专利名称：整流子电动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于搭载于电吸尘器等的电动送风机的整流子电 动机(整流子乇一夕)的铁心构成。
背景技术：
过去，在用于电动送风机的电动机中，多使用磁极为2极的整流子 电动机。这是因为，该电动机可具有串激特性，即，当负荷轻时转速增 加，当负荷重时转速下降，产生高转矩，所以，具有适于送风机驱动的 特性。
在过去的整流子电动机中，定子铁心和电枢铁心材料使用相同材 质，由金属模冲裁电磁钢板，层叠形成为定子和电枢铁心，将励磁线圏 巻装于该定子铁心的磁极部，将电枢线圏巻装于电枢铁心的槽部。在这 里，电吸尘器为整流子电动机使用得最多的产品中的一种，为了使电吸 尘器本体小型轻量，提高操作性，要求搭载的整流子电动机也为小型轻 量的构成。为此，作为使搭载电动机小型轻量化的手段，例如在电气学 会旋转机械研究会资料RM-96-28"吸尘器用通用电动机的电力密度的 提高"记栽的那样，采用设定高转速和将电动机铁心的磁通密度设定得 较高的方法等。
另外，对于电吸尘器，作为与小型轻量化一起要求的性能具有吸入 力。吸入力受电动送风机的输出影响很大，但在家用的电吸尘器中，供 给到电动机的电力存在限度，所以，提高作为驱动源的整流子电动机的
效率以增加电动机输出成为提高吸入力的关键。 (非专利文献l)
电气学会旋转机械研究会资料RM-96-28"吸尘器用通用电动机的 电力密度的提高"第21页~第30页。
作为提高电动机效率的观点，可列举出风损、电刷周围的摩擦损失、 轴承摩擦损失等机械损失的降低、从铁心部发生的铁损的降低、从线圏 部发生的铜损的降低等。
然而，在将电动机体积减小到极限、重量减轻了的电动机中， 一般 磁通流路的断面积减少，所以，获得必要输出所需要的磁通对电流增加 进行补充，难以降低铜损。为此，如不等待成为低摩擦系数的轴承和电 刷或单位磁通的损失系数小的低损失铁心材料等材料方面的开发，则不
可能大幅度提高效率。
发明内容
本发明的目的在于获得一种整流子电动机，该整流子电动机可降低 搭载于电吸尘器等的整流子电动机的电枢铁心(电机子铁心)的铁损， 同时获得降低了励磁电流增加的高效率。
为了达到上述目的，本发明的定子铁心使用在高磁通密度区域(约 1.6 ~ 1.8T )磁化特性的劣化也较少的材质的电磁钢板，电枢铁心使用至 少直到中磁通密度区域(约1.2~1.4T)磁化特性的劣化也较少、铁损 特性良好的材质的电磁钢板，组合这些定子铁心与电枢铁心构成整流子 电动才几。
按照本发明，在消耗驱动整流子电动机所需磁动势的大半的定子铁 心使用在高磁通密度区域(约1.6-1.8T)磁化特性良好的铁心材料， 在电枢铁心组合对铁损降低有效的薄板的、至少直到中磁通密度(约 1.2"1.4T)磁化特性良好的铁心材料，从而抑制励磁电流的增加，而且 降低了电枢铁心铁损，可获得高效率的整流子电动机。
图1为示出本发明实施例的电吸尘器用电动送风机的半断面图。
图2为本发明的整流子电动机的A-A断面图。
图3为铁心材料的磁化特性的说明图。
圓4为铁心材料的铁损特性的说明图
图5为电动机励磁磁动势的试算结果的说明图。
图6为电动规格和特性的说明图。
图7为本发明另一实施例的说明图。
图8为本发明另一实施例的说明图。
图9为本发明另一实施例的说明图。
图IO为频率与铁损的关系图。
具体实施例方式
下面根据图1~图6说明本发明的实施形式的一例。 图1为示出本发明电动送风机的构成的一实施例。电动送风机50 的电动机侧在壳体21和端部托架24内由电枢2和定子l构成。另外， 围住设于电动机的输出轴端的风扇30地设置扩散器31和外壳32。
电动机的定子1在壳体21内由定子铁心5和励磁线圏3构成，通 过在励磁线圏3中流过电流，从而由励磁磁动势产生主磁通。与定子铁 心5隔开间隙15配置的电枢2具有轴20，由设于壳体21和端部托架 24的轴心的轴承22a、 22b支承，在轴20设置整流子9和电枢铁心6， 在电枢铁心6的槽巻绕电枢线圏4，各线圏的两端连接到构成整流子9 的各整流子片。
当在电动机的端子间加交流电压时，电动机电流通过定子一方的励 磁线圏3流到电刷8，在电枢的电力送出接受时，通过一方的电刷8与 整流子9的机械的滑动接触产生通电而使电流流到电枢线圏4，通过其 它的电刷8连接到其它的励磁线圏3，从而构成电路，在电动机产生驱 动力。
图2示出图1的电动机的A-A断面图。定子铁心5由磁轭部5-b、 磁极部5-a、及励磁线圏3构成。另外，定子铁心5通过由金属模将电
磁钢板冲裁成预定的形状后层叠而形成，安装励磁线圏3形成定子1。 另一方面，电枢铁心6包括齿部6-a和铁心背部6-b，与定子铁心5同 样，使用金属模沖裁成预定的形状尺寸后层叠，巻装电枢线圏4而制作。
本发明的整流子电动机的转速设定为30, 000r/min或其以上的高 速，对于电动机的铁心各部的磁通密度，通过在约1.0~1.8T的较高的 磁通密度的状态下驱动，从而提高单位体积的磁能。具体地说，在电枢 铁心的心背部约为1.2~1.4T，定子铁心的磁辄部约为1.6~ 1.8T。铁心 背部的磁通密度设定得比磁轭部的磁通密度低的原因在于，在构成定子 4失心的磁辄部交链商用'频率50~60Hz的频率的磁通，而在构成电枢铁 心的铁心背部交链转速30，000r/min相当或其以上的频率500Hz或其以 上的高频率的磁通，铁损发生较多，所以，为了抑制铁损采用降低磁通 密度的设计。另外，电动机的消耗电力一般作为家庭的插座电源按成为 上限级别的900~ 1000W级规格将电动机质量减轻到1200g或其以下。
图3示出本发明的铁心材料的磁特性，图4示出图3所示铁心材料 的铁损特性。磁化特性表示用于获得所需要的磁通密度的磁化力，作为 电动机用的铁心材料，图3的特性曲线的朝右上的斜率越大则越有用。 即，用于获得相同磁通密度的磁化力越少则越可降低励磁电流，所以， 对电动机的高效率化有利。
另一方面，对于搭载于电吸尘器等的按高速驱动的整流子电动机的 铁损，由于转速也设定在30， 000r/min或其以上，所以，构成铁损的 磁滞损耗与涡流损耗的构成比由涡流损耗支配。因此，为了降低高频的 铁损， 一般使用薄板的电磁钢板。
当鉴定磁化特性和铁损特性两者时，作为电动机铁损材料有用的材 料可以说是磁化特性良好、具有即使由高频驱动铁损也较小的特长的铁 心材料。然而，磁化特性良好的铁心材料A的铁损大，铁损特性良好的 铁心材料B的磁化特性下降。即，磁化特性和铁损特性具有相反的作用。
图5示出使用上述铁心材料A、 B的电动机的铁心部的消耗磁动势 (以下记为AT)试算结果。在各电动机中，定子铁心形状与电枢铁心 形状及层叠厚度相同。另外，图5在使各电动机为相同输出的意义下按
磁通密度T、磁路长[cm、AT的顺序分别示出铁心材料各部的磁通密 度在各电动机中相同地设计的场合的结果。AT为根据电动机铁心各部 的磁通密度决定的磁化力和磁路长的积，总AT为将其合计后获得的值。 在这里，总AT与励磁电流和励磁线圏圏数的积成比例，所以，如设定 励磁线圏圏数，则可决定励磁电流。
已有技术(1)的电动机为定子和电枢铁心材料都采用铁心材料A 的电动机，已有技术(2)的电动机为与定子和电枢铁心材料都采用铁 心材料B的电动机。本发明电动机的定子铁心材料使用铁心材料A，电 枢铁心材料为铁心材料B，形成使材质不同的构成。
如上述那样，在各电动机中定子铁心形状和电枢铁心形状及层叠厚 度相同，磁通密度和磁路长度相同，所以，总AT根据铁心材料的磁化 特性决定。
在各电动机列中比较总AT可知，首先，相对已有技术(1)电动 机，已有技术(2)电动机的总AT约增加到1.1倍(=360/320)。当注 意铁心材料各部的AT时可知，该差由磁轭部的AT差引起。即，在磁 轭部由于为高达1.7T左右的高磁通密度，而且磁路也长，所以，消耗 了总AT的大半，但在已有技术(2)电动机中，由于在高磁通密度区 域(图3区域(2))的起化力使用铁心材料B，所以需要比铁心材料A 多，可以说总AT也增大。而且，在已有技术(2)电动机的电枢铁心 侧，磁通密度为1.4T左右时，在铁心材料A、 B的磁化特性没有大的 差别(图3区域(1))，此外，在齿部，磁通密度高达1.8T左右，但 由于在电动机的构造上磁路比磁轭部短，所以，相对已有技术(l)电 动机未出现大的差别。
在本发明电动机中，为了极力不增加总AT而且降低电枢侧的铁损， 定子铁心采用铁心材料A，电枢铁心采用铁心材料B。结果，如磁轭部 的AT消耗量与已有技术(1)电动机相等，电枢铁心侧的AT消耗量为 1.4T左右，则由该AT试算结果可知，铁心材料B也不增加。
图6示出上述已有技术(1) 、 (2)电动机和本发明电动机的规格 和特性的比较例。
励磁线圏数通过将风扇的负荷和输入及转速作为输入值根据上述
总AT计算出。已有技术(2)电动机的总AT相对其它的已有技术(l) 电动机和本发明电动机较大，所以，必须将励磁线圏巻绕次数多设定3 圏。本发明电动机如上述那样，总AT与已有技术(1)电动机相等， 所以，在本例中励磁线圏巻绕圏数也与已有技术(1)电动机相同，为 50圏。
已有技术(2)电动机即使适用低铁损的铁心材料B，相对已有技 术(l)电动机效率也仅提高0.2%左右。这是因为将励磁线圏巻绕圏数 设定得较多，从励磁线圏发生的铜损增加，与铁损降低量抵消。
另一方面，本发明电动机的效率相对已有技术(1)电动机可实现 约1%左右的提高。电枢铁心6采用铁心材料B,降低铁损，定子铁心 5采用铁心材料A，使总AT与已有技术(l)电动机相等，从而不增加 铜损即可实现铁损降低。因此，本发明的电动机构成可证实有利于提高 电动机的效率。
图7示出本发明另一实施例。在上述实施例中，说明了定子铁心5 的层叠厚度Lc与电枢铁心6的层叠厚度La相同的场合，在这里说明定 子铁心5的层叠厚度Lc与电枢铁心6的层叠厚度La相互不同的场合。 图7为定子铁心5的层叠厚度Lc比电枢铁心6的层叠厚度La大的场 合。在该场合，层叠厚度的增加可增加用于确保励磁磁通量的铁心断面 积，所以，具有获得所需要的励磁磁动势(起磁力)所需要的励磁线圏 巻绕次数可较少的优点。当励磁线圏巻绕次数较少时，电枢铁心侧的铁 损下降，而且有利于励磁线圏的铜损下降，所以，可使电动机效率更高。
相反，在电枢铁心6的层叠厚度La比定子铁心5的层叠厚度Lc 大的场合，可获得降低电枢铁心的磁通密度的作用，所以，电枢铁心的 4失损进一步降低，同时，电枢铁心的表面积增加，所以，散热性提高， 电枢线圏的温度上升受到抑制，具有降低电枢线圏铜损的效果。
图8为本发明另一实施例的说明图。在本实施例中，定子铁心5形 成为在定子铁心拼合(分割)部40拼合(分割)的构造。在定子铁心 为一体构造的场合，定子铁心的内周即收容电枢铁心的部位作为废材处
理，但通过形成为拼合构造，可提高电磁钢板的材料利用率，降低材料 费用，从而具有可更廉价地提供本发明电动机的优点。
图9为本发明另 一实施例的说明图。定子铁心5为了确保与壳体21 内周面的牢固的固定和相对电动机驱动时的振动的刚性设置凿紧部41, 相互固定电磁钢板。另一方面，关于电枢铁心6，当设置凿紧部41时， 相对电枢铁心6的圆周方向磁阻平衡破坏，所以，成为整流恶化的原因 之一，所以，将轴20插入到电枢铁心6的内周，通过设于轴20外周的 凹凸部42与电枢内周面的摩擦接触进行电磁钢板相互的固定和电枢铁 心6与轴20的固定，通过轴20将由电枢铁心6发生的转矩可靠地传递 到风扇30。在这里，从铁损降低的面考虑，用于电枢铁心6的电磁钢板 的厚度最好尽可能地薄，但当过薄时，上述摩擦接触的强度下降，可能 妨碍电动机的稳定动作。另外，当由金属模冲裁电枢铁心6时，电磁钢 板越薄则每一片的变形率越高。因此，在本发明的电动机中，根据从铁 心材料的弹性限度值和电枢2的外径值求出的弹性限度，将用于电枢铁 心6的电磁钢板的厚度下限设为用于定子铁心5的电磁钢板的厚度的 1/4。
最后，对于在本发明使用的铁心材料A和铁心材料B,相对频率的 铁损特性也不同。图IO示出铁心材料A和铁心材料B的由铁损试验装 置测定的频率与铁损的关系。 一般当由金属模冲裁电磁钢板时，已知对 于某些冲裁形状最大成为比由铁损试验装置获得的铁损值大3成左右的 值。根据图10可知，铁心材料A的铁损值相对铁心材料B增加3成的 频率为500Hz或其以上。即，在2极整流子电动机中，如电枢为 30000r/min (=500x60)或其以上，则考虑由金属模冲裁铁心材料时产 生的铁损增加，也可可靠地发挥本发明的效果。
以上说明了本发明电动机的实施内容。从铁心各部的磁通密度可看 出，对具有消耗总AT大半的磁轭部的定子铁心使用即使为高磁通密度 磁化特性也良好的铁心材料，对具有中磁通密度的铁心背部的电枢铁心 适用至少在中磁通密度下磁化特性良好而且铁损少的铁心材料，从而可 获得励磁电流少、铁损降低的高效率的整流子电动机。
按照本发明，定子铁心使用在高磁通密度区域(约1.6 1.8T)磁 化特性的劣化也较少的材质，电枢铁心使用至少在中磁通密度区域(约 1.2~1.4T)磁化特性的劣化少、铁损特性良好的材质，通过这样组合， 构成整流子电动机。这样，可获得降低了搭载于电吸尘器等的整流子电 动机的电枢铁心的铁损并抑制了励磁电流增加的高效率的整流子电动 机。
权利要求
1.一种整流子电机，具有定子铁心和电枢，该定子铁心通过层叠电磁钢板而构成，并在其磁极部卷装励磁线圈，该电枢与该定子铁心隔开间隙地配置，上述电枢具有轴、设于该轴的电枢铁心和整流子、以及卷装于上述电枢铁心的槽，并且两端连接于上述整流子的电枢线圈，其特征在于，上述定子铁心使用铁心材料A，上述电枢铁心使用铁心材料B，上述铁心材料A和铁心材料B在磁通密度为1.2-1.4T的区域，磁化力H(A/m)相等，在磁通密度为1.6-1.8的区域，同样磁通密度下的磁化力H(A/m)为铁心材料A＜铁心材料B。
2. 如权利要求1所述的整流子电机，其特征在于，上述铁心材料 A的铁损和上述铁心材料B的铁损为铁心材料A〉铁心材料B。
3. —种电动送风机，具有定子铁心和电枢，该定子铁心通过层叠 电磁钢板而构成，并在其磁极部巻装励磁线圏，该电枢与该定子铁心隔 开间隙地配置，上述电枢具有轴、设于该轴的电枢铁心和整流子、巻装于上述电枢 铁心的槽并且两端连接于上述整流子的电枢线圏、以及固定在上述轴上 的风扇，其特征在于，具有整流子马达，该整流子马达其上述定子铁心使用铁心材料A， 上述电枢铁心使用铁心材料B，上述铁心材料A和铁心材料B在磁通 密度为1.2-1.4T的区域，磁化力H(A/m)相等，在磁通密度为1.6-1.8的区域，同样磁通密度下的磁化力H ( A/m)为铁心材料A〈铁心材 料B。
4. 如权利要求3所述的电动送风机，其特征在于，具有上述铁心 材料A的铁损和上述铁心材料B的铁损为铁心材料A"失心材料B的整 流子马达。
全文摘要
定子铁心使用在高磁通密度区域(约1.6～1.8T)磁化特性的劣化也较少的材质构成，电枢铁心由至少直到中磁通密度区域(约1.2～1.4T)磁化特性的劣化也较少、铁损特性良好的材质构成，组合两者，构成整流子电动机。这样，可降低搭载于电吸尘器等的整流子电动机的电枢铁心的铁损，同时获得降低了励磁电流增加的高效率。
文档编号H02K1/02GK101106314SQ200710142410
公开日2008年1月16日 申请日期2004年7月30日 优先权日2003年8月8日
发明者三上浩幸, 原田秀行, 常乐文夫, 谷口司, 金贺靖 申请人:日立家用电器公司