JP3583884B2 - 回転電機および電動送風機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電機や電動機等の回転電機に関するとともに、電気掃除機等に搭載されて前記電動機の動力によりファンを回転させて送風をする電動送風機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気掃除機に搭載される電動送風機のモータ部には通常整流子電動機が採用されている。この電動機は、ステータと、このステータを内蔵する電動機ケース（電機ケース）と、ステータの内側に配置されて電動機ケースに回転自在に支持されるロータとを備える。
【０００３】
ステータはステータコアにステータコイルを巻き付けて形成される。ステータコアは、一対の第１枠辺と、これら枠辺の端部間を一体につないで設けられた一対の第２枠辺とを有して、外形形状が略四角形をなしている。一対の第１枠辺は、その中央部にステータコイルが巻き付けられる突極を有し、これら突極が向かい合うように設けられている。このステータコアにおいて、突極の側面と、第２枠辺の内面と、第１枠辺における突極の両側に位置された第１枠辺端部の内面との間には、ステータコイルが巻き付けられる巻線スペースが確保され、このスペースにステータコイルを通して、このコイルが突極に巻き付けられるようになっている。
【０００４】
前記構成のステータコアの磁気回路は、突極と、第１枠辺端部と、第２枠辺とで形成されるが、この回路において一部に狭い部分があると、その部分の磁束密度が一番高くなって磁気飽和し易いので、従来においては、第１枠辺端部の幅と第２枠辺の幅とが同じ幅となるように設計し、磁気回路内で局部的な磁気飽和が起きないように考慮されている。こうした構成のステータコアを備えるステータは、その各角部を磁性体である鉄板を絞り成形してなる電動機ケースが有した円筒部の内面に夫々密接させて、電動機ケースに内蔵されている。
【０００５】
そして、前記整流子電動機をモータ部とした電動送風機は、電動機ケースから突出されたロータ軸の端部にファンを取付け、このファンを覆って設けたファンカバーにより、ファンから吹き出された風を電動機ケース内に導いて、送風をするように構成されている。こうした送風において、電動機ケース内を通る風は、スタータコアの各枠辺の外面とこの面に対向する電動機ケースの円筒部の内面との間の隙間を通る他、ステータコアの内側であって、第２枠辺の内面と突極間に配置されたロータの外面との間の隙間を通るものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の整流子電動機（回転電機）が有したステータコアは、前記のように第１枠辺端部と第２枠辺との幅が同じ幅であって、第２枠辺が狭くないために、ステータコアの材料使用量が多く、それにより、ステータコアひいては回転電機の重量が重いという問題がある。その上、第２枠辺が第１枠辺と同じ幅であるために、この第２枠辺の幅に応じてその内面が突極側に寄せられていて、その分、前記巻線スペースが小さくなっている。それにより、巻線量を増やしてモータ効率など回転電機の効率を向上させることが困難であるという問題がある。
【０００７】
したがって、本発明が解決しようとする第１の課題は、軽量にできるとともに効率を向上できる回転電機を得ることにある。
【０００８】
また、前記ステータコアの構成に起因する同様の理由により従来の電動送風機においても、重量が重いという問題がある。その上、同様の理由により、ステータコアの大型化を伴わない限り電動機ケース内の風路断面積を増やすことができないので、ステータの冷却効率を向上させることが困難であり、それによりモータ効率ひいては送風効率の向上を図ることも困難であった。
【０００９】
したがって、本発明が解決しようとする第２の課題は、軽量にできるとともに、大型化を伴うことなく送風効率を向上できる電動送風機を得ることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係る回転電機は、ステータコイルが巻き付けられる突極を有しこの突極が向かい合うように設けられた一対の第１枠辺、およびこれら第１枠辺における前記突極の両側に位置された第１枠辺端部間を一体につないで設けられた一対の第２枠辺を有して、外形形状が略四角形をなしたステータコアを備えるステータと、磁性体製の筒状部を有し、この筒状部の内面に前記ステータコアの各角部を夫々密接させて前記ステータを内蔵する電機ケースと、ロータ軸を有して前記ステータの突極間に配置されるとともに前記電機ケースに回転自在に支持されたロータと、を具備する回転電機を前提とする。
【００１１】
そして、前記第１の課題を解決するために、前記ステータコイルが通される巻線スペースを前記第１枠片の端部内面と前記突極の側面とともに形成する前記第２枠辺の内面を、同枠辺の外面側に寄せて前記第２枠辺の幅Ｂを前記第１枠辺端部の幅Ａよりも狭くするとともに、前記第２枠辺の外面と対向して前記角部間にわたる前記筒状部の第２枠辺対向壁部の厚みｔと前記幅Ｂとの合計寸法を前記幅Ａと同様にしたことを特徴とするものである。
【００１２】
この請求項１の発明は、ステータコアの角部が磁性体製の電機ケースの筒状部内面に密接している構成では、筒状部の第２枠辺対向壁部が、一方の第１枠辺の枠辺端部と他方の第１枠辺の枠辺端部とを磁気的に接続するバイパスをなしている点に着目したものである。
【００１３】
それにより、第２枠辺に対する磁気的なバイパスをなした前記第２枠辺対向壁部の厚みｔに応じて、その分、第２枠辺の幅を第１枠辺端部の幅より狭くしたにも拘らず、一対の第１枠辺端部間の磁気通路の合計断面積が減ることはなく、所定断面積の磁気通路を実質的に確保できる。そのため、ステータコアの第２枠辺の幅を狭くした分、このコアの重量、ひいては回転電機全体の重量を軽くできる。しかも、第２枠辺の幅を狭くするにあたり、その内面を外面側に寄せて実現したから、第２枠辺の内面と第１枠辺端部の内面と突極の側面との間に形成される巻線スペースを大きくできる。
【００１４】
また、請求項２の発明に係る電動送風機は、ステータコイルが巻き付けられる突極を有しこの突極が向かい合うように設けられた一対の第１枠辺、およびこれら第１枠辺における前記突極の両側に位置された第１枠辺端部間を一体につないで設けられた一対の第２枠辺を有して、外形形状が略四角形をなしたステータコアを備えるステータと、磁性体製の筒状部を有し、この筒状部の内面に前記ステータコアの各角部を夫々密接させて前記ステータを内蔵する電動機ケースと、ロータ軸を有して前記ステータの突極間に配置されるとともに前記電動機ケースに回転自在に支持されたロータと、前記電動機ケースから突出された前記ロータ軸の端部に取付けられたファンと、このファンを覆って設けられるとともに前記ファンから吹き出される風を前記電動機ケース内に導くファンカバーと、を具備し、前記電動機ケース内に導かれた風の一部が前記ステータコアの内側を通って送風される電動送風機を前提とする。
【００１５】
そして、前記第２の課題を解決するために、前記第１枠辺端部の幅Ａよりも前記第２枠辺の幅Ｂを狭くするとともに、前記第２枠辺の外面と対向して前記角部間にわたる前記筒状部の第２枠辺対向壁部の厚みｔと前記幅Ｂとの合計寸法を前記幅Ａと同様にしたことを特徴とするものである。
【００１６】
この請求項２の発明においても、第２枠辺に対する磁気的なバイパスをなした前記第２枠辺対向壁部の厚みｔに応じて、その分、第２枠辺の幅を第１枠辺端部の幅より狭くしたにも拘らず、一対の第１枠辺端部間の磁気通路の合計断面積が減ることはなく、所定断面積の磁気通路を確保できる。そのため、ステータコアの第２枠辺の幅を狭くした分、このコアの重量、ひいては電動送風機全体の重量を軽くできる。しかも、第２枠辺の幅を狭くするにあたり、その内面を外面側に寄せるか、もしくは外面を内面側に寄せる態様で行うから、前者の態様の場合には、ロータの外面と第２枠辺の内面との間の隙間が大きくなり、その分、大型化を伴うことなく電動機ケース内の風路断面積を増やすことができる。また、後者の態様の場合には、第２枠辺の外面と電動機ケースの第２枠辺対向壁部との間の隙間が大きくなり、その分、大型化を伴うことなく電動機ケース内の風路断面積を増やすことができるとともに、前記内面側に寄せた分に応じてステータコアの一対の第２枠辺の外面間の寸法を狭めることができ、このコアの材料取りを向上できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図１および図２を参照して本発明の第１の実施の形態を説明する。
【００１８】
図１は電気掃除機に搭載される電動送風機の構成を一部断面して示す側面図であって、この図中１は磁性体例えば鉄板等の金属製の電動機ケースで、これはケース本体２と、ケース端板３とから形成されている。
【００１９】
ケース本体２は、筒状部としての底４ａ付き円筒部４の前記底４ａと反対側を開口し、この開口の周縁部に取付け部５を一体に設けて形成されている。取付け部５は、環状平面部６と、筒部７と、突縁８とで形成されている。環状平面部６はケース本体２の開口縁から一体にこの本体２の外側方に向けて張り出して形成され、かつ、突縁８は筒部７の先端から外側方に向けて直角に折れ曲がって形成されている。円筒部４の底４ａ側には複数の排気孔９（一つのみ図示）が設けられているとともに、底４ａにも図示しない排気孔が複数設けられている。底４ａの中央部には軸受け１０を収容した軸受け取付け部１１が底４ａの外方に突出して形成されている。
【００２０】
ケース端板３は、ケース２の一端開口を径方向に横断するように例えば平面形状が前記径方向に延びる略帯板状をなし、その中央部に軸受け１２を収容した軸受け取付け部１３を一体に設けて形成されている。このケース端板３はケース本体２の一端開口を横断して配置され、その両端部は環状平面部６にねじ止めされている。このため、ケース本体２の一端開口は、ケース端面板３によって二分された開口となっており、これらの開口は空気の導入口となっている。
【００２１】
ケース本体２の円筒部４内には、ステータ１４と、このステータ１４の内側に配設される整流子１５付きのロータ１６とが夫々収容されている。ステータ１４は、積層鉄心からなるステータコア１４ａに、例えば一対のステータコイル１４ｂを取付けてなるものである。なお、コイル１４ｂの巻き付け部分を含むステータコア１４ａの内面には、図示しないがスロット絶縁が設けられる。
【００２２】
図２に示されるようにステータコア１４ａは、その積厚方向、言い換えれば、軸方向から見た外形形状が略四角形状であって、その四つの角部１４ｃは円筒部４の内周面に適合させて夫々面取りされている。
【００２３】
このコア１４ａの構成を図２を参照して詳しく説明する。スタータコア１４ａは、一対の第１枠辺１７と、一対の第２枠辺１８とを備えている。両第１枠辺１７は、その長手方向中央部内面に一体に突設された略二股状の突極１７ａを有し、この突極１７ａを向かい合わせて互いに平行に配設されている。両第２枠辺１８は、第１枠辺１７における突極１７ａの一方の片側に位置された一方の第１枠辺端部１７ｂ間、および第１枠辺１７における突極１７ａの他方の片側に位置された他方の第１枠辺端部１７ｃ間を夫々一体につないで互いに平行に配設されている。
【００２４】
このステータコア１４ａにおいて、第１枠辺端部１７ｂ、１７ｃの幅Ａと、第２枠辺１８の幅Ｂとは、Ｂ＜Ａの関係に定められている。しかも、こうした寸法関係を定めるために、幅寸法Ｂに変化がない第２枠辺１８の内面１８ａを外面１８ｂ側に寄せて実現している。そして、前記幅寸法Ａ、Ｂの差、言い換えれば、前記内面１８ａの寄せ寸法ｔａは、第２枠辺１８の長手方向両端に位置される角部１４ｃ間にわたり、かつ、第２枠辺１８の外面１８ｂと対向した筒状部４の第２枠辺対向壁部４ａの厚みｔと同様に定められている。すなわち、前記幅Ａ、Ｂと、厚みｔとの関係は、Ａ≒Ｂ＋ｔとなっている。
【００２５】
第２枠辺１８の長手方向両端部の内面１８ａと突極１７ａの側面１７ａ１と、第１ 辺端部１７ｂ又は１７ｃの内面１７ｂ１又は１７ｃ１とで囲まれる空間部は巻線スロット（巻線スペース）として使用されるものであり、ここにステータコイル１４ｂが通されて、このコイル１４ｂが突極１７ａ に巻き付けられるようになっている。前記構成のステータコア１４ａを有したステータ１４は、そのコア１４ａの面取りされた四つの角部１４ｃを夫々円筒部４の内面に密接させて、この円筒部１４に内蔵されている。こうした電動機ケース１へのステータ１４の取付けによって、第１枠辺１７の外面１７ｄとこれに対向する円筒部４内面との間には第１通風路１９が形成されているとともに、第２枠辺１８の外面１８ｂとこれに対向する円筒部４の第２枠辺対向壁部４ａ内面との間には第２通風路２０が形成されている。これら通風路１９、２０の電動機ケース１の軸方向の両端は夫々開放されている。
【００２６】
前記ロータ１６はそのロータ軸２１を前記軸受け１０、１２に支持されて電動機フレーム１に回転自在に取付けられているとともに、そのロータ軸２１は軸受け１２および軸受け取付け部１３を貫通して電動機ケース１の外部に突出されている。整流子１５は軸受け１０側に位置してロータ軸２１に固定されている。この整流子１５は、ロータ軸２１と一体に回転する合成樹脂製のボス部１５ａと、このボス部１５ａの外周に周方向に間隔を存して設けられた多数の整流子片１５ｂとを備えている。整流子片１５ｂ間は互いに絶縁され、これら整流子片１５ｂにはロータ巻線の端末が電気的に接続されている。ケース本体２の円筒部４には整流子１５を挟んでブラシ装置２２が夫々取付けられ、これら装置２２が有したカーボンブラシ２３の先端が整流子１５の外面に押し付け保持されるようになっている。
【００２７】
以上説明した電動機ケース１、軸受け１０、１２、ステータ１４、ロータ１６、およびブラシ装置２２により、回転電機としての整流子電動機が形成されている。
【００２８】
この電動機の電動機ケース１外に突出したロータ軸２１の端部には、図１に示されるようにロータ軸２１と一体に回転する遠心型のファン２３がナット２４を介して取付けられている。ファン２３は中央部に吸い込み口２５を有するとともに、周部に吐き出し口２６を有している。このファン２３はファンカバー２７で覆われている。このカバー２７は本体ケース２の取付け部５に嵌合して取付けられているとともに、空気を吸い込むための開口部２７ａを有している。開口部２７ａは吸い込み口２５に非接触に入り込んでいる。したがって、遠心型のファン２３が回転されると、開口部２７ａを通して空気が吸い込まれ、この吸い込み空気はファン２３の吐き出し口２６から吐き出される。
【００２９】
ファン２３と取付け部５との間には、ファン２３から吐き出された空気を電動機ケース１内に導く整流板２８が配置されている。整流板２８は、ファン２３から吐き出された空気を、整流しつつ、この整流過程で空気の圧力を動圧から静圧化するものであって、前記ケース端板３にねじ止めされている。この整流板２８により整流された空気は、電動機ケース１内に導入され、前記通風路１９、２０を流通してステータ１４を冷却した後に、排気口９等から電動機ケース１の外部に排出される。こうした送風作用によって、電気掃除機での吸い込みが行われるようになっている。
【００３０】
前記のように外形形状が略四角形状をなすステータ１４が、その四隅の角部１４ｃを電動機ケース１の磁性体製円筒部４の内面に夫々密接させて、この円筒部４に内蔵された整流子電動機においては、ステータ１４の第２枠辺１８の長手方向両端の角部１４ｃ間にわたるとともに第２枠辺１８の外面１８ａに対向する円筒部４の第２枠辺対向壁部４ａが、通電時にステータ１４とロータ１６とにわたって流れる磁束（図２中に矢印で示す。）の一部が流れる通路となり、これは第２枠辺１８をバイパスする磁路をなしている。
【００３１】
こうした事実に基づいて、この第１の実施の形態に係る電動送風機の整流子電動機は、第２枠辺１８に対する磁気的なバイパスをなした第２枠辺対向壁部１４ａの厚みｔに応じた分、第２枠辺１８の幅Ｂを、第１枠辺１７の第１枠辺端部１７ｂの幅Ａより狭くしているが、それにも拘らず、前記バイパス磁路を加味することによって一対の第１枠辺端部１７ｂ間および１７ｂ間の磁気通路の合計断面積が減ることはなく、所定断面積の磁気通路を確保できる。
【００３２】
それにより積層鉄心からなるステータコア１４ａの第２枠辺１８の幅を狭くした分、このコア１４ａを構成する材料が減るので、ステータコア１４ａの重量、ひいては整流子電動機およびこれを備える電気掃除機全体の重量を軽くできる。それだけではなく、前記のように第２枠辺１８の幅Ｂを狭くするにあたり、その内面１８ａを外面１８ｂ側に寄せて実現したから、第２枠辺１８の内面１８ａと第１枠辺端部１７ｂの内面１７ｂ１と突極１７ａの側面１７ａ１との間に形成される巻線スペース、および第２枠辺１８の内面１８ａと第１枠辺端部１７ｃの内面１７ｃ１と突極１７ａの側面１７ａ１との間に形成される巻線スペースを大きくできる。したがって、突極１７ａに巻き付けられるステータコイル１４ｂの巻線量を増やすことができ、それに応じて整流子電動機の効率を向上できる。なお、巻線量を増やさない場合には、前記巻線スペースにステータコイル１４ｂを通し易くなるので、自動巻線作業を容易化できる。
【００３３】
更に、既述のようにファン２３の回転に伴い電動機ケース１内に空気が軸方向に流通するに伴い、この空気でステータ１４は冷却される。こうした冷却において、空気の一部はステータ１４の第２枠辺１８の内面１８ａとロータ１６の外周面との間の隙間、つまり通風路２９を通るが、この通風路２９は、前記のように第２枠辺１８の幅Ｂを狭くするにあたり、その内面１８ａを外面１８ｂ側に寄せて実現したことにより、前記第２枠辺対向壁部４ａの厚みｔ分に応じて広げられている。言い換えれば、ステータコア１４ａおよび電動送風機の径方向の大型化を伴うことなく電動機ケース１内の風路断面積を増やすことができる。したがって、前記通風路２９に空気が流れ易くなり、ステータ１４の冷却効率が向上するので、それに応じて整流子電動機の効率（モータ効率）を向上でき、ひいては電気掃除機の性能を向上できる。
【００３４】
なお、本発明は前記第１の実施の形態には制約されない。例えば、本発明は整流子がない電動機にも適用できるとともに、電動機以外に発電機にも適用できる。
【００３５】
また、電気掃除機等に搭載される電動送風機としての適用において、第２枠辺１８の幅Ｂを細くする手段は、前記第１の実施の形態の場合とは逆に、第２枠辺１８の外面１８ｂを内面１８ａ側に寄せて行ってもよい。このようにして実施する場合には、第２枠辺１８の内面１８ａとロータ１６との間の通風路２９が大きくならない代わりに、第２枠辺１８の外面１８ｂと電動機ケース１における円筒部４の第２枠辺対向壁部４ａとの間の通風路２０を大きくできるから、その分、大型化を伴うことなく電動機ケース１内の風路断面積を増やすことができる。したがって、ステータ１４の冷却効率が向上するので、それに応じて整流子電動機のモータ効率を向上でき、ひいては電気掃除機の性能を向上できる。しかも、前記外面１８ｂを内面１８ａ側に寄せた分に応じてステータコア１４ａの一対の第２枠辺１８の外面１８ｂ間の寸法、言い換えれば、ステータコア１４ａの幅をその両側から狭めることができるので、このコア１４ａの材料取りを向上でき、安価に得ることができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００３７】
請求請１に記載の発明に係る回転電機によれば、ステータコアの第２枠辺に対する磁気的なバイパスをなす電機ケースの筒状部の第２枠辺対向壁部の厚みに応じて、ステータコアの第２枠辺の幅を、ステータコアの第１枠辺端部の幅より狭くしたから、所定断面積の磁気通路を確保でき、したがって、ステータコアの重量、ひいては回転電機全体の重量を軽くできるとともに、第２枠辺の内面を外面側に寄せてこの枠辺の幅を狭くしたから、ステータコアに対するステータコイルの巻線量を増やして、モータ効率等の回転電機の効率を向上できる。
【００３８】
請求項２に記載の発明に係る電動送風機によれば、ステータコアの第２枠辺に対する磁気的なバイパスをなす電動機ケースの筒状部の第２枠辺対向壁部の厚みに応じて、ステータコアの第２枠辺の幅を、ステータコアの第１枠辺端部の幅より狭くしたから、所定断面積の磁気通路を確保でき、したがって、ステータコアの重量、ひいては電動送風機全体の重量を軽くできるとともに、前記のように第２枠辺の幅が狭いから、大型化を伴うことなく電動機ケース内の風路断面積を増やすことができ、したがって、送風効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電動送風機の構成を一部切り欠いて示す側面図。
【図２】第１の実施の形態に係る電動送風機の整流子電動機における電動機フレームとステータとの関係を図１中Ｚ−Ｚ線に沿って示す断面図。
【符号の説明】
１…電動機ケース（電機ケース）、
４…円筒部（筒状部）、
４ａ…第２枠辺対向壁部、
１４…ステータ、
１４ａ…ステータコア、
１４ｂ…ステータコイル、
１４ｃ…角部、
１６…ロータ、
１７…第１枠辺、
１７ａ…突極、
１７ｂ、１７ｃ…第１枠辺端部、
１８…第２枠辺、
１８ａ…第２枠辺の内面、
１８ｂ…第２枠辺の外面、
２０…通風路、
２１…ロータ軸、
２３…ファン、
２７…ファンカバー、
２９…通風路、
Ａ…第１枠辺端部の幅、
Ｂ…第２枠辺の幅、
ｔ…第２枠辺対向壁部の厚み。

Claims (2)

1. ステータコイルが巻き付けられる突極を有しこの突極が向かい合うように設けられた一対の第１枠辺、およびこれら第１枠辺における前記突極の両側に位置された第１枠辺端部間を一体につないで設けられた一対の第２枠辺を有して、外形形状が略四角形をなしたステータコアを備えるステータと、
   磁性体製の筒状部を有し、この筒状部の内面に前記ステータコアの各角部を夫々密接させて前記ステータを内蔵する電機ケースと、
   ロータ軸を有して前記ステータの突極間に配置されるとともに前記電機ケースに回転自在に支持されたロータと、
   を具備する回転電機において、
   前記ステータコイルが通される巻線スペースを前記第１枠片の端部内面と前記突極の側面とともに形成する前記第２枠辺の内面を、同枠辺の外面側に寄せて前記第２枠辺の幅Ｂを前記第１枠辺端部の幅Ａよりも狭くするとともに、前記第２枠辺の外面と対向して前記角部間にわたる前記筒状部の第２枠辺対向壁部の厚みｔと前記幅Ｂとの合計寸法を前記幅Ａと同様にしたことを特徴とする回転電機。
2. ステータコイルが巻き付けられる突極を有しこの突極が向かい合うように設けられた一対の第１枠辺、およびこれら第１枠辺における前記突極の両側に位置された第１枠辺端部間を一体につないで設けられた一対の第２枠辺を有して、外形形状が略四角形をなしたステータコアを備えるステータと、
   磁性体製の筒状部を有し、この筒状部の内面に前記ステータコアの各角部を夫々密接させて前記ステータを内蔵する電動機ケースと、
   ロータ軸を有して前記ステータの突極間に配置されるとともに前記電動機ケースに回転自在に支持されたロータと、
   前記電動機ケースから突出された前記ロータ軸の端部に取付けられたファンと、
   このファンを覆って設けられるとともに前記ファンから吹き出される風を前記電動機ケース内に導くファンカバーと、
   を具備し、前記電動機ケース内に導かれた風の一部が前記ステータコアの内側を通って送風される電動送風機において、
   前記第１枠辺端部の幅Ａよりも前記第２枠辺の幅Ｂを狭くするとともに、前記第２枠辺の外面と対向して前記角部間にわたる前記筒状部の第２枠辺対向壁部の厚みｔと前記幅Ｂとの合計寸法を前記幅Ａと同等にしたことを特徴とする電動送風機。

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