(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ突極を内面に有する、一対の第１辺部と、前記一対の第１辺部のそれぞれの端部同士をつなぎ、向い合って位置する一対の第２辺部と、を有する方形筒状の界磁鉄心と、前記突極のそれぞれに巻回された界磁巻線と、を備える界磁と、
前記突極間に配置される電機子と、を具備し、
前記一対の第２辺部のそれぞれは、略中央部の幅（Ｌ２）が最も狭く、
かつ、前記電機子が所定方向に回転するとき、
前記電機子の回転方向において、前記一対の第２辺部のそれぞれは、前記略中央部よりも上流に位置する第１の端部と、前記略中央部よりも下流に位置する第２の端部と、を有し、
前記略中央部の幅（Ｌ２）は、前記第１の端部の幅（Ｌ１）よりも狭く、前記第２の端部の幅（Ｌ３）と実質的に等しい、回転電機。
【請求項２】
前記一対の第２辺部のそれぞれは、前記略中央部において、前記電機子と向い合う内面が前記電機子の反対側に向かって窪み、前記第１の端部から前記略中央部に向かって傾斜を有する傾斜面を含む、請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の回転電機と、遠心ファンと、を備えた電動送風機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電機や電動機等を成す回転電機に関するものであり、特に、電気掃除機等に搭載されて、電動機の動力によりファンを回転させて風を送る電動送風機に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気掃除機に搭載される電動送風機の回転電機である電動機部には、通常、整流子電動機が採用されている。この整流子電動機は、界磁と、電機子と、を有する。界磁は、界磁鉄心の筒内にコイルが巻回されて構成される。界磁鉄心は、薄い鋼板を複数積層して形成される。電機子は、界磁内に回転自在に設けられる。以下の説明において、整流子電動機は、単に電動機ともいう。
【０００３】
従来の電気掃除機に搭載される電動送風機が有する電動機は、図４に示すように、界磁鉄心１０６の内側に、界磁巻線１０７を巻回するための突極１０５が設けられている。突極１０５は、両側に延びた第１辺部１１６を有する。界磁鉄心１０６は、第１辺部１１６と、この第１辺部１１６と直交する、一対の第２辺部１１７と、で方形筒状を呈している。
【０００４】
界磁巻線１０７に電流が流れると、磁束が生じる。生じた磁束は、界磁鉄心１０６の突極１０５を透過して、電機子１０４に達する。届いた磁束の影響を受けて、電機子１０４は、界磁１０３に対して回転する。こうした構成の界磁鉄心１０６を備える界磁１０３は、界磁鉄心１０６が有する各角部を筒状のフレーム１０２の内面に密着させて内蔵される。
【０００５】
従来、界磁鉄心１０６が有する第２辺部１１７の幅は、Ｌ０で一定としている。ここで、電機子巻線に電流が流れると、電機子磁束が発生する。発生した電機子磁束は、界磁鉄心１０６の突極１０５間を連結する第２辺部１１７の中間を通って、突極１０５を通過するように流れる。つまり、界磁鉄心１０６が有する突極１０５間を連結する第２辺部１１７における磁束流れは、次のようになる。すなわち、界磁巻線１０７のみに電流を流したときに発生する界磁磁束は、一定方向となる。一方、電機子巻線のみに電流を流したときに発生する電機子磁束は、界磁鉄心１０６が有する第２辺部１１７の中間部分で、１８０度反転した向きに分離して流れる。
【０００６】
このため、電動機全体に電流を流したときに発生する界磁鉄心が有する各辺部の磁束量は、突極間において均一ではなく、磁束量が変化している。磁束量が変化する傾向は、回転方向によって決まる。しかしながら、従来の界磁鉄心は、磁束量が不均一であっても、第２辺部の幅寸法を均一としていた。
【０００７】
近年、電気掃除機に対する小型・軽量への要求から、電動送風機には小型化することが求められる。電動機を小型するために鉄心形状を小型化すると、一般的に、界磁鉄心の平均的な磁束密度が増加し、電機子反作用の影響を受けやすくなる。電機子反作用は、界磁磁束を減磁させたり、局部的に磁束密度を増加させたりする。よって、電動機の性能が低下するという課題を有していた。
【０００８】
また、鉄心形状を小型化すると、スロット開口部の寸法も小さくなる。しかし、巻線を巻き付ける工法上、必要とされるスロット開口部の寸法は、鉄心形状が小さくなっても同じである。界磁鉄心と巻線との間には絶縁紙が設けられる。なお、スロット開口部に用いられる絶縁紙には、巻線と界磁鉄心との間の絶縁距離を確保することが求められる。スロット開口部の寸法が狭くなった場合は、絶縁紙と界磁鉄心との間に巻線が入って、絶縁不良となることがあるという課題を有していた。
【０００９】
これに対し、特許文献１には、電機子巻線に流れる電流で発生する電機子磁束による主磁束流れの偏りを、空隙ギャップ幅を調整することで、脈動トルクを低減することが開示されている。脈動トルクを低減することにより、機械的振動を減少させて、ブラシ寿命を改善できるという効果が得られる。
【００１０】
また、特許文献２には、スロット絶縁部材が、界磁鉄心の厚み方向にずれ動いたり、斜めになったりした状態で巻線がされるため、界磁巻線と界磁鉄心とが接触して、所定の絶縁耐圧を確保できなくなるという、巻線不良を抑制することが開示されている。その原因は、巻線作業の際、スロット絶縁部材に作用する振動や界磁巻線に対する張力である。
【００１１】
また、特許文献３には、界磁鉄心の外径をなす円弧の周長を大きくすることで、界磁鉄心が有する突極の先端と、界磁鉄心の辺部間のスロット開口部の幅と、を大きくした形状が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第５１７８３０７号公報
【特許文献２】特開２０１０−５７３４０号公報
【特許文献３】特開２０１３−１３２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献１の構成では、界磁鉄心の重量は従来と同等であるため、製品に対する軽量化の要求には効果がない。更に、電動機を小型化すれば、空隙ギャップによる磁気抵抗の割合が大きくなり、電動機の性能が低下するという課題を有していた。
【００１４】
また、特許文献２の構成では、界磁鉄心が有する突極の先端と、界磁鉄心が有する各辺部間のスロット開口部の幅が狭くなる。よって、小型の電動機では、突極の先端とスロット絶縁部材との間に巻線が入り、絶縁不良になり易くなるという課題を有していた。
【００１５】
また特許文献３の構成では、界磁鉄心の所要量が増加するため高価となる。更に、特許文献３の構成では、重量が重くなるため、電動機が搭載される家電の軽量化に対して、最適な仕様とはならないという課題を有していた。
【００１６】
本発明は、上記従来の回転電機の問題に鑑みてなされたものであり、性能を維持しつつ、より一層の小型軽量化を実現できるようにした回転電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】
【００１７】
上記の目的を達成するため、本発明の回転電機は、界磁と、電機子と、を具備する。界磁は、方形筒状の界磁鉄心と、界磁巻線と、を備える。界磁鉄心は、一対の第１辺部と、一対の第２辺部と、を有する。一対の第１辺部は、それぞれ突極を内面に有する。一対の第２辺部は、一対の第１辺部のそれぞれの端部同士をつなぐ。一対の第２辺部は、向い合って位置する。界磁巻線は、突極のそれぞれに巻回される。電機子は、突極間に配置される。回転電機において、一対の第２辺部のそれぞれは、略中央部の幅が最も狭い。さらに、電機子が所定方向に回転するとき、電機子の回転方向において、一対の第２辺部のそれぞれは、略中央部よりも上流に位置する第１の端部と、前記略中央部よりも下流に位置する第２の端部と、を有する。略中央部の幅（Ｌ２）は、第１の端部の幅（Ｌ１）よりも狭く、第２の端部の幅（Ｌ３）と実質的に等しい。
【００１８】
このような構成の鉄心を用いることにより、電機子と界磁鉄心が有する第２辺部との間の距離は、従来よりも大きくなるため、電機子磁束を抑制することができる。更に、本構成とすれば、界磁鉄心が有する突極の先端と、界磁鉄心が有する各辺部との間に位置するスロット開口部の幅が大きくなる。よって、突極の先端とスロット絶縁部材との間に巻線が入ることで生じていた絶縁不良の発生を抑制することができる。つまり、小型の界磁鉄心であっても、巻線の作業性を確保することができる。したがって、更に、回転電機の小型、軽量化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、小型の界磁鉄心であっても、スロット開口部の開口寸法を確保することができる。よって、本発明を用いれば、巻線の作業性を確保することができ、小型、軽量化に資する回転電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１における回転電機を備えた電動送風機の半断面図
【図２】本発明の実施の形態１における回転電機の界磁鉄心の断面図
【図３】本発明の実施の形態２における回転電機の界磁鉄心の断面図
【図４】従来の回転電機の鉄心部の断面図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における回転電機および電動送風機について、図１、２を参照しつつ説明する。
【００２２】
以下の説明において、回転電機の一例として、整流子を用いた電動機を示す。なお、本発明は、同様の作用効果を奏するものであれば、他の回転電機、例えば、発電機や他の形態の電動機でも同様の作用効果を奏することができる。
【００２３】
図１、２に示すように、本発明の実施の形態１における回転電機である電動機２０は、界磁３と、電機子４と、を具備する。界磁３は、方形筒状の界磁鉄心６と、界磁巻線７と、を備える。界磁鉄心６は、一対の第１辺部１６と、一対の第２辺部１７と、を有する。一対の第１辺部１６は、それぞれ突極５を内面に有する。一対の第２辺部１７は、一対の第１辺部１６のそれぞれの端部同士をつなぐ。一対の第２辺部１７は、向い合って位置する。界磁巻線７は、突極５のそれぞれに巻回される。電機子４は、突極５間に配置される。回転電機である電動機２０において、一対の第２辺部１７のそれぞれは、略中央部１９の幅Ｌ２が最も狭い。
【００２４】
本実施の形態１において、略中央部１９とは、回転軸（１０）の中心を含む面と、第２辺部１７とが直交する近辺をいう。略中央部１９は、第２辺部１７の実質的な中央部分を意図するものであり、製造上含まれる誤差等により、その位置が多少ずれてもよい。
【００２５】
特に、本発明の実施の形態１における回転電機である電動機２０は、電機子４が所定方向に回転するとき、電機子４の回転方向において、一対の第２辺部１７のそれぞれは、略中央部１９よりも広い幅Ｌ１を有する端部１８が略中央部１９よりも上流側に位置する。
【００２６】
本実施の形態１において、電機子４が回転する所定方向とは、時計回り、反時計周りのいずれもが含まれる。言い換えれば、本実施の形態１における第２辺部１７は、その略中央部１９の幅Ｌ２が最も狭くなるとともに、第２辺部１７の両方に位置するそれぞれの端部１８の幅Ｌ１は、略中央部１９の幅Ｌ２よりも広い形状である。
【００２７】
また、本発明の実施の形態１における回転電機である電動機２０では、一対の第２辺部１７のそれぞれは、略中央部１９において、電機子４と向い合う内面が電機子４の反対側に向かって窪んでいる。
【００２８】
また、本発明の実施の形態１における回転電機である電動機２０では、一対の第２辺部１７のそれぞれは、略中央部１９から端部１８に向かって傾斜を有する傾斜面を含む。
【００２９】
言い換えれば、第２辺部１７の内周側に位置する、電機子４と向い合う内面は、両方の端部１８を結ぶ線よりも、略中央部１９が外周側に位置する形状となっている。そして、略中央部１９と、それぞれの端部１８とを結ぶ内面は、傾斜を有する傾斜面を成す。
【００３０】
さらに、本発明の実施の形態１における電動送風機１は、上述した回転電機である電動機２０と、遠心ファン１１と、を備える。
【００３１】
図面を用いて、さらに詳細に説明する。図１に示すように、電動送風機１は、一方が閉塞し、その反対方向が開口した円筒状のフレーム２内に、電動機２０が設けられている。電動機２０は、界磁３と、電機子４とを主たる構成要素として、概略構成されている。ブラケット８とファンケース９は、フレーム２の開口した側を覆うように取り付けられている。
【００３２】
電機子４は、回転軸１０に固定されている。回転軸１０は、ブラケット８から突出してファンケース９内に進入している。回転軸１０の先端部には、遠心ファン１１が取り付けられている。遠心ファン１１とフレーム２の開口との間には、ブラケット８とエアガイド１２が取り付けられている。ブラケット８とエアガイド１２とは、ファンケース９の内部に配置されている。
【００３３】
本構成において、ファンケース９の中央に形成された開口より、外部の空気が吸引される。吸引された空気は、遠心ファン１１から筐体内部へと吐出される。吐出された空気は、エアガイド１２を経てブラケット８内に導かれる。ブラケット８内に導かれた空気は、主に、界磁鉄心（６）と電機子４との間にできる空間を通過して、フレーム２の外側へ排出されるようになっている。
【００３４】
図２は、図１のＡＡ断面を示している。界磁３は、フレーム２の筒内に、方形筒状を呈する界磁鉄心６と、突極５に巻回される界磁巻線７とを備えている。界磁鉄心６は、打ち抜いて製造された鋼板が複数積層されて形成される。界磁鉄心６には、対向する一対の突極５が形成される。電機子４は、その突極５に挟まれるように、フレーム２の筒内に回転自在に設けられる。
【００３５】
界磁３が備える界磁鉄心６は、その外径１３がフレーム２の内径に圧接して保持されている。
【００３６】
界磁鉄心６は、一対の第１辺部１６と、一対の第２辺部１７とが一体につながれて、方形筒状に形成されている。一対の第１辺部１６のそれぞれは、内面に突極５を有している。一対の第２辺部１７のそれぞれは、突極５が形成された第１辺部１６の両端に位置する端部と接続される。具体的には、一対の第２辺部１７のそれぞれは、向い合って位置する一対の第１辺部１６の端部どうしを一体につなぐよう、設けられる。第１辺部１６の端部は、隣接する第２辺部１７の端部１８で接続される。界磁鉄心６は、第２辺部１７の端部１８の幅Ｌ１よりも、略中央部１９の幅Ｌ２のほうが狭い。界磁鉄心６は、第２辺部１７の端部１８から略中央部１９に向かって、傾斜が設けられている。第２辺部１７の端部１８から略中央部１９の間には、内周側に傾斜面が形成される。
【００３７】
第２辺部１７の略中央部１９は、電機子４と向い合う内面が電機子４の反対側に向かって窪んでいる。言い換えれば、第２辺部１７の略中央部１９は、電機子４との間の空間が広くなるように、第２辺部１７の外部に向かって窪んでいる。
【００３８】
界磁鉄心６の内側において、突極５と、第１辺部１６および第２辺部１７で囲われた空間は、スロット１４を形成する。スロット１４には、突極５に巻き回された界磁巻線７が収納される。スロット１４において、界磁鉄心６と界磁巻線７との間には、絶縁紙１５が設けられている。
【００３９】
この実施の形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。すなわち、第２辺部において、第１辺部と接する端部よりも略中央部のほうが、幅が狭い。本構成により、電機子から発生した磁束が第２辺部をとおる磁気回路は、磁気抵抗が大きくなるため、電機子反作用の影響を抑制できる。
【００４０】
また、界磁鉄心のスロットを広くするように、第２辺部の略中央部を外部に向かって窪ませることにより、界磁スロットの開口部の幅を大きくできるため、小型の界磁鉄心であっても巻線の作業性を確保することができ、絶縁不良を抑制することができる。しかも、界磁巻線と電機子との間の空間を大きくすることができるため、巻線近辺の冷却風が増加して巻線の温度上昇を抑制できる。更に、界磁スロットの開口部の幅を大きくすることにより、該空間を流れる空気の風損を抑制することができる。また、界磁鉄心の重量を抑制することができるため、製品を軽くすることができる。
【００４１】
（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２における回転電機について、図面を用いて説明する。なお、以下の説明において、実施の形態１で説明した構成要素と同じものについては、同じ符号を付して、その説明を援用する。
【００４２】
図３に示すように、本発明の実施の形態２における回転電機である電動機は、電機子（４）が所定方向に回転するとき、電機子（４）の回転方向において、一対の第２辺部（１７）のそれぞれは、略中央部１９よりも上流に位置する第１の端部である上流側端部１８ａと、略中央部１９よりも下流に位置する第２の端部である下流側端部１８ｂと、を有する。
【００４３】
略中央部１９の幅Ｌ２は、第１の端部である上流側端部１８ａの幅Ｌ１よりも狭く、第２の端部である下流側端部１８ｂの幅Ｌ３と等しい。
【００４４】
特に、本発明の実施の形態２における回転電機である電動機（２０）は、電機子（４）が所定方向に回転するとき、電機子（４）の回転方向において、一対の第２辺部（１７）のそれぞれは、略中央部１９よりも広い幅Ｌ１を有する端部である上流側端部１８ａが略中央部１９よりも上流側に位置する。
【００４５】
本実施の形態２において、所定方向とは、図中、矢印でしめすように、反時計回りをいう。
【００４６】
また、本発明の実施の形態２における回転電機である電動機（２０）では、一対の第２辺部（１７）のそれぞれは、略中央部１９において、電機子（４）と向い合う内面が電機子（４）の反対側に向かって窪んでいる。
【００４７】
また、本発明の実施の形態２における回転電機である電動機（２０）では、一対の第２辺部（１７）のそれぞれは、略中央部１９からそれぞれの端部１８ａ、１８ｂに向かって傾斜を有する傾斜面を含む。
【００４８】
図面を用いて、さらに詳細に説明する。図３に示すように、本実施の形態２において、電機子（４）は、反時計回りに回転する。電機子（４）の回転方向（図中の矢印方向）の上流側（図の上側）に位置する端部は、上流側端部１８ａである。同様に、電機子（４）の回転方向（図中の矢印方向）の下流側（図の下側）に位置する端部は、下流側端部１８ｂである。
【００４９】
界磁鉄心（６）には、第２辺部（１７）の上流側端部１８ａの幅Ｌ１に対して、略中央部１９の幅Ｌ２が小さくなるように、第２辺部（１７）の内周側に傾斜が設けられる。一方、界磁鉄心（６）において、第２辺部（１７）の略中央部１９の幅Ｌ２と、他方の端部である、第２辺部（１７）の下流側端部１８ｂの幅Ｌ３とは、略同等としている。
【００５０】
本構成とすれば、上流側端部と略中央部との間において、電機子から発生した磁束が第２辺部をとおる磁気回路を徐々に狭くすることができる。よって、第２辺部における磁気回路は、徐々に磁気抵抗が大きくなるため、電機子反作用の影響を抑制できる。
【００５１】
一方、第２辺部の略中央部と下流側端部との間では、第２辺部１７における磁束量の変化が回転方向の上流側と比べて少ない。よって、第２辺部の略中央部と下流側端部との間の幅を略同等としても、電機子反作用に大きな影響は与えない。しかしながら、電機子の回転方向と、その反対方向とのスロット形状差を小さくすると、スロット１４内での絶縁紙１５の位置が安定するという効果が得られる。
【００５２】
なお、界磁３の極数は２極に限らず、２極以上の偶数極であればよく、極数に合わせて界磁鉄心を多角形状とすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の回転電機によれば、小型の界磁鉄心であってもスロット開口部の寸法を確保することができ、巻線作業性を確保することができる。よって、本発明は、発電機や掃除機用の電動送風機など、各種電気機器に広く適用可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１    電動送風機
２、１０２    フレーム
３、１０３    界磁
４、１０４    電機子
５、１０５    突極
６、１０６    界磁鉄心
７、１０７    界磁巻線
１１ 遠心ファン
１４    スロット
１５    絶縁紙
１６、１１６    第１辺部
１７、１１７    第２辺部
１８    端部
１８ａ 上流側端部
１８ｂ 下流側端部
１９    略中央部
２０ 電動機（回転電機）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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