JPH08298760A - 電気掃除機用交流整流子電動機 - Google Patents
電気掃除機用交流整流子電動機Info
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- JPH08298760A JPH08298760A JP631696A JP631696A JPH08298760A JP H08298760 A JPH08298760 A JP H08298760A JP 631696 A JP631696 A JP 631696A JP 631696 A JP631696 A JP 631696A JP H08298760 A JPH08298760 A JP H08298760A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ブラシ寿命および電動機効率の向上。
【解決手段】電機子コイルのコイル辺のうち回転方向前
位にあるコイル辺の巻回数を回転方向後位にあるコイル
辺の巻回数よりも大きくし、該電動機に供給する電圧を
位相制御によって調整する入力制御装置を備えた電気掃
除機用交流整流子電動機において、交流整流子電動機の
最大入力を５００Ｗ以上，最大入力時の電動機の回転数
を２３０００rpm 以上に設定し、前位のコイル辺の巻回
数Ｎ1 と後位のコイル辺の巻回数Ｎ2 との比を１.６〜
３.２、ブラシの比抵抗を２万（μΩ−cm）を超え８万
（μΩ−cm）以下の範囲に設定したものである。
位にあるコイル辺の巻回数を回転方向後位にあるコイル
辺の巻回数よりも大きくし、該電動機に供給する電圧を
位相制御によって調整する入力制御装置を備えた電気掃
除機用交流整流子電動機において、交流整流子電動機の
最大入力を５００Ｗ以上，最大入力時の電動機の回転数
を２３０００rpm 以上に設定し、前位のコイル辺の巻回
数Ｎ1 と後位のコイル辺の巻回数Ｎ2 との比を１.６〜
３.２、ブラシの比抵抗を２万（μΩ−cm）を超え８万
（μΩ−cm）以下の範囲に設定したものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は無補極の単相交流整
流子電動機に係り、特にこの電動機に供給する電圧を位
相制御によって調整する入力制御装置を備えた電気掃除
機用電動機に好適な交流整流子電動機に関する。
流子電動機に係り、特にこの電動機に供給する電圧を位
相制御によって調整する入力制御装置を備えた電気掃除
機用電動機に好適な交流整流子電動機に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、電気掃除機用交流整流子電動機に
おいては、常に小形・軽量，高効率，ブラシの長寿命化
が要求されている。ブラシの長寿命化を図るには、交流
整流子電動機の整流性能を改善する必要がある。この交
流整流子電動機の整流改善策としては特公昭36−23060
号公報に記載のように、電機子の同一スロット内におい
て、回転方向に対して前位のコイルの巻回数を後位のコ
イルの巻回数より大きく設定してリアクタンス電圧を低
減し、整流火花を小さくしてブラシ寿命を向上する方法
が提案されている。しかし、この従来技術のように、単
に前位のコイルの巻回数を後位のコイルの巻回数より大
きくするだけではブラシ寿命を向上することは不可能
で、前位のコイルの巻回数と後位のコイルの巻回数との
比が一定の範囲を外れると逆に同一巻回数の場合よりも
ブラシ寿命が低下していまう。このため、特開昭56−12
5956号公報に記載のように、ブラシの比抵抗が２万(μ
Ω−cm)以上の場合には前位のコイルの巻回数Ｎ1 と後
位のコイルの巻回数Ｎ2 との比を１.２〜１.６に、ま
た、特開昭58−33960 号公報に記載のように、ブラシの
比抵抗が２万（μΩ−cm）以下の場合には前位のコイル
の巻回数Ｎ1 と後位のコイルの巻回数Ｎ2 との比を１.
６〜２.８に設定すれば電動機効率およびブラシ寿命を
向上できることが述べられている。
おいては、常に小形・軽量，高効率，ブラシの長寿命化
が要求されている。ブラシの長寿命化を図るには、交流
整流子電動機の整流性能を改善する必要がある。この交
流整流子電動機の整流改善策としては特公昭36−23060
号公報に記載のように、電機子の同一スロット内におい
て、回転方向に対して前位のコイルの巻回数を後位のコ
イルの巻回数より大きく設定してリアクタンス電圧を低
減し、整流火花を小さくしてブラシ寿命を向上する方法
が提案されている。しかし、この従来技術のように、単
に前位のコイルの巻回数を後位のコイルの巻回数より大
きくするだけではブラシ寿命を向上することは不可能
で、前位のコイルの巻回数と後位のコイルの巻回数との
比が一定の範囲を外れると逆に同一巻回数の場合よりも
ブラシ寿命が低下していまう。このため、特開昭56−12
5956号公報に記載のように、ブラシの比抵抗が２万(μ
Ω−cm)以上の場合には前位のコイルの巻回数Ｎ1 と後
位のコイルの巻回数Ｎ2 との比を１.２〜１.６に、ま
た、特開昭58−33960 号公報に記載のように、ブラシの
比抵抗が２万（μΩ−cm）以下の場合には前位のコイル
の巻回数Ｎ1 と後位のコイルの巻回数Ｎ2 との比を１.
６〜２.８に設定すれば電動機効率およびブラシ寿命を
向上できることが述べられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述した方法は全ての
交流整流子電動機に適用できず、特にこの電動機に供給
する電圧を位相制御によって調整する入力制御装置を備
えた電気掃除機用交流整流子電動機は年々最大入力を大
きくし、かつ回転数を大きくして小形軽量化が図られた
機械、すなわち、最大入力５００Ｗ以上，最大入力時の
電動機回転数２３０００rpm 以上に設定した電気掃除機
用交流整流子電動機では従来技術の範囲では良好な結果
が得られないことが実験等により明らかとなった。
交流整流子電動機に適用できず、特にこの電動機に供給
する電圧を位相制御によって調整する入力制御装置を備
えた電気掃除機用交流整流子電動機は年々最大入力を大
きくし、かつ回転数を大きくして小形軽量化が図られた
機械、すなわち、最大入力５００Ｗ以上，最大入力時の
電動機回転数２３０００rpm 以上に設定した電気掃除機
用交流整流子電動機では従来技術の範囲では良好な結果
が得られないことが実験等により明らかとなった。
【０００４】このため、本発明の目的は電動機の高効率
化およびブラシ寿命向上の観点から従来技術の欠点を解
消し、従来より入力を増加し、かつ回転数を増加した入
力制御装置を有する電気掃除機用交流整流子電動機でも
十分なブラシ寿命と効率が得られるように電機子スロッ
ト内の前位のコイルの巻回数Ｎ1 と後位のコイルの巻回
数Ｎ2 との比および使用ブラシの比抵抗を最適値に設定
する。これにより、高効率で、かつブラシ寿命の長い電
気掃除機用交流整流子電動機を提供することにある。
化およびブラシ寿命向上の観点から従来技術の欠点を解
消し、従来より入力を増加し、かつ回転数を増加した入
力制御装置を有する電気掃除機用交流整流子電動機でも
十分なブラシ寿命と効率が得られるように電機子スロッ
ト内の前位のコイルの巻回数Ｎ1 と後位のコイルの巻回
数Ｎ2 との比および使用ブラシの比抵抗を最適値に設定
する。これにより、高効率で、かつブラシ寿命の長い電
気掃除機用交流整流子電動機を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】電機子鉄心に形成された
多数のスロットと、スロット内に巻回された電機子コイ
ルに電流を供給するためのブラシと整流子とからなる電
機子と、電機子の外周に界磁巻線と固定子鉄心とからな
る固定子を具備し、同一のスロット内に収められた電機
子コイルのコイル辺のうち回転方向前位にあるコイル辺
の巻回数を回転方向後位にあるコイル辺の巻回数よりも
大きくし、該電動機に供給する電圧を位相制御によって
調整する入力制御装置を備えた電気掃除機用交流整流子
電動機において、交流整流子電動機の最大入力を５００
Ｗ以上，最大入力時の電動機の回転数を２３０００rpm
以上に設定し、前位のコイル辺の巻回数Ｎ1 と後位のコ
イル辺の巻回数Ｎ2 との比を１.６〜３.２、ブラシの比
抵抗を２万（μΩ−cm）を超え８万（μΩ−cm）以下の
範囲に設定することにより、達成される。
多数のスロットと、スロット内に巻回された電機子コイ
ルに電流を供給するためのブラシと整流子とからなる電
機子と、電機子の外周に界磁巻線と固定子鉄心とからな
る固定子を具備し、同一のスロット内に収められた電機
子コイルのコイル辺のうち回転方向前位にあるコイル辺
の巻回数を回転方向後位にあるコイル辺の巻回数よりも
大きくし、該電動機に供給する電圧を位相制御によって
調整する入力制御装置を備えた電気掃除機用交流整流子
電動機において、交流整流子電動機の最大入力を５００
Ｗ以上，最大入力時の電動機の回転数を２３０００rpm
以上に設定し、前位のコイル辺の巻回数Ｎ1 と後位のコ
イル辺の巻回数Ｎ2 との比を１.６〜３.２、ブラシの比
抵抗を２万（μΩ−cm）を超え８万（μΩ−cm）以下の
範囲に設定することにより、達成される。
【０００６】電気掃除機用交流整流子電動機の最大入力
を５００Ｗ以上，最大入力時の電動機の回転数を２３０
００rpm 以上に設定し、入力制御装置によって電圧波形
をカットした歪波電圧波形を電動機に供給する場合にあ
っても、前位のコイル辺の巻回数Ｎ1 と後位のコイル辺
の巻回数Ｎ2 との比を１.６〜３.２、ブラシの比抵抗を
２万（μΩ−cm）を超え８万（μΩ−cm）以下の範囲に
設定することにより、ブラシからの火花発生が小さく、
ブラシを通して流れる整流コイルの短絡電流が小さくる
ためブラシ寿命が長くなり、かつ電動機効率の向上を達
成できる。
を５００Ｗ以上，最大入力時の電動機の回転数を２３０
００rpm 以上に設定し、入力制御装置によって電圧波形
をカットした歪波電圧波形を電動機に供給する場合にあ
っても、前位のコイル辺の巻回数Ｎ1 と後位のコイル辺
の巻回数Ｎ2 との比を１.６〜３.２、ブラシの比抵抗を
２万（μΩ−cm）を超え８万（μΩ−cm）以下の範囲に
設定することにより、ブラシからの火花発生が小さく、
ブラシを通して流れる整流コイルの短絡電流が小さくる
ためブラシ寿命が長くなり、かつ電動機効率の向上を達
成できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図１〜
図６により説明する。
図６により説明する。
【０００８】図２は本発明が適用される無補極の電気掃
除機用交流整流子電動機の概略縦断面図を示す。差し込
みプラグ１を電源コンセント（図示せず）に差し込み、
電源コード２を介して電力を入力制御装置３に入力し、
入力制御装置３から所要の出力を得て界磁巻線３２を励
磁し、ブラシ２８から整流子２６を介して電機子巻線２
４に電流を流して回転力を発生させ、シャフト１６の端
部に設けたファン（図示せず）を回転させて電気掃除機
に必要な吸引力を得る。なお、交流整流子電動機の構造
をもう少し詳しく見てみると、ハウジング１２内には両
端を軸受１４Ａ，１４Ｂで支承されたシャフト１６が配
置されている。シャフト１６には円周上に複数個のスロ
ット１８が形成された電機子鉄心２０が固定され、電機
子鉄心２０には各スロット１８内に巻回された複数個の
電機子コイル２２で構成された電機子巻線２４が巻装さ
れている。シャフト１６の一端には円周方向に配列され
た複数個の整流子片２６Ａ，２６Ｂ……からなる整流子
２６が固定されている。整流子２６の外周面にはハウジ
ング１２に支承されているブラシ保持器３１内に設けた
弾性体２９により押圧されたブラシ２８が接触してい
る。ハウジング１２には、電機子鉄心２０の外周に対応
した位置に固定子鉄心３０が固定され、固定子鉄心３０
には界磁巻線３２が巻装されている。電動機への給電
は、界磁巻線３２→ブラシ２８→整流子２６→電機子巻
線２４を通して行われる。
除機用交流整流子電動機の概略縦断面図を示す。差し込
みプラグ１を電源コンセント（図示せず）に差し込み、
電源コード２を介して電力を入力制御装置３に入力し、
入力制御装置３から所要の出力を得て界磁巻線３２を励
磁し、ブラシ２８から整流子２６を介して電機子巻線２
４に電流を流して回転力を発生させ、シャフト１６の端
部に設けたファン（図示せず）を回転させて電気掃除機
に必要な吸引力を得る。なお、交流整流子電動機の構造
をもう少し詳しく見てみると、ハウジング１２内には両
端を軸受１４Ａ，１４Ｂで支承されたシャフト１６が配
置されている。シャフト１６には円周上に複数個のスロ
ット１８が形成された電機子鉄心２０が固定され、電機
子鉄心２０には各スロット１８内に巻回された複数個の
電機子コイル２２で構成された電機子巻線２４が巻装さ
れている。シャフト１６の一端には円周方向に配列され
た複数個の整流子片２６Ａ，２６Ｂ……からなる整流子
２６が固定されている。整流子２６の外周面にはハウジ
ング１２に支承されているブラシ保持器３１内に設けた
弾性体２９により押圧されたブラシ２８が接触してい
る。ハウジング１２には、電機子鉄心２０の外周に対応
した位置に固定子鉄心３０が固定され、固定子鉄心３０
には界磁巻線３２が巻装されている。電動機への給電
は、界磁巻線３２→ブラシ２８→整流子２６→電機子巻
線２４を通して行われる。
【０００９】図１は本発明が適用される交流整流子電動
機の電機子コイルおよびスロットの位置関係を示す概略
説明図の電機子の展開図で、２極機でスロット当たりに
上下層のそれぞれコイル辺数が２の場合を示し、電機子
コイル２２のコイル辺２２Ａ，２２Ｂ………の各スロッ
ト１８Ａ〜１８Ｃ内への巻装状態を示す図である。図に
おいて、コイル辺２２Ａは、コイル始端を整流子片２６
Ａに接続してスロット１８Ｂとスロット１８Ａに挿入さ
れ、コイル終端が整流子片２６Ｂに接続される。同一の
スロット１８Ｂと１８Ａに挿入される他のコイル辺２２
Ｂは、コイル始端を整流子片２６Ｂ，コイル終端が整流
子片２６Ｃに接続される。同様に、コイル辺２２Ｃ，コ
イル辺２２Ｄはスロット１８Ｂとスロット１８Ｃに挿入
され、コイル始終端を整流子２６に接続している。ここ
で、電機子の回転方向を矢印のＸ方向とすると、ブラシ
２８Ａとブラシ２８Ｂの位置は、コイル辺２２Ａとコイ
ル辺２２Ｃの整流が終了しようとしている時点を示し、
電機子が１整流子片の間隔Ｔｃだけ回転した場合である
ブラシ２８Ａ1 とブラシ２８Ｂ1 の位置はコイル辺２２
Ｂとコイル辺２２Ｄの整流が終了しようとしている時点
を示したものであり、同一スロット中にあるコイル辺２
２Ａとコイル辺２２Ｂでは、コイル辺２２Ａの方がコイ
ル辺２２Ｂより先に整流を終える前位のコイルとなり、
コイル辺22Ｂは後から整流を終えるので後位のコイルと
なる。この時、特徴的なことは先に整流を終える前位の
コイル辺２２Ａの整流終了時には同一スロット１８Ａ，
１８Ｂ中にブラシ２８Ａで短絡されたコイル辺２２Ｂが
存在し、両コイル辺間には相互誘導作用が働く。これに
対し、後から整流を終える後位のコイル辺２２Ｂの整流
終了時には同一のスロット１８Ｂ，スロット１８Ａ中に
ブラシ２８で短絡されたコイル辺が存在しないことであ
る。
機の電機子コイルおよびスロットの位置関係を示す概略
説明図の電機子の展開図で、２極機でスロット当たりに
上下層のそれぞれコイル辺数が２の場合を示し、電機子
コイル２２のコイル辺２２Ａ，２２Ｂ………の各スロッ
ト１８Ａ〜１８Ｃ内への巻装状態を示す図である。図に
おいて、コイル辺２２Ａは、コイル始端を整流子片２６
Ａに接続してスロット１８Ｂとスロット１８Ａに挿入さ
れ、コイル終端が整流子片２６Ｂに接続される。同一の
スロット１８Ｂと１８Ａに挿入される他のコイル辺２２
Ｂは、コイル始端を整流子片２６Ｂ，コイル終端が整流
子片２６Ｃに接続される。同様に、コイル辺２２Ｃ，コ
イル辺２２Ｄはスロット１８Ｂとスロット１８Ｃに挿入
され、コイル始終端を整流子２６に接続している。ここ
で、電機子の回転方向を矢印のＸ方向とすると、ブラシ
２８Ａとブラシ２８Ｂの位置は、コイル辺２２Ａとコイ
ル辺２２Ｃの整流が終了しようとしている時点を示し、
電機子が１整流子片の間隔Ｔｃだけ回転した場合である
ブラシ２８Ａ1 とブラシ２８Ｂ1 の位置はコイル辺２２
Ｂとコイル辺２２Ｄの整流が終了しようとしている時点
を示したものであり、同一スロット中にあるコイル辺２
２Ａとコイル辺２２Ｂでは、コイル辺２２Ａの方がコイ
ル辺２２Ｂより先に整流を終える前位のコイルとなり、
コイル辺22Ｂは後から整流を終えるので後位のコイルと
なる。この時、特徴的なことは先に整流を終える前位の
コイル辺２２Ａの整流終了時には同一スロット１８Ａ，
１８Ｂ中にブラシ２８Ａで短絡されたコイル辺２２Ｂが
存在し、両コイル辺間には相互誘導作用が働く。これに
対し、後から整流を終える後位のコイル辺２２Ｂの整流
終了時には同一のスロット１８Ｂ，スロット１８Ａ中に
ブラシ２８で短絡されたコイル辺が存在しないことであ
る。
【００１０】コイル辺数が２の場合、両コイル間に相互
誘導作用が異なると、整流子片の一枚置きにブラックバ
ーが発生するため、両コイルの巻回数を調整して各コイ
ルの整流性能を等しくするのが特公昭36−23060 号公報
に記載の方法である。しかしながら、単に前位のコイル
の巻回数を後位のコイルの巻回数より大きくするだけで
はブラシ寿命を向上することは不可能で、前位のコイル
の巻回数と後位のコイルの巻回数との比が一定の範囲を
外れると逆に同一巻回数の場合よりもブラシ寿命が低下
してしまう。このため、特開昭56−125956号公報に記載
のように、前位のコイルの巻回数Ｎ1 と後位のコイルの
巻回数Ｎ2 との比を１.２〜１.６に設定すればブラシ寿
命を向上できることが述べられている。すなわち、ブラ
シの比抵抗が２万以上の場合には前位のコイルの巻回数
Ｎ1と後位のコイルの巻回数Ｎ2との比が小さい方が良
く、最適値が１.２〜１.６である。また、特開昭58−33
960号公報に記載のように、ブラシの比抵抗が２万以下
の場合には前位のコイルの巻回数Ｎ1 と後位のコイルの
巻回数Ｎ2 との比を１.６〜２.８に設定すれば電動機効
率およびブラシ寿命を向上できることが述べられてい
る。すなわち、ブラシの比抵抗が２万以下の場合には前
位のコイルと後位のコイルに流れる短絡電流の大きさが
ブラシの比抵抗で左右されるため、前位のコイルの巻回
数Ｎ1 と後位のコイルの巻回数Ｎ2 との比が大きい方が
良く、最適値が１.６〜２.８である。
誘導作用が異なると、整流子片の一枚置きにブラックバ
ーが発生するため、両コイルの巻回数を調整して各コイ
ルの整流性能を等しくするのが特公昭36−23060 号公報
に記載の方法である。しかしながら、単に前位のコイル
の巻回数を後位のコイルの巻回数より大きくするだけで
はブラシ寿命を向上することは不可能で、前位のコイル
の巻回数と後位のコイルの巻回数との比が一定の範囲を
外れると逆に同一巻回数の場合よりもブラシ寿命が低下
してしまう。このため、特開昭56−125956号公報に記載
のように、前位のコイルの巻回数Ｎ1 と後位のコイルの
巻回数Ｎ2 との比を１.２〜１.６に設定すればブラシ寿
命を向上できることが述べられている。すなわち、ブラ
シの比抵抗が２万以上の場合には前位のコイルの巻回数
Ｎ1と後位のコイルの巻回数Ｎ2との比が小さい方が良
く、最適値が１.２〜１.６である。また、特開昭58−33
960号公報に記載のように、ブラシの比抵抗が２万以下
の場合には前位のコイルの巻回数Ｎ1 と後位のコイルの
巻回数Ｎ2 との比を１.６〜２.８に設定すれば電動機効
率およびブラシ寿命を向上できることが述べられてい
る。すなわち、ブラシの比抵抗が２万以下の場合には前
位のコイルと後位のコイルに流れる短絡電流の大きさが
ブラシの比抵抗で左右されるため、前位のコイルの巻回
数Ｎ1 と後位のコイルの巻回数Ｎ2 との比が大きい方が
良く、最適値が１.６〜２.８である。
【００１１】しかしながら、上述した方法は全ての交流
整流子電動機に適用できず、特に電気掃除機用交流整流
子電動機は年々最大入力を大きくし、かつ回転数を大き
くして小形軽量化が図られた機械で、電圧波形をカット
して歪波電圧波形を電動機に供給する場合にあっては従
来技術の範囲では良好な結果が得られず、整流性能が悪
化してブラシの火花が大きくなることが実験等により明
らかとなった。この火花発生要因について次に述べる。
整流子電動機に適用できず、特に電気掃除機用交流整流
子電動機は年々最大入力を大きくし、かつ回転数を大き
くして小形軽量化が図られた機械で、電圧波形をカット
して歪波電圧波形を電動機に供給する場合にあっては従
来技術の範囲では良好な結果が得られず、整流性能が悪
化してブラシの火花が大きくなることが実験等により明
らかとなった。この火花発生要因について次に述べる。
【００１２】交流整流子電動機は交流電流が流れるため
に整流火花の発生する要因としては２つある。１つは直
流機と同様に図３（ハ）に示すように整流コイルがブラ
シ下を通過する間に（ブラシで短絡された電機子コイル
が整流コイルとなる）、整流コイル中の電流方向が反転
するときに整流コイルの持つインダクタンスＬで次式に
示すリアクタンス電圧を発生し、電流変化を遅らす作用
をなすために整流子片２６Ａがブラシ２８Ａから離れる
ときにブラシ２８Ａの端面から火花を発生させる。
に整流火花の発生する要因としては２つある。１つは直
流機と同様に図３（ハ）に示すように整流コイルがブラ
シ下を通過する間に（ブラシで短絡された電機子コイル
が整流コイルとなる）、整流コイル中の電流方向が反転
するときに整流コイルの持つインダクタンスＬで次式に
示すリアクタンス電圧を発生し、電流変化を遅らす作用
をなすために整流子片２６Ａがブラシ２８Ａから離れる
ときにブラシ２８Ａの端面から火花を発生させる。
【００１３】 ｅr ＝Ｌ(ｄｉ／ｄｔ） …（１） なお、リアクタンス電圧ｅr の影響による火花は図３
（イ)，(ロ）に示すように電機子電流の大きいときに発
生する。また、（１）式のインダクタンスＬは同一スロ
ット中の各コイルで異なる。すなわち、図１で示したよ
うに前位のコイルであるコイル辺２２Ａの整流終了時に
はコイル辺２２Ｂがブラシ２８Ａで短絡されているので
相互誘導作用により、コイル辺２２Ａのインダクタンス
が小さくなる。逆に、後位のコイルであるコイル辺２２
Ｂの整流終了時には同一スロット内にブラシで短絡され
たコイルが存在しないのでインダクタンスが大きくな
る。このため、前位のコイルの巻回数を大きくし、後位
のコイルの巻回数を少なくして、各コイルのリアクタン
ス電圧を等しくしようとするのが従来からの考え方であ
る。しかし、両コイルの巻回数の比を大きくしたのでは
変圧器起電力に対しては不利となる。変圧器起電力は図
２に示すように界磁巻線３２を交流電流で励磁すると主
磁束も交番し、例えば図３（ニ）に示す二重丸印の方向
に主磁束が変化しようとするとブラシで短絡されている
整流中のコイル内に変圧器作用により短絡電流ｉt が流
れ、この電流が流れている状態で整流子片２６Ａがブラ
シ２８Ａから離れるときにブラシ２８Ａから火花を発生
する。なお、変圧器起電力ｅt は次式で示される。
（イ)，(ロ）に示すように電機子電流の大きいときに発
生する。また、（１）式のインダクタンスＬは同一スロ
ット中の各コイルで異なる。すなわち、図１で示したよ
うに前位のコイルであるコイル辺２２Ａの整流終了時に
はコイル辺２２Ｂがブラシ２８Ａで短絡されているので
相互誘導作用により、コイル辺２２Ａのインダクタンス
が小さくなる。逆に、後位のコイルであるコイル辺２２
Ｂの整流終了時には同一スロット内にブラシで短絡され
たコイルが存在しないのでインダクタンスが大きくな
る。このため、前位のコイルの巻回数を大きくし、後位
のコイルの巻回数を少なくして、各コイルのリアクタン
ス電圧を等しくしようとするのが従来からの考え方であ
る。しかし、両コイルの巻回数の比を大きくしたのでは
変圧器起電力に対しては不利となる。変圧器起電力は図
２に示すように界磁巻線３２を交流電流で励磁すると主
磁束も交番し、例えば図３（ニ）に示す二重丸印の方向
に主磁束が変化しようとするとブラシで短絡されている
整流中のコイル内に変圧器作用により短絡電流ｉt が流
れ、この電流が流れている状態で整流子片２６Ａがブラ
シ２８Ａから離れるときにブラシ２８Ａから火花を発生
する。なお、変圧器起電力ｅt は次式で示される。
【００１４】 ｅt ＝ｋ・ｆ・Ｎ・Φm …（２） ここで、ｋは係数、ｆは励磁電流の周波数、Φm はブラ
シで短絡された整流コイルを通過する主磁束量およびＮ
はそれぞれの整流コイルの巻回数である。
シで短絡された整流コイルを通過する主磁束量およびＮ
はそれぞれの整流コイルの巻回数である。
【００１５】（２）式により、変圧器起電力の大きさは
整流コイルの巻回数が大きい方が大きくなる。したがっ
て、リアクタンス電圧のみに着目して前位のコイルの巻
回数を大きくすると、変圧器起電力が大きくなり、逆に
火花が大きくなることになる。
整流コイルの巻回数が大きい方が大きくなる。したがっ
て、リアクタンス電圧のみに着目して前位のコイルの巻
回数を大きくすると、変圧器起電力が大きくなり、逆に
火花が大きくなることになる。
【００１６】また、変圧器起電力ｅt の影響による火花
は図３（イ)，(ロ）に示すように電機子電流が小さいと
きに発生する（リアクタンス電圧ｅr の影響による火花
と変圧器起電力ｅt の影響による火花は位相が９０゜異
なる）。ここで、電気掃除機の吸込性能を表す吸込仕事
率を大きくするために交流整流子電動機の最大入力を５
００Ｗ以上とし、限られた電気掃除機の空間の中に電動
機を収めるために小形化を図るべく最大入力時の電動機
の回転数を２３０００rpm 以上に設定した場合には、図
３（ロ）に示すように変圧器起電力ｅt の影響による火
花がリアクタンス電圧ｅt の影響による火花と同じく大
きくなることを実験的に確認した。さらに、電圧波形を
カットして歪波電圧波形を電動機に供力する入力制御装
置を備えた場合には、商用周波数より電圧、および電流
の変化が急峻によって変圧器起電力が大きくなり、変圧
器起電力ｅt の影響による火花がリアクタンス電圧ｅr
の影響による火花より大きくなることを実験的に確認し
た。
は図３（イ)，(ロ）に示すように電機子電流が小さいと
きに発生する（リアクタンス電圧ｅr の影響による火花
と変圧器起電力ｅt の影響による火花は位相が９０゜異
なる）。ここで、電気掃除機の吸込性能を表す吸込仕事
率を大きくするために交流整流子電動機の最大入力を５
００Ｗ以上とし、限られた電気掃除機の空間の中に電動
機を収めるために小形化を図るべく最大入力時の電動機
の回転数を２３０００rpm 以上に設定した場合には、図
３（ロ）に示すように変圧器起電力ｅt の影響による火
花がリアクタンス電圧ｅt の影響による火花と同じく大
きくなることを実験的に確認した。さらに、電圧波形を
カットして歪波電圧波形を電動機に供力する入力制御装
置を備えた場合には、商用周波数より電圧、および電流
の変化が急峻によって変圧器起電力が大きくなり、変圧
器起電力ｅt の影響による火花がリアクタンス電圧ｅr
の影響による火花より大きくなることを実験的に確認し
た。
【００１７】すなわち、従来技術のように、リアクタン
ス電圧のみを考慮した最適な巻回数比では最大入力を５
００Ｗ以上とし、最大入力時の電動機の回転数を２３０
００rpm 以上に設定し、位相制御によって電圧を調整す
る入力制御装置を有する電気掃除機用交流整流子電動機
の場合には、変圧器起電力の影響によりブラシ寿命と電
動機効率を同じに向上することができないことを実験的
に確認した。以下、最大入力を５００Ｗ以上とし、最大
入力時の電動機の回転数を２３０００rpm 以上に設定し
た入力制御装置砂備えた電気掃除機用交流整流子電動機
による者験の結果を説明する。
ス電圧のみを考慮した最適な巻回数比では最大入力を５
００Ｗ以上とし、最大入力時の電動機の回転数を２３０
００rpm 以上に設定し、位相制御によって電圧を調整す
る入力制御装置を有する電気掃除機用交流整流子電動機
の場合には、変圧器起電力の影響によりブラシ寿命と電
動機効率を同じに向上することができないことを実験的
に確認した。以下、最大入力を５００Ｗ以上とし、最大
入力時の電動機の回転数を２３０００rpm 以上に設定し
た入力制御装置砂備えた電気掃除機用交流整流子電動機
による者験の結果を説明する。
【００１８】図４は前位のコイルと後位のコイルの巻回
数の比（Ｎ1／Ｎ2）に対する前位および後位のコイルに
誘起するリアクタンス電圧と変圧器起電力の関係を示
す。（イ）のリアクタンス電圧を見ると巻回数比を大き
くするにつれて後位のリアクタンス電圧が減少し、リア
クタンス電圧の大きさを目視による火花の大きさから許
容される最大リアクタンス電圧ｅrmを設定することがで
き、本発明では巻回数比の最小は１.６ が良いことが分
かった。次に、（ロ）の変圧器起電力との関係を見ると
巻回数比を大きくすると前位のコイルの巻回数が大きく
なるので（２）式により巻回数に比例して変圧器起電力
が増大する結果となる。このため、変圧器起電力による
火花の大きさを許容火花内に抑えようとすると巻回数比
の最大は３.２ であることが分かった。ブラシからの火
花発生を左右するのはリアクタンス電圧と変圧器起電力
の和と考えられる。
数の比（Ｎ1／Ｎ2）に対する前位および後位のコイルに
誘起するリアクタンス電圧と変圧器起電力の関係を示
す。（イ）のリアクタンス電圧を見ると巻回数比を大き
くするにつれて後位のリアクタンス電圧が減少し、リア
クタンス電圧の大きさを目視による火花の大きさから許
容される最大リアクタンス電圧ｅrmを設定することがで
き、本発明では巻回数比の最小は１.６ が良いことが分
かった。次に、（ロ）の変圧器起電力との関係を見ると
巻回数比を大きくすると前位のコイルの巻回数が大きく
なるので（２）式により巻回数に比例して変圧器起電力
が増大する結果となる。このため、変圧器起電力による
火花の大きさを許容火花内に抑えようとすると巻回数比
の最大は３.２ であることが分かった。ブラシからの火
花発生を左右するのはリアクタンス電圧と変圧器起電力
の和と考えられる。
【００１９】このように、前位のコイルと後位のコイル
の巻回数の比にはリアクタンス電圧による火花と変圧器
起電力による火花とから、最適な値があり、最大入力を
500Ｗ以上，最大入力時の電動機の回転数を２３０００r
pm 以上に設定した電気掃除機用交流整流子電動機にお
いては、Ｎ1／Ｎ2の適正値が１.６〜３.２であることが
分かった。
の巻回数の比にはリアクタンス電圧による火花と変圧器
起電力による火花とから、最適な値があり、最大入力を
500Ｗ以上，最大入力時の電動機の回転数を２３０００r
pm 以上に設定した電気掃除機用交流整流子電動機にお
いては、Ｎ1／Ｎ2の適正値が１.６〜３.２であることが
分かった。
【００２０】図５は巻回数比を最小の１.６と最大３.２
に設定したときのブラシの比抵抗に対するリアクタンス
電圧による短絡電流ｉr の大きさと変圧器起電力による
短絡電流ｉt の変化を示す。これにより、ブラシの比抵
抗が２万（μΩ−cm）以下ではいずれの電圧に対しても
短絡電流が大きく、所要の火花範囲に入らないことが分
かった。このため、ブラシの比抵抗が大きい程、発生す
る整流火花が小さくなるが、損失が増加して電動機効率
が低下するのでむやみに大きくすることはできない。
に設定したときのブラシの比抵抗に対するリアクタンス
電圧による短絡電流ｉr の大きさと変圧器起電力による
短絡電流ｉt の変化を示す。これにより、ブラシの比抵
抗が２万（μΩ−cm）以下ではいずれの電圧に対しても
短絡電流が大きく、所要の火花範囲に入らないことが分
かった。このため、ブラシの比抵抗が大きい程、発生す
る整流火花が小さくなるが、損失が増加して電動機効率
が低下するのでむやみに大きくすることはできない。
【００２１】図６は前位のコイルと後位のコイルの巻回
数比を２.３（最小の１.６と最大３.２ のほぼ中間値）
に設定した６台の電動機を対象にブラシ比抵抗の異なる
材質を各々に取り付けて測定した場合の電動機効率ηと
ブラシ寿命ｌを示す。
数比を２.３（最小の１.６と最大３.２ のほぼ中間値）
に設定した６台の電動機を対象にブラシ比抵抗の異なる
材質を各々に取り付けて測定した場合の電動機効率ηと
ブラシ寿命ｌを示す。
【００２２】これにより、ブラシの比抵抗が２万（μΩ
−cm）以下では整流火花が大きく、効率的には高いがブ
ラシ寿命が短くなることが分かった。このため、ブラシ
寿命からブラシの比抵抗は２万（μΩ−cm）を超える値
にすべきである。逆に、比抵抗を大きくするとブラシ火
花が小さくなりブラシ寿命が伸びる反面、電動機効率が
低下する。したがって、電動機効率の観点からはブラシ
の比抵抗を８万（μΩ−cm）以下が良いことが分かっ
た。すなわち、ブラシの比抵抗の適正範囲は２万（μΩ
−cm）を超え８万（μΩ−cm）以下の範囲であることが
確認できた。
−cm）以下では整流火花が大きく、効率的には高いがブ
ラシ寿命が短くなることが分かった。このため、ブラシ
寿命からブラシの比抵抗は２万（μΩ−cm）を超える値
にすべきである。逆に、比抵抗を大きくするとブラシ火
花が小さくなりブラシ寿命が伸びる反面、電動機効率が
低下する。したがって、電動機効率の観点からはブラシ
の比抵抗を８万（μΩ−cm）以下が良いことが分かっ
た。すなわち、ブラシの比抵抗の適正範囲は２万（μΩ
−cm）を超え８万（μΩ−cm）以下の範囲であることが
確認できた。
【００２３】このように、前位のコイルと後位のコイル
の巻回数比とブラシ比抵抗の適用する範囲の適正化を図
ればブラシ寿命および電動機効率を向上することができ
る。このため、さらなる高速化と入力増加を図ることが
でき、電気掃除機用として好適な交流整流子電動機が得
られる効果がある。
の巻回数比とブラシ比抵抗の適用する範囲の適正化を図
ればブラシ寿命および電動機効率を向上することができ
る。このため、さらなる高速化と入力増加を図ることが
でき、電気掃除機用として好適な交流整流子電動機が得
られる効果がある。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、入力制御を行う電気掃
除機用交流整流子電動機の整流悪化要因を明らかにし、
リアクタンス電圧と変圧器起電力の許容値から前位のコ
イルと後位のコイルの巻回数の比（Ｎ1／Ｎ2）を最適な
値である１.６〜３.２に設定し、かつ、巻回数比とブラ
シ比抵抗とが密接に関係しているため、最適な巻回数比
１.６〜３.２に対応する最適なブラシの比抵抗は、２万
（μΩ−cm）を超え８万（μΩ−cm）以下の範囲であ
る。これにより、両者の値の範囲を限定することによ
り、整流性能を向上することができ、ブラシ寿命および
電動機効率を向上することができる。このため、さらな
る高速化と入力増加を図ることができ、入力制御を行っ
て高機能な機能を付加した電気掃除機用に好適な交流整
流子電動機が得られる効果がある。
除機用交流整流子電動機の整流悪化要因を明らかにし、
リアクタンス電圧と変圧器起電力の許容値から前位のコ
イルと後位のコイルの巻回数の比（Ｎ1／Ｎ2）を最適な
値である１.６〜３.２に設定し、かつ、巻回数比とブラ
シ比抵抗とが密接に関係しているため、最適な巻回数比
１.６〜３.２に対応する最適なブラシの比抵抗は、２万
（μΩ−cm）を超え８万（μΩ−cm）以下の範囲であ
る。これにより、両者の値の範囲を限定することによ
り、整流性能を向上することができ、ブラシ寿命および
電動機効率を向上することができる。このため、さらな
る高速化と入力増加を図ることができ、入力制御を行っ
て高機能な機能を付加した電気掃除機用に好適な交流整
流子電動機が得られる効果がある。
【図１】本発明が適用される交流整流子電動機の電機子
コイルおよびスロットの位置関係を示す概略説明図。
コイルおよびスロットの位置関係を示す概略説明図。
【図２】本発明が適用される無補極の電気掃除機用交流
整流子電動機の概略縦断面図。
整流子電動機の概略縦断面図。
【図３】リアクタンス電圧と変圧器起電力の概略説明
図。
図。
【図４】巻回数の比Ｎ1／Ｎ2に対するリアクタンス電圧
と変圧器起電力の関係。
と変圧器起電力の関係。
【図５】ブラシの比抵抗に対するリアクタンス電圧によ
る短絡電流および変圧器起電力による短絡電流の関係。
る短絡電流および変圧器起電力による短絡電流の関係。
【図６】ブラシの比抵抗に対するブラシ寿命および電動
機効率の関係を示す図である。
機効率の関係を示す図である。
１６…シャフト、１８…スロット、２０…電機子鉄心、
２２…電機子コイル、２４…電機子巻線、２６…整流
子、２８…ブラシ、３０…固定子鉄心、３２…界磁巻
線。
２２…電機子コイル、２４…電機子巻線、２６…整流
子、２８…ブラシ、３０…固定子鉄心、３２…界磁巻
線。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山下 信行 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 常楽 文夫 茨城県日立市東多賀町１丁目１番１号 株 式会社日立製作所多賀工場内
Claims (1)
- 【請求項１】電機子鉄心に形成された多数のスロット
と、該スロット内に巻回された電機子コイルに電流を供
給するためのブラシと整流子とからなる電機子と、該電
機子の外周に界磁巻線と固定子鉄心とからなる固定子を
具備し、同一の該スロット内に収められた該電機子コイ
ルのコイル辺のうち回転方向前位にあるコイル辺の巻回
数を回転方向後位にあるコイル辺の巻回数よりも大きく
し、該電動機に供給する電圧を位相制御によって調整す
る入力制御装置を備えた電気掃除機用交流整流子電動機
において、前記交流整流子電動機の最大入力を５００Ｗ
以上，該最大入力時の該電動機の回転数を２３０００rp
m 以上に設定し、前記前位のコイル辺の巻回数Ｎ1 と前
記後位のコイル辺の巻回数Ｎ2 との比を１.６〜３.２、
前記ブラシの比抵抗を２万（μΩ−cm）を超え８万（μ
Ω−cm）以下の範囲で構成したことを特徴とする電気掃
除機用交流整流子電動機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP631696A JPH08298760A (ja) | 1996-01-18 | 1996-01-18 | 電気掃除機用交流整流子電動機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP631696A JPH08298760A (ja) | 1996-01-18 | 1996-01-18 | 電気掃除機用交流整流子電動機 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61234646A Division JP2765830B2 (ja) | 1986-10-03 | 1986-10-03 | 電気掃除機用交流整流子電動機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08298760A true JPH08298760A (ja) | 1996-11-12 |
Family
ID=11634976
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP631696A Pending JPH08298760A (ja) | 1996-01-18 | 1996-01-18 | 電気掃除機用交流整流子電動機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08298760A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56125956A (en) * | 1980-03-10 | 1981-10-02 | Hitachi Ltd | Commutator motor |
| JPS5833960A (ja) * | 1981-08-21 | 1983-02-28 | Hitachi Ltd | 整流子電動機 |
-
1996
- 1996-01-18 JP JP631696A patent/JPH08298760A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56125956A (en) * | 1980-03-10 | 1981-10-02 | Hitachi Ltd | Commutator motor |
| JPS5833960A (ja) * | 1981-08-21 | 1983-02-28 | Hitachi Ltd | 整流子電動機 |
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