(57)【要約】【課題】小型で、２仕様の電圧電源に対してそれぞれ優れた性能を発揮することができる使い勝手のよいモータを提供する。【解決手段】整流子２２と複数の巻き線２５を巻き付けたロータ２３とを回転軸２６に固定した回転ユニット２０と、ロータ２３の周囲に配され磁界を形成する界磁コイル（図示せず）と、整流子２２に電源を接続するカーボンブラシ３２とを有し、整流子２２は複数の整流子片２１を配備し、かつ巻き線２５は、整流子片２１の２片にまたがってそれぞれ独立して電気接続されるとともに、各巻き線２５同士を整流子片２１を介して電気接続する切換え接合器２７を配備したもので、切換え接合器２７で各巻き線２５の接続位置が切り換えられるので、小型で、異なる電源電圧に応じて最適な効率を発揮するモータ（図示せず）を提供することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
整流子と複数の巻き線を巻き付けたロータとを回転軸に固定した回転ユニットと、前記ロータの周囲に配され磁界を形成する界磁体と、前記整流子に電源を接続するカーボンブラシとを有し、前記整流子は複数の整流子片を配備し、かつ前記巻き線は、前記整流子片の２片にまたがってそれぞれ独立して電気接続されるとともに、各巻き線同士を前記整流子片を介して電気接続する切換え接合器を前記回転ユニットに配備したモータ。
【請求項２】
切換え接合器を、複数の接点と、前記接点を保持する保持体とで構成するとともに、整流子の整流子片の一部を斜めに形成し、前記切換え接合器の前記整流子の軸方向での位置によって、前記接点に接続される前記整流子片が切り替わる請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
切換え接合器に、磁性体を配備するとともに、前記切換え接合器に近接して電磁コイルを配備し、前記電磁コイルが形成する磁界の方向を切り換えられるようにした請求項１又は２に記載のモータ。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載のモータを搭載した電気掃除機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機器などの駆動源として使われるモータおよびそれを搭載した電気掃除機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータがファンを回転させて作り出す吸引力を利用する機器、例えば、電気掃除機などにおいては、従来のモータは、定格電圧でその性能を最高に発揮できるようにするのが一般的であるが、電源として交流電源だけでなく、充電電池との併用を行う電気掃除機においては、それぞれの電圧に応じて効率よくモータの能力を発揮させるために、２仕様の整流子と巻き線を、１個のモータに装備させる構造が採られてきた（例えば、特許文献１参照）
図１１は、上記特許文献１に記載された従来のモータの回転体及び第１のカーボンブラシの概略構成を示す図、図１２は、同回転体の第１の巻き線と第２の巻き線の接続状態を示す図（直列）、図１３は、同第１の巻き線と第２の巻き線との接続状態を示す図（並列）である。
【０００３】
図１１〜１３において、従来この種の２仕様の電源に対応するモータは、回転体１０１の両端に第１の整流子１０２と第２の整流子１０３を配置し、第１の整流子１０２に配備した整流子片１０４と、第２の整流子１０３に配備した整流子片１０５に、それぞれ第１の巻き線１０６と、第２の巻き線１０７が連続して電気接続されている。第１の巻き線１０６と、第２の巻き線１０７は、回転体１０１に巻かれており、それぞれはほぼ同じ線径、巻き数になっている。
【０００４】
第１のカーボンブラシ１０８と、第２のカーボンブラシ１０９が、それぞれ第１の整流子１０２と第２の整流子１０３に当接しており、第１のカーボンブラシ１０８と、第２のカーボンブラシ１０９への電源供給を、図１２に示すように直列にするか、あるいは図１３に示すように並列にするかによって、巻き線の総抵抗値が変わることから、高電圧用と低電圧用を切り換えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２４８４３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来のモータの構成では、２仕様の巻き線に個別に電源を供給するために、整流子およびカーボンブラシを２セット配備する必要があり、モータとしても大きくなり、それを搭載する機器本体も大きくなるという課題を有していた。
【０００７】
単純に１仕様の巻き線の一般的モータにおいて、２つの電圧に対応させる場合は、低電圧時に著しく性能が低下してしまう。例えば１００Ｖで１０００Ｗ（１０Ａ）の消費電力を活用するモータの場合、巻き線の抵抗値が約１０Ω相当になるが、そのモータを５０Ｖで運転した場合は、抵抗値に制限されて電流値も低下するため（５０Ｖ／１０Ω＝５Ａ）、約２５０Ｗ（５０Ｖ×５Ａ）となり、電圧差異以上に能力が低下してしまう。
【０００８】
このように整流子を利用するモータの場合、２仕様の電源電圧に対応するためには、性能を割り切るか、整流子を複数配備する複雑な構造を採用する必要があり、吸引性能と小
型化可能な構成とを両立させるのが困難であった。
【０００９】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、巻き線の仕様は従来のモータとほぼ同じで、かつ整流子、カーボンブラシも１セットでありながら、巻き線の接続方法を切り換える機構を有するもので、単一電源用のモータと同等の大きさながら、２種類の電圧電源に対してそれぞれ優れた性能を発揮することができる小型で使い勝手のよい２電源対応のモータおよび電気掃除機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のモータは、整流子と複数の巻き線を巻き付けたロータとを回転軸に固定した回転ユニットと、前記ロータの周囲に配され磁界を形成する界磁体と、前記整流子に電源を接続するカーボンブラシとを有し、前記整流子は複数の整流子片を配備し、かつ前記巻き線は、前記整流子片の２片にまたがってそれぞれ独立して電気接続されるとともに、各巻き線同士を前記整流子片を介して電気接続する切換え接合器を前記回転ユニットに配備したもので、切換え接合器にて前記整流子片を介して各巻き線の接続位置を切り換えることにより、異なる電源電圧に応じて最適な効率を発揮できるように巻き線の仕様を切り換えられるもので、小型かつシンプルでありながら、複数の電圧に対してそれぞれ優れた性能を発揮できるモータを提供することができる。
【００１１】
本発明の電気掃除機は、請求項１〜３の何れか１項に記載のモータを搭載したもので、異なる電源電圧に応じて優れた性能を発揮できるように容易に切換えできる小型で高性能の使い勝手の良い電気掃除機を提供することができるものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のモータは、単一電源用のモータと同等の大きさ・構成で、高電圧と低電圧などの複数の電源に応じて仕様を容易に切り換えることができ、かつ各電圧において優れた性能を発揮できる、小型かつシンプルなモータおよび、それを搭載した使い勝手の良い電気掃除機などの機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１におけるモータを内蔵した電気掃除機の全体側面図
【図２】同モータの高電圧時の側面断面図
【図３】同モータの低電圧時の側面断面図
【図４】同モータの高電圧時の巻き線模式図
【図５】同モータの低電圧時の巻き線模式図
【図６】（ａ）同モータの高電圧時の動作説明図、（ｂ）図６（ａ）に示すモータと回転位置の異なる状態におけるモータの高電圧時の動作説明図
【図７】（ａ）同モータの高電圧時の動作説明図、（ｂ）図７（ａ）に示すモータと回転位置の異なる状態における同モータの高電圧時の動作説明図
【図８】同モータの軸方向から見た部分断面図
【図９】同モータの高電圧時の部分側面断面図
【図１０】同モータの低電圧時の部分側面断面図
【図１１】従来のモータの回転体及び第１のカーボンブラシの概略構成を示す図
【図１２】同回転体の第１の巻き線と第２の巻き線の直列接続状態を示す図
【図１３】同第１の巻き線と第２の巻き線の並列接続状態を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
第１の発明は、整流子と複数の巻き線を巻き付けたロータとを回転軸に固定した回転ユニットと、前記ロータの周囲に配され磁界を形成する界磁体と、前記整流子に電源を接続するカーボンブラシとを有し、前記整流子は複数の整流子片を配備し、かつ前記巻き線は
、前記整流子片の２片にまたがってそれぞれ独立して電気接続されるとともに、各巻き線同士を前記整流子片を介して電気接続する切換え接合器を前記回転ユニットに配備したもので、切換え接合器にて前記整流子片を介して各巻き線の接続位置を切り換えることにより、異なる電源電圧に応じて最適な効率を発揮できるように巻き線の仕様を切り換えられるもので、小型かつシンプルでありながら、複数の電圧に対してそれぞれ優れた性能を発揮できるモータを提供することができる。
【００１５】
第２の発明は、特に、第１の発明の切換え接合器を、複数の接点と、前記接点を保持する保持体とで構成するとともに、整流子の整流子片の一部を斜めに形成し、前記切換え接合器の前記整流子の軸方向での位置によって、前記接点に接続される前記整流子片が切り替わるようにしたもので、簡単な構造で巻き線の仕様切換えを実現できるものである。
【００１６】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明の切換え接合器に、磁性体を配備するとともに、前記切換え接合器に近接して電磁コイルを配備し、前記電磁コイルが形成する磁界の方向を切り換えられるようにしたもので、例えば、電磁コイルに流す電流方向を切り換えて発生する磁界の方向を切り換えるようにすれば、切換え接合器の位置制御を電気的に行うことができ、容易に電源仕様に応じて巻き線の仕様を切り換えられるものである。
【００１７】
第４の発明に係る電気掃除機は、請求項１〜３の何れか１項に記載のモータを搭載したもので、異なる電源電圧に応じて優れた性能を発揮できるように容易に切換えできる小型で高性能の使い勝手の良い電気掃除機を提供することができるものである。
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるモータを内蔵した電気掃除機の全体側面図、図２は、同モータの高電圧時の側面断面図、図３は、同モータの低電圧時の側面断面図、図４は、同モータの高電圧時の巻き線模式図、図５は、同モータの低電圧時の巻き線模式図、図６（ａ）は、同モータの高電圧時の動作説明図、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示すモータと回転位置の異なる状態におけるモータの高電圧時の動作説明図、図７（ａ）は、同モータの高電圧時の動作説明図、図７（ｂ）は、図７（ａ）に示すモータと回転位置の異なる状態における同モータの高電圧時の動作説明図、図８は、同モータの軸方向から見た部分断面図、図９は、同モータの高電圧時の部分側面断面図、図１０は、同モータの低電圧時の部分側面断面図である。
【００２０】
図１において、本実施の形態におけるモータ１２を搭載した電気掃除機の掃除機本体１０には、集塵装置１１を収納する集塵装置収納部１５と、モータ１２を収納したモータ室１３が、前後に配置されている。
【００２１】
集塵装置収納部１５のホース接続口１９には、図示しないホースが接続され、ホースの先端には延長管（図示せず）が、また延長管の先には、床用吸込具（図示せず）が連結される。集塵装置収納部１５の下流側は、モータ室１３に繋がっており、モータ１２の吸引圧が集塵装置１１に印加される。
【００２２】
以下にモータ１２の構成と動作について詳細に述べる。
【００２３】
図２、３に示す断面図は、モータ１２の回転ユニット２０を抜き出して描いたものである。回転ユニット２０は、複数の整流子片２１（本実施の形態では１２枚）を均一に配備して固定した円筒状の整流子２２と、板金を重ねて形成したロータ２３と、ロータ２３の
周囲に配備したスロット２４に巻き付けた複数の巻き線２５とを有し、回転軸２６を中心として回転する。
【００２４】
整流子２２の各整流子片２１には、巻き線２５がかしめ接続されており、その電気経路は、図４に示すように、離れた整流子片２１間に渡っている。また、各巻き線２５の接続位置は、それぞれがオーバーラップして配備してあり、巻き線２５同士は直接には連結されていない。整流子片２１の端は略４５度屈曲しており、その先端は、２つ隣の整流子片２１のストレート部の位置と対向する。また各整流子片２１は、屈曲部も含め、必要な絶縁距離を有して独立している。
【００２５】
整流子２２の端には、切換え接合器２７が軸方向にのみ摺動自在に配備されている。切換え接合器２７は、複数の黄銅の円筒接点２８（本実施の形態では６本）を凹部２９に保持する保持体となるリング３０を有しており、リング３０は磁性を帯びた鉄、すなわち磁性体で形成されている。
【００２６】
切換え接合器２７の両側には、電磁コイル３１を配してあり、電磁コイル３１に流す電流の向きを制御することによって磁性を帯びたリング３０を有する切換え接合器２７の位置を切り換える。
【００２７】
従来の整流子モータと同じように、整流子２２には、一対のカーボンブラシ３２が接触しており、またロータ２３の外周には、磁界を形成する界磁体となる界磁コイル３３を配備してある。
【００２８】
電源電圧が界磁コイル３３を通った後、カーボンブラシ３２から整流子２２に伝達される構成は、従来の単一電源用のモータと同じであり、その他、軸受け（図示せず）や送風ファン（図示せず）の連結方法なども従来の単一電源用の整流子モータと同一の構成である。もちろん界磁を永久磁石で構成し、電源電圧をカーボンブラシ３２に直接つないでもかまわない。
【００２９】
以上のように構成された本実施の形態におけるモータ１２の動作を説明する。
【００３０】
電圧が１００Ｖの場合は、電磁コイル３１にロータ２３方向に向く磁界を生じさせ、磁性を帯びたリング３０が反発して切換え接合器２７をロータ２３側に位置させる（図２及び図９参照）。
【００３１】
その際、円筒接点２８と整流子片２１との接触位置は、図４のようになり、整流子片２１に接続された個々の巻き線２５は、直列に繋がる。
【００３２】
その際の個々の巻き線２５の抵抗値は約９Ωであり、それらが加算されることになるが、カーボンブラシ３２間には、左右２系統の電気経路が形成されることと、カーボンブラシ３２接触部の巻き線２５には電位差が生じないことから、トータルの回転ユニット２０の抵抗値は９Ωになる。そして左右の界磁コイル３３の抵抗値合計１Ωが加算され、モータ１２の総抵抗値は約１０Ωとなる（図６参照）。
【００３３】
その場合、１００Ｖ／１０Ω＝１０Ａの電流が流れるので、１００Ｖ×１０Ａ＝１０００Ｗの消費電力が使用される（概算）。よって高出力の吸込み仕事率が得られ、優れた吸込み性能を発揮することができる。
【００３４】
次に、充電電池（図示せず）などを電源として例えば５０Ｖでモータ１２を使用する場合は、電磁コイル３１にロータ２３から離れる方向の磁界を生じさせ、磁性を帯びたリン
グ３０を引き寄せて切換え接合器２７を整流子２２先端側に位置させる（図３、図１０参照）。
【００３５】
その際、円筒接点２８と整流子片２１との接触位置は、図５のようになり、整流子片２１に接続された個々の巻き線２５は、並列に繋がる。そのときはカーボンブラシ３２間には、左右４系統の電気経路が形成されることになり、個々の巻き線２５の抵抗値は約９Ωだが図７のように直列と並列が合わさった経路となるので、トータルの回転ユニット２０の抵抗値は約３Ωになる。そして左右の界磁コイル３３の抵抗値合計１Ωが加算され、モータ１２の総抵抗値は約４Ωとなる。
【００３６】
その場合、５０Ｖ／４Ω＝１２．５Ａの電流が流れるので、５０Ｖ×１２．５Ａ＝６２５Ｗの消費電力が使用される（概算）。１００Ｖ時より入力は下がるが、従来のモータのように電圧差が二乗で影響することなく、掃除に充分な性能の吸込み仕事率を確保することができる。
【００３７】
これら高電圧用、低電圧用の切換えは、電磁コイル３１の電流方向の切換えだけで実施できるため、入力電源の電圧を検知して電磁コイル３１の電流方向を切り換える制御を行うことにより、自動的に電源電圧に適応した巻き線仕様に切り換えることができる。
【００３８】
また切換え接合器２７の円筒接点２８は、整流子片２１と接触するだけであるが、円筒接点２８を保持する凹部２９に斜面が形成されており、回転ユニット２０とともに切換え接合器２７のリング３０も一緒に回転することから、慣性力によって円筒接点２８が凹部２９の斜面に押しつけられ、整流子片２１との間でくさび状に保持されることとなり、確実な接触が保たれる。
【００３９】
このように本実施の形態によれば、小型で簡単な構成ながら、高電圧用と低電圧用に優れた性能を発揮する巻き線仕様に容易に切り換えることができ、複数の電源に対応できる使い勝手のよいモータ、およびそれを搭載した電気掃除機などの機器を供給することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明のモータは、単一電源用のモータと同等の大きさ・構成で、高電圧と低電圧などの複数の電源に応じて仕様を容易に切り換えることができ、かつ各電圧において優れた性能を発揮するので、それを電気掃除機に搭載することで小型で使用勝手の良い電気掃除機を提供することができ、また、利用分野は特に制限はなく、モータを利用する機器などにも広範囲に利用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１０  掃除機本体
１１  集塵装置
１５  集塵装置収納部
１２  モータ
１３  モータ室
２０  回転ユニット
２１  整流子片
２２  整流子
２３  ロータ
２４  スロット
２５  巻き線
２６  回転軸
２７  切換え接合器
２８  円筒接点（接点）
２９  凹部
３０  リング（保持体、磁性体）
３１  電磁コイル
３２  カーボンブラシ
３３  界磁コイル（界磁体）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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