專利名稱：換向器電動機(jī)、電動送風(fēng)機(jī)及電動吸塵器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有電刷的換向器電動機(jī)，內(nèi)部裝有該換向器電動機(jī)的電動送風(fēng)機(jī)及內(nèi)部裝有該電動送風(fēng)機(jī)的電動吸塵器。
背景技術(shù)：
換向器電動機(jī)多使用于電動工具和吸塵器及毛發(fā)吹風(fēng)機(jī)等家用電器。這些家用電器所使用的電動機(jī)幾乎都是電源為交流100V的換向器電動機(jī)，與電機(jī)的效率相比更重視其輕便性，以小型、重量輕、高轉(zhuǎn)矩為特征。另外，對于家用電器而言，在產(chǎn)品的壽命期內(nèi)需要更換電刷的使用例子很少。作為電動吸塵器用的驅(qū)動源所使用的換向器電動機(jī)的主要結(jié)構(gòu)包括環(huán)狀定子； 設(shè)置在該定子磁極部之間的電樞；以及對該電樞的電樞繞組進(jìn)行電力的授受的換向器和電刷。對于這種電動吸塵器用換向器電動機(jī)，要求實現(xiàn)高輸出化、高效率化、小型輕量化、電刷的長壽命化以及低振動化等。尤其是近年來，從地球環(huán)境保護(hù)的觀點來看，消費者對節(jié)能意識的提高，高效率化的要求進(jìn)一步提高。對于高輸出化，實現(xiàn)了輸入功率的提高，按照日本技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)“JIS C9108電動吸塵器”的規(guī)定，公稱輸入功率以IKW為標(biāo)準(zhǔn)。對于電刷的長壽命化，使用了高電阻電刷，所使用的電刷的電阻率達(dá)到30000 μ Ω 以上。作為更高的高輸出化、高效率化，可以認(rèn)為降低在圖1所示的電動機(jī)的損失構(gòu)成中損失比例大的電刷的電損耗是有效的。為了降低電刷的電損耗，若單純使用電阻率小的電刷并不能確保電刷壽命，因而不得不加長電刷的長度來確保壽命。但是，長電刷與圖1所示的電刷摩擦損耗(電刷與換向器的滑動損耗)的增加相關(guān)聯(lián)，雖然電刷的電損耗降低，但電刷的摩擦損耗上升，并未見到各種損耗的綜合值有大的改善。也就是說，為了實現(xiàn)高效率化，則需要使用電阻率小的電刷，不加長電刷的長度并確保其壽命。為了電刷的長壽命化，對通過改善整流特性而消除火花，以減輕電的異常磨損的方法進(jìn)行了研究。專利文獻(xiàn)1公開了以下技術(shù)通過被稱為所謂圈數(shù)不同的線圈的繞組加工，在一個槽中配置兩個整流定時不同的線圈組，通過控制線圈的個數(shù)來使整流先結(jié)束的線圈與整流后結(jié)束的線圈的整流電壓均勻化，從而達(dá)到良好的整流特性，并使用碳電阻率為 20000 μ Ω · cm以下的低電阻電刷，以改善電動機(jī)效率、電刷壽命。專利文獻(xiàn)2公開了以下技術(shù)將勵磁鐵芯的外徑DF與電樞鐵芯的外徑DA的比率 DA/DF設(shè)為0. 44 M0. 46,以改善電刷壽命。專利文獻(xiàn)3公開了以下技術(shù)將θ 2 (磁極前端部的從磁極折彎部到前端部的距離所成的圓周方向角度)/電樞槽間距(電樞槽間的角度)及θ 3(使磁極前端部相對于空隙間隙的圓弧的切線傾斜的角度)的值設(shè)定在從04到07以下的范圍內(nèi)，以提高電刷壽命、電動機(jī)轉(zhuǎn)矩。但是，在上述公知文獻(xiàn)中，并未記載借助于換向器進(jìn)行電的供給及輸出的卷繞有電樞繞組的電樞的具體形狀，其結(jié)果，很顯然并未得到滿意的整流特性。專利文獻(xiàn)1 日本特開昭58-38960號公報專利文獻(xiàn)2 日本特開2004-242471號公報專利文獻(xiàn)3 日本特開2009-278237號公報在現(xiàn)有技術(shù)中，公開了在改善電刷壽命時，通過在繞組上下工夫來確保整流的技術(shù)，以及通過使定子鐵芯與電樞鐵芯的比例最佳化及定子鐵芯形狀的最佳化來改善整流特性的技術(shù)。但是，對于與電刷接觸、而且與進(jìn)行電的授受的換向器成為一體的電樞的形狀并未進(jìn)行研究，為了使電阻率小的電刷運用自如，在電刷的壽命方面還存在問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供換向器電動機(jī)、電動送風(fēng)機(jī)及電動吸塵器，在通過使用低電阻電刷而實現(xiàn)換向器電動機(jī)的高效率化時，通過使電樞的形狀最佳化來確保電刷壽命特性。本發(fā)明的換向器電動機(jī)的特征是，若將上述電樞的外徑定義為D、將上述電樞中比上述槽的形成位置靠內(nèi)周側(cè)的直徑定義為Ds、將與上述電刷的電阻率相應(yīng)的變數(shù)定義為 X，則滿足χ彡Ds/D彡0.67。并且，上述電刷的電阻率為10000 μ Ω · cm時χ = 0.67，上述電刷的電阻率為30000 μ Ω · cm時χ = 0.64，上述電刷的電阻率在從30000 μ Ω · cm至Ij 10000 μ Ω · cm之間隨著電刷的電阻率減小，χ從0.64逐漸增加到0.67。本發(fā)明的效果如下。根據(jù)本發(fā)明，在滿足式χ彡Ds/D彡0.67，并且電刷的電阻率為10000 μ Ω .cm時χ =0. 67，電刷的電阻率為30000 μ Ω ·cm時χ = 0.64，電刷的電阻率在從30000 μ Ω .cmμ 到10000 μ Ω - cm之間隨著電刷的電阻率減小，則χ從0. 64逐漸增加到0. 67，從而能夠降低電樞繞組的電感而改善整流特性，從而能夠減小異常的電損耗而提高電刷壽命。再有，能夠降低轉(zhuǎn)矩的脈動而改善整流特性，從而能夠減小異常的電損耗而提高電刷壽命。


圖1是表示現(xiàn)有的電動機(jī)的損耗項目及其比例的圖。圖2是表示使用了本發(fā)明的換向器電動機(jī)的電動送風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)的圖。圖3是本發(fā)明的電樞形狀的定義圖。圖4是表示本發(fā)明的電樞鐵芯槽底(二 7 /O々)直徑Ds與電樞的外徑D之比變化時的電刷電阻率與電刷壽命的關(guān)系圖。圖5是表示換向器電動機(jī)的電樞繞組的各線圈的接線狀態(tài)的一個例子的說明圖。圖6是表示電樞繞組的一個例子的電樞俯視圖。圖7是表示電樞鐵芯槽背部直徑Ds與電樞的外徑D之比與整流線圈的有效電感的關(guān)系圖。圖8是電樞鐵芯槽背部直徑Ds與電樞的外徑D之比變化時的電刷電阻率與繞組溫度的關(guān)系圖。圖9是電樞鐵芯槽背部直徑Ds與電樞的外徑D之比變化時的典型轉(zhuǎn)矩波形圖。圖10是電樞鐵芯槽背部直徑Ds和電樞的外徑D之比與脈動轉(zhuǎn)矩比例的關(guān)系圖。
圖11是本發(fā)明的電樞鐵芯槽背部直徑Ds和電樞的外徑D之比與電動機(jī)效率、電刷壽命的關(guān)系圖。圖12是電樞鐵芯槽背部直徑Ds和電樞的外徑D之比與電刷電阻率的關(guān)系圖。圖中 1-電動送風(fēng)機(jī)，2-電動機(jī)，3-送風(fēng)機(jī)，4-外殼，5-定子鐵芯，6_勵磁繞組，7_定子， 8、8a、8b-軸承，9-端架，10-軸，11-電樞鐵芯，12-換向器，12a-換向片，13U3A 13L-電樞槽，14-電樞繞組，15-轉(zhuǎn)子，16-碳刷，17-電刷架，18-螺母，19-離心風(fēng)扇，20-擴(kuò)散器， 21-回珠器，22-風(fēng)扇罩，23-螺旋彈簧，24-引線，25-空氣進(jìn)入口，ClA ClL-第一線圈， ClA ClL-第二線圈。
具體實施例方式在現(xiàn)有技術(shù)中，公開了在改善電刷壽命時，通過在繞組上下工夫來確保整流的技術(shù)，以及通過使定子鐵芯與電樞鐵芯的比例最佳化及定子鐵芯形狀的最佳化來改善整流特性的技術(shù)。但是，對于與電刷接觸、而且與進(jìn)行電的授受的換向器成為一體的電樞的形狀并未進(jìn)行研究，為了使電阻率小的電刷運用自如，在電刷的壽命方面還存在問題。本發(fā)明為了解決上述問題，對減小導(dǎo)致電刷壽命極短的整流火花、也就是電的異常磨損的措施進(jìn)行了研究后發(fā)現(xiàn)為了抑制電的異常磨損只要改善整流特性即可。作為改善整流特性的措施，對減小整流線圈的電感進(jìn)行了研究后發(fā)現(xiàn)電樞的形狀(電樞鐵芯槽背部直徑Ds與電樞的外徑D之比)與電感具有相關(guān)關(guān)系，對電刷壽命帶來影響。下面，參照附圖對本發(fā)明的實施例進(jìn)行說明。實施例1圖2表示電動吸塵器等所使用的電動送風(fēng)機(jī)的縱剖視圖。電動送風(fēng)機(jī)1由電動機(jī) 2和送風(fēng)機(jī)3構(gòu)成。電動機(jī)2包括在固定于外殼4內(nèi)側(cè)的定子鐵芯5上卷繞安裝有勵磁繞組6的定子7 ；通過設(shè)置在外殼4上的軸承8a和設(shè)置在端架9上的軸承8b保持的軸10 ； 在軸10上固定有電樞鐵芯11和換向器12，并將在電樞鐵芯11的電樞槽13中所卷繞安裝的電樞繞組14與換向器12連接的轉(zhuǎn)子15 ；通過與換向器12機(jī)械地接觸而進(jìn)行電連接的碳刷16 ；以及用于保持碳刷16并固定在外殼4上的電刷架17。送風(fēng)機(jī)包括用螺母18固定在軸10的一端的離心風(fēng)扇19 ；使從離心風(fēng)扇19流出的空氣流的速度降低而恢復(fù)壓力的擴(kuò)散器20 ；將空氣流向電動機(jī)2內(nèi)引導(dǎo)并與擴(kuò)散器20成形為一體的回珠器21 ；以及覆蓋離心風(fēng)扇及擴(kuò)散器20的風(fēng)扇罩22。換向器12在其圓周面上具有換向片12a，各換向片12a與轉(zhuǎn)子15內(nèi)的電樞繞組 14連接。碳刷16利用螺旋彈簧23推壓到換向器12上，與換向器12摩擦接觸。標(biāo)號M是用于將碳刷16連接到外部電極的引線，并與設(shè)置在電刷架17上的端子(未圖示)連接。當(dāng)電動送風(fēng)機(jī)1開始旋轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子15便旋轉(zhuǎn)，與轉(zhuǎn)子15同軸地固定的離心風(fēng)扇19 也旋轉(zhuǎn)。若離心風(fēng)扇19旋轉(zhuǎn)，則空氣從風(fēng)扇罩22的空氣進(jìn)入口 25流入，通過離心風(fēng)扇19、 擴(kuò)散器20、回珠器21而向電動機(jī)2內(nèi)部流入，一邊冷卻電動機(jī)2 —邊從電動機(jī)2排出。圖3是表示本發(fā)明的電樞鐵芯11的圖，表示了電樞鐵芯槽背部直徑Ds與電樞的外徑D的定義。以下，將電樞鐵芯槽背部直徑Ds與電樞的外徑D之比定義為Ds/D。電樞鐵芯11的斷面為圓形。在電樞鐵芯11的外周形成有多個(例如12個)電樞槽13，將形成有電樞槽13的位置的內(nèi)周側(cè)稱為電樞鐵芯槽背部。標(biāo)記D是例如40mm左右。若D的值固定，則Ds的值越大，Ds/D也越大。并且，Ds的值越大，則各電樞槽13的大小越小。若各電樞槽13的大小變小，則卷在各電樞槽13上的電樞繞組14圈數(shù)(匝數(shù))減少，或者電樞繞組14的線徑變細(xì)。例如，若電樞繞組14的線徑固定，當(dāng)各電樞槽13的大小變小時，則需要減少電樞繞組14圈數(shù)；若電樞繞組14的圈數(shù)固定(例如為14圈)，當(dāng)各電樞槽13的大小變小時，則需要減小電樞繞組14的線徑。圖4表示的是電刷電阻率與電刷壽命的關(guān)系。橫軸表示碳刷16的電阻率(以下， 稱為“電刷電阻率”)，縱軸表示碳刷16的壽命(以下，稱為“電刷壽命”)。其值表示的是將現(xiàn)有例子的值作為1.0的相對比較值。對于現(xiàn)有例子將在后文詳細(xì)敘述。所謂電刷電阻率是指電刷每單位長度的電阻。碳刷16是在碳粉末中混合了銅及鐵后壓縮而成的構(gòu)件。通過改變銅及鐵的混合量，或者混合其它材料可以改變電刷電阻率。各曲線表示由圖3定義的 Ds/D。表示的是Ds/D為0. 60,0. 64,0. 67,0. 70時的相對于電刷電阻率的電刷壽命。都是朝右上方傾斜的直線，也就是說，與電刷電阻率越大電刷壽命越長這個理論上的結(jié)果相同。 但是還發(fā)現(xiàn)，在碳刷16的電阻率相同的情況下，電刷壽命隨著Ds/D的增大而提高。其理由用圖5和圖6進(jìn)行說明。如圖5所示，為了通過采用所謂不同圈數(shù)的線圈來確保整流特性而在電樞槽13中卷繞了電樞繞組14。在本實施例中，由于換向器12的換向片12a的個數(shù)為M個，在電樞鐵芯11上形成的電樞槽13的個數(shù)為12個，因而電樞繞組14的線圈組數(shù)如圖5所示，在一個電樞槽13中分別卷繞了兩個第一線圈Cl和第二線圈C2。在圖5中說明被稱為不同圈數(shù)的線圈的卷繞方法。轉(zhuǎn)子15的旋轉(zhuǎn)方向是箭頭的方向，在電樞槽13A中卷繞了兩個電樞繞組14，即整流先結(jié)束的位于旋轉(zhuǎn)方向前位的第一線圈ClA和整流后結(jié)束的位于旋轉(zhuǎn)方向后位的第二線圈C2A。接著，在相鄰的電樞槽13B中分別卷繞了第一線圈C1B、第二線圈C2B， 依次進(jìn)行同樣的卷繞直到各電樞槽13C、13D、…13L。這是為了改善整流特性，提高碳刷16 的壽命，并提高電動機(jī)效率。在同一個電樞槽內(nèi)的第一線圈Cl和第二線圈C2中，在第一線圈Cl整流結(jié)束的瞬間，在與其鄰接的第二線圈C2中的整流作用已經(jīng)開始，而且被碳刷16 短路。因此，產(chǎn)生了第一線圈Cl與第二線圈C2的相互感應(yīng)作用，在第一線圈Cl的整流結(jié)束時，有效電感減小，電抗電壓也減小。圖6表示電樞繞組的一個例子的示意圖。相對于旋轉(zhuǎn)方向設(shè)整流先結(jié)束的位于旋轉(zhuǎn)方向前位的第一線圈為Cl，同樣設(shè)整流比其后結(jié)束的相對于旋轉(zhuǎn)方向位于后位的第二線圈為C2，則在12個電樞槽13A 13L內(nèi)卷繞了共M個第一線圈C1A、第二線圈C2A 第一線圈C1L、第二線圈C2L。所謂第一線圈ClA是指從電樞槽13A開始卷繞的第一線圈。在本實施例中，第一線圈位于內(nèi)周側(cè)，第二線圈位于外周側(cè)。在此，在各電樞槽13中有按照旋轉(zhuǎn)而整流先結(jié)束的位于旋轉(zhuǎn)方向前位的第一線圈Cl，以及整流后結(jié)束的位于旋轉(zhuǎn)方向后位的第二線圈C2。圖7表示Ds/D與前位的第一線圈Cl和后位的第二線圈C2在整流時的有效電感的關(guān)系。由圖可知，當(dāng)Ds/D增大時，前位線圈和后位線圈的有效電感都變小。也就是說，整流電壓變小，可以將其設(shè)定成比產(chǎn)生電弧的極限電壓(通常稱為火花電壓)更小。因此， 能夠減輕電的異常損耗。根據(jù)以上可知，為了改善整流特性，只要將電樞鐵芯槽背部直徑Ds與電樞外徑D之比Ds/D設(shè)定得較大即可。然而，加大電樞鐵芯槽背部直徑Ds則減小了電樞槽13的槽面積。為了在狹窄的電樞槽13中進(jìn)行繞組加工，需要減小線圈的線徑。若線圈的線徑變細(xì)， 則線圈的電阻上升，已經(jīng)在圖1中示出的損耗中的電樞銅損就增加。再有。隨著銅損的增加引起線圈的異常發(fā)熱。一般，考慮到成本及安全性，電動吸塵器所使用的線圈多使用日本標(biāo)準(zhǔn)《JIS C 4003電絕緣的耐熱等級及耐熱性評價》的耐熱溫度120°C的E種。圖8表示使Ds/D變化時的電刷電阻率與繞組溫度的關(guān)系。根據(jù)圖8可知，即使電刷電阻率變化，繞組溫度也不怎么變化。但是，根據(jù)圖8，隨著Ds/D增加，繞組溫度上升。并且，當(dāng)Ds/D大于0. 67時，由于線徑細(xì)的線圈的發(fā)熱，會超過E種線圈的耐熱溫度120°C而不能確保安全。圖9是使Ds/D變化時的典型轉(zhuǎn)矩波形。根據(jù)圖9(a)，Ds/D = 0. 72時的平均轉(zhuǎn)矩為0. 2313N · m,脈動轉(zhuǎn)矩為0. 0803N · m。在此，將脈動轉(zhuǎn)矩的大小定義為(脈動轉(zhuǎn)矩的值)/(平均轉(zhuǎn)矩的值)X100(%)。這時，脈動轉(zhuǎn)矩的比例為34.7%。根據(jù)圖9(b)，Ds/D = 0. 64時的平均轉(zhuǎn)矩為0. 2299N ·πι，脈動轉(zhuǎn)矩為0. 0805Ν · m，脈動轉(zhuǎn)矩的比例為35. 0%。根據(jù)圖9(c)，Ds/D = 0. 50時的平均轉(zhuǎn)矩為0. 2248N ·πι，脈動轉(zhuǎn)矩為0. 09ΜΝ ·πι，脈動轉(zhuǎn)矩的比例為41. 1%。圖10與圖9同樣地表示所求得的Ds/D與脈動轉(zhuǎn)矩的比例。根據(jù)圖10可知，在 Ds/D = 0. 64處具有拐點。也就是說，在Ds/D ^ 0. 64的區(qū)域，脈動轉(zhuǎn)矩比例的變化率(減小率)隨著Ds/D的減小而減小，但在Ds/D < 0. 64的區(qū)域，由于電樞鐵芯槽底部的磁通飽和，漏磁通增加而輸出轉(zhuǎn)矩變小，導(dǎo)致脈動轉(zhuǎn)矩比例的變化率(減小率)隨著Ds/D的減小而增大。再有，電樞的凸極性變大而使脈動轉(zhuǎn)矩變大。此外，當(dāng)脈動轉(zhuǎn)矩變大時，通過軸10而與電樞鐵芯11 一體化的換向器12產(chǎn)生跳動，使其與碳刷16的接觸變差，甚至在碳刷16與換向器12之間產(chǎn)生火花，助長了電損耗而使電刷壽命變短。圖11表示電樞鐵芯槽背部直徑Ds和電樞的外徑D之比Ds/D與電刷壽命和電動機(jī)效率各自的關(guān)系。橫軸為電樞鐵芯槽背部直徑Ds和電樞的外徑D之比。第一縱軸為電動機(jī)效率，其值表示的是以現(xiàn)有技術(shù)例子為100的相對值。另外，電動送風(fēng)機(jī)1的效率1 (p. u.)若就電動吸塵器的吸入功率而言相當(dāng)于有IOW的改善，具有能確保更強(qiáng)的吸入性能的效果。第二縱軸為電刷壽命，其值表示的是以現(xiàn)有技術(shù)例子為1.0的相對值?，F(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)品的電刷電阻率為3Μ00μ Ω · cm, Ds/D = 0. 63。Ds/D在小于0. 64 的范圍內(nèi)，因脈動轉(zhuǎn)矩增大而不佳。Ds/D在大于0.67的范圍內(nèi)，因電樞繞組14的電流密度增大，溫度上升而不能滿足絕緣材料的耐熱溫度而不佳。因此，至少需要滿足下式 0. 64 ^ Ds/D < 0. 67。下面，敘述Ds/D在0. 64至0. 67范圍內(nèi)電刷電阻率的變化時的特性。 電刷電阻率為5000 μ Ω · cm時，電動機(jī)效率雖在現(xiàn)有技術(shù)以上，但電刷壽命卻小于1. 0而在現(xiàn)有技術(shù)以下。電刷電阻率為ΙΟΟΟΟμ Ω ·αιι時，電動機(jī)效率雖在現(xiàn)有技術(shù)以上，但僅僅在Ds/D = 0. 67時電刷壽命為1. 0而與現(xiàn)有技術(shù)具有相同程度，在Ds/D < 0. 67時則電刷壽命小于1. 0而在現(xiàn)有技術(shù)以下。電刷電阻率為30000 μ Ω · cm時，電動機(jī)效率和電刷壽命在整個范圍內(nèi)都比現(xiàn)有技術(shù)高。電刷電阻率在ΙΟΟΟΟμ Ω .cm和30000μ Ω .cm之間的 20000 μ Ω ·αιι時，電動機(jī)效率雖在現(xiàn)有技術(shù)以上，但電刷壽命根據(jù)Ds/D的不同而有低于現(xiàn)有技術(shù)和高于現(xiàn)有技術(shù)的情況。即，以Ds/D = 0. 653為邊界，在Ds/D < 0. 653時電刷壽命小于1.0而在現(xiàn)有技術(shù)以下，但在Ds/D ^ 0. 653時電刷壽命大于1. 0而在現(xiàn)有技術(shù)以上。 在電刷電阻率為40000 μ Ω -cm時，電動機(jī)效率小于100而低于現(xiàn)有技術(shù)，但電刷壽命卻比現(xiàn)有技術(shù)高。即，根據(jù)電刷電阻率的變化，通過適當(dāng)選取電樞鐵芯槽背部直徑Ds和電樞的外徑D之比Ds/D，作為同時滿足高效率且高電刷壽命的電動機(jī)存在條件成立的范圍。該范圍為在電刷電阻率為10000 μ Ω · cm時Ds/D為0. 67，在電刷電阻率為20000 μ Ω · cm時 Ds/D為0. 653以上0. 67以下，在電刷電阻率為30000 μ Ω · cm時Ds/D為0. 64以上0. 67 以下(在圖中，為大致三角形圍成的范圍)。也就是說，若設(shè)χ為與電刷電阻率相應(yīng)的變數(shù)， 則需要根據(jù)電刷電阻率滿足式χ彡Ds/D彡0. 67。并且，電刷電阻率為10000 μ Ω 時χ =0. 67，電刷的電阻率為30000 μ Ω · cm時χ = 0.64，電刷電阻率在從30000 μ Ω · cm至Ij 10000 μ Ω · cm之間隨著電刷的電阻率減小，χ從0.64逐漸增加到0.67。另外，根據(jù)圖11，若設(shè)電阻率在40000 μ Ω .cm與30000 μ Ω .cm之間的電刷壽命之差為Α，設(shè)電阻率在30000 μ Ω ·αιι與20000μ Ω ·αιι之間的電刷壽命之差為B，設(shè)電阻率在20000 μ Ω · cm與10000 μ Ω · cm之間的電刷壽命之差為C，則A彡B彡C的關(guān)系成立。 另外，若設(shè)滿足與現(xiàn)有技術(shù)同等程度的電刷壽命1.0時的、電刷電阻率在40000μ Ω 與 30000 μ Ω · cm之間的Ds/D之差為(1)，設(shè)電刷電阻率在30000 μ Ω · cm與20000 μ Ω .cm 之間的Ds/D之差為O)，設(shè)電刷電阻率在20000 μ Ω ·αιι與ΙΟΟΟΟμ Ω .cm之間的Ds/D之差為(3)，設(shè)電刷電阻率在10000 μ Ω .cm與5000 μ Ω ·αιι之間的Ds/D之差為(4)，貝丨J (1) <⑵< (3) < (4)的關(guān)系成立。另外，若設(shè)電刷電阻率在40000 μ Ω .cm與30000 μ Ω cm 之間的電動機(jī)效率之差為a，設(shè)電刷電阻率在30000 μ Ω ·αιι與20000μ Ω ·αιι之間的電動機(jī)效率之差為b，設(shè)電阻率在20000 μ Ω ·αιι與ΙΟΟΟΟμ Ω · cm之間的電動機(jī)效率命之差為 c，則a N b N c的關(guān)系成立。圖12表示滿足現(xiàn)有技術(shù)的電刷壽命為1. 0時的電樞鐵芯槽背部直徑Ds和電樞的外徑D之比Ds/D與電刷電阻率的關(guān)系。如圖4所示，電刷電阻率為5000 μ Ω ·cm時，滿足現(xiàn)有技術(shù)的電刷壽命為1.0時的Ds/D約為0.68 ；電刷電阻率為10000 μ Ω ·αιι時，滿足現(xiàn)有技術(shù)的電刷壽命為1.0時的Ds/D約為0.67 ；電刷電阻率為30000 μ Ω ·αιι時，滿足現(xiàn)有技術(shù)的電刷壽命為1.0時的Ds/D約為0.64 ；電刷電阻率為40000 μ Ω ·αιι時，滿足現(xiàn)有技術(shù)的電刷壽命為1. 0時的Ds/D約為Ds/D = 0. 60。若以縱軸為電刷電阻率，以橫軸為Ds/D將上述數(shù)據(jù)做成曲線圖，則如圖12。在圖12中，將各點做成近似曲線。根據(jù)圖12，電刷電阻率在 10000 μ Ω ·αιι以上的范圍內(nèi)，基本上能以直線近似表示，但在電刷電阻率從10000 μ Ω -cm 左右變小的范圍內(nèi)，則近似于斜度變化的曲線。因此，電刷的電阻率在從30000 μ Ω 到 10000 μ Ω · cm之間隨著電刷的電阻率減小，χ從0.64幾乎呈直線地(線性地)逐漸增加到 0. 67。根據(jù)這種方法，即使不加大電樞的外徑D，也能夠通過加大電樞鐵芯槽背部直徑 Ds而加以改善。即，能夠滿足吸塵器用電動機(jī)所要求的小型、重量輕的條件。在上述發(fā)明中，電動機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)優(yōu)選在36000至50000轉(zhuǎn)/分鐘的范圍內(nèi)。這是因為，與整流特性相關(guān)的線圈的電感是表示每單位時間的磁通的變化的物理量。因此，越是高速電動機(jī)其整流時間越短，電感變大。在本實施例中，由于采用12槽的不同圈數(shù)的線圈，因而成為在轉(zhuǎn)數(shù)為36000轉(zhuǎn)時整流時間為6. 94X 10_5 (秒)，在轉(zhuǎn)數(shù)為50000轉(zhuǎn)時整流時間為 5X 10_5(秒)這樣極短時間的變化量，電感大時容易發(fā)生整流不佳。
另外，在上述發(fā)明中，優(yōu)選第一線圈Cl的圈數(shù)為10圈，第二線圈C2的圈數(shù)為4圈， 總共為14圈，電樞的線圈用線的線徑為Φ0.6mm 0.8mm。這是因為，當(dāng)線圈的線徑細(xì)時， 線圈的電阻增加，通電時線圈就產(chǎn)生異常發(fā)熱，會超過絕緣覆膜的耐熱溫度。另一方面，為了降低銅損，只要在考慮到槽的面積的同時加大線圈的線徑即可。但是，在作為本發(fā)明的保護(hù)范圍的電樞鐵芯槽背部直徑Ds和電樞的外徑D之比Ds/D在0. 64 0. 67的范圍內(nèi)，若將圈數(shù)定為14圈，則在槽內(nèi)不能容納線徑為Φ0. 80mm以上的線圈。根據(jù)以上的實施例，通過對電樞鐵芯槽背部直徑Ds和電樞的外徑D進(jìn)行控制，即使使用電阻率小的電刷也能確保電刷的壽命。因此，能夠達(dá)到降低換向器電動機(jī)的電刷的電損耗與確保電刷的壽命的兩者兼顧，能夠提供高效率、長壽命、小型、重量輕的換向器電動機(jī)。此外，本發(fā)明還能夠適用于圈數(shù)不同的線圈以外的卷繞方法。
權(quán)利要求
1.一種換向器電動機(jī)，具備在外周設(shè)有多個插入電樞繞組的槽的電樞，以及與上述電樞進(jìn)行電力的授受的電刷，其特征在于，若將上述電樞的外徑定義為D、將上述電樞中比上述槽的形成位置靠內(nèi)周側(cè)的直徑定義為Ds、將與上述電刷的電阻率相應(yīng)的變數(shù)定義為X，則滿足 χ 彡 Ds/D 彡 0. 67，上述電刷的電阻率為10000 μ Ω · cm時χ = 0.67， 上述電刷的電阻率為30000 μ Ω · cm時χ = 0.64，上述電刷的電阻率在從30000 μ Ω ·αιι到ΙΟΟΟΟμ Ω ·αιι之間隨著電刷的電阻率減小， χ從0. 64逐漸增加到0. 67。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換向器電動機(jī)，其特征在于，上述電樞繞組由在同一個槽內(nèi)分別卷繞了多圈的第一線圈和第二線圈構(gòu)成， 上述第一線圈是整流先結(jié)束的旋轉(zhuǎn)方向前位的電樞繞組， 上述第二線圈是整流后結(jié)束的電樞繞組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換向器電動機(jī)，其特征在于， 上述換向器電動機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)為36000 50000轉(zhuǎn)/分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換向器電動機(jī)，其特征在于， 上述電樞繞組的線徑為Φ0. 6mm Φ0. 8mm。
5.一種電動送風(fēng)機(jī)，其特征在于，內(nèi)部裝有權(quán)利要求1至權(quán)利要求4的任何一項中所述的換向器電動機(jī)。
6.一種電動吸塵器，其特征在于，內(nèi)部裝有權(quán)利要求5所述的電動送風(fēng)機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及換向器電動機(jī)、電動送風(fēng)機(jī)及電動吸塵器。在實現(xiàn)現(xiàn)有的換向器電動機(jī)的高效率化時，若要使用電阻率小的電刷而降低電刷電損耗則不能確保電刷壽命，因而不得不加長電刷長度來確保壽命。但是，電阻率小而尺寸長的電刷雖降低了電刷的電損耗，但卻增加了摩擦磨損，各種損耗的綜合值未見大的改善。本發(fā)明的技術(shù)方案是，使電樞的外徑D與電樞鐵芯槽背部直徑Ds之比滿足x≤Ds/D≤0.67，并且，電刷電阻率為10000μΩ·cm時x＝0.67，電刷電阻率為30000μΩ·cm時x＝0.64，電刷的電阻率在從30000μΩ·cm到10000μΩ·cm之間隨著電刷的電阻率減小，x從0.64逐漸增加到0.67。
文檔編號H02K3/12GK102347674SQ201110208600
公開日2012年2月8日 申請日期2011年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月23日
發(fā)明者大平房德, 小原木春雄, 法月邦彥, 湧井真一, 西岡嘉之, 谷口司 申請人:日立空調(diào)·家用電器株式會社