JPS6311864B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、整流子電動機に関し、特に、電機子
鉄心のスロツト内に巻回された電機子巻線を複数
個のコイルで構成し、かつ同一スロツト内に巻回
されたコイルのうち電機子回転方向に前位のコイ
ル巻回数を後位のコイル巻回数よりも大きくした
整流子電動機に関する。

交流、直流を問わず、従来の整流子電動機であ
つて電機子鉄心の各スロツト内の各コイルの巻回
数が同一である場合には、整流子表面のブラツク
バー（火花発生に基づく変質部）が整流子片の一
枚置きに強く発生し、整流子の早期悪化の原因に
なつていた。

その理由を以下に説明する。

同一スロツト内の複数個のコイル（電機子コイ
ル）間にあつては、電機子回転方向に前位にある
コイルが整流を完了する瞬間には、これに隣接す
る後位のコイルはすでに整流作用を始めており、
かつブラシに短絡されている。このため、後位の
コイルは前位のコイルに対して変圧器二次巻線の
作用をなし、両コイル間に相互誘導作用が生じ
る。これによつて前位のコイルの整流終了時には
実効インダクタンスが小さくなり、リアクタンス
電圧も小さくなる。一方、電機子回転方向に１整
流子片だけ回転し後位のコイルが整流を完了する
瞬間に変圧器二次巻線の作用をなすコイルは次位
のスロツト内の前位のコイルであるため、同一ス
ロツト内にある場合よりも変圧器二次巻線の作用
すなわち相互誘導作用が極端に小さくなる。この
ため、後位のコイルの整流終了時には実効インダ
クタンスが大きくなり、リアクタンス電圧は大き
くなる。したがつて、両コイルの整流終了時のリ
アクタンス電圧に差異を生じ、これが整流子片の
一枚置きに強い整流火花を発生してブラツクバー
が発生する原因である。

このように、ブラツクバー発生が不均一となり
一枚置きの整流子片に強く発生するため、一枚置
きの整流子片が早期に劣化し、電動機全体として
の整流性能もこれによつて早期に悪化し、ブラシ
寿命が短かくなるという欠点があつた。電動機の
寿命は通常ブラシ寿命によつて決まるので、この
ことは電動機の短命化と同じである。

この対策として、同一スロツト内において、前
位のコイルを巻回数を後位のコイル巻回数より大
きくする方法が、例えば特公昭36−23060号等に
おいて提案されている。

しかし、この従来技術の如く、単に前位のコイ
ル巻回数を後位のコイル巻回数より大きくするだ
けではブラシ寿命を向上させることは不可能で、
前位のコイル巻回数と後位のコイル巻回数との比
率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とが実験等
により判明した。

すなわち、整流期間中にコイルに発生する電圧
としては、リアクタンス電圧と中性帯の電機子反
作用磁束によつて発生する速度起電力とがあり、
この両電圧の和によつて各コイルの整流性能が左
右される。したがつて、上記ブラシの寿命低下
は、コイルの巻回数を調整してリアクタンス電圧
を平均化した場合、速度起電力も変化するのでリ
アクタンス電圧と速度起電力との和が各コイルご
とに異なることに起因することを見出した。

本発明の目的は、前述の如き従来技術の欠点を
解消し、電機子スロツト内の前位のコイル巻回数
と後位のコイル巻回数とを異ならせるだけでな
く、巻回数の比率を最適値に設定することにより
各コイルの整流性能を均一化させてブラシ寿命の
向上を図り、もつて電動機自体の寿命向上を図つ
た整流子電動機を提供することである。

本発明の発明者は、従来技術により同一スロツ
ト内の前位と後位のコイル巻回数を単にリアクタ
ンス電圧のみを考慮して異ならせるだけでは逆に
同一巻回数の場合よりもブラシ寿命が低下するこ
とを見い出し、容量および機械的寸法の異なる交
流整流子電動機について、同一スロツト内の前位
と後位のコイル巻回数を種々変化させてブラシ寿
命を測定した結果、ブラシ寿命を向上させるため
には前位のコイル巻回数N₁と後位のコイル巻回
数N₂との比を許容範囲内に設定し、各コイルの
リアクタンス電圧と速度起電力との和を均一化す
る必要があることを確認した。本発明は、この巻
回数の比の最適値および許容範囲を限定すること
により、ブラシ寿命が長く、したがつて耐用年数
の長い整流子電動機を提供するものである。

すなわち、本発明は電機子のスロツト内に巻回
された電機子巻線が複数個のコイルで構成され、
同一スロツト内に巻回されたコイルのうち回転方
向前位のコイル巻回数を回転方向後位のコイル巻
回数より大きくした500乃至2000ワツトの容量を
有する整流子電動機において、前位のコイル巻回
数N₁と後位のコイル巻回数N₂との比N₁／N₂が
1.22〜1.57の範囲にしたことを特徴とするもので
ある。

以下、図面を参照して、本発明の実施例につい
て説明する。

第１図は本発明を実施するに好適な家庭用電気
掃除機等に使用される整流子電動機の構造例を示
す。

第１図において、ハウジング１２内には両端を
軸受１４Ａ，１４Ｂで支承されたシヤフト１６が
配置されている。該シヤフトには円周上に複数個
のスロツト１８が形成された電機子鉄心２０が固
定され、該鉄心には各スロツト内に巻回された複
数個のコイル２２（第２図参照）で構成された電
機子巻線２４が装着されている。

シヤフト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……（第２図参
照）から成る整流子２６が固定されている。各整
流子片２６Ａ，２６Ｂ……に対しては、第２図に
示す如く、電機子巻線２４の各コイル２２Ａ，２
２Ｂ……が接続されている。

整流子２６の外周面（表面）には、ハウジング
１２に支持された複数個のブラシ２８がばね等の
弾発手段により所望の接触圧で当接されている。
各ブラシ２８は前記各整流子片２６Ａ，２６Ｂ…
の一個より長い範囲をカバーする接触面を有して
いる。これらブラシは電機子巻線２４に電流を給
電するためのものである。

ハウジング１２には、電機子巻線２４の外周に
対応する位置に、固定子鉄心３０が固定され、該
固定子鉄心には固定子巻線３２が巻回されてい
る。

電動機への給電は、固定子巻線３２→ブラシ２
８→整流子２６→電機子巻線２４を通して行なわ
れる。

第２図は、電機子コイル２２Ａ，２２Ｂ……の
各スロツト１８内への巻装状態を示す図である。

第２図において、整流子２６には電機子コイル
２２Ａ，２２Ｂ……のコイル端が接続され、各電
機子コイルは電機子鉄心のスロツト１８内に収め
られている。第２図はスロツト当りに収納される
コイル（電機子コイル）の数が２個の場合を示
す。この場合、コイル２２Ａは、コイル始端を整
流子片２６Ａに接続され、スロツト１８Ａとスロ
ツト１８Ｅとに挿通され、コイル終端を整流子片
２６Ｂに接続される。

同一のスロツト１８Ａに挿通されるもう一つの
コイル２２Ｂは、コイル始端を整流子片２６Ｂに
接続され、コイル２２Ａと同じくスロツト１８Ａ
とスロツト１８Ｅ内を挿通され、コイル終端を整
流子片２６Ｃに接続される。

ここで、電機子の回転方向を矢印Ｘ方向とする
と、同一スロツト内に巻回される２個のコイル２
２Ａおよび２２Ｂでは、コイル２２Ａの方が整流
を先に終える前位のコイルであり、コイル２２Ｂ
は遅れて整流を終える後位のコイルである。しか
して、各コイル２２Ａ，２２Ｂ……は複数の巻回
数（例えば８ターン）を有している。

本発明は、同一スロツト内に巻装される前位の
コイル巻回数N₁と後位のコイル巻回数N₂との比
N₁／N₂の値を、コイルの整流性能を左右するリ
アクタンス電圧と速度起電力との和を各コイルで
平均化しブラシ２８の長寿命化を図るよう特定の
範囲に限定したものである。以下、前位および後
位のコイル巻回数とブラシ寿命との関係について
の実験結果を説明する。

第３図は、入力500W級の交流整流子電動機に
おける、前位のコイル巻回数N₁と後位のコイル
巻回数N₁との比N₁／N₂に対するブラシ寿命を示
す図である。第３図から、ブラシ寿命が最も向上
する巻回数の比は、N₁／N₂＝1.22〜1.50である。
このことは、N₁／N₂＝1.22〜1.50の範囲で、前
位のコイルと後位のコイルのリアクタンス電圧と
速度起電力との和がほぼ等しくなり、両コイルの
整流性能が均一化して向上したことを意味する。
この結果、各整流子片２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ…
…におけるブラツクバーの発生を防止できること
になる。また、巻回数の比N₁／N₂が1.5以上にな
るとブラシ寿命が急減し、特にN₁／N₂が1.75以
上になると、巻回数の比が1.0の通常の電機子巻
線方式の場合よりも逆に前者のリアクタンス電圧
と速度起電力との和が大きくなつて両コイルの整
流性能の差が増大されてブラシ寿命が低下してし
まう。これから明らかな如く巻回数の比N₁／N₂
には最適な値があり、巻回数比を1.22〜1.57の範
囲内で選定すれば、通常の巻回数の比1.0の場合
より、ブラシ寿命を実質的に（例えば30％以上）
向上させることができる。

第４図は、入力2000W数の交流整流子電動機に
おける。前位と後位のコイル巻回数の比N₁／N₂
に対するブラシ寿命を示す図である。

第４図から、ブラシ寿命が最も向上する巻回数
比N₁／N₂は1.25〜1.57であり、この比が1.78以上
になると逆に巻回数の比が1.0の場合よりもブラ
シ寿命が低下してしまう。これからも明らかな如
く、巻回数の比を1.22〜1.57の範囲内で選定すれ
ば、通常の巻回数の比1.0の場合よりもブラシ寿
命を実質的に向上させることができる。その技術
的根拠は第３図の場合と同じである。

第５図は、電気掃除機や電動工具等に使用され
る入力500〜2000W級の交流整流子電動機におけ
る、電機子鉄心２０の積層厚みＬに対する、ブラ
シ長寿命化に最適な巻回数の比N₁／N₂の関係を
示す図である。第５図中の線Ｙは電動機入力を示
す。第５図から、電動機入力Ｙおよび電機子鉄心
積層厚みＬが異なつても、ブラシ寿命の向上に最
適な巻回数の比N₁／N₂が1.22〜1.57の範囲であ
ることがわかる。

以上説明した各実施例から明らかな如く、同一
スロツト内を挿通される２個のコイルの巻回数
を、前位のコイル巻回数N₁と後位のコイル巻回
数N₂との比N₁／N₂が1.22〜1.57になるように設
定することにより、各コイルのリアクタンス電圧
と速度起電力との和を均一化させて整流性能を向
上させ、ブラシ寿命を通常の1.3倍程度に向上さ
せることができる。

第３図に示した入力500W級の電気掃除機用電
動機では、通常（従来）のブラシ寿命が1000時間
であるのに対し、巻回数比N₁／N₂を1.22にした
場合のブラシ寿命は1300時間であつた。通常、ブ
ラシ寿命が1000時間の掃除機の使用年数は５年で
あるので、ブラシ寿命が1300時間である掃除機の
使用年数は6.5年になり、その寿命向上の効果は
きわめて大である。

以上の説明から明らかな如く、本発明によれ
ば、各コイルのリアクタンス電圧と速度起電力と
の和を均一化して整流性能を向上できるのでブラ
シ寿命が向上し、したがつて電動機自体の寿命を
向上させうる整流子電動機が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用される整流子電動機の概
略縦断面図、第２図はコイル（電機子コイル）お
よび巻装用スロツトの位置関係を示す展開説明
図、第３図および第４図は巻回数比N₁／N₂とブ
ラシ寿命との関係を示す図表、第５図は電動機入
力および電機子鉄心積層厚みとブラシ長寿命化に
最適な巻回数比N₁／N₂との関係を示す図表であ
る。 １６……シヤフト、１８……スロツト（電機子
スロツト）、２０……電機子鉄心、２２Ａ，２２
Ｂ，２２Ｃ……コイル（電機子コイル）、２４…
…電機子巻線、２６……整流子、２６Ａ，２６
Ｂ，２６Ｃ……整流子片、２８……ブラシ、Ｘ…
…電機子の回転方向、Ｙ……電動機入力を示す
線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電機子のスロツト内に巻回されたコイルの整
   流性能がリアクタンス電圧と速度起電力との和に
   よつて左右される複数個のコイルで構成され、同
   一スロツト内に巻回されたコイルのうち回転方向
   前位のコイル巻回数を回転方向後位のコイル巻回
   数より大きくした500乃至2000ワツトの容量を有
   する整流子電動機において、前位のコイル巻回数
   N₁と後位のコイル巻回数N₂との比N₁／N₂を1.22
   〜1.57の範囲にしたことを特徴とする整流子電動
   機。