JP5155780B2 - 整流子電動機及びそれを用いた電気掃除機 - Google Patents

Description

この発明は、整流子電動機及びそれを用いた電気掃除機に関するものである。

従来の整流子電動機では、界磁鉄心をヨーク部と磁極部とで分割し、磁極部は軟磁性鋼パウダーメタル成形材を磁極の形状に押し固めて成形し、電磁鋼板を積層して構成したヨーク部に成形した磁極部を圧入することで、界磁鉄心を構成している。この構成により、界磁鉄心の磁極部での鉄損を低減した電動機が示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、従来の別の整流子電動機では、電磁鋼板を積層して構成した界磁鉄心と、電機子鉄心とを互いに異なる材質で構成することで、電機子鉄心の鉄損を低減した整流子モータが示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０００−１８４６２８号公報（第２頁−第３頁、図１、図２） 特開２００５−５７８４９号公報（第４頁−第６頁、図１−図６）

上記特許文献１のような従来の整流子電動機では、固定子鉄心の磁極部を軟磁性鋼パウダーメタル成形材にすることで、空隙近傍での電機子鉄心の鉄損低減はできるが、パウダーメタル成形材は高価であり、また透磁率が電磁鋼板の数分の１程度であるため、材料費の増加と界磁鉄心が大きくなるという問題があった。

また、上記特許文献２のような別の整流子電動機では、界磁鉄心と電機子鉄心を異なる材料で構成しているが、空隙近傍での電機子鉄心と界磁鉄心に発生する鉄損を同時に低減することができないことと、鉄心打ち抜きの材料取りが悪くなるため、材料費が増加するという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、界磁鉄心の空隙近傍での鉄損を低減させると共に、材料費を抑制し、高効率かつ低価格な整流子電動機及びそれを用いた電気掃除機を得ることを目的としている。

この発明に係る整流子電動機は、固定部である界磁部と、回転部である電機子部と、前記電機子部の中心部に固定された軸と、整流子と、前記界磁部及び前記電機子部を内部に固定するフレームとを備え、前記電機子部は、電磁鋼板を複数枚積層することで構成されスロットを有する電機子鉄心と前記スロットに搭載された電機子巻線とを備え、前記電機子巻線は前記整流子に接続された整流子電動機において、
前記界磁部は、界磁鉄心と界磁巻線とを備え、
前記界磁鉄心は、前記界磁巻線を装着した凹形状の界磁継鉄部と、前記界磁継鉄部両端から突出した界磁歯部とを備え、
前記界磁歯部と前記界磁継鉄部とは分割されるとともに、分割した分割部で接続されており、
前記界磁歯部及び前記界磁継鉄部は、複数枚の電磁鋼板を積層して構成され、
前記界磁歯部及び前記電機子鉄心は、同一の電磁鋼板からまとめて抜き取られてなり、
前記界磁歯部及び前記電機子鉄心は、前記界磁歯部及び前記電機子鉄心に用いる電磁鋼板の厚さを、前記界磁継鉄部に用いる電磁鋼板の厚さより薄くすることにより前記界磁継鉄部の鉄損よりも低い鉄損の低鉄損材で構成され、
前記電機子部は、前記界磁継鉄部の上部にあり、前記磁界歯部の間に空隙を介して配設され、
上記フレームは、上記界磁部の外周に沿うように形成されているものである。

この発明に係る電気掃除機は、前記この発明に係る整流子電動機を使用し、前記界磁鉄心の界磁継鉄部が電気掃除機の本体ケース内の下部に位置し、前記電機子が上部に位置するように前記整流子電動機を配置したものである。

この発明に係る整流子電動機によれば、固定部である界磁部と、回転部である電機子部と、前記電機子部の中心部に固定された軸と、整流子と、前記界磁部及び前記電機子部を内部に固定するフレームとを備え、前記電機子部は、電磁鋼板を複数枚積層することで構成されスロットを有する電機子鉄心と前記スロットに搭載された電機子巻線とを備え、前記電機子巻線は前記整流子に接続された整流子電動機において、
前記界磁部は、界磁鉄心と界磁巻線とを備え、
前記界磁鉄心は、前記界磁巻線を装着した凹形状の界磁継鉄部と、前記界磁継鉄部両端から突出した界磁歯部とを備え、
前記界磁歯部と前記界磁継鉄部とは分割されるとともに、分割した分割部で接続されており、
前記界磁歯部及び前記界磁継鉄部は、複数枚の電磁鋼板を積層して構成され、
前記界磁歯部及び前記電機子鉄心は、同一の電磁鋼板からまとめて抜き取られてなり、
前記界磁歯部及び前記電機子鉄心は、前記界磁歯部及び前記電機子鉄心に用いる電磁鋼板の厚さを、前記界磁継鉄部に用いる電磁鋼板の厚さより薄くすることにより前記界磁継鉄部の鉄損よりも低い鉄損の低鉄損材で構成され、
前記電機子部は、前記界磁継鉄部の上部にあり、前記磁界歯部の間に空隙を介して配設され、
上記フレームは、上記界磁部の外周に沿うように形成されているものであるので、界磁鉄心の空隙近傍の鉄損を低減させると共に、材料費を抑制して、高効率化かつ低価格にし、界磁継鉄部と反対側に空間ができ、この空間を有効に活用できる整流子電動機が得られる。

本発明に係る電気掃除機によれば、前記本発明に係る整流子電動機を使用し、前記界磁鉄心の界磁継鉄部が電気掃除機の本体ケース内の下部に位置し、前記電機子が上部に位置するように前記整流子電動機を配置したものであるので、電気掃除機の重心を低く設定することができ、電気掃除機の本体が転倒しにくくなるため、操作性が向上する。

実施の形態１．
図１は、本発明に係る整流子電動機の実施の形態１を示す縦断面図であり、モータ部１２にファン１６を装着した例を示している。図２は、図１におけるモータ部１２のＡ−Ａ断面図である。図１、図２において、本実施の形態１の整流子電動機は、フレーム７内に固定された固定部である界磁部１と回転部である電機子部１３と電機子部１３の中心部に固定された軸１１と整流子１０とを備える。なお、図１において、電機子部１３及び整流子１０の軸１１の中心軸より下の部分はスロットが見える状態を示している。

電機子部１３は、電磁鋼板を複数枚積層することで構成されスロットを有する電機子鉄心８とスロットに搭載された電機子巻線９とを備え、電機子巻線９は整流子１０に接続されている。

界磁部１は、略馬蹄形の界磁鉄心２と界磁巻線５とを備え、界磁鉄心２は、凹形状の界磁継鉄部４と界磁継鉄部４の凹形状部の両端から突出し先端部に円弧形状部を有する界磁歯部３とを備え、界磁継鉄部４に界磁巻線５が装着される。両界磁歯部３の間には空隙を介して電機子部１３が配設される。界磁歯部３と界磁継鉄部４とは分割部６で分割され、それぞれ電磁鋼板を複数枚積層することで構成され、材質が非磁性であるフレーム７内に固定されている。

モータ部１２に電源が印加されると電機子部１３が高速で回転する。
本発明の整流子電動機は、例えば、毎分の回転数が３００００回以上で運転されている。また、電機子鉄心８のスロットは、例えば、２２個設けられており、切替周波数は、（３００００／６０）×２２＝１１０００Ｈｚと高周波となり、電機子鉄心８で発生する鉄損は、ヒステリシス損よりも渦電流が支配的となる、一方、界磁鉄心２の界磁継鉄部４は印加された交流電圧の周波数５０Ｈｚまたは６０Ｈｚで切り替わるため、渦電流損は高くはないが、界磁歯部３の電機子鉄心８に対向する位置では、電機子磁束の高周波による影響で渦電流損が高くなる傾向がある。

このような構成において、界磁鉄心２を構成する界磁歯部３と界磁継鉄部４を分割すると共に、高周波の磁束が流れる電機子鉄心８及び界磁歯部３に界磁継鉄部４の材料の鉄損より低い鉄損の低鉄損材や、薄板電磁鋼板を使用することで、鉄損を低減させた高効率な整流子電動機を得ることができると共に、界磁継鉄部４の材料として低鉄損材より安い材料を用いることで材料費を抑制することができる。

例えば、高周波の磁束が流れる電機子鉄心８及び界磁歯部３の電磁鋼板として、０．１ｍｍ〜０．３５ｍｍの薄板電磁鋼板を使用することにより、鉄損を低減させた高効率な整流子電動機を得ることができ、低周波の磁束が流れる界磁継鉄部４に、例えば、薄板電磁鋼板より安価な０．３５ｍｍ〜１ｍｍの電磁鋼板を用いることで材料費を抑制することができる。

また、高周波の磁束が流れる電機子鉄心８及び界磁歯部３の電磁鋼板として、ＪＩＳの規格である３５Ａ２５０材や３５Ａ３００材の低鉄損材を使用し、低周波の磁束が流れる界磁継鉄部４には、５０Ａ４７０材や５０Ａ１０００材の安価で３５Ａ２５０材や３５Ａ３００材より鉄損の大きい電磁鋼板を用いることで、高効率で安価な整流子電動機を得ることができる。

実施の形態２．
図３、図４は、本発明に係る整流子電動機の製造方法を示す平面図である。図３に示したように、図１、図２に示した整流子電動機の電機子鉄心８及び界磁鉄心２の界磁歯部３の形状をまとめて一つのロール状の電磁鋼板のフープ材１４等からプレス加工等により抜き取り、それぞれを積み重ねる。

界磁歯部３及び電機子鉄心８は高周波の磁束が流れ、界磁継鉄部４は低周波の磁束が流れるので、界磁歯部３及び電機子鉄心８は比較的高価な薄電磁鋼板、例えば０．１ｍｍ〜０．３５ｍｍの板厚で構成されるフープ材１４を使用することで高効率な整流子電動機を得ることができる。

一方、界磁継鉄部４は、図４に示したように、フープ材１４とは異なる材質の比較的安価な電磁鋼板、例えば、０．３５ｍｍ〜１ｍｍの板厚からなるフープ材１５を使用することで、電磁鋼板の材料コストを低くすることができる。

本実施の形態２によれば、電機子鉄心８及び界磁鉄心２の界磁歯部３の形状をまとめて同一の電磁鋼板から抜き取ることにより、低価格な整流子電動機を得ることができる。

実施の形態３．
図５は、本発明に係る整流子電動機の実施の形態３を示す縦断面図である。モータ部１２の界磁継鉄部４と反対側のフレーム７の外側にスペース２２を設けてスペース２２に制御基盤や電源コードを配置するものである。

本実施の形態３では、図５に示したように、軸１１にファン１６が装着され、ファンカバー１８の中央部に吸気口１９が設けられ、フレーム７に通風口２１が設けられている。

軸１１は界磁部１の中心よりも上部に位置しているので、軸１１にファン１６が装着された整流子電動機においては、フレーム７が界磁部１の外周に沿うようにすることで、界磁継鉄部４と反対側のフレーム７の外側にスペース２２を設けることができ、スペース２２に制御基盤や電源コードを配置することができる。

フレーム７に固定されたモータ部１２に電源が印加されると、電機子部１３が高速で回転し、軸１１に固定されたファン１６が高速回転することにより、ブロワ部１７を構成するファンカバー１８の吸気口１９より空気が吸い込まれ、ファン１６の内部を通って、案内羽根２０で風の流れが転向され、吸い込まれた空気がフレーム７の通風口２１から流出して、スペース２２に冷却風が送られ、一部は排気口２３から流出する。

本実施の形態３によれば、電機子部１３の界磁継鉄部４と反対側のフレーム７の外側にスペース２２を設け、スペース２２に、例えば、制御基盤や電源コードを配置することができ、ファン１６からフレーム７内に吸い込まれた空気がスペース２２に吹き出すことにより高温となる制御基板や電源コードが冷却される。

実施の形態４．
図６は、本発明に係る整流子電動機を使用した電気掃除機の断面図を示している。本実施の形態４では、上記実施の形態１ないし３に示した整流子電動機２７における界磁継鉄部４が電気掃除機の本体ケース２４の下部に位置し、電機子部１３が本体ケース２４の上部に位置するように整流子電動機２７を配置する。

矢印で示す方向に吸入された空気は、集塵部５、ファン１６の吸入口、通風口２１、スペース２２を通って本体排出口２６から流出する。

本実施の形態４によれば、界磁継鉄部４が電気掃除機の本体ケース２４の下部に配置することで低重心となるため、電気掃除機本体が転倒し難くなり、操作性・操縦性が向上した電気掃除機が得られる。

本発明に係る整流子電動機は、高効率な電動送風機等に有効に利用することができる。

本発明に係る整流子電動機の実施の形態１を示す縦断面図である。 図１におけるモータ部のＡ−Ａ断面図である。 本発明に係る整流子電動機の製造方法におけるプレス加工を示す平面図である。 本発明に係る整流子電動機の製造方法におけるプレス加工を示す平面図である。 本発明に係る整流子電動機の実施の形態３を示す縦断面図である。 本発明に係る整流子電動機を使用した電気掃除機の断面図である。

符号の説明

１ 界磁部、２ 界磁鉄心、３ 界磁歯部、４ 界磁継鉄部、５ 界磁巻線、
６ 分割部、７ フレーム、８ 電機子鉄心、９ 電機子巻線、１０ 整流子、
１１ 軸、１２ モータ部、１３ 電機子部、１４ フープ材、１５ フープ材、
１６ ファン、１７ ブロワ部、１８ ファンカバー、１９ 吸引部、２０ 案内羽根、２１ 通風口、２２ スペース、２３ 排気口、２４ 本体ケース、２５ 集塵部、
２６ 本体排気口、２７ 整流子電動機。

Claims (3)

1. 固定部である界磁部と、回転部である電機子部と、前記電機子部の中心部に固定された軸と、整流子と、前記界磁部及び前記電機子部を内部に固定するフレームとを備え、前記電機子部は、電磁鋼板を複数枚積層することで構成されスロットを有する電機子鉄心と前記スロットに搭載された電機子巻線とを備え、前記電機子巻線は前記整流子に接続された整流子電動機において、
   前記界磁部は、界磁鉄心と界磁巻線とを備え、
   前記界磁鉄心は、前記界磁巻線を装着した凹形状の界磁継鉄部と、前記界磁継鉄部両端から突出した界磁歯部とを備え、
   前記界磁歯部と前記界磁継鉄部とは分割されるとともに、分割した分割部で接続されており、
   前記界磁歯部及び前記界磁継鉄部は、複数枚の電磁鋼板を積層して構成され、
   前記界磁歯部及び前記電機子鉄心は、同一の電磁鋼板からまとめて抜き取られてなり、
   前記界磁歯部及び前記電機子鉄心は、前記界磁歯部及び前記電機子鉄心に用いる電磁鋼板の厚さを、前記界磁継鉄部に用いる電磁鋼板の厚さより薄くすることにより前記界磁継鉄部の鉄損よりも低い鉄損の低鉄損材で構成され、
   前記電機子部は、前記界磁継鉄部の上部にあり、前記磁界歯部の間に空隙を介して配設され、
   上記フレームは、上記界磁部の外周に沿うように形成されていることを特徴とする整流子電動機。
2. 前記フレーム内に空気を吸入するファンを前記軸に装着し、前記電機子部の前記界磁継鉄部と反対側の前記フレームの外側にスペースを設け、前記スペースに向かって前記フレーム内に吸入された空気を吹き出すようにしたことを特徴とする請求項１に記載の整流子電動機。
3. 前記請求項１または請求項２に記載の整流子電動機を使用した電気掃除機において、前記界磁鉄心の前記界磁継鉄部が前記電気掃除機の本体ケース内の下部に位置し、前記電機子が上部に位置するように前記整流子電動機を配置したことを特徴とする電気掃除機。

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