JP2016158402A - 電動送風機および電気掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】高速回転化が可能な電動送風機およびこれを備えた電気掃除機を提供する。
【解決手段】回転自在に設けられた回転軸２０７と、回転軸２０７の軸方向Ｇの略中央に設けられた軸受２１２，２１２と、回転軸２０７の一端に設けられた遠心羽根車２０３と、回転軸２０７の軸受２１２を挟んで遠心羽根車２０３とは逆側に設けられるロータコア２１０と、ロータコア２０９の外周に設けたカバー２５０と、ロータコア２０９の周囲に対向して配置されるステータ２４０と、回転軸２０７の他端に設けられるリング部材２１３と、を備え、前記カバー２５０は非磁性であるオーステナイト系のステンレスで構成されており、プレス加工後に熱処理を施すか、ニッケルの割合が１２％以上入っている合金を使用する。
【選択図】図３

Description

本発明は、電動送風機およびこれを搭載した電気掃除機に関する。

従来の電気掃除機用の電動送風機としては、小型化のためにブラシレスモータを用い、高速回転化に対応した構造のものが提案されている。例えば、特許文献１に記載の電動送風機を構成しているロータ組立体は、シャフトの一端にロータコア（マグネット）が取り付けられ、シャフトの他端に羽根車が取り付けられ、シャフトのロータコアと羽根車との間に軸受が取り付けられている。

特表２０１２−５１８７５１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明では、ロータコアに掛かる遠心力による強度を考慮しなければならず、ロータコアとして使用できるマグネット及び、製造方法が限られる問題があった。

たとえば、磁石の種類としては希土類磁石であるサマリウムコバルト磁石や、サマリウム鉄窒素磁石等はじん性が小さいことから、遠心力で割れてしまう恐れがある。また、製造方法としては、シャフトへのロータコアのインサート成型を行うと、冷却時の収縮率の差より内部応力が発生し、割れてしまう恐れがある。

本発明は、前記従来の問題を解決するものであり、マグネットの種類や、製造方法に影響されず高速回転化が可能な電動送風機およびこれを備えた電気掃除機を提供することを目的とする。

本発明は、回転自在に設けられた回転軸と、回転軸の軸方向の略中央に設けられた軸受部と、前記回転軸の一端に設けられた遠心羽根車と、前記回転軸の前記軸受部を挟んで前記遠心羽根車とは逆側に設けられるロータコアと、前記ロータコアの外周を覆うカバーと、前記前記ロータコアの周囲に対向して配置されるステータと、前記回転軸の他端に設けられるリング部材とを備え、前記カバー部材は、非磁性であるオーステナイト系のステンレスで構成されており、プレス加工後に熱処理を施すか、ニッケルの割合が１２％以上入っている合金を使用することを特徴とする。

本発明によれば、高速回転化が可能な電動送風機およびこれを備えた電気掃除機を提供できる。

本実施形態における電動送風機を搭載した電気掃除機を示し、（ａ）はスティック型として使用する際の斜視図、（ｂ）は電気掃除機をハンディ型として使用する際の側面図である。 本実施形態における電動送風機を搭載した掃除機本体の縦断面図である。 本実施形態における電動送風機を示す分解斜視図である。 電動送風機のロータ組立体を示す分解斜視図である。 本実施形態における電動送風機を示す側面図である。 本実施形態における電動送風機を示す縦断面図である。 遠心羽根車を示す斜視図である。 遠心羽根車を構成するシュラウド板の外観図を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は背面図である。 遠心羽根車のシュラウドを取り外した状態を示す斜視図である。 遠心羽根車の縦断面図である。 ロータ組立体をリング部材側から見たときの斜視図である。 遠心羽根車の羽根とロータコアとの関係を示す模式図である。 （ａ）は案内翼の斜視図、（ｂ）は案内翼の背面図、（ｃ）は案内翼の縦断面図である。 ディフューザ内の空気の流れを示す説明図である。 （ａ）はファンケーシングの斜視図、（ｂ）はファンケーシングの縦断面図である。 （ａ）はハウジングと軸受カバーを一体化した斜視図、（ｂ）はハウジングと軸受カバーを一体化した背面図である。 図５の電動送風機のＡ−Ａ線での断面図である。 （ａ）は図１６（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図、（ｂ）は図１６（ａ）のＣ−Ｃ線での断面図である。 軸受カバーの斜視図である。 カバーを磁性体とした際の図１１Ｐ視簡易図である。 カバーを非磁性体とした際の図１１Ｐ視簡易図である。 透磁率と材料の関係である。 ニッケル量と透磁率の関係である。

以下、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下では、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４００に適用した場合を例に挙げて説明するが、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１は本実施形態における電動送風機を搭載した電気掃除機を示し、（ａ）はスティック型として使用する際の斜視図、（ｂ）は電気掃除機をハンディ型として使用する際の側面図である。

図１（ａ）に示すように、電気掃除機４００は、塵埃を集塵する集塵室４０１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２）を収納する掃除機本体４１０、掃除機本体４１０に対して伸縮自在に設けられた伸縮パイプ４０２、伸縮パイプ４０２の一端に回動自在に設けられたグリップ部４０３、グリップ部４０３に設けられた電動送風機２００の入切を行うスイッチ部４０４ａおよびスイッチ部４０４ｂ（図１（ｂ）参照）を備えて構成されている。

図１（ａ）に示す電気掃除機４００は、スティック状態であり、伸縮パイプ４０２が伸ばされて、グリップ部４０３が伸縮パイプ４０２と逆側に回動してロックされた状態である。また、掃除機本体４１０の他端には吸口体４０５が取り付けられ、掃除機本体４１０と吸口体４０５とが接続部４０６で繋がれている。

図１（ｂ）に示す電気掃除機４００は、ハンディ状態であり、伸縮パイプ４０２が掃除機本体４１０内に収納され、グリップ部４０３が伸縮パイプ４０２側に回動した状態である。また、回動したグリップ部４０３は、掃除機本体４１０の上面に設けられたクランプ部材４０７にクランプされている。また、掃除機本体４１０の他端部には吸口体（隙間ノズル）４０８が取り付けられ、掃除機本体４１０と吸口体４０８とが接続部４０６で繋がれている。

以上の電気掃除機４００において、グリップ部４０３のスイッチ部４０４ａ（図１（ａ）参照）またはスイッチ部４０４ｂ（図１（ｂ）参照）を操作することで、掃除機本体４１０に収納された電動送風機２００（図２参照）が作動し、吸込気流を発生させる。そして、吸口体４０５，４０８から塵埃を吸込み、接続部４０６を通して掃除機本体４１０の集塵室４０１に集塵する。

図２は本実施形態における電動送風機を搭載した掃除機本体の縦断面図である。なお、図２は、ハンディ状態であり、掃除機本体４１０から吸口体４０８（図１（ｂ）参照）を取り外した状態である。

図２に示すように、掃除機本体４１０の内部には、吸引力を発生させる電動送風機２００、電動送風機２００に電力を供給する電池ユニット４２０、駆動用回路４３０が設けられている。

吸口体４０５，４０８（図１（ａ）、（ｂ）参照）から吸い込まれた空気は、掃除機本体４１０に設けられた流路４４０（図１（ａ）参照）を通って電動送風機２００の前方に配置された集塵室４０１に送られ、集塵室４０１内に集塵される。そして、集塵室４０１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４３０を通り、掃除機本体４１０に形成された排気口（不図示）から外部に排出される。

図３は本実施形態における電動送風機を示す分解斜視図である。

図３に示すように、電動送風機２００は、ＤＣブラシレスモータであり、ファンケーシング２０４、案内翼２０５、ハウジング２０８、固定ねじ２１８，２１９、ロータ組立体２３０、ステータ２４０などで構成されている。

ファンケーシング２０４には空気吸込口２０６が形成されている。案内翼２０５は、複数のディフューザ羽根１３，略三角形状の流路１８を備えたディフューザ２０５ａと、該ディフューザ２０５ａの裏面に複数のリターンガイド羽根１４を備えたリターンガイド２０５ｂと、を備えている。また、案内翼２０５は、固定ねじ２１８を介してハウジング２０８に固定されている。

ステータ２４０は、固定ねじ２１９を介してハウジング２０８に固定されている。ロータ組立体２３０は、案内翼２０５およびハウジング２０８に挿通され、ロータ組立体２３０に設けられたロータコア２０９がステータ２４０と対向する位置に配置される。

図４は電動送風機のロータ組立体を示す分解斜視図である。

図４に示すように、ロータ組立体２３０は、遠心羽根車２０３、回転軸２０７、ロータコア２０９、軸受２１２，２１２、リング部材２１３、ばね２１７およびカバー２５０によって構成されている。なお、軸受２１２，２１２とばね２１７とで軸受部が構成されている。

遠心羽根車２０３は、熱可塑性樹脂製であり、回転軸２０７の一端（先端）に固定されている。回転軸２０７は、細長い円柱形状のものであり、鉄などの磁性材料によって構成されている。本実施形態では、遠心羽根車２０３を回転軸２０７に圧入固定しているが、回転軸２０７の端部（先端）にねじを設け、遠心羽根車２０３を固定ナットによって固定してもよい。

また、回転軸２０７の軸方向Ｇ（回転軸２０７が延在する方向）の略中央には、軸受２１２，２１２が互いに軸方向Ｇに離間して設けられている（図３参照）。また、回転軸２０７の一端には遠心羽根車２０３が固定され、回転軸２０７の他端にはリング部材２１３が固定されている。

カバー２５０は、非磁性の薄板を筒状に形成したものであり、本実施例においては、磁性を持たないオーステナイト系のステンレス合金を用いている(図２２参照)。また、通常深絞り等の加工により、塑性変形を行うとオーステナイトがマルテンサイトへ変態し、磁性を持つ。そこで、本実施例においては、オーステナイトを安定させ、加工時の変態を抑えるためにニッケルを割合１２％以上入れた合金を使用している(図２３参照)。また、ニッケルの割合が１２％以下の材料を使用する場合は加工後に９００度以上に加熱し熱処理を行い、マルテンサイトからオーステナイトへ戻し使用することとする。

また、カバー２５０は、カバー２５０自身の軸方向の一端に径方向内側に折り曲げられたつば部２５０ａが形成されている。カバー２５０が回転軸２０７の一端側から挿通されることにより、つば部２５０ａがロータコア２０９の端面２０９ａに当接して引っ掛かることで位置決めされる。このように、カバー２５０でロータコア２０９を被覆することによって、ロータコア２０９を高速で回転させた時に、ロータコア２０９が破損して飛び散るのを防止できる。

ところで、カバー２５０が磁性を帯びていると、ロータコア２０９の磁束がカバー２５０を通ってロータコア２０９に戻るため、ロータコア２０９に作用する力が弱くなり、電動送風機２００としての効率が低下する(図２０参照)。そこで、カバー２５０を非磁性の材料で形成することで、ロータコア２０９の磁束を、カバー２５０を通してステータコア２１０に透過させることができ、電動送風機２００の効率が低下するのを防止できる(図２１参照)。

回転軸２０７には、軸受２１２と軸受２１２との間にばね２１７が設けられている。軸受２１２は、例えば、外輪２１２ａ、内輪２１２ｂおよび複数の玉２１２ｃによって構成され、外輪２１２ａがハウジング２０８に固定され、内輪２１２ｂが回転軸２０７に固定されている。ばね２１７は、コイルスプリングで構成され、各軸受２１２，２１２の外輪２１２ａを互いに離間する方向に付勢している。これにより、軸受２１２におけるがたつきを防止することで、電動送風機２００の音や振動を抑制している。

図５は本実施形態における電動送風機を示す側面図である。

図５に示すように、電動送風機２００は、送風機部２０１と電動機部２０２に大別される。送風機部２０１は、遠心羽根車２０３（図３参照）と、該遠心羽根車２０３を収納するファンケーシング２０４と、案内翼２０５（図３参照）とを含んで構成されている。

電動機部２０２は、ハウジング２０８内に収納される回転軸２０７（図３参照）に固定されるロータコア２０９（図４参照）と、ハウジング２０８に固定されるステータコア２１０とを含んで構成されている。

図６は本実施形態における電動送風機の縦断面図である。

図６に示すように、ステータ２４０は、ステータコア２１０の周りに導線２１１が巻かれ、一緒になって相巻線を形成している。この相巻線は、電動送風機２００に備わる図示しない回路部に電気的に接続されている。

ロータコア２０９は、回転軸２０７における遠心羽根車２０３が固定されている端部と逆側の端部に設けられている。このロータコア２０９は、例えば、希土類系のボンド磁石によって構成されている。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や、ネオジム磁石等を用いることができる。また、ロータコア２０９は、回転軸２０７に一体成形されている。

このように、ロータコア２０９をボンド磁石で構成することで、電動送風機２００を軽量化することができる。また、ボンド磁石を使用することで、リング部材２１３を軽量化することができ、電動送風機２００の軽量化を図ることができる。

なお、本実施形態では、ロータコア２０９に永久磁石を用いているが、これに限定されるものではなく、例えば毎分８０，０００回転以上の高速回転を可能とする無整流子電動機の一種であるリラクタンスモータなどを使用してもよい。

回転軸２０７には、遠心羽根車２０３とロータコア２０９との間に、軸受２１２，２１２が設けられている。軸受２１２，２１２は、軸方向に離間して配置され、回転軸２０７を回転自在に支持している。

リング部材２１３は、バランス調整用のものであり、回転軸２０７におけるロータコア２０９側の端部（回転軸２０７の他端）に設けられている。また、リング部材２１３は、ロータコア２０９よりも比重が大きく、かつ、非磁性の材料で構成されている。なお、リング部材２１３は、例えば銅材などの焼結品（燒結体）や機械加工で形成することができる。

このように、リング部材２１３を銅などの非磁性材料で形成することで、ロータ組立体２３０を回転させる際に作用する磁気回路（ロータコア２０９とステータコア２１０との間に働く磁気回路）に悪影響を与えるのを防止することができる。また、銅材の燒結品を使用することにより、寸法精度を高くでき、かつ安価に製造できる。

また、リング部材２１３としては、ロータコア２０９よりも比重が大きく、かつ、非磁性の材料であれば、銅に限定されるものではなく、ステンレス合金、金、銀、鉛などを用いることもできる。

また、回転軸２０７には、ロータコア２０９側の軸受２１２とロータコア２０９との間に、軸受２１２の位置決め用スリーブ２１４が設けられている。

ハウジング２０８は、合成樹脂製であり、軸受２１２，２１２を内包する軸受カバー２１５を固定する支持部２６を有している。軸受カバー２１５内には、軸受２１２，２１２と、スリーブ２１６と、ばね２１７と、が設けられている。ばね２１７は、圧縮された状態で配置され、軸受２１２，２１２の外輪にそれぞれ当接して予圧を付与している。

軸受カバー２１５の外周には、軸受２１２の冷却用のヒートシンクである回転軸方向に長い複数の冷却フィン２７が設けられている。また、軸受カバー２１５は、非磁性金属材料製であり、樹脂製のハウジング２０８とインサート成形によって一体化されている。

また、ハウジング２０８の支持部２６には、軸方向Ｇに延在するねじ穴２８が形成されている。ねじ穴２８には固定ねじ２１８が螺合可能で、固定ねじ２１８の螺合によって案内翼２０５がハウジング２０８に固定される。

また、ハウジング２０８には、ハウジング２０８内に空気が流れ込む開口３４と、電動送風機２００の外部に空気を排出する排気口３５とが形成されている。また、ハウジング２０８の軸方向Ｇの端部に配置されるステータコア２１０は、固定ねじ２１９によってハウジング２０８に固定されている。

ロータコア２０９の磁気センタＬ１は、ステータコア２１０の磁気センタＬ２に対して軸方向Ｇにずれた状態で配置されている。なお、磁気センタＬ１は、ロータコア２０９の軸方向Ｇの中心であり、磁気センタＬ２は、ステータコア２１０の軸方向Ｇの中心である。これによって、ロータコア２０９をステータコア２１０側に引っ張る力（スラスト方向の力）が作用し、これにより高速回転時にロータの軸方向Ｇのガタつきを防止することが可能となり音や振動を低減できる。また、遠心羽根車２０３により高速回転時には、ロータ組立体２３０が、遠心羽根車２０３側へ引っ張られる力が発生する。この力と、磁気センタをずらすことで発生する力が逆方向となるため、高速回転時の機械損が減り高効率化を図ることができる。更に、組立時、ロータ組立体２３０を軸受けカバー２１５内へ挿入する際、ステータコア２１０側へと向かう力が発生するため作業性の向上を図ることができる。

図７は遠心羽根車の斜視図、図８は遠心羽根車を構成するシュラウド板の外観図を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は背面図、図９は遠心羽根車からシュラウド板を取り外した状態を示す斜視図、図１０は遠心羽根車の縦断面図、図１１はロータ組立体をリング部材側から見たときの斜視図である。
である。

図７に示すように、遠心羽根車２０３は、シュラウド板１と、ハブ板２と、複数枚の羽根３とによって構成されている。ハブ板２と羽根３は、熱可塑性樹脂で一体成形されている。

図８（ａ）に示すように、シュラウド板１は、中央部に空気を吸い込む円環状の吸込開口４が形成されている。この吸込開口４には、回転軸２０７（図６参照）と略平行に延びる直線部５が形成されている。この直線部５の先端５ａは、板厚（径方向）が基端よりも薄く形成されている（図１０参照）。

図８（ｂ）に示すように、シュラウド板１は、吸込開口４から流入した軸方向流れを径方向流れに転向する曲面部６が形成されている。

図８（ｃ）に示すように、シュラウド板１は、直線部５と曲面部６が滑らかに接続され、曲面部６から外径に向けて半径方向を向くように構成されている。また、シュラウド板１の背面には、曲面部６から外径に向けて、羽根３と対応する位置に凹状溝７が形成されている。この凹状溝７は、シュラウド板１の内径端から外形端まで延設されている。また、凹状溝７には、各羽根３に形成された爪１０（図９参照）と嵌合する貫通孔８が形成されている。

図９に示すように、ハブ板２の中央には、回転軸２０７（図４参照）が挿入、固定される凸形状のボス９が形成されている。ハブ板２と一体成形されている羽根３は、周方向に等間隔で設置されており、径方向内側から径方向外側に向かうにつれて、回転方向に後退する羽根形状を有している。ボス９は、軸側から径方向外側に向けて曲面９ａが形成されている。

羽根３の上面には、突起状の爪１０が形成されるとともに、爪１０から外径側に溶着用のリブ１１が形成されている。また、羽根３の上面には、爪１０から内径側にシュラウド板１の曲面部６と密着するように羽根３の圧力面（凸面）側に傾斜面１２が形成されている。なお、溶着用のリブ１１の形状（断面形状）は、三角形や、半円形や、台形としてもよい。

羽根３の爪１０をシュラウド板１の貫通孔８（図８（ａ）参照）に挿入するとともに、シュラウド板１の凹状溝７（図８（ｃ）参照）と羽根３とを係合させ、爪１０およびリブ１１をシュラウド板に溶着加工により接合することで、遠心羽根車２０３が形成される。

なお、シュラウド板１の曲面部６と羽根３の傾斜面１２には溶着加工を施していない。これにより、シュラウド板１の曲面部６から外径にかけての略軸方向からの溶着加工のみで行うことができるので、溶着加工を簡略化できる。また、リブ１１は凹状溝７内で溶融するが、リブ１１の体積を、凹状溝７に羽根３が挿入された際の隙間の体積よりも小さくしている。そのため、溶融した樹脂材が遠心羽根車２０３の流路内にはみ出すことを抑制できる。

また、遠心羽根車２０３は、流路中央付近から出口までの圧力の高くなる流路内は、羽根３の溶着リブ１１が溶融し、シュラウド板１と溶着されているため、羽根３間での漏れを防止することができる。

また、遠心羽根車２０３の前縁側となる、羽根３の爪１０より前縁側には、シュラウド板１の曲面部６の形状と一致するように傾斜面１２が形成されている。また、遠心羽根車２０３では、特に入口流れが重要であり、シュラウド板１の曲面部６には溶着加工を施していないため、羽根３の傾斜面１２には溶着によるバリなどが発生していない。すなわち、入口側で流れを乱すことが無く、空気を羽根３にスムーズに流入させることができる。

さらに、図１０に示すように、遠心羽根車２０３では、シュラウド板１に吸込開口４（図８（ａ）参照）が形成され、直線部５と曲面部６とが滑らか面となるように形成されるとともに、ハブ板２の流路面のボス９が軸方向Ｇから径方向に向かうように曲面９ａ（図９参照）が形成されている。そのため、吸込開口４から流入した軸方向Ｇの空気の流れを径方向流れにスムーズに転向させながら羽根３に流入させることができ、遠心羽根車２０３の入口での曲がり損失を低減することができる。

また、遠心羽根車２０３の作動時においては、遠心力により前縁側がシュラウド板１の曲面部６と羽根３の傾斜面１２が密着するように働くため、入口側で羽根３とシュラウド板１の隙間がなくなり、電動機部２０２（電動送風機２００）の高効率化を図ることができる。

また、遠心羽根車２０３は熱可塑性樹脂製によって構成されているが、電動送風機２００などから発生する熱による変形等を防ぐため、特に耐熱性が１００℃以上、遠心応力に耐えるために引張強度が１００ＭＰａ以上あるエンジニアリングプラスティック材料を使用することが望ましい。例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）や、ＰＥＥＫにカーボン繊維が含まれているものであるとより望ましい。これにより、金属製の遠心羽根車よりも軽量化が図られ、強度を確保し、高速回転に耐えることができる樹脂製の遠心羽根車２０３を実現できる。

電動機部２０２を駆動して遠心羽根車２０３を回転させると、ファンケーシング２０４の空気吸込口２０６から空気が流入し、遠心羽根車２０３内に流入する。流入した空気は、遠心羽根車２０３内で昇圧および増速され、遠心羽根車２０３から吐出される。遠心羽根車２０３から吐出された空気流は、案内翼２０５に導かれる。

図１１に示すように、遠心羽根車２０３は、ハブ板２の羽根３の裏面側の外周に凸部２ａが周方向に沿って形成されている（図１０参照）。換言すると、遠心羽根車２０３の外周縁部２０３ａは、内周側よりも軸方向Ｇに肉厚に形成されている。製造された各ロータ組立体２３０について、バランス調整が行われるが、このときハブ板２の凸部２ａと、回転軸２０７の軸端に取り付けられているバランス調整用のリング部材２１３の端面２１３ａと、を軸方向Ｇから削ることで（穴Ｐ１，Ｐ２参照）、バランスを修正する。

このように、遠心羽根車２０３の外周縁部２０３ａ（外周側）を削ることで、内周側を削るよりも少しの削り量でバランスを修正することができる。また、リング部材２１３をロータコア２０９よりも比重の大きい材料で形成することで、リング部材２１３の形状を樹脂で形成する場合よりも小さくすることができ、電動送風機２００の小型化が可能になる。よって、回転軸２０７の端部にリング部材２１３を設けることで、回転体（ロータ組立体２３０）の回転時のアンバランス量を抑制することができ、振動や騒音の低減を図ることができ、電動送風機２００の高効率化を図ることができる。また、回転軸２０７の両端（リング部材２１３と遠心羽根車２０３）でバランスを調整することができるので、バランス調整が容易になる。このように、遠心羽根車２０３を含めた回転体（ロータ組立体２３０）のアンバランス量を小さくでき、振動や騒音の低減が図られ、毎分８０，０００回転以上の高速回転を可能とする電動送風機２００を実現することができる。

図１２は遠心羽根車の羽根とロータコアとの関係を示す模式図である。なお、図１２は、ロータ組立体２３０のシュラウド板１を取り外した状態を示し、また遠心羽根車２０３の中心部分を簡略化して示している。

図１２に示すように、ロータ組立体２３０では、遠心羽根車２０３の羽根３の枚数は、８枚であり、ロータコア２０９の極数は、Ｎ極とＳ極の２極である。このように、羽根３の枚数を、ロータコア２０９の極数のｎ（ｎは整数）倍となっている。このように構成することで、ロータコアの極位置と、遠心羽根車の羽根のラジアル方向の位置がどの位置で組まれても、極の位置と羽根の位置とが極ごとに回転対称となるので、ロータコア２０９で発生する力が、均一に遠心羽根車２０３の羽根３へ均一に掛かり、音や振動を低減できる。なお、羽根３の枚数がロータコア２０９の極数のｎ倍であれば、本実施形態に限定されるものではなく、適宜変更することができる。

また、ロータコア２０９のＮ極とＳ極との境界のウエルド２０９ｂは、回転軸２０７の軸中心Ｏを通るように構成されている。これにより、ロータコア２０９におけるＮ極、Ｓ極の磁束密度のアンバランス量を小さくすることができ、音や振動を低減できると共に、電動送風機２００の高効率化を図ることが可能になる。

次に図１３および図１４を参照して、本実施形態の案内翼２０５について説明する。図１３（ａ）は案内翼の斜視図、（ｂ）は案内翼の背面図、（ｃ）は案内翼の縦断面図、図１４はディフューザ内の流れを示す説明図である。

図１３（ａ）に示すように、案内翼２０５は、樹脂製であり、複数枚のディフューザ羽根１３と、該ディフューザ羽根１３の下流側に形成された複数枚のリターンガイド羽根１４と、ディフューザ羽根１３とリターンガイド羽根１４との間を仕切る仕切板１５と、が一体に成形されている。

ディフューザ羽根１３の上面には、リブ１３ａが形成され、このリブ１３ａがファンケーシング２０４（図６参照）の内面２５ａ（図６参照）に当接している。ディフューザ２０５ａ側では、ファンケーシング２０４とディフューザ羽根１３と仕切板１５とでディフューザ流路Ｒ１（図６参照）を構成している。

仕切板１５の中央には、ロータ組立体２３０を挿通する貫通孔１６ａが形成されている。また、仕切板１５には、貫通孔１６ａの周囲には、貫通孔１６ｂが複数箇所に形成されている。貫通孔１６ｂに固定ねじ２１８（図３参照）を挿通し、ハウジング２０８のねじ穴２８に螺合することによって、案内翼２０５がハウジング２０８に固定される。

図１３（ｂ）に示すように、リターンガイド２０５ｂ側では、仕切板１５とリターンガイド羽根１４とでリターンガイド流路Ｒ２（図６参照）を構成している。また、リターンガイド２０５ｂ側の貫通孔１６ｂの外周には、円筒状の凸部１７が形成されている。この凸部１７とハウジング２０８の凹部２９（図３参照）とが嵌め合わさることで送風機部２０１（図６参照）側への漏れを防止している。

図１３（ｃ）に示すように、ディフューザ羽根１３の外径側は軸方向にゆるやかに傾斜し、軸方向（図示下方）に傾斜したディフューザ流路Ｒ３を形成している。

図１４に示すように、案内翼２０５は、ディフューザ羽根１３の外周端側にディフューザ羽根１３とディフューザ羽根１３との隙間から流出した空気をリターンガイド羽根１４（図１３（ｂ）参照）側に流す略三角形状の流路（連通路）１８が形成されている。ディフューザ羽根１３への流入流れ１９は、隣り合うディフューザ羽根１３と仕切板１５とファンケーシング２０４とで囲まれたディフューザ流路Ｒ１（図３参照）内で減速されて、ファンケーシング２０４の内面２０４ｂに当たって、略三角形の形状をした流路１８を通って軸方向Ｇに転向した流出流れ２０となる。流出流れ２０は旋回方向の流れ成分を有しており、リターンガイド羽根１４（図１３（ｂ）参照）によって旋回流れを半径方向内向きの流れに転向する。

案内翼２０５のディフューザ２０５ａは、複数のディフューザ羽根１３を備え、空気流がディフューザ羽根１３の羽根間で減速されることによって、空気流のもつ運動エネルギーが圧力エネルギーに変換され圧力が上昇する。ディフューザ２０５ａから吐出された空気流は、ファンケーシング２０４の内面とディフューザ２０５ａの後縁間で形成された流路１８（図１４参照）からリターンガイド２０５ｂに流入する。なお、本実施形態では羽根付ディフューザを用いているが、羽根無しディフューザとしてもよい。その場合は、案内翼の外径側に支柱を複数本設け、ファンケーシング２０４を支持する。

リターンガイド２０５ｂのリターンガイド羽根１４を通過した空気は、ハウジング２０８の開口３４からハウジング２０８内部に流入し、軸受カバー２１５の冷却フィン２７が冷却され、軸受カバー２１５を介して軸受２１２が冷却される（図６参照）。また、空気は、ロータコア２０９、ステータコア２１０、導線２１１を冷却して外部へ排出される。これによって、ハウジング２０８内の各部が冷却される。リターンガイド羽根１４を通過した空気流の一部は、ハウジング２０８の排気口３５から外部へ排出される。

リターンガイド羽根１４は、ハウジング２０８の開口３４（図６参照）に位置するように設けられている。リターンガイド羽根１４によって半径方向内向きに転向した流れは、ハウジング２０８の開口３４から軸受カバー２１５の冷却フィン２７に当たり、軸受２１２が効果的に冷却される。これによって、軸受２１２の信頼性が高い電動送風機２００を実現できる。

ファンケーシング２０４とディフューザ羽根１３と仕切板１５とで形成されたディフューザ流路Ｒ１（図６参照）は、ゆるやかに傾斜しているため（図１３（ｃ）参照）、平面視略三角形の形状をした流路１８（図１４参照）からリターンガイド羽根１４へスムーズに流れることができ、曲がり損失を低減することができる。これによって、電動機部２０２の高効率化を図ることができる。また、リターンガイド２０５ｂの円筒状の凸部１７（図１３（ｃ）参照）とハウジング２０８の凹部２９（図３参照）で十分な気密が得られるので、電動機部２０２の効率をさらに向上させることができる。

図１５（ａ）はファンケーシングの斜視図、（ｂ）はファンケーシングの縦断面図である。

図１５（ａ）に示すように、ファンケーシング２０４は、遠心羽根車２０３（図３参照）および案内翼２０５（図３参照）を外方から覆う略傘形状であり、平面視円形状の上板２１と、上板２１の周縁部に連続して軸方向に延在する円環状の側板２２とを備えている。

ファンケーシング２０４の側板２２には、上板２１側とは逆側の縁部に複数の突起２３が形成されている。突起２３は、周方向に間隔を置いて形成されている。また、突起２３には、ファンケーシング２０４をハウジング２０８に固定する固定孔２４が形成されている。なお、本実施形態では、突起２３が３個形成されているが、３個に限定されるものではなく、４個以上設けてもよい。

図１５（ｂ）に示すように、ファンケーシング２０４には、上板２１の中央に、空気吸込口２０６が形成されている。空気吸込口２０６の縁部内面には、凹部２０４ａが形成され、凹部２０４ａ内に遠心羽根車２０３の直線部５が配置されている（図６参照）。ファンケーシング２０４と直線部５の先端は小さな隙間を有するように遠心羽根車２０３が配置され、遠心羽根車２０３で昇圧された空気が遠心羽根車２０３の吸込開口４側へ漏れる空気量を少なくする構造となっている。これにより、シール効果を高めることができ、電動機部２０２の効率をさらに向上させることができる。

ファンケーシング２０４の上板２１の内面には弾性体を用いた気密保持部材２５が配置されている。気密保持部材２５はゴムやエラストマー等の弾性材料からなり、ファンケーシング２０４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気密保持部材（弾性部材）２５とファンケーシング２０４とを一体成形している。また、ゲート方向を遠心羽根車２０３の配置する面とは逆側(外側)とし、内側へゲート跡が残らないようにしている。ディフューザ羽根１３に設けたリブ１３ａ（図１３（ａ）参照）が気密保持部材２５に食い込むことで、ファンケーシング２０４と案内翼２０５との気密性が保持される。これによって、案内翼２０５のディフューザ羽根１３間での漏れを防止することができ、電動送風機２００の効率を向上させることができる。

図１６（ａ）はハウジングと軸受カバーを一体化した斜視図、（ｂ）はハウジングと軸受カバーを一体化した背面図、図１７は図５の電動送風機のＡ−Ａ線での断面図、図１８（ａ）は図１６（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図、（ｂ）は図１６（ａ）のＣ−Ｃ線での断面図、図１９は軸受カバーの斜視図である。

図１６（ａ）に示すように、ハウジング２０８は、合成樹脂製であり、軸受２１２，２１２（図６参照）を内包する軸受カバー２１５を固定する支持部２６を有している。支持部２６は、略２重円筒状を呈しており、ハウジング２０８の前部（図示上部）の内側に位置している。

図１６（ｂ）に示すように、支持部２６の内側の略円筒部２６ａには、非磁性金属材料で製作された軸受カバー２１５が固定されている。軸受カバー２１５の外周側の略円筒部２６ｂには軸受２１２の冷却用のヒートシンクである回転軸方向に長い複数の冷却フィン２７が設けられ、ハウジング２０８の支持部２６と一体成形されている。軸受カバー２１５は、外周に冷却フィン２７が設けられている複雑な形状であるため、ダイカストで製作することで生産コストを抑え、高い寸法精度を得ることができる。軸受カバー２１５と冷却フィン２７の使用素材としては、非磁性金属で熱伝導率の高いアルミニウム合金が望ましい。

本実施形態では、軸受カバー２１５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２０８を形成している。樹脂製のハウジング２０８の支持部２６の端部には、回転軸方向に延在するねじ穴２８（図１６（ａ）参照）が形成されている。ねじ穴２８には固定ねじ２１８が螺合可能で、固定ねじ２１８の螺合によって案内翼２０５がハウジング２０８に固定設置されている。

ねじ穴２８より外径側には環状の凹部２９が設けられている。この凹部２９とリターンガイド２０５ｂ側の円筒状の凸部１７（図１３（ｂ）参照）が嵌め合わされることによって、電動機部２０２側から送風機部２０１側への空気漏れを防止することができる。

支持部２６の外周部はブリッジ３０（図１６（ａ）参照）によって、略円筒状のフレーム３１につながれている。フレーム３１のブリッジ３０がある端部には、ステータコア２１０（図６参照）を固定するねじ穴３２が設けられている。ねじ穴３２には固定ねじ２１９が螺合可能で、固定ねじ２１９の螺合によってステータコア２１０がハウジング２０８に固定される。

また、フレーム３１における送風機部２０１側の端部には爪状の突起３３が設けられ、ファンケーシング２０４の固定孔２４と嵌合接続される。接着剤による接続ではなく嵌合による接続により、ファンケーシング２０４の軸方向の位置決め精度を確保することができ、このことでファンケーシング２０４と案内翼２０５との気密性が確保できる。また、ファンケーシング２０４の凹部２０４ａ（図６参照）と遠心羽根車２０３の直線部５（図６参照）の先端隙間のばらつきを小さくすることができ、電動送風機２００の性能向上を図ることができ、性能ばらつきを小さくすることができる。

ハウジング２０８には、ハウジング２０８内に空気が流れ込むようにブリッジ３０間に形成される開口３４（図１６（ａ）参照）と、ロータコア２０９、ステータコア２１０、導線２１１を冷却せずに直接外部に空気を排出する排気口３５（図１６（ｂ）参照）が複数箇所に形成されている。

フレーム３１の内側には、傾斜部３６（図１６（ａ）参照）が複数箇所に設けられている。案内翼２０５の略三角形の形状をした流路１８（図１４参照）から流出した空気が、リターンガイド羽根１４（図１３（ｂ）参照）と傾斜部３６によって開口３４に流入し易い構造となっている。開口３４から流入した空気は、軸受カバー２１５に設けたヒートシンクである回転軸方向に長い複数の冷却フィン２７に当たって流れる。冷却フィン２７は長方形の板形状である。軸受２１２で発生した熱は、非磁性金属材料で製作させた軸受カバー２１５を熱伝導で伝わり、冷却フィン２７で放熱され、軸受２１２が効果的に冷却される。

ところで、電動機部２０２では、ステータコア２１０に巻かれた導線２１１で発生する銅損の割合よりも、軸受２１２で発生する機械損の方が大きく、軸受２１２を効果的に冷却することが重要である。ハウジング２０８を樹脂製としても、軸受２１２で発生した熱を軸受カバー２１５に設けたヒートシンク（冷却フィン２７）で放熱させることで、軸受２１２を効果的に冷却することができ、信頼性が高い電動送風機２００を提供することができる。

さらに、ハウジング２０８を樹脂製としているため、ハウジング２０８を軽量化でき、電動送風機２００を軽量化することができる。本実施形態では、軸受カバー２１５と樹脂製のハウジング２０８とをインサート成形で一体化しているが、樹脂製のハウジング２０８に軸受カバー２１５を圧入してもよい。

図１７に示すように、軸受カバー２１５は、ハウジング２０８の開口３４の位置に冷却フィン２７が配置されているが、ハウジング２０８のブリッジ３０には、冷却フィン２７が配置されていない。また、ブリッジ３０には、冷却フィン２７ではなく、リブ２６ｃ（図１６（ｂ）参照）が設けられている。リブ２６ｃは、ハウジング２０８の略２重円筒形状の略円筒部２６ａ，２６ｂとブリッジ３０とを接続し、ハウジング２０８の剛性を高める効果を奏する。

略三角形の形状をした流路１８（図１４参照）から流出した旋回流れ成分を有している空気が、リターンガイド羽根１４によって旋回流れを半径方向内向きの流れに転向され、ヒートシンクの冷却フィン２７に直接あたるため十分な冷却効果が得られる。これにより、ブリッジ３０に冷却フィン２７を設けずとも十分な冷却効果が得られ、周方向に均等に冷却フィンの数を設けるよりも、冷却フィンの数を少なくでき、十分な放熱効果を奏しながら軽量化の効果も奏することができる。

図１８（ａ），（ｂ）に示すように、ハウジング２０８と軸受カバー２１５はインサート成形によって一体化している。ハウジング２０８の支持部２６は、略２重円筒形状をしており、内径側の略円筒部２６ａの軸方向の長さは、冷却フィン２７の軸方向の長さとほぼ同一であるが、外径側の略円筒部２６ｂの軸方向の長さは、冷却フィン２７の軸方向の長さのおよそ半分程度となっている。

このように軸受カバー２１５には冷却フィン２７が設けられているため剛性が高く、略２重円筒形状の支持部２６の内側の略円筒部２６ａと外側の略円筒部２６ｂにより冷却フィン２７を包含するように（内側の略円筒部２６ａと外側の略円筒部２６ｂに冷却フィン２７が渡るように）ハウジング２０８と一体成形されている。このため、軸受カバー２１５とハウジング２０８の剛性を高くすることができ、毎分８０，０００回転以上の高速回転を可能とすることができる。

なお、本実施形態では、外径側の略円筒部２６ｂが冷却フィン２７の長さのおよそ半分程度であるが、ハウジング２０８の剛性が十分高い場合は、冷却効果を高めるために、外径側の略円筒部２６ｂの長さを短くし、冷却フィン２７における冷却風があたる部分の長さを長くしてもよい。

図１９に示すように、軸受カバー２１５の軸方向の端部には冷却フィン２７が設けられていない円筒の基準面３７が設けられている。基準面３７は、軸受カバー２１５と樹脂製のハウジング２０８とをインサート成形するときの基準面で、軸受２１２（図６参照）の外輪２１２ａ（図４参照）を固定する内径切削時の基準となる。基準面３７を円筒形状とすることで、旋盤などによる内径切削時の基準面を容易に構成することができる。しかも、旋盤などによる機械加工する箇所を少なくできる。これにより、寸法精度の向上が図られ、ハウジング２０８に取り付けられるステータコア２１０と、回転軸２０７に取り付けられるロータコア２０９の中心軸が一致し、電動機部２０２の高効率化が図られ、さらに振動や騒音の低減を図ることができる電動送風機２００を得ることができる。

なお、本実施形態では、基準面３７を円筒形状としているが、これに限定されるものではなく、多面体形状としても良く、内径切削する基準とハウジング２０８とをインサート成形する基準とすることができればどのような形状でもよい。

ここで、ロータコア２０９が着磁された後にハウジング２０８に組み込まれるが、軸受カバー２１５は非磁性金属で製作されているため、磁石による吸引力の影響を受けることが無く、組立性に優れている。

また、本実施形態では、ヒートシンクとして回転軸方向に長い複数の冷却フィン２７を備えており、冷却フィン２７を長方形の板形状としているが、多数の円柱形、円錐形、角柱形などのピン形状としてもよい。つまり、軸受を放熱するために内側の略円筒部２６ａと外側の略円筒部２６ｂに冷却フィン２７が渡るように周方向に突出する形状であれば、どのような形状でもよい。なお、冷却フィン２７をピン形状とすることで、同一表面積を得るのに体積を小さくすることができ、質量を軽くすることができる。

このように構成された電動送風機２００を電気掃除機４００に搭載することで、電気掃除機４００の出力を向上させることができる。また、電動機部２０２の効率が向上することで、同じ出力を得る場合は電動送風機２００の入力を低くすることができ、電池ユニット４２０を駆動源とする充電式掃除機において運転時間を長くすることができる。

１ シュラウド板
２ ハブ板
２ａ 凸部
３ 羽根
４ 吸込開口
５ 直線部
６ 曲面部
７ 凹状溝
８ 貫通孔
９ ボス
１０ 突起状の爪
１１ リブ
１２ 傾斜面
１３ ディフューザ羽根
１４ リターンガイド羽根
１５ 仕切板
１６ 貫通穴
１７ 凸部
１８ 略三角形状の流路
１９ ディフューザ羽根への流入流れ
２０ ディフューザ羽根からの流出流れ
２１ 上板
２２ 側板
２３ 突起
２４ 固定孔
２５ 気密保持部材
２６ 支持部
２７ 冷却フィン
２８ ねじ穴
２９ 凹部
３０ ブリッジ
３１ フレーム
３２ ねじ穴
３３ 爪状の突起
３４ 開口
３５ 排気口
３６ 傾斜部
３７ 基準面
２００ 電動送風機
２０１ 送風機部
２０２ 電動機部
２０３ 遠心羽根車
２０３ａ 外周縁部
２０４ ファンケーシング
２０５ 案内翼
２０５ａ ディフューザ
２０５ｂ リターンガイド
２０６ 吸込口
２０７ 回転軸
２０８ ハウジング
２０９ ロータコア
２１０ ステータコア
２１１ 導線
２１２ 軸受
２１３ リング部材
２１４ 位置決め用スリーブ
２１５ 軸受カバー
２１６ スリーブ
２１７ ばね
２１８ 固定ねじ
２１９ 固定ねじ
２３０ ロータ組立体
２４０ ステータ
２５０ カバー
４００ 電気掃除機
４１０ 掃除機本体
Ｇ 軸方向
Ｒ１ ディフューザ流路
Ｒ２ リターンガイド流路

Claims (5)

1. 回転自在に設けられた回転軸と、
   前記回転軸の一端に設けられた遠心羽根車と、
   前記回転軸に設けられるロータコアと、
   前記遠心羽根車と、前記ロータコアの間に配置された少なくても一つの軸受けと、
   前記ロータコアの外周に設けられたカバーを備え、
   前記ロータコアは磁石で構成されるとともに、前記カバーは、ニッケルを１２％以上含んでいるオーステナイト系ステンレスで構成されていることを特徴とする電動送風機。
2. 回転自在に設けられた回転軸と、
   前記回転軸の一端に設けられた遠心羽根車と、
   前記回転軸に設けられるロータコアと、
   前記遠心羽根車と、前記ロータコアの間に配置された少なくても一つの軸受けと、
   前記ロータコアの外周に設けられたカバーを備え、
   前記ロータコアは磁石で構成されるとともに、前記カバーはニッケルの量が１２％未満のオーステナイト系ステンレスで構成されており、形状を形成後、熱処理を施していることを特徴とする電動送風機。
3. 前記ロータコアの磁石は、ボンド磁石であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動送風機。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の電動送風機の内、最高回転数は毎分８０，０００回転〜１００，０００回転で動作し、電動送風機入力はおおよそ２００Ｗ〜５００Ｗの範囲にあり、ロータコアの直径が５ｍｍ〜１５ｍｍの範囲にあること特徴とする電動送風機。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載の電動送風機を備えたことを特徴とする電気掃除機。

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