KR20080077041A

KR20080077041A - 전동기, 전동 송풍기 및 전기 청소기

Info

Publication number: KR20080077041A
Application number: KR1020077015494A
Authority: KR
Inventors: 유우지 타카하시; 타케히코 아지마
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤; 미쓰비시덴끼 홈기기 가부시키가이샤
Priority date: 2007-01-30
Filing date: 2007-01-30
Publication date: 2008-08-21
Also published as: CN101379681A; KR100965986B1; JPWO2008093393A1; WO2008093393A1

Abstract

모터 효율과 브러시 마모 수명의 쌍방을 효과적으로 만족시키는 브러시 개선책을 구비한 전동기, 전동 송풍기 및 전기 청소기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

고정자(8)와 전기자(3)를 적층 철심으로 구성하고, 고정자(8)에 감긴 고정자 권선(9)과 전기자(3)에 감긴 전기자 권선(4)을 가지며, 고정자 권선(9)과 전기자 권선(4)을 브러시(11)와 정류자(5)의 기계적인 활주 접촉을 통하여 전기적으로 직렬로 접속한 전동기에 있어서, 브러시(11)를 금속 재료로 구성하고, 정류자(5)의 브러시(11)와의 활주면(51a)을 카본 재료로 구성한 전동기.

전동기, 전동 송풍기, 전기 청소기

Description

전동기, 전동 송풍기 및 전기 청소기{MOTOR, ELECTRIC BLOWER AND ELECTRIC CLEANER}

본 발명은, 브러시 부착 전동기, 브러시 부착 전동기를 구비한 전동 송풍기, 및 그 전동 송풍기를 탑재한 전동 청소기에 관한 것이다.

전기 청소기는, 전동 송풍기를 작동시킴에 의해, 팬을 회전시켜서 먼지를 포함한 공기를 흡입구로부터 흡인하고, 그 흡인한 공기를 정류(整流)날개를 통하여 모터 내로 유도하고, 배출구로부터 배기하는 구성으로 되어 있다. 이것에 의해, 모터 앞에 배치된 집진용 주머니 내부에 먼지를 포함한 공기를 유도하고, 먼지를 포획하는 구조로 되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

상기 전동 송풍기의 팬을 구동하는 모터의 전원은 단상 교류이고, 직권(直券) 특성을 갖는 단상 교류에 정류자를 구비한 모터를 이용한다. 이 경우, 인가 전압을 직접 넣어서 운전하는 방식과, 트라이액 등 스위칭 소자에 의한 위상 제어로 전압 가변을 행하여, 회전 속도를 제어하는 방법이 있다.

어느 방법에 있어서도, 종래의 모터 소비 전력은, 약 1000 내지 1500W이고, 풍량이 약 1.0(㎥/min)의 영역에서의 전동 송풍기의 회전 속도는, 30000 내지 50000r/min 전후로 설정되어 있고, 모터부 효율로 70%, 블로어부와 조합시킨 전동 송풍기 종합 효율도 55% 정도에 머무르고 있다.

발명이 해결하고자 하는 과제

흡입 일률의 향상에 관해 모터에 걸리는 비중은 크다. 현재, 전기 청소기에 일반적으로 탑재되어 있는 모터는 단상 교류 정류자 구조이고, 그 모터의 효율 개선을 달성하는데는 다음과 같은 대책이 고려된다.

·전기자 및 고정자의 코어 재료나 그들 형상을 재검토함으로서의 철손(鐵損) 개선,

·전기자 권선 및 고정자 권선의 태선(太線)화 및 도체 길이의 단축화를 행함으로서의 동손(銅損) 개선,

·브러시(정류 브러시)의 활주 저항 및 축받이 회전 저항을 저감함으로서의 기계손(機械損) 개선,

·브러시의 재질의 전기 저항 개선,

·블로어부를 구성하는 정류날개, 회전 팬의 송풍 손실을 저감함으로서의 압(壓損) 개선 등.

근래, 전기 청소기 제조 각사(各社)는, 흡입 일률을 향상하기 위해, 모터 종합 효율을 매년 조금씩 개선하여 오고 있고, 모터 외경(φ) 140㎜ × 부착 치수 90㎜중에서, 이하와 같은 개선을 행하고 있다.

고효율 전자 강판의 도입, 판두께 0.2 내지 0.35㎜ 등의 박판 도입, 코어 설계 최적화 등에 의한 철손 개선. 전기자의 권선지름(φ) 0.6㎜ 이상, 고정자의 권선지름(φ) 1.3㎜ 이상의 권선지름 태선화 등에 의한 동손 개선. 팬, 정류날개의 최적 설계, 팬 코킹부로부터의 누설 손실 저감을 목적으로 한 도장 처리, 팬과 팬 가이드 사이 클리어런스로부터의 누설 손실 저감을 목적으로 한 실(seal) 구조 등에 의한 블로어부 압손 저감.

상술한 바와 같이, 브러시에 관련되는 손출(損出)에는, 전기손과 기계손이 있다. 전기 청소기에 탑재하고 있는 종래의 모터의 카본 브러시는, 재질에 수지결합 흑연질을 채용하고, 고속 회전에 있어서의 정류 특성 및 좌승성(座乘性)에 우수한 특성을 갖고 있다. 전기 저항률도 사용 전압에 의해 다르지만, 2.0E-04 내지 16.0E-04[Ω·m]의 범위에 있다. 전기 청소기에 탑재하고 있는 전동 송풍기의 소비 전력은, 1000 내지 1500W의 고입력 사양이고, 회전 속도도 30000r/min를 초과하는 영역에서 사용하고 있기 때문에, 저저항 재료는 고효율화에는 우위이지만, 마모 수명에는 부적합하다. 한편, 고저항 재료는, 고효율화는 불리하지만, 마모 수명에는 우위이다. 브러시의 재질은, 제품 사양의 특성에 의해, 모터 효율과 브러시의 마모 수명의 최적 범위로 설정된다.

카본 브러시의 정류자와의 활주면을 제외한 표면에, 구리도금 등을 시행함에 의해 브러시 전기손의 저감을 도모한 것도 있지만, 개선 효과는 0.5% 정도로 큰 개선은 얻어지지 않았다(예를 들면, 특허 문헌 1).

특허 문헌 1 : 특허 제3257355호 공보

또한, 정류자와 브러시에 의한 기계적인 활주에 의한 스위칭을 이용한 모터는, 그 스위칭 작용인 정류 현상이 있기 때문에, 브러시에서 단락되어 있는 정류중의 권선에는, 리액턴스 전압 및 변압기 작용으로 기전력도 발생하고, 정류자편(片)이 브러시로부터 떨어지는 순간에 양자 사이의 전압이 불꽃 전압을 넘고 있으면 불꽃이 발생한다. 이 때문에, 브러시로부터 발생한 불꽃이 크면 브러시의 마모가 증대하고, 브러시 수명이 단축되는 문제가 있다. 현재는, 사양 6㎜×9㎜의 길이 20㎜에서, 브러시 마모 수명으로서 500 내지 600시간을 확보하고 있다. 그러나, 전술한 바와 같이 흡입 일률 향상을 목적으로, 고입력, 고회전속도화가 요구되는 중에서, 요구 수명을 확보하기 위해, 브러시 외형도 대형화가 진행되고, 최대로 6.5㎜×l0㎜, 길이도 최대로 35㎜를 넘는 사양도 나오고 있다. 브러시를 대형화함으로서 브러시 마모 수명을 개선하는 것은 가능하지만, 효율 개선에 대해서는 악화되는 경향에 있다.

이와 같이, 종래는, 전기 청소기에 탑재되는 전동 송풍기에 관해, 모터 효율과 브러시 마모 수명의 쌍방을 만족시키는 효과적인 브러시손 개선책이 발견되지 않았다.

본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 모터 효율과 브러시 마모 수명의 쌍방을 효과적으로 만족시키는 브러시손 개선책을 구비한 전동기, 전동 송풍기 및 전기 청소기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명의 전동기는, 고정자와 전기자를 적층 철심으로 구성하고, 상기 고정자에 감긴 고정자 권선과 상기 전기자에 감긴 전기자 권선을 가지며, 상기 고정자 권선과 상기 전기자 권선 사이를 브러시와 정류자의 기계적인 활주 접촉을 통하여 전기적으로 직렬로 접속한 전동기에 있어서, 상기 브러시를 금속 재료로 구성하고, 상기 정류자의 상기 브러시와의 활주 접촉면을 카본 재료로 구성한 것이다.

본 발명의 전동기에 의하면, 브러시를 금속 재료로 구성하고, 정류자의 브러시와의 활주 접촉면을 카본 재료로 구성함으로써, 브러시의 활주 면적을 작게 하면서, 브러시의 전기 저항을 저감하는 것이 가능해진다. 그 결과, 브러시의 전기 저항에 기인하는 전기손, 및 브러시의 활주 저항에 기인하는 기계손의 양쪽을 저감할 수가 있다.

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 전동 송풍기의 내부를 도시하는 측면도.

도 2는 브러시(11)를 회전축(7)의 축방향에서 본 평면도.

도 3은 가압 기구로 지지된 브러시(11)의 측면을 도시하는 측면도.

도 4는 브러시(11)와 가압 기구(12)를 지지한 브러시 홀더(10)를 도시하는 도면.

도 5는 정류자(5)를 회전축(7)의 축방향에서 본 평면도.

도 6은 도 5의 정류자(5)를 X-X방향에서 본 측단면도.

도 7은 종래 사양의 전동 송풍기와 본 발명 사양의 전동 송풍기의 사양 변경점을 정리한 표를 도시하는 도면.

도 8은 종래 사양과 본 발명 사양의 모터부 손실을 비교한 표를 도시하는 도면.

도 9는 종래 사양과 본 발명 사양의 모터 효율을 비교한 표를 도시하는 도면.

도 10은 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 전기 청소기의 외관도.

도 11은 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 전기 청소기의 내부를 도시하는 구조도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

1 : 전동 송풍기 1A : 전동 송풍기의 전동기부

1B : 전동 송풍기의 송풍기부 2 : 전동기

3 : 전기자 4 : 전기자 권선

5 : 정류자 51 : 활주판

51a : 정류자의 활주면 52 : 정류자편

53 : 절연 유지체 6 : 축받이

7 : 회전축 8 : 고정자

9 : 고정자 권선 10 : 브러시 홀더

11 : 브러시 12 : 가압 기구

13 : 정류날개 14 : 원심 팬

15 : 팬 가이드 20 : 전기 청소기

21 : 전기 청소기의 아래 케이스 22 : 전기 청소기의 윗 케이스

23 : 전기 청소기의 흡입구 24 : 호스

25 : 전기 청소기의 집진실 26 : 전기 청소기의 집진 주머니

27 : 전동 송풍기실 28 : 배기구

(실시의 형태 1)

여기서는, 본 발명의 실시의 형태에 관한 전동기(모터), 및 그 전동기를 이용한 전동 송풍기에 관해 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 전동 송풍기의 내부를 도시하는 측면도이다. 이 전동 송풍기(1)는, 회전 구동원으로서의 전동기(2)가 배치된 전동기부(모터 부)(1A)와, 송풍 기구를 갖는 송풍기부(블로어부)(1B)를 구비한다.

전동기부(1A)를 구성하는 전동기는, 고정자(8)와 전기자(3)를 가지며, 또한, 고정자(8)에 감긴 고정자 권선(9)과 전기자(3)에 감긴 전기자 권선(4)을 갖는다. 고정자 권선(9)과 전기자 권선(4) 사이는, 브러시(솔)(11)와 정류자(5)의 기계적인 활주 접촉을 통하여 전기적으로 직렬로 접속되어 있다. 또한, 전기자(3)와 일체의 회전축(7)이 축받이(6)에 의해 지지되어 있다.

송풍기부(1B)는, 회전축(7)의 단부(端部)에 마련된 정류날개(13), 원심 팬(14), 그리고 정류날개(13)과 원심 팬(14)을 덮는 팬 가이드(15)를 구비한다.

도 2는 브러시(11)를 회전축(7)의 축방향에서 본 평면도, 도 3은 가압 기구로 지지된 브러시(11)의 측면을 도시하는 측면도이다. 브러시(11)는, 회전축(7)의 축방향에서 본 외주 형상이 외경측으로부터 내경측을 향하여 폭이 좁아지는 개략 사다리꼴 형상으로 되어 있다. 브러시(11)의 배면에는, 브러시(11)를 회전축(7)의 축방향에 따라 정류자(5)측으로 가압하는 스프링 등으로 이루어지는 가압 기구(12)를 구비한다. 브러시(11)와 가압 기구(12)는, 브러시 홀더(10)에 의해 지지되어 있다. 도 4는 브러시(11)와 가압 기구(12)를 지지한 브러시 홀더(10)를 도시하는 도면이다.

브러시(11)는 도전성이 좋은 금속 재료, 예를 들면 금, 은, 백금, 구리 또는 황동 등의 금속으로 구성하여, 전기 저항의 저감과, 브러시(11)와의 활주 접촉 면적의 저감을 도모하고 있다.

또한, 브러시(11)의 금속 재료에는, 카본 재료가 함유되어 있어도 좋지만, 그 경우에는, 가능한 한 도전성이 좋은 금속 재료를 많이 포함시키는 것이 바람직하다.

도 5는 정류자(5)를 회전축(7)의 축방향에서 본 평면도, 도 6은 도 5의 정류자(5)를 X-X 방향에서 본 측단면도이다. 정류자(5)는, 전기자(3)의 일단에 설치되어, 전기자 권선(4)과 전기적으로 접속되어 있다.

정류자(5)는, 브러시(11)와 활주 접촉하는 활주판(51)과, 전기자(3)의 회전 축(7)을 중심으로 하여 방사형상으로, 또한, 원반형상으로 배치되고, 전기자 권선(4)에 전기적으로 접속된 정류자편(52)이, 몰드 성형된 절연 유지체(53)에 의해, 통전 가능하게 접합 고정되어 있다.

활주판(51)은, 도전성 재료로 구성되어 있고, 브러시(11)와의 활주면(활주 접촉면)(51a)이 되는 부분은, 동전축(7)과 개략 직각을 이루도록 배치되어 있다. 또한, 브러시(11)와의 활주면(51a)이 되는 부분은, 전기흑연질 등의 카본 재료로 이루어지고, 복수의 세그먼트로 분할되어 있다. 또한, 활주판(51)은, 브러시(11)와의 활주면(51a)뿐만 아니라, 그 전체를 카본 재료에 의해 구성하여도 좋다.

정류자편(52)도 또한, 도전성 재료로 구성되어 있고, 예를 들면 구리 또는 카본 재료 등으로 구성할 수가 있다.

도 7은, 종래의 전동 송풍기와, 본 발명에 관한 실시 형태 1의 전동 송풍기의 사양 변경점을 표로 정리한 것이다. 도 7에 의하면, 브러시(11)의 재질을, 전기흑연질 또는 수지결합 흑연질(종래 사양)로부터, 금속(본 발명 사양 : 이 예에서는 황동)으로 함으로써, 전기 저항의 저감과 함께, 브러시(11)의 활주 단면적의 저감(약 1/3의 저감)이 가능하게 되는 것을 알 수 있다. 이것은, 브러시(11)를 금속으로 구성함에 의해, 전기 저항을 저감하면서, 전기적 마모에 대해 보다 강고하게 되기 때문이다.

또한, 정류자(5)의 브러시(11)와의 활주면(51a)을 카본 재료로 구성함으로써, 브러시(11)의 기계적 마모 성능을 종래와 동등하게 유지하면서, 브러시(11)의 활주 단면적을, 약 1/3까지 저감시킬 수가 있었다.

또한, 브러시(11)의 활주 단면적을 약 1/3 저감함으로써, 브러시(11)와 활주 접촉하는 정류자(5)의 활주면 면적을 작게, 즉, 정류자(5)의 지름을 작게 할 수 있고, 이로 인해 주속(周速)을 개선하는 것도 가능하게 되었다.

도 8은, 도 7에 도시한 종래 사양과 본 발명 사양의 모터부 손실을 비교한 표이다.

브러시(11)의 전기손은, 종래의 전기흑연질 또는 수지결합 흑연질에서는 44W였음에 대해, 본 발명에서는, 황동제의 금속 브러시로 변경함으로써, 23.4W까지 저감할 수 있었다.

또한, 브러시(11)의 기계손은, 브러시(11)의 활주 단면적을 1.1㎠로부터 0,4㎠로 축소함으로써, 7lW로부터 32,6W까지 저감할 수 있었다.

따라서, 토탈에서는, 브러시(11)를 금속 재료로 소형으로 구성하고, 정류자(5)의 활주면(51a)을 카본 재료로 구성함에 의해, 모터부의 손실이 종래 구조에 비하여, 56W 정도 개선할 수 있었다.

이것을 모터 효율의 관점에서 보면, 도 9에 도시하는 바와 같이, 종래 사양으로부터 본 발명 사양으로 변경함으로써, 모터 효율이 70%로부터 76%로 개선되었다. 또한, 전동 송풍기의 송풍기부 효율이 현행 78,6%를 갖고 있기 때문에, 전동 송풍기의 종합 효율(=모터 효율×송풍기부 효율÷100)에 관해 보면, 59,7%까지의 개선이 가능해졌다.

(실시의 형태 2)

전기 청소기에 내장되는 전동 송풍기는, 전기 청소기 본체 내의 공간의 대부분을 사용하기 때문에, 소형화가 요망되고 있고, 게다가, 보다 강한 흡입력을 발휘할 수 있도록, 흡입 일률을 향상시킨 전동 송풍기가 요망되고 있다.

그와 같은 요구에 응하기 위해, 여기서는, 실시의 형태 1에서 설명한 전동 송풍기를, 청소기에 탑재한 전기 청소기를 제안한다.

도 10은 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 전기 청소기의 외관도, 도 11은 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 전기 청소기의 내부를 도시하는 내부 구조도이다.

도 10, 도 11에 도시하는 바와 같이, 전기 청소기(20)는, 아래 케이스(21)와 윗 케이스(22), 이들의 케이스(21, 22)의 앞면에 마련된 흡입구(23), 흡입구(23)에 부착된 호스(24), 흡입구(23)에 연통하는 집진실(25), 집진실(25)에 배치된 집진 주머니(26)를 구비한다. 또한, 집진실(25)의 뒷부분에는, 호스(24)를 통하여 공기를 흡인하고, 배기구(28)로부터 공기를 배출하는 작용을 다하는 실시의 형태 1에서 설명한 전동 송풍기(27)를 구비하고 있다.

이미 설명한 바와 같이, 브러시를 금속 재료로 구성하고, 정류자의 브러시와의 활주면을 카본 재료로 구성한 모터를 이용한 전동 송풍기는, 브러시의 전기 저항에 기인하는 전기손, 및 브러시의 활주 저항에 기인하는 기계손의 양쪽을 저감할 수 있다. 그 때문에, 실시의 형태 1의 전동 송풍기를 전기 청소기에 탑재하면, 종래의 전동 송풍기와 비교하여, 전기 청소기로서의 일률이 높아지고, 소형이며 게다가 고 흡인성능을 갖는 전기 청소기를 얻는 것이 가능해진다.

Claims

고정자와 전기자를 적층 철심으로 구성하고, 상기 고정자에 감긴 고정자 권선과 상기 전기자에 감긴 전기자 권선을 가지며, 상기 고정자 권선과 상기 전기자 권선 사이를 브러시와 정류자의 기계적인 활주 접촉을 통하여 전기적으로 직렬로 접속한 전동기에 있어서,

상기 브러시를 금속 재료로 구성하고, 상기 정류자의 상기 브러시와의 활주 접촉면을 카본 재료로 구성한 것을 특징으로 하는 전동기.
제 1항에 있어서,

상기 브러시를 구성하는 금속 재료가 카본 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 브러시는, 상기 전동기의 회전축 방향에서 본 외주 형상이, 외경측부터 내경측을 향하여 폭이 좁아지는 개략 사다리꼴 형상이고,

상기 브러시를 상기 정류자측에 가압하여 지지한 브러시 지지기를 구비하는 것을 특징으로 하는 전동기.
제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서,

상기 정류자는,

상기 전기자의 일단에 설치되어 있고,

상기 브러시와의 활주 접촉면이, 복수의 분할 세그먼트로 구성되고, 회전축과 개략 직각을 이루도록 배치된 활주판과,

상기 회전축을 중심으로 하여 방사현상이며, 또한, 원반형상으로 배치되고, 상기 전기자 권선에 접속된 정류자편과,

상기 활주판과 상기 정류자편을 통전 가능하게 지지하는 절연 유지체를, 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 전동기.
제 1항 내지 제 4항중 어느 한 항에 기재된 전동기와,

상기 전동기의 회전축에 마련된 정류날개 및 원심 팬을 구비한 것을 특징으로 하는 전동 송풍기.
제 5항에 기재된 전동 송풍기를 탑재한 것을 특징으로 하는 전기 청소기.