に示すように、回転子4は、二つの磁極部32,32間に配設される電機子鉄心41の外周部に形成されるなす形スロット(空隙部)S1〜S12中に電機子巻線42を巻装して構成される電機子43と、この電機子巻線42が接続される整流子44(図3(b)参照)とで主に構成されている。電機子鉄心41は、その外周部に12個のなす形スロットS1〜S12を周方向に沿って所定の間隔で形成することで、略T型の断面形状となる13個のティースTe,・・・が周方向に沿って所定の間隔で形成された形状となっている。また、この電機子鉄心41の中央部には、図示しないシャフトが嵌合されるシャフト孔41aが形成されている。
【0013】
また、電機子巻線42は、図3(b)に示すように、整流子44を構成する24個の整流子片P1〜P24のうちいずれか二つにその両端が接続される複数の内側コイル42aと外側コイル42bとで構成されている。具体的には、たとえばその一端が整流子片P23に接続された内側コイル42aは、一対の第一のなす形スロットS1と第六のなす形スロットS6を通るように巻回された後、その他端が整流子片P23に隣接する整流子片P24に接続されている。また、この整流子片P24にその一端が接続される外側コイル42bは、第一のなす形スロットS1と第六のなす形スロットS6を通るように巻回された後、その他端が整流子片P24に隣接する整流子片P1に接続されている。以下、同様にして他の一対のなす形スロット(S2,S7),(S3,S8),・・・,(S12,S5)を通る内側コイル42aや外側コイル42bも、一対の整流子片(P1,P2),(P2,P3),・・・(P22,P23)に順次接続されている。
【0014】
次に、前記のように構成された交流整流子モータ1や、他の構造の交流整流子モータを解析モデルとして、FEM構造解析ソフトによりシミュレーションして得られた結果について説明する。最初に、図3を参照して、交流磁場を与えてモータのトルクを計算した条件を示す。ここで、図3(a)には、解析に用いたメッシュモデルと計算条件を示す。図3(b)には、略円柱状であった電機子を平面に展開した状態における電機子巻線の接続図を示す。図3(c)には、入力した電流パターンの一例を示す。図3(d)には、各コイルを流れる電流の変化を示す。
【0015】
図3(a)に示すように、まず、交流整流子モータ1の構成部品である固定子鉄心33、界磁巻線5、電機子鉄心41、および電機子巻線42を、その合計の要素数が25402Eとなるように、複数の要素に分割する。また、図3(b)に示すように、整流子44周りの配線条件としては、電機子巻線42を構成する各コイル42a,42bを、前記した条件で整流子44に接続させるとともに、二つのブラシ6をそれぞれ整流子片P1〜P24のうちいずれか三つに跨るように接触させる。なお、二つのブラシ6は、略円柱状となる電機子43の径方向において対向するように設けられている。また、図3(c)に示すように、交流整流子モータ1に与える交流電流の条件は、その電流値の最大の絶対値が6A(アンペア)であり、その周期が3600°(deg)となっている。ここで、このシミュレーションでは、モータの回転速度を30000rpmに設定しているため、交流電流の周期は、言い換えると50Hz(ヘルツ)になっている。
【0016】
ちなみに、交流整流子モータ1は、交流電流が固定子3側の界磁巻線5、ブラシ6、整流子44、電機子43側の電機子巻線42の順に与えられるとともに、電機子43側に流れる電流のプラスとマイナスがブラシ6により電機子43の半回転ごとに切り替えられることで、トルクが発生する方向に電流が制御されて回転するモータである。そのため、このモータを反時計回りに30000rpmで回転させ、50Hzの電流を入力として与えると、50Hzの電流の一周期は0.02秒であるので、この0.02秒の間にモータは10回転(3600°)することになる。また、図3(d)に示すように、電機子43の各々のコイル42a,42bでは、電機子43が半回転(180°)するごとにブラシ6から整流子44を介して各コイル42a,42bに供給される交流電流のプラスとマイナスが機械的に切り替えられるとともに、交流電流の半周期である0.01秒(1800°)ごとに電流のプラスとマイナスが電気的に切り替えられている。
【0017】
続いて、前記のような条件下で計算した磁束密度分布および出力トルク計算結果を図4〜7に示す。図4は比較例1を示すモータ構造、図5は内側のみに開口するスリットを設けた比較例2を示すモータ構造、図6は内側から外側までスリットとした比較例3を示すモータ構造、図7は本発明の外側のみに開口するスリットを設けた(内側部に磁気ブリッジを形成した)構造である。それぞれ、(a)図にスリットの形状、(b)図に磁束線、(c)図に最大トルク時のギャップ部磁束密度、(d)図に出力トルク計算結果を示す。
【0018】
図4(a)に示すように、比較例1のモータ構造は、磁極部32にスリットが形成されていない構造となっている。なお、以下の説明においては、電機子43の中心軸から上下左右に引いた軸のうち右側の軸を0degとして、その他の軸を反時計回りへ順に90,180,270degとする。
【0019】
比較例1のFEMによる解析結果は、磁極部32の形状が90degの軸を中心にして左右対称なのに対して、ギャップ(固定子3と電機子43との隙間)の磁束密度分布は、図4(c)に示すように、90degの左右、すなわち0〜90deg間と90〜180deg間が左右対称とならない。これは、電機子反作用の影響による増磁、減磁作用が影響して発生するものである。ちなみに、上側の磁極部32の左側が減磁側、右側が増磁側となっている。また、その影響度合いは、図4(b)でもわかるように、固定子3の上側の磁極部32に注目すると、左側から右側への磁束の流入で磁極部32の右側の磁束密度が高くなっていることがわかる。この影響によって、出力トルクは脈動し、図4(d)のようなトルク波形となり、平均トルクが0.523N・m(ニュートン・メートル)であるのに対し、トルク脈動の最大値が0.16N・mと大きくなる。
【0020】
図5(a)に示すように、比較例2のモータ構造は、磁極部32に内側へ開口するスリット71が上下方向に沿って形成された構造となっている。この比較例2の構造についても前記と同様にFEMによる解析を行った。電流条件など、スリット71以外は同一の条件として計算した結果、図5(b)〜(d)に示す結果となった。スリット71を設けることで、図5(c)に示すように、90deg,270deg近辺のギャップ磁束密度は落ち込む結果となっている。また、図5(b)によると、固定子3の上側の磁極部32では、左側から右側への磁束の流入が多少抑えられているが、スリット71の上側から磁束が回り込むことで磁極部32の右側の磁束密度が高くなっているのであまり変化が無いことがわかる。また、左側(減磁側)の磁極部32の磁束密度が多少増加する分、平均トルクが比較例1に対して0.7%程度増加し、トルク脈動も0.13N・mと減少しているが比較例1のトルク脈動に対する減少率が0.83%と少ないことがわかる。
【0021】
図6(a)に示すように、比較例3のモータ構造は、磁極部32に内外(上下)へ開口するスリット72が上下方向に沿って形成された構造となっている。この比較例3の構造についても前記と同様にFEMによる解析を行った。電流条件など、スリット72以外は同一の条件として計算した結果、図6(b)〜(d)に示す結果となった。
【0022】
スリット72を設けることで、図6(c)に示すように、90deg,270deg近辺のギャップ磁束密度は大きく落ち込む結果となっている。また、図6(b)によると固定子3の上側の磁極部32では、左側から右側への磁束の流入が遮断されている。その結果、磁極部32の左側(減磁側)の磁束密度は増加し、平均トルクも0.7%向上しているが、トルク脈動は0.17N・mと大きい結果となっている。
【0023】
図7(a)には、本発明に係るスリット32bを採用した構造の計算結果を示す。スリット32bの内側部に形成した珪素鋼板などからなる磁気ブリッジ部32cが磁気飽和しているため、図7(c)に示すように、前記したスリット71,スリット72と同様に90deg,270deg近辺のギャップ磁束密度は落ち込む結果となっている。また、その磁気ブリッジ部32cの磁気飽和やスリット32bによって、図7(b)に示すように、固定子3の上側の磁極部32では、左側から右側への磁束の流入が遮断されている。その結果、磁極部32の左側(減磁側)の磁束密度は増加し、図7(d)に示すように、平均トルクが大幅(2.7%)に向上している。さらに、磁束密度の変化が少なくなるため(図7(c)参照)、トルク脈動が0.03N・mと大幅に低減し、トルク脈動の減少率が27%と大きくなっていることがわかる。
【0024】
次に、トルク脈動の比較を図8に示す。通常の交流整流子モータの構造(比較例1)に比べ、スリット71を設けた比較例2の構造によってもトルク脈動の低減効果が認められるが、本発明の外側にスリット32bを設ける構造では、比較例1よりも約1/5以下と比較例2よりも大幅にトルク脈動を低減することができる。これらのことは、いままで、試作評価では製造誤差や測定の困難さ等ではっきりと確認することが出来なかったが、高精度な計算手法であるFEM解析の適用により、今回初めて確認されたものである。
【0025】
トルク脈動が大きいと、回転子4の振れ振動が大きくなるため、整流子44とブラシ6による整流作用が補完され、ブラシ6からの火花が大きくなり、ブラシ6−コイル42a,42b間に流れる短絡電流が大きくなって漂遊損の増大によって性能が悪くなり、ブラシ寿命が短くなる問題が発生する。しかし、本発明のようにスリット32bを設けることでトルク脈動が80%減少する結果、回転子4の振動が小さくなり、ブラシ6からの火花が少なく、性能が向上し、ブラシ寿命が伸びる効果がある。
【0026】
以上によれば、本実施形態において、次のような効果を得ることができる。
固定子鉄心33の磁極部32の中央部近傍に外側に開口する単一のスリット32bを形成するとともに、スリット32bの内側部に磁気ブリッジ部32cを設けることにより、磁極部32の左右で磁束の流れが調整されるので、電機子反作用の影響を低減することができる。さらに、この構造によれば、シミュレーションの結果よりトルク脈動が低減され、かつ磁束密度分布が望ましい状態となっているので、トルク脈動による機械的振動が低減されるとともに、整流性能の向上も実現することができる。ちなみに、本発明は、交流磁場を与えてモータのコア,ギャップ部の磁束密度を計算によって導き、発生トルクを予測した結果、整流改善、トルク増加が可能な構造を見い出したものである。
【0027】
以上、本発明は、前記実施形態に限定されることなく、様々な形態で実施される。以下に、他の実施形態について説明する。
【0028】
交流整流子モータ1は、どのような電気機器に用いてもよいが、たとえば掃除機の駆動系である電動送風機のモータとして用いる場合には以下に示す効果を奏することとなる。図9に示すように、電動送風機8は、ファン81と交流整流子モータ1とで主に構成される。ここで、一般に電動送風機では、環境問題の観点から使用材料を少なくするために小型化する場合は、モータの回転数をアップさせる必要があるが、トルク脈動が大きいと振動も大きくなって回転数アップができなくなる問題がある。これに対して、本発明では、トルク脈動が小さくなるので回転数アップが図れ、これにより小型軽量化も図れるので環境問題を改善できる効果がある。
【0029】
図10には外側に開口するスリットを設ける構造の応用例を示す。図10(a)は、スリット32bの左右で磁極部32の幅を変更する構造を示す。電機子反作用の影響低減には、増磁側、減磁側の磁束密度バランスを考慮する必要があるため、磁極部32の幅(断面積)によってその調整をする手法が効果的である。すなわち、交流整流子モータ1の駆動時において、減磁側(図において上側の磁極部32の左側や、下側の磁極部32の右側をいう)となる磁極部32の幅が、増磁側(図において上側の磁極部32の右側や、下側の磁極部32の左側をいう)となる磁極部32の幅よりも大きく形成されているのが望ましい。この構造によれば、減磁側の磁極部32の幅が大きいため、この減磁側に多くの磁力線が流れることとなり、減磁側と増磁側との磁束密度のバランスを適正にすることができる。また、図10(b)に示すように、磁極部32の中心軸(上下方向)から傾けてスリット32dを設ける構造も有効と考えられる。
【0030】
図11には、スリット32bに充填材として非磁性体を挿入した構造を示す。このようにスリット32bに非磁性体である有機材料、金属材料などの構造体MBを接着、インジェクション、圧入等によって構成することで、機械的強度を確保することができる。
【0031】
図12は、スリット形状を大きくし、磁気ブリッジ部32cを長めに形成した形状の一例を示す。具体的に、スリット32eは、内側から外側に向かうにつれて広がるように形成されるとともに、その内側の部分の幅も大きめに形成されている。このようにスリット32eを形成することで、磁極部32が左右に独立するように分割されるので、磁束の流れが左右のどちらかに偏ることが防止され、本発明のスリット32bと同様の効果を得ることができる。
【0032】
【発明の効果】
本発明によれば、トルク脈動による機械的振動低減と、整流性能の向上を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る整流子モータの一実施の形態である交流整流子モータの構造を示す断面図である。
【図2】図1の固定子鉄心の構造を示す斜視図である。
【図3】解析に用いたメッシュモデルを示す断面図(a)と、電機子を平面に展開した状態で電機子巻線の接続状態を示す接続図(b)と、入力した電流パターンの一例を示す図(c)と、各コイルを流れる電流の変化を示す図(d)である。
【図4】比較例1のモータ構造を示す断面図(a)と、磁束線の流れを示す断面図(b)と、最大トルク時のギャップ部磁束密度を示す図(c)と、出力トルク計算結果を示す図(d)である。
【図5】比較例2のモータ構造を示す断面図(a)と、磁束線の流れを示す断面図(b)と、最大トルク時のギャップ部磁束密度を示す図(c)と、出力トルク計算結果を示す図(d)である。
【図6】比較例3のモータ構造を示す断面図(a)と、磁束線の流れを示す断面図(b)と、最大トルク時のギャップ部磁束密度を示す図(c)と、出力トルク計算結果を示す図(d)である。
【図7】本実施形態に係るモータ構造を示す断面図(a)と、磁束線の流れを示す断面図(b)と、最大トルク時のギャップ部磁束密度を示す図(c)と、出力トルク計算結果を示す図(d)である。
【図8】各モータ構造におけるトルク脈動の最大値を示す図である。
【図9】本発明に係るモータを電動送風機に適用した状態を示す断面図である。
【図10】本発明の他の実施形態に係るモータ構造を示す図であり、スリットを磁極部の中心からずらした構造を示す断面図(a)と、スリットを傾けて形成した構造を示す断面図(b)である。
【図11】スリットに充填剤を充填した形態を示す断面図である。
【図12】スリットを内側から外側に向かうにつれて広がるように形成した形態を示す断面図である。
【符号の説明】
1 交流整流子モータ
2 ハウジング
3 固定子
31 ヨーク部
32 磁極部
32a 内面
32b スリット
32c 磁気ブリッジ部
33 固定子鉄心
4 回転子
41 電機子鉄心
42 電機子巻線
43 電機子
44 整流子
5 界磁巻線
S1〜S12 なす形スロット(空隙部)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a commutator motor, and more particularly to a stator structure of an AC commutator motor used for a vacuum cleaner, a motor for an electric tool, and the like.
[0002]
[Prior art]
AC commutator motors used in vacuum cleaners, motors for electric tools, etc. are mainly composed of an annular stator and an armature disposed between magnetic pole portions formed facing the inner side of the stator. It is configured. This type of AC commutator motor is always required to be small, light, long brush life and low vibration. In order to reduce the vibration, it is desired to reduce the armature reaction (a phenomenon in which the magnetic field generated by the rotating armature affects the flow of the magnetic field passing through the magnetic pole portion of the stator). Yes.
[0003]
Conventionally, as a technique for reducing armature reaction, there has been proposed a structure in which a plurality of slits and slits penetrating inside and outside the stator are provided in the magnetic pole portion of the stator core (Patent Document). 1). Further, as another technique for reducing the armature reaction, a structure in which a slit having a shape different from the above technique is provided in the magnetic pole portion of the stator has been proposed (Patent Document 2). Furthermore, as another method for reducing the armature reaction, a structure has been proposed in which a slit that is not opened outside and inside the stator is provided at the center of the magnetic pole portion of the stator (Patent Document 3).
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Utility Model Publication No. 62-21744 (
[Patent Document 2]
JP-A-6-6943 (paragraph number [0021], FIG. 4)
[Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 7-123669 (paragraph numbers [0014], [0018], FIG. 1)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, with the advancement of FEM (finite element method) structural analysis software and computers in recent years, methods for predicting motor performance with high accuracy by magnetic field analysis have been developed. The characteristics of a motor rotating by applying a magnetic field have not been predicted so far. Therefore, the inventors of the present application analyzed the conventional structure as described above by using such a high-precision method for the analysis of the AC commutator motor, and the armature reaction was the main cause. It was derived that the state of the generated torque pulsation and the magnetic flux density distribution around the armature is not preferable. Therefore, it was necessary to develop a new shape of the slit that can make such a torque pulsation and magnetic flux density distribution desirable.
[0006]
Therefore, the object of the present invention is to reduce the mechanical vibration due to the torque pulsation and improve the rectification performance by forming a slit that contributes to reducing the torque pulsation and making the magnetic flux density distribution desirable. An object of the present invention is to provide a commutator motor that can be used.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to one aspect of the present invention that solves the above-described problem, a stator core having an annular yoke portion and a magnetic pole portion formed to face the inside of the yoke portion, and a field wound around the magnetic pole portion A stator composed of magnetic windings, an armature in which armature windings are wound in a gap formed in an outer periphery of an armature core disposed between the magnetic pole portions, and the armature windings In the commutator motor provided with a commutator comprising a commutator to which the magnetic pole is connected, a single slit that opens outward in a direction in which the magnetic pole portion faces is provided near the center of the magnetic pole portion. By forming up to the vicinity of the inner surface of the portion, the magnetic bridge portion is provided inside the slit, so that torque pulsation is reduced and the magnetic flux density distribution is in a desirable state. Therefore, it is possible to reduce mechanical vibration due to torque pulsation and improve rectification performance.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of a commutator motor according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
FIG. 1 shows the structure of an AC commutator motor that is an embodiment of a commutator motor according to the present invention, and FIG. 2 shows the structure of a stator core. In FIG. 1, an
[0009]
As shown in FIG. 2, the yoke portion 31 includes an upper
[0010]
The upper
[0011]
By forming the
[0012]
As shown in FIG. 1, the
[0013]
Further, as shown in FIG. 3B, the armature winding 42 has a plurality of inner sides whose both ends are connected to any two of the 24 commutator pieces P1 to P24 constituting the
[0014]
Next, the results obtained by simulating with the FEM structural analysis software using the
[0015]
As shown in FIG. 3A, first, the
[0016]
Incidentally, in the
[0017]
Subsequently, magnetic flux density distribution and output torque calculation results calculated under the above conditions are shown in FIGS. 4 shows a motor structure showing Comparative Example 1, FIG. 5 shows a motor structure showing Comparative Example 2 provided with a slit that opens only inside, and FIG. 6 shows a motor structure showing Comparative Example 3 with slits from the inside to the outside. Reference numeral 7 denotes a structure in which slits are formed only on the outside of the present invention (a magnetic bridge is formed on the inside). FIG. 4A shows the slit shape, FIG. 5B shows the magnetic flux lines, FIG. 5C shows the gap magnetic flux density at the maximum torque, and FIG. 4D shows the output torque calculation result.
[0018]
As shown in FIG. 4A, the motor structure of Comparative Example 1 has a structure in which no slit is formed in the
[0019]
The FEM analysis result of Comparative Example 1 shows that the shape of the
[0020]
As shown in FIG. 5A, the motor structure of Comparative Example 2 has a structure in which slits 71 opening inward are formed in the
[0021]
As shown in FIG. 6A, the motor structure of Comparative Example 3 has a structure in which slits 72 that open inward and outward (up and down) are formed in the
[0022]
By providing the
[0023]
FIG. 7A shows a calculation result of a structure employing the
[0024]
Next, comparison of torque pulsation is shown in FIG. Compared to the structure of the normal AC commutator motor (Comparative Example 1), the structure of Comparative Example 2 provided with the
[0025]
When the torque pulsation is large, the vibration of the
[0026]
According to the above, the following effects can be obtained in the present embodiment.
A
[0027]
As mentioned above, this invention is implemented in various forms, without being limited to the said embodiment. Other embodiments will be described below.
[0028]
The
[0029]
FIG. 10 shows an application example of a structure in which a slit that opens to the outside is provided. FIG. 10A shows a structure in which the width of the
[0030]
FIG. 11 shows a structure in which a non-magnetic material is inserted as a filler into the
[0031]
FIG. 12 shows an example of a shape in which the slit shape is enlarged and the
[0032]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to reduce mechanical vibration due to torque pulsation and improve rectification performance.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a structure of an AC commutator motor that is an embodiment of a commutator motor according to the present invention.
2 is a perspective view showing the structure of the stator core shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view (a) showing a mesh model used for analysis, a connection diagram (b) showing a connection state of armature windings in a state where the armature is developed on a plane, and an example of an input current pattern; (C) which shows this, and (d) which shows the change of the electric current which flows through each coil.
4A is a cross-sectional view showing the motor structure of Comparative Example 1, FIG. 4B is a cross-sectional view showing the flow of magnetic flux lines, FIG. 4C is a view showing the gap portion magnetic flux density at the maximum torque, and FIG. It is a figure (d) which shows a calculation result.
5A is a cross-sectional view showing the motor structure of Comparative Example 2, FIG. 5B is a cross-sectional view showing the flow of magnetic flux lines, FIG. 5C is a diagram showing gap part magnetic flux density at the maximum torque, and FIG. It is a figure (d) which shows a calculation result.
6A is a cross-sectional view showing the motor structure of Comparative Example 3, FIG. 6B is a cross-sectional view showing the flow of magnetic flux lines, FIG. 6C is a view showing the gap portion magnetic flux density at the maximum torque, and FIG. It is a figure (d) which shows a calculation result.
FIG. 7 is a cross-sectional view (a) showing the motor structure according to the present embodiment, a cross-sectional view (b) showing the flow of magnetic flux lines, a view (c) showing the gap portion magnetic flux density at the maximum torque, and an output. It is a figure (d) which shows a torque calculation result.
FIG. 8 is a diagram showing a maximum value of torque pulsation in each motor structure.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a state in which the motor according to the present invention is applied to an electric blower.
10A and 10B are views showing a motor structure according to another embodiment of the present invention, a cross-sectional view showing a structure in which the slit is shifted from the center of the magnetic pole part, and a cross-section showing a structure formed by inclining the slit. FIG.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a form in which a slit is filled with a filler.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a form in which slits are formed so as to widen from the inside toward the outside.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記磁極部間に配設される電機子鉄心の外周部に形成される空隙部中に電機子巻線を巻装した電機子と、前記電機子巻線が接続される整流子とからなる回転子と、を備えた整流子モータにおいて、
前記磁極部の中央近傍に、前記磁極部が対向する方向に沿って外側に開口する単一のスリットを前記磁極部の内面近傍まで形成することで、前記スリットの内側部に磁気ブリッジ部を設けたことを特徴とする整流子モータ。A stator core comprising a stator core having an annular yoke portion and a magnetic pole portion formed facing the inside of the yoke portion, and a field winding wound around the magnetic pole portion;
A rotation composed of an armature in which an armature winding is wound in a gap formed in an outer peripheral portion of an armature core disposed between the magnetic pole portions, and a commutator to which the armature winding is connected. A commutator motor including a child,
In the vicinity of the center of the magnetic pole part, a magnetic slit is provided on the inner side of the slit by forming a single slit that opens to the outside along the direction in which the magnetic pole part is opposed to the inner surface of the magnetic pole part. A commutator motor characterized by that.
前記スリットを中心に分割された前記磁極部のうち、前記整流子モータの駆動時において減磁側となる磁極部の幅が、増磁側となる磁極部の幅よりも大きく形成されていることを特徴とする整流子モータ。In the commutator motor according to any one of claims 1 to 5,
Of the magnetic pole portions divided around the slit, the width of the magnetic pole portion on the demagnetization side when the commutator motor is driven is formed larger than the width of the magnetic pole portion on the magnetization side. A commutator motor characterized by
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- 2003-06-27 JP JP2003184416A patent/JP2005020931A/en active Pending
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