CN110856629B - 电动风机及搭载它的电动吸尘器 - Google Patents

电动风机及搭载它的电动吸尘器 Download PDF

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Abstract

本发明的课题在于，提供不导致组装性变差和成本增加、高转矩且抑制转矩波动的电动风机，以及具有高吸入性能且抑制振动、噪声的电动吸尘器。本发明的转子组装体安装有旋转轴，且在所述旋转轴安装有离心叶轮、磁体、轴承，该转子组装体的特征在于：所述旋转轴通过嵌入成形直接安装有磁体，所述磁体的极数为2n+2(n＝整数)，且磁场取向是极性各向异性取向。

Description

电动风机及搭载它的电动吸尘器
技术领域
本发明涉及电动风机及搭载它的电动吸尘器。
背景技术
近年来，无线杆式吸尘器的需要日益变高。无线杆式吸尘器为了轻量化而采用低电压的电池，但电动风机中也要求小型化。但是，作为电动风机，产生能够充分确保垃圾清理性能的吸入力、也就是风扇输出及风量成为必须条件。为了满足该条件，作为电动风机，通过将驱动的转速高速化，而进行风扇的高输出化及小型化。因此，电动风机采用无刷电机，并将转速设为80000min-1以上的例子较多。
为了达成小型及高速化，电机采用磁体，但作为其形式，为了成为小型且尽可能地抑制高速旋转的离心力，大多也采用将磁体直接安装于旋转体的旋转轴的形式。即成为表面磁体型。
例如，专利文献1中公开有使用了将磁体直接注塑成形(嵌入成形)于旋转轴的表面磁体型的电动风机(参照权利要求书)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-154425号公报
发明内容
发明所要解决的课题
专利文献1所记载的电动风机在成形磁体时，为了使磁体具有磁场取向，在模具内使用取向用磁体而进行成形。磁体为大致圆筒形，在圆筒形内配置有嵌入成形的磁性体的旋转轴。此时，作为磁场取向，使磁粉的磁矩统一在一定方向，且是至少形成一对磁极的磁场，且在与旋转轴垂直的截面上的腔室中，是以与方向垂直于旋转轴的截面平行的方式赋予的偶数极磁化。由此，成为在作为磁性体的旋转轴的附近收敛且在磁通密度测量位置的区间可扩大磁通密度的极大区域的取向，旋转轴的旋转稳定，能够进行比现有的磁体稳定的高速旋转。
本发明的课题在于，使用磁性体的旋转轴嵌入成形圆筒形的磁体，不牺牲最大磁通密度地实现高转矩化的转子组装体、电动风机和电动吸尘器。
用于解决课题的方案
本发明中，提供一种转子组装体，其安装有旋转轴，且在所述旋转轴安装有离心叶轮、磁体、轴承，该转子组装体的特征在于：所述旋转轴通过嵌入成形直接安装有磁体，所述磁体的极数为2n+2(n＝整数)，且磁场取向是极性各向异性取向。
发明效果
通过将磁体的磁场取向设为极性各向异性取向，不改变磁体的表面磁通密度分布中的最大磁通密度的大小地对旋转轴直接进行注塑成形，由此能够实现电动风机的高转矩化。由此，能够提供吸入性能高、高功率的电动风机和使用它的电动吸尘器。
附图说明
图1是本发明的实施方式1的转子组装体的分解立体图。
图2中(a)是表示现有的磁体的伪径向取向时的磁通方向的磁体截面图，(b)是现有的磁体的伪径向取向时的表面磁通密度分布图。
图3(a)是表示实施方式1的磁体的极性各向异性取向时的磁通方向的磁体截面图，图3(b)是实施方式1的磁体的极性各向异性取向时的表面磁通密度分布图。
图4中(a)是现有的磁体的伪径向取向时的磁场解析所得的电动机的磁通密度分布图，(b)是实施方式1的磁体的极性各向异性取向时的磁场解析所得的电动机的磁通密度分布图。
图5中(a)是现有的磁体的伪径向取向时的磁场解析所得的转矩波形图，(b)是实施方式1的磁体的极性各向异性取向时的磁场解析所得的转矩波形图。
图6是表示本发明的实施方式2的电动风机的截面图。
图7是表示本发明的实施方式2的电动风机的分解立体图。
图8表示搭载了本发明的实施方式3的电动风机的电动吸尘器，(a)是以杆型使用时的立体图，(b)是将电动吸尘器以手提型使用时的侧视图。
图9是搭载了本发明的实施方式3的电动风机的吸尘器主体的纵截面图。
具体实施方式
适当参照附图详细地说明本发明的实施方式。本实施方式不限定于以下的内容，能够在本发明主旨的范围内适当变更并实施。
＜第一实施方式＞
图1是表示转子组装体230的分解立体图。如图1所示，转子组装体230由离心叶轮203、旋转轴207、磁体209、轴承212、212、环部件213、弹簧217和罩250构成。此外，利用轴承212、212和弹簧217构成轴承部。
离心叶轮203固定于旋转轴207的轴向G的一端。本实施例中，将离心叶轮203压入固定于旋转轴207，但也可以在旋转轴207的端部(前端)设置螺纹，并将离心叶轮203利用固定螺母进行固定。
磁体209设置于旋转轴207的、固定有离心叶轮203的端部的相反侧的轴向G的端部侧。该磁体209利用例如稀土类的粘结磁体构成。稀土类的粘结磁体通过将稀土类磁性粉末和有机粘合剂混合而制作。作为稀土类的粘结磁体，例如能够使用钐铁氮磁体、钕磁体等。另外，磁体209一体成形于旋转轴207。另外，磁体209被罩250以与外周面接触的状态覆盖。罩250是将非磁性的薄板形成为筒状的部件，例如，利用向不锈钢中大量混合了镍的材料构成。
环部件213是平衡调整用的部件，设置于旋转轴207的磁体209侧的端部。另外，环部件213利用比重大于磁体209且非磁性的材料构成。例如能够由铜材等的烧结品(烧结体)、机械加工形成。另外，作为环部件213，如果是比重大于磁体209且非磁性的材料，则不限定于铜。
旋转轴207中，轴承212、212设置于离心叶轮203与磁体209之间。轴承212、212沿着轴向隔开间隔地配置，可旋转地支承旋转轴207。在轴承212、212之间设置有线圈状的弹簧217，对轴承212、212的外圈施加预压。弹簧217的形状不限制于圆筒形或鼓形等。
图2的(a)(b)是以现有的平行取向将磁体209嵌入成形于旋转轴207时的磁通的简易截面图和表面磁通密度(模拟结果)。在此，说明磁体209的极数为4(＝2×1+2)的情况。如图2的(a)所示，磁通向旋转轴209收敛，因此，成为伪径向取向那样的磁通的方向。因此，图2的(b)所示的表面磁通密度中，磁通径向地发散，因此，成为最大表面磁通密度从正弦波的波形降低的大致梯形波，成为大致最大大磁通密度的范围扩大的形状。
图3(a)和图3(b)以实施方式1的极性各向异性取向将磁体209嵌入成形于旋转轴207时的磁通的简易截面图和表面磁通密度(模拟结果)。在此，作为比较，也说明磁体209的极数为4(＝2×1+2)的情况。如图3(a)所示，磁体209为4极的各向异性取向时，成为磁通流不横穿旋转轴207而朝向相邻的反极的取向。于是，如图3(b)所示，能够得到磁通没有浪费地集中于极的大致正弦波的表面磁通密度分布。
图4是磁场解析中的磁通密度分布的结果。图4的(a)是图2的(a)那样成为伪径向取向时的磁通密度分布。图4的(b)是图3(a)那样极性各向异性取向中的磁通密度分布。由比较可知，为极性各向异性时的电机内的磁通密度较高。
图5是磁场解析中的转矩波形的结果。图5的(a)是图2的(a)那样成为伪径向取向时的转矩波形。图5的(b)是图3(a)那样极性各向异性取向中的转矩波形。由比较可知，流通同一电流时的转矩(平均转矩)和转矩波动(波形的最大峰值与最小峰值的差)较小。通过以上内容可知，在具有旋转轴和安装于上述旋转轴的离心叶轮、磁体、轴承的转子组装体中，上述旋转轴通过嵌入成形直接安装有上述磁体，上述磁体的极数为2n+2(n＝整数)，且磁场取向设为极性各向异性取向，由此将磁体209的磁场取向设为极性各向异性取向，从而能够进行高转矩化，且抑制转矩波动，因此也能够得到抑制振动、噪声的效果。
另外，为了设为极性各向异性取向，有时采取将多个磁体排列的方法，但本实施例中，考虑到操作性、成本而通过注塑成形形成为一体物。
模具具有与通常的注塑成形用模具同样的腔室、芯体，但在成形时充填树脂的部位的外周配置模具组装用的永磁体，在模具内形成成为极性各向异性取向的磁场。此时，通过射出各向异性粘结磁体的树脂，在树脂固化之前设置极性各向异性取向。此时，本实施例中，使用4极的磁体，因此，浇口设置于各极上(4点浇口)。由此，以取向混乱的焊接点为极的分界，使得焊接点引起的对磁体209的表面磁通密度分布的影响为最小限度。
另外，本实施例中的旋转轴207以磁性体的旋转轴的方式进行了说明，但也可以使用非磁性体的旋转轴207。
＜第二实施方式＞
以下，作为实施方式2，参照附图说明具有本发明的转子组装体230的电动风机200。
图6是表示电动风机的截面图，图7是现有的电动风机的分解立体图。定子240在定子芯210的周围卷绕线圈211，成为一体而形成相绕阻。该相绕阻电连接于电动风机200中设置的未图示的控制电路部。
外壳208为合成树脂制成，与内包转子组装体230的轴承部的轴承罩215通过嵌入成形而构成。在轴承罩215的外周设置有轴承212的冷却用的散热片即在旋转轴方向上较长的多个冷却翅片27。另外，轴承罩215为非磁性金属材料制成，可以是有利于轻量化、散热性等的材料。本实施例中使用铝材。
另外，在外壳208的支承部26形成有沿着轴向G延伸的螺纹孔28。固定螺纹件218可螺合于螺纹孔28，通过固定螺纹件218的螺合，扩散器205固定于外壳208。
另外，外壳208中，配置于外壳208的轴向G的端部的定子240利用固定螺纹件219固定于外壳208。
风扇壳体204以覆盖扩散器205和转子组装体230的离心叶轮203的方式与外壳208嵌合。
通过采用以上的结构，在具有外壳的电动风机200中设置有实施方式1的转子组装体230，该外壳支承能够固定被设置于转子组装体的轴承部的轴承罩，且能够以覆盖设置于转子组装体的一端的离心叶轮的方式嵌合风扇壳体，并且能够在设置于转子组装体的一端侧的磁体的外周侧以不接触的方式配置定子，由此能够得到高转矩化、且通过风机性能的提高和转矩波动的抑制化能够抑制振动、噪声的电动风机。
＜第三实施方式＞
以下，作为实施方式3，参照附图说明搭载本发明的具有外壳208的电动风机200的电动吸尘器400。
此外，以下，举例说明应用于能够适当切换杆型和手提型使用的充电式的电动吸尘器400的情况，但也能够应用于仅杆型、仅手提型等各种类型的电动吸尘器。
图8表示搭载了本实施例的电动风机200的电动吸尘器400，(a)是以杆型使用时的立体图，(b)是将电动吸尘器400以手提型使用时的侧视图。
如图8的(a)所示，电动吸尘器400具有：收纳收集尘埃的集尘室401和产生为了集尘所需要的吸入气流的电动风机200(图6)的吸尘器主体410、相对于吸尘器主体410可伸缩地设置的伸缩管402、设置于伸缩管402的一端的把手部403、进行设置于把手部403的电动风机200的打开和关闭的开关部404。
图8的(a)所示的电动吸尘器400为杆状态，是伸缩管402伸展的状态。另外，在吸尘器主体410的另一端安装有吸口体405，吸尘器主体410和吸口体405利用连接部406连接。
图8的(b)所示的电动吸尘器400为手提状态，是伸缩管402收纳于吸尘器主体410内，且把手部403靠近伸缩管402侧的状态。另外，成为手提状态下的把手的手提把手部407设置于吸尘器主体410的上表面侧的、靠近了的把手部403与集尘室401之间。另外，在吸尘器主体410的另一端部安装有吸口体(间隙吸嘴)408，吸尘器主体410和吸口体408利用连接部406连接。
以上的电动吸尘器400中，通过操作把手部403的开关部404，收纳于吸尘器主体410的电动风机200(参照图6)工作，产生吸入气流。从吸口体405、408吸入尘埃，通过连接部406收集于吸尘器主体410的集尘室401。
图9是搭载了本实施例的电动风机的吸尘器主体的纵截面图。此外，图9为手提状态，且是从吸尘器主体410卸下了吸口体408的状态。
如图9所示，在吸尘器主体410的内部设置有产生吸引力的电动风机200、向电动风机200供给电力的电池单元420、驱动用电路430。
从吸口体405、408(参照图8的(a)、(b))吸入的空气通过设置于吸尘器主体410的流路440(参照图8的(a))送至配置于电动风机200的前方的集尘室401，在集尘室401内集尘。然后，在集尘室401中分离了尘埃之后的空气通过电动风机200、驱动用电路430，从形成于吸尘器主体410的排气口(未图示)排出至外部。
通过在以上结构的电动吸尘器中具有实施方式2的电动风机200，能够得到能够提高吸入性能且抑制振动、噪声的电动吸尘器。
以上，对于本发明的磁体使用了极性各向异性取向的转子组装体表示了优选实施方式并详细地进行说明。此外，本发明的内容不限定于上述实施例，当然能够在不脱离其主旨的范围内适当改变、变更等。另外，本实施例中，举例说明了杆型吸尘器，但也可以适用于罐式、自主行走式等其它方式的吸尘器。
附图标记说明
13 扩散器叶片
14 返回引导叶片
26 支承部
27 冷却翅片
28 螺纹孔
29 外壳外周面
30 桥
31 框架
32 螺纹孔
34 开口
35 排气口
200 电动风机
201 风机部
202 电动机部
203 离心叶轮
204 风扇壳体
205 扩散器
206 吸入口
207 旋转轴
208 外壳
209 磁体
210 定子芯
211 线圈
212 轴承
213 环部件
214 定位用套筒
215 轴承罩
217 弹簧
218 固定螺纹件
219 固定螺纹件
230 转子组装体
240 定子
250 罩
270 电机
400 电动吸尘器
410 吸尘器主体
420 电池单元
430 驱动用电路
G 轴向。

Claims (3)

1.一种转子组装体，其安装有旋转轴，且在所述旋转轴安装有离心叶轮、磁体、轴承，该转子组装体的特征在于：
所述旋转轴通过嵌入成形直接安装有磁体，所述磁体的极数为2n+2(n为 整数)，且磁场取向是极性各向异性取向，
磁通流形成为不横穿旋转轴而朝向邻接的反极的取向，
所述磁体通过注塑成形形成为一体物，
注塑用的模具在成形时充填树脂的部位的外周配置模具组装用的永磁体，在模具内形成成为极性各向异性取向的磁场，通过射出各向异性粘结磁体的树脂，在树脂固化之前设置极性各向异性取向，注塑用的浇口设置于各极上。
2.一种电动风机，其特征在于：
包括权利要求1所述的转子组装体，且包括外壳，该外壳支承能够固定被设置于所述转子组装体的轴承部的轴承罩，且能够以覆盖设置于所述转子组装体的一端的离心叶轮的方式嵌合风扇壳体，并且能够在设置于所述转子组装体的一端侧的磁体的外周侧以不接触的方式配置定子。
3.一种电动吸尘器，其特征在于：
使用权利要求2所述的电动风机。
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