JP2008043037A - 電動送風機及びそれを用いた電気掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】電動機の運転時間に比例して整流子の子片表面に形成されるカーボン皮膜や酸化皮膜が厚くなることによる性能の低下や、スパークによる電気的磨耗や、高速な摺動による機械的磨耗による子片精度の悪化から招く電動機の耐久性の低下を生じる課題があった。
【解決手段】整流子の子片に当接して子片表面を研磨してカーボン皮膜や酸化皮膜を除去できる研磨部を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動送風機及びそれを用いた電気掃除機に関するものである。

従来のこの種の電動送風機について図６〜図７を用いて説明する。

１は電動機２の回転軸３にインペラ４を取付け固定した電動送風機であり、前記インペラ４の外周に対向して複数の案内翼５でボリュート室６を形成したエアガイド７が配置されている。８はインペラ４とエアガイド７を内包し、かつ電動機２の外周に気密に取り付けられた中央部に吸気孔９を有するケーシングである。前記ケーシング８の外周には複数個の排気孔Ａ１０が設けられている。

インペラ４は、複数の略弓状のファンブレード１１と、それらを挟持する前面シュラウド１２と、後面シュラウド１３と、３次元形状の翼を形成したインデューサー１４とから構成されている。

前記電動機２を構成するブラケット１５には、前記インペラ４で吸引された空気を排気する排気孔Ｂ１６が設けられていると共に、前記回転軸３に複数の子片１７を有する整流子１８と、薄い珪素鋼板を積層して成る電機子コア１９とを圧入固定して巻線を施したローター２０と、薄い珪素鋼板を積層して成る界磁コア２１に巻線を施したステーター２２とを内蔵している。

また、前記ブラケット１５には、整流子１８の子片１７と摺動するカーボンブラシ２３を収納したブラシ保持器２４を設けている。

以上の構成における動作について説明すると、電動機２が運転し回転軸３に取付け固定されたインペラ４が高速で回転すると吸込まれる気流が発生する。この気流はインペラ４の隣り合うファンブレード１１と、前面シュラウド１２と、後面シュラウド１３とで構成される通路内を通り外周より排出される。

インペラ４から排出された気流は、エアガイド７の隣り合う案内翼５間で形成されるボリュート室６内を経由して、気流の一部はケーシング８の外周に設けられた排気孔Ａ１０から外部に排出され、その他の気流はブラケット１５内のローター２０、ステーター２２の巻線を冷却した後に排気孔Ｂ１６から排出されるものであった。
特開平１１−７２０９９号公報

前記した従来の構成の電動送風機は、電動機が運転されると整流子の子片表面とカーボンブラシの端面が高速で摺動する。この時、整流子の子片とカーボンブラシには１０Ａ以上の大電流が流れており、電動機の運転時間に比例して前記整流子の子片表面に形成されるカーボン皮膜や酸化皮膜が厚くなっていく。一般的にこの子片表面に形成された皮膜は、ある程度厚くなるとカーボンブラシの材料に含まれる研磨剤によって幾分かは除去されるように工夫されているが、完全に除去することは不可能である。

また、電動機を長時間にわたり運転していくと、整流子の子片表面はスパークによる電気的磨耗や、高速な摺動による機械的磨耗により、隣り合う子片間の段差が大きくなったり、また子片表面に数ミクロンの微小凹凸が発生したりして、その精度は悪化していくのが一般的である。

その結果、スパークが大きくなり易くなり、電動機の性能低下や、耐久性の低下を招く恐れがあった。

前記従来の課題を解決するために本願発明は回転軸に、複数個の子片を有する整流子と薄い珪素鋼板を積層したコアとを圧入固定し、前記コアに巻き線を施して成るローターと、前記ローターのコアと対向して設けられブラケット内に内蔵されたステーターと、カーボンブラシを収納し前記整流子に当接するように付勢保持するブラシ保持器と、前記回転軸に固定され気流を発生させるインペラと、前記インペラの周囲に配され複数の案内翼を形成したエアガイドと、前記インペラと前記エアガイドを覆うケーシングとを備えた電動送風機において、前記整流子の子片に当接して前記子片表面のカーボン皮膜や酸化皮膜を除去する研磨部を設けたもので、電動送風機を長期間運転した場合でも整流子の子片表面を研磨して常に良好な精度を得ることができ、電動送風機の性能の低下や耐久性の低下を防止しすることができる。

本発明は長期間にわたり、整流子の子片の表面精度を維持することにより、高性能で長寿命な電動送風機を提供できる。

第１の発明は、回転軸に、複数個の子片を有する整流子と薄い珪素鋼板を積層したコアとを圧入固定し、前記コアに巻き線を施して成るローターと、前記ローターのコアと対向して設けられブラケット内に内蔵されたステーターと、カーボンブラシを収納し前記整流子に当接するように付勢保持するブラシ保持器と、前記回転軸に固定され気流を発生させるインペラと、前記インペラの周囲に配され複数の案内翼を形成したエアガイドと、前記インペラと前記エアガイドを覆うケーシングとを備えた電動送風機において、前記整流子に当接して前記子片表面のカーボン皮膜や酸化皮膜を除去する研磨部を設けたことにより、電動送風機を長期間運転した場合でも整流子の子片表面を研磨して常に良好な精度を得ることができ、電動送風機の性能の低下や耐久性の低下を防止することができるものである。

第２の発明は、特に、第１の発明において、研磨部の一端を整流子方向に付勢し整流子に当接させる弾性手段と、前記研磨部の他端に磁性体からなる金属管を設け、前記金属管と対向して電磁石を設け、電動送風機の運転時に前記電磁石に通電され、運転停止時には通電停止されるように設定し、電動送風機の運転時には前記電磁石の磁気吸着力により前記研磨部の金属管が引き寄せられ、前記研磨部と前記整流子との接触が解除されるようにしたもので、電動機の運転中は研磨部と子片が摺動しないようにして、子片の必要以上の磨耗を防止できるものである。

第３の発明は、特に、第１の発明または第２の発明において、研磨部の整流子側と反対側に設けた永久磁石と、前記永久磁石と対向して設けた電磁石と、前記永久磁石と前記電磁石間に設けられ前記研磨部を電磁石側へ付勢する弾性手段と、整流子の子片で発生するスパークを検知するスパーク検知手段と、前記スパーク検知手段の検知信号により前記電磁石への通電動作を制御する制御部とを設け、前記電磁石が動作した時は前記永久磁石と同じ極性になる磁力を発生させ、磁力の反発力が生じる様にして、前記研磨部を前記整流子側に押し付け当接させるよう構成したもので、スパーク検知手段でスパークが大きいと判断した場合に、電磁石に電圧が印加され、研磨部に固定された永久磁石の極性と同じ極性の磁力が発生するので磁力の反発力が生じ、研磨部と子片が当接、摺動して皮膜を除去し、子片の必要以上な磨耗を防止できるものである。

第４の発明は、特に、第１〜第３のいずれか１つの発明において、研磨部を整流子の中心よりローターの回転方向側に位置をずらして設け、前記研磨部の整流子側の端面にローターの回転方向に対し斜めにした傾斜部を形成したもので、研磨部の端面エッジ部と子片の引っかかりを防止しスムーズに子片表面を研磨できるようにしたものである。

第５の発明は、掃除機本体内に、塵埃を捕集する集塵室と請求項１〜４のいずれか１つの発明の電動送風機とを内蔵した電気掃除機であり、長期間にわたり高性能を維持しつつ、長寿命な掃除機を提供できるものである。

以下、本発明の実施の形態１について図面を用いて説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における電動送風機１の横断面図である。なお、従来と同一構成の部品については同一符号を付し、その説明を省略する。

電動機２を構成するブラケット１５には、インペラ４で吸引された空気を排気する排気孔Ｂ１６が設けられていると共に、回転軸３に複数の子片１７を有する整流子１８と、薄い珪素鋼板を積層して成る電機子コア１９とを圧入固定して巻線を施したローター２０と、薄い珪素鋼板を積層して成る界磁コア２１に巻線を施したステーター２２とを内蔵している。

また、前記ブラケット１５には、整流子１８の子片１７と摺動するカーボンブラシ２３を収納したブラシ保持器２４を設けると共に、前記子片１７と摺動する研磨部２５を収納した研磨部保持器２６を設けている。前記カーボンブラシ２３と研磨部２５は、それぞれ弾性手段であるバネＡ２７とバネＢ２８により整流子１８の子片１７と摺動するように付勢されており、またそれぞれ、ブラシ保持器２４、研磨部保持器２６内で摺動自在に収納されている。

以上の構成における動作について説明すると、電動機２が運転し回転軸３に取付け固定されたインペラ４が高速で回転すると吸込まれる気流が発生し、この気流はインペラ４の隣り合うファンブレード１１と、前面シュラウド１２と、後面シュラウド１３で構成される通路内を通りインペラ４外周より排出される。

インペラ４から排出された気流はエアガイド７の隣り合う案内翼５間で形成されるボリュート室６内を経由して、気流の一部はケーシング８の外周に設けられた排気孔Ａ１０から外部に排出され、その他の気流はブラケット１５内のローター２０、ステーター２２の巻線（図示せず）を冷却した後にブラケット１５に設けられた排気孔Ｂ１６から排出される。

ここで、ローター２０に圧入固定している整流子１８の子片１７と、電力をローター２０に供給するカーボンブラシ２３がバネＡ２７で付勢され高速で摺動している。ここで前記整流子１８の子片１７の表面には、カーボンの皮膜や酸化皮膜が徐々に形成されていく。この皮膜は電気的には抵抗となり電気的ロスを生じ、電動機２の性能を低下させる要因のひとつになっていた。

また、電動機２を長期間運転すると、子片１７の表面に微小凹凸が生じたり、隣り合う子片１７間に段差や偏心が生じたりして、子片１７の表面精度が悪化し、カーボンブラシ２３の寿命を低下させる原因になっていた。

しかし、本発明では前記子片１７表面と、バネＢ２７で整流子１８側へ付勢された研磨部２５を摺動させて子片１７表面を研磨することにより、前記皮膜を除去できると共に、子片１７表面の微小凹凸や段差、偏心の発生を防止して、子片１７表面精度を常に良好な状態に維持することができるので、電動機２の性能低下と寿命低下を防止でき、高性能で信頼性の高い電動送風機１を実現することができる。

（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２について図面を用いて説明する。なお、従来例の説明並びに実施の形態１と同一構成の部品については同一符号を付し、説明を省略する。

図２は、整流子１８側と反対側の研磨部２５に、磁性体からなる金属管２９を取付け固定されており、研磨部保持器２６内に、前記金属管２９が固定された研磨部２５と、金属管２９と対向位置に配置された電磁石３０と、金属管２９と電磁石３０間に設けられ前記研磨部２５を整流子１８側へ付勢するバネＢ２８を設けている。

前記電磁石３０は、電動機２が運転している時には電圧が印加され、電動機２への電圧供給が遮断された時には、同時に電磁石３０への電圧も遮断されるように設定されている。

以上の構成における動作について説明すると、電動機２が運転している時は、電磁石３０に電圧が印加され前記金属管２９を引き付つけることにより、図２の破線で示したように子片１７と研磨部２５の摺動を解除している。

次に、電動機２への電圧を遮断した時は、同時に電磁石３０への電圧も遮断されるので、バネＢ２８で付勢された研磨部２５が子片１７と当接するようになる。この時、電動機２のローター２０は慣性で十数秒間回転しており、研磨部２５で子片１７表面の皮膜を低速回転で除去できるようになる。

したがって、研磨部２５が子片１７と常に高速回転で摺動しないので、子片１７の機械的磨耗を防止し、高性能で長寿命な電動送風機を実現できる。

（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３について図面を用いて説明する。なお、従来例の説明並びに実施の形態２と同一構成の部品については同一符号を付し、説明を省略する。

図３において、研磨部２５には、整流子１８側と反対側に永久磁石３１が取付け固定されており、研磨部保持器２６内には、前記永久磁石３１が固定された研磨部２５と、前記永久磁石３１と対向位置に配置された電磁石３０と、永久磁石３１と電磁石３０間に設けられ前記研磨部２５を電磁石３０側へ付勢するバネＢ２８を設けている。また、整流子１８の子片で発生するスパークを検知するスパーク検知手段３２と、前記電磁石３０の動作を制御する制御部３３を設けている。

以上の構成における動作について説明すると、電流センサー等を用いたスパーク検知手段３２でスパークを検知し、そのスパークが大きいと制御部３３で判断し、この制御部３３の指示により電磁石３０に電圧が印加され、研磨部２５に固定された永久磁石３１の極性と同じ極性の磁力を電磁石３０で発生させ、磁力の反発力が生じる様にして永久磁石３１が固定された研磨部２５を整流子１８側に押し付け当接する様に構成している。

したがって、研磨部２５と子片１７が当接し、摺動することにより子片１７表面に形成された皮膜を除去し性能低下と寿命低下を防止しつつ、子片の必要以上な磨耗を防止できるものである。

（実施の形態４）
以下、本発明の実施の形態４について図面を用いて説明する。なお、従来例の説明並びに実施の形態３と同一構成の部品については同一符号を付し、説明を省略する。

図４において、研磨部２５の整流子１８側の端面をローターの回転方向３５に対し斜めにカットした傾斜部３４を形成すると共に、前記研磨部２５を収納した研磨部保持器２６を電動機２の中心よりローター２０の回転方向側にずらして取付け固定している。

以上の構成における動作について説明すると、ローター２０が回転し、整流子１８の子片１７と研磨部２５が摺動する際に、ローター２０の回転方向に対し斜めにカットした研磨部２５の先端端面に傾斜部３４を形成し、かつ前記研磨部２５は電動機２の中心よりローター２０の回転方向側にややずれた位置に設けているので、ローター２０が回転する際に、研磨部２５端面の反回転方向側の角度θ３６が大きくできるので、整流子１８の子片１７のエッジに引っかかりにくくなり、子片１７や研磨部２５の破損を防止でき、更に長期間高性能を維持しつつ電動機の長寿命化が図れるものである。

（実施の形態５）
以下、本発明の実施の形態５について図面を用いて説明する。なお、従来例の説明と同一構成の部品については同一符号を付し、説明を省略する。

図５において、３７は本発明の電動送風機１を内蔵した掃除機本体で、前記掃除機本体３７内に設けられた集塵室（図示せず）と連通して延長管３８、ホース３９、吸い込み具４０が設けられている。

以上の構成における動作について説明すると、電動送風機１が運転されるとインペラ４が高速で回転することにより吸い込み気流が生じ、吸い込み具４０より空気とともに塵埃が吸い込まれる。塵埃を含んだ空気は延長管３８、ホース３９内を通過して集塵室内のフィルター（図示せず）で塵埃だけを捕集し、空気は掃除機本体３７の外部に排出される。

ここで、本発明の電動送風機１により整流子１８の子片１７精度の悪化を防止し、常に高精度を維持することで長期間にわたり強い吸い込み力が得られると共に、子片１７の精度悪化によるカーボンブラシ２３の寿命低下を防止し、耐久性の高い掃除機を実現できるものである。

以上のように、本発明にかかる電動送風機とそれを用いた電気掃除機は、掃除機の吸い込み仕事率の低下を防止し、長期間にわたり高い吸い込み仕事率を維持できると共に長寿命化が図れ、電動送風機を用いる家庭用電化機器、産業機器等の用途にも幅広く適用できるものである。

本発明の第１の実施の形態における電動送風機の横断面図 本発明の第２の実施の形態における電動送風機の横断面図 本発明の第３の実施の形態における電動送風機の横断面図 本発明の第４の実施の形態における電動送風機の横断面図 本発明の第５の実施の形態における掃除機本体の斜視図 従来の電動送風機の縦半断面図 同電動送風機の横断面図

符号の説明

１ 電動送風機
２ 電動機
３ 回転軸
４ インペラ
５ 案内翼
７ エアガイド
８ ケーシング
１５ ブラケット
１７ 子片
１８ 整流子
１９ 電機子コア
２０ ローター
２２ ステーター
２３ カーボンブラシ
２４ ブラシ保持器
２５ 研磨部
２７ バネＡ（弾性手段）
２８ バネＢ（弾性手段）
２９ 金属管
３０ 電磁石
３１ 永久磁石
３２ スパーク検知手段
３３ 制御部
３４ 傾斜部
３５ 回転方向
３７ 掃除機本体

Claims (5)

1. 回転軸に、複数個の子片を有する整流子と薄い珪素鋼板を積層したコアとを圧入固定し、前記コアに巻き線を施して成るローターと、前記ローターのコアと対向して設けられブラケット内に内蔵されたステーターと、カーボンブラシを収納し前記整流子に当接するように付勢保持するブラシ保持器と、前記回転軸に固定され気流を発生させるインペラと、前記インペラの周囲に配され複数の案内翼を形成したエアガイドと、前記インペラと前記エアガイドを覆うケーシングとを備えた電動送風機において、前記整流子に当接して前記子片表面のカーボン皮膜や酸化皮膜を除去する研磨部を設けた電動送風機。
2. 研磨部の一端を整流子方向に付勢し整流子に当接させる弾性手段と、前記研磨部の他端に磁性体からなる金属管を設け、前記金属管と対向して電磁石を設け、電動送風機の運転時に前記電磁石に通電され、運転停止時には通電停止されるように設定し、電動送風機の運転時には前記電磁石の磁気吸着力により前記研磨部の金属管が引き寄せられ、前記研磨部と前記整流子との接触が解除されるようにした請求項１に記載の電動送風機。
3. 研磨部の整流子側と反対側に設けた永久磁石と、前記永久磁石と対向して設けた電磁石と、前記永久磁石と前記電磁石間に設けられ前記研磨部を電磁石側へ付勢する弾性手段と、整流子の子片で発生するスパークを検知するスパーク検知手段と、前記スパーク検知手段の検知信号により前記電磁石への通電動作を制御する制御部とを設け、前記電磁石が動作した時は前記永久磁石と同じ極性になる磁力を発生させ、磁力の反発力が生じる様にして、前記研磨部を前記整流子側に押し付け当接させるよう構成した請求項１または２に記載の電動送風機。
4. 研磨部を整流子の中心よりローターの回転方向側に位置をずらして設け、前記研磨部の整流子側の端面にローターの回転方向に対し斜めにした傾斜部を形成した請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動送風機。
5. 掃除機本体内に、塵埃を捕集する集塵室と請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動送風機とを内蔵した電気掃除機。

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