JPS6238939B2

JPS6238939B2 -

Info

Publication number: JPS6238939B2
Application number: JP17300779A
Authority: JP
Inventors: Juji Matsura; Motoyuki Tanaka
Original assignee: Tokyo Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Tec Corp
Priority date: 1979-12-28
Filing date: 1979-12-28
Publication date: 1987-08-20
Also published as: JPS5698346A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は電動送風機に係り、例えば電気掃除機
などに用いられる電動送風機のコア冷却風路の風
路断面積を増大する固定子コアの形状に関する。

〔従来の技術〕

一般に、掃除機などに用いられる電動送風機は
回転子および固定子からなる駆動電動機部とこの
駆動電動機部を嵌合する冷却風案内筒と、フアン
とにより構成され、駆動電動機部により回転され
るフアンによつて起生される吸排気の空気流を固
定子および冷却風案内筒にて形成されるコア冷却
風路を通過させ、固定子を冷却させる構造となつ
ている。

従つて、掃除機最大吸込仕事率時における電動
送風機の風量Ｑが1.2m³／mm前後に対してコア冷
却風路が狭いと、冷却風がコア冷却風路を通過し
にくくなり、固定子の前方で乱流が発生して正の
圧力上昇を発生させ、電動送風機の負の圧力上昇
が減少し、従つて掃除機の負の圧力上昇が減少
し、掃除機の最大吸込仕事率が減少する。

また特開昭51―38002号公報に記載されている
ように円筒状の外枠に略円形状の固定子コアにて
構成された固定子を嵌合し、この外枠の内周に突
出形成した複数のリブにて固定子を保持して外枠
と固定子との間にリブにて仕切られたコア冷却風
路を形成した構造が知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、第６図に示す従来の構成では固定子コ
ア１は略円形であるため、固定子コア１の外周縁
と冷却風案内筒２との嵌合接触部の長さl₁が長
く、コア冷却風路３，４が狭くなり、また固定子
コア１外周の各辺と冷却風案内筒２とで形成され
る各コア冷却風路３が等しくなく、乱流の発生す
る原因となり、コア冷却風路３が有効的に使われ
ていないなどの欠点があつた。

また上記特開昭51―38002号公報に示す構造で
は固定子を均等に冷却できるとしても固定子コア
の大きさに対し固定子コアと冷却風案内筒との嵌
合接触部との接触長さの比率については何ら解明
されておらず、またフアン効率を有効に高めるこ
とについて何ら言及されておらず、また固定子コ
アの材料どりが悪く、固定子コアの大きさに比し
て外枠が大型となり、全体的に大型となる問題が
あつた。

本発明は上記問題点に鑑みなされたもので大量
の風量を得られるとともにその風量を少くしてフ
アン効率を高め、駆動電動機部の冷却が均等で確
実に行われるように固定子コアを略正方形とし、
回転子コアの外径を小さくして少い材料でコアを
形成でき、固定子コアの簡単な構造で固定子と冷
却風案内筒との間の各冷却風路の風路断面積をそ
れぞれ等しくかつ最大にでき、コア冷却風路の風
路断面積を増大しフアン効率のよい電動送風機を
提供することを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の電動送風機は、回転子および固定子と
からなる駆動電動機部と、この駆動電動機部の回
転子の回転により回転されるフアンと、前記駆動
電動機部の固定子を囲繞し前記フアンの回転によ
つて起生され前記固定子を冷却する空気流のコア
冷却風路を形成する円筒状の冷却風案内筒とを備
え、前記固定子を構成する固定子コアの外形形状
を略正方形とし、前記固定子コアの外径に対する
この固定子コアと冷却風案内筒との嵌合接触部の
長さの比率を0.12以下とし、前記固定子の各外周
縁と前記冷却風案内筒の内周面とで構成される各
冷却風路の風路断面積を等しくしたことを特徴と
したものである。

〔作用〕

本発明の電動送風機は、駆動電動機部の回転子
が回転することにより回転軸に設けたフアンが回
転され、このフアンによつて吸気された空気流は
駆動電動機部に流入し、この空気流は固定子と冷
却風案内筒とにて構成されるコア冷却風路と、回
転子と固定子とにて構成されるコア冷却風路とを
通過し、冷却風案内筒の排出孔から排出される。

この際、固定子コアの外形は略正方形のため、
固定子と冷却風案内筒とにて構成されるコア冷却
風路が広くなるとともに、各コア冷却風路の断面
積が同一となり、このコア冷却風路を通過する冷
却風が各コア冷却風路で均一に流れ、乱流が発生
しにくく乱流による圧力損失が小さくなるととも
に冷却効率が増大する。そして固定子コアと冷却
風案内筒との嵌合接触部の長さが長いとコア冷却
風路断面積が大幅に減少し、圧力損失が増大しフ
アン効率は低下するが、嵌合接触部の長さすなわ
ち嵌合接触部の長さの固定子コアの外径に対する
比率が0.12以下でフアン効率ηｆは60％以上でほ
ぼ一定となり、従来の57％程度のフアン効率ηf₁
より向上される。また固定子コアの大きさに比し
て電動送風機全体を小型にでき、経済性を向上で
きるものである。

〔実施例〕

次に本発明の一実施例の構成を第１図乃至第５
図について説明する。

１１は電動送風機本体で、この電動送風機本体
１１は駆動電動機部１２とフアン部１３とからな
つている。

この駆動電動機部１２は積層固定した固定子コ
ア３３に界磁コイル４１を巻回した固定子１４と
この固定子１４に囲繞された回転子１５を有し、
この固定子１４の外周に断面円形の冷却風案内筒
１６が嵌合されている。前記固定子１４の下方に
位置して前記冷却風案内筒１６の両側に設けられ
たブラシ支持部１７に、内方に突出するようにス
プリング３２にて附勢されたブラシ１８が設けら
れ、このブラシ１８が圧接されて整流子１９が前
記回転子１５の回転軸２０に設けられている。こ
の回転軸２０の一端は前記冷却風案内筒１６に設
けた軸受３１に回転自在に軸支されている。また
前記冷却風案内筒１６の開口面は仕切フレーム２
１にて閉塞され、この仕切フレーム２１の中央部
には軸受部２２が形成され、この軸受部２２には
前記回転軸２０を軸支するる軸受３１が設けられ
ている。この仕切フレーム２１には複数の通気孔
２３が軸受部２２の外周位置に形成されている。

前記フアン部１３は仕切フレーム２１の外方に
位置し、前記仕切フレーム２１から突出した回転
軸２０の端部にナツト２０ａにて固着されたフア
ン２４と、このフアン２４の内方に位置し、外方
に整流孔２５を形成した整流板２６と、この整流
板２６とフアン２４とを覆い中央部に吸気孔２７
を開口し周縁を前記仕切フレーム２１に取着した
フアンカバー２８とから構成されている。

前記駆動電動機部１２の固定子１４の固定子コ
ア３３は第２図に示すように外形形状を略正方形
とし固定子１４と冷却風案内筒１６とで構成され
るコア冷却風路３４の面積を等しくするととも
に、この固定子コア３３と冷却風案内筒１６との
嵌合接触部の長さｌを短くし、固定子コア３３の
外径Ｄ_sを82mm、すなわち冷却風案内筒１６の内
径を82mmとし、この固定子コア３３の外径Ｄ_sに
対する嵌合接触部の長さｌの比率ｌ／Ｄ_sが0.12
以下となるように形成されている。

３５は前記回転子１５の回転子コアで、第３図
乃至第５図に示すように複数のテイース部３６
と、この各テイース部３６間に形成され、コイル
（図示せず）を巻回するスロツト部３８が形成さ
れており、この回転子コア３５の外径Ｄ_rは前記
固定子コア３３の外径Ｄ_sに対する比率Ｄ_r／Ｄ_s
が、0.44〜0.53となるように形成されており、さ
らに固定子コア３３の極弧角θに面する回転子コ
ア３５のテイースの幅ｂ_tを合計した値が固定子
コア３３の左右両ヨーク３７のヨーク幅ｂ_yを合
計したとほぼ等しいか、または広くなるように形
成されている。

また回転子コア３５の外径積Ｄ_r ^２に対するこ
の回転子コア３５のスロツト面積Ｓ_asを合計した
値との比率が0.23以下となるように形成されてい
る。

次にこの実施例の作用を説明する。

駆動電動機部１２の回転子１５が回転すること
により回転軸２０に設けたフアン２４が回転さ
れ、このフアン２４によつてフアンカバー２８の
吸気孔２７から吸気され、この吸気された空気流
は第１図矢印に示すように整流板２６にて整流さ
れ仕切フレーム２１の通気孔２３から駆動電動機
部１２へ送風される。

この駆動電動機部１２に流入した空気流は固定
子１４と冷却風案内筒１６とにて構成されるコア
冷却風路３４と、回転子１５と固定子１４とにて
構成されるコア冷却風路４０とを通過し、冷却風
案内筒１６の排出孔（図示せず）から排出され
る。

この際、固定子コア３３の外形を略正方形とし
たため、第２図に示すように固定子１４と冷却風
案内筒１６とにて構成されるコア冷却風路３４が
広くなるとともに、各コア冷却風路３４の断面積
が同一となり、このコア冷却風路３４を通過する
冷却風が各コア冷却風路３４で均一に流れ、乱流
が発生しにくく、乱流による圧力損失が小さくな
るとともに冷却効率が増大する。

次に、この固定子コア３３の外形形状に対する
フアン効率η_fの測定結果を第７図に示す。

一般に掃除機最大吸込仕事率時の電動送風機風
量Ｑがほぼ1.2m³／minであるのに合わせて電動
送風機風量Ｑをほぼ1.2m³／min一定、固定子コ
ア３３の外径Ｄ_sを82mm一定とし、この固定子コ
ア３３と冷却風案内筒１６との嵌合接触部の長さ
ｌを３mm、６mm、９mm、14mm、17mmと変化させて
実験した。

第７図からわかるように嵌合接触部の長さｌが
10mm以上ではコア冷却風路断面積が大幅に減少
し、圧力損失が増大しフアン効率は低下するが、
嵌合接触部の長さｌが10mm以下、すなわち嵌合接
触部の長さｌの固定子コアの外径Ｄ_sに対する比
率ｌ／Ｄ_sが0.12以下でフアン効率η_fは60％以上
でほぼ一定となり、従来の57％程度のフアン効率
η_f1より向上される。

また、固定子コア３３の外形形状を略正方形と
したため、第２図および第６図に示すように固定
子コア３３の材料の面積は従来のa₁×b₁に対し、
ａ×ｂ（但しa₁＞ａ、b₁＞ｂ）と小さくなり、固
定子コア３３の材料は20％以上、固定子コア３３
の重量は10％以上減少することができ、経済性を
向上できる。なおこの固定子コア３３はポール幅
ｂ_pを縮小し固定子１４に巻回されるコイル４１
の一巻当りの長さを短くし、固定子コア３３のス
ロツト４２の面積を縮小し、コイル４１の線径を
細くし、コイル４１の重量を軽くし、固定子１４
の重量を軽減している。

次に外形形状を略正方形とし、外径Ｄ_sを82mm
とした固定子コア３３に対する冷却風案内筒１６
との嵌合接触部の長さｌの比率を0.12以下とした
前記固定子コア３３を用いた電動送風機における
回転子コア３５の形状の変化に対する電動送風機
効率ηを測定した。

なお回転子コア３５の形状を変化するに当つて
は固定子１４および回転子１５の電流密度の限界
値を知るために従来の固定子コアと回転子コアを
用いて回転子および固定子の電流密度を同じ割合
で高くしていつた場合の回転子コイルと固定子コ
イルの温度、モータ効率η_n1および電動送風機効
率η_１を第８図に示す。なおこの時の電動送風機
出力（又は駆動部軸出力）は一定としてある。

この第８図からわかるように電流密度を大きく
すると、回転子コイルおよび固定子コイルの温度
も上昇し、モータ効率η_n1が低下し、電動送風機
効率η_１も低下するため、電流密度を35A／mm²以
下とし、回転子コイルおよび固定子コイルの温度
があまり上昇しないようにした。

また、回転子コア３５の外径Ｄ_rに対する回転
コア３５のスロツト部３８の面積Ｓ_asとの関係を
テイーズ部３６の幅ｂ_tと長さｌ_tを変化し、計算
にて検討した結果を第９図に示す。なおこの時の
回転子１４の各値は次の通りとする。スロツト開
口幅b₁を1.6mm、テイース端厚さt₁を1.2mm、スロ
ツト数η_sを22個、コイル巻数Ｗ_aを11巻、電機子
電流Ｉ_aを2.79A、最大スペースフアクターSF_nax
を0.26とし、図中のａはテイース幅ｂ_tを1.6mmと
しテイース長さｌ_tを7.5mmとした場合、ｂはテイ
ース幅ｂ_tを1.75mmとしテイース長さｌ_tを8.5mmと
した場合、Ｃはテイース幅ｂ_tを1.75mmとしテイ
ース長さｌ_tを7.5mmとした場合のグラフ図であ
る。

この第９図からわかるように、スロツト面積Ｓ
_asにより電流密度が決まるため、電流密度を
35A／mm²以下とするにはスロツト面積Ｓ_asは111.5
mm²以上としなければならず回転子コア３５の外径
Ｄ_rは32mm以上としなければならない。

そこで、回転子コア３５の外径Ｄ_rを34mm、36
mm、38mm、39mm、40mm、43.3mm、45mmに形成し、
この回転子１５を前記矩形で外径Ｄ_sが82mmの固
定子コア３３にて形成した固定子１３と組み合わ
せてフアン効率η_f、モータ効率η_n、電動送風機
効率ηおよび回転子コア３５とコイル４４との重
量ｍを測定した結果を第１０図に示す。なおこの
とき固定子１４および回転子１５の鉄損の70％近
くを発生しているテイース部３６の鉄損の変化に
より各効率が影響されないようにデイース幅ｂ_t
とテイース長さｌ_tとを一定とし鉄損が変化しな
いようにしている。

第１０図からわかるようにモータ効率η_nは回
転子コア３５の外径Ｄ_rを小さくすると回転子１
５のコイル（図示せず）の線径は小さくなり、電
流密度の２乗に比例して銅損が増加するが、逆に
回転子１５が縮小されるため機械損が回転子コア
３５の外径Ｄ_rにほぼ反比例して小さくなるため
外径Ｄ_rが38mm以下となると急激に低下する。

また、フアン効率η_fは回転子コア３５の外径
Ｄ_rを小さくするとコア冷却風路４０の面積が大
きくなり、冷却風の乱流などによる正の圧力上昇
が減少するとともに回転子１５の回転による乱流
も減少するため上昇する。

そこで、電動送風機効率ηは前記モータ効率η
_nとフアン効率η_fとの積であらわせるため回転子
コア３５の外径Ｄ_rが36mm〜43.3mmでは、すなわ
ち固定子コア３３の外径Ｄ_sに対する回転子コア
３５の外径Ｄ_rの比率Ｄ_r／Ｄ_sが0.44〜0.53では電
動送風機効率ηは従来の電動送風機効率η_１が37
％程度であるのに対し37％以上となるため、従来
の電動送風機効率η_１より向上し、回転子コア３
５の外径Ｄ_rが38mmすなわち固定子コア３３の外
径Ｄ_sに対する回転子コア３５の外径の比率Ｄ_r／
Ｄ_sが0.46で電動送風機効率はほぼ40％となり最
大となる。

なお、回転子コア３５とコイル（図示せず）の
重量ｍは回転子コア３５の外径Ｄ_rが小さいほど
材料が減少でき、重量も軽くできる。

なお上記実施例においては固定子コア３３の外
径Ｄ_sを82mm一定としたが他の外径においても同
様の結果となる。

次に固定子コア３３の形状を略正方形とし、外
径Ｄ_sを82mmとするとともに回転子コア３５の外
径Ｄ_rを38mm一定とした際に鉄損の70％近くを有
するテイース部３６の鉄損を減少する。この際、
テイース幅ｂ_tを広げるとともにテイースの長さ
ｌ_tを短くすることが考えられるが、テイース幅
ｂ_tを広げ、テイース長さｌ_tを短くすることによ
りスロツト面積Ｓ_asが減少し、回転子１５のコイ
ル（図示せず）の線径を細くしなければならず、
コイルの線径を細くすることにより銅損が増加す
るため単にテイース幅ｂ_tを広げ、テイース長さ
ｌ_tを短くすることはできないため、テイース幅
ｂ_tとテイース長さｌ_tとを変化させることにより
スロツト面積Ｓ_asを変化し、このスロツト面積Ｓ
_asの変化に対するモータ効率η_nの変化を調べた
結果を第１１図に示す。この第１１図からわかる
ように、少なくともスロツト面積Ｓ_as（第１１図
（）内に示す）が14.7mm〜16.1mmの範囲内では
スロツト面積Ｓ_asを少なくすることにより回転子
１５の銅損の増加分に比べ、鉄損の減少分が大き
いためモータ効率η_nは上昇し、特にスロツト面
積Ｓ_asが15.3mm^３以上、すなわち回転子コア３５
の外径積Ｄ_r ^２に対する回転子コア３５の全スロ
ツト面積Ｓ_asの比率Ｓ_as／Ｄ_r ^２が0.23以下では、
モータ効率η_nは大幅に上昇する。これは固定子
コア３３の極弧角θに面する回転子コア３５のテ
イース幅Ｓ_asの合計が固定子１３の両ヨーク幅ｂ
_yとほぼ等しいか両ヨーク幅ｂ_yより広くなるため
磁路がむだなく有効に利用できる。

なお、上記実施例においては回転子３３の外型
を38mmとしたが、他の外径の回転子コア３５を使
用しても同様の結果が得られる。

なお前記実施例の構成のように固定子コア３３
の外径に対する回転子コア３５の外径の比率を
0.44〜0.53とすることにより、回転子コア３５の
外径が縮小され、回転子コア３５の材料および回
転子コア３５の重量が減少でき、経済性を向上で
き、回転子１５の縮小によるモータ効率の減少に
比べコア冷却風路３４の拡大によるフアン効率の
増大の方が大きく、電動送風機効率を向上でき
る。

また、固定子コア３３の極弧角に面する回転子
コア３５の全テイース幅が固定子コア３３の両ヨ
ーク幅とほぼ等しいかまたは両ヨーク幅より広い
とともに回転子コア３５の外径積に対する回転子
１５の全スロツト面積の比率を0.23以下とすれ
が、回転子に巻回するコイルの線径を細くしコイ
ルの重量を軽くでき、このコイルの線径を細くし
たことによる銅損の増加に比べテイース幅を広く
しテイース長さを短くしたことによる回転子１５
のテイース部の鉄損を減少でき、さらにコイルの
線径を細くすることによりコイルの重量を軽くで
き、回転子１５の重量および電動送風機の重量を
軽くできる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、固定子コアの外形形状を略正
方形とし、固定子と冷却風案内筒とで構成される
各コア冷却風路の面積を等しくしたため、乱流が
発生しにくく、風損が少く、固定子の均等な冷却
ができ、駆動電動機部の冷却が確実にでき、固定
子コアの外径に対するこの固定子コアと冷却風案
内筒との嵌合接触部の長さの比率を0.12以下とし
たため、冷却風路面積を広くでき、駆動電動機部
内部の圧力損失を減少でき、フアン部の負の圧力
上昇が大きくでき、フアン効率をより向上でき、
さらに固定子コアは略正方形状としたため簡単な
構造で固定子と冷却風案内筒との間の各コア冷却
風路の面積を等しくでき、かつ最大にでき、また
固定子コアの材料を減少でき、経済性を向上でき
るとともに固定子コアの重量も軽くでき電動送風
機全体の重量も軽くできるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電動送風機の一実施例を示す
断面図、第２図は同上固定子コアを冷却風案内筒
に嵌合した状態を示す平断面図、第３図および第
４図は同上回転子コアの外径の変化によるコア冷
却風路面積の変化を示す平面図、第５図は同上回
転子コアの平面図、第６図は従来の固定子コアを
冷却風案内筒に嵌合した状態を示す平断面図、第
７図は固定子コア外径と嵌合部の長さとの比率に
対するフアン効率の特性図、第８図は電流密度に
対する固定子および回転子の温度とモータ効率お
よび電動送風効率の特性図、第９図は回転子コア
外径に対する回転子のスロツト面積の特性図、第
１０図は固定子コア外径に対する回転子コア外径
の比率に対するモータ効率、フアン効率、電動送
風機効率および回転子コアとコイルの重量の特性
図、第１１図は回転子コアの外径積に対するスロ
ツト面積の比率に対するモータ効率の特性図。１２……駆動電動機部、１４……固定子、１５
……回転子、１６……冷却風案内筒、３３……固
定子コア、３４……コア冷却風路、３５……回転
子コア、Ｄ_s……固定子コア３３の外径、Ｄ_r……
回転子コア３５の外径、ｌ……嵌合接触部の長
さ、ｂ_t……テイース幅、ｂ_y……ヨーク幅、Ｓ_as
……スロツト面積、θ……極弧角。

Claims

【特許請求の範囲】

１回転子および固定子とからなる駆動電動機部
と、この駆動電動機部の回転子の回転により回転
されるフアンと、前記駆動電動機部の固定子を囲
繞し前記フアンの回転によつて起生され前記固定
子を冷却する空気流のコア冷却風路を形成する円
筒状の冷却風案内筒とを備え、前記固定子を構成
する固定子コアの外形形状を略正方形とし、この
固定子コアの外径に対するこの固定子コアと冷却
風案内筒との嵌合接触部の長さの比率を0.12以下
とし、前記固定子の各外周縁と前記冷却風案内筒
の内周面とで構成される各冷却風路の風路断面積
を等しくしたことを特徴とする電動送風機。