电动送风的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种能够实现电动机的轻量化并且提高励磁绕组的冷却性能来抑制电动机效率下降的电动送风机。电动送风机（1）具有鼓风机部（2）和换向器电动机（3），换向器电动机（3）具有定子（7）和转子（8），定子（7）具有定子铁芯（9）和励磁绕组（10），转子（8）具有轴（11）、转子铁芯（12）和换向器（13）。定子铁芯（9）的断面呈长方形环状，具有沿着长方形的长边方向延伸并在内侧设置有磁极（22a、22b）的长边部（9a、9b）和沿着长方形的短边方向延伸的短边部（9c、9d），并且定子铁芯（9）内接并固定在框架（6）上。设定子铁芯（9）的外形的短边的长度为B、长边部（9a、9b）的宽度为W、转子铁芯（12）的外径为d、定子（7）与转子（8）之间的气隙（20）的间隔为g，对B进行设定使得d＋2g＜B≤d＋2g＋2W成立。
【专利说明】电动送风机
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电动送风机。
【背景技术】
[0002]搭载在电动吸尘器等中的、鼓风机部与电动机一体形成的电动送风机，由于通常以30000?45000r/min的高转速使用，所以采用磁极为2个的换向器电动机。在这种电动送风机中，由于电动机产生的热量较大，所以米用将来自鼓风机部的排气引导至电动机的框架内来冷却电动机的结构。
[0003]然而，对于家庭用的电动吸尘器，强烈要求其轻量化，但是为了实现轻量化而将构成电动机的各部件一律从现有形状按相似的形状缩小的方面存在若干问题。
[0004]问题之一在于在必要的输出和耐用时间(寿命)已经确定的情况下，与现有技术相比难以大幅缩小转子铁芯的外径。在制造工序中，在电枢绕组的绕装作业中，需要避免与位于转子铁芯正上方的换向器发生干扰而且要使绕组横跨在相距规定间距的槽之间。在缩小了转子铁芯的外径的情况下，为了避免在该绕装作业时发生干扰，还需要缩小换向器的外径。然而，在缩小了换向器的外径的情况下，由于伴随而来的是电刷与换向器的换向片(segment)的接触面积也变小，所以电流密度增大，而无法得到所需要的电刷寿命。此外，由于换向片彼此的间隔缩短，所以难以确保绝缘性。因此，在电动机的轻量化方面，如何不缩小转子铁芯的外径而使定子铁芯小型化成为要解决的问题。
[0005]此外，还存在励磁绕组的温度上升问题。在缩小了定子铁芯的外形的情况下，由于磁极两侧的空间较小，所以需要使励磁绕组的线径变细。如果励磁绕组的线径变细，则电阻增加、产生的热量增加，而且如果绕组温度变高则电阻进一步增加。如果励磁绕组的电阻增力口，则由于铜损增加而导致电动机效率下降。因此，提高励磁绕组的冷却性能也是电动机轻量化时要解决的问题。
[0006]在专利文献I中，示出了在圆筒状的框架中内接、固定有外形形状为大致正方形的定子铁芯的结构。此外，还记载有通过使由框架和定子铁芯外形划分而成的4个风路的截面积大致均等而能够增大冷却效率的内容。
[0007]专利文献1:日本特公昭62-038939号公报
实用新型内容
[0008]然而，在专利文献I的现有技术中，没有公开轻量化的具体方法。此外，即使将定子铁芯的外形形状按与大致正方形的相似形状缩小，也存在励磁绕组的温度上升的问题。通常，励磁绕组比定子铁芯产生的热量多，特别是在以轻量化为目的为了缩小定子铁芯的外形而使励磁绕组细线化的情况下尤其显著。因此，随着定子铁芯的外形缩小，相较于使4个风路的截面积相等，改进4个风路的截面积的比率以使与励磁绕组接触的风量增加，能够更加提高电动机效率。
[0009]本实用新型是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够实现电动机的轻量化并且提高励磁绕组的冷却性能来抑制电动机效率下降的电动送风机。
[0010]为了解决上述问题、实现实用新型目的，本实用新型涉及的电动送风机，
[0011]其特征在于，包括:框架，其呈筒状；定子铁芯，内接并固定在上述框架上，其与上述框架的轴向垂直的断面的形状呈环状且外形形状呈大致长方形，具有一对短边部和一对长边部，其中，该一对短边部沿着上述长方形的短边方向延伸，该一对长边部配置在该一对短边部之间，沿着上述长方形的长边方向延伸，并在其内侧设置有一对磁极；励磁绕组，其卷绕在上述一对磁极上，配置成其线圈端部绕过上述一对长边部的外侧；转子，其具有:环状的转子铁芯，固定在轴上，以旋转自由的方式隔着气隙与上述定子铁芯的内侧相向地配置、电枢绕组，其卷绕在上述转子铁芯上、以及换向器，其固定在上述轴上，并且与上述电枢绕组连接；风扇，其随着上述转子的旋转而旋转；以及风扇导向部，其将伴随上述风扇旋转而产生的空气的流动引导至设置在上述框架与上述定子铁芯之间的风路，其中各上述长边部中，在设置于该长边部的上述磁极的两侧的第一宽度大于在该磁极的中央部的第二宽度，设上述定子铁芯的外形的短边的长度为B、上述一对长边部的上述第一宽度为W、上述转子铁芯的外径为d、上述气隙的间隔为g，对B进行设定使得d + 2g < B≤d + 2g + 2W成立。
[0012]根据本实用新型，起到能够实现电动机的轻量化并且提高励磁绕组的冷却性能来抑制电动机效率下降的效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 图1是表示实施方式I涉及的电动送风机的概略结构的纵截面图。
[0014]图2是从风扇一侧的轴向观察实施方式I涉及的换向器电动机的主要部分的图。
[0015]图3是表示(B/D)与S的关系的图。
[0016]图4是从风扇一侧的轴向观察实施方式2涉及的换向器电动机的主要部分的图。
[0017]图5是实施方式3涉及的电动送风机的换向器电动机的电刷的位置上的横截面图。
[0018]图6是从风扇一侧的轴向观察实施方式4涉及的换向器电动机的主要部分的图，且是箭头表示易于磁化方向的图。
[0019]图7是在A < B时与图2对应的结构图。
[0020]图8是表示实施方式3涉及的电动送风机的换向器电动机的电刷的位置上的横截面图。
[0021]符号说明
[0022]1电动送风机
[0023]2鼓风机部
[0024]3换向器电动机
[0025]4 风扇
[0026]5风扇导向部
[0027]6 框架
[0028]7 定子
[0029]8 转子[0030]9定子铁芯
[0031]9a、9b 长边部
[0032]9c、9d 短边部
[0033]10励磁绕组
[0034]10a、IOb 线圈端部
[0035]11 轴
[0036]12转子铁芯
[0037]12a 齿部
[0038]12b 槽部
[0039]13换向器
[0040]14、I5 轴承
[0041]16 端部
[0042]17电枢绕组
[0043]18换向片
[0044]19 电刷
[0045]20 气隙
[0046]21 托架
[0047]22a、22b 磁极
[0048]25a ?25d 风路
【具体实施方式】
[0049]下面，基于附图，对本实用新型涉及的电动送风机的实施方式进行详细说明。此夕卜，本实用新型不限定于该实施方式。
[0050](实施方式I)
[0051]图1是表示本实施方式涉及的电动送风机的概略结构的纵截面图。电动送风机I大致划分为由产生吸入力的鼓风机部2和驱动鼓风机部2的换向器电动机3这两个单元构成。电动送风机I例如能够应用于电动吸尘器。
[0052]鼓风机部2包括:具有多个翼的风扇4 ;和覆盖风扇4并且将随着风扇4的旋转而流通的空气引导至换向器电动机3的风扇导向部5。换向器电动机3包括:固定在杯(筒)状的框架6的内侧并发挥励磁作用的定子7 ;和隔着气隙20与定子7的内侧相向地配置、并且以旋转自由的方式被支承且发挥电枢作用的转子8。
[0053]定子7包括:层叠固定多片电磁钢板而成的定子铁芯9和绕装在定子铁芯9上的励磁绕组10。通过使电流流过励磁绕组10，在定子7的内侧产生磁场。
[0054]转子8包括:配置在中心的轴11 ;围绕轴11被固定并通过层叠固定多片电磁钢板而成的环状的转子铁芯12 ;绕装在转子铁芯12上的电枢绕组17 ;以及与转子铁芯12分离配置、并且围绕轴11被固定的换向器13，转子8通过轴11和轴承14、15以旋转自由的方式支承在框架6上。
[0055]鼓风机部2 —侧的轴承14收纳在托架21中，该托架21以横穿框架6的开口部地架设的方式设置，另一个(与鼓风机部2 —侧相反的一侧)轴承15收纳在框架6的底部。[0056]在轴11的鼓风机部2 —侧的端部16固定有风扇4,随着转子8的旋转,将风扇4旋转驱动。通过熔融(热嵌)等方法，将构成电枢绕组17的多个线圈的始端(开始卷绕的末端)和终端(结束卷绕的末端)与换向器13的换向片18电连接。保持在框架6上、且被弹簧按压于换向器13而与其滑动接触的一对电刷19中，一个电刷与励磁绕组10中的一个励磁绕组连接，另一个电刷与励磁绕组10中的另一个励磁绕组连接，并且励磁绕组与电源(未图示)连接，经由换向器13对电枢绕组17供给电流(电枢电流)。
[0057]通过由定子7产生的磁场和电枢电流，使转子8产生旋转转矩。为了使转子8的旋转方向一定，而以与转子8的相位匹配地切换流过电枢电流的线圈的方式对电枢绕组17与换向片18进行接线。
[0058]图2是从风扇4 一侧的轴向观察换向器电动机3的主要部分的图。但是，在图2中，框架6是断面结构。如图2所示，定子铁芯9呈环状且其外形形状呈大致长方形，内接并固定在圆筒状的框架6上。框架6的内径用D表示，作为定子铁芯9的外形的大致长方形的长边用A表示，短边用B表示。定子铁芯9包括:包含上述长方形的一个短边、以大致一定的宽度沿着短边方向延伸的短边部9c ;包含上述长方形的另一个短边、以大致一定的宽度沿着短边方向延伸的短边部9d ;长边部9a，其配置在短边部9c、9d之间并与短边部9c、9d—体设置，沿着上述长方形的长边方向延伸，并且在内侧(内径侧)设置有磁极22a ;和长边部％，其配置在短边部9c、9d之间并与短边部9c、9d—体设置，沿着上述长方形的长边方向延伸，并且在内侧(内径侧)设置有磁极22b。
[0059]短边部9c、9d例如宽度彼此相同,在长边方向上相互相向。长边部9a除设置有磁极22a的部位以外其他部位大致为一定的宽度W。S卩，长边部9a在磁极22a的长边方向的两侧的宽度W大致一定。同样，长边部9b除设置有磁极22b的部位以外其他部位大致为一定的宽度W。即，长边部9b在磁极22b的长边方向的两侧的宽度W大致一定。长边部9a、9b在短边方向上相互相向。此外，在图示例中，短边部9c、9d的宽度例如也是W。这样，定子铁芯9与框架6或轴11的轴向垂直的断面的形状如图2所示那样呈大致长方形环状，在长边部9a、9b设置有一对磁极22a、22b。
[0060]在定子铁芯9的内侧，以旋转自由的方式配置有转子铁芯12，该转子铁芯12的断面为圆形，并且在中心设置有轴11。在转子铁芯12中，沿着外周设置有多个齿部12a，在相邻的齿部12a之间设置有槽部12b。转子铁芯12的外径用d表示。此外，在图2中，仅示出了齿部12a和槽部12b的一部分。此外，虽然上述电枢绕组17隔着槽部12b绕装在转子铁芯12的齿部12a上，但是省略了电枢绕组17的图示。
[0061]磁极22a、22b均朝向内侧(内径侧)突出，并且相互相向。这样，磁极数为2个。磁极22a、22b的内侧(内径侧)的形状是沿着转子铁芯12的外形的圆弧状。气隙20由磁极22a、22b与转子铁芯12之间的间隔决定。气隙20的间隔用g表示。磁极22a、22b的长边方向的中央部的宽度ε (第二宽度)小于宽度W (第一宽度)。
[0062]励磁绕组10围绕定子铁芯9的2个磁极22a、22b卷绕。具体而言，利用磁极22a的一个前端部(朝向内径侧突出设置的部位)与短边部9c之间的空间(间隙α )、磁极22a的另一个前端部(朝向内径侧突出设置的部位)与短边部9d之间的空间(间隙α )、磁极22b的一个前端部(朝向内径侧突出设置的部位)与短边部9c之间的空间(间隙α )、以及磁极22b的另一个前端部(朝向内径侧突出设置的部位)与短边部9d之间的空间(间隙α )，绕装励磁绕组10。线圈端部10a、IOb若以最短路径呈直线状地连接磁极22a、22b各自的两侧则与转子8发生干扰，所以通过使线圈端部10a、10b呈圆弧状地绕过长边部9a、9b的外侧，来避免上述情况。
[0063]在长边部9a的外侧与框架6的内侧之间设置有风路25a,在长边部9b的外侧与框架6的内侧之间设置有风路25b，在短边部9c的外侧与框架6的内侧之间设置有风路25c，在短边部9d的外侧与框架6的内侧之间设置有风路25d。在风路25a~25d，伴随风扇4的旋转，流通有从鼓风机部2通过风扇导向部5引导的空气。励磁绕组10的线圈端部10a、IOb分别面对着长边部9a、9b的外侧的风路25a、25b。此外，风路还设置在转子铁芯12与短边部9c之间的空间和转子铁芯12与短边部9d之间的空间中。
[0064]在本实施方式中，相对于定子铁芯9的外形的长边的长度A、短边的长度B、长边部9a、9b的宽度W、转子铁芯12的外径d、气隙20的间隔g、框架6的内径D，设定B以使下式成立:
[0065]d + 2g<B^d + 2g + 2Ψ"(式 I)。
[0066]其理由如下所述。
[0067]定子铁芯9的外形的投影面积S为:
[0068]S=AXB...(式 2)。
[0069]在投影面积中，虽然也包含励磁绕组10 (例如铜)、间隙(空气)等的断面，但是整体来看可以考虑使S的值变小来实现换向器电动机3的轻量化。由于定子铁芯9与框架6内接，所以下式大致成立:
[0070]A2 + B2=D2-(式 3)。
[0071]由于基于(式2)和(式3)，得到S= (D2-B2) °_5XB，所以下式成立:
[0072]S=D2X (1- (B/D)2)0 5X (B/D)...(式 4)。
[0073]图3基于(式4)以(B/D)作为变量示出了 S与(B/D)的关系。如图3所示，当(B/D)的值为v「0.5时、也就是说定子铁芯9的外形为正方形时，S的值为最大，(B/D)的值越接近O或1，S的值越小。(B/D)的值靠近O相当于使B变小，靠近I相当于使A变小。
[0074]在使A变小的情况下，长边部9a、9b的外侧的风路25a、25b各自的截面积减少，短边部9c、9d的外侧的风路25c、25d各自的截面积增加。由于励磁绕组10的线圈端部10a、IOb分别面对着长边部9a、9b的外侧的风路25a、25b，所以在使A变小的情况下，励磁绕组10的冷却效率下降。
[0075]此外，通常励磁绕组10的绕装作业通过将被称为型模(former)的工具覆盖在磁极22a、22b上，使励磁绕组10—边在型模上滑动，一边从间隙α插入到磁极22a、22b的根基侧而进行。如果A变小，则间隙α变窄，励磁绕组10的填充率(space factor)降低，导致电动机效率下降。此外，在图7中示出了 B > A时与图2相当的结构。如图7所示可知，在使A变小的情况下，间隙α变窄，从而难以利用该间隙α进行励磁绕组10的绕装。
[0076]在使B变小的情况下，长边部9a、9b的外侧的风路25a、25b各自的截面积增加，短边部9c、9d的外侧的风路25c、25d各自的截面积减少。由于励磁绕组10的线圈端部10a、IOb分别面对着长边部9a、9b的外侧的风路25a、25b，所以在使B变小的情况下，励磁绕组10的冷却效率提高。因此，使B变小比使A变小更有利。
[0077]使B变小的界限由磁极22a、22b的中央部的宽度(壁厚)ε所需长度决定。由于磁通在磁极22a、22b的中央附近左右分开，所以中央附近与定子铁芯9的其它部分相比磁通密度较低。然而，虽然由励磁绕组10生成的磁通左右对称，但是由于存在由电枢绕组17生成的磁通，所以合成后的磁通密度的分布并非左右对称，而是相对于旋转方向向后侧偏移。由于该偏移使得磁通稍稍穿过磁极22a、22b的中央附近，所以需要与该磁通对应的宽度(壁厚)ε (当然即使最大也小于W)。此外，为了确保定子铁芯9的强度需要最低限的宽度(壁厚)ε。由此，根据下式的范围选择ε是适当的:
[0078]O < ε ≤W-(式 5)。
[0079]另一方面，B由下式表不:
[0080]B=d + 2g + 2 ε...(式 6)。
[0081]由此，由基于(式5)和(式6)得到的(式I)规定B是适当的。
[0082]通过上述结构，能够实现换向器电动机3的轻量化，并且通过使磁极22a、22b的背面侧的风路截面积变大、风量增加，能够改善位于附近的励磁绕组10的冷却性能，抑制电动机效率下降。
[0083](实施方 式2)
[0084]图4是从风扇4 一侧的轴向观察本实施方式的换向器电动机3的主要部分的图。此外，关于图1的结构与实施方式I相同。图4是在图2中添加了托架21而成的图。其中，框架6与图2不同并非断面。此外，在图4中，对与图1和图2相同的结构要素标注相同的符号。
[0085]如图4所示，在本实施方式中，收纳鼓风机部2 —侧的轴承14的托架21以其横穿框架6的开口部的方向(托架21的长度方向)与具备磁极22a、22b的长边部9a、9b大致平行的方式配置。在如托架21这样的配置结构中，具有以下将要说明的优点。
[0086]图4的斜线部分示出风路中由托架21堵塞的部分。被堵塞的部分仅是短边部9c、9d的外侧的风路25c、25d，长边部9a、9b的外侧的风路25a、25b完全没有被堵塞。由于短边部9c、9d与框架6之间的间隙比长边部9a、9b与框架6之间的间隙窄，所以托架21以其横穿框架6的开口部的方向(托架21的长度方向)与长边部9a、9b大致平行的方式配置的情况，和以与长边部9a、9b大致正交的方式配置的情况相比，风路被堵塞的部分变小。此外，在图4的结构中，托架21不遮挡励磁绕组10的轴向。
[0087]通过上述结构，能够将由托架21堵塞的风路截面积抑制得较小。此外，由于托架21不遮挡励磁绕组10的轴向，所以不妨碍从轴向直接吹到励磁绕组10上的冷却风。本实施方式的其它结构、作用、效果与实施方式I同样。
[0088](实施方式3)
[0089]图5是本实施方式涉及的电动送风机I的换向器电动机3的电刷19的位置上的横截面图。此外，本实施方式的电动送风机I的概略结构和换向器电动机3的结构与实施方式I相同(参照图1和图2)。此外，在图5中，对与图1和图2相同的结构要素标注相同的符号。此外，图8是表示其它的电刷19配置的、电动送风机I的换向器电动机3的电刷19的位置上的横截面图。
[0090]在本实施方式中，在实施方式I的结构的基础上，如图5所示那样在长边部9a、9b的外侧的风路25a、25b上还配置有与换向器13接触的电刷19。即，在从框架6的轴向俯视时，电刷19以与短边部9c、9d大致平行地横穿风路25a、25b的方式配置。[0091]因此，在图8中与电刷19接触的冷却风很少，但是根据上述结构，除了实施方式I的效果之外，还通过在风路截面积增大且风量增加的长边部9a、9b的外侧的风路25a、25b上配置电刷19，使得与电刷19接触的冷却风的风量也增多，冷却性能得到提高。在电刷19与换向器13的接触部，由于产生换向火花而成为高温。通常，由于温度越高，电刷19的磨损进行得越快，所以通过提高电刷19的冷却性能，能够实现电刷19的长寿命化。此外，还能够组合本实施方式和实施方式2。
[0092](实施方式4)
[0093]图6是从风扇4 一侧的轴向观察本实施方式涉及的换向器电动机3的主要部分的图，由箭头表示易于磁化方向。此外，在图6中，双点划线表示左半部分一侧的磁路的大致中心线。
[0094]在本实施方式中，除了实施方式I的结构以外，如图6所示那样使定子铁芯9的材料的易于磁化方向与长边部9a、9b大致平行。
[0095]穿过定子铁芯9的磁路的长度在与易于磁化方向平行的方向上大致为Ll=A-W,在与易于磁化方向正交的方向上大致为L2=B-W。对于A > B，则LI > L2。也就是说，由于定子铁芯9中占整个磁路长度的比例为与易于磁化方向平行的磁路的长度>与易于磁化方向正交的磁路的长度，所以能够实现电动机效率的提高。本实施方式的其它结构、作用、效果与实施方式I同样。此外，还能够组合本实施方式和实施方式2、3。
[0096]本实用新型适于例如用于电动吸尘器的电动送风机。
【权利要求】
1.一种电动送风机，其特征在于，包括: 框架，其呈筒状； 定子铁芯，内接并固定在所述框架上，其与所述框架的轴向垂直的断面的形状呈环状且外形形状呈大致长方形，具有一对短边部和一对长边部，其中，该一对短边部沿着所述长方形的短边方向延伸，该一对长边部配置在该一对短边部之间，沿着所述长方形的长边方向延伸，并在内侧设置有一对磁极； 励磁绕组，其卷绕在所述一对磁极上，配置成其线圈端部绕过所述一对长边部的外侧； 转子，其包括:环状的转子铁芯，固定在轴上，以旋转自由的方式隔着气隙与所述定子铁芯的内侧相向地配置；电枢绕组，其卷绕在所述转子铁芯上；以及换向器，其固定在所述轴上，并且与所述电枢绕组连接； 风扇，其随着所述转子的旋转而旋转；以及 风扇导向部，其将伴随所述风扇旋转而产生的空气的流动引导至设置在所述框架与所述定子铁芯之间的风路，其中 各所述长边部中，在设置于该长边部的所述磁极的两侧的第一宽度大于在该磁极的中央部的第二宽度， 设所述定子铁芯的外形的短边的长度为B、所述一对长边部的所述第一宽度为W、所述转子铁芯的外径为d、所述气隙的间隔为g，对B进行设定使得d + 2g < B≤d + 2g + 2W成立。
2.根据权利要求1所述的电动送风机，其特征在于: 所述轴由一对轴承支承， 设置有将所述风扇一侧的轴承收纳的托架，其横穿所述框架的开口部且架设， 所述托架以其横穿所述开口部的方向即其长度方向与所述一对长边部大致平行的方式配置。
3.根据权利要求1或2所述的电动送风机，其特征在于: 设置有电刷，其与所述换向器滑动接触，并且经由所述换向器与所述电枢绕组电连接， 所述电刷配置在所述一对长边部的外侧的风路上。
4.根据权利要求1或2所述的电动送风机，其特征在于: 使所述定子铁芯的材料的易于磁化方向与所述一对长边部大致平行。
【文档编号】F04D25/08GK203488395SQ201320464758
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年7月31日 优先权日:2012年7月31日
【发明者】桶谷直弘, 马场和彦, 早津守, 安岛武彦, 尾高秀一, 滨崎光将 申请人:三菱电机株式会社, 三菱电机家用电器株式会社