JP2022129703A - 回転電機、並びに、それを用いた電動送風機および電気掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】
循環電流を抑制できるスロットレス型の回転電機を提供する。
【解決手段】
回転電機は、永久磁石を有する回転子と、回転子と、エアギャップを介して対向する固定子と、を備え、固定子は、磁性体からなる円筒状の固定子コア（４）と、固定子コア（４）の円筒表面と回転子との間に位置する絶縁部材（５）と、絶縁部材に巻装される第１の電機子巻線（６－１）および第２の電機子巻線（６－２）と、を備え、第１の電機子巻線（６－１）と第２の電機子巻線（６－２）は並列接続され、第２の電機子巻線（６－２）は、巻数が、第１の電機子巻線（６－１）よりも所定の数だけ大きい。
【選択図】図３

Description

本発明は、回転電機、並びに、それを用いた電動送風機や電気掃除機に関する。

固定子コアがスロットを有さず電機子巻線が固定子コアに巻装さないスロットレス型の回転電機は、小型化に有利なため、電動送風機や電気掃除機などの小型軽量化が要求される機器に適している。

このスロットレス型の回転電機の構造に関する従来技術として、例えば、特許文献１に記載される技術が知られている。

特許文献１に記載された技術では、表面に絶縁層が形成される円筒状のステーターの内側表面および外側表面に、それぞれ第１のコイルおよび第２のコイルが配される。

特開２０１３－１６２５７２号公報

上記従来技術では、第１のコイルと第２のコイルとを、固定子コアと回転子との間に配置し、並列接続すると、第１のコイルと第２のコイル間に循環電流が流れ、回転電機の効率が低下する恐れがある。

そこで、本発明は、循環電流を抑制できるスロットレス型の回転電機、並びに、この回転電機を用いた電動送風機および電気掃除機を提供する。

上記課題を解決するために、本発明による回転電機は、永久磁石を有する回転子と、回転子と、エアギャップを介して対向する固定子と、を備えるものであって、固定子は、磁性体からなる円筒状の固定子コアと、固定子コアの円筒表面と回転子との間に位置する絶縁部材と、絶縁部材に巻装される第１の電機子巻線および第２の電機子巻線と、を備え、第１の電機子巻線と前記第２の電機子巻線は並列接続され、第２の電機子巻線は、巻数が、第１の電機子巻線よりも所定の数だけ大きい。

また、上記課題を解決するために、本発明による電動送風機は、インペラと、インペラを駆動する回転電機と、を備えるものであって、回転電機が、上記本発明による回転電機である。

また、上記課題を解決するために、本発明による電気掃除機は、電動送風機を備えるものであって、電動送風機が、上記本発明による電動送風機である。

本発明によれば、スロットレス型の回転電機における循環電流を低減できる。また、本発明によれば、スロットレス型の回転電機を備える電動送風機、およびこの電動送風機を備える電気掃除機の効率を向上することができる。

上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施例１であるスロットレス型の回転電機の構成を示す分解斜視図である。 実施例１の回転電機の外観を示す斜視図である。 図２に示す回転電機１００のＩ－Ｉ断面図である。 電機子巻線６の分解斜視図である。 実施例１における電機子巻線の結線状態を示す三相結線図である。 実施例１における磁石磁束の分布を示すグラフである。 実施例１における内層巻線および外層巻線の巻数を変えたときの、鎖交磁束および循環電流の時間変化を示す。 実施例２であるスロットレス型の回転電機の構成を示す断面図である。 実施例３であるスロットレス型の回転電機の構成を示す部分断面図である。 実施例４であるスロットレス型の回転電機の構成を示す部分断面図である。 実施例５である電動送風機の断面図である。 実施例６である電気掃除機の外観を示す斜視図である。 実施例６の電気掃除機の外観を示す側面図である。 実施例６の電気掃除機本体の縦断面図である。

以下、本発明の実施形態について、下記の実施例により、図面を参照しながら説明する。

各図において、参照番号が同一のものは同一の構成要件あるいは類似の機能を備えた構成要件を示している。

以下の実施例による回転電機は、例えば、電動送風機や電気掃除機に用いられる電動機として好適である。

図１は、本発明の実施例１であるスロットレス型の回転電機の構成を示す分解斜視図である。

また、図２は、実施例１の回転電機の外観を示す斜視図である。

回転電機１００は、回転子５０と固定子５１とを備える。

回転子５０は、回転軸１に固定された複数極の永久磁石２と、高速回転時に永久磁石２の破損を防止するカバー３とを備え、回転軸１（シャフト）を中心として回転可能である。回転軸１は、軸方向両側もしくは片側において、図示しない軸受により回転自在に支持されており、軸受は図示しないエンドブラケットにより支持されている。

永久磁石２としては、サマリウム鉄窒素磁石、ネオジム磁石、フェライト磁石などが適用できる。カバー３の材料としては、ステンレス鋼やＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）などが適用できる。

固定子５１は、図示しないハウジングに支持され、固定子コア４と、ボビン５と、電機子巻線６とを備える。円筒状の固定子コア４の内周側には、回転子５０がエアギャップを介して固定子コア４の内周と対向するように配置されている。

固定子コア４の磁性材料としては、鉄を主成分とした電磁鋼板などが適用できる。この場合、固定子コア４は、電磁鋼板の積層体から構成される。ボビン５の材料としては、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂などの絶縁性樹脂が適用できる。また、電機子巻線６は、銅線やアルミニウム線などの被覆導線から構成される。

なお、固定子コア４の磁性材料として、バルク材料を適用してもよい。また、ボビン５は、表面が絶縁層により被覆されたアルミニウムなどの非磁性金属から構成されてもよい。

回転電機１００は、図示しないインバータ装置から供給される三相交流電力によって駆動される。インバータ装置は、半導体装置（例えば、ＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴ）のスイッチング動作によって、バッテリなどの直流電源から入力する直流電力を三相交流電力に変換する。この三相交流電力が電機子巻線６に出力されると、電機子巻線６に三相交流電流が流れて、固定子５１に回転磁界が発生する。電機子巻線６に流れる三相交流電流の周波数および位相は、図示しない制御回路および駆動回路により制御される。

図３は、図２に示す回転電機１００のＩ－Ｉ断面図である。なおＩ－Ｉ断面は、回転軸１およびその中心軸線Ａｘ（図２）に垂直な断面であり、固定子コア４の軸方向の略中央部における垂直断面である。

図３に示すように、円環状の断面を有する固定子コア４の内周側にボビン５が嵌装されている。すなわち、ボビン５は、固定子コアの円筒表面（本実施例１では内壁面）と回転子５０の表面との間に位置する。ボビン５は内側円環部５－１と、内側円環部５－１から径方向外側へ向かって突き出た複数のティース部５－２と、ティース部５－２から回転方向両側に張り出した複数のトップ部５－３とで構成される。ティース部５－２およびトップ部５－３はボビン５の全周に亘って均等な間隔で配置されている。各ティース部５－２の両側の空隙部であるスロット７は、電機子巻線６を巻装するための空間である。

なお、図２では、複数あるティース部５－２、トップ部５－３およびスロット７の内、代表して一部のティース部、トップ部およびスロット部に符号を付している（他の図も同様）。

スロット７内には、電機子巻線６を構成するＵ相、Ｖ相およびＷ相の複数の相に対応する複数の巻線が装着されている。本実施例１では、一つのスロット７に二つの電機子巻線６が配置され、スロット７は等間隔に６個設けられている。

電機子巻線６は、回転軸１からの距離が近い内層巻線６－１と、回転軸１からの距離が遠い外層巻線６－２とで構成される。内層巻線６－１は、スロット７内において、径方向で、ボビン５の内側円環部５－１側に位置し、内側円環部５－１に接する。外層巻線６－２は、スロット７内において、径方向で、ボビン５のトップ部５－３側に位置し、トップ部５－３に接する。

電機子巻線６は、三相巻線であり、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線が、例えば、Ｕ（－）巻線（６－１）から初めて回転方向（図中、時計回り）に、Ｕ（－）巻線（６－１）、Ｖ（＋）巻線（６－２）、Ｗ（－）巻線（６－２）、Ｕ（＋）巻線（６－１）、…というように、相順に、１巻線ずつ並んで配置される。

本実施例では、回転子５０は４極で構成されるため、図３に示すように、電機子巻線６の総数は、４（極）×３（相）の１２個であり、スロット７の個数は、１２（巻線総数）／２（１スロットあたりの巻線数）の６個である。そのため、各相の電機子巻線６（４個）は機械角９０度の間隔で均等に配置されている。

図４は、電機子巻線６の分解斜視図である。

三相分の内層巻線６－１が中空の略円筒状に配置される。また、三相分の外層巻線６－２が中空の略円筒状に配置される。内層巻線６－１からなる円筒形状の半径は、外層巻線６－２からなる円筒形状の半径よりも小さい。このため、各々のコイルエンド部８が干渉することなくボビン５に装着される。

また、本実施例では、機械角９０度の間隔で隣接する、各相の内層巻線６－１どうし（例えば、Ｕ（－）巻線（６－１）およびＵ（＋）巻線（６－１））、および機械角９０度の間隔で隣接する、各相の外層巻線６－２どうし（例えば、Ｕ（－）巻線（６－２）およびＵ（＋）巻線（６－２））は、コイルエンド部８によって固定子５１の軸方向における外側で接続されている。これにより、一つの環状コイルが構成される。

図５は、本実施例１における電機子巻線の結線状態を示す三相結線図である。

内層巻線６－１の三相巻線（Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１）は、Δ結線により結線される。外層巻線６－２の三相巻線（Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２）は、Δ結線により結線される。結線された内層巻線６－１の三相巻線と、結線された外層巻線６－２の三相巻線とは、並列接続される。並列接続される各相の二つの巻線の内、一方は内層巻線６－１、他方は外層巻線６－２となる。

なお、Δ結線に代えて、Ｙ結線が適用されてもよい。また、並列接続される三相巻線の個数は、２個に限らず、極数に応じて選択可能な個数の内、２より大きな他の個数（整数）としてもよい。

以下、本実施例１の内層巻線６－１および外層巻線６－２の巻数について説明する。

まず、回転電機の所望の性能を満たす巻数Ｎは、一般に式（１）に基づいて設定される。

式（１）において、Ｉｍａｘは回転電機に流す最大電流、Ｖｍａｘは回転電機に印加可能な最大電圧、Ｔｍａｘは最大トルク、Ωｍａｘは最大回転速度、ＫｔおよびＫｅは回転電機の材料および構造により設定される定数を表す。なお、Ｋｔはトルクに関わる定数であり、Ｋｅは誘導起電力に関わる定数である。

さらに、本発明者の検討によれば、この時、内層巻線６－１の巻数Ｐおよび外層巻線の巻数Ｑは、式（２）を満たす１以上の整数ｎを用いて表される式（３）の範囲内から選択される。

式（２）において、Ｒｉｃは内層巻線６－１の平均半径、Ｒｏｃは外層巻線６－２の平均半径、Ｒｓは固定子コア４の内半径、ｐは極対数を表す。

式（３）が示すように、外層巻線６－２の巻数Ｑは内層巻線６－１の巻数Ｐよりも大きくする。これにより、内層巻線６－１による誘導起電力と外層巻線６－２による誘導起電力の不平衡が緩和され、循環電流の発生が抑制される。さらに、式（２）および（３）は、誘導起電力の不平衡を確実に抑えるために、内層巻線６－１における鎖交磁束と外層巻線６－２における誘導起電力を等しくするという観点で、本発明者が内層巻線６－１の巻数と外層巻線６－２の巻数について検討した結果である。

次に、本実施例１の作用効果について説明する。

図６は、本実施例１における磁石磁束の分布を示すグラフである。

回転軸１の中心線Ａｘ（図２）を原点として、永久磁石２の着磁方向に沿うようにして半径座標ｒをとり、反時計回りを正とする回転座標θとする極座標系を定義する。本グラフは、半径座標軸上における、永久磁石２の外半径Ｒｍから、固定子コア４の内半径Ｒｓまでの区間の磁束密度の、本発明者による電磁界解析結果である。

図６のグラフは、永久磁石２の表面から離れるほど、磁束密度が減衰することを示している。内層巻線６－１の平均半径Ｒｉｃは、外層巻線６－２の平均半径Ｒｏｃよりも小さく、内層巻線６－１の方が永久磁石２の表面から近いため、内層巻線６－１における磁束密度は、外層巻線６－２における磁束密度よりも高い。

電機子巻線６に三相交流電流を流し、回転子５０を回転させると、電機子巻線６にはファラデーの電磁誘導の法則に従って誘導起電力が発生する。内層巻線６－１における磁束密度は、外層巻線６－２における磁束密度よりも高いため、内層巻線６－１の巻数と外層巻線６－２の巻数が等しい場合、内層巻線６－１の鎖交磁束は、外層巻線６－２の鎖交磁束よりも大きくなる。このため、内層巻線６－１の誘導起電力は、外層巻線６－２の誘導起電力よりも大きくなる。各相の内層巻線６－１と外層巻線６－２は並列に接続されているため、誘導起電力の不平衡に起因して、互いに並列接続される内層巻線６－１と外層巻線６－２との間に、循環電流が流れる。このため、銅損が増加し、回転電機効率の低下を招く。

本実施例１では、内層巻線６－１および外層巻線６－２の巻数を異ならせることにより、磁石磁束の減衰による内層巻線６－１および外層巻線６－２の誘導起電力の不平衡を抑制し、循環電流を低減して、回転電機効率の向上を図っている。

永久磁石表面からの磁束密度は、式（４）で表すことができる。式（４）では、図６で定義した極座標系（ｒ，θ）が用いられている。なお、式（４）は、ブラシレス永久磁石回転電機における磁界分布の解析モデルに関する従来の知見に基づいている。

式（４）において、ただし、Ｂｅは磁石材料および永久磁石２の内半径などにより定まる定数である。また、ｐは、式（２）と同様に、極対数である。

誘導起電力は、コイルの巻数と、コイル内側の磁束密度と、コイル内側の面積と、回転速度と、極対数とをかけ合わせて算出できるため、式（４）を用いて、内層巻線６－１の誘導起電力Ｅｉｎと外層巻線６－２の誘導起電力Ｅｏｕｔは、式（５）で表される。

式（５）において、Ωは回転速度、Ｐは内層巻線６－１の巻数、Ｑは外層巻線６－２の巻数、βは電機子巻線６のコイルピッチ角度、ｌ（小文字のエル）は固定子コア４の軸方向の積厚を表す。

式（５）を用いて、内層巻線６－１の誘導起電力Ｅｉｎと外層巻線６－２の誘導起電力Ｅｏｕｔの比は式（６）で表される。

式（６）の値が１に近づけば、誘導起電力の不平衡を低減することができる。ただし、巻数は回転電機としての所望の性能を満たすよう、式（１）を満たすようにＰおよびＱは選択される。そのため、内層巻線６－１の巻数をＮから所定数減らし、外層巻線６－２の巻数をＮから所定数増やすことにより、回転電機の所望の性能を満たしつつ、式（６）の値を１に近づけて循環電流を低減することができる。すなわち、式（２）を満たす１以上の整数ｎを用いて表される式（３）の範囲内から、ＰおよびＱの値が選択される。

図７は、本実施例１における内層巻線６－１および外層巻線６－２の巻数を変えたときの、鎖交磁束および循環電流の時間変化を示す。

図７において、内層巻線６－１の巻数Ｐと外層巻線６－２の巻数Ｑの組み合わせ（Ｐ，Ｑ）を、（１）（Ｎ，Ｎ）、（２）（Ｎ―（ｎ―１），Ｎ＋（ｎ―１））、（３）（Ｎ－ｎ，Ｎ＋ｎ）としている。内層巻線６－１と外層巻線６－２の鎖交磁束、および内層巻線６－１と外層巻線６－２を循環する電流の波形は、本発明者による電磁界解析結果である。

図７中の（１）の場合、内層巻線６－１の鎖交磁束は、内層巻線６－１の方が永久磁石２からの距離が近いため、外層巻線６－２の鎖交磁束よりも大きい。このため、循環電流が流れている。

図７中の（２）の場合、内層巻線６－１の鎖交磁束は、外層巻線６－２の鎖交磁束よりも若干大きいが、両巻線の巻数を異ならしめたため、両巻線の各鎖交磁束の大きさの差が小さくなる。このため、循環電流が低減されている。

図７中の（３）の場合、両巻線の巻数をさらに異ならしめたため、（１）の場合と逆に、外層巻線６－２の鎖交磁束が、内層巻線６－１の鎖交磁束よりも大きくなる。このため、大きな循環電流が流れる。

図７が示すように、式（３）の範囲内に、誘導起電力の不平衡が低減される巻数Ｐ，Ｑの組み合わせが含まれる。本実施例では、図７中の（２）の場合に、鎖交磁束比（内層／外層比）が最も１に近くなり、循環電流が最も小さくなる。

なお、式（３）を満たす内層巻線６－１の巻数Ｐと外層巻線６－２の巻数Ｑの組み合わせ（Ｐ，Ｑ）は、（２）および（３）の場合以外に、（Ｎ―ｎ，Ｎ＋（ｎ－１））と（Ｎ―（ｎ－１），Ｎ＋ｎ）でもよい。また、巻線の最終ターンにおいて、素線をコイル全周に亘って巻かず、巻回し途中で隣接コイルを巻き始めることにより、非整数の巻数とすることができるため、Ｐ，Ｑとして、式（３）を満たす実数を選択することもできる。

上述のように、本実施例１によれば、固定子の磁性体コアに巻線が巻装されないスロットレス型の回転電機において、外層巻線６－２の巻数を内層巻線６－１の巻数よりも大きくすることにより、内層巻線６－１と外層巻線６－２間に流れる循環電流を抑制できる。これにより、回転電機の効率が向上する。

また、内層巻線６－１の巻数Ｐと外層巻線６－２の巻数Ｑが前述の式（３）を満たすことにより、確実に、循環電流を低減できる。

図８は、本発明の実施例２であるスロットレス型の回転電機の構成を示す、図３と同様に、回転軸に垂直な方向の断面図である。

以下、主に、実施例１と異なる点について説明する。

本実施例２においては、絶縁部材からなるボビン５の構成が実施例１とは異なる。

図７に示すように、内層巻線６－１が配置されているスロット７において、実施例１（図３）と同様に、内層巻線６－１の内周側はボビン５の内周円環部（図３の「５－１」）に接する。さらに、本実施例２では、内層巻線６－１の外周側がボビン５のトップ部（図３の「５－３」）に接する。このため、内層巻線６－１が配置されているスロット７においては、ボビン５のトップ部の厚みがボビン５の内周円環部の厚みよりも厚い（実施例１（図３）では同じ厚み）。

また、図７に示すように、外層巻線６－２が配置されているスロット７において、実施例１（図３）と同様に、外層巻線６－２の外周側はボビン５のトップ部（図３の「５－３」）に接する。さらに、本実施例２では、外層巻線６－２の内周側がボビン５の内周円環部（図３の「５－１」）に接する。このため、外層巻線６－２が配置されているスロット７においては、ボビン５の内周円環部の厚みがボビン５のトップ部の厚みよりも厚い（実施例１では同じ厚み）。

本実施例２によれば、各巻線の内外周側がともにボビン５に接するので、ボビン５によって各巻線の位置が固定される。これにより、図６のような極座標において、内層巻線６－１の各々の位置（ｒ）を精度よく所定値に設定できるとともに、外層巻線６－２の各々の位置（ｒ）を精度よく所定値に設定できる。すなわち、内層巻線６－１の各々の位置の平均半径Ｒｉｃ（図６参照）からのばらつきが低減できるとともに、外層巻線６－２の各々の位置の平均半径Ｒｏｃ（図６参照）からのばらつきが低減できる。これにより、実施例１による内層巻線６－１および外層巻線６－２の巻数の設定と相まって、確実に、循環電流を低減できる。

図９は、本発明の実施例３であるスロットレス型の回転電機の構成を示す、回転軸に垂直な方向の部分断面図である。

以下、主に、実施例１と異なる点について説明する。

図８に示すように、本実施例３においては、外層巻線６－２を構成する素線の断面積を、内層巻線６－１を構成する素線の断面積よりも大きくする。

これにより、外層巻線６－２の巻数を内層巻線６－１の巻数よりも大きくすることに伴う、外層巻線６－２の巻線抵抗の増加を緩和できる。これにより、巻線抵抗による電力損失の増加を緩和できる。また、内層巻線６－１および外層巻線６－２の各巻線抵抗の差を低減できるので、内層巻線６－１に電流が偏ることが防止できる。したがって、回転電機効率を向上することができる。

なお、本実施例３では、素線として丸線が適用されているが、これに限らず、角線などが適用されてもよい。

図１０は、本発明の実施例４であるスロットレス型の回転電機の構成を示す、回転軸に垂直な方向の部分断面図である。

以下、主に、実施例１と異なる点について説明する。

本実施例４においては、内層巻線６－１を構成する複数の素線が互いに固着されるとともに、内層巻線６－１がボビン５に固着される。

なお、固着手段としては、例えば、自己融着線の使用や、ワニスの塗布などがある。

本実施例４によれば、図６のような極座標において、内層巻線６－１の各々の位置（ｒ）を精度よく所定値に設定できるとともに、外層巻線６－２の各々の位置（ｒ）を精度よく所定値に設定できる。すなわち、内層巻線６－１の各々の位置の平均半径Ｒｉｃ（図６参照）からのばらつきが低減できるとともに、外層巻線６－２の各々の位置の平均半径Ｒｏｃ（図６参照）からのばらつきが低減できる。これにより、実施例１による内層巻線６－１および外層巻線６－２の巻数の設定と相まって、確実に、循環電流を低減できる。

さらに、電機子巻線６に働く電磁力や外力に伴う内層巻線６－１および外層巻線６－２の位置の変動を抑制できる。したがって、各巻線の位置の変動に伴う循環電流の増大を防止できる。

図１１は、本発明の実施例５である電動送風機の断面図である。

図１１に示すように、電動送風機２００は、斜流インペラ２０１と、ファンカバー２０２と、ディフューザ２０３と、斜流インペラ２０１を回転駆動する回転電機１００（電動機）とを備える。

回転電機１００としては、上述の実施例１～４のいずれかによるスロットレス型の回転電機が適用される。

回転電機１００は、モータハウジング２０４の中に納められ、ボビン５がエンドブラケット２０７に設けられたボビン保持部２０６に固定されている。回転子５０は軸受２０５を介してモータハウジング２０４に回転自在に固定されている。

回転軸１（シャフト）の軸端には、斜流インペラ２０１が設けられ、ファンカバー２０２とともに電動送風機２００を構成している。また、モータハウジング２０４の内周と外周との間には、ディフューザ２０３と円筒状に流路が設けられている。

以下、電動送風機２００の動作を説明する。

回転子５０の外周側には、永久磁石２により直流磁界が形成されている。一方、図示しないインバータにより所定の周波数に変換した三相交流電力を電機子巻線６に給電すると、固定子５１の内周側に回転磁界が生成される。

回転子５０の磁極位置に合わせた電流を通電することで、回転磁界と直流磁界との吸引反発によりトルクが発生し、回転子５０が回転軸Ａｘ（図２）を中心として回転する。

これにより、図１１の細矢印に示すように、斜流インペラ２０１が回転し、図中左側から吸気し、ファンカバー２０２を介して、流路に気流Ｆを送風する（図１１の太矢印参照）。斜流インペラ２０１で形成された気流Ｆは、図中右側に向かう直進成分と、軸の回転と同方向の旋回成分からなる。また，気流Ｆはディフューザ２０３を通り、風速が低下し、圧力が増大する。

上述のように、本実施例５によれば、実施例１～４による回転電機１００を用いて駆動することにより、電動送風機の効率が向上する。

図１２は、本発明の実施例６である電気掃除機の外観を示す斜視図である。

また、図１３は、本実施例６の電気掃除機の外観を示す側面図である。

なお、図１２および図１３において、電気掃除機の使用形態は、それぞれ、スティック型およびハンディ型である。すなわち、本実施例６の電気掃除機は、スティック型とハンディ型とを適宜切り替えて使用できる充電式の電気掃除機である。

なお、以下で説明する本実施例６の構成は、スティック型のみ、ハンディ型のみなど、様々なタイプの電気掃除機に適用することができる。

図１２および図１３に示すように、電気掃除機３００は、塵埃を集塵する集塵室３０１および集塵するのに必要な吸込気流を発生させる電動送風機２００（図１１参照）を備える。

電気掃除機３００は、電動送風機２００を収納する掃除機本体３１０、掃除機本体３１０に対して伸縮自在に設けられた伸縮パイプ３０２、伸縮パイプ３０２の一端に設けられたグリップ部３０３、およびグリップ部３０３に設けられた電動送風機２００の入切を行うスイッチ部３０４を備えて構成される。

図１２に示す電気掃除機３００は、スティック状態であり、伸縮パイプ３０２が伸ばされた状態である。また、掃除機本体３１０の他端には吸口体３０５が取り付けられ、掃除機本体３１０と吸口体３０５とが接続部３０６で繋がれている。

図１３に示す電気掃除機３００は、ハンディ状態であり、伸縮パイプ３０２が掃除機本体３１０内に収納され、グリップ部３０３が伸縮パイプ３０２側に近接した状態である。また、ハンディ状態での持ち手となるハンディグリップ部３０７は、掃除機本体３１０の上面側に、近接されたグリップ部３０３と集塵室３０１との間に設けられている。また、掃除機本体３１０の他端部には吸口体（隙間ノズル）３０８が取り付けられ、掃除機本体３１０と吸口体３０８とが接続部３０６で繋がれている。

電気掃除機３００は、グリップ部３０３のスイッチ部３０４を操作することで、掃除機本体３１０に収納された電動送風機２００（図１１参照）が作動し、吸込気流を発生させる。そして、吸口体３０５，３０８から塵埃を吸込み、接続部３０６を通して掃除機本体３１０の集塵室３０１に集塵する。

図１４は、本実施例６の電気掃除機本体の縦断面図である。

なお、図１４において、電気掃除機の使用形態は、ハンディ型であり、掃除機本体３１０から吸口体３０８を取り外した状態である。

図１４に示すように、掃除機本体３１０の内部には、吸引力を発生させる電動送風機２００（図１１参照）、電動送風機２００に電力を供給する電池ユニット３２０、駆動用回路３３０が設けられている。電動送風機２００として、実施例５の電動送風機が適用される。

吸口体３０５、３０８（図１２，１３参照）から吸い込まれた空気は、掃除機本体３１０に設けられた流路を通って電動送風機２００の前方に配置された集塵室３０１に送られ、集塵室３０１内に集塵される。そして、集塵室３０１で塵挨が分離された後の空気は、電動送風機２００、駆動用回路３３０を通り、掃除機本体３１０に形成された排気口（図示せず）から外部に排出される。

上述のように、本実施例６によれば、電気掃除機３００は、実施例１～４のいずれかによる回転電機１００を用いた、実施例５による電動送風機２００を備えることにより、電気掃除機の効率が向上する。

なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置き換えをすることが可能である。

例えば、上記実施例の回転電機１００では、永久磁石２の極数を４極としているが、これに限らず、２極や６極など他の極数でもよい。なお、永久磁石２の着磁分布としては、極異方性、ハルバッハ配列、並行着磁、径方向着磁など各種の着磁分布が適用できる。

また、三相巻線の総数は、３に限らず、６，９など、３の倍数であればよい。

また、上述の実施例による回転電機１００は、回転子５０を内周側、固定子５１を外周側としたインナーロータ構造を有するが、回転電機は、回転子を外周側、固定子を内周側としたアウターロータ構造を有してもよい。

また、回転電機は、表面磁石型でもよいし、埋込磁石型でもよい。

１…回転軸、２…永久磁石、３…カバー、４…固定子コア、５…ボビン、５－１…内側円環部、５－２…ティース部、５－３…トップ部、５０…回転子、５１…固定子、６…電機子巻線、６－１…内層巻線、６－２…外層巻線、７…スロット、８…コイルエンド部、５０…回転子、５１…固定子、１００…回転電機、２００…電動送風機、２０１…斜流インペラ、２０２…ファンカバー、２０３…ディフューザ、２０４…モータハウジング、２０５…軸受、２０６…ボビン保持部、２０７…エンドブラケット、３００…電気掃除機、３０１…集塵室、３０２…伸縮パイプ、３０３…グリップ部、３０４…、３０５…吸口体、３０６…接続部、３０７…ハンディグリップ部、３０８…吸口体、３１０…掃除機本体、３２０…電池ユニット、３３０…駆動用回路

Claims (10)

1. 永久磁石を有する回転子と、
   前記回転子と、エアギャップを介して対向する固定子と、
   を備える回転電機において、
   前記固定子は、
   磁性体からなる円筒状の固定子コアと、
   前記固定子コアの円筒表面と前記回転子との間に位置する絶縁部材と、
   前記絶縁部材に巻装される第１の電機子巻線および第２の電機子巻線と、
   を備え、
   前記第１の電機子巻線と前記第２の電機子巻線は並列接続され、
   前記第１の電機子巻線の巻数（Ｐ）と前記第２の電機子巻線の巻数（Ｑ）は、１以上の整数Ｎ、前記第２の電機子巻線の平均半径Ｒｏｃ、前記第１の電機子巻線の平均半径Ｒｉｃ、前記回転子が備える前記永久磁石の外半径Ｒｍ、前記固定子コアの内半径Ｒｓ、極対数ｐ、を用いて表される式（２）を満たす１以上の整数ｎにより、式（３）を満たすことを特徴とする回転電機。
   

   

   
2. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記整数Ｎは、最大電流Ｉｍａｘ、最大電圧Ｖｍａｘ、最大トルクＴｍａｘ、最高回転速度Ωｍａｘ、トルク定数Ｋｔ、誘起電圧定数Ｋｅを用いて表される式（１）を満たすことを特徴とする回転電機。
   

   
3. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記第１の電機子巻線の前記巻数（Ｐ）と前記第２の電機子巻線の前記巻数（Ｑ）は１以上の整数であることを特徴とする回転電機。
4. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記第１の電機子巻線の前記巻数（Ｐ）と前記第２の電機子巻線の前記巻数（Ｑ）は正の実数であることを特徴とする回転電機。
5. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記第１の電機子巻線と前記第２の電機子巻線は、前記絶縁部材によって支持されて位置が固定されていることを特徴とする回転電機。
6. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記第２の電機子巻線は、素線の断面積が、前記第１の電機子巻線よりも大きいことを特徴とする回転電機。
7. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記第１の電機子巻線と前記第２の電機子巻線が、前記絶縁部材に固着されていることを特徴とする回転電機。
8. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記回転子は、前記固定子コアの内側に位置し、
   前記固定子コアの内側に、前記第１の電機子巻線および前記第２の電機子巻線が巻装されている前記絶縁部材が嵌装されていることを特徴とする回転電機。
9. インペラと、前記インペラを駆動する回転電機と、を備える電動送風機において、
   前記回転電機が、請求項１に記載の回転電機であることを特徴とする電動送風機。
10. 電動送風機を備える電気掃除機において、
    前記電動送風機が、請求項９に記載の電動送風機であることを特徴とする電気掃除機。

Images