JP4948501B2 - 整流子モータ、電気掃除機、手乾燥装置 - Google Patents

Description

本発明は、整流子モータ、およびその整流子モータを備える電気掃除機と手乾燥装置に関するものである。

従来、回転電機に関し、『回転軸を電機子鉄心に圧入する際の作業性を悪化させることなく、電機子鉄心を回転軸に強固に固定でき、且つ回転軸が圧入される軸穴１３ａの加工精度をラフにできること。』を目的とした技術として、『電機子鉄心は、所定枚数のコアシート１３を３つのシートブロックに分割して構成される。コアシート１３は、薄鋼板をプレス成形したもので、中央部に形成された軸穴１３ａの外周側に連通穴１３ｃが形成され、その連通穴１３ｃが軸穴１３ａと連通している。各シートブロックは、複数枚のコアシート１３を互いの連通穴１３ｃ同士が一致する様に積層され、且つ周方向に所定角度ずれた状態で重ね合わされている。これにより、電機子鉄心には、各コアシート１３の連通穴１３ｃ同士が連通することで、軸方向全体に電機子鉄心の内部を通り抜ける空気通路が形成されている。』というものが提案されている（特許文献１）。

また、整流子モータに関し、『電気掃除機等に搭載される整流子モータの電機子鉄心の鉄損低減を達成しながら、励磁電流増加を抑えた高効率な整流子モータを得る。』ことを目的とした技術として、『固定子鉄心は高磁束密度領域（略１．６〜１．８Ｔ）においても磁化特性の劣化が少ない材質で構成し、電機子鉄心は少なくとも中磁束密度領域（略１．２〜１．４Ｔ）まで磁化特性の劣化が少なく、鉄損特性の良好な材質で構成し、両者を組み合わせて整流子モータを構成する。』というものが提案されている（特許文献２）。

また、モータに関し、『モータ体格を維持しつつ、電機子鉄心で発生する鉄損を低減する。』ことを目的とした技術として、『電磁鋼板を積層した固定子鉄心２と、この固定子鉄心に形成された複数の磁極部２ａに巻装された界磁巻線４と、前記固定子鉄心の内側で回転し、複数のスロット２２を備えた電機子鉄心１と、前記電機子鉄心のスロットに巻装した電機子巻線３とを備えたモータにおいて、前記電機子鉄心の歯部１ａとコアバック部１ｂとは、互いに磁気特性が異なる。例えば、歯部１ａを電磁鋼板で構成し、コアバック部１ｂをアモルファス金属で構成する。』というものが提案されている（特許文献３）。

特開２００４−３３６８８６号公報（要約） 特開２００５−５７８４９号公報（要約） 特開２００８−１８２８６３号公報（要約）

上記特許文献１や特許文献２に記載の技術では、磁化特性が無方向性の無方向性材料を用いて電機子鉄心を構成している。そのため、電機子鉄心自体が磁気抵抗となり、磁気回路の効率が低下する。
そこで、磁化特性が方向性を有する方向性電磁鋼板を用いて電機子鉄心を構成し、磁気回路の効率を高めることが考えられる。

しかし、整流モータの電機子は回転するため、方向性電磁鋼板を用いて電機子鉄心を構成したとしても、磁化特性の方向が回転にともなって常に変化し、磁束の方向と磁化特性の方向を一致させることが難しい。

また、上記特許文献３に記載の技術では、歯部１ａとコアバック部１ｂがともに、磁化特性が方向性を有さない材質で構成されているので、磁気回路内に一定の磁気抵抗が存在し、磁気回路の効率が低下する。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、磁気回路の効率のよい整流子モータを得ることを目的とする。

本発明に係る整流子モータは、内周部に磁極が形成された固定子と、電機子鉄心に巻線が巻かれ、固定子の内周部側に回動自在に配置された電機子と、巻線が接続された整流子と、整流子に接触するブラシと、を備え、電機子鉄心の中心部は、磁化特性が方向性を有さない材質で構成され、電機子鉄心の周縁部は、方向性電磁鋼板で構成されており、方向性電磁鋼板の磁化容易方向は、電機子鉄心の中心部から放射状に形成され、電機子鉄心は、板面の法線方向が電機子の半径方向と略直交する板状の電機子片を回転軸の円周方向に沿って複数連接配置してなり、電機子片は、所定部分が無方向性電磁鋼板で構成されるとともに、その他の部分が方向性電磁鋼板で構成されており、各電機子片を連接配置した際に、無方向性電磁鋼板で構成されている部分が電機子鉄心の中心部を構成し、方向性電磁鋼板で構成されている部分が電機子鉄心の周縁部を構成するものである。

本発明に係る整流子モータでは、電機子が回転しても、電機子片の磁化容易方向が電機子の半径方向に向いていることになる。
そのため、固定子と電機子により形成される磁気回路の磁束の流れと、電機子片の磁化容易方向とを一致させることができる。これにより、磁気回路の効率を向上させることができる。

また、本発明に係る整流子モータでは、電機子鉄心の中心部は、磁化特性が方向性を有さない材質で構成されている。
そのため、方向性電磁鋼板を採用したことに起因して、電機子鉄心の中心部近傍で磁化容易方向と磁束の流れが直交して磁気回路の抵抗が大きくなることを回避し、磁気回路の効率低下を抑えることができる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における整流子モータの回転軸と平行方向の断面模式図である。整流子モータ１は、フレーム２、軸受３、回転軸４、整流子５、ブラシ６、電機子１０、固定子２０等から構成されている。

フレーム２は、中空有底で略直方体形状のフレーム２ａおよびフレーム２ｂから構成されており、互いの開口部外周側に形成された鍔部で接合されている。
フレーム２ａおよびフレーム２ｂの底部略中央には、軸受３ａおよび軸受３ｂがそれぞれ設けられており、これら軸受３ａおよび軸受３ｂによって回転軸４が回動自在に支持されている。

回転軸４には、外周部に複数の歯部が形成された電機子鉄心１１が設けられている。これら歯部のそれぞれには電機子巻線１２が巻かれ、電機子１０を構成している。
また、回転軸４には、複数の整流子片で構成された整流子５が設けられており、各整流子片には、歯部に巻かれた電機子巻線１２が接続されている。
この整流子５には、整流子片を介して電機子巻線１２に電流を供給する二つのブラシ６が接触している。これらブラシ６は、フレーム２ａに設けられたブラシホルダー７に取り付けられている。

一方、フレーム２ａの内周部には、電機子１０の外周部と所定の間隙を介して固定子２０が設けられている。
この固定子２０の内周部には、互いに対向した二つの磁極片２１が形成されており（図３に示す）、これら磁極片２１のそれぞれには界磁巻線２２が巻かれて、磁極を形成している。界磁巻線２２のそれぞれは、一端が整流子モータ１の端子（図示せず）に接続され、他端がブラシ６に接続されている。

図２は、電機子１０の構成図である。図２（ａ）は電機子１０の正面図、図２（ｂ）は後述の電機子片１０１単体の斜視図である。

図２に示すように、電機子鉄心１１は略円形状をしており、外周部には複数の歯部が形成されている。電機子鉄心１１の中心部１２０には、回転軸４が挿入される貫通孔が形成されている。
また、電機子鉄心１１は、１片が１極に対応するｎ個の電機子片１０１〜１０ｎ（図２の例ではｎ＝１２。以下同様。）を、貫通孔の周りに１８０°／ｎずつずらして円状に連接配置して構成されている。

各電機子片１０１〜１０ｎは、磁化特性が方向性を有する材質（例えば方向性電磁鋼板など。以下、方向性材質と呼ぶ。）と、磁化特性が方向性を有さない材質（例えば無方向性電磁鋼板など。以下、無方向性材質と呼ぶ。）を用いて構成されている。
方向性材質は、その磁化特性方向に磁束が通りやすい性質を有している。以下、この磁束が通りやすい方向を磁化容易方向という。
方向性材質で構成される部分は、電機子１０の歯部に相当する部分を側面に有する板状に形成されている。また、無方向性材質で構成される部分は、歯部の反対側の側部のうち一定領域を占める。

各電機子片１０１〜１０ｎは、例えば方向性電磁鋼板で構成することができる。
方向性電磁鋼板は、その圧延方向が上述の磁化容易方向となる。
電機子鉄心１１は、各電機子片１０１〜１０ｎを貫通孔の周りに１８０°／ｎずつずらして連接して配置することにより、磁化容易方向を円周方向に１８０°／ｎずつずらして構成されている。これにより、電機子鉄心１１での磁束密度を平均化し、電機子１０の回転ムラ（リップル）を防止することができる。

各電機子片１０１〜１０ｎを方向性電磁鋼板で構成する場合は、図２（ｂ）の矢印で示した向きに方向性電磁鋼板を圧延し、その後に歯部等の形状を成型する。
また、これとは別に無方向性材質を扇形にプレス成型等し、各電機子片１０１〜１０ｎと接するように配置する。

図３は、電機子鉄心１１の斜視図である。
各電機子片１０１〜１０ｎは、回転軸４の周囲に円周方向に沿って水車羽根状に連接配置される。各電機子片１０１〜１０ｎの板面の法線方向は、電機子１０の半径方向と直交する向きとなる。また、電機子鉄心１１の外周部には、各電機子片１０１〜１０ｎが側面に有する歯部が、１８０°／ｎずつずれて円状に連接配置される。

図４は、固定子２０の正面図（回転軸方向から見た図）である。
固定子２０の外郭部は、略正方形の額縁形状をしており、内周部には略三日月形状をした二つの磁極片２１が対向して形成されている。
固定子２０は、電磁鋼板からプレス等によって打ち抜かれた固定子片を複数積層することにより形成することができる。

以上、本実施の形態１に係る整流子モータ１の構成を説明した。
次に、本実施の形態１に係る整流子モータ１の運転動作を説明する。

整流子モータ１の端子間に交流電圧を印加すると、磁極片２１の一方に巻かれた界磁巻線２２を介してブラシ６の一方に電流が流れる。そして、ブラシ６と整流子５との摺動接触による通電で電機子巻線１２に電流が流れる。そして、他方のブラシ６を介して磁極片２１の他方に巻かれた界磁巻線２２に電流が流れることにより、整流子モータ１に駆動力を発生させている。

この整流子モータ１の駆動力は、電機子巻線１２および界磁巻線２２を電流が流れることにより電機子鉄心１１および磁極片２１に発生する磁界によって得られる。このとき、磁極片２１に発生する磁束の方向は、上述したように磁極片２１の対向方向となっている。また、上述したように、固定子２０は外郭部にも磁界が発生しており、このときの磁束の方向は外郭部の辺方向となっている。

図５は、整流子モータ１の磁束の流れを示す図である。
磁束の流れは、一方の固定子２０から、電機子鉄心１１を経由してもう一方の固定子２０に向かう。このとき、回転軸４は迂回される。

電機子鉄心１１のうち方向性材質で構成されている部分の磁化容易方向は、電機子鉄心１１の周縁部分では磁束の向きと一致している。しかし、中心部分では磁束の流れが回転軸４を迂回して歪む。
そのため、電機子鉄心１１を全て方向性材質で構成すると、磁化容易方向と磁束の向きが略直交する部分が存在し、磁気抵抗が高くなる。

そこで、本実施の形態１では、電機子鉄心１１の中心部１２０を無方向性材質で構成した。
無方向性材質は、磁化特性が全ての方向に対して均等であるため、方向性材質のように磁化容易方向と磁束の向きが直交するということはない。そのため、電機子鉄心１１を全て方向性材質で構成する場合と比較して、実質的な磁気抵抗を低減することができる。

以上、本実施の形態１に係る整流子モータ１の運転動作を説明した。
次に、電機子１０や固定子２０に発生するヒステリシス現象について説明し、その後に保磁力と火花との相関関係について説明する。

整流子モータ１の電機子１０や固定子２０に一般的に使用される電磁鋼板には、電機子巻線１２や界磁巻線２２に流れる電流を停止しても、つまり磁化力Ｈ［Ａ／ｍ］（磁界の強さ）を０にしても磁束密度Ｂ［Ｔ］が０にならないヒステリシス現象が発生する。

図６は、電磁鋼板の一般的なヒステリシス曲線の一例を示す図である。
電磁鋼板にｈ１［Ａ／ｍ］の外部磁場（磁化力）を与えると、電磁鋼板の磁束密度はｂ１［Ｔ］となる。外部磁場を減少させていくと電磁鋼板の磁束密度も減少するが、外部磁場を０としても電磁鋼板にはｂ２［Ｔ］の磁束が残留する。
ｈ１［Ａ／ｍ］と逆方向の外部磁場−ｈ２［Ａ／ｍ］をさらに与えることにより、電磁鋼板の磁束密度は０となる。電磁鋼板に−ｈ１［Ａ／ｍ］の外部磁場（磁化力）を与えると、電磁鋼板の磁束密度は−ｂ１［Ｔ］となる。
外部磁場を減少させていくと電磁鋼板の磁束密度も減少するが、外部磁場を０としても電磁鋼板には−ｂ２［Ｔ］の磁束が残留する。外部磁場ｈ２［Ａ／ｍ］をさらに与えることにより、電磁鋼板の磁束密度は０となる。この外部磁場ｈ２［Ａ／ｍ］が電磁鋼板の保磁力Ｈｃ［Ａ／ｍ］である。

図７は、無方向性電磁鋼板の一例である無方向性珪素鋼板（ＪＦＥスチール株式会社製、品名「３５ＪＮ２００」）を２５ｃｍエプスタイン試験（ＪＩＳＣ２５５０）で測定したヒステリシス曲線である。

図８は、方向性電磁鋼板の一例である方向性珪素鋼板（ＪＦＥスチール株式会社製、品名「２７ＪＧＳＤ０９０」）を、磁化容易方向を長手方向として（つまり、磁化容易方向と試験片に発生する磁束の方向を同方向として）２５ｃｍエプスタイン試験（ＪＩＳＣ２５５０）で測定したヒステリシス曲線である。

なお、これら図７および図８は、図４における横軸より上側の図を示している。

図７に示すように、無方向性珪素鋼板の保磁力Ｈｃ［Ａ／ｍ］は約３０［Ａ／ｍ］となっている。また、図６に示すように、磁化容易方向と同方向に磁束が発生するときの方向性珪素鋼板の保磁力Ｈｃ［Ａ／ｍ］は約５［Ａ／ｍ］となっている。
つまり、磁化容易方向と同方向に磁束が発生するときの方向性珪素鋼板の保磁力Ｈｃ［Ａ／ｍ］は、無方向性珪素鋼板の保磁力Ｈｃ［Ａ／ｍ］よりも小さくなっている。

無方向性珪素鋼板と方向性珪素鋼板以外にも、上記の関係が成立する。つまり、磁化容易方向と同方向に磁束が発生するときの方向性電磁鋼板の保磁力Ｈｃ［Ａ／ｍ］は、無方向性電磁鋼板の保磁力Ｈｃ［Ａ／ｍ］よりも小さくなる。
なお、磁化容易方向と垂直方向に磁束が発生するときの方向性電磁鋼板の保磁力Ｈｃ［Ａ／ｍ］は、磁化容易方向と同方向に磁束が発生するときの方向性電磁鋼板の保磁力Ｈｃ［Ａ／ｍ］よりも大きく、無方向性電磁鋼板の保磁力Ｈｃ［Ａ／ｍ］よりも小さくなる。

ブラシ６と整流子５との摺動接触による通電において、ブラシ６が整流子片を乗り換える際などに、ブラシ６と整流子５との間に火花が発生する。本発明者は、この火花と電磁鋼板の保磁力Ｈｃ［Ａ／ｍ］との関係を研究し、次の図９に示す相関関係を見出した。

図９は、電磁鋼板の保磁力Ｈｃ［Ａ／ｍ］とブラシ６−整流子５間に発生する火花の大きさとの関係を示す特性図である。
この図は、横軸に整流子モータ１の電機子鉄心および固定子として使用した電磁鋼板の保磁力Ｈｃ［Ａ／ｍ］、縦軸にブラシ６−整流子５間に発生した火花の大きさを示す。
また、横軸には、方向性珪素鋼板（ＪＦＥスチール株式会社製、品名「２７ＪＧＳＤ０９０」）を磁化容易方向を長手方向として（つまり、磁化容易方向と試験片に発生する磁束の方向を同方向として）２５ｃｍエプスタイン試験（ＪＩＳＣ２５５０）で測定した保磁力と、無方向性珪素鋼板（ＪＦＥスチール株式会社製、品名「３５ＪＮ２００」）を２５ｃｍエプスタイン試験（ＪＩＳＣ２５５０）で測定した保磁力を示す。
なお、縦軸の火花の大きさは、保磁力Ｈｃ［Ａ／ｍ］が５［Ａ／ｍ］のときの火花の大きさを基準（＝１）としている。

図９に示すように、電磁鋼板の保磁力Ｈｃ［Ａ／ｍ］とブラシ６−整流子５間に発生した火花の大きさには相関関係があり、保磁力Ｈｃ［Ａ／ｍ］が大きくなるにしたがって火花の大きさも大きくなっている。

したがって、電機子鉄心の部材として通常使用される無方向性電磁鋼板よりも保磁力Ｈｃ［Ａ／ｍ］の小さい方向性電磁鋼板で電機子鉄心１１を構成することにより、ブラシ６と整流子５との間に発生する火花を抑制することができる。

なお、本実施の形態１では、電機子鉄心１１を方向性材質で構成したが、無方向性電磁鋼板よりも保磁力Ｈｃ［Ａ／ｍ］の小さい電磁鋼板で電機子１０を構成することにより、火花の低減に関して同様の効果を得ることができる。
同様に、固定子２０の部材として通常使用される無方向性電磁鋼板よりも保磁力Ｈｃ［Ａ／ｍ］の小さい電磁鋼板で固定子２０を構成することにより、ブラシ６と整流子５との間に発生する火花を抑制することができる。

以上のように、本実施の形態１において、電機子鉄心１１は、１片が１極に対応するｎ個の電機子片１０１〜１０ｎを、貫通孔の周りに１８０°／ｎずつずらして円状に連接して構成されている。
これにより、電機子鉄心１１の磁化容易方向を円周方向に１８０°／ｎずつずらして構成することになるので、電機子鉄心１１での磁束密度を平均化し、電機子１０の回転ムラ（リップル）を防止することができる。
また、電機子１０が回転しても、磁極片２１の周辺では、磁束の流れと磁化容易方向を一致させることができるので、磁気効率を向上させることができる。さらには、同じ出力でもより少ないモータ電流で駆動することができるので、ブラシ６の長寿命化を図ることができる。

また、本実施の形態１では、電機子鉄心１１の中心部１２０を無方向性材質で構成したので、磁束の流れが回転軸４を避けて通る部分でも、磁化特性と磁束の流れが直交することがない。
そのため、中心部１２０近傍の実質的な磁気抵抗を低減し、磁気回路の効率低下を抑えることができる。

また、本実施の形態１では、電機子鉄心１１を方向性材質で構成したことにより、保磁力Ｈｃ［Ａ／ｍ］を小さくし、ブラシ６−整流子５間に発生する火花を低減することができる。

また、本実施の形態１において、無方向性電磁鋼板よりも保磁力Ｈｃ［Ａ／ｍ］の小さい電磁鋼板で固定子２０を構成することにより、ブラシ６と整流子５との間に発生する火花を抑制することができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、電機子片１０１〜１０ｎの一方の側部を電機子鉄心１１の歯部として方向性材質で構成し、もう一方の側部の所定領域を無方向性材質で構成した。これにより、電機子１０の周縁部分の磁化容易方向を磁束の向きと一致させるとともに、中心部１２０の磁気抵抗を抑えることを図った。

本発明の実施の形態２では、上記と同様の効果を発揮する電機子鉄心１１の他構成例について説明する。なお、その他の部分の構成は実施の形態１と同様であるため、以下では差異点を中心に説明する。

図１０は、本実施の形態２に係る電機子１０の構成図である。図１０（ａ）は電機子片１０１単体の斜視図、図１０（ｂ）は電機子鉄心１１の斜視図である。
本実施の形態２において、電機子鉄心１１の中心部１２０は、回転軸４を貫通させる穴を有する円柱状の無方向性材質で構成されている。また、中心部１２０の側面には、実施の形態１と同様に、電機子片１０１〜１０ｎが中心部１２０の周辺に円周方向に沿って水車羽根状に連接配置されている。

ただし、各電機子片１０１〜１０ｎは、実施の形態１と異なり、全体が方向性材質で構成されており、無方向性材質の部分を有していない。これに代えて、無方向性材質で構成された円柱状に中心部１２０を構成し、その周辺に電気子片を配置した。

本実施の形態２では、実施の形態１と同様に、電機子１０の周縁部分の磁化容易方向を磁束の向きと一致させるとともに、中心部分の磁気抵抗を抑えることができるので、実施の形態１と同様の効果を発揮する。

また、本実施の形態２では、電機子片１０１〜１０ｎと中心部１２０を分離し、中央部１２０を単一部材として製造することができるので、実施の形態１と比較して電機子鉄心１１の製造が容易であり、コスト等の観点から有利である。

実施の形態３．
実施の形態１〜２では、電機子片１０１〜１０ｎを水車羽根状に配置して、磁化容易方向と磁束の向きを一致させる例を説明した。
本発明の実施の形態３では、電機子片１０１〜１０ｎの他構成例を説明する。なお、その他の部分の構成は実施の形態１〜２と同様であるため、以下では差異点を中心に説明する。

図１１は、本実施の形態３に係る電機子１０の構成図である。図１１（ａ）は電機子片１０１単体の正面図、図１１（ｂ）は電機子１０の正面図である。

各電機子片１０１〜１０ｎは、方向性電磁鋼板でプレス等により打ち抜いた薄板を積層して形成することができる。各電機子片に付している矢印は、方向性電磁鋼板の圧延方向を示す。この圧延方向は、各電機子片の半径方向（遠心方向）と一致している。また、磁化容易方向とも一致する。
各電機子片１０１〜１０ｎの外周部分が、電機子鉄心１１の歯部を形成する。また、各電機子片１０１〜１０ｎの扇形の半径部分は、他の電機子片と相互に連接する。

また、電機子鉄心１１の中央部には、実施の形態１〜２と同様に、無方向性材質を用いて構成された中心部１２０が形成されている。
中心部１２０は、電機子片１０１〜１０ｎと同様にプレス等により打ち抜いた薄板を積層して形成することもできるし、実施の形態２と同様に円柱状にプレス成型等して形成することもできる。

図１２は、本実施の形態３に係る電機子鉄心１１の斜視図である。
実施の形態１〜２では、電機子片１０１〜１０ｎを方向性電磁鋼板で構成する場合、各電機子片の板面の法線方向が電機子１０の半径方向と直交する向きで圧延を行うものとした。
これに対し、本実施の形態３では、各電機子片の板面の法線方向が回転軸４の長さ方向と一致する向きで圧延が行われる。

以上のように、本実施の形態３では、実施の形態１〜２と同様に、電機子１０の周縁部分の磁化容易方向を磁束の向きと一致させるとともに、中心部分の磁気抵抗を抑えることができるので、実施の形態１〜２と同様の効果を発揮する。

また、本実施の形態３では、電機子片１０１〜１０ｎの形状は、プレス等により打ち抜くことで容易に成型することができるので、電機子鉄心１１の製造工程が簡易になり、コスト等の観点で有利である。

実施の形態４．
実施の形態３で説明したように、電機子鉄心１１を複数の電機子片１０１〜１０ｎで構成した場合、電機子１０の回転により遠心力が発生し、各電機子片１０１〜１０ｎを遠心方向に向けて撥ね飛ばすような力が働く。
そのため、電機子片１０１〜１０ｎの固定が緩んでいると、電機子片１０１〜１０ｎが遠心方向に外れてしまう可能性がある。特に、電機子鉄心１１を複数の電機子片に分割して円状に連接配置したことにより、上記の可能性が増す。

そこで、本発明の実施の形態４では、各電機子片１０１〜１０ｎに、上述のような遠心力に対抗する手段を付与した構成例を説明する。
なお、本実施の形態４において、特に記述しない項目については実施の形態１〜３と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。

図１３は、本実施の形態４における電機子１０の構成図である。図１３（ａ）は電機子１０を構成する各電機子片、図１３（ｂ）は電機子１０の正面図（回転軸方向から見た図）である。

図１３（ａ）に示すように、各電機子片１０１〜１０ｎは、側部に第１係止部３０ｎと第２係止部４０ｎを備えている（ｎは鋼板１０ｎの番号と同じ）。
第１係止部３０ｎは、各電機子片１０１〜１０ｎの一方の半径部分の一部を円周方向に向けて突き出した凸形状に構成されている。
第２係止部４０ｎは、各電機子片１０１〜１０ｎのもう一方の半径部分の一部を円周方向に向けて凹ませた凹形状に構成されている。
各電機子片１０１〜１０ｎを円状に連接配置すると、図１３（ｂ）に示すように、第１係止部３０ｎと他の電機子片の第２係止部４０ｎが係合するようになっている。

図１３（ｂ）に示す状態において、電機子１０が回転することにより遠心力が発生しても、各電機子片１０１〜１０ｎが備える第１係止部３０ｎと第２係止部４０ｎが互いに係合しているため、電機子片同士が互いに他の電機子片を押さえ込むような力が働く。
したがって、電機子片１０１〜１０ｎが遠心方向に外れることを防ぐことができる。

なお、図１３では、各電機子片１０１〜１０ｎの半径部分に第１係止部３０ｎと第２係止部４０ｎを設けた例を説明したが、その他の部分に係止部を設けてもよい。例えば、回転軸４に係止する係止部を設けることが考えられる。

図１４は、本実施の形態４に係る電機子鉄心１１の別構成例を示す図である。
図１４において、電機子片１０１〜１０ｎは、図１３で説明した第１係止部３０ｎと第２係止部４０ｎに加えて、凹形状の第３係止部５０ｎを備えている。また、中心部１２０は、係止部５０ｎと係合する突起部を備えている。
図１４のように係止部５０ｎと突起部を設けることにより、各電機子片と中央部１２０をより安定的に固定することができる。

なお、実施の形態２〜３でも、同様の係止部と突起部を設け、各電機子片と中央部１２０をより安定的に固定するように構成することも可能である。
さらには、実施の形態１〜２において、第１係止部３０ｎや第２係止部４０ｎと同様に電機子片同士で互いに係合する手段を設けることにより、各電機子片をより安定的に固定することもできる。

以上のように、本実施の形態４では、各電機子片１０１〜１０ｎに、周辺の部材と係合する係止部を設けたので、電機子１０の回転で発生する遠心力によって電機子片１０１〜１０ｎが遠心方向に外れてしまうことを防ぐことができる。

また、本実施の形態４では、各電機子片１０１〜１０ｎの半径部分に第１係止部３０ｎと第２係止部４０ｎを設け、各電機子片の係止部が互いに係合して他の電機子片を押さえ込むように構成した。
これにより、各電機子片１０１〜１０ｎを安定的に固定することができる。
また、各電機子片１０１〜１０ｎを同じ形状で構成することができるので、電機子鉄心１１の製作が容易であり、整流子モータ１の製造コストを低減することができる。

また、本実施の形態４において、中心部１２０に突起部を設け、電気子片にこれと係合する第３係止部５０ｎを設けることにより、電機子片をより安定的に固定することができる。

実施の形態５．
本発明の実施の形態５では、方向性電磁鋼板を用いて固定子２０を構成し、磁気回路の効率をさらに高める構成を説明する。なお、本実施の形態５において、特に記述しない項目については実施の形態１〜４と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。

図１５は、本実施の形態５における固定子２０の正面図（回転軸方向から見た図）である。なお、図中に示した矢印は磁化容易方向を示す。
固定子２０の外郭部は、略正方形の額縁形状をしており、内周部には略三日月形状をした二つの磁極片２１が対向して形成されている。この固定子２０は、方向性電磁鋼板からプレス等によって打ち抜かれた固定子片を、その磁化容易方向をそろえて複数積層することにより形成されている。磁化容易方向は、磁極片２１の対向方向となっている。

固定子２０の上下辺では、磁化容易方向が図８の上下方向であるのに対し、磁束はこれと略直交する方向に流れるため、磁気抵抗がその他の部分と比較して大きくなる。
一方、固定子２０の左右辺や磁極片２１近傍では、磁化容易方向と磁束の流れが一致しているため、この部分では磁気抵抗を低減する効果を発揮することができる。

以上のように、本実施の形態５では、磁化容易方向をそろえた方向性電磁鋼板で固定子２０を構成し、磁気回路の磁束の方向と磁化容易方向を一致させている。
これにより、磁束の方向と磁化容易方向が一致する部分で磁気抵抗を低減し、磁気回路の効率を高めることができる。

また、本実施の形態５では、方向性電磁鋼板からプレス等によって打ち抜かれた固定子片を積層するのみで固定子２０を製作することができるので、固定子２０の製作が容易であり、整流子モータ１の製造コストを低減することができる。

実施の形態６．
本発明の実施の形態６では、固定子２０を複数のブロックに分けて構成し、各ブロック毎に磁気回路の磁束の方向と磁化容易方向を一致させる構成を説明する。
なお、本実施の形態６において、特に記述しない項目については実施の形態１〜５と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。

図１６は、本実施の形態６における固定子２０の正面図（回転軸方向から見た図）である。なお、図中に示した矢印は磁化容易方向を示す。
固定子２０の外郭部は、略正方形の額縁形状をしており、内周部には略三日月形状をした二つの磁極片２１が対向して形成されている。

この固定子２０は複数のブロックに分割されている。具体的には、ブロック２０ａ〜２０ｆと、ブロック２１ａ、２１ｂとに分割されている。

ブロック２１ａおよびブロック２１ｂのそれぞれは、一部が磁極片２１となる。
ブロック２０ａおよびブロック２０ｂはブロック２１ａの両側部に設けられ、固定子２０の外郭部の一辺を形成する。

ブロック２０ｄおよびブロック２１ｅはブロック２１ｂの両側部に設けられ、ブロック２０ａおよびブロック２０ｂで形成される一辺と対向した固定子２０の外郭部の一辺を形成する。

ブロック２０ｃはブロック２０ｂとブロック２０ｄとの間に設けられ、ブロック２０ａおよびブロック２０ｂで形成される一辺とブロック２０ｄおよびブロック２０ｅで形成される一辺とを接続する固定子２０の外郭部の一辺を形成する。

ブロック２０ｆはブロック２０ａとブロック２０ｅとの間に設けられ、ブロック２０ａおよびブロック２０ｂで形成される一辺とブロック２０ｄおよびブロック２０ｅで形成される一辺とを接続し、ブロック２０ｃで形成される一辺と対向した固定子２０の外郭部の一辺を形成する。

これらブロック２０ａ〜２０ｆおよびブロック２１ａ、２１ｂのそれぞれは、方向性電磁鋼板からプレス等によって打ち抜かれたブロック片を、その磁化容易方向をそろえて複数積層することにより形成されている。そして、各ブロックの磁化容易方向は、固定子２０に生じる磁束の方向と同方向となっている。
具体的には、磁極片２１となるブロック２１ａおよびブロック２１ｂのそれぞれの磁化容易方向は、互いの対向方向となっている。固定子２０の外郭部を形成するブロック２０ａ〜２０ｆのそれぞれの磁化容易方向は、外郭部の辺方向となっている。

以上のように、本実施の形態６では、固定子２０は複数のブロック（ブロック２０ａ〜２０ｆおよびブロック２１ａ、２１ｂ）に分割され、各ブロックの磁化容易方向は、固定子２０に生じる磁束の方向と同方向となっている。
これにより、磁極片２１の対向方向、および固定子２０の全周にわたって磁束の方向と磁化容易方向を一致させ、磁気回路の効率をさらに高めることができる。

実施の形態７．
図１７は、本発明の実施の形態７に係る電気掃除機の概略構成図である。本実施の形態５に係る電気掃除機は、上記の実施の形態１〜６で説明した整流子モータ１を搭載したものである。

図１７において、電気掃除機本体１０１には、空気を塵埃と共に吸上げる動力としての電動送風機１０２が内蔵され、電動送風機１０２の上流側には集塵室１０３が設けられている。
この電動送風機１０２は、整流子とブラシとを有する整流子モータ１とこの整流子モータ１により回転駆動するファンとから成る。
また、電気掃除機本体１０１には、延長目的でホースユニット１０５が設けられており、このホースユニット１０５を構成するホース１０６の一端には電気掃除機本体１０１に着脱可能に連結される接続部１０７が設けられており、他端に手元ハンドル１０８が設けられている。
そして、手元ハンドル１０８には延長管１０９が着脱可能に連結され、さらに延長管１０９の上流側には床用吸込具１１０が着脱可能に連結されて、床用吸込具１１０から電動送風機１０２の集塵室１０３までの間に負圧の吸引風路が形成され、集塵室１０３の下流側から排気口（図示せず）の間には排気風路が形成されている。

以上のように、本実施の形態７では、上記実施の形態１〜６の整流子モータ１を搭載したことにより、整流子モータ１の異常火花に伴う異常加熱による発煙・発火を防止することができる。
これにより、掃除室内に煙を排出することが無いため室内を煙で汚染することも無く、また、煙で不快な臭いが付着することも無いために、火花異常によって室内の衛生性を損なうことない。さらには、整流子モータ１の発火を防止して火災に関連する安全性の高い電気掃除機を提供することができる。

また、本実施の形態７では、上記実施の形態１〜６の整流子モータ１が発揮する高効率な運転性能により、高い吸込み仕事率を発揮することができる。

実施の形態８．
図１８は、本発明の実施の形態８に係る手乾燥装置の概略構成図である。本実施の形態６に係る手乾燥装置は、上記の実施の形態１〜６で説明した整流子モータ１を搭載したものである。

図１８において、本体箱体２０１内の上部に高圧空気流発生部２０２が組込まれ、本体箱体２０１内の下部に高圧空気流発生部２０２との間に手を出し入れできる処理空間２０３を形成して水受け部が設けられ、水受け部の下部に水受け部からの水を受容するドレン容器２０４が本体箱体２０１の前面からの抜差しを可能に設けられている。
高圧空気流発生部２０２は、吸込口２０５から空気を吸込み、高圧空気を生成して処理空間２０３の前面の手挿入口近傍において水分を吹飛ばす手乾燥に関する作動気流としての高速の気流をエアーノズル２１０により下向きに吹き出すものである。
この高圧空気流発生部２０２は、整流子とブラシとを有する整流子モータ１と、この整流子モータ１により回転駆動するターボファンとにより構成されている。
また、処理空間２０３の底部は、排水孔２０６を有する水受け部として構成され、水受け部の下に収められるドレン容器２０４の内側に導水枠２０７と、この導水枠２０７に係脱可能に保持させた水受け板２０８と、水受け板２０８の前縁に上から重なる庇２０９とにより構成されている。

以上のように、本実施の形態８では、上記実施の形態１〜６の整流子モータ１を搭載して、整流子モータ１とターボファンとから成る高圧空気流発生部２０２の制御を行うことにより、整流子モータ１の異常火花に伴う火花異常による発煙・発火を防止できる。
これにより、処理空間２０３に挿入して乾燥をしようとした手に炎が噴出して火傷するようなことは無く、また、乾燥をしようとした手に煙が掛かって手に異臭が付着することも無く、また、煙を体内に吸込むことも無く、さらに、噴出し口から煙や炎が出ないために慌てて乾燥しようとしていた手を遠ざけようとして、思わぬところに当たって怪我をすることも無い。さらには、火災関連の安全性が高く、怪我に対する安全性も高く、衛生的にも高い手乾燥装置を提供することができる。

実施の形態１に係る整流子モータの回転軸と平行方向の断面模式図である。 電機子１０の構成図である。 電機子鉄心１１の斜視図である。 固定子２０の正面図（回転軸方向から見た図）である。 整流子モータ１の磁束の流れを示す図である。 電磁鋼板の一般的なヒステリシス曲線の一例を示す図である。 無方向性珪素鋼板を２５ｃｍエプスタイン試験で測定したヒステリシス曲線である。 方向性珪素鋼板を、磁化容易方向を長手方向として２５ｃｍエプスタイン試験で測定したヒステリシス曲線である。 電磁鋼板の保磁力Ｈｃ［Ａ／ｍ］とブラシ６−整流子５間に発生する火花の大きさとの関係を示す特性図である。 実施の形態２に係る電機子１０の構成図である。 実施の形態３に係る電機子１０の構成図である。 実施の形態３に係る電機子鉄心１１の斜視図である。 実施の形態４における電機子１０の構成図である。 実施の形態４に係る電機子鉄心１１の別構成例を示す図である。 実施の形態５における固定子２０の正面図である。 実施の形態６における固定子２０の正面図である。 実施の形態７に係る電気掃除機の概略構成図である。 実施の形態８に係る手乾燥装置の概略構成図である。

符号の説明

１ 整流子モータ、２（２ａ，２ｂ） フレーム、３（３ａ，３ｂ） 軸受、４ 回転軸、５ 整流子、６ ブラシ、７ ブラシホルダー、１０ 電機子、１０ｎ 電機子片、１１ 電機子鉄心、１２ 電機子巻線、２０ 固定子、２０ａ〜２０ｆ ブロック、２１ 磁極片、２１ａ，２１ｂ ブロック、２２ 界磁巻線、１０１ 電気掃除機本体、１０２ 電動送風機、１０３ 集塵室、１０５ ホースユニット、１０６ ホース、１０７ 接続部、１０８ 手元ハンドル、１０９ 延長管、１１０ 床用吸込具、１２０ 中心部、２０１ 本体箱体、２０２ 高圧空気流発生部、２０３ 処理空間、２０４ ドレン容器、２０５ 吸込口、２０６ 排水孔、２０７ 導水枠、２０８ 水受け板、２０９ 庇、２１０ エアーノズル、３０ｎ 第１係止部、４０ｎ 第２係止部、５０ｎ 第３係止部。

Claims (9)

1. 内周部に磁極が形成された固定子と、
   電機子鉄心に巻線が巻かれ、前記固定子の内周部側に回動自在に配置された電機子と、
   前記巻線が接続された整流子と、
   前記整流子に接触するブラシと、
   を備え、
   前記電機子鉄心の中心部は、磁化特性が方向性を有さない材質で構成され、
   前記電機子鉄心の周縁部は、方向性電磁鋼板で構成されており、
   前記方向性電磁鋼板の磁化容易方向は、
   前記電機子鉄心の中心部から放射状に形成され、
   前記電機子鉄心は、
   板面の法線方向が前記電機子の半径方向と略直交する板状の電機子片を回転軸の円周方向に沿って複数連接配置してなり、
   前記電機子片は、
   所定部分が無方向性電磁鋼板で構成されるとともに、その他の部分が方向性電磁鋼板で構成されており、
   各電機子片を連接配置した際に、
   無方向性電磁鋼板で構成されている部分が前記電機子鉄心の中心部を構成し、
   方向性電磁鋼板で構成されている部分が前記電機子鉄心の周縁部を構成する
   ことを特徴とする整流子モータ。
2. 前記電機子片は、周辺部材と係合する係止部を備えている
   ことを特徴とする請求項１に記載の整流子モータ。
3. 前記係止部は、他の電機子片が備える係止部と互いに係合するように構成されている
   ことを特徴とする請求項２記載の整流子モータ。
4. 前記電機子鉄心の中心部は突起部を有し、
   前記係止部は前記突起部と係合するように構成されている
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載の整流子モータ。
5. 前記固定子は、無方向性電磁鋼板よりも保磁力の小さい鋼板から構成されている
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の整流子モータ。
6. 前記固定子は方向性電磁鋼板で構成されている
   ことを特徴とする請求項５記載の整流子モータ。
7. 前記固定子は複数に分割されたブロックで構成されており、
   前記ブロックに生じる磁束の方向と、前記ブロックの磁化容易方向とが同方向となるように前記固定子が構成されている
   ことを特徴とする請求項６記載の整流子モータ。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の整流子モータを備えた
   ことを特徴とする電気掃除機。
9. 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の整流子モータを備えた
   ことを特徴とする手乾燥装置。

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