JP2013123324A - Commutator motor and electric apparatus with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動送風機やこれを搭載した電気掃除機などの電気機器に具備されている整流子モータに関する。 The present invention relates to a commutator motor provided in an electric device such as an electric blower or a vacuum cleaner equipped with the electric blower.
従来、この種の整流子モータは、略方形筒状の界磁コアの筒内に向かい合った磁極部を設け、この磁極部にコイルを巻回するとともに、界磁コアの磁極部間に電機子を回転自在に設けた構成としている。また、電気掃除機に用いられるこの種の整流子モータでは、外径が75mm〜100mmのものが主流となっている。 Conventionally, this type of commutator motor is provided with a magnetic pole part facing the inside of a substantially square cylindrical field core cylinder, and a coil is wound around the magnetic pole part, and an armature is provided between the magnetic pole parts of the field core. Is configured to be rotatable. Moreover, in this kind of commutator motor used for a vacuum cleaner, the thing with an outer diameter of 75 mm-100 mm has become mainstream.
このような整流子モータにおいて、モータ内を流れる磁束量を確保して効率を向上させるために、界磁コアの直交する各辺部の幅を変更するような技術が提案されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。 In such a commutator motor, in order to ensure the amount of magnetic flux flowing in the motor and improve the efficiency, a technique for changing the width of each orthogonal side portion of the field core has been proposed (for example, (See Patent Document 1 and Patent Document 2).
図6は、特許文献1に記載された従来の整流子モータの界磁コアの構成を示す平面図である。図6に示すように、界磁コア97は、直交する2対の辺部97a、97bと、向かい合うように設けられた磁極部97cとで構成されている。そして、磁極部97cの設けられた一対の辺部97bの幅をDb、他方の一対の辺部の幅をDaとした場合、DaとDbの関係を、Da<Dbとしている。
FIG. 6 is a plan view showing a configuration of a field core of a conventional commutator motor described in Patent Document 1. FIG. As shown in FIG. 6, the
この種の整流子モータは、その構成上、通電時の界磁コイルおよび電機子コイルから発生した磁束が合成される。このため、界磁コアにおける磁束密度の分布に偏りが生じ、一部領域で磁束が集中して磁気飽和が生じやすかった。そして、この磁気飽和が生じると磁気特性が劣化し、モータの効率低下などを引き起こすという課題を有していた。 This type of commutator motor has a configuration in which magnetic fluxes generated from a field coil and an armature coil when energized are combined. For this reason, the distribution of the magnetic flux density in the field core is biased, and the magnetic flux is concentrated in a partial region, so that magnetic saturation is likely to occur. When this magnetic saturation occurs, the magnetic characteristics are deteriorated, causing a problem that the efficiency of the motor is reduced.
図7は、上述した従来の整流子モータと同等の界磁コアにおいて、磁束密度の分布を示す磁束密度分布図である。すなわち、通電時の磁気飽和の発生しやすい箇所を探るために、構造解析等に利用されるCAEを用いて1周期あたりの各部の磁束密度を算出し、図7に示すような磁束密度分布を求めた。図7において、濃度が濃いほど磁束密度が高いことを示している。この結果、図7での矢印で示すように、磁極部の突出した一方の先端近傍領域で磁束密度が最も高くなっている。この結果より、磁気飽和の発生しやすい箇所は各辺部ではなく、磁極部であることがわかる。すなわち、磁極部において磁気飽和が発生することでその領域の磁気特性が劣化し、有効な磁束が減少することになる。 FIG. 7 is a magnetic flux density distribution diagram showing a magnetic flux density distribution in a field core equivalent to the conventional commutator motor described above. That is, in order to search for a location where magnetic saturation is likely to occur during energization, the magnetic flux density of each part per cycle is calculated using CAE used for structural analysis and the like, and the magnetic flux density distribution as shown in FIG. Asked. In FIG. 7, the higher the concentration, the higher the magnetic flux density. As a result, as indicated by an arrow in FIG. 7, the magnetic flux density is highest in the vicinity of one tip where the magnetic pole portion protrudes. From this result, it can be seen that the portion where magnetic saturation is likely to occur is not the side portions but the magnetic pole portions. That is, when magnetic saturation occurs in the magnetic pole portion, the magnetic characteristics of the region deteriorate, and the effective magnetic flux decreases.
さらに、この結果より、磁気飽和を抑制するためには、上述した従来の構成のように、磁束の流れる経路の一部分である各辺部の幅を変更するだけでは不十分である。すなわち、従来のように辺部の幅のみの工夫では、電機子コア内や磁極部に磁気飽和が生じた場合、改善は期待できず、磁気特性の劣化による効率低下を十分に抑制できないおそれがあった。 Furthermore, from this result, in order to suppress magnetic saturation, it is not sufficient to change the width of each side part, which is a part of the path through which the magnetic flux flows, as in the conventional configuration described above. In other words, the conventional contrivance only with the width of the side portion cannot be expected to improve when magnetic saturation occurs in the armature core or the magnetic pole portion, and there is a possibility that the efficiency reduction due to the deterioration of the magnetic characteristics cannot be sufficiently suppressed. there were.
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、磁気特性の劣化を防止して効率の向上を図った整流子モータおよびこれを備えた電気機器を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a commutator motor that prevents deterioration of magnetic characteristics and improves efficiency, and an electric device including the commutator motor. To do.
このような目的を達成するために、本発明の整流子モータは、界磁巻線を巻回した方形筒状の界磁コアを含む界磁と、電機子巻線を電機子コアのスロットを介して巻回し、界磁コアの筒内に回転自在に設けられた電機子とを具備する整流子モータであって、界磁コアは、方形状を成す枠部と、枠部の互いに対向した一対の辺部から筒内側に突出した一対の磁極部とを備える。そして、磁極部の根元の幅を、電機子コアのスロット底部の直径の少なくとも1.1倍とした構成である。 In order to achieve such an object, a commutator motor according to the present invention includes a field including a rectangular cylindrical field core wound with a field winding, and an armature winding with an armature core slot. A commutator motor comprising an armature that is wound around and rotatably provided in a cylinder of the field core, wherein the field core is opposed to the frame portion and the frame portion that form a square shape. And a pair of magnetic pole portions protruding inward from the pair of side portions. The width of the base of the magnetic pole part is at least 1.1 times the diameter of the slot bottom part of the armature core.
これによって、磁束の流れる経路全体における磁気飽和を抑制することができる。 Thereby, magnetic saturation in the entire path through which the magnetic flux flows can be suppressed.
また、本発明の整流子モータは、枠部の互いに対向した一方の辺部に磁極部を配置し、枠部の互いに対向した他方の辺部は、端部から中央部になるに従って幅を狭くし、他方の辺部の中央部の幅を、一方の辺部の幅よりも狭くした構成である。 In the commutator motor of the present invention, the magnetic pole part is disposed on one side of the frame part facing each other, and the width of the other side part of the frame part facing each other becomes narrower from the end to the center. However, the width of the central part of the other side part is narrower than the width of one side part.
これによって、磁気飽和を発生させることなく、整流子モータの軽量化が可能となる。 This makes it possible to reduce the weight of the commutator motor without causing magnetic saturation.
また、本発明の電気機器は、このような本発明の整流子モータを具備した構成である。 Moreover, the electric device of the present invention is configured to include such a commutator motor of the present invention.
本発明の整流子モータは、磁束の流れる経路全体における磁気飽和を抑制することができるので、磁気特性の劣化を防止して効率を向上させることができるとともに軽量化することができる。 Since the commutator motor of the present invention can suppress magnetic saturation in the entire path through which magnetic flux flows, it is possible to improve the efficiency while preventing the deterioration of magnetic characteristics and to reduce the weight.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態)
本発明の実施の形態における整流子モータを用いた電気機器について図面を参照しながら説明する。本実施の形態ではこのような電気機器の一例として、電気掃除機に具備される本整流子モータを用いた電動送風機を挙げて説明する。
(Embodiment)
An electrical device using a commutator motor in an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, an electric blower using the commutator motor provided in the vacuum cleaner will be described as an example of such an electric device.
図1は、本発明の実施の形態における整流子モータ20を備えた電動送風機10の構成を示す部分断面図である。
FIG. 1 is a partial cross-sectional view illustrating a configuration of an
電動送風機10は、一方を開口した略カップ状のブラケット12内に、本実施の形態の整流子モータ20を設けた構成である。整流子モータ20は、図1に示すように、界磁であるステータ30と、電機子であるロータ40とを含み構成されている。
The
ステータ30は、方形筒状を成す界磁コア31に界磁巻線32を巻回している。このようなステータ30がブラケット12の内側に固定されている。
The
一方、ロータ40は、電機子コア41と電機子巻線42と回転軸43と整流子45とを含み構成されている。電機子コア41には、電機子巻線42が巻回されており、電機子コア41の中心を貫通するように回転軸43が結合されている。また、ロータ40は、回転軸43の両端がそれぞれ軸受13によって回転自在に支承されている。さらに、回転軸43には整流子45が配設されている。
On the other hand, the
そして、ブラケット12には、ブラシ保持器14が固定されている。さらに、ブラシ保持器14は、一対のカーボンブラシ(図示せず)を保持している。その一対のカーボンブラシが、整流子45に当接している。以上のようにして、整流子モータ20が構成されている。
A
また、電動送風機10において、ブラケット12の開口した側を覆うように、ファンケース15が取り付けられている。ロータ40の回転軸43は、ブラケット12の開口からファンケース15内へと延伸し、その回転軸43の先端部には、遠心ファン16が取り付けられている。さらに、遠心ファン16とブラケット12の開口との間には、エアガイド17が取り付けられている。このように、ファンケース15内には遠心ファン16およびエアガイド17が配置されている。
In the
以上のように構成された電動送風機10において、外部から整流子モータ20に電力が供給されると、電機子電流がカーボンブラシおよび整流子45を介して電機子巻線42に流れるとともに、ステータ30の界磁巻線32には界磁電流が流れる。そして、界磁電流によって界磁コア31で発生した磁束と、電機子巻線42を流れる電機子電流との間で力が発生し、ロータ40が回転する。このロータ40の回転に伴なって、遠心ファン16が回転する。この回転によって、吸気口18から空気が吸入されて遠心ファン16の中に流れ込み、ブラケット12内を経て、電動送風機10の外に排出される。
In the
次に、整流子モータ20のさらに詳細な構成について説明する。
Next, a more detailed configuration of the
図2は、本発明の実施の形態における整流子モータ20の界磁コア31の平面図である。
FIG. 2 is a plan view of
界磁コア31は、まず、電磁鋼板を、図2に示すような内側に開口を有した方形枠状の形状に打抜き、さらに、打抜いて形成された界磁コア素材を、複数枚積層することで構成されている。このように構成することで、界磁コア31は方形筒状の形状を成している。また、界磁コア31は、方形状を成す枠部34とともに、開口箇所には、対向する一対の磁極部35が形成されている。
The
より詳細には、枠部34は、図2に示すように、互いに対向した一方の辺部34dと互いに対向した他方の辺部34cとで構成され、それぞれの辺部によって方形状を成している。そして、磁極部35が、辺部34dの中央部から枠部34内の開口へと突出している。さらに、磁極部35は、辺部34dに繋がった磁極基部35aと、この磁極基部35aからさらに2方向に突出するように延伸する磁極突部35bとを有している。このような磁極部35の最内周側は、電機子コア41の外周形状に沿うように円弧状に形成されている。
More specifically, as shown in FIG. 2, the
また、詳細については以下で説明するが、辺部34cは、端部から中央部になるに従って幅が狭くなるような構造としている。すなわち、図2において、中央部幅C<端部幅Cwとなる。さらに、図2では、辺部34dが延伸する方向において、磁極基部35aが最も狭くなる幅を幅Bとし、辺部34dの端部近辺の一様となる幅を幅Dとしている。さらに、界磁コア31の対角の大きさをRとしている。このような磁極部35の双方に界磁巻線32が巻回される。そして、両磁極部35に挟まれるようにして、界磁コア31内に電機子コア41が配置される。
Although details will be described below, the
図3は、本発明の実施の形態における整流子モータ20の電機子コア41の平面図である。
FIG. 3 is a plan view of
電機子コア41は、図3に示すように、直径Aの円形状の電機子コア基部41bから外周方向に複数のティース41tが突出した構造を有している。また、互いに隣接するティース41t間にはスロット41sが形成されている。このスロット41sの空間を利用して電機子巻線42がティース41tに巻回される。
As shown in FIG. 3, the
図4は、本発明の実施の形態における整流子モータ20の界磁コア31と電機子コア41との配置関係を示す平面図である。図4では、界磁コア31と電機子コア41とをブラケット12内に配置した状態を上面から示している。ただし、それぞれの巻線等については省略している。
FIG. 4 is a plan view showing an arrangement relationship between the
界磁コア31の各角部には、ブラケット12の回転軸43方向に沿って当接面が形成されている。この当接面が図4に示すようにブラケット12の内周面に圧接され、界磁コア31に界磁巻線32を巻回したステータ30がブラケット12内に固定される。
A contact surface is formed at each corner of the
以上のように、整流子モータ20は、界磁巻線32を巻回した方形筒状の界磁コア31を含む界磁であるステータ30と、電機子巻線42を電機子コア41のスロット41sを介して巻回し、界磁コア31の筒内に回転自在に設けられた電機子であるロータ40とを具備している。さらに、界磁コア31は、方形状を成す枠部34と、枠部34の互いに対向した一対の辺部34dから筒内側に突出した一対の磁極部35とを備えている。
As described above, the
ところで、図7の磁束密度分布図を用いて説明したように、磁気飽和の発生しやすい箇所は界磁コアの各辺部ではなく、磁極部である。すなわち、磁極部において磁気飽和が発生することでその領域の磁気特性が劣化し、有効な磁束が減少することになる。 By the way, as described with reference to the magnetic flux density distribution diagram of FIG. 7, the portion where magnetic saturation is likely to occur is not each side portion of the field core but the magnetic pole portion. That is, when magnetic saturation occurs in the magnetic pole portion, the magnetic characteristics of the region deteriorate, and the effective magnetic flux decreases.
そこで、5種類の形状の異なる整流子モータのモデルを作成し電機子コアおよび界磁コアを流れる磁束をCAEにより算出した。さらに、各モデルに対して、電機子コアを流れる磁束と界磁コアの磁極部を流れる磁束との比率を求めた。ここで、界磁コア31の対角の大きさRとしては、電気掃除機用の整流子モータの一般的な外径サイズに合わせて、75mm〜100mmの範囲としている。
Therefore, models of five types of commutator motors having different shapes were created, and the magnetic flux flowing through the armature core and the field core was calculated by CAE. Furthermore, for each model, the ratio of the magnetic flux flowing through the armature core and the magnetic flux flowing through the magnetic pole portion of the field core was determined. Here, the diagonal size R of the
図5は、作成した各モデルにおける電機子コアと磁極部との磁束の比率を示す図である。ここで、電機子コアを流れる磁束を100とした場合の界磁コアの磁極部を流れる磁束の比率を示している。 FIG. 5 is a diagram showing the ratio of the magnetic flux between the armature core and the magnetic pole part in each created model. Here, the ratio of the magnetic flux flowing through the magnetic pole part of the field core when the magnetic flux flowing through the armature core is 100 is shown.
図5に示すように、電機子コアを流れる磁束量を100とすると、磁極部を流れる磁束量はおよそ107〜110である。すなわち、磁極部を流れる磁束量は、電機子コアよりも最大10%多いことになる。 As shown in FIG. 5, assuming that the amount of magnetic flux flowing through the armature core is 100, the amount of magnetic flux flowing through the magnetic pole portion is approximately 107 to 110. That is, the amount of magnetic flux flowing through the magnetic pole portion is up to 10% higher than the armature core.
ここで、図4に示す構成において磁束の流れを考えた場合、電機子コア41を流れる磁束は、ティース41tから流入し中心近傍では電機子コア基部41b(すなわち、スロット41s底部間)の直径Aの領域を流れる。また、上述した磁束量の結果より、磁極部35には、電機子コア41の最大1.1倍の磁束が流れる。このため、磁極基部35aの最も狭くなる箇所の幅Bが、電機子コア基部41bの直径Aの1.1倍未満では磁気飽和を生じることになる。
Here, when the flow of magnetic flux is considered in the configuration shown in FIG. 4, the magnetic flux flowing through the
以上のような観点に基づき、本実施の形態では、磁極部35の根元の幅Bを、電機子コア41のスロット底部の直径Aの少なくとも1.1倍としている。これより、磁極部35の磁極基部35aにおいて、十分な磁束の流れの経路を確保し、磁気飽和の発生を抑制している。
Based on the above viewpoint, in the present embodiment, the base width B of the
一方、磁極部35を設けた辺部34dと直交する辺部34cは、図7を参照すると、端部近傍で磁束が漏れ、端部よりも中央部を流れる磁束が減少している。これより、辺部34cの中央部の幅Cを狭くしても磁気飽和には影響しにくいことがわかる。そこで、本実施の形態では、辺部34cにおいて、端部幅Cwの端部から中央部幅Cの中央部になるに従って幅が狭くなるような構造としている。さらに、本実施の形態では、その中央部幅Cを、辺部34dの端部近辺の幅である端部幅Dよりも狭くしている。すなわち、辺部34cにおいて端部から中央部になるに従って狭くなるように構成したとしても、磁気飽和は発生しないため、これによって、整流子モータ20を軽量化することができる。
On the other hand, in the
また、本実施の形態では、辺部34cでの中央部幅Cを狭くするために、図2や図4に示すように、辺部34cの互いに対向した外側どうしを平行とし、辺部34cの内側どうしの幅が中央部になるに従って広くなるようにしている。これにより、界磁コア31内側の開口面積を増やすことができ、界磁巻線32を巻回した界磁コア31の占積率を高めることができる。
Further, in the present embodiment, in order to reduce the center width C at the
以上のように、本実施の形態では、電機子コア基部41bの直径Aと、磁極基部35aの最狭箇所の幅Bとの関係において、1.1A≦Bとすることで、磁束の流れる経路全体における磁気飽和を抑制し、磁気特性の劣化を防止して効率の向上を図っている。
As described above, in this embodiment, the relationship between the diameter A of the armature
さらに、辺部34cの中央部幅Cと、辺部34dの端部幅Dとの関係において、C<Dとすることで、磁気飽和を発生させることなく、整流子モータ20の軽量化をも図っている。
Furthermore, in the relationship between the center width C of the
以上、本発明の整流子モータは、界磁巻線を巻回した方形筒状の界磁コアを含む界磁と、電機子巻線を電機子コアのスロットを介して巻回し、界磁コアの筒内に回転自在に設けられた電機子とを具備する。さらに、界磁コアは、方形状を成す枠部と、枠部の互いに対向した一対の辺部から筒内側に突出した一対の磁極部とを備える。そして、磁極部の根元の幅を、電機子コアのスロット底部の直径の少なくとも1.1倍としている。これより、磁束の流れる経路全体における磁気飽和を抑制できる。したがって、本発明の整流子モータによれば、磁気特性の劣化を防止して効率の向上を図った整流子モータおよびこれを備えた電気機器を提供することができる。 As described above, the commutator motor of the present invention has a field core including a rectangular cylindrical field core wound with a field winding and the armature winding wound through the slot of the armature core. And an armature provided rotatably in the cylinder. Further, the field core includes a rectangular frame portion and a pair of magnetic pole portions protruding inward from the pair of opposite side portions of the frame portion. The width of the base of the magnetic pole part is at least 1.1 times the diameter of the slot bottom of the armature core. Thus, magnetic saturation in the entire path through which the magnetic flux flows can be suppressed. Therefore, according to the commutator motor of the present invention, it is possible to provide a commutator motor in which deterioration of magnetic characteristics is prevented and efficiency is improved, and an electric apparatus including the commutator motor.
また、本発明の整流子モータは、枠部の互いに対向した一方の辺部に磁極部を配置し、枠部の互いに対向した他方の辺部は、端部から中央部になるに従って幅を狭くし、さらに、他方の辺部の中央部の幅を、一方の辺部の幅よりも狭くしている。これにより、磁気飽和を発生させることなく、さらに、整流子モータの軽量化を図った整流子モータおよびこれを備えた電気機器を提供することができる。 In the commutator motor of the present invention, the magnetic pole part is disposed on one side of the frame part facing each other, and the width of the other side part of the frame part facing each other becomes narrower from the end to the center. In addition, the width of the center of the other side is made narrower than the width of one side. Accordingly, it is possible to provide a commutator motor that is further reduced in weight and can be provided with electric equipment without causing magnetic saturation.
以上のように、本発明にかかる整流子モータは、磁気特性の劣化を防止して効率向上が可能となるとともに、軽量化できるので、電動送風機またはこれを搭載した電気掃除機に適用できる。 As described above, the commutator motor according to the present invention can be applied to an electric blower or a vacuum cleaner equipped with the electric blower because the efficiency can be improved by preventing deterioration of magnetic characteristics and the weight can be reduced.
10 電動送風機
12 ブラケット
13 軸受
14 ブラシ保持器
15 ファンケース
16 遠心ファン
17 エアガイド
18 吸気口
20 整流子モータ
30 ステータ
31,97 界磁コア
32 界磁巻線
34 枠部
34c,34d,97a,97b 辺部
35 両磁極部
35,97c 磁極部
35a 磁極基部
35b 磁極突部
40 ロータ
41 電機子コア
41b 電機子コア基部
41s スロット
41t ティース
42 電機子巻線
43 回転軸
45 整流子
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記界磁コアは、方形状を成す枠部と、前記枠部の互いに対向した一対の辺部から筒内側に突出した一対の磁極部とを備え、
前記磁極部の根元の幅を、前記電機子コアのスロット底部の直径の少なくとも1.1倍としたことを特徴とする整流子モータ。 A field including a rectangular cylindrical field core wound with a field winding, and an armature winding are wound through a slot of the armature core and are rotatably provided in the cylinder of the field core. A commutator motor having an armature,
The field core includes a frame portion that forms a square shape, and a pair of magnetic pole portions that protrude inward from a pair of opposite sides of the frame portion,
The width of the base of the magnetic pole portion is at least 1.1 times the diameter of the bottom of the slot of the armature core.
前記枠部の互いに対向した他方の辺部は、端部から中央部になるに従って幅を狭くし、
前記他方の辺部の中央部の幅を、前記一方の辺部の幅よりも狭くしたことを特徴とする請求項1に記載の整流子モータ。 Placing the magnetic pole on one side of the frame facing each other;
The other side portions of the frame portion facing each other are narrowed in width from the end portion toward the center portion,
The commutator motor according to claim 1, wherein a width of a central portion of the other side portion is narrower than a width of the one side portion.
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