JP2016223430A - 送風装置、および掃除機 - Google Patents
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Abstract
【課題】インペラをシャフトに対して軸精度よく固定できる構造を有する送風装置を提供する。
【解決手段】インペラ70は、シャフト31に固定されるインペラハブ72と、インペラハブ72に固定されるインペラ本体71と、を有する。インペラハブ72は、軸方向に延びる円筒状のハブ筒部72aと、ハブ筒部72aの外周面から径方向外側に拡がる円盤状のフランジ部72bと、を有する。インペラ本体71は、下側に開口する穴部を有し、径方向に拡がるベース部73と、ベース部73の上面と軸方向に隙間を介して対向する円環状のシュラウド75と、ベース部73とシュラウド75とを連結する複数の動翼74と、を有する。ハブ筒部72aの少なくとも一部は、穴部に固定される。ベース部73の下面は、フランジ部72bの上面と接触する。
【選択図】図1
【解決手段】インペラ70は、シャフト31に固定されるインペラハブ72と、インペラハブ72に固定されるインペラ本体71と、を有する。インペラハブ72は、軸方向に延びる円筒状のハブ筒部72aと、ハブ筒部72aの外周面から径方向外側に拡がる円盤状のフランジ部72bと、を有する。インペラ本体71は、下側に開口する穴部を有し、径方向に拡がるベース部73と、ベース部73の上面と軸方向に隙間を介して対向する円環状のシュラウド75と、ベース部73とシュラウド75とを連結する複数の動翼74と、を有する。ハブ筒部72aの少なくとも一部は、穴部に固定される。ベース部73の下面は、フランジ部72bの上面と接触する。
【選択図】図1
Description
本発明は、送風装置、および掃除機に関する。
従来、回転軸にインペラが固定された電動送風機が知られている(例えば、特許文献1)。
上記のような電動送風機においては、送風効率を向上するために、インペラとファンケースとの隙間を小さくすることが好ましい。しかし、隙間を小さくした場合に、回転軸に対するインペラの軸精度が悪いと、インペラがファンケースに接触する場合があった。
本発明の例示的な一実施形態は、上記問題点に鑑みて、インペラをシャフトに対して軸精度よく固定できる構造を有する送風装置を提供することを目的の一つとする。また、そのような送風装置を備える掃除機を提供することを目的の一つとする。
本発明の例示的な一実施形態の送風装置は、上下に延びる中心軸に沿って配置されるシャフトおよび前記シャフトを前記中心軸周りに回転可能に支持するベアリングを備えるモータと、前記シャフトに固定されるインペラと、を備え、前記インペラは、前記シャフトに固定されるインペラハブと、前記インペラハブに固定されるインペラ本体と、を有し、前記インペラハブは、軸方向に延びる円筒状のハブ筒部と、前記ハブ筒部の外周面から径方向外側に拡がる円盤状のフランジ部と、を有し、前記インペラ本体は、下側に開口する穴部を有し、径方向に拡がるベース部と、前記ベース部の上面と軸方向に隙間を介して対向する円環状のシュラウドと、前記ベース部と前記シュラウドとを連結する複数の動翼と、を有し、前記ハブ筒部の少なくとも一部は、前記穴部に固定され、前記ベース部の下面は、前記フランジ部の上面と接触する。
本発明の例示的な一実施形態の掃除機は、上記送風装置を備える。
本発明の例示的な一実施形態によれば、インペラをシャフトに対して軸精度よく固定できる構造を有する送風装置が提供される。また、そのような送風装置を備える掃除機が提供される。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るモータについて説明する。図面においては、適宜3次元直交座標系としてXYZ座標系を示す。XYZ座標系において、Z軸方向は、図1に示す中心軸Jの軸方向と平行な方向とする。Y軸方向は、Z軸方向と直交する方向であって図1の左右方向とする。X軸方向は、Y軸方向とZ軸方向との両方と直交する方向とする。
また、以下の説明においては、中心軸Jの延びる方向(Z軸方向)を上下方向とする。Z軸方向の正の側(+Z側)を「上側(軸方向上側)」と呼び、Z軸方向の負の側(−Z側)を「下側(軸方向下側)」と呼ぶ。なお、上下方向、上側および下側とは、単に説明のために用いられる名称であって、実際の位置関係や方向を限定しない。また、特に断りのない限り、中心軸Jに平行な方向(Z軸方向)を単に「軸方向」と呼び、中心軸Jを中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、中心軸Jを中心とする周方向を単に「周方向」と呼ぶ。
図1および図2に示すように、送風装置1は、モータ10と、インペラ70と、を備える。送風装置1は、静翼部材60と、インペラハウジング80と、を備える。モータ10の上側(+Z側)に、静翼部材60が取り付けられる。インペラハウジング80は、静翼部材60の上側に取り付けられる。静翼部材60とインペラハウジング80との間にインペラ70が収容される。インペラ70は、中心軸J周りに回転可能にモータ10に取り付けられる。
モータ10は、図1に示すように、ハウジング20と、下蓋22と、シャフト31を有するロータ30と、ステータ40と、回路基板50と、回転センサ51と、下側ベアリング52aおよび上側ベアリング52bと、を備える。本実施形態においては、上側ベアリング52bは、ベアリングに対応する。これにより、モータ10は、シャフト31およびベアリングを備える。
ハウジング20は、ロータ30と、ステータ40とを収容する有蓋の円筒容器である。ハウジング20は、円筒状の周壁21と、周壁21の上端に位置する上蓋部23と、上蓋部23の中央部に位置する上側ベアリング保持部27と、を有する。ハウジング20の内側面に、ステータ40が固定される。上側ベアリング保持部27は、上蓋部23の中央部から上側へ突出する筒状である。上側ベアリング保持部27は、内部に上側ベアリング52bを保持する。
図1および図3に示すように、ハウジング20の周壁21の上部側には、ハウジング20を径方向に貫通する貫通孔25,26が設けられている。ハウジング20の周壁21には、3箇所の貫通孔25と、3箇所の貫通孔26が、軸周りに交互に位置する(図6参照)。この構成によって、後述する排気口95から排出された空気の一部がハウジング20内に流入し、後述するステータコア41およびコイル42を冷却することができる。ハウジング20の周壁21と上蓋部23との間には、上蓋部23を軸周りに取り囲む段差部28が設けられている。
ハウジング20の下側(−Z側)の開口部に下蓋22が取り付けられる。下蓋22の中央部に、下蓋22の下面から下側へ突出する筒状の下側ベアリング保持部22cが設けられている。下側ベアリング保持部22cは下側ベアリング52aを保持する。
図3に示すように、下蓋22には、軸周りの3箇所に、径方向に幅を持った円弧状の貫通孔22aが設けられている。下蓋22の外周端には、下蓋22の外周部を直線状に切り欠いた切欠部22bが3箇所設けられている。ハウジング20の下側の開口端20aと切欠部22bとの間の隙間がモータ10の下側開口部24である。
ロータ30は、図1に示すように、シャフト31と、ロータマグネット33と、下側磁石固定部材32と、上側磁石固定部材34と、を有する。シャフト31は、上下に延びる中心軸Jに沿って配置される。ロータマグネット33は、シャフト31を径方向外側で軸周り(θz方向)に囲む円筒状である。ロータマグネット33は、シャフト31に固定される。下側磁石固定部材32および上側磁石固定部材34は、ロータマグネット33と同等の外径を有する円筒状である。下側磁石固定部材32および上側磁石固定部材34は、ロータマグネット33を軸方向両側から挟み込んでシャフト31に取り付けられている。上側磁石固定部材34は、中心軸方向の上側部分に、下側(ロータマグネット33側)よりも小さい外径の小径部34aを有する。
シャフト31は、下側ベアリング52aと上側ベアリング52bとによって軸周り(θz方向)に回転可能に支持されている。すなわち、ベアリングは、シャフト31を中心軸J周りに回転可能に支持する。シャフト31の上側(+Z側)の端部にインペラ70が取り付けられる。すなわち、インペラ70は、シャフト31に固定される。インペラ70は、シャフト31と一体となって軸周りに回転する。
ステータ40は、ロータ30の径方向外側に位置する。ステータ40は、ロータ30を軸周り(θz方向)に囲んでいる。ステータ40は、図4および図5に示すように、ステータコア41と、複数(3つ)の上側インシュレータ43と、複数(3つ)の下側インシュレータ44と、コイル42と、を有する。
ステータコア41は、図5に示すように、コアバック部41aと、複数(3つ)のティース部41bを有する。コアバック部41aは中心軸周りの環状である。コアバック部41aは、軸周りに3箇所の直線部41cと、3箇所の円弧部41dとが交互に位置する構成を有する。ティース部41bは、それぞれ直線部41cの内周面から径方向内側に延びている。ティース部41bは周方向に沿って均等な間隔で配置される。
なお、本明細書において、ある部材が環状である、とは、一周全体が連続して繋がる場合に加えて、一周の一部が不連続である場合も含む。また、ある部材が環状である、とは、ある部材が複数の部材からなり、複数の部材が環状に沿って配置される場合も含む。例えば、コアバック部41aは、複数のコアピースからなり、複数のコアピースが周方向に沿って配置されてもよい。
コアバック部41aの円弧部41dの上面には、それぞれ、ステータ40の内側に排気を案内する傾斜部材46が配置される。傾斜部材46は、径方向外側から内側へ向かうに従い厚さが薄くなる形状を有する。
上側インシュレータ43は、ステータコア41の上面と側面の一部を覆う絶縁部材である。上側インシュレータ43は、3つのティース部41bにそれぞれ対応して設けられる。上側インシュレータ43は、上側外周壁部43aと、上側内周壁部43eと、上側絶縁部43dと、を有する。上側外周壁部43aは、コアバック部41aの上側に位置する。上側内周壁部43eは、ティース部41bの先端の上側に位置する。上側内周壁部43eは、上側絶縁部43dの径方向内端に接続される。上側内周壁部43eは、上側絶縁部43dよりも周方向両側に延びる。上側絶縁部43dは、上側外周壁部43aと上側内周壁部43eとを径方向に連結し、ティース部41bのコイルが巻かれる部位の上側に位置する。
下側インシュレータ44は、ステータコア41の下面と側面の一部を覆う絶縁部材である。下側インシュレータ44は、3つのティース部41bにそれぞれ対応して設けられる。下側インシュレータ44は、下側外周壁部44aと、下側内周壁部44cと、下側絶縁部44bと、を有する。下側外周壁部44aは、コアバック部41aの下側に位置する。下側内周壁部44cは、ティース部41bの先端の下側に位置する。下側内周壁部44cは、下側絶縁部44bの径方向内端に接続される。下側内周壁部44cは、下側絶縁部44bよりも周方向両側に延びる。下側絶縁部44bは、下側外周壁部44aと下側内周壁部44cとを径方向に連結し、ティース部41bのコイルが巻かれる部位の下側に位置する。
上側インシュレータ43と下側インシュレータ44とは、ステータコア41のティース部41bを軸方向に挟み込む。上側インシュレータ43の上側絶縁部43dと下側インシュレータ44の下側絶縁部44bとに覆われるティース部41bの周囲にコイル42が巻き回される。
ステータコア41のコアバック部41a上に位置する3つの上側外周壁部43aは、ステータコア41の上側においてコイル42を取り囲む。上側外周壁部43aは、周方向の両端に第1側端面43bと第2側端面43cとを有する。第1側端面43bは、径方向に対して傾斜し、径方向外側に面する傾斜面である。第2側端面43cは、径方向に対して傾斜し、径方向内側に面する傾斜面である。上側外周壁部43aの外周面のうち、直線部41c上に位置する部分は、直線部41cの外周面と揃った軸方向に延びる平坦面43fとされる。平坦面43fの周方向の両側には、ハウジング20の内周面に沿って配置される円弧状の面が設けられる。
図6に示すように、周方向において隣り合う上側外周壁部43a同士は所定の間隔で離間されている。隣り合う上側外周壁部43aにおいて、一方の上側外周壁部43aの第1側端面43bと、他方の上側外周壁部43aの第2側端面43cとは、隙間CLを介して周方向に対向して配置される。第1側端面43bの径方向に対する傾斜度合いと、第2側端面43cの径方向に対する傾斜度合いは異なる。より詳細には、隣り合う上側外周壁部43aの間に位置する隙間CLの径方向外側の開口部90の周方向の幅は、径方向内側の開口部91の周方向の幅よりも広い。
隙間CLの下方にはコアバック部41a上に配置された傾斜部材46が位置する。傾斜部材46は、第1側端面43bと第2側端面43cとの間に挟まれている。隙間CLは、ハウジング20の貫通孔26の径方向内側に位置する。貫通孔26と隙間CLは、ハウジング20の外側から流入する排気をステータ40の内側に案内する空気流路となる。上側から見た隙間CLの径方向に対する傾き方向(径方向外側から径方向内側へ向かう方向)は、静翼部材60から放出される排気の周方向の流通方向と一致する。すなわち、インペラ70の回転方向と一致する。
図6に示すように、隙間CLの入口側の開口部90を相対的に大きくしていることで、貫通孔26からより多くの排気を吸入させることができ、出口側の開口部91の幅を相対的に狭くしていることで、隙間CLから放出される空気をより正確に狙った位置(コイル42)に向けて流通させることができる。よって、貫通孔26から流入する空気によって、よりステータコア41やコイル42を効率よく冷却できる。
図5に示すコアバック部41aの下側に位置する3つの下側外周壁部44aは、ステータコア41の下側においてコイル42を取り囲む。周方向に隣り合う下側外周壁部44aの間には隙間が空いているが、下側外周壁部44a同士は周方向で互いに接触していてもよい。下側外周壁部44aの外周面のうち、コアバック部41aの直線部41cの下側に位置する部分は、直線部41cの外周面と揃った軸方向に延びる平坦面44dとされる。平坦面44dの周方向の両側には、ハウジング20の内周面に沿って配置される円弧状の面が設けられる。
平坦面44d上には、軸方向に延びる複数(図示では3つ)の板状部45が設けられる。図6に示すように、板状部45は平坦面44dにほぼ垂直に立っている。板状部45の径方向外側の先端はハウジング20の内周面に達する。板状部45は、下側外周壁部44aとハウジング20との間の領域を、周方向に複数の領域に区画する。
回路基板50は、図1および図6に示すように、ステータ40と下蓋22との間に配置される。図5に示すように、回路基板50は、円環状の本体部50aと、本体部50aの外周縁から径方向に対して斜め方向の外側に突出する3つの突出部50bと、を有する。本体部50aはシャフト31が通される貫通孔を有する。回路基板50は、下側インシュレータ44に固定される。
回路基板50には、図6に示すように、3つの回転センサ51が少なくとも実装される。回転センサ51は例えばホール素子である。回路基板50は、コイル42と電気的に接続されていてもよい。この場合に、コイル42に対して駆動信号を出力する駆動回路が回路基板50に実装されていてもよい。
回転センサ51は、図6および図7に示すように、周方向に隣り合う下側内周壁部44cの先端部の間に挟まれて配置される。3つの回転センサ51は、周方向に120°おきの等間隔に配置される。回転センサ51の径方向内側の面は、ロータマグネット33と対向する。
本実施形態の場合、ロータマグネット33は、ロータ30の軸方向の中心部に配置されている。そのため、回転センサ51は、回路基板50からロータマグネット33までの軸方向長さに相当する長さのリード51aにより回路基板50と接続される。
3つの回転センサ51が、周方向に隣り合う下側内周壁部44cの先端部の間に挟まれて配置されることによって、例えば、下側磁石固定部材32の下にセンサマグネットを配置し、センサマグネットの下にさらに回転センサ51を配置する構造に比べて、モータ10の軸方向長さを短くすることができる。
下側内周壁部44cの先端部に、回転センサ51を支持する機構を設けてもよい。例えば、回転センサ51を挿入する凹部を設け、回転センサ51の径方向の移動を抑制することができる。あるいは、スナップフィット等により回転センサ51を下側内周壁部44cに固定してもよい。
下蓋22は、ステータ40と回路基板50を収容したハウジング20の開口端20aに取り付けられる。図1に示すように、下蓋22の3つの貫通孔22aは、少なくとも一部が回路基板50の本体部50aの外周端よりも径方向外側に位置する。
下蓋22の外周の切欠部22bは、軸方向に見て、ステータコア41の直線部41cと、上側インシュレータ43の平坦面43fと、下側インシュレータ44の平坦面44dとにほぼ一致して配置される。モータ10の下面の下側開口部24は、ステータ40とハウジング20との間の空気流路FPの排気口となる。
静翼部材60は、図1および図2に示すように、第1静翼部材61aと、第2静翼部材61bとを有する。第1静翼部材61aと第2静翼部材61bは軸方向に積層されてモータ10の上面に取り付けられる。第1静翼部材61aは、下部静翼支持リング62と、取付リング63と、3つの連結部64と、複数の下部静翼67bと、を有する。下部静翼支持リング62と取付リング63は同軸に配置され、径方向に延びる3つの連結部64により連結されている。3つの連結部64は周方向に120°おきの等間隔に配置される。連結部64は、軸方向に貫通する貫通孔64aを有する。3つの貫通孔64aは、周方向において120°おきの等間隔に配置される。取付リング63は、上面に取付リング63と同心の凹溝63aを有する。
複数の下部静翼67bは、下部静翼支持リング62の外周面から径方向外側に突出する。複数の下部静翼67bは、周方向に等間隔に配置される。下部静翼支持リング62の外周面は、上側に向かって先窄まりのテーパー状である。下部静翼67bは、上側に向かうに従って径方向の幅が大きくなる形状を有する。
第2静翼部材61bは、円環板状の支持体66aと、支持体66aの外周縁から下側に延びる円筒状の上部静翼支持リング66bと、複数の上部静翼67aと、上部静翼67aの径方向外側に接続された外周リング65と、支持体66aの外周縁から上側に突出する円環状の突出部66cと、を有する。複数の上部静翼67aは、径方向において、上部静翼支持リング66bの外周面と外周リング65の内周面とを連結する。上部静翼支持リング66bは、下端部の外周側に一周にわたって延びる段差部66dを有する。
支持体66aは、図8に示すように、中央部の下面から下側へ延びる取付リング68と、支持体66aの下面から下側へ突出する3つの円柱凸部69と、を有する。取付リング68は、円筒状の筒部68aと、筒部68aの下側の端面において径方向の外周部から下側へ突出する円環状の突出部68bと、を有する。3つの円柱凸部69は、同等の外径および高さを有し、周方向に120°おきの等間隔で配置される。本実施形態において、円柱凸部69は中空であり、下側の端面69aの中央に、軸方向に貫通する貫通孔69bを有する。
図1および図9に示すように、第1静翼部材61aの取付リング63には、モータ10の上側ベアリング保持部27が挿入される。図1に示すように、第1静翼部材61aの下部静翼支持リング62の下端面は、モータ10の段差部28の上側を向いた段差面28aに接触する。
第2静翼部材61bは、第1静翼部材61aに取り付けられる。図9に示すように、第2静翼部材61bの取付リング68に上側ベアリング保持部27が挿入される。取付リング68の下側先端の突出部68bは、第1静翼部材61aの凹溝63aに嵌め込まれる。第2静翼部材61bの上部静翼支持リング66bの段差部66dは、下部静翼支持リング62の上側開口端に嵌合される。上部静翼支持リング66bの外周面と下部静翼支持リング62の外周面とは軸方向で滑らかに接続される。
第2静翼部材61bの円柱凸部69は、第1静翼部材61aの貫通孔64aに挿入される。円柱凸部69の端面69aはモータ10の上蓋部23の上面に接触する。円柱凸部69の貫通孔69bと上蓋部23のねじ孔23aに通されるボルトBTにより、第2静翼部材61bとモータ10とが固定される。第1静翼部材61aは、第2静翼部材61bの円柱凸部69により周方向に位置決めされ、第2静翼部材61bの取付リング68および上部静翼支持リング66bにより押さえられてモータ10に固定される。
本実施形態では、静翼部材60を2つの部材(第1静翼部材61a、第2静翼部材61b)で構成する一方、モータ10の金属のハウジング20との固定を第2静翼部材61bのみとしている。このような固定形態を用いることで、送風装置1の温度が変化したときに、モータ10と静翼部材60との間の固定状態に不具合が生じるのを抑制することができる。
具体的に説明すると、仮に、第1静翼部材61aと第2静翼部材61bの両方に共通のボルトBTを通してモータ10に固定した場合、ボルトBTは2つの樹脂部材を締め込むことになり、温度変化による体積変化量が大きくなる。そうすると、低温環境において静翼部材60が収縮してガタを生じるおそれがある。これに対して本実施形態では、第2静翼部材61bの円柱凸部69の端面69aをハウジング20に接触させてボルトBTで固定するので、ボルトBTにより固定される樹脂部材の厚さを小さくすることができる。これにより、温度変化時の体積変化量が小さくなるので、固定が緩むのを抑制することができる。
図10に示すように、上部静翼67aと下部静翼67bは、周方向に同じ数だけ配置される。上部静翼67aと下部静翼67bは、一対一に対応し、軸方向に並んで配置される。本実施形態の場合、上部静翼67aの軸方向に対する傾斜角度は、下部静翼67bの軸方向に対する傾斜角度よりも大きい。上部静翼67aは、インペラ70の回転方向に傾いた方向に流れる排気を、効率よく上部静翼67aの間に流入させるために比較的大きな角度で傾斜して配置される。下部静翼67bは、排気口95から放出される排気が径方向外側へ流れないように、排気を下方へ向けて案内する。
本実施形態では、隙間67cは水平方向に延びる隙間であるが、水平方向に対して斜め方向に延びる隙間であってもよい。斜め方向に延びる隙間とする場合、上部静翼67aの傾斜方向と同じ方向とすることが好ましい。このような斜め方向の隙間を設けることで、排気が隙間を通るようになり、排気流路93の全体を有効に利用することができる。
本実施形態では、図9に示すように、排気口95の近傍において、排気流路93が径方向外側へ移動する。すなわち、第1静翼部材61aの下部静翼支持リング62の外周面は、下側に向かうにつれて径が大きくなるテーパー状である。また、第2静翼部材61bの外周リング65のうち、下部静翼支持リング62と径方向に対向する下部リング65bは、下側に向かって内周径が広がるスカート状である。これらの構成により、排気流路93は、下側に向かうにつれて、径方向の幅を維持したまま、径方向の外側に広がる。そうすると、排気流路93の水平断面積は、排気口95に近づくにつれて徐々に大きくなることになる。これにより、排気口95から空気が放出される際の排気音を低減することができる。
図1に示すように、インペラ70は、上側に開口した吸気口70aから吸入された流体を、内部の流路を介して径方向外側へ向かって放出する。インペラ70は、インペラ本体71と、インペラハブ72と、を有する。
インペラ本体71は、ベース部73と、シュラウド75と、複数の動翼74と、を有する。ベース部73は、径方向に拡がる。ベース部73は円盤状であり、中央部に軸方向に貫通するベース部貫通孔73aを有する。本実施形態においては、ベース部貫通孔73aは、穴部に対応する。すなわち、ベース部73は、下側に開口する穴部を有する。本実施形態において、穴部は、ベース部73を軸方向に貫通する。なお、穴部は、下側に開口すればよく、ベース部73を軸方向に貫通しなくてもよい。
ベース部貫通孔73aの周囲は、上側に張り出した円錐面状のベース斜面部73bとされている。ベース部73の上面は、ベース斜面部73bを有する。ベース斜面部73bは、径方向外側に拡がるに従って軸方向高さが低くなる、円環状である。そのため、インペラ70内に流入する空気を、ベース斜面部73bに沿って径方向外側に滑らかに送ることができる。これにより、インペラ70内に流入する空気の損失を低減でき、送風装置1の送風効率を向上できる。
ベース斜面部73bは、上側から下側に向かうに従って軸方向に対する傾きが大きくなる曲面である。そのため、インペラ70内に流入する空気を、ベース斜面部73bに沿って径方向外側に、より滑らかに送ることができる。これにより、送風装置1の送風効率をより向上できる。
図9に示すように、ベース部73は、ベース部73の下面に位置するベース嵌合部73cを有する。ベース嵌合部73cは、軸方向に窪む凹部である。より詳細には、ベース嵌合部73cは、ベース部73の下面から上側に窪む。図示は省略するが、ベース嵌合部73cは、周方向に沿って複数設けられる。ベース嵌合部73cは、周方向に延びる。
図1に示すように、シュラウド75は、ベース部73の上面と軸方向に隙間を介して対向する円環状である。シュラウド75は、軸方向の上側に向かって先窄まりの円筒状である。シュラウド75の中央の開口部がインペラ70の吸気口70aである。
動翼74は、ベース部73の上面において径方向の内側から外側へ延びる、周方向に湾曲した板状部材である。動翼74は、軸方向に沿って起立して配置される。複数の動翼74は、ベース部73とシュラウド75とを連結する。複数の動翼74は、図11に示すように、ベース部73の上面に周方向(θz方向)に沿って配置されている。動翼74は、図1に示すように、ベース部73の上面から、軸方向に沿って垂直に起立している。
図11に示すように、本実施形態においては、3種類の動翼74が、同じ種類同士で周方向に沿って等間隔に配置される。本実施形態において複数の動翼74は、複数(3つ)の第1の動翼74aと、複数(3つ)の第2の動翼74bと、複数(6つ)の第3の動翼74cを含む。3つの第1の動翼74aは、周方向において120°おきの等間隔に配置される。第2の動翼74bは、周方向に隣り合う第1の動翼74aの中間位置に配置される。3つの第2の動翼74bも、周方向において120°おきの等間隔に配置される。第3の動翼74cは、周方向に隣り合う第1の動翼74aと第2の動翼74bの中間位置に配置される。6つの第3の動翼74cは、周方向において60°おきの等間隔に配置される。
動翼74は、平面視(XY面視)で、ベース部73の上面上において、曲率を持って延びている。動翼74の一端は、ベース部73の外周縁に位置する。動翼74の他端は、ベース部73の外周縁よりも径方向内側に位置する。
すなわち、第1の動翼74a、第2の動翼74b、第3の動翼74cの径方向外側の端部は、いずれもベース部73の外周縁に位置する。一方、第1の動翼74aの内周側の端部P1は、最もベース部73の中心寄りに位置する。第2の動翼74bの内周側の端部P2は、第1の動翼74aの端部P1よりも径方向外側に位置する。第3の動翼74cの内周側の端部P3は、第2の動翼74bの端部P2よりもさらに径方向外側に位置する。この構成によって、インペラ70内での乱流を低減することができるため、インペラ70の送風効率が向上する。
第1の動翼74a、第2の動翼74b、および第3の動翼74cは、いずれも反時計回り方向に弓なりに湾曲した形状を有する。第1の動翼74aは、曲率半径の異なる4つの円弧からなる。第1の動翼74aの凸状の翼面74dは、長さ方向に3つの変曲点CP11,CP12,CP13を有する。第2の動翼74bは、曲率半径の異なる3つの円弧からなる。第2の動翼74bの凸状の翼面74eは、長さ方向に2つの変曲点CP21,CP22を有する。第3の動翼74cは、曲率半径の異なる2つの円弧からなる。第3の動翼74cの凸状の翼面74fは、長さ方向に1つの変曲点CP31を有する。
本実施形態において、第1の動翼74aの変曲点CP11と、第2の動翼74bの変曲点CP21と、第3の動翼74cの変曲点CP31は、ベース部73において同一の半径位置C1上に配置される。また、第1の動翼74aの半径位置C1よりも外側の部分の曲率半径と、第2の動翼74bの半径位置C1よりも外側の部分の曲率半径と、第3の動翼74cの半径位置C1よりも外側の部分の曲率半径は、互いに一致する。
次に、第1の動翼74aの変曲点CP12と、第2の動翼74bの変曲点CP22と、第3の動翼74cの端部P3は、ベース部73において同一の半径位置C2上に配置される。また、第1の動翼74aの半径位置C1と半径位置C2との間の部分の曲率半径と、第2の動翼74bの半径位置C1と半径位置C2との間の部分の曲率半径と、第3の動翼74cの半径位置C1と半径位置C2との間の部分の曲率半径は、互いに一致する。
次に、第1の動翼74aの変曲点CP13と、第2の動翼74bの端部P2は、ベース部73において同一の半径位置C3上に配置される。また、第1の動翼74aの半径位置C2と半径位置C3との間の部分の曲率半径と、第2の動翼74bの半径位置C2と半径位置C3との間の部分の曲率半径は、互いに一致する。
本実施形態の動翼74(74a〜74c)は、インペラ70の径方向の領域ごとに、翼面74d〜74fの曲率半径を異ならせている。一方、異なる種類の動翼74(第1の動翼74a〜第3の動翼74c)であっても、同じ径方向の領域に属する部分は、互いに同一の曲率半径に設定される。
本実施形態において、半径位置C3は、インペラハウジング80の吸気口80aに軸方向から見て一致する。したがって、吸気口80aの内側には、第1の動翼74aの変曲点CP13よりも内周側の部分のみが配置される。
図1に示すように、インペラハブ72は、シャフト31に固定される。インペラハブ72は、ハブ筒部72aと、フランジ部72bと、を有する。ハブ筒部72aは、軸方向に延びる円筒状である。
インペラハブ72は、ハブ筒部72aをベース部貫通孔73aに下側から挿入することでインペラ本体71に取り付けられる。ハブ筒部72aの少なくとも一部は、ベース部貫通孔73aに固定される。ハブ筒部72aは、ベース部貫通孔73aに、圧入により固定されてもよいし、接着剤等を用いて固着されてもよい。これにより、インペラ本体71は、インペラハブ72に固定される。
ハブ筒部72aの下端は、上側ベアリング52bの内輪と接触する。そのため、ハブ筒部72aが、インペラ70の軸方向位置を決めるスペーサとして機能する。これにより、別途スペーサを設ける必要がないため、送風装置1の部品点数を少なくできる。
ハブ筒部72aの上端部は、ベース部73よりも上側に突出する。ハブ筒部72aの上端部における外周面は、ハブ斜面部72dを有する。ハブ斜面部72dは、径方向外側に拡がるに従って軸方向高さが低くなる、円環状である。そのため、インペラ70内に流入する空気を、ハブ斜面部72dに沿って径方向外側に滑らかに送ることができる。これにより、インペラ70内に流入する空気の損失を低減でき、送風装置1の送風効率をより向上できる。ハブ斜面部72dは、先窄まりのテーパー状である。
また、例えば、ハブ筒部の上端部がベース部よりも上側に突出しない場合、ベース部とハブ筒部とが固定される部分の軸方向の寸法を大きくすると、ベース部が軸方向に大型化する問題がある。これに対して、ハブ筒部の上端部をベース部よりも上側に突出させれば、ベース部が軸方向に大型化することを抑制しつつ、固定される部分の軸方向の寸法を大きくできる。しかし、単にハブ筒部の上端部を突出させただけでは、ハブ筒部の上端部に当たる空気がインペラ内で滞留して渦を生じる等によって、空気の損失が大きくなる問題がある。
これに対して、本実施形態によれば、ハブ筒部72aの上端部をベース部73よりも上側に突出させ、かつ、ハブ斜面部72dが設けられる。これにより、ベース部73が軸方向に大型化することを抑制しつつ、空気の損失が大きくなることを抑制できる。また、ベース部73とハブ筒部72aとが固定される部分の軸方向の寸法を大きく確保できるため、ハブ筒部72aとベース部73との固定を強固にできる。
インペラ70は、ハブ斜面部72dとベース斜面部73bとが連続して構成される円環状斜面70bを有する。円環状斜面70bは、インペラ70の吸気口70aから吸入した流体を径方向外側へ案内する。これにより、ハブ斜面部72dとベース斜面部73bとに沿って、連続して滑らかに空気を径方向外側に送ることができる。したがって、空気の損失をより低減でき、送風装置1の送風効率をより向上できる。ハブ斜面部72dとベース斜面部73bとは、軸方向に滑らかに接続されている。
例えば、円環状斜面をベース部の上面のみで構成する場合、円環状斜面の軸方向の寸法を大きくすると、ベース部が軸方向に大型化する問題がある。これに対して、本実施形態によれば、円環状斜面70bをベース部73とインペラハブ72とにより構成することで、ベース斜面部73bを高くしなくても、ハブ筒部72a(ハブ斜面部72d)の長さを大きくすることで、円環状斜面70bの最大高さを大きくすることができる。したがって、ベース部73の厚さの増加を抑制しつつ、好ましい形状の円環状斜面70bを実現することができる。
図1および図2に示すように、フランジ部72bは、ハブ筒部72aの外周面から径方向外側に拡がる円盤状である。図1では、フランジ部72bは、ハブ筒部72aの外周面における下部から径方向外側に拡がる。フランジ部72bは、インペラ本体71を下側から支持する。ベース部73の下面は、フランジ部72bの上面と接触する。そのため、インペラ本体71をインペラハブ72に対して軸精度よく固定できる。インペラハブ72は、軸方向に延びるハブ筒部72aを有するため、シャフト31に対して軸精度よく固定できる。これにより、インペラ本体71をシャフト31に対して軸精度よく固定することができる。すなわち、インペラ本体71が拡がる方向をシャフト31の延びる方向に対して直交させて、インペラ本体71をシャフト31に固定できる。したがって、本実施形態によれば、インペラ70をシャフト31に対して軸精度よく固定できる構造を有する送風装置1が得られる。これにより、インペラ70を安定して回転できるため送風装置1内に空気を取り込みやすい。また、インペラ70とインペラハウジング80との隙間を小さくしやすく、送風装置1の送風効率を向上できる。
フランジ部72bの径方向外端は、上側ベアリング52bの径方向外端よりも径方向外側に位置する。そのため、フランジ部72bによってインペラ本体71を径方向の広い範囲にわたって下方から支持することができる。これにより、インペラ70を安定的に保持することができ、高速回転時の安定性が高くなる。つまり、フランジ部72bによってインペラ本体71を径方向の広い範囲にわたって下方から支持することができるので、インペラ70のシャフト31に対する振れを低減することができる。
例えば、インペラハブとインペラ本体とを単一の部材として製造する場合、インペラをシャフトに対して軸精度よく固定するためには、インペラ全体を高精度で製造する必要がある。そのため、インペラの製造コストが増大する問題がある。これに対して、本実施形態によれば、フランジ部72bを有するインペラハブ72が、インペラ本体71と別部材で設けられるため、インペラハブ72を高精度で製造すれば、インペラ70をシャフト31に対して軸精度よく固定できる。したがって、インペラ70の製造コストが増大することを抑制しつつ、シャフト31に対して軸精度よく固定できるインペラ70が得られる。
インペラハブ72は、金属製である。これにより、インペラハブ72を高精度で製造することができる。したがって、インペラ70をより軸精度よくシャフト31に固定できる。また、シャフト31とインペラ70とを強固に連結することができる。したがって、インペラ70を安定的に高速回転させることができる。また、ハブ斜面部72dを金属面とすることができるため、円環状斜面70bの上側先端の表面を平滑化することができる。
例えば、図1に示すインペラハブ72およびベース部73と同形状のインペラハブおよびベース部を、樹脂成型による単一部材として製造する場合、シャフトとインペラハブとの固定部分の軸方向の寸法を大きくすると、シャフトの上端部近傍において、部分的に樹脂の厚みが薄くなる箇所が生じ、インペラの強度が低下する問題がある。これに対して、インペラハブ72をベース部73と分けて金属製とすることで、インペラ70の強度が低下することを抑制しつつ、シャフト31とインペラ70との固定部分の軸方向の寸法を確保できる。
図2に示すように、インペラハブ72は、フランジ部72bの上面に位置するハブ嵌合部72cを有する。ハブ嵌合部72cは、軸方向に突出する凸部である。より詳細には、より詳細には、ハブ嵌合部72cは、フランジ部72bの上面から上側に突出する。ハブ嵌合部72cは、周方向に沿って複数設けられる。ハブ嵌合部72cは、周方向に延びる。ハブ嵌合部72cの周方向に直交する断面形状は、例えば、矩形状である。
図9に示すように、ハブ嵌合部72cとベース嵌合部73cとは、互いに嵌め合わされる。これにより、インペラ本体71とインペラハブ72との周方向の相対移動が抑制される。
なお、ハブ嵌合部72cは、軸方向に突出する凸部および軸方向に窪む凹部のうちの一方であり、ベース嵌合部73cは、軸方向に突出する凸部および軸方向に窪む凹部のうちの他方であってもよい。すなわち、ハブ嵌合部72cがフランジ部72bの上面から下側に窪む凹部であり、ベース嵌合部73cがベース部73の下面から下側に突出する凸部であってもよい。
インペラ70は、インペラハブ72のハブ筒部72aに下側からシャフト31の上端部を嵌め込むことで、シャフト31に固定される。シャフト31と連結されたインペラ70は、図1および図9に示すように、第2静翼部材61bの円環状の突出部66cの内側に配置される。したがって、突出部66cは、インペラ70の排気口70cの近傍に位置する。
突出部66cは、後述するインペラハウジング80の排気ガイド部83とともに、インペラ70から放出される排気を下側へ案内する。本実施形態では、突出部66cの外周面は、径方向外側に向かうに従って下方へ傾斜する傾斜面である。突出部66cの外周面は外側に凸の滑らかな曲面形状である。
突出部66cの外周面の下端は、円筒状の上部静翼支持リング66bの外周面と滑らかに連続している。したがって、突出部66cの下端の水平方向に対する傾斜角度はほぼ90°である。突出部66cの上端は、インペラ70のベース部73の外周端の径方向のすぐ外側に位置する。突出部66cの上端は、ベース部73の下面よりも上側に位置する一方、ベース部73の外周端の上面よりも下側に位置する。
本実施形態の送風装置1では、突出部66cが上記した形状および配置を有することで、インペラ70から放出される空気を、流れを乱れさせることなく円滑に下方へ案内することができる。インペラ70の排気口70cの下端では、ベース部73の外周端からほぼ水平方向に空気が放出される。本実施形態では、突出部66cの上端がベース部73の上面よりも下がった位置にあるため、放出された空気が突出部66cに衝突することなく、突出部66cの外周面に沿って案内される。これにより、効率よく空気を搬送することができる。また、突出部66cを設けることによって、排気口70cから径方向外側に排気された空気が第2静翼部材61bとベース部73との軸方向間隙に流入することが低減できる。
図1に示すように、インペラハウジング80は、上側に吸気口80aを有し、軸方向上側へ向かって先窄まりの円筒状である。インペラハウジング80は、吸気口80aの開口端に位置する吸気ガイド部81と、インペラ70を収容するインペラハウジング本体部82と、インペラハウジング本体部82の外周縁から径方向外側および下側へ延びるスカート状の排気ガイド部83と、を有する。
インペラハウジング本体部82は、インペラ70のシュラウド75に倣った断面形状を有する。インペラハウジング本体部82の内側面(下面)は、シュラウド75の外側面(上面)と、一様な間隔で対向する。
インペラハウジング本体部82の内周側の上端部に、径方向内側へ突出する円環状の吸気ガイド部81が位置する。吸気ガイド部81は、図9に示すように、シュラウド75の上端面75bを上側から覆っている。吸気ガイド部81の下面と、シュラウド75の上端面75bとの間には、径方向に延びる狭幅の隙間が存在する。
インペラハウジング本体部82の外周側端部82aは、シュラウド75の外周端を下側へ回り込み屈曲されている。外周側端部82aの内周面とシュラウド75の外側端面との間には、軸方向上側に延びる狭幅の隙間が存在する。
排気ガイド部83は、下端面の径方向内側に、周方向の一周にわたる段差部83aを有する。段差部83aは、図9に示すように、第2静翼部材61bの外周リング65の段差部65aに嵌合される。排気ガイド部83の内周面と、外周リング65の内周面は上下方向で滑らかに接続され、排気流路の外周側の壁面を構成する。
排気ガイド部83の内周面は、インペラ70の下側に位置する第2静翼部材61bの突出部66cの外周面とともに、インペラ70から径方向外側へ放出される排気を下側へ案内する排気流路92を構成する。
排気流路92は、図9に示すように、静翼部材60の排気流路93に接続される。静翼部材60の排気流路93は、図10に示したように、上部静翼67aの間の流路と、下部静翼67bの間の流路からなる。排気流路93の外部への接続部が排気口95である。
本実施形態の送風装置1は、モータ10によりインペラ70を回転させることで、図1に示すように、吸気口80aからインペラ70内に空気を引き込み、インペラ70内の空気流路を介して径方向外側へ空気を放出する。インペラ70から放出された排気は、排気流路92を介して上部静翼67aの間に領域に流入する。上部静翼67aは排気を整流して下側へ放出する。下部静翼67bは排気の流通方向を下側へ向けながら、径方向外側へ案内する。その後、排気は排気口95から送風装置1の外へ排出される。
排気口95から下側へ放出された排気の一部は、モータ10のハウジング20の外周面に沿って下側へ流れる。また、排気口95から放出された排気の他の一部は、ハウジング20に設けられた貫通孔25,26からモータ10の内部に流入する。
貫通孔25を介してモータ10の内部に流入した一部の排気は、図6に示すステータ40とハウジング20との間の空気流路FPに流入する。空気流路FP内において、排気は下側へ流れる。空気流路FP内には、図4に示したように、直線部41c(ステータコア41)の外周面が露出しており、排気により冷却される。空気流路FP内には複数の板状部45が位置しており、空気流路FP内を流通する排気を整流する。この構成によって、空気流路FP内を流通する排気の送風効率が向上する。空気流路FPを流通した排気は、モータ10の下側開口部24から下方へ排出される。
貫通孔26を介してモータ10内に流入した一部の排気は、図6に示すように、隙間CLを介してステータ40の内側へ流入する。隙間CLを構成する第1側端面43bと第2側端面43cと傾斜部材46は、隙間CLを通過する排気をコイル42の側面に案内する。すなわち、傾斜部材46を設けない場合に比べて、隙間CLを通過する排気が、円弧部41dの上面に当って排気効率が低下することを低減できる。この構成により、モータ10の発熱部位であるコイル42を効率よく冷却することができる。排気はコイル42の周囲を下方へ向かって流通し、モータ10下面の貫通孔22aから下方へ排出される。
本実施形態の送風装置1では、軸周りの環状の排気口95が、モータ10よりも上側に配置される。これにより、モータ10の径方向外周側に、排気のための空気流路部材を設ける必要がなくなる。その結果、より大きな外径のモータ10を用いることができるようになり、送風装置1の外径を大きくすることなく送風能力を向上させることができる。あるいは、送風能力を維持したまま送風装置1を小型化することができる。
なお、排気口95は、ステータ40よりも上側に配置されていればよい。モータ10の能力と外径との関係はステータ40の大きさで決定されるため、排気口95が少なくともステータ40より上側に配置されていれば、モータ10の外径から内側に排気口95を配置することができる。
また、本実施形態では、送風装置1は、3つの隙間CLと、3つの空気流路FPを有している。この構成によって、隙間CLから径方向内側に流入する空気により、ステータコア41やコイル42を効率良く冷却することができ、空気流路FPを通って軸方向に流れる空気によって、ステータコア41を冷却することができる。
図12に示す掃除機100は、本願発明に係る送風装置を備える。これにより、送風効率に優れた掃除機100が得られる。
上記の各構成は、相互に矛盾しない範囲内において、適宜組み合わせることができる。
1…送風装置、10…モータ、31…シャフト、70…インペラ、70b…円環状斜面、71…インペラ本体、72…インペラハブ、72a…ハブ筒部、72b…フランジ部、72c…ハブ嵌合部、72d…ハブ斜面部、73…ベース部、73b…ベース斜面部、73c…ベース嵌合部、74…動翼、75…シュラウド、100…掃除機、J…中心軸
Claims (10)
- 上下に延びる中心軸に沿って配置されるシャフトおよび前記シャフトを前記中心軸周りに回転可能に支持するベアリングを備えるモータと、
前記シャフトに固定されるインペラと、
を備え、
前記インペラは、
前記シャフトに固定されるインペラハブと、
前記インペラハブに固定されるインペラ本体と、
を有し、
前記インペラハブは、
軸方向に延びる円筒状のハブ筒部と、
前記ハブ筒部の外周面から径方向外側に拡がる円盤状のフランジ部と、
を有し、
前記インペラ本体は、
下側に開口する穴部を有し、径方向に拡がるベース部と、
前記ベース部の上面と軸方向に隙間を介して対向する円環状のシュラウドと、
前記ベース部と前記シュラウドとを連結する複数の動翼と、
を有し、
前記ハブ筒部の少なくとも一部は、前記穴部に固定され、
前記ベース部の下面は、前記フランジ部の上面と接触する、送風装置。 - 前記穴部は、前記ベース部を軸方向に貫通し、
前記ハブ筒部の上端部は、前記ベース部よりも上側に突出し、
前記ハブ筒部の上端部における外周面は、径方向外側に拡がるに従って軸方向高さが低くなる、円環状のハブ斜面部を有する、請求項1に記載の送風装置。 - 前記ベース部の上面は、径方向外側に拡がるに従って軸方向高さが低くなる、円環状のベース斜面部を有する、請求項2に記載の送風装置。
- 前記ベース斜面部は、上側から下側に向かうに従って軸方向に対する傾きが大きくなる曲面である、請求項3に記載の送風装置。
- 前記インペラは、前記ハブ斜面部と前記ベース斜面部とが連続して構成される円環状斜面を有する、請求項3または4に記載の送風装置。
- 前記ハブ筒部の下端は、前記ベアリングの内輪と接触する、請求項1から5のいずれか一項に記載の送風装置。
- 前記インペラハブは、前記フランジ部の上面に位置するハブ嵌合部を有し、
前記ベース部は、前記ベース部の下面に位置するベース嵌合部を有し、
前記ハブ嵌合部は、軸方向に突出する凸部および軸方向に窪む凹部のうちの一方であり、
前記ベース嵌合部は、軸方向に突出する凸部および軸方向に窪む凹部のうちの他方であり、
前記ハブ嵌合部と前記ベース嵌合部とは、互いに嵌め合わされる、請求項1から6のいずれか一項に記載の送風装置。 - 前記インペラハブは、金属製である、請求項1から7のいずれか一項に記載の送風装置。
- 前記フランジ部の径方向外端は、前記ベアリングの径方向外端よりも径方向外側に位置する、請求項1から8のいずれか一項に記載の送風装置。
- 請求項1から9のいずれか一項に記載の送風装置を備える、掃除機。
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