JP2019094825A - 電動送風機及びそれを搭載した電気掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】効率及び／又は静音性を向上させた電動送風機及びそれを搭載した電気掃除機を提供する。【解決手段】回転子及び固定子を備えた電動機と、回転自在に設けられた回転軸７と、回転軸の一端部に一体成形される前記回転子と、回転軸の他端部に取り付けられる回転翼１と、回転子と回転翼との間の回転軸に取り付けられる軸受とを、有し、軸受を内包する軸受カバーと、軸受カバーに一体成形されたハウジング８と、回転翼の電動機側に配置された仕切板２と、ハウジングの回転翼側に設けられ、回転翼を覆うファンケーシング３と、を備え、仕切板の外周側とハウジング間に円環流路４が形成され、ファンケーシングの外周部に２箇所以上の開口部６ａ、６ｂを備えた電動送風機。【選択図】図１（ｃ）

Description

本発明は、電動送風機及びそれを搭載した電気掃除機に関する。

関連する電気掃除機用の電動送風機として、特開２００１−２７１７９４号公報（特許文献１）が知られている。この特許文献１には、「ブラケットに覆われ、インペラを回転駆動するモータと、インペラ外周部に設けられ、表面に複数の静翼を有し、隣り合う静翼間で形成されるディフューザ部と、インペラを内包しブラケットに取り付けたファンケースを備え、インペラで発生させた気流によってモータの冷却を行う形態の電動機で、ファンケースの外周にはディフューザ部を通過した気流の一部を外気へ放出する複数のスリットを設け、スリットの総面積をＳ１、ブラケットに備えられた排気口の総面積をＳ２としたとき、Ｓ１≦Ｓ２となるように設定した電動送風機。」と記載されている。

特開２００１−２７１７９４号公報

電気掃除機はフィルタの目詰まりや、掃除対象の床の材質等、運転条件によって動作風量が大きく変化するため、広い風量範囲で吸引力が強い電動送風機が求められる。

また、強い吸引力を得ようとすると、羽根車による圧力変動によるピーク音の発生など騒音が悪化するため、強い吸引力と、低騒音を両立させた電動送風機が求められる。

特許文献１に記載の電動送風機は、電動機によって羽根車（インペラ）を回転させて空気の流れを作り出す。電動送風機の吸込口から流入した空気は、羽根車で昇圧及び増速され、羽根車の外周に配置したディフューザの羽根間で減速されることによって、ディフューザに流入した空気のもつ運動エネルギーが圧力エネルギーに変換され、さらに圧力が上昇される。

羽根付ディフューザは設計点風量において優れた圧力回復を行うことが出来るが、非設計点風量においては、ディフューザ羽根の入口角と空気流れのディフューザへの流入角の不一致によりディフューザ性能が低下する恐れがある。そのため、電気掃除機の吸引力も設計点風量付近で高いが、非設計点風量では低下する恐れがある。

コードレススティック型または所定の掃除領域（例えば、室内）を自律走行する自走式電機掃除機のように、電池（２次電池）で駆動する掃除機は、電動送風機の消費電力が小さく、最大風量も小さい。そのため、これらの掃除機に特許文献１の電動送風機を適用した場合、最大風量の低下によって、ごみ搬送能力が低下し、掃除機の吸引力が低下する課題があった。

本発明の目的は、上記課題を解決するものであって、電動送風機の軸受やモータを効率良く冷却させ、かつ、電動送風機の効率向上と、広い風量域において高効率な小型軽量の電動送風機を提供すると共に、広い風量域において吸引力を向上し、さらに、騒音を低く抑えた小型の電気掃除機や、自走式の電気掃除機を提供することにある。

上記事情に鑑みてなされた本発明は、回転子及び固定子を備えた電動機と、回転自在に設けられた回転軸と、該回転軸の一端部に一体成形される前記回転子と、前記回転軸の他端部に取り付けられる回転翼と、前記回転子と前記回転翼との間の前記回転軸に取り付けられる軸受とを、有し、該軸受を内包する軸受カバーと、該軸受カバーに一体成形されたハウジングと、前記回転翼の前記電動機側に配置された仕切板と、前記ハウジングの前記回転翼側に設けられ、前記回転翼を覆うファンケーシングと、を備え、前記仕切板の外周側と前記ハウジング間に円環流路が形成され、前記ファンケーシングの外周部に２箇所以上の開口部を備えた電動送風機である。

本発明の実施形態における電動送風機の外観図である。 電動送風機の縦断面図である。 図１（ｂ）のＡ-Ａ断面図である。 電動送風機の斜視図である。 本発明の実施形態における遠心羽根車の斜視図である。 ）遠心羽根車の縦断面図である。 本発明の実施形態におけるファンケーシングの斜視図である。 ファンケーシングの平面図である。 本発明の実施形態におけるファンケーシング内部の圧力分布である。 本発明の実施形態におけるファンケーシングの開口部端部を斜めにした際の開口部近傍における圧力のイメージ図である。 本発明の実施形態における二つのファンケーシングの開口部端部の圧力が逆位相になるように、開口部端部を形成した際の、開口部端部近傍における圧力のイメージ図である。 本発明の実施形態における二つのファンケーシングの開口部端部近傍に貫通穴を設けた際の、開口部端部近傍における圧力のイメージ図である。 本発明の実施形態における送風機部の流れを示す説明図で、送風機部を拡大した縦断面図である。 本発明の実施形態におけるハウジングの斜視図である。 本発明の実施形態におけるハウジングの背面図である。 図７（ａ）のＦ−Ｆ線での断面図である。 図６（ａ）のＧ−Ｇ線での断面図である。 実施形態における電動送風機が適用される自走式電気掃除機の外観斜視図である。 実施形態における電動送風機が適用される自走式電気掃除機の底面図である。 図９（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 図９（ａ）のＨ−Ｈ断面図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照し説明する。実施形態において、回転翼は遠心羽根車を用いて説明する。

＜実施形態＞
電動送風機２００について、図１（ａ）に示す電動送風機の外観図と、図１（ｂ）に示す電動送風機の縦断面図、図１（ｃ）に示す円環流路部の模式図、図１（ｄ）に示す電動送風機の斜視図を参照して説明する。この電動送風機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、回転翼である遠心羽根車１と、遠心羽根車１の裏面である電動機部２０２側に仕切板２が配置され、遠心羽根車１、仕切板２を収納する樹脂製のファンケーシング３で構成される。仕切板２は円板状で、ハウジング８の内面と仕切板２の外径で電動機部２０２に空気を流入させる円環状の流路４（以下、円環流路４と呼ぶ）（図１（ｃ）斜線部）が形成されている。遠心羽根車１とファンケーシング３の内周間で羽根無しディフューザを形成している。

また、ファンケーシング３とハウジング８の間には、エラストマー等の弾性体からできた防振部材５０１が挟まれている。ファンケーシング３の上面には空気吸込口５が設けられ、ファンケーシング３の外周部３４には、遠心羽根車１から流出した空気の一部を排気するように二つの開口部ｄである、開口部Ａ６ａ、開口部Ｂ６ｂが設けられている。また、開口部付近には舌部Ａ５０２ａ、舌部Ｂ５０２ｂが設けられている。ファンケーシング３の外周部３４の内径は、開口部Ａ６ａ、開口部Ｂ６ｂの回転方向（図１（ｃ）に示す矢印）の上流側から遠心羽根車１から流出した空気の流れ方向に向かって徐々に大きくなっている。すなわち、開口部Ａ６ａ、開口部Ｂ６ｂの端部である開口端部から遠心羽根車１の回転方向に向かって内径は同じであるが、本実施形態では、点Ａを起点として、点Ａから開口端部６ｄまで内径が徐々に大きくなっている（図３（ｂ）参照。図３（ｂ）中、時計回り方向に進むと内径が徐々に大きくなっている）。なお、本実施形態においては、点Ａから、アルキメデスの螺旋形状を用いて径を徐々に大きくしている。

また、舌部Ａ５０２ａ、舌部Ｂ５０２ｂを設け、流路を狭くし開口部Ａ６ａ、開口部Ｂ６ｂへ、多くの空気が流れるようにしている。

遠心羽根車１は熱可塑性樹脂製で、中心に焼結部材５０３がインサート成型され、回転軸７に圧入されている。ここで、本実施形態では、回転翼である遠心羽根車１を回転軸７に圧入固定しているが、回転軸７の端部にねじを設け、遠心羽根車１を固定ナットを用いて固定しても良い。

電動機部２０２は、ハウジング８内に収納される回転軸７に固定されているロータコア９、及びハウジング８に固定されているステータコア１０から構成される。ステータコア１０の周りには、ステータ巻線１１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２００に備わる駆動用回路（図９、図１１参照）に電気的に接続される。

ロータコア９は、回転軸７における遠心羽根車１が固定されている端部と逆側の端部に形成されており、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や、ネオジム磁石等を用いることができる。なお、ロータコア９は回転軸７にスペーサ５０４を介し、圧入されている。また、本実施形態ではロータコア９に永久磁石を用いているが、これに囚われることがなく、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良い。

遠心羽根車１とロータコア９の間には軸受１２、１３を備え、回転軸７を回転自在に支持している。軸受１２と軸受１３の間には、圧縮された状態でばね１４が配置され、軸受１２、軸受１３に予圧を付与している。軸受１２、１３と、ばね１４は軸受カバー１５に内包されている。ハウジング８は合成樹脂製であり、軸受カバー１５を固定する支持部１６を有している。軸受カバー１５は非磁性金属材料製で、樹脂製ハウジング８とインサート成形によって一体化される。なお、軸受カバー１５はアルミニウム合金や、焼結金属などの熱伝導率の高い材料が望ましい。

樹脂製ハウジング８の支持部１６の端部には、回転軸方向に延在するねじ穴１７が形成されている。ねじ穴１７には固定ねじ１８が螺合可能で、固定ねじ１８の螺合によって仕切板２が樹脂製ハウジング８に固定設置されている。

ハウジング８の半径方向内周面と仕切板２の外周面との間で、円環流路４を形成している。仕切板２を遠心羽根車１の裏面である電動機部２０２側に設置することで、遠心羽根車１による電動機部２０２内の空気流れの乱れを抑制することで電動機部２０２の流路損失の増加を抑え、また遠心羽根車１の円板摩擦損失を低減することができる。

本実施形態では、遠心羽根車１の外径と仕切板２の外径を同じにしているが、仕切板２の外径を遠心羽根車１の外径よりも大きくすることで、仕切板２とファンケーシング３間で羽根無しディフューザとして効果が増加するため、送風機効率を向上させることができる。

ハウジング８には、ハウジング８内に空気が流れ込むように開口１９と、電動送風機２００の外部に空気を排出する排気口２０が設けられている。ハウジング８の端部に配置されるステータコア１０は、固定ねじ２１によってハウジング８に固定されている。

円環流路４（図１（ｃ）中、格子模様でハッチングした部分）の面積は、ファンケーシング３の開口部Ａ６ａ、開口部Ｂ６ｂを合わせた面積よりも大きくなるように仕切板２の外径を設定している。円環流路４は、仕切板２の外周面からハウジング８の内周面までの部分であり、円還流路４の面積はその部分の面積である。ファンケーシング３の開口部Ａ６ａ、開口部Ｂ６ｂの面積は、開口端部６ｃから開口端部６ｄまでの略弧状の部分の面積である。

これにより、ファンケーシング３の開口部Ａ６ａ、開口部Ｂ６ｂから流出する空気量よりも円環流路４に流れる空気量を多くすることができ、電動機２０２部を冷却することができる。また、遠心羽根車１から流出した空気の一部をファンケーシング３の開口部Ａ６ａ、開口部Ｂ６ｂから排出しているため、円環流路４に流入する空気の量が少なくなり、円環流路４での流速の増加を抑えることができる。さらに、遠心羽根車１から流出した空気は、円環流路４で回転軸方向に曲げられるが、円環流路４の面積を大きくしているため、円環流路部での損失を低減することができる。このように、ファンケーシング３の小型化と、円環流路部での損失増加の抑制を両立できる。

更に、舌部Ａ５０２ａ、舌部Ｂ５０２ｂを設けることで、旋回流５０５を減らすことで、損失を低減させることができる。舌部Ａ５０２ａ、舌部Ｂ５０２ｂはそれぞれ、径方向に延在し、開口部Ａ６ａ，Ｂ６ｂ及び円環流路４の一部を跨ぐように設けられている。

次に、電動送風機２００内における空気の流れを説明する。電動機部２０２を駆動して回転翼である遠心羽根車１を回転させると、ファンケーシング３の空気吸込口５から空気が流入し、遠心羽根車１内に流入する。流入した空気は遠心羽根車１内で昇圧及び増速され、遠心羽根車１の外周から流出される。遠心羽根車１とファンケーシング３の内周間は、羽根無しディフューザとして作用する。遠心羽根車１から流出した空気流の一部は、ファンケーシング３の開口部６から外部に流出し、残りの空気流はファンケーシング３の内周面と仕切板２の外周面で形成される円環流路４から電動機部２０２に流入する。

電動機部２０２に流入した空気は、ハウジング８の開口１９からハウジング８内部に流入する。この流入空気により軸受カバー１５が冷却され、軸受カバー１５を介して軸受１２、１３が冷却され、また一部の空気はロータコア９、ステータコア１０、ステータ巻線１１を冷却して外部へ排出する。これによって、ハウジング８内の電動機部２０２が冷却される。ハウジング８に流入した空気流の一部は、ロータコア９、ステータコア１０、ステータ巻線１１を冷却せずにハウジング８の排気口２０から外部へ排出する。これにより、電動機部２０２での曲がり損失が低減でき、電動送風機効率が向上する。

次に、本実施形態の送風機部２０１を図２から図４を用い説明する。図２（ａ）は実施形態の遠心羽根車の斜視図で、図２（ｂ）は遠心羽根車の断面図、図３（ａ）は実施形態によるファンケーシング３の斜視図で、図３（ｂ）はファンケーシング３の平面図、図４は実施形態におけるファンケーシング３と遠心羽根車１で発生する圧力分布、図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）は本発明の実施形態による遠心羽根車１で発生する圧力を現した図(イメージ図)。図６は実施形態における送風機部の流れを示す説明図で、送風機部の拡大断面図である。

先ず図２を用い、本発明に係る一実施形態における回転翼である遠心羽根車１について説明する。本発明に係る一実施形態の遠心羽根車１は、シュラウド板２５と、ハブ板２６と複数枚の羽根２７から構成されている。ハブ板２６と羽根２７は熱可塑性樹脂で一体成形されている。熱可塑性樹脂製のシュラウド板２５は、中央部に空気を吸い込む円環状の吸込開口２８が形成されている。

シュラウド板２５の流路面側には、羽根２７と対応する位置に凹状溝２９が形成され、外径側まで延設されている。ハブ板２６の中央には、凸形状のボス３０が形成されている。ボス３０には回転軸７が挿入固定させる焼結部材５０３一体成形されている。焼結部材５０３の先端は６角形の形状としている。これにより、各部品を組み立て電動送風機２００とした時に遠心羽根車１を手や工具を用い、簡単に回転させることができ、回転の初期異常の有無などの検査を行える。

なお、本実施形態ではハブ板２６と焼結部材５０３を一体成形としているが、これに囚われることがなく、ハブ板２６と焼結部材５０３を圧入固定してしても良い。また、焼結部材５０３の端部は６角形の形状としているが、これに囚われることはなく、２面形状や、円筒形状としても良い。

ハブ板２６と一体成形されている羽根２７は周方向に等間隔で設置されており、内径側から径方向外側に向かうにつれ、回転方向に後退した羽根形状を有する。ボス３０は軸方向から径方向に向かうように曲面が形成されている。羽根２７の上面には突起状の爪と溶着用のリブが形成されている。羽根２７の突起状の爪とシュラウド板２５の凹状溝２９と羽根２７を係合させ、爪及び溶着リブを溶着加工により接合することで遠心羽根車１が形成される。

溶着リブは凹状溝２９内で溶融するため、溶着リブの体積を凹部溝２９に羽根２７が挿入された際の隙間の体積よりも小さくしている。つまり、溶融した樹脂材が遠心羽根車１の流路内にはみ出すことを抑制できる。また、羽根２７の溶着リブが溶融し、シュラウド板２５と溶着されているため、羽根２７間での漏れ流れを防止することができる。

なお、ハブ板２６の羽根２７の裏面側の外周には凸部２６ａが設けられており、遠心羽根車１を回転させて凸部２６ａを削ることで、バランス修正を行うことができる。これにより、遠心羽根車１のアンバランス量を小さくでき、振動や騒音の低減を図ることができる。

次に図３、図1（ｃ）、図６を用い、本発明に係る一実施形態のファンケーシング３について説明する。本発明に係る一実施形態におけるファンケーシング３は、回転翼である遠心羽根車１を外方から覆っており、平面視で円形状の上板部３２と、上板部３２の周縁部に連続して軸方向に延在する曲面部３３を有し、曲面部３３から延在する略円環状の外周部３４とを備えている。外周部３４には開口部Ａ６ａ、開口部Ｂ６ｂが設けられている。また、開口部端部６ｄには、舌部Ａ５０２ａ、舌部Ｂ５０２ｂが設けられており、流路が絞られている。

ファンケーシング３の外周部３４の内径は、起点Ａを電気掃除機本体のもっとも寸法を小さくする箇所に二箇所設け、(本実施形態では、上下)とし、点Ａから上流側の約１／４の流路範囲Ｂのファンケーシング３の内半径ｒ１は同じであるが、点Ａから開口部６の端部である開口端部６ｄまでの範囲Ｃのファンケーシング３の内半径ｒ２は徐々に大きくなっている。すなわち、ファンケーシング３の内半径はｒ１＜ｒ２となっている。ファンケーシング３の内径を点Ａから開口端部６ｂに向かって半径ｒ２を徐々に大きくしている。

また、ファンケーシング３に設けている舌部Ａ５０２ａ、舌部Ｂ５０２ｂの外周壁５０６は羽根車１の接線角度が１０度〜２５度の間とし、羽根車１から発生する風の向きと同じ角度になるように設定した。

このように、遠心羽根車１とファンケーシング３の内周面で形成している羽根無しディフューザ部で、遠心羽根車１から流出した空気の速度を低下させることができるので、運動エネルギーを圧力エネルギーに変換でき、送風機効率を向上させることができる。また、羽根無しディフューザのため、広い風量範囲で高い効率を得ることができる。さらに半径ｒ２を徐々に大きくしているが、電気掃除機本体の余裕のある方向へ開口部Ａ６ａ、開口部Ｂ６ｂを設けることができるため、小型化と高効率化の両立を図ることができる。

更に、舌部Ａ５０２ａ、舌部Ｂ５０２ｂにより、流路が狭まることから、ファンケーシング３内を旋回する旋回流５０５が開口部Ａ６ａ、開口部Ｂ６ｂから排出される。また、排出される際も、遠心羽根車１から排出される風と、舌部Ａ５０２ａ、舌部Ｂ５０２ｂの外周壁５０６の角度が同じことから抵抗にならず、効率よく排出が可能である。その結果ファンケーシング３内の圧力が高くならず、空気取り込み口５より新しい空気が入りやすくなる。このように、舌部Ａ５０２ａ、舌部Ｂ５０２ｂを設けることにより、効率を高めることができる。

本実施形態では開口部Ａ６ａ、開口部Ｂ６ｂに箇所で外周部３４の全周の略１／６が二箇所、即ち略１／３の範囲が開口している。この開口部Ａ６ａ、開口部Ｂ６ｂの面積は、ハウジング８の内面と仕切板２の外周との間で形成される円環流路４の面積よりも小さくなるように開口部６の面積を設定している。これにより、ファンケーシング３の開口部Ａ６ａ、開口部Ｂ６ｂから流出する空気量よりも円環流路４に流れる空気の量を同等又は、多くすることができ、電動機２０２部を十分に冷却することができ、さらに開口部Ａ６ａ、開口部Ｂ６ｂから遠心羽根車１から流出した空気の一部を排出しているため、円環流路４での流速の増加、すなわち円環流路部での損失が増加するのを抑制することができ送風機効率を向上させることができる。

遠心羽根車１が回転することで、翼通過周波数騒音（回転周波数×インペラ羽根枚数）や、空気が流れることにより発生する流体騒音は、開口部Ａ６ａ、開口部Ｂ６ｂから放出する。本実施形態での開口部Ａ６ａ、開口部Ｂ６ｂは、外周部３４の全周の略１／６を二箇所に設けてているため、電気掃除機に搭載した場合、二方向からの放射音について静音構造をとることで効果的に騒音を下げることができる。すなわち、電気掃除機本体での吸音材などを少なくすることができ、電気掃除機の低コスト化につながる。

ファンケーシング３はハウジング８と防振部材５０１を介し固定される。この際、防振部材５０１の固有振動数がモータの固有振動数に対し小さくなる材質を選択することで、モータの振動を防振可能としている。ファンケーシング３の上板部３２の中央に空気吸込口５が設けられている。空気吸込口５よりも外径側には凹部３５が設けられ、凹部３５内に遠心羽根車１の吸込開口２８が配置される。ファンケーシング３と遠心羽根車１の吸込開口２８の先端は小さな隙間を有するように遠心羽根車１が配置され、遠心羽根車１で昇圧された空気が遠心羽根車１の吸込開口２８側へ循環する空気量を小さくする構造を有している。なお、凹部３５内にシール部材を配設することで、シール効果を高めることができ、送風機効率をさらに向上させることができる。

ここで、翼通過周波数騒音は、図４に示すように遠心羽根車１の羽根２７で発生した圧力が、開口部Ａ６ａ、開口部Ｂ６ｂの開口部端部６ｄと干渉することにより発生する。

本実施形態では、ファンケーシング３に設けた開口部Ａ６ａ、開口部Ｂ６ｂの開口端部６ｄは、側面方向から見て回転軸７に対して斜めに形成しており、これによって遠心羽根車１の羽根２７と開口端部６ｄの干渉によって発生する翼通過周波数騒音の位相差を生じさせることができるため、幅広い回転数範囲で翼通過周波数騒音を低減することができ、電気掃除機の低騒音化が図られる(図５（ａ）)。なお、本実施形態においては、図３（ｂ）に示すファンケーシング３のように、開口端部６ｄを幅方向（径方向）にも広げて更なる低騒音化を図っている。なお、ハブ側のほうが流速が早いため、ハブ側も幅を狭く、シュラウド側を広くしている。

また、本実施形態では、ファンケーシング３に設けた開口部Ａ６ａ、開口部Ｂ６ｂの開口端部６ｄと遠心羽根車１の羽根２７との位置関係は、開口部Ａ６が回転する際、交互に近づくように設定している。即ち、羽根２７と、開口部Ａ６ａの開口端部６ｄが最も近い位置関係にある場合（図１（ｃ））は、羽根２７と、開口部Ｂ６ｂの開口端部６ｄがこれより（好ましくは最も）遠くなるよう構成している。これにより、開口部Ａ６ａ、開口部Ｂ６ｂと遠心羽根車１の羽根２７で発生する翼通過周波数騒音に半周波数分の位相差を生じさせ、騒音を低減させている(図５（ｂ）)。

更に、図３ｂに示すようにファンケーシング３の舌部５０２ａ、５０２ｂ、周辺の下流側（本実施形態では最も圧力変動の大きい場所）へ貫通穴５０７を配置した。この貫通穴５０７を介し、ファンケーシング３の外側との流路ができることで、圧力が大きくなった際は、貫通穴５０７よりファンケーシング３内部の空気が排出され、圧力が減るとともに、圧力が小さくなった際は、貫通穴５０７を介しファンケーシング３外部の空気が流入することで圧力が増す。これにより、穴が節となりファンケーシング内の圧力変動が少なくなり、騒音を低減できる(図５（ｃ）)。なお、遠心羽根車１の外周において、最も大きい圧力差が発生するため、貫通穴５０７は、遠心羽根車の外径と同一もしくは外周に配置するのがよい。

また、図３（ａ），３（ｂ）に示すように、開口部６ｄの回転翼回転方向下流側端部（舌部５０２のように開口部の外縁を形成する壁）は、シュラウド側からハブ側に向かうにつれて下流側に向かうよう斜めに構成されている。シュラウド側よりハブ側において端部の幅（厚み）が減少する形状を有している。

次に図６、図１（ｃ）を用い、本実施形態の送風機部の流れを説明する。電動機を駆動して回転翼である遠心羽根車１を回転させるとファンケーシング３の空気吸込口５から遠心羽根車１に流入する。遠心羽根車１に流入した空気は、流入流れ３６のように回転軸７の方向から流入し、半径方向流れに転向する。以下、空気吸込口５から回転軸７の方向への流れを軸方向流れと呼ぶ。なお、遠心羽根車１内で昇圧及び増速された排気流は、遠心羽根車１から流出流れ３７となる。

流出流れ３７は旋回方向の流れ成分を有しており、ファンケーシング３の内面に当たって、旋回しながら軸方向流れに転向し、ハウジング８の内面と仕切板２の外周で形成される円環流路４からハウジング８に流入する。ファンケーシング３は曲面部３３を有しているため、スムーズに軸方向流れに転向することができ、損失を小さくすることができる。これによって、送風機効率を向上させることができる。また、羽根無しディフューザを用いているため、設計点風量以外の広い風量域で高い効率を得ることができる。

また、遠心羽根車１からの流出流れ３７の一部は、ファンケーシング３の開口部Ａ６ａ、開口部Ｂ６ｂから径方向に流れ外部に排気する（排気流れ３８）。
このように、遠心羽根車１からの流出流れ３７は軸方向流れと径方向へ広がる流れの排気流路構成となっている。なお、本実施形態においては遠心羽根車は斜流ファンとなっており、遠心羽根車より発生する流れは電動機側へ向かう成分も含まれており、これにより電動機を冷やす風の流れの損失を低減し、効率の向上を図っている。

次に本発明の実施形態における電動機部２０２を図７、図８を用い説明する。図７（ａ）は本発明による一実施形態のハウジングの斜視図で、図７（ｂ）は背面図で、図８（ａ）は図７（ａ）のＦ−Ｆ線での断面図で、図８（ｂ）は図７（ａ）のＧ−Ｇ線での断面図である。

ハウジング８は合成樹脂製であり、軸受１２、１３を内包する軸受カバー１５を固定する支持部１６を有している。支持部１６は略２重円筒状を呈しており、ハウジング８の前部の内側に位置している。支持部１６の内側の略円筒部１６ａに軸受カバー１５が固定されている。

樹脂製ハウジング８の支持部１６の端部には回転軸方向に延在するねじ穴１７が形成されている。ねじ穴１７には固定ねじ１８が螺合可能で、固定ねじ１８の螺合によって仕切板２がハウジング８に固定設置される。支持部１６の外周部はブリッジ３９によって、略円筒状のフレーム４０につながれている。フレーム４０のブリッジ３９がある端部にはステータコア１０を固定するねじ穴４１が設けられている。ねじ穴４１には固定ねじ２１が螺合可能で、固定ねじ２１の螺合によってステータコア１０がハウジング８に固定設置されている。

ハウジング８には、ハウジング８内に空気が流れ込むようにブリッジ３９間で形成される開口１９と、ロータコア９、ステータコア１０、ステータ巻線１１を冷却せずに直接外部に空気を排出する排気口２０が複数個設けている。

フレーム４０の内側は傾斜部４２が設けられている。ハウジング８の内面と仕切板２の外周で形成される円環流路４から流出した空気が、傾斜部４２によって開口１９に流入し易い構造となっており、開口１９から流入した空気は、軸受カバー１５に衝突する。軸受１２、１３で発生した熱は、金属材料で製作させている軸受カバー１５に熱伝導で伝わり、軸受カバー１５が冷却されることで軸受１２、１３が効果的に冷却される。

ハウジング８を樹脂製としても、軸受１２、１３で発生した熱を軸受カバー１５を介して効果的に放熱させることができ、軸受１２、１３を効果的に冷却可能であり、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８を樹脂製としているため、軽量化が可能となり、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１５と樹脂製ハウジング８をインサート成形で一体化しているが、樹脂製ハウジング８に軸受カバー１５を圧入しても良い。

以上説明した本実施形態の電動送風機２００によれば、ハウジング８の内面と仕切板２の外周との間の円環流路４の面積は、ファンケーシング３の開口部６の面積よりも大きくなるように仕切板２の外径を設定しているため、ファンケーシング３の開口部Ａ６ａ、開口部Ｂ６ｂから流出する空気量よりも円環流路４に流れる空気の量を多くすることができ、電動機２０２部を冷却することができる。また、遠心羽根車１から流出した空気の一部をファンケーシング３の開口部６から排出しているため、円環流路４に流入する空気の量が少なくなり、円環流路部での流速の増加、すなわち円環流路部での損失が増加するのを抑制することができる。さらに、仕切板２とファンケーシング３間は、羽根無しディフューザとして作用するため、広い風量範囲で送風機効率を向上させることができる。これにより、広い風量域において高効率な小型軽量の電動送風機を得ることができる。

更に、仕切板２を遠心羽根車１の裏面の電動機部２０２側に設置することで、遠心羽根車１による電動機部２０２内の空気流れの乱れを抑制すことで電動機部２０２の流路損失の増加を抑え、また遠心羽根車１の円板摩擦損失を低減することができ、送風機効率を向上させることができる。

更に、舌部Ａ５０２ａ、舌部Ｂ５０２ｂを設けることにより、ファンケーシング３内を旋回する旋回流５０５を、効率よく排出が可能となり、その結果ファンケーシング３内へ空気取り込み口５より新しい空気が入りやすくなり、効率を高めることができる。
また、ファンケーシング３の開口部Ａ６ａ、開口部Ｂ６ｂの開口部端部６ｄを回転軸７に対して斜めに形成すること、開口部Ａ６ａ、開口部Ｂ６ｂの開口部端部６ｄと遠心羽根車により発生する圧力の干渉を半位相ずらすこと及び、舌部周辺へ貫通穴５０７と設けることにより翼通過周波数騒音を低減することができる。

次に図９、図１０及び図１１により、本発明の一実施形態に係る自走式電気掃除機４００について説明する。なお、自走式電気掃除機４００（図１０（ａ）参照）が進行する向きのうち、サイドブラシ４０１を設けた側を前方、鉛直上向きを上方、駆動輪４０９（図１０（ｂ）参照）が対向する方向を左方及び右方とする。すなわち、図１０及び図１１に示す様に前後、上下、左右を定義する。

図９（ａ）は自走式電気掃除機４００の上方からの外観斜視図であり、図９（ｂ）は底面図である。図９において、自走式電気掃除機４００は、上壁（及び一部の側壁）である上ケース４０２と、底壁（及び一部の側壁）である下ケース４０３と、前部に設置されるバンパ４０４とを含んで構成される。自走式電気掃除機４００の上面には、集塵室４０５とこれを取り外すためのハンドル４０６が設けられている。上ケース４０２には、操作ボタン４０７と掃除モード等を表示する表示パネル４０８が配置されている。図９（ｂ）に示すように、下ケース４０３の中央付近の左右両側に駆動輪４０９と、駆動輪４０９を駆動するための駆動機構部４１０が形成されている。下ケース４０３の前側には、サイドブラシ４０１と、補助輪４１１が形成されている。また、下ケース４０３の後側には、吸口部４１２が形成されている。

サイドブラシ４０１は、自走式電気掃除機４００の本体よりも外側にある部屋の隅などの塵埃を吸口部４１２に導くブラシであり、その一部が平面視で自走式電気掃除機４００の本体から露出している。サイドブラシ４０１は、平面視において１２０°間隔で放射状に延びる３束の刷毛を有し、下ケース４０３の前方左右に配置されている。サイドブラシ４０１は、サイドブラシモータ（図示せず）が駆動することで、サイドブラシ４０１が内側に向けて（図９（ｂ）に付した矢印の方向）回転し、吸引部４１２に塵埃を掻き集めるようになっている。

補助輪４１１は、自走式電気掃除機４００を床面から所定高さで保ちつつ自走式電気掃除機４００を円滑に移動させるための補助的な車輪である。補助輪４１１は、自走式電気掃除機４００の移動に伴い床面との間で生じる摩擦力によって従動回転するように軸支され、向きが水平方向に３６０°回転自在に構成されている。

下ケース４０３の中心より後側には、吸口部４１２が形成せれている。吸口部４１２は、吸引口４１３が形成されるとともに、掻取りブラシ４１４、回転ブラシ４１５を収容する部材である。掻取ブラシ４１４は表面の一部又は全面に植毛を備え、床面から０．５ｍｍ程度浮かせ吸口部４１２に支持されている。

回転ブラシ４１５は円筒形であり、回転ブラシモータ（図示せず）により回転可能で、かつ取り外しが可能に吸口部４１２に支持されている。回転ブラシ４１５は、複数の植毛を備えている。回転ブラシ４１５の植毛は、長さが異なる植毛、硬さが異なる植毛など複数種類の植毛を備え、各植毛が回転軸に対してらせん状に列をなす様に配設されている。

下ケース４０３の中央部には、電動送風機２００（図１１参照）からの排気空気の一部を外部に排気する複数の排気口４１６が設けられている。排気口４１６は吸口部４１２側に空気が流れるように斜めに形成され、排気口４１６の上側に電動送風機２００（図１１参照）が配置されている。電動送風機２００のファンケーシング３は、開口部Ａ６ａ、開口部Ｂ６ｂが、本体に対し、スペースのある左右に配置され、また、ファンケーシング３の内径が大きくなり始める起点Ａは最も寸法の小さい本体上下方向になるよう、電気掃除機４００に実装することにより、ファンケーシング３の外径は電気掃除機４００の高さ方向に広げずに実装できるので寸法の拡大を抑制することができる（図１０）。

また、電動送風機２００からの排気空気の一部は、制御装置４２１（図１１）、電池ユニット４１９（図１１）を冷却し、排気口４１６と、駆動機構部４１０から外部に排気される。

下ケースに４０３の前後左右４カ所に、床面用測距センサ４１７が設置されている。床面用測距センサ４１７によって階段等の大きな段差を検知することで、自走式電気掃除機４００の落下（階段などからの）を防止することができる。

次に、図９（ａ）に示す自走式電気掃除機４００における掃除機本体を模式的に示した断面図を用いて、自走式電機掃除機本体４００について説明する。自走式電機掃除機本体４００の内部の略中央部には、電動送風機２００（図１参照）が配置されている。電動送風機２００から見て空気の流れの上流側には集塵フィルタ４１８、集塵室４０５が配置され、吸引部４１２に接続されている。電動送風機２００の電動機側（自走式電気掃除機４００の前側）には、電池ユニット４１９が配置され、内部に電池（２次電池）４２０が収納されている。電池ユニット４１９の上部には、制御装置４２１が配置されている。電池４２０からの電力は、電動送風機２００、各センサ類、各モータ、各駆動装置、及び制御装置４２１に供給される。

電動送風機２００のファンケーシング３に設けられた開口部Ａ６ａ、開口部Ｂ６ｂは、本体に対し、スペースのある左右に配置され、また、ファンケーシング３の内径が大きくなり始める起点Ａは最も寸法の小さい本体上下方向に配置されている。。開口部６からの排気流が電動送風機収納ケース４２２を介して、排気口４１６から床面に排気されるようになっている。また、電動送風機２００の排気口２０から排気された空気は、制御装置４２１、電池ユニット４１９を冷却し、自走式電気掃除機４００の排気口４１６や、駆動機構部４１０から外部に排気される。

下ケース４０３の排気口４１６から排気された空気は、下ケース４０３に配置された吸口部４１２側に流れるため、サイドブラシ４０１で掻き集められた塵埃を吸口部４１２側に搬送するように作用する。そのため、自走式電気掃除機４００の集塵性能が向上する。

また、下ケース４０３に床面に向けた排気口４１６を設けているため、電動送風機２００から発生する騒音が床面側に放出されるので、室内に居る使用者にとって騒音を抑制できる。電動送風機２００の開口部Ａ６ａ、開口部Ｂ６ｂを側面に配置しているため、開口部Ａ６ａ、開口部Ｂ６ｂ放射される騒音は電動送風機収納ケース４２２、上ケース４０２との２重の壁で覆われているので、電動送風機２００から放射する騒音が遮音される。また、電動送風機２００の開口部６から下ケース４０３の排気口４１６までの流路長さを長くすることができるので音のエネルギーが減衰するため騒音を低減できる。

電動送風機２００を自走式の電気掃除機に搭載することで、電気掃除機の信頼性が高く小型軽量化を行うことができ、低騒音で広い風量域において吸引力を向上させることができる。

また、キャニスター型の電気掃除機や、スティック型の電気掃除機に本発明の電動送風機を組み込んでも同様の効果を得ることができる。なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分りやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部については、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１ 遠心羽根車
２ 仕切板
３ ファンケーシング
４ 流路(円環流路)
５ 空気取り込み口
６ａ 開口部Ａ
６ｂ 開口部Ｂ
６ｃ 開口部端部
６ｄ 開口部端部
７ 回転軸
８ ハウジング
９ ロータコア
１０ ステータコア
１１ ステータ巻線
１２ 軸受け
１３ 軸受け
１４ ばね
１５ 軸受けカバー
１６ 支持部
１７ ねじ穴
１８ 固定ねじ
１９ 開口
２０ 排気口
２３ 取り付け穴
２４ シュラウド板
２５ ハブ板
２６ａ 凸部
２７ 羽根
２８ 吸込開口
２９ 凹状溝
３０ ボス
３２ 上板部
３３ 曲面部
３４ 外周部
３５ 凹部
３６ 流入流れ
３７ 流出流れ
３８ 排気流れ
３９ ブリッジ
４０ フレーム
４１ ねじ穴
４２ 傾斜部
２００ 電動送風機
２０１ 送風機部
２０２ 電動機部
４００ 自走式電気掃除機
４０１ サイドブラシ
４０３ シタケース
４０４ バンパ
４０５ 集塵室
４０６ ハンドル
４０７ 操作ボタン
４０８ 表示パネル
４０９ 駆動輪
４１０ 駆動機構
４１１ 補助輪
４１２ 吸込部
４１３ 吸引口
４１４ 掻取りブラシ
４１５ 回転ブラシ
４１６ 排気口
４１７ 床用測距センサ
４１８ 集塵フィルタ
４１９ 電池ユニット
４２０ 電池
４２１ 制御ユニット
４２２ 電動送風機収納ケース
５０１ 防振部材
５０２ａ 舌部Ａ
５０２ｂ 舌部Ｂ
５０３ 焼結部材
５０４ スペーサ
５０５ 旋回流
５０６ 舌部外周壁
５０７ 貫通穴

Claims (7)

1. 回転子及び固定子を備えた電動機と、
   回転自在に設けられた回転軸と、
   該回転軸の一端部に一体成形される前記回転子と、
   前記回転軸の他端部に取り付けられる回転翼と、
   前記回転子と前記回転翼との間の前記回転軸に取り付けられる軸受とを、有し、
   該軸受を内包する軸受カバーと、
   該軸受カバーに一体成形されたハウジングと、
   前記回転翼の前記電動機側に配置された仕切板と、
   前記ハウジングの前記回転翼側に設けられ、前記回転翼を覆うファンケーシングと、を備え、
   前記仕切板の外周側と前記ハウジング間に円環流路が形成され、
   前記ファンケーシングの外周部に２箇所以上の開口部を備えた電動送風機。
2. 前記開口部及び前記円環流路のそれぞれ一部を跨ぐように設けられている舌部を有し、
   前記ファンケーシングの外周部の内径は、前記回転翼の回転方向に向かって進むと、前記舌部から前記開口部にかけて徐々に大きくなることを特徴とする請求項１に記載の電動送風機。
3. 前記ファンケーシングの前記開口部における、前記回転翼回転方向下流側の端部は、ハブ側が前記回転翼回転方向下流側に位置すると共に、
   シュラウド側が前記回転翼回転方向上流側に位置するように角度をつけたことを特徴とする請求項１又は２記載の電動送風機。
4. 前記ファンケーシングの前記開口部の前記回転翼回転方向下流側の端部は、ハブ方向の幅の方がシュラウド方向の幅より小さいことを特徴とする請求項１乃至３何れか一項に記載の電動送風機。
5. 前記ファンケーシングの、前記回転翼のシュラウド側と対向する面に１つ又は複数の貫通穴を設け、
   該貫通孔は、前記ファンケーシングの前記開口部における、前記回転翼回転方向下流側の端部より下流側の周辺に位置することを特徴とした請求項１乃至３何れか一項に記載の電動送風機。
6. 前記貫通穴は前期回転翼の直径よりも外周側に設けたことを特徴とする請求項５に記載の電動送風機。
7. 請求項１乃至６何れか一項に記載の電動送風機を搭載した電気掃除機。

Images