整流子電動機的製作方法

2023-12-11 02:25:57

專利名稱：整流子電動機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於搭載於電吸塵器等的電動送風機的整流子電 動機(整流子乇一夕)的鐵心構成。
背景技術：
過去，在用於電動送風機的電動機中，多使用磁極為2極的整流子 電動機。這是因為，該電動機可具有串激特性，即，當負荷輕時轉速增 加，當負荷重時轉速下降，產生高轉矩，所以，具有適於送風機驅動的 特性。
在過去的整流子電動機中，定子鐵心和電樞鐵心材料使用相同材 質，由金屬模衝裁電磁鋼板，層疊形成為定子和電樞鐵心，將勵磁線圏 巻裝於該定子鐵心的磁極部，將電樞線圏巻裝於電樞鐵心的槽部。在這 裡，電吸塵器為整流子電動機使用得最多的產品中的一種，為了使電吸 塵器本體小型輕量，提高操作性，要求搭載的整流子電動機也為小型輕 量的構成。為此，作為使搭載電動機小型輕量化的手段，例如在電氣學 會旋轉機械研究會資料RM-96-28"吸塵器用通用電動機的電力密度的 提高"記栽的那樣，採用設定高轉速和將電動機鐵心的磁通密度設定得 較高的方法等。
另外，對於電吸塵器，作為與小型輕量化一起要求的性能具有吸入 力。吸入力受電動送風機的輸出影響很大，但在家用的電吸塵器中，供 給到電動機的電力存在限度，所以，提高作為驅動源的整流子電動機的
效率以增加電動機輸出成為提高吸入力的關鍵。 (非專利文獻l)
電氣學會旋轉機械研究會資料RM-96-28"吸塵器用通用電動機的 電力密度的提高"第21頁~第30頁。
作為提高電動機效率的觀點，可列舉出風損、電刷周圍的摩擦損失、 軸承摩擦損失等機械損失的降低、從鐵心部發生的鐵損的降低、從線圏 部發生的銅損的降低等。
然而，在將電動機體積減小到極限、重量減輕了的電動機中， 一般 磁通流路的斷面積減少，所以，獲得必要輸出所需要的磁通對電流增加 進行補充，難以降低銅損。為此，如不等待成為低摩擦係數的軸承和電 刷或單位磁通的損失係數小的低損失鐵心材料等材料方面的開發，則不
可能大幅度提高效率。

發明內容
本發明的目的在於獲得一種整流子電動機，該整流子電動機可降低 搭載於電吸塵器等的整流子電動機的電樞鐵心(電機子鐵心)的鐵損， 同時獲得降低了勵磁電流增加的高效率。
為了達到上述目的，本發明的定子鐵心使用在高磁通密度區域(約 1.6 ~ 1.8T )磁化特性的劣化也較少的材質的電磁鋼板，電樞鐵心使用至 少直到中磁通密度區域(約1.2~1.4T)磁化特性的劣化也較少、鐵損 特性良好的材質的電磁鋼板，組合這些定子鐵心與電樞鐵心構成整流子 電動才幾。
按照本發明，在消耗驅動整流子電動機所需磁動勢的大半的定子鐵 心使用在高磁通密度區域(約1.6-1.8T)磁化特性良好的鐵心材料， 在電樞鐵心組合對鐵損降低有效的薄板的、至少直到中磁通密度(約 1.2"1.4T)磁化特性良好的鐵心材料，從而抑制勵磁電流的增加，而且 降低了電樞鐵心鐵損，可獲得高效率的整流子電動機。


圖1為示出本發明實施例的電吸塵器用電動送風機的半斷面圖。
圖2為本發明的整流子電動機的A-A斷面圖。
圖3為鐵心材料的磁化特性的說明圖。
圓4為鐵心材料的鐵損特性的說明圖
圖5為電動機勵磁磁動勢的試算結果的說明圖。
圖6為電動規格和特性的說明圖。
圖7為本發明另一實施例的說明圖。
圖8為本發明另一實施例的說明圖。
圖9為本發明另一實施例的說明圖。
圖IO為頻率與鐵損的關係圖。
具體實施例方式
下面根據圖1~圖6說明本發明的實施形式的一例。 圖1為示出本發明電動送風機的構成的一實施例。電動送風機50 的電動機側在殼體21和端部託架24內由電樞2和定子l構成。另外， 圍住設於電動機的輸出軸端的風扇30地設置擴散器31和外殼32。
電動機的定子1在殼體21內由定子鐵心5和勵磁線圏3構成，通 過在勵磁線圏3中流過電流，從而由勵磁磁動勢產生主磁通。與定子鐵 心5隔開間隙15配置的電樞2具有軸20，由設於殼體21和端部託架 24的軸心的軸承22a、 22b支承，在軸20設置整流子9和電樞鐵心6， 在電樞鐵心6的槽巻繞電樞線圏4，各線圏的兩端連接到構成整流子9 的各整流子片。
當在電動機的端子間加交流電壓時，電動機電流通過定子一方的勵 磁線圏3流到電刷8，在電樞的電力送出接受時，通過一方的電刷8與 整流子9的機械的滑動接觸產生通電而使電流流到電樞線圏4，通過其 它的電刷8連接到其它的勵磁線圏3，從而構成電路，在電動機產生驅 動力。
圖2示出圖1的電動機的A-A斷面圖。定子鐵心5由磁軛部5-b、 磁極部5-a、及勵磁線圏3構成。另外，定子鐵心5通過由金屬模將電
磁鋼板衝裁成預定的形狀後層疊而形成，安裝勵磁線圏3形成定子1。 另一方面，電樞鐵心6包括齒部6-a和鐵心背部6-b，與定子鐵心5同 樣，使用金屬模沖裁成預定的形狀尺寸後層疊，巻裝電樞線圏4而製作。
本發明的整流子電動機的轉速設定為30, 000r/min或其以上的高 速，對於電動機的鐵心各部的磁通密度，通過在約1.0~1.8T的較高的 磁通密度的狀態下驅動，從而提高單位體積的磁能。具體地說，在電樞 鐵心的心背部約為1.2~1.4T，定子鐵心的磁輒部約為1.6~ 1.8T。鐵心 背部的磁通密度設定得比磁軛部的磁通密度低的原因在於，在構成定子 4失心的磁輒部交鏈商用'頻率50~60Hz的頻率的磁通，而在構成電樞鐵 心的鐵心背部交鏈轉速30，000r/min相當或其以上的頻率500Hz或其以 上的高頻率的磁通，鐵損發生較多，所以，為了抑制鐵損採用降低磁通 密度的設計。另外，電動機的消耗電力一般作為家庭的插座電源按成為 上限級別的900~ 1000W級規格將電動機質量減輕到1200g或其以下。
圖3示出本發明的鐵心材料的磁特性，圖4示出圖3所示鐵心材料 的鐵損特性。磁化特性表示用於獲得所需要的磁通密度的磁化力，作為 電動機用的鐵心材料，圖3的特性曲線的朝右上的斜率越大則越有用。 即，用於獲得相同磁通密度的磁化力越少則越可降低勵磁電流，所以， 對電動機的高效率化有利。
另一方面，對於搭載於電吸塵器等的按高速驅動的整流子電動機的 鐵損，由於轉速也設定在30， 000r/min或其以上，所以，構成鐵損的 磁滯損耗與渦流損耗的構成比由渦流損耗支配。因此，為了降低高頻的 鐵損， 一般使用薄板的電磁鋼板。
當鑑定磁化特性和鐵損特性兩者時，作為電動機鐵損材料有用的材 料可以說是磁化特性良好、具有即使由高頻驅動鐵損也較小的特長的鐵 心材料。然而，磁化特性良好的鐵心材料A的鐵損大，鐵損特性良好的 鐵心材料B的磁化特性下降。即，磁化特性和鐵損特性具有相反的作用。
圖5示出使用上述鐵心材料A、 B的電動機的鐵心部的消耗磁動勢 (以下記為AT)試算結果。在各電動機中，定子鐵心形狀與電樞鐵心 形狀及層疊厚度相同。另外，圖5在使各電動機為相同輸出的意義下按
磁通密度T、磁路長[cm、AT的順序分別示出鐵心材料各部的磁通密 度在各電動機中相同地設計的場合的結果。AT為根據電動機鐵心各部 的磁通密度決定的磁化力和磁路長的積，總AT為將其合計後獲得的值。 在這裡，總AT與勵磁電流和勵磁線圏圏數的積成比例，所以，如設定 勵磁線圏圏數，則可決定勵磁電流。
已有技術(1)的電動機為定子和電樞鐵心材料都採用鐵心材料A 的電動機，已有技術(2)的電動機為與定子和電樞鐵心材料都採用鐵 心材料B的電動機。本發明電動機的定子鐵心材料使用鐵心材料A，電 樞鐵心材料為鐵心材料B，形成使材質不同的構成。
如上述那樣，在各電動機中定子鐵心形狀和電樞鐵心形狀及層疊厚 度相同，磁通密度和磁路長度相同，所以，總AT根據鐵心材料的磁化 特性決定。
在各電動機列中比較總AT可知，首先，相對已有技術(1)電動 機，已有技術(2)電動機的總AT約增加到1.1倍(=360/320)。當注 意鐵心材料各部的AT時可知，該差由磁軛部的AT差引起。即，在磁 軛部由於為高達1.7T左右的高磁通密度，而且磁路也長，所以，消耗 了總AT的大半，但在已有技術(2)電動機中，由於在高磁通密度區 域(圖3區域(2))的起化力使用鐵心材料B，所以需要比鐵心材料A 多，可以說總AT也增大。而且，在已有技術(2)電動機的電樞鐵心 側，磁通密度為1.4T左右時，在鐵心材料A、 B的磁化特性沒有大的 差別(圖3區域(1))，此外，在齒部，磁通密度高達1.8T左右，但 由於在電動機的構造上磁路比磁軛部短，所以，相對已有技術(l)電 動機未出現大的差別。
在本發明電動機中，為了極力不增加總AT而且降低電樞側的鐵損， 定子鐵心採用鐵心材料A，電樞鐵心採用鐵心材料B。結果，如磁軛部 的AT消耗量與已有技術(1)電動機相等，電樞鐵心側的AT消耗量為 1.4T左右，則由該AT試算結果可知，鐵心材料B也不增加。
圖6示出上述已有技術(1) 、 (2)電動機和本發明電動機的規格 和特性的比較例。
勵磁線圏數通過將風扇的負荷和輸入及轉速作為輸入值根據上述
總AT計算出。已有技術(2)電動機的總AT相對其它的已有技術(l) 電動機和本發明電動機較大，所以，必須將勵磁線圏巻繞次數多設定3 圏。本發明電動機如上述那樣，總AT與已有技術(1)電動機相等， 所以，在本例中勵磁線圏巻繞圏數也與已有技術(1)電動機相同，為 50圏。
已有技術(2)電動機即使適用低鐵損的鐵心材料B，相對已有技 術(l)電動機效率也僅提高0.2%左右。這是因為將勵磁線圏巻繞圏數 設定得較多，從勵磁線圏發生的銅損增加，與鐵損降低量抵消。
另一方面，本發明電動機的效率相對已有技術(1)電動機可實現 約1%左右的提高。電樞鐵心6採用鐵心材料B,降低鐵損，定子鐵心 5採用鐵心材料A，使總AT與已有技術(l)電動機相等，從而不增加 銅損即可實現鐵損降低。因此，本發明的電動機構成可證實有利於提高 電動機的效率。
圖7示出本發明另一實施例。在上述實施例中，說明了定子鐵心5 的層疊厚度Lc與電樞鐵心6的層疊厚度La相同的場合，在這裡說明定 子鐵心5的層疊厚度Lc與電樞鐵心6的層疊厚度La相互不同的場合。 圖7為定子鐵心5的層疊厚度Lc比電樞鐵心6的層疊厚度La大的場 合。在該場合，層疊厚度的增加可增加用於確保勵磁磁通量的鐵心斷面 積，所以，具有獲得所需要的勵磁磁動勢(起磁力)所需要的勵磁線圏 巻繞次數可較少的優點。當勵磁線圏巻繞次數較少時，電樞鐵心側的鐵 損下降，而且有利於勵磁線圏的銅損下降，所以，可使電動機效率更高。
相反，在電樞鐵心6的層疊厚度La比定子鐵心5的層疊厚度Lc 大的場合，可獲得降低電樞鐵心的磁通密度的作用，所以，電樞鐵心的 4失損進一步降低，同時，電樞鐵心的表面積增加，所以，散熱性提高， 電樞線圏的溫度上升受到抑制，具有降低電樞線圏銅損的效果。
圖8為本發明另一實施例的說明圖。在本實施例中，定子鐵心5形 成為在定子鐵心拼合(分割)部40拼合(分割)的構造。在定子鐵心 為一體構造的場合，定子鐵心的內周即收容電樞鐵心的部位作為廢材處
理，但通過形成為拼合構造，可提高電磁鋼板的材料利用率，降低材料 費用，從而具有可更廉價地提供本發明電動機的優點。
圖9為本發明另 一實施例的說明圖。定子鐵心5為了確保與殼體21 內周面的牢固的固定和相對電動機驅動時的振動的剛性設置鑿緊部41, 相互固定電磁鋼板。另一方面，關於電樞鐵心6，當設置鑿緊部41時， 相對電樞鐵心6的圓周方向磁阻平衡破壞，所以，成為整流惡化的原因 之一，所以，將軸20插入到電樞鐵心6的內周，通過設於軸20外周的 凹凸部42與電樞內周面的摩擦接觸進行電磁鋼板相互的固定和電樞鐵 心6與軸20的固定，通過軸20將由電樞鐵心6發生的轉矩可靠地傳遞 到風扇30。在這裡，從鐵損降低的面考慮，用於電樞鐵心6的電磁鋼板 的厚度最好儘可能地薄，但當過薄時，上述摩擦接觸的強度下降，可能 妨礙電動機的穩定動作。另外，當由金屬模衝裁電樞鐵心6時，電磁鋼 板越薄則每一片的變形率越高。因此，在本發明的電動機中，根據從鐵 心材料的彈性限度值和電樞2的外徑值求出的彈性限度，將用於電樞鐵 心6的電磁鋼板的厚度下限設為用於定子鐵心5的電磁鋼板的厚度的 1/4。
最後，對於在本發明使用的鐵心材料A和鐵心材料B,相對頻率的 鐵損特性也不同。圖IO示出鐵心材料A和鐵心材料B的由鐵損試驗裝 置測定的頻率與鐵損的關係。 一般當由金屬模衝裁電磁鋼板時，已知對 於某些衝裁形狀最大成為比由鐵損試驗裝置獲得的鐵損值大3成左右的 值。根據圖10可知，鐵心材料A的鐵損值相對鐵心材料B增加3成的 頻率為500Hz或其以上。即，在2極整流子電動機中，如電樞為 30000r/min (=500x60)或其以上，則考慮由金屬模衝裁鐵心材料時產 生的鐵損增加，也可可靠地發揮本發明的效果。
以上說明了本發明電動機的實施內容。從鐵心各部的磁通密度可看 出，對具有消耗總AT大半的磁軛部的定子鐵心使用即使為高磁通密度 磁化特性也良好的鐵心材料，對具有中磁通密度的鐵心背部的電樞鐵心 適用至少在中磁通密度下磁化特性良好而且鐵損少的鐵心材料，從而可 獲得勵磁電流少、鐵損降低的高效率的整流子電動機。
按照本發明，定子鐵心使用在高磁通密度區域(約1.6 1.8T)磁 化特性的劣化也較少的材質，電樞鐵心使用至少在中磁通密度區域(約 1.2~1.4T)磁化特性的劣化少、鐵損特性良好的材質，通過這樣組合， 構成整流子電動機。這樣，可獲得降低了搭載於電吸塵器等的整流子電 動機的電樞鐵心的鐵損並抑制了勵磁電流增加的高效率的整流子電動 機。
權利要求
1.一種整流子電機，具有定子鐵心和電樞，該定子鐵心通過層疊電磁鋼板而構成，並在其磁極部卷裝勵磁線圈，該電樞與該定子鐵心隔開間隙地配置，上述電樞具有軸、設於該軸的電樞鐵心和整流子、以及卷裝於上述電樞鐵心的槽，並且兩端連接於上述整流子的電樞線圈，其特徵在於，上述定子鐵心使用鐵心材料A，上述電樞鐵心使用鐵心材料B，上述鐵心材料A和鐵心材料B在磁通密度為1.2-1.4T的區域，磁化力H(A/m)相等，在磁通密度為1.6-1.8的區域，同樣磁通密度下的磁化力H(A/m)為鐵心材料A＜鐵心材料B。
2. 如權利要求1所述的整流子電機，其特徵在於，上述鐵心材料 A的鐵損和上述鐵心材料B的鐵損為鐵心材料A〉鐵心材料B。
3. —種電動送風機，具有定子鐵心和電樞，該定子鐵心通過層疊 電磁鋼板而構成，並在其磁極部巻裝勵磁線圏，該電樞與該定子鐵心隔 開間隙地配置，上述電樞具有軸、設於該軸的電樞鐵心和整流子、巻裝於上述電樞 鐵心的槽並且兩端連接於上述整流子的電樞線圏、以及固定在上述軸上 的風扇，其特徵在於，具有整流子馬達，該整流子馬達其上述定子鐵心使用鐵心材料A， 上述電樞鐵心使用鐵心材料B，上述鐵心材料A和鐵心材料B在磁通 密度為1.2-1.4T的區域，磁化力H(A/m)相等，在磁通密度為1.6-1.8的區域，同樣磁通密度下的磁化力H ( A/m)為鐵心材料A〈鐵心材 料B。
4. 如權利要求3所述的電動送風機，其特徵在於，具有上述鐵心 材料A的鐵損和上述鐵心材料B的鐵損為鐵心材料A"失心材料B的整 流子馬達。
全文摘要
定子鐵心使用在高磁通密度區域(約1.6～1.8T)磁化特性的劣化也較少的材質構成，電樞鐵心由至少直到中磁通密度區域(約1.2～1.4T)磁化特性的劣化也較少、鐵損特性良好的材質構成，組合兩者，構成整流子電動機。這樣，可降低搭載於電吸塵器等的整流子電動機的電樞鐵心的鐵損，同時獲得降低了勵磁電流增加的高效率。
文檔編號H02K1/02GK101106314SQ200710142410
公開日2008年1月16日 申請日期2004年7月30日 優先權日2003年8月8日
發明者三上浩幸, 原田秀行, 常樂文夫, 谷口司, 金賀靖 申請人:日立家用電器公司