JP3047544B2 - 交流整流子電動機 - Google Patents
交流整流子電動機Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は無補極の交流整流子電動
機に関し、特に電気掃除機および電動工具用交流整流子
電動機に関する。
機に関し、特に電気掃除機および電動工具用交流整流子
電動機に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のこの種の電気掃除機および電動工
具用交流整流子電動機は、常に小形軽量，高効率，ブラ
シの長寿命が要求されている。このブラシの長寿命化に
対しては電動機の整流能力不足ということで、特公昭61
−14744 号公報に記載のように、ブラシの比抵抗と電機
子コイルの巻回数との関係の最適値が提案されている。
具用交流整流子電動機は、常に小形軽量，高効率，ブラ
シの長寿命が要求されている。このブラシの長寿命化に
対しては電動機の整流能力不足ということで、特公昭61
−14744 号公報に記載のように、ブラシの比抵抗と電機
子コイルの巻回数との関係の最適値が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、ブラ
シの摺動特性が正常なときのブラシの比抵抗と電機子コ
イルの巻回数との関係の最適値であり、正常でないとき
には逆に電動機の整流性能を悪化させる問題があった。
シの摺動特性が正常なときのブラシの比抵抗と電機子コ
イルの巻回数との関係の最適値であり、正常でないとき
には逆に電動機の整流性能を悪化させる問題があった。
【０００４】本発明の目的は、ブラシの摺動特性を向上
して良好な整流性能が得られる電気掃除機および電動工
具用交流整流子電動機を提供することにある。
して良好な整流性能が得られる電気掃除機および電動工
具用交流整流子電動機を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、電機子の
電機子鉄心のスロット内に巻回された電機子巻線を複数
個の電機子コイルで構成し、かつ同一スロット内に巻回
された前記電機子コイルのうち、前記電機子の回転方向
に対して先に整流を終える前位の電機子コイルの巻回数
ω１を後から整流を終える後位の電機子コイルの巻回数
ω２より大きくした異数巻線比ω１／ω２が２.０〜２.
２５の異数巻電機子とし、該異数巻電機子を有する交流
整流子電動機の入力が１０００Ｗ級であるとともに、前
記電機子コイルが接続される整流子の外径をＤｃ、整流
子の子片数をＮｃ、この整流子に摺接して整流子ととも
に整流作用を行うブラシの厚さをｄ、電機子の回転速度
が30,000r／min以上で、円周率をπとした場合、
電機子鉄心のスロット内に巻回された電機子巻線を複数
個の電機子コイルで構成し、かつ同一スロット内に巻回
された前記電機子コイルのうち、前記電機子の回転方向
に対して先に整流を終える前位の電機子コイルの巻回数
ω１を後から整流を終える後位の電機子コイルの巻回数
ω２より大きくした異数巻線比ω１／ω２が２.０〜２.
２５の異数巻電機子とし、該異数巻電機子を有する交流
整流子電動機の入力が１０００Ｗ級であるとともに、前
記電機子コイルが接続される整流子の外径をＤｃ、整流
子の子片数をＮｃ、この整流子に摺接して整流子ととも
に整流作用を行うブラシの厚さをｄ、電機子の回転速度
が30,000r／min以上で、円周率をπとした場合、
【０００６】
【数２】
【０００７】なる関係を満足させるようにブラシの厚さ
を設定したことにより、達成される。
を設定したことにより、達成される。
【０００８】
【作用】この種の交流整流子電動機のブラシには種々あ
る中で樹脂黒鉛質あるいは炭素黒鉛質が使用されるが、
電動機の回転速度が30,000r/min 以上になると整流子面
の凹凸状態が変化し、かつブラシの摺動状態が不安定と
なるため、ブラシの比抵抗と電機子コイルの巻回数との
関係で決まる従来の最適値がかえって先に整流を終える
前位の電機子コイルと後から整流を終える後位の電機子
コイルとの整流電圧のバランスを崩すため、先に整流を
終える前位の電機子コイルの巻回数と後から整流を終え
る後位の電機子コイルの巻回数が同じ場合よりも電動機
の整流状態が悪化する現象がある。しかしながら、上述
の関係式内に入るようにブラシの厚みを設定することに
より、電動機の回転速度が30,000r/min 以上になっても
ブラシの摺動状態が安定し、先に整流を終える前位の電
機子コイルと後から整流を終える後位の電機子コイルと
の整流電圧がバランスされ、電動機の整流状態が向上
し、小形軽量，高効率および長寿命の交流整流子電動機
を提供できる。
る中で樹脂黒鉛質あるいは炭素黒鉛質が使用されるが、
電動機の回転速度が30,000r/min 以上になると整流子面
の凹凸状態が変化し、かつブラシの摺動状態が不安定と
なるため、ブラシの比抵抗と電機子コイルの巻回数との
関係で決まる従来の最適値がかえって先に整流を終える
前位の電機子コイルと後から整流を終える後位の電機子
コイルとの整流電圧のバランスを崩すため、先に整流を
終える前位の電機子コイルの巻回数と後から整流を終え
る後位の電機子コイルの巻回数が同じ場合よりも電動機
の整流状態が悪化する現象がある。しかしながら、上述
の関係式内に入るようにブラシの厚みを設定することに
より、電動機の回転速度が30,000r/min 以上になっても
ブラシの摺動状態が安定し、先に整流を終える前位の電
機子コイルと後から整流を終える後位の電機子コイルと
の整流電圧がバランスされ、電動機の整流状態が向上
し、小形軽量，高効率および長寿命の交流整流子電動機
を提供できる。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１〜図６により
説明する。図１は本発明のブラシの摺動特性係数に対す
るブラシ寿命と電動機出力の関係を示す。図において、
電動機入力１０００Ｗ級，回転速度30,000r/min以上お
よび後述する異数巻線比ω1／ω2 を２.０〜２.２５に
設定した場合の後述する摺動特性係数Ｋの最適値を示し
たものである。
説明する。図１は本発明のブラシの摺動特性係数に対す
るブラシ寿命と電動機出力の関係を示す。図において、
電動機入力１０００Ｗ級，回転速度30,000r/min以上お
よび後述する異数巻線比ω1／ω2 を２.０〜２.２５に
設定した場合の後述する摺動特性係数Ｋの最適値を示し
たものである。
【００１０】図２には電気掃除機用電動送風機の概略構
造を示す。図において、ハウジング１内には両端が軸受
１２で支承されたシャフト１１が配置されている。該シ
ャフト１１には円周上に複数個のスロットが形成された
電機子鉄心３が固定され、該鉄心３には各スロット内に
巻回された複数個のコイル（図３参照）で構成された電
機子巻線５が巻装されている。シャフト１１の一端には
円周方向に配列された複数個の整流子辺６Ａ，６Ｂ・・
・・（図３参照）から成る整流子６が固定されている。
整流子６の外周面（表面）には、ハウジング１に支承さ
れたブラシ保持器７内のポケット８に納められたブラシ
１０がコイルスプリング９により圧接されている。ハウ
ジング１には、電機子鉄心３の外周に対応した位置に、
固定子鉄心２が固定され該固定子鉄心２には界磁巻線４
が巻回されている。電動機への給電は、界磁巻線４→ブ
ラシ１０→整流子６→電機子巻線５を通して行われる。
また、電動送風機であるので、ハウジング１の外周面に
ブラケット１３を固定し、このブラケット１３およびハ
ウジング１を介してディフューザ１５およびファンケー
シング１４を支承し、ファン１６はボス１６Ａを介して
シャフト１１にボルト１７で固定されている。
造を示す。図において、ハウジング１内には両端が軸受
１２で支承されたシャフト１１が配置されている。該シ
ャフト１１には円周上に複数個のスロットが形成された
電機子鉄心３が固定され、該鉄心３には各スロット内に
巻回された複数個のコイル（図３参照）で構成された電
機子巻線５が巻装されている。シャフト１１の一端には
円周方向に配列された複数個の整流子辺６Ａ，６Ｂ・・
・・（図３参照）から成る整流子６が固定されている。
整流子６の外周面（表面）には、ハウジング１に支承さ
れたブラシ保持器７内のポケット８に納められたブラシ
１０がコイルスプリング９により圧接されている。ハウ
ジング１には、電機子鉄心３の外周に対応した位置に、
固定子鉄心２が固定され該固定子鉄心２には界磁巻線４
が巻回されている。電動機への給電は、界磁巻線４→ブ
ラシ１０→整流子６→電機子巻線５を通して行われる。
また、電動送風機であるので、ハウジング１の外周面に
ブラケット１３を固定し、このブラケット１３およびハ
ウジング１を介してディフューザ１５およびファンケー
シング１４を支承し、ファン１６はボス１６Ａを介して
シャフト１１にボルト１７で固定されている。
【００１１】図３には２極機でスロット当りに上下層の
それぞれコイル辺数が２の場合を示し、電機子コイル５
Ａ，５Ｂ・・・・の各スロット３Ａ〜３Ｃ内への巻装状
態を示す図である。図において、コイル５Ａは、コイル
始端を整流子片６Ａに接続され、スロット３Ａと３Ｂに
挿入され、コイル終端が整流子片６Ｂに接続される。同
一のスロット３Ａと３Ｂに挿入される他のコイル５Ｂ
は、コイル始端を整流子片６Ｂに、コイル終端を整流子
片６Ｃに接続される。同様にコイル５Ｃ，コイル５Ｄは
スロット３Ｂと３Ｃに挿入され、コイル始終端を整流子
６に接続している。
それぞれコイル辺数が２の場合を示し、電機子コイル５
Ａ，５Ｂ・・・・の各スロット３Ａ〜３Ｃ内への巻装状
態を示す図である。図において、コイル５Ａは、コイル
始端を整流子片６Ａに接続され、スロット３Ａと３Ｂに
挿入され、コイル終端が整流子片６Ｂに接続される。同
一のスロット３Ａと３Ｂに挿入される他のコイル５Ｂ
は、コイル始端を整流子片６Ｂに、コイル終端を整流子
片６Ｃに接続される。同様にコイル５Ｃ，コイル５Ｄは
スロット３Ｂと３Ｃに挿入され、コイル始終端を整流子
６に接続している。
【００１２】ここで、電機子の回転方向を矢印のＺ方向
とすると、ブラシ１０Ａは、コイル辺５Ａの整流が終了
する時点を示し、電機子が１整流子片の間隔Ｔｃだけ回
転した場合であるブラシ１０Ａ1 は、コイル５Ｂの整流
が終了する時点を示したものであり、同一スロット中に
あるコイル５Ａとコイル５Ｂでは、コイル５Ａの方が先
に整流を終える前位のコイルとなり、コイル５Ｂは後か
ら整流を終えるので後位のコイルとなる。この時、特徴
的なことは先に整流を終える前位のコイル５Ａの整流終
了時には同一スロット中にブラシ１０Ａで短絡されたコ
イル５Ｂが存在し、両コイル間には相互誘導作用が働
く。これに対し、後から整流を終える後位のコイル５Ｂ
の整流終了時にはスロット３Ｂ中のコイル５Ｃの片側の
コイル辺がブラシ１０Ｂ1 で短絡されているので、両コ
イル間にも相互誘導作用が働くが、コイル５Ａの場合よ
りも小さい。
とすると、ブラシ１０Ａは、コイル辺５Ａの整流が終了
する時点を示し、電機子が１整流子片の間隔Ｔｃだけ回
転した場合であるブラシ１０Ａ1 は、コイル５Ｂの整流
が終了する時点を示したものであり、同一スロット中に
あるコイル５Ａとコイル５Ｂでは、コイル５Ａの方が先
に整流を終える前位のコイルとなり、コイル５Ｂは後か
ら整流を終えるので後位のコイルとなる。この時、特徴
的なことは先に整流を終える前位のコイル５Ａの整流終
了時には同一スロット中にブラシ１０Ａで短絡されたコ
イル５Ｂが存在し、両コイル間には相互誘導作用が働
く。これに対し、後から整流を終える後位のコイル５Ｂ
の整流終了時にはスロット３Ｂ中のコイル５Ｃの片側の
コイル辺がブラシ１０Ｂ1 で短絡されているので、両コ
イル間にも相互誘導作用が働くが、コイル５Ａの場合よ
りも小さい。
【００１３】図４には図３に示したコイル５Ａとコイル
５Ｂの整流終了時の動作の等価回路を示す。図におい
て、（イ）はコイル５Ａの整流終了時、（ロ）はコイル
５Ｂの整流終了時の等価回路を示し、コイル５Ａとコイ
ル５Ｂ間の相互誘導作用による結合係数をＭAB（ＭBA：
相互誘導インダクタンス）、コイル５Ｂとコイル５Ｃ間
の相互誘導作用による結合係数をＭBC（ＭCB）、それぞ
れのコイルに流れる電流をｉa，ｉb，ｉc、それぞれの
コイルの自己インダクタンスをＬa，Ｌb，Ｌcとし、コ
イル抵抗，ブラシ接触電圧降下を無視すると、コイル５
Ａの回路が開くとき、次式が成り立つ。
５Ｂの整流終了時の動作の等価回路を示す。図におい
て、（イ）はコイル５Ａの整流終了時、（ロ）はコイル
５Ｂの整流終了時の等価回路を示し、コイル５Ａとコイ
ル５Ｂ間の相互誘導作用による結合係数をＭAB（ＭBA：
相互誘導インダクタンス）、コイル５Ｂとコイル５Ｃ間
の相互誘導作用による結合係数をＭBC（ＭCB）、それぞ
れのコイルに流れる電流をｉa，ｉb，ｉc、それぞれの
コイルの自己インダクタンスをＬa，Ｌb，Ｌcとし、コ
イル抵抗，ブラシ接触電圧降下を無視すると、コイル５
Ａの回路が開くとき、次式が成り立つ。
【００１４】
【数３】
【００１５】
【数４】
【００１６】 ここで、Ｌea：コイル５Ａの実効インダクタンス（Ｈ） ｅra：コイル５Ａのリアクタンス電圧（Ｖ） （３），（４）式よりコイル５Ａのリアクタンス電圧ｅ
raは、
raは、
【００１７】
【数５】
【００１８】となる。同様にしてコイル５Ｂのリアクタ
ンス電圧ｅrbは次式となる。
ンス電圧ｅrbは次式となる。
【００１９】
【数６】
【００２０】（５），（６）式から明らかなように、相
互誘導作用の大小によりリアクタンス電圧が左右され、
ｅra＜ｅrbとなる。また、自己インダクタンスおよび相
互誘導インダクタンスはコイルの巻回数で左右されるの
で、先に整流を終える前位の電機子コイル５Ａの巻回数
ω1 を多くし、その分だけ後から整流を終える後位の電
機子コイル５Ｂの巻回数ω2を少なくしてリアクタンス
電圧ｅra≒ｅrb（リアクタンス電圧の均一化）として電
動機の整流性能を向上するのが異数巻電機子（巻回数ω
1とω2を調整して整流性能を向上する電機子を異数巻電
機子と呼称する）である。この巻回数ω1とω2の設定方
法については特公昭61−14744 号公報に記載されてい
る。
互誘導作用の大小によりリアクタンス電圧が左右され、
ｅra＜ｅrbとなる。また、自己インダクタンスおよび相
互誘導インダクタンスはコイルの巻回数で左右されるの
で、先に整流を終える前位の電機子コイル５Ａの巻回数
ω1 を多くし、その分だけ後から整流を終える後位の電
機子コイル５Ｂの巻回数ω2を少なくしてリアクタンス
電圧ｅra≒ｅrb（リアクタンス電圧の均一化）として電
動機の整流性能を向上するのが異数巻電機子（巻回数ω
1とω2を調整して整流性能を向上する電機子を異数巻電
機子と呼称する）である。この巻回数ω1とω2の設定方
法については特公昭61−14744 号公報に記載されてい
る。
【００２１】しかしながら、ブラシの摺動特性が良好の
場合は引例の方法にて巻回数ω1 とω2 を調整して整流
性能の向上を図れば良いがブラシの摺動特性が悪くなっ
た場合は、引例の方法にて巻回数ω1とω2を調整した場
合には相互誘導作用がなくなるので、リアクタンス電圧
ｅraとｅrbの関係がｅra＞ｅrbとなって巻回数ω1 ＝ω
2の場合よりも整流性能が悪化することが判明した。そ
の理由を次に述べる。図５には回転中の整流子面の凹凸
状態を非接触で測定するための整流子凹凸検出装置の構
成を示す。図において、その原理は整流子６から数ｍｍ
離れた位置に渦電流式の凹凸センサ１８を設け、凹凸セ
ンサ１８内の励磁コイルを２ＭＨｚ基準電圧１９で励磁
すると、整流子片に渦電流が発生し、整流子片のアンダ
ーカット６Ｓにも対応して励磁コイルのインダクタンス
が変化する。この励磁コイルのインダクタンスの変化を
検波回路２０，フィルタ２１，対数増幅回路２２，ゼロ
・ゲイン調整回路２３および増幅回路２４を介して整流
子片の凹凸量を検出するものである。
場合は引例の方法にて巻回数ω1 とω2 を調整して整流
性能の向上を図れば良いがブラシの摺動特性が悪くなっ
た場合は、引例の方法にて巻回数ω1とω2を調整した場
合には相互誘導作用がなくなるので、リアクタンス電圧
ｅraとｅrbの関係がｅra＞ｅrbとなって巻回数ω1 ＝ω
2の場合よりも整流性能が悪化することが判明した。そ
の理由を次に述べる。図５には回転中の整流子面の凹凸
状態を非接触で測定するための整流子凹凸検出装置の構
成を示す。図において、その原理は整流子６から数ｍｍ
離れた位置に渦電流式の凹凸センサ１８を設け、凹凸セ
ンサ１８内の励磁コイルを２ＭＨｚ基準電圧１９で励磁
すると、整流子片に渦電流が発生し、整流子片のアンダ
ーカット６Ｓにも対応して励磁コイルのインダクタンス
が変化する。この励磁コイルのインダクタンスの変化を
検波回路２０，フィルタ２１，対数増幅回路２２，ゼロ
・ゲイン調整回路２３および増幅回路２４を介して整流
子片の凹凸量を検出するものである。
【００２２】図６には異数巻電機子を採用した交流整流
子電動機を各回転速度で負荷運転したときの整流子面の
凹凸オシログラムの測定結果の一例を示す。図におい
て、（イ）は回転速度Ｎ＝25,000r/min、（ロ）は回転
速度Ｎ＝30,000r/min、（ハ）および（ニ）は回転速度
Ｎ＝33,000r/min 時の整流子面の凹凸オシログラムの測
定結果を示したものである。（イ）の回転速度Ｎ＝25,0
00r/min の場合はほぼ正常な整流子面の凹凸状態を示し
ているが、（ロ）の回転速度Ｎ＝30,000r/min になると
整流子面の凹凸状態が変化し、触れ回りによる凹凸状態
の変化を示している。これに対し、（ハ）の回転速度Ｎ
＝33,000r/min の場合は触れ回りによる凹凸状態の変化
の他に、整流子片の一枚置きに整流子面の凹凸状態が変
化していることがわかる。これは異数巻電機子によるコ
イル５Ａとコイル５Ｂのリアクタンス電圧の均一化が崩
れていることを示し、整流子片１枚毎の整流状態の善し
悪しによって整流子片の凹凸状態が影響されていること
がわかる。この整流子片の凹凸状態が変化するのは電動
機を軽負荷から全負荷まで急変させたときに発生する頻
度が高く、その状態を繰り返すと（ニ）に示すように、
整流子片の一枚毎にハイバー，ローバーが発生し、最後
にはブラシからの整流火花が号外となってブラシが異常
摩耗して電動機を損傷する結果となった。この原因は電
動機の負荷が急変するとそれにつれて回転速度も変化す
るので、ブラシの摺動状態が変化し、コイル５Ａとコイ
ル５Ｂのリアクタンス電圧の均一化が崩れて整流子片の
凹凸状態の変化し、それによってさらにブラシの摺動特
性の悪化することによるものであることが実験を通じて
判明した。この対策としては、回転速度が急激に変化し
てもブラシの摺動特性が悪化しないようにすれば良い。
方法としては、ブラシを整流子に圧接しているコイルス
プリングの加圧力を大きくしたり、ブラシの厚みを大き
くすること等が考えられる。
子電動機を各回転速度で負荷運転したときの整流子面の
凹凸オシログラムの測定結果の一例を示す。図におい
て、（イ）は回転速度Ｎ＝25,000r/min、（ロ）は回転
速度Ｎ＝30,000r/min、（ハ）および（ニ）は回転速度
Ｎ＝33,000r/min 時の整流子面の凹凸オシログラムの測
定結果を示したものである。（イ）の回転速度Ｎ＝25,0
00r/min の場合はほぼ正常な整流子面の凹凸状態を示し
ているが、（ロ）の回転速度Ｎ＝30,000r/min になると
整流子面の凹凸状態が変化し、触れ回りによる凹凸状態
の変化を示している。これに対し、（ハ）の回転速度Ｎ
＝33,000r/min の場合は触れ回りによる凹凸状態の変化
の他に、整流子片の一枚置きに整流子面の凹凸状態が変
化していることがわかる。これは異数巻電機子によるコ
イル５Ａとコイル５Ｂのリアクタンス電圧の均一化が崩
れていることを示し、整流子片１枚毎の整流状態の善し
悪しによって整流子片の凹凸状態が影響されていること
がわかる。この整流子片の凹凸状態が変化するのは電動
機を軽負荷から全負荷まで急変させたときに発生する頻
度が高く、その状態を繰り返すと（ニ）に示すように、
整流子片の一枚毎にハイバー，ローバーが発生し、最後
にはブラシからの整流火花が号外となってブラシが異常
摩耗して電動機を損傷する結果となった。この原因は電
動機の負荷が急変するとそれにつれて回転速度も変化す
るので、ブラシの摺動状態が変化し、コイル５Ａとコイ
ル５Ｂのリアクタンス電圧の均一化が崩れて整流子片の
凹凸状態の変化し、それによってさらにブラシの摺動特
性の悪化することによるものであることが実験を通じて
判明した。この対策としては、回転速度が急激に変化し
てもブラシの摺動特性が悪化しないようにすれば良い。
方法としては、ブラシを整流子に圧接しているコイルス
プリングの加圧力を大きくしたり、ブラシの厚みを大き
くすること等が考えられる。
【００２３】しかしながら、コイルスプリングの加圧力
を大きくすると、ブラシの摩擦損が大きくなって電動機
の出力低下に至り、ブラシの厚みを大きくすると整流帯
が広くなってトルク発生コイルが少なくなり、同一入力
の状態ではトルク低下によって同様に電動機の出力低下
に至る問題を生じる。
を大きくすると、ブラシの摩擦損が大きくなって電動機
の出力低下に至り、ブラシの厚みを大きくすると整流帯
が広くなってトルク発生コイルが少なくなり、同一入力
の状態ではトルク低下によって同様に電動機の出力低下
に至る問題を生じる。
【００２４】そこで、電動機の出力低下に至らず、かつ
ブラシの摺動特性を向上できるブラシの厚さの最適値に
ついて検討することにした。
ブラシの摺動特性を向上できるブラシの厚さの最適値に
ついて検討することにした。
【００２５】図７にはブラシの摺動特性係数Ｋに対する
ブラシ温度と回転速度の関係を示したものである。ブラ
シの摺動特性係数Ｋは電機子コイルが接続される整流子
の外径をＤｃ、整流子の子片数をＮｃ、この整流子に摺
接して整流子とともに整流作用を行うブラシの厚さを
ｄ、円周率をπとした場合、π×Ｄｃ／Ｎｃ×ｄの比で
ある。図において、（イ）は横軸に電動送風機の負荷で
ある風量Ｑをとり、縦軸にブラシ温度と回転速度とをと
り、ブラシの摺動特性係数Ｋをパラメータを変化したと
きのブラシ温度と回転速度の変化を示したものである。
これより、ブラシの摺動特性係数Ｋ＝０.３８およびＫ
＝０.４８の場合は風量Ｑの減少と共に回転速度が大き
くなった場合（交流整流子電動機は直巻特性であるの
で、負荷すなわち風量の減少と共に回転速度が増加す
る）、風量Ｑの減少と共にブラシの温度が増加している
（電動送風機の場合、ファンから吸い込んだ風が電動機
の冷却風量となる）。これに対し、ブラシの摺動特性係
数Ｋ＝０.５３ に設定した場合は、風量Ｑの減少と共に
回転速度が大きくなり、風量Ｑの減少と共にブラシの温
度が増加しているが、Ａ点に達してさらに風量Ｑを絞っ
た場合にブラシ温度がＢ点に急増し、かつブラシからシ
ューティング状の火花を発生し、そのまま運転を継続す
るとブラシ温度がＣ点に落ち着き、また風量Ｑを絞った
場合にブラシ温度がＤ点に急増し、さらにそのまま運転
を継続するとブラシ温度がＥ点に落ち着く現象が発生し
た。ここで、実験においては風量Ｑを連続して変化して
いるのではなく、風量Ｑを設定点まで絞り、さらに風量
Ｑを絞る場合には一旦全負荷にしてから次の風量設定点
へ移行させるようにしている。そこで、ブラシ温度が急
増するのはブラシの摺動特性が回転速度を急変させたと
きに不安定となるためと考え、（ロ）に示すように、ブ
ラシの摺動特性係数Ｋ＝０.５３ に設定し、回転速度が
30,000r/min 以上時に、負荷を急変させてブラシ温度を
測定した。これより、回転速度が30,000r/min 以上にな
ると、負荷を数回に渡って急変すると、ある時を境にし
てブラシからシューティング状の火花を発生し、ブラシ
温度が急増する現象（Ａ点→Ｂ点，Ｃ点→Ｄ点，Ｅ点→
Ｆ点，Ｇ点→Ｈ点，Ｉ点→Ｊ点，Ｌ点→Ｍ点）が発生し
た。この時、そのまま運転を継続するとブラシ温度は安
定したが、負荷を急変するのを継続すると、最後にはブ
ラシから号外の火花を発生し、ブラシ温度が急増し（Ｂ
点→Ｐ点）、ブラシが異常摩耗する結果が生じた。
ブラシ温度と回転速度の関係を示したものである。ブラ
シの摺動特性係数Ｋは電機子コイルが接続される整流子
の外径をＤｃ、整流子の子片数をＮｃ、この整流子に摺
接して整流子とともに整流作用を行うブラシの厚さを
ｄ、円周率をπとした場合、π×Ｄｃ／Ｎｃ×ｄの比で
ある。図において、（イ）は横軸に電動送風機の負荷で
ある風量Ｑをとり、縦軸にブラシ温度と回転速度とをと
り、ブラシの摺動特性係数Ｋをパラメータを変化したと
きのブラシ温度と回転速度の変化を示したものである。
これより、ブラシの摺動特性係数Ｋ＝０.３８およびＫ
＝０.４８の場合は風量Ｑの減少と共に回転速度が大き
くなった場合（交流整流子電動機は直巻特性であるの
で、負荷すなわち風量の減少と共に回転速度が増加す
る）、風量Ｑの減少と共にブラシの温度が増加している
（電動送風機の場合、ファンから吸い込んだ風が電動機
の冷却風量となる）。これに対し、ブラシの摺動特性係
数Ｋ＝０.５３ に設定した場合は、風量Ｑの減少と共に
回転速度が大きくなり、風量Ｑの減少と共にブラシの温
度が増加しているが、Ａ点に達してさらに風量Ｑを絞っ
た場合にブラシ温度がＢ点に急増し、かつブラシからシ
ューティング状の火花を発生し、そのまま運転を継続す
るとブラシ温度がＣ点に落ち着き、また風量Ｑを絞った
場合にブラシ温度がＤ点に急増し、さらにそのまま運転
を継続するとブラシ温度がＥ点に落ち着く現象が発生し
た。ここで、実験においては風量Ｑを連続して変化して
いるのではなく、風量Ｑを設定点まで絞り、さらに風量
Ｑを絞る場合には一旦全負荷にしてから次の風量設定点
へ移行させるようにしている。そこで、ブラシ温度が急
増するのはブラシの摺動特性が回転速度を急変させたと
きに不安定となるためと考え、（ロ）に示すように、ブ
ラシの摺動特性係数Ｋ＝０.５３ に設定し、回転速度が
30,000r/min 以上時に、負荷を急変させてブラシ温度を
測定した。これより、回転速度が30,000r/min 以上にな
ると、負荷を数回に渡って急変すると、ある時を境にし
てブラシからシューティング状の火花を発生し、ブラシ
温度が急増する現象（Ａ点→Ｂ点，Ｃ点→Ｄ点，Ｅ点→
Ｆ点，Ｇ点→Ｈ点，Ｉ点→Ｊ点，Ｌ点→Ｍ点）が発生し
た。この時、そのまま運転を継続するとブラシ温度は安
定したが、負荷を急変するのを継続すると、最後にはブ
ラシから号外の火花を発生し、ブラシ温度が急増し（Ｂ
点→Ｐ点）、ブラシが異常摩耗する結果が生じた。
【００２６】そこで、負荷を急変してブラシから号外の
火花を発生するかしないか限界点での特性を測定した。
図８にはその結果を示し、ブラシの摺動特性係数Ｋに対
するとブラシ寿命と電動機出力の関係を示したものであ
る。図において、（イ）は電動機入力１０００Ｗ級，回
転速度30,000r/min以上，異数巻線比ω1／ω2 ＝2.25に
設定した場合で、横軸にブラシの摺動特性係数Ｋをと
り、縦軸にブラシ寿命と電動機出力とをとり、ブラシの
摺動特性係数Ｋを変化したときのブラシ寿命と電動機出
力の変化を示したものである。これより、ブラシ寿命が
従来の８００時間以上で電動機出力の最大値近傍（７２
５Ｗ以上）を加味すると、最適なブラシの摺動特性係数
Ｋは０.４１３〜０.４７５ となる。これに対し、(ロ）
は同様に電動機入力１０００Ｗ級，回転速度30,000r/mi
n以上，異数巻線比ω1／ω2＝２.０に設定した場合で、
横軸にブラシの摺動特性係数Ｋをとり、縦軸にブラシ寿
命と電動機出力とをとり、ブラシの摺動特性係数Ｋを変
化したときのブラシ寿命と電動機出力の変化を示したも
のである。これより、ブラシ寿命が従来の８００時間以
上で電動機出力の最大値近傍（７２５Ｗ以上）を加味す
ると、最適なブラシの摺動特性係数Ｋは０.４３〜０.４
８となる。したがって、両者を併せて示したのが図１で
あり、両者の最大公約数をとると、最適なブラシの摺動
特性係数Ｋは０.４３〜０.４７５となる。
火花を発生するかしないか限界点での特性を測定した。
図８にはその結果を示し、ブラシの摺動特性係数Ｋに対
するとブラシ寿命と電動機出力の関係を示したものであ
る。図において、（イ）は電動機入力１０００Ｗ級，回
転速度30,000r/min以上，異数巻線比ω1／ω2 ＝2.25に
設定した場合で、横軸にブラシの摺動特性係数Ｋをと
り、縦軸にブラシ寿命と電動機出力とをとり、ブラシの
摺動特性係数Ｋを変化したときのブラシ寿命と電動機出
力の変化を示したものである。これより、ブラシ寿命が
従来の８００時間以上で電動機出力の最大値近傍（７２
５Ｗ以上）を加味すると、最適なブラシの摺動特性係数
Ｋは０.４１３〜０.４７５ となる。これに対し、(ロ）
は同様に電動機入力１０００Ｗ級，回転速度30,000r/mi
n以上，異数巻線比ω1／ω2＝２.０に設定した場合で、
横軸にブラシの摺動特性係数Ｋをとり、縦軸にブラシ寿
命と電動機出力とをとり、ブラシの摺動特性係数Ｋを変
化したときのブラシ寿命と電動機出力の変化を示したも
のである。これより、ブラシ寿命が従来の８００時間以
上で電動機出力の最大値近傍（７２５Ｗ以上）を加味す
ると、最適なブラシの摺動特性係数Ｋは０.４３〜０.４
８となる。したがって、両者を併せて示したのが図１で
あり、両者の最大公約数をとると、最適なブラシの摺動
特性係数Ｋは０.４３〜０.４７５となる。
【００２７】これより、ブラシの摺動特性係数Ｋは０.
４３〜０.４７５に設定すると、ブラシ寿命８００時間
以上を確保して電動機出力が２５Ｗ程度増加し、電動機
の出力増加はそのまま電気掃除機の吸込力増加につなが
り、吸込力増加は掃除時間の短縮化につながる効果があ
る。掃除時間の短縮化による節電量は年間５５０万台に
ものぼる電気掃除機の生産量を勘案しても省資源，省電
力に多くの価値がある。
４３〜０.４７５に設定すると、ブラシ寿命８００時間
以上を確保して電動機出力が２５Ｗ程度増加し、電動機
の出力増加はそのまま電気掃除機の吸込力増加につなが
り、吸込力増加は掃除時間の短縮化につながる効果があ
る。掃除時間の短縮化による節電量は年間５５０万台に
ものぼる電気掃除機の生産量を勘案しても省資源，省電
力に多くの価値がある。
【００２８】
【発明の効果】本発明によれば、電機子コイルが接続さ
れる整流子の外径をＤｃ、整流子の子片数をＮｃ、この
整流子に摺接して整流子とともに整流作用を行うブラシ
の厚さをｄ、円周率をπとした場合、π×Ｄｃ／Ｎｃ×
ｄの比であるブラシの摺動特性係数Ｋを最適値のＫ＝
０.４３〜０.４７５に設定することにより、ブラシ寿命
８００時間以上を確保して電動機出力が２５Ｗ程度増加
し、かつブラシの摺動特性が安定して信頼性の高い電気
掃除機用若しくは電動工具用の交流整流子電動機を提供
できる効果がある。
れる整流子の外径をＤｃ、整流子の子片数をＮｃ、この
整流子に摺接して整流子とともに整流作用を行うブラシ
の厚さをｄ、円周率をπとした場合、π×Ｄｃ／Ｎｃ×
ｄの比であるブラシの摺動特性係数Ｋを最適値のＫ＝
０.４３〜０.４７５に設定することにより、ブラシ寿命
８００時間以上を確保して電動機出力が２５Ｗ程度増加
し、かつブラシの摺動特性が安定して信頼性の高い電気
掃除機用若しくは電動工具用の交流整流子電動機を提供
できる効果がある。
【図１】本発明の摺動特性係数Ｋに対するブラシ寿命と
電動機出力の特性図。
電動機出力の特性図。
【図２】電気掃除機用電動送風機の概略構造図。
【図３】整流子と電機子コイルの接続図。
【図４】(イ)，(ロ)はコイル５Ａとコイル５Ｂの整流終
了時の動作説明図。
了時の動作説明図。
【図５】整流子面凹凸の測定方法を示すブロック図。
【図６】(イ)，(ロ)，(ハ)，(ニ)は整流子面の凹凸オシ
ログラム。
ログラム。
【図７】(イ)，(ロ)は摺動特性係数Ｋに対するブラシ温
度と回転速度の特性図。
度と回転速度の特性図。
【図８】(イ)，(ロ)は摺動特性係数Ｋに対するブラシ寿
命と電動機出力の特性図。
命と電動機出力の特性図。
１…ハウジング、２…固定子鉄心、３…電機子鉄心、４
…界磁巻線、５…電機子巻線、５Ａ〜５Ｄ…電機子コイ
ル、６…整流子、６Ａ〜６Ｃ…整流子片、１０…ブラ
シ、１１…シャフト、１２…軸受、Ｄｃ…整流子の外
径、Ｎｃ…整流子の子片数、ｄ…ブラシの厚さ。
…界磁巻線、５…電機子巻線、５Ａ〜５Ｄ…電機子コイ
ル、６…整流子、６Ａ〜６Ｃ…整流子片、１０…ブラ
シ、１１…シャフト、１２…軸受、Ｄｃ…整流子の外
径、Ｎｃ…整流子の子片数、ｄ…ブラシの厚さ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安部 岳志 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 豊島 久則 茨城県日立市東多賀町一丁目１番１号 株式会社 日立製作所 多賀工場内 (72)発明者 常楽 文夫 茨城県日立市東多賀町一丁目１番１号 株式会社 日立製作所 多賀工場内 (72)発明者 石井 吉太郎 茨城県日立市東多賀町一丁目１番１号 株式会社 日立製作所 多賀工場内 (56)参考文献 特開 平２−142348（ＪＰ，Ａ) 特公 昭62−6415（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭36−23060（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02K 27/22
Claims (1)
- 【請求項１】電機子の電機子鉄心のスロット内に巻回さ
れた電機子巻線を複数個の電機子コイルで構成し、かつ
同一スロット内に巻回された前記電機子コイルのうち、
前記電機子の回転方向に対して先に整流を終える前位の
電機子コイルの巻回数ω１を後から整流を終える後位の
電機子コイルの巻回数ω２より大きくした異数巻線比ω
１／ω２が２.０〜２.２５の異数巻電機子とし、該異数
巻電機子を有する交流整流子電動機の入力が１０００Ｗ
級であるとともに、前記電機子コイルが接続される整流
子の外径をＤｃ、整流子の子片数をＮｃ、この整流子に
摺接して整流子とともに整流作用を行うブラシの厚さを
ｄ、電機子の回転速度が30,000r／min以上で、円周率を
πとした場合、 【数１】 なる関係を満足させるようにブラシの厚さを設定したこ
とを特徴とする交流整流子電動機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3219602A JP3047544B2 (ja) | 1991-08-30 | 1991-08-30 | 交流整流子電動機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3219602A JP3047544B2 (ja) | 1991-08-30 | 1991-08-30 | 交流整流子電動機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0564407A JPH0564407A (ja) | 1993-03-12 |
| JP3047544B2 true JP3047544B2 (ja) | 2000-05-29 |
Family
ID=16738107
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3219602A Expired - Lifetime JP3047544B2 (ja) | 1991-08-30 | 1991-08-30 | 交流整流子電動機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3047544B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10367401B2 (en) | 2014-03-14 | 2019-07-30 | Mitsuba Corporation | Electric motor with commutator segments, anode and cathode brushes and coils having varying number of turns based on anode brush position angle |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5268837B2 (ja) * | 2009-09-09 | 2013-08-21 | 日立アプライアンス株式会社 | 電機子ならびに電動機 |
-
1991
- 1991-08-30 JP JP3219602A patent/JP3047544B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10367401B2 (en) | 2014-03-14 | 2019-07-30 | Mitsuba Corporation | Electric motor with commutator segments, anode and cathode brushes and coils having varying number of turns based on anode brush position angle |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0564407A (ja) | 1993-03-12 |
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Legal Events
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