TWI678053B - 無槽式電動機、以及使用其之電動送風機或電動吸塵器 - Google Patents

Abstract

[課題]提供改善電動機效率之小型高速的電動機以及使用其之電動送風機或電動吸塵器。 　　[解決手段]具有：中空之圓筒狀的芯；定子，是由在前述芯捲繞導體的線圈來構成；永久磁鐵轉子，是與前述定子的內側線圈相對向，而配置成可旋轉，於前述定子的外側配置有保持前述定子且內部為空洞的框體。

Description

無槽式電動機、以及使用其之電動送風機或電動吸塵器

本發明，是關於無槽式電動機、以及使用其之電動送風機或電動吸塵器。

在近年需求急速高漲的無線吸塵器中，為了在低電壓的電池驅動亦能得到充分的輸出，而搭載有使用無刷電動機的電動送風機。

為了達成電動吸塵器之小型化的需求，謀求著電動送風機的小型化。關於電動送風機的小型化，可使電動送風機高速化藉此讓風扇的外形變小。因此，將無刷電動機的旋轉數設為約8萬轉以上的例子較多。 　　作為吸塵器用之無刷電動機的構造，舉出有專利文獻1般的電動機。在專利文獻1的電動機，是在定子芯之往周方向內側伸出的齒部分捲繞線圈，藉此構成定子。 　　作為吸塵器用無刷電動機之適合小型、高速化的構造，舉出有專利文獻2或專利文獻3那般，成為沒有定子側之齒芯的無槽構造。專利文獻2或專利文獻3的構造，由於沒有齒芯，故成為容易短徑化，且可減少鐵損的構造。此外，在專利文獻2，是在定子芯的內側配置內轉子，在外側配置外轉子，而成為雙轉子結構，藉此增加轉矩輸出。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2014-219006號公報 　　[專利文獻2]日本特開平5-161290號公報 　　[專利文獻3]WO15/104795

[發明所欲解決的課題]

但是，電動機是因高速化，而使鐵損增加，成為電動機效率降低的原因。且，藉由使電動機小型化，使得體積附近發熱量的增加、散熱面積的減少，而使電動機溫度上昇，故因磁鐵殘留磁通密度的降低或線圈電阻的增加，而使銅損增加，成為電動機效率降低的原因。 　　為了使專利文獻1般的電動機小型化，有考慮到縮短齒部，為此，有必要使線圈的圈數減少或使線圈的線徑變細，而有著招致電動機效率降低之虞。 　　但是，在專利文獻2及專利文獻3的構造，並未考量到關於電動機的空冷，在短徑化時，無法充分冷卻電動機，有著招致電動機之效率降低之虞。

本發明，是為了解決上述課題而完成者，其提供改善電動機效率之小型高速的電動機以及使用其之電動送風機或電動吸塵器。 [用以解決課題的手段]

為了解決上述的課題，在本發明，其特徵為，具有：中空之圓筒狀的芯；定子，是由在前述芯捲繞導體的線圈來構成；永久磁鐵轉子，是與前述定子的內側線圈相對向，而配置成可旋轉，於前述定子的外側配置有保持前述定子且內部為空洞的框體。 [發明的效果]

根據本發明，以沒有齒芯的無槽構造來使馬達短徑化，並對於捲繞於定子芯的線圈，使內側的線圈活動於電動機的驅動，使外側的線圈作為放熱用的散熱器來發揮功能，藉此可得到改善電動機效率之小型高速的電動機以及使用其之電動送風機或電動吸塵器。

圖1，是本發明之一實施形態之電動機之定子與轉子的立體圖。

圖1所示的電動機，是所謂的無槽式電動機。在無槽式電動機，其構造上的特徵在於，於定子的鐵心(芯)沒有齒，且與轉子相對向之間隙面線圈的表面為露出。圖1中，電動機100，是由無槽式定子51、配置在無槽式定子51之內側的轉子50、配置在無槽式定子51之外側的框體52所構成。轉子50，具有轉子永久磁鐵1與軸2。作為轉子永久磁鐵1的材質，可考慮釤鐵氮磁鐵、釹磁鐵、鐵氧體磁鐵等。且，為了防止高速旋轉時的磁鐵破損，以護罩3來保護亦可。作為護罩3的材質，可考慮SUS或CFRP等。圖2是組裝途中之無槽式定子51的一部分。無槽式定子51是具有：分割無槽式定子芯4、定子線圈5、定子線圈芯條6。無槽式定子51，是將導體的定子線圈5捲繞於定子線圈芯條6之後的東西，予以複數個插入至分割無槽式定子芯4藉此來組裝。圖2的分割無槽式定子芯4是使圓筒狀的芯分割成2份，但分割數有幾個都可以。且，於組裝之後，可考慮用樹脂模成形來固定。框體52是由內側框體7與外側框體8所構成，內側框體7與外側框體8之間是成為空洞，成為空氣的流路。藉由成為無槽構造，而可成為適合吸塵器用無刷電動機之小型、高速化的構造。

圖2是圖1(b)的剖面圖。在本發明的一實施形態，如圖1(b)與圖2所示般，在對定子線圈5流通電流的情況，在組裝分割無槽式定子芯4而成之圓筒狀之定子芯11的圓周方向流通有磁通的方向，來構成定子線圈5。且，於定子線圈5，有著U相線圈、V相線圈、W相線圈，流過各個的電流，是相位彼此相差120度的三相交流電流。圖3所圖示的轉子永久磁鐵1，是4極的磁鐵配置，使轉子永久磁鐵N極1a與轉子永久磁鐵S極1b配置成相鄰。圖3所圖示的定子線圈5，在以剖面觀看時，是由與轉子永久磁鐵1相對向的12個內側線圈9、以內側框體7支撐的12個外部線圈10所構成。連接成：使U相線圈的1剖面位於內側線圈Ua13的位置時，在順時鐘錯開90度之位置的內側線圈Ub14、以及錯開270度之位置的內側線圈Ud16，使同相的電流在軸方向以反方向流動。且連接成：在從內側線圈Ua錯開180度之位置的內側線圈Uc15，使同相位的電流在軸方向以相同方向流動。關於V相線圈、W相線圈，亦在各自錯開120度的位置來同樣地連接。圖3所圖示的UVW，是表示流通有各個同相位的電流，+-是表示電流的流通方向在軸方向為相反。同相的線圈亦可串連連接，亦可並連連接。藉由該配置，使流通在內側線圈9的電流產生旋轉磁場，而使轉子50旋轉，並產生轉矩。

12個內側線圈9是各自具有成對的外側線圈10，如圖1(a)所圖示般，成對的內側線圈9與外側線圈10是在線圈終端部17連接，於成對的內側線圈9與外側線圈10，是使同相的電流在軸方向往反方向流動。線圈終端部17是存在於圖示的圖面上方與未圖示的圖面下方。外側線圈10是不貢獻於轉矩的產生，但被內側框體7所保持，而內側框體7與外側框體8之間為空洞，成為空氣的流路。藉由流動的空氣來冷卻內側框體7，藉此冷卻外側線圈10。外側線圈10是在線圈終端部17與內側線圈9連接，故藉由冷卻外側線圈10，亦會冷卻內側線圈9，而可從內部來冷卻無槽式電動機100。外側線圈10雖不貢獻於轉矩的產生，但可說是作為散熱器來發揮功能。藉由使電動機溫度降低，來使磁鐵殘留磁通密度的增加、線圈電阻的減少，藉此使銅損減少，而改善電動機效率。

無槽式定子51，是在內側框體7以例如樹脂接著等來固定。定子線圈5，若接觸於內側框體7的話冷卻效果較高，但亦可在定子線圈5與內部框體7之間具有樹脂等。作為內側框體7及外側框體8的材質，可考慮使用金屬、樹脂、或是其雙方等，不過使用金屬的話冷卻效果較高。

作為定子線圈的材質，可考慮使用銅或鋁。且，作為定子芯的材質，可考慮主成分為鐵的電磁鋼板。如圖4所圖示般，若取代實施例之無槽式定子51而使用有在具有齒部19之定子芯18的齒部19捲繞固定個數線圈5之構造的定子61的話，內側框體7是成為保持定子芯18的構造。此時，與銅或鋁相比之下，鐵的熱傳導率較低，故與本實施例的構造相比之下冷卻效果較低。

接著，說明本發明的第2實施形態。於圖5，表示本發明之一實施形態之電動機之保持框體構造的變形例。圖5是表示本實施例之電動機構造的立體圖及剖面圖。與圖1～3所示之實施形態不同的點，是以樑20來聯繫內側框體7與外側框體8這點。以樑20來聯繫內側框體7與外側框體8，藉此容易將無槽式電動機100產生的熱傳導至外側框體8。在該構造，以流動在內側框體7及外側框體8及樑20的空氣來進行冷卻，藉此可冷卻無槽式電動機100。由流動的空氣來進行冷卻的表面積是比圖1～3的實施形態還寬廣，故冷卻效果較高。作為樑20的材質，可考慮有金屬或樹脂等，以金屬的冷卻效果較高。樑20亦可作為與內側框體7或外側框體8不同的組件來組裝，亦可一體成形於內側框體7與外側框體8之任一者或是雙方。圖5(a)，是表示出不管哪個剖面都具有如圖5(b)所示般的樑20之構造，但亦可使一部分的剖面為如圖3所示之不具有樑20的構造。亦可為使圖5(a)所示之具有樑20的剖面與圖3所示之不具有樑20的剖面，遍及多層地來交互出現的構造。樑20的數量有幾個都可以，但越多的話熱越容易從內部框體往外部框體傳導，故冷卻效果較高。

接著，說明本發明的第3實施形態。於圖6，表示本發明之一實施形態之電動機之保持框體構造的變形例。圖6是表示本實施例之電動機構造的立體圖。與圖1～3所示之實施形態不同的點，是在電動機的端面具有將內側框體7與外側框體8予以聯繫的終端支架21這點。於終端支架21設有空隙22來使空氣流動在內側框體7與外側框體8之間的空洞。以終端支架21來聯繫內側框體7與外側框體8，藉此容易將無槽式電動機100產生的熱傳導至外側框體8。在該構造，以流動在內側框體7及外側框體8及終端支架21的空氣來進行冷卻，藉此可冷卻無槽式電動機100。由流動的空氣來進行冷卻的表面積是比圖1～3的實施形態還寬廣，故冷卻效果較高。作為終端支架21的材質，可考慮有金屬或樹脂等，以金屬的冷卻效果較高。圖6的剖面構造，是如圖3所示般之不具有樑20的構造亦可，如圖5(b)所示般之具有樑20的構造亦可。亦可為使圖5(b)所示之具有樑20的剖面與圖3所示之不具有樑20的剖面，遍及多層地來交互出現的構造。於圖6雖僅表示出在單側的端面具有終端支架21的構造，但亦可在兩端面具有終端支架21。且，使終端支架21成為兼任軸承座的構造，藉此亦有軸承部的冷卻效果。

接著，說明本發明的第4實施形態。於圖7，表示本發明之一實施形態之電動機之保持框體構造的變形例。圖7是表示本實施例之電動機構造的立體圖與一部分的剖面圖。與圖1～3所示之實施形態不同的點，是圖面之上半部的剖面，不具有圖6(b)所示的內側框體7，圖面之下方半部的剖面具有圖3或圖5(b)所示之內側框體7的構造這點。藉由成為該構造，可將無槽式定子51以內部框體7來保持，並以流動的空氣直接冷卻外側線圈10，冷卻效果較高。圖6所示的是，以內側框體7的有無來分成2段的構造，但亦可為使圖3、圖5(b)、圖6(b)所示的剖面隨機地遍及多層來出現的構造。

接著，說明本發明的第5實施形態。於圖8，表示本發明之一實施形態之電動機之定子線圈芯條構造及保持框體構造的變形例。圖8(a)與圖8(b)是表示本實施例之電動機構造的立體圖，圖8(a)是組裝前的電動機，圖8(b)是組裝後的電動機。且，圖8(c)是表示本實施例之電動機構造的剖面圖。與圖1～3所示之實施形態不同的點，是在：定子線圈芯條6往徑方向外側變長，而具有從定子線圈5的外徑伸出去的定子線圈芯條凸部22這點、以及在內側框體7的內側具有與定子線圈芯條凸部22嵌合的內側框體凹部23這點。藉由成為該構造，可進行無槽式定子51與內側框體7的定位與固定。且，定子線圈芯條凸部22，是在將無槽式定子51予以樹脂模成形所使用的模具設置凹部，藉此可活用於樹脂模成形時的定位與固定。

接著，說明本發明的第6實施形態。在圖1～8所示之任一構造之電動機端部的單方配置有被固定在軸2的葉輪，使外側框體8成為具有作為擴散器之功能的構造，藉此成為從有葉輪的那側，強制使空氣流動於內側框體7與擴散器之間之作為電動送風機的構造。藉由強制使空氣流動於內側框體7與擴散器之間，而使電動機的冷卻效率提高。 　　以上，將第1～第6實施例的任一個電動送風機使用在電動吸塵器，藉此可得到電動吸塵器的小型輕量化、高效率化。且，該電動機送風機為短徑，故配置在電動吸塵器內之何處之規劃上的自由度較高，例如，藉由收納在硬管部或軟管部的內部，而可構成苗條的電動吸塵器。

且，作為第1～第6實施例的任一個實施例，雖進行了磁鐵的極數為4、線圈數為12之3相驅動電動機時的說明，但亦可考慮磁鐵的極數為2、線圈數為6，或是磁鐵的極數為6、線圈數為18等，對於自然數n，使磁鐵極數為2n、線圈數為6n的組合。且，對於磁鐵極數2n，使線圈數為12n等亦可。將磁鐵的極數為2、線圈數為12時的實施例示於圖9。在成為該構造之際，是如圖9所示般，使相鄰的線圈成為兩兩同相即可。且，亦可為磁鐵的極數為2n、線圈數為2n般的單相驅動電動機。

1：轉子永久磁鐵 1a：轉子永久磁鐵N極 2b：轉子永久磁鐵S極 2：軸 3：護罩 4：分割無槽式定子芯 5：定子線圈 6：定子線圈芯條 7：內側框體 8：外側框體 9：內側線圈 10：外側線圈 11：定子芯 12：空洞 13：內側線圈Ua 14：內側線圈Ub 15：內側線圈Uc 16：內側線圈Ud 17：線圈終端部 18：定子芯 19：齒部 20：樑 21：終端支架 22：定子線圈芯條凸部 23：內側框體凹部 50：轉子 51：無槽式定子 52：框體 61：定子 100：無槽式電動機 101：電動機

圖1的(a)(b)是本發明之一實施形態之電動機的立體圖。 　　圖2是本發明之一實施形態之構成電動機之定子構造的一部分。 　　圖3是本發明之一實施形態之電動機的剖面圖。 　　圖4的(a)(b)(c)是為了表示本發明之一實施形態之優異性之其他形態的定子與電動機的立體圖、以及剖面圖。 　　圖5的(a)(b)是本發明之一實施形態之電動機的立體圖與剖面圖。 　　圖6是本發明之一實施形態之電動機的立體圖。 　　圖7的(a)(b)是本發明之一實施形態之電動機的立體圖與剖面圖。 　　圖8的(a)(b)(c)是本發明之一實施形態之電動機的立體圖與剖面圖。 　　圖9是本發明之一實施形態之電動機的剖面圖。

Claims (7)

1. 一種無槽式電動機，其特徵為，具有：中空之圓筒狀的芯；定子，是由在前述芯捲繞導體的線圈來構成；永久磁鐵轉子，是與前述定子的內側線圈相對向，而配置成可旋轉，於前述定子的外側具有：保持前述定子的內側框體、位在前述內側框體之外側的外側框體，在前述內側框體與前述外側框體之間有著空洞，在徑向剖面構造的一部分，不具有前述內側框體。
2. 如請求項1所述之無槽式電動機，其具有將前述內側框體與前述外側框體予以連接的複數個樑。
3. 如請求項1或請求項2所述之無槽式電動機，其中，在前述無槽式電動機之端部的單側具有終端支架部，前述終端支架部，是具有連接於前述內側框體與前述外側框體之間之空洞的空隙。
4. 如請求項1或請求項2所述之無槽式電動機，其中，在前述無槽式電動機之端部的兩側具有終端支架部，前述終端支架部，是具有連接於前述內側框體與前述外側框體之間之空洞的空隙。
5. 如請求項1或請求項2所述之無槽式電動機，其中，前述線圈是捲繞在線圈芯條，前述線圈芯條是在徑方向外側具有凸部，在前述內側框體於徑方向內側具有凹部，前述凸部與前述凹部嵌合。
6. 一種電動送風機，是使用請求項1至請求項5中任一項所述的無槽式電動機而成，其特徵為，具有固定在前述永久磁鐵轉子端部之單方的葉輪，前述外側框體為擴散器。
7. 一種電機吸塵器，其特徵為，使用請求項6所述的電動送風機而成。