JP2015232276A - 電動送風機および電気掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】振動および騒音の低減を図ることができる電動送風機および電気掃除機を提供すること。
【解決手段】電動送風機１０は、回転自在に設けられたシャフト３１と、シャフト３１に対して一体成形される希土類系のボンド磁石と、を有するロータを備える構成とした。インペラ３４の外径をＤｉとし、ベアリング３６，３７の外径をＤｂとし、ベアリングカバー２２の最小内径をＤｃとし、希土類ボンド磁石の外径をＤｍとしたときに、Ｄｉ＞Ｄｂ＞Ｄｃ＞Ｄｍの関係を満たす構成とした。
【選択図】図３

Description

本発明は、電動送風機および電気掃除機に関する。

一般に、電気掃除機に用いられる電動送風機として、振動や騒音を低減するために、ＤＣブラシレスモータを用いたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１の電動送風機を構成しているロータ組立体では、シャフトの一端部にマグネットが取り付けられ、シャフトの他端部にインペラが取り付けられている。シャフトには、マグネットとインペラとの間に、軸受けカートリッジが取り付けられている。軸受けカートリッジは、シャフトに圧入される一対のベアリングと、ベアリング間に配置される予圧バネと、一対のベアリングに外嵌されるケースと、を備えている。
このようなロータ組立体は、組立後にハウジングに組み付けられる。

特表２０１２−５１８７５１号公報

特許文献１の電動送風機では、シャフトに対してマグネットが接着剤によって取り付けられている。これにより、マグネットとシャフトとの間には、接着剤が介在する多少の隙間が形成される。このため、マグネットとシャフトとの間の同芯度を調整することが難しく、同芯度が低下して振動および騒音を生じるという問題があった。

本発明は、前記従来の問題を解決するものであり、振動および騒音の低減を図ることができる電動送風機および電気掃除機を提供することを目的とする。

本発明の電動送風機は、回転自在に設けられたシャフトと、前記シャフトに一体成形される希土類系のボンド磁石と、を有するロータを備えることを特徴とする。
また、本発明の電気掃除機は、前記電動送風機を備えて構成されることを特徴とする。

本発明によれば、シャフトにボンド磁石を一体成形したので、シャフトとボンド磁石との同芯度を高精度に確保することができる。

本発明によれば、振動および騒音の低減を図ることができる電動送風機および電気掃除機が得られる。

本実施形態の電動送風機が適用される電気掃除機の外観を示す外観斜視図である。 掃除機本体を模式的に示した断面図である。 本実施形態の電動送風機の断面図である。 電動送風機の一部を切り欠いて断面で表した斜視図である。 （ａ）はロータ組立体の側面図、（ｂ）はロータ組立体の断面図である。 （ａ）はハウジングへのロータ組立体の組み付けを示す説明図、（ｂ）はベアリングカバーの一端部の拡大断面図、（ｃ）は同じく組付後の様子を示す説明図である。 （ａ）〜（ｃ）はロータ組立体の組み立て手順を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。なお、電動送風機において、「前、後」を言うときは、図３に示す方向を基準としている。
図１に示すように、電気掃除機１は、掃除機本体２と、ホース３と、手元操作ＳＷ等が設けられた操作管４と、継手管としての延長管５と、第１、第２の吸込具６、７とを備えて構成されている。
掃除機本体２の内部には、図２に示すように、吸引力を発生させる電動送風機１０や、集塵室２ｃに配置され、電動送風機１０の吸引力で吸い込まれた塵埃を捕集する紙パック８（捕集部材）、さらには、紙パック８で塵埃を取り除かれた空気が通過するフィルター９等が配置されている。

電動送風機１０は、掃除機本体２の電動送風機室２ａに防振ゴム２ｂを介して収容される。図３に示すように、電動送風機１０は、ハウジング２０、ロータ組立体（ロータ）３０、ステータ組立体４０を備えている。

〔ハウジング〕
図３に示すように、ハウジング２０は、合成樹脂製であり、ロータ組立体３０を支持する支持部２１を有している。支持部２１は、略円筒状を呈しており、ハウジング２０の前部の内側に位置している。支持部２１の内側には、金属製からなる円筒状のベアリングカバー２２が固定されている。ベアリングカバー２２は、ハウジング２０（支持部２１）に一体成形されている。本実施形態では、ベアリングカバー２２をインサート品とするインサート成形によりハウジング２０を形成している。ベアリングカバー２２の内面には、ロータ組立体３０に備わるベアリング３６，３７が内嵌される。

支持部２１の前端部には軸方向に延在するねじ穴２１ａが形成されている。ねじ穴２１ａには固定ねじ２１ｂが螺合可能である。支持部２１の前端部には、固定ねじ２１ｂの螺合によってディフューザ２５（静翼）が固定設置されている。

ハウジング２０の後部の外周面には、径方向に延在する延在部２３が形成されている。延在部２３は、ハウジング２０の周囲に装着される外ケース２６の後端部を支持している。ハウジング２０の後部内空には、ステータ組立体４０が配置される空間が形成されている。

〔ロータ組立体〕
ロータ組立体３０は、図５（ａ）（ｂ）に示すように、シャフト３１、ロータコア３２、ベアリング組立体３３、インペラ３４を備えている。ロータコア３２、ベアリング組立体３３、インペラ３４は、シャフト３１に取り付けられている。

シャフト３１は、前後方向に延在しており、段付き円柱状に形成されている。ロータコア３２は、シャフト３１の一端部である後部３１ａ周りに形成されており、希土類系のボンド磁石からなる。希土類系のボンド磁石は、希土類系磁性粉末と有機バインダーとを混合して作られる。希土類系のボンド磁石としては、例えば、サマリウム鉄窒素磁石等を用いることができる。

ロータコア３２は、シャフト３１に一体成形されている。本実施形態では、インサート成形によりロータコア３２を成形している。つまり、ロータコア３２は、シャフト３１に対して従来のような接着剤の介在による隙間を有することなく一体に形成されている。なお、サマリウム鉄窒素磁石は、通常の（焼結型）フェライト磁石と比較しても磁力が強く、加工も容易であるので、小型で高速に回転することが要求される電気掃除機１の電動送風機１０として好適である。
なお、シャフト３１の後部３１ａの外周面には、ローレット加工が施されている。ローレット加工によって、ロータコア３２をシャフト３１に強力に結合することができる。

ベアリング組立体３３は、ロータ組立体３０をハウジング２０に固着させるための部材であり、ロータコア３２とインペラ３４との間に配置される。ベアリング組立体３３は、一対のベアリング３６，３７と、スペーサ３８と、ばね３９とを備えている。

一対のベアリング３６，３７は同一のものを用いている。スペーサ３８は、円筒形であり一対のベアリング３６，３７を予め設定された距離に隔てる役割をなす。ばね３９は、スペーサ３８を包囲するコイルばねであり、圧縮された状態で配置され、各ベアリング３６，３７の外輪にそれぞれ当接して予圧を付与している。

インペラ３４は、合成樹脂製であり、シャフト３１の他端側である前部に直結されている。インペラ３４は、遠心力を利用する遠心型羽根車であり、高速回転になるとインペラ３４内で圧力上昇が大きくなり、外ケース２６の蓋部２６ｂに開口形成された吸込部２６ｃから空気を吸い込む。吸い込まれた空気は、インペラ３４（図３，図４参照）を通じて外周側に高速の空気流となって吐出される。インペラ３４から吐出された空気流は、ディフューザ２５に導かれる。ディフューザ２５は、インペラ３４から吐出された空気流を外周方向に導くディフューザ流路を形成している。ディフューザ流路を通過した空気流は、図４に示すように、ハウジング２０と外ケース２６（胴部２６ａ）との空間Ｓ１に導かれ、導出口２３ａから電動送風機１０の外部に導出される。導出口２３ａは、ハウジング２０の延在部２３に形成されている。
なお、空間Ｓ１に導かれた空気流は、ハウジング２０のスリットＳ２を通じてハウジング２０内に流入し、ロータコア３２とステータ組立体４０との間や、ステータ組立体４０の図示しない導線の間を通じて、電動送風機１０の外部に導出される。これによって、ハウジング２０内の各部が冷却される。

インペラ３４の中心部には、焼結等により形成された金属製の支持スリーブ３４ａが取り付けられている。支持スリーブ３４ａは、シャフト３１が圧入される内周面を有している。このような支持スリーブ３４ａはインペラ３４にインサート成形されている。インペラ３４は、支持スリーブ３４ａにシャフト３１を圧入することで、シャフト３１の前部に固着される。

〔ステータ組立体〕
ステータ組立体４０は、図３に示すように、ハウジング２０の後部内空に配置される。ステータ組立体４０は、ロータコア３２の対向側に配置されたステータコア４１を備える。ステータコア４１の周りには、図示しない導線が巻かれ、一緒になって相巻線を形成する。相巻線は、電動送風機１０に備わる図示しない回路部に電気的に接続される。

以上のような電動送風機１０において、図６に示すように、インペラ３４の外径（底部３４ｃの外径）をＤｉとし、ベアリング３６，３７の外径をＤｂとし、ベアリングカバー２２の最小内径をＤｃとし、ロータコア３２の外径をＤｍとしたときに、これらの関係が、Ｄｉ＞Ｄｂ＞Ｄｃ＞Ｄｍとなるように設定されている。

このように、インペラ３４の外径Ｄｉよりもベアリング３６，３７の外径Ｄｂが小さく、外径Ｄｂよりもベアリングカバー２２の最小内径Ｄｃ（一端開口２２ａの開口縁２２ｂの内径、図６（ｂ）参照）が小さく、さらに最小内径Ｄｃよりもロータコア３２の外径Ｄｍが小さくなっているので、ベアリングカバー２２内に挿入されたロータコア３２は、一端開口２２ａ（図３参照）の最小内径Ｄｃの部分を通り抜けて、ステータ組立体４０の内側に挿通される。これとともに、ベアリング組立体３３が、ベアリングカバー２２内に挿入され、後部側のベアリング３６がベアリングカバー２２の開口縁２２ｂに内側（前側）から当接して、開口縁２２ｂに位置決めされる（図６（ｃ）参照）。

次に、ロータ組立体３０の製造および組み付けについて説明する。
はじめに、図７（ａ）に示すように、インサート成形によってシャフト３１の後部３１ａにロータコア３２を一体成形する。この際、磁界を掛けながらインサート成型することで、ロータコア３２へ着磁のための配勾を持たせる。また、これとは別に支持スリーブ３４ａをインサート品とするインサート成形によってインペラ３４を成形する。

その後、図７（ｂ）に示すように、シャフト３１の中央外周面３１ｃにベアリング組立体３３を取り付ける。この場合、後部側のベアリング３６をシャフト３１に圧入固定し、スペーサ３８とばね３９とを組み付けた後に、前部側のベアリング３７を圧入固定する。後部側のベアリング３６はシャフト３１の突状部３１ｂによって所定位置に位置決めされる。

その後、図７（ｃ）に示すように、スペーサ３５を介在させてシャフト３１の前部をインペラ３４の支持スリーブ３４ａに圧入し、締りバメにてインペラ３４をシャフト３１に固定する。インペラ３４は、支持部３４ｂの内面がシャフト３１の前部の傾斜部３１ｅ、小径部３１ｄに当接してシャフト３１の前部に位置決めされる。
以上によってロータ組立体３０が組み立てられる。

なお、図５（ｂ）に示すように、支持スリーブ３４ａは、インペラ３４の底部３４ｃに近い位置に配置されてシャフト３１に固着される。これによって、底部３４ｃとシャフト３１の中心との交点Ｙ１を中心として生じるおそれのあるブレ（図中矢印Ｘ１方向のインペラ３４のブレ）が好適に抑えられる。

次に、ロータ組立体３０の回転バランスを調整する。調整には、専用の治具を用い、ロータ組立体３０を実際に高速で回転させてバランスを見る。例えば、アンバランス部分を削る等してバランスを調整する。また、この時点でまだ着磁を行っていないため、ロータコア３２を削り、バランスを取ることも可能である。
バランスを調整し終えたら、着磁を行い、ロータコア３２に磁力を持たせる。着磁を終えたら、ハウジング２０にロータ組立体３０を組み込む。つまり、ロータ組立体３０は、バランスを調整されてからハウジング２０に組み込まれるので、バランスがよい状態を維持したまま、電動送風機１０を組み立てることができる。
なお、ハウジング２０には、図６（ａ）に示すように、ディフューザ２５を予め固定しておき、ディフューザ２５を通じてロータ組立体３０をハウジング２０に挿入する。

ロータ組立体３０とベアリングカバー２２とは、前記したように、インペラ３４の外径Ｄｉよりもベアリング３６，３７の外径Ｄｂが小さく、外径Ｄｂよりもベアリングカバー２２の最小内径Ｄｃが小さく、さらに最小内径Ｄｃよりもロータコア３２の外径Ｄｍが小さくなっているので、ロータ組立体３０をハウジング２０（ベアリングカバー２２）にスムーズに組み付けることができる（図６（ｃ）参照）。
ベアリング３６，３７は、ベアリングカバー２２に対して接着剤によって固定することができる。

以上説明した本実施形態の電動送風機１０によれば、シャフト３１にロータコア３２がインサート成形（一体成形）で形成されるため、従来のような接着剤のための隙間を設ける必要がなくなり、シャフト３１とロータコア３２との同芯度を高めることができる。したがって、振動および騒音の低減を図ることができる電動送風機１０が得られる。

また、シャフト３１の後部３１ａの表面に施されたローレット加工で、ロータコア３２をシャフト３１に強力に結合することができるので、ロータコア３２の空転を防止できる。

また、インペラ３４は、支持スリーブ３４ａによる圧入固定で、締りバメにてシャフト３１に固定されるので、従来のような接着剤のための隙間を設ける必要がなくなり、シャフト３１とインペラ３４との同芯度を高めることができる。したがって、振動および騒音の低減を図ることができる電動送風機１０が得られる。
このように、接着剤を用いることなく、インサート成形と圧入とによって同芯度に優れたロータ組立体３０が構成されるので、振動および騒音が低減された電動送風機１０が得られる。

ロータ組立体３０は、全体的なバランスが調整されてからハウジング２０に組み込まれるので、振動および騒音の低減を好適に図ることができる電動送風機１０が得られる。

また、ロータ組立体３０とベアリングカバー２２とは、インペラ３４の外径Ｄｉよりもベアリング３６，３７の外径Ｄｂが小さく、外径Ｄｂよりもベアリングカバー２２の最小内径Ｄｃが小さく、さらに最小内径Ｄｃよりもロータコア３２の外径Ｄｍが小さくなっているので、ハウジング２０に対するロータ組立体３０の組み付けがスムーズであり、組付性に優れる。また、組付性に優れるので、組み付け前に調整されたロータ組立体３０のバランスを組付後も好適に維持することができる。

前記実施形態では、シャフト３１の後部３１ａにロータコア３２を設けたが、これに限られることはなく、シャフト３１の他の位置に一体成形されてもよい。

なお、ハウジング２０の形状等は、ロータ組立体３０を支持できるものであれば、任意の形状とすることができる。

１ 電気掃除機
１０ 電動送風機
２０ ハウジング
２２ ベアリングカバー
３０ ロータ組立体（ロータ）
３１ シャフト
３２ ロータコア（ボンド磁石）
３３ ベアリング組立体
３４ インペラ
３６ ベアリング
３７ ベアリング
４０ ステータ組立体
４１ ステータコア
Ｄｉ インペラの外径
Ｄｂ ベアリングの外径
Ｄｃ ベアリングカバーの最小内径
Ｄｍ ロータコアの外径

Claims (5)

1. 回転自在に設けられたシャフトと、前記シャフトに対して一体成形される希土類系のボンド磁石と、を有するロータを備えることを特徴とする電動送風機。
2. 前記希土類系のボンド磁石は前記シャフトの一端部に一体成形されており、
   前記ロータは、前記シャフトの他端部に取り付けられるインペラと、前記希土類系のボンド磁石と前記インペラとの間において前記シャフトに取り付けられるベアリングと、を有しており、
   前記ベアリングを支持するベアリングカバーが設けられるハウジングを備え、
   前記インペラの外径をＤｉとし、前記ベアリングの外径をＤｂとし、前記ベアリングカバーの最小内径をＤｃとし、前記希土類ボンド磁石の外径をＤｍとしたときに、
   Ｄｉ＞Ｄｂ＞Ｄｃ＞Ｄｍ
   の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の電動送風機。
3. 前記シャフトが圧入される内周面を有する支持スリーブを備え、
   前記支持スリーブは前記インペラに一体成形されていることを特徴とする請求項１に記載の電動送風機。
4. 前記ベアリングカバーは前記ハウジングに一体成形されていることを特徴とする請求項２に記載の電動送風機。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電動送風機を備えて構成されることを特徴とする電気掃除機。

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