JP2019143479A - 電動送風機および電気掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】シャフトと遠心ファンとの接着不良を抑制しつつ、ファン翼の設計可能範囲を広げることができる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】電動送風機は、シャフト26を備えた電動機を有する。電動送風機は、シャフト26に接着剤により固定されてこのシャフト26とともに回転される遠心ファン14を有する。遠心ファン14は、ファン本体部51と、固定部52と、接着剤の空気抜き用の溝部53とを備える。ファン本体部51は、電動機とは反対側にファン翼55を有する。固定部52は、ファン本体部51の電動機側に設けられ、シャフト26の一端部が挿入されて突き当てられる。溝部53は、固定部52にてシャフト26の周囲に設けられる。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、電動機の回転軸に接着剤により固定されてこの回転軸とともに回転されるファンを有する電動送風機およびこれを備えた電気掃除機に関する。

従来、例えば電気掃除機などに用いられる電動送風機は、電動機と、この電動機の出力軸である回転軸に取り付けられたファンとを備えている。

ファンには、中央部に円筒状の受け部が設けられており、回転軸は、この受け部内に設けられた段差に突き当てられることで容易に位置決めされて、さらに流体状の接着剤によって受け部に固定される。このとき、接着部に溜まった空気による接着不良を抑制するために、回転軸の先端側の位置にて受け部に、ファンを貫通して空気の排出用の孔部を設けることがある。しかしながら、この場合には、ファンの中央部に孔部が位置することとなり、ファンの中央部をファン翼などの風路設計に利用することができない。

特開２０１６−８３３６０号公報

本発明が解決しようとする課題は、回転軸とファンとの接着不良を抑制しつつ、ファン翼の設計可能範囲を広げることができる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である。

実施形態の電動送風機は、回転軸を備えた電動機を有する。また、この電動送風機は、回転軸に接着剤により固定されてこの回転軸とともに回転されるファンを有する。ファンは、ファン本体部と、突き当て部と、接着剤の空気抜き用の空気抜き部とを備える。ファン本体部は、電動機とは反対側にファン翼を有する。突き当て部は、ファン本体部の電動機側に設けられ、回転軸の一端部が挿入されて突き当てられる。空気抜き部は、突き当て部にて回転軸の周囲に設けられる。

第１の実施形態の電動送風機の一部を電動機側から示す斜視図である。 (a)は同上電動送風機の一部を拡大して示す断面図、(b)は同上電動送風機のファンを電動機とは反対側から示す平面図である。 同上電動送風機の分解斜視図である。 同上電動送風機の断面図である。 同上電動送風機を備えた電気掃除機を示す斜視図である。 第２の実施形態の電動送風機の一部を電動機側から示す斜視図である。

以下、第１の実施形態の構成を、図面を参照して説明する。

図３および図４において、11は電動送風機を示す。この電動送風機11は、電動機13を備える。また、この電動送風機11は、ファンである遠心ファン14を備える。さらに、この電動送風機11は、整流体(整流板)であるディフューザ15を備える。また、この電動送風機11は、ファンカバー16を備える。そして、この電動送風機11(電動機13)は、図示されない制御回路により駆動が制御される。

電動機13は、整流子モータでもブラシレスモータでもよいが、本実施形態においては、単相４極のブラシレスモータである。そして、この電動機13は、ロータ21を備えている。また、この電動機13は、ステータ22を備えている。さらに、この電動機13は、センサ基板23を備えている。また、この電動機13は、フレーム24を備えている。なお、以下、電動送風機11の軸方向の電動機13側を後方向(図４などに示す矢印RR側)、遠心ファン14側を前方向(図４などに示す矢印FR側)として説明する。

ロータ21は、回転磁極を形成するものである。このロータ21は、本実施形態では永久磁石型ロータであるが、電動機13が整流子モータである場合には巻線型ロータでもよい。このロータ21は、シャフト26を備えている。また、このロータ21は、磁石部27を備えている。さらに、このロータ21は、少なくとも１つのスリーブ28を備えていてもよい。そして、このロータ21は、一対のベアリング30を介してフレーム24に対して回転自在に保持されている。

シャフト26は、電動機13の出力軸となる回転軸である。すなわち、シャフト(回転軸)26は、電動機13によって生み出される回転を外部に伝える棒状の部材である。このシャフト26は、例えば細長い円柱状に設けられている。また、このシャフト26には、遠心ファン14が固定されている。具体的に、このシャフト26には、フレーム24から突出した前端側に遠心ファン14が接着剤により固定されている。

磁石部27は、円筒状に形成され、中央部にシャフト26が固着されている。この磁石部27には、回転方向(周方向)に互いに異なる極性を有する磁極(回転磁極)が隣接して形成されている。したがって、この磁石部27には、回転方向にＮ極とＳ極とが順次交互に配置されて対をなしている。

スリーブ28は、本実施形態では一対備えられ、磁石部27の前端部および後端部に隣接してシャフト26に固定されている。なお、このスリーブ28は、必須の構成ではない。

ベアリング30は、シャフト26の一端側および他端側に取り付けられており、フレーム24にそれぞれ固定されて、ロータ21をフレーム24に対して回転自在に保持するようになっている。

ステータ22は、ロータ21を回転させる固定磁極を構成するものである。このステータ22は、ステータコア33を備えている。また、このステータ22は、絶縁体であるステータ絶縁34を備えている。さらに、このステータ22は、コイル35を備えている。また、このステータ22は、端子36を備えている。そして、このステータ22は、ロータ21の周囲に位置するステータコア33に対してコイル35および端子36がステータ絶縁34により絶縁されて配置され、コイル35によって固定磁極が形成されているとともに、各コイル35が端子36によって制御回路と電気的に接続されている。

センサ基板23は、ロータ21(磁石部27)の磁極の極性を検出することによってロータ21の回転位置(回転角度)を検出するもので、例えばホールＩＣなどを備えている。このセンサ基板23は、例えばＣ字状に形成され、ロータ21の磁石部27の外周に沿って配置されている。また、このセンサ基板23は、例えばステータ22の後側に重ねられ、例えばねじなどの基板固定部材39によりステータ絶縁34に固定されている。

フレーム24は、例えばアルミニウム、あるいはマグネシウムなどの、軽量で、かつ、導電性を有する金属部材により形成されている。このフレーム24は、本実施形態において、例えば一のフレーム体41と、他のフレーム体42とを備えているが、この構成に限定されるものではない。そして、このフレーム24は、これら一および他のフレーム体41，42が固定部材であるねじ43により互いに前後に固定されることにより、ロータ21、ステータ22およびセンサ基板23を前後から挟み込んで収容するように構成されている。そして、一のフレーム体41は、ロータ21、ステータ22およびセンサ基板23に対して前側に位置するものである。一のフレーム体41は、ディフューザ15に対向して開口されたフレーム吸気開口部45を備えている。また、この一のフレーム体41は、電動機13とディフューザ15とを前後方向に固定するためのねじなどの固定体47が螺合される丸孔状の螺合孔48が設けられている。また、他のフレーム体42には、フレーム排気開口部49がそれぞれ区画される。これらフレーム排気開口部49は、電動機13内に流入した空気を外部へと排気するものである。

遠心ファン14は、シャフト26に固定されてこのシャフト26とともに電動機13により回転されることで空気を中心側から外周側へと押し出す(吹き出す)ターボファンである。この遠心ファン14は、図１、図２(a)、図２(b)、および、図４に示すように、ファン本体部51を備えている。また、この遠心ファン14は、突き当て部としての固定部52を備えている。さらに、この遠心ファン14は、空気抜き部としての溝部53を備えている。そして、この遠心ファン14は、例えばアルミニウムなどの金属により形成されている。

ファン本体部51は、電動機13側である後側から、前側に向かって徐々に縮径する、略円錐面状に形成されている。このファン本体部51は、電動機13とは反対側である正面側すなわち前側に、ファン翼55を備えている。

ファン翼55は、例えば複数設けられている。これらファン翼55は、ファン本体部51の周方向に均等に配置されている。すなわち、これらファン翼55は、ファン本体部51の周方向に略等間隔(略等角度毎)に配置されている。また、これらファン翼55は、ファン本体部51の中央部から周縁部へと、径方向に沿ってそれぞれ配置されているとともに、ファン本体部51の中央部から周縁部にかけて、ファン本体部51の周方向に徐々に湾曲している。

固定部52は、ファン本体部51の電動機13側(背面側)である後面側に設けられている。この固定部52は、シャフト26の一端部である前端部が後側から挿入されて突き当てられる。また、この固定部52は、円筒状に設けられ、ファン本体部51の中央部に、ファン本体部51と同軸に配置されている。すなわち、この固定部52は、円筒状の外壁部52aと、シャフト26の前端部が突き当たる当接部52bと、外壁部52aにより囲まれシャフト26の前端部が挿入される挿入口52cとを備えている。

外壁部52aは、ファン本体部51から後方に向かって、このファン本体部51と同軸状に突設されている。

当接部52bは、固定部52の底部(蓋部)を構成している。この当接部52bは、本実施形態において、孔部を備えない中実部となっている。すなわち、固定部52は、前側が当接部52bにより閉塞されている。換言すれば、固定部52の前側において、ファン本体部51にはこのファン本体部51を軸方向に貫通する孔部が設けられておらず、ファン翼55がファン本体部51の中央部まで延びて配置されている。すなわち、当接部52bの前側は、ファン本体部51の中央部側のファン翼55の一端部が位置するファン翼配置部58となっている。

挿入口52cは、シャフト26の外径寸法より僅かに大きい内径寸法を有する丸穴状に設けられている。この挿入口52cは、固定部52の先端側である後端側に開口されている。

溝部53は、シャフト26と固定部52(遠心ファン14)とを接着する接着剤の空気抜き用のものである。この溝部53は、固定部52にてシャフト26の周囲に設けられている。この溝部53は、固定部52の挿入口52cに連通し、前後方向に沿って、すなわち固定部52の軸方向に沿って長手状に設けられている。また、この溝部53は、複数設けられている。例えば本実施形態において、溝部53は、４つ設けられている。また、これら溝部53は、シャフト26の周囲に均等に配置されている。すなわち、溝部53は、シャフト26の周方向に略等間隔(略等角度毎)に配置されている。そして、これら溝部53は、固定部52の挿入口52cに対してそれぞれ放射状に配置されている。

ディフューザ15は、遠心ファン14により押し出された空気を整流して電動機13の内部へと流し込むものである。このディフューザ15は、取付開口部61を中央部に備えている。また、このディフューザ15は、固定孔部である通孔62を取付開口部61の両側に備えている。さらに、このディフューザ15は、整流翼63を外縁近傍に備えている。そして、このディフューザ15は、整流翼63，63間に、ディフューザ15を前後方向に貫通する風路部64を備えている。

ファンカバー16は、遠心ファン14の一部を覆ってディフューザ15に取り付けられている。このファンカバー16には、遠心ファン14の中央部を露出させる吸気口66が開口されている。

制御回路は、例えばインバータ回路を含むドライバと、このドライバを例えばＰＷＭ制御する制御部とを備え、各端子36およびセンサ基板23と電気的に接続されている。そして、この制御回路は、ドライバによってコイル35の巻線に流れる電流の向きや通電時間を制御することで、各コイル35を介してステータ22のステータコア33にそれぞれ生じさせる磁極を時間毎に切り換えるように構成されている。

そして、上記の電動送風機11および制御回路は、本実施形態において図５に示す電気掃除機71に備えられる。電気掃除機71は、掃除機本体72を備えている。また、この電気掃除機71は、集塵部73を備えている。この電気掃除機71としては、本実施形態では、例えば長手状の掃除機本体72に対して着脱可能な風路体74を備える長尺状のスティック型(ハンディ型)の電気掃除機とするが、例えばキャニスタ型などでもよいし、自律走行可能な自走式の電気掃除機でも好適に用いることができる。また、電気掃除機71は、塵埃を吸い込む吸引型の電気掃除機に限らず、塵埃を吹き飛ばすブロワなどでもよい。

掃除機本体72には、電動送風機11および制御回路が収容されている。また、この掃除機本体72には集塵部73が着脱可能となっている。

集塵部73は、電動送風機11の駆動により生じる負圧を利用して空気とともに吸い込んだ塵埃を空気から捕集する部分である。この集塵部73は、本実施形態において例えば塵埃を遠心分離するサイクロン集塵部が用いられるが、例えばフィルタにより塵埃を濾過捕集するものや、慣性を利用して塵埃を捕集するものなど、任意の構成とすることができる。電気掃除機71がブロワである場合、この集塵部73は不要となる。

風路体74は、電動送風機11の駆動により生じる負圧を床面などに作用させるものである。この風路体74は、必須の構成ではない。

次に、上記一実施形態の電動送風機11の組み立て手順を説明する。

この電動送風機11の組み立て手順は、概略として、ディフューザ15に一のフレーム体41を組み付け、この一のフレーム体41に、それぞれ組み立てたステータ22およびロータ21を組み付け、センサ基板23をステータ22に組み付け、他のフレーム体42を一のフレーム体41およびディフューザ15に組み付けて、一および他のフレーム体41，42によりロータ21、ステータ22およびセンサ基板23を挟み込み、ロータ21に遠心ファン14を固定した後、ファンカバー16により遠心ファン14を覆う。

ステータ22の組み立ての際には、予め成形したステータコア33に対してステータ絶縁34をインサート成形などにより一体成形した後、ステータ絶縁34に巻線を巻き付けてコイル35を形成する。この後、ステータ絶縁34に端子36，36を取り付けて端子36，36とコイル35の巻線の両端部とを導通させ、端子36，36とコイル35，35とを電気的に接続する。

次いで、ディフューザ15に対して、予め成形したフレーム24の一のフレーム体41を位置合わせし、通孔62に挿入した固定体47を螺合孔48に螺合させることで一のフレーム体41とディフューザ15とを互いに固定する。この後、一のフレーム体41に対して、ステータ22を、一のフレーム体41に対して位置決めするとともに、センサ基板23を、基板固定部材39によりステータ22に対して固定する。次いで、ステータ22のコイル35，35間からシャフト26の前端側を一のフレーム体41に挿通しつつ、このロータ21のシャフト26の前端側に取り付けた一方のベアリング30を一のフレーム体41に保持する。

そして、他のフレーム体42を一のフレーム体41に位置合わせし、ねじ43によりステータコア33を介して他のフレーム体42を一のフレーム体41にねじ止めすることで、他のフレーム体42によりロータ21のシャフト26の後端側に取り付けた他方のベアリング30を保持し、一および他のフレーム体41，42によりステータ22、センサ基板23およびロータ21を挟み込むように固定する。

次いで、ディフューザ15の取付開口部61から前側に突出する電動機13のシャフト26の前端部の外周面に流体状の接着剤を塗布し、この前端部を遠心ファン14の固定部52の挿入口52cに挿入して当接部52bに当接させる。このとき、接着剤に含まれる空気や、シャフト26を固定部52(挿入口52c)に挿入した際に巻き込まれた空気が溝部53から固定部52の軸方向に排出され、シャフト26と固定部52(外壁部52a)および溝部53との間に接着剤が充填される。そして、この接着剤を硬化させることにより、遠心ファン14がシャフト26に対して同軸状に固定される。

この後、遠心ファン14を覆ってファンカバー16をディフューザ15の前側に圧入あるいは接着固定することで、電動送風機11が完成する。

このように組み立てた電動送風機11は、センサ基板23によりロータ21の回転位置を検出しつつ、この回転位置に応じて、制御回路により各コイル35の巻線に流れる電流の向きおよび通電時間を制御することで、ステータコア33に複数の磁極を形成し、これら磁極とロータ21の磁極との反発・吸引によってロータ21を回転させる。そこで、電動送風機11の遠心ファン14の回転により発生した負圧により、空気が吸気口66から電動送風機11に吸い込まれる。そして、この吸い込まれた空気は、遠心ファン14のファン翼55によりこの遠心ファン14の周囲へと整流され、ディフューザ15の整流翼63により整流されて風路部64からフレーム吸気開口部45を介して電動機13へと流し込まれ、電動機13のロータ21とステータ22との間を通過することで、ステータ22およびロータ21を冷却しながらこの電動機13のフレーム24内を通過して各コイル35および各端子36を冷却しつつフレーム排気開口部49から排気される。

上述したように、上記第１の実施形態によれば、シャフト26に遠心ファン14を固定するために用いられる接着剤の空気抜き用の空気抜き部を溝部53とすることで、流体状の接着剤を塗布したシャフト26を固定部52に挿入して突き当てた状態で、硬化する前の流体状の接着剤が溝部53から固定部52の外部へと流出することを防止できる。

また、溝部53を複数設けることで、シャフト26と固定部52との接着部から空気を満遍なく排出することが可能となる。この結果、シャフト26と遠心ファン14との接着不良をより生じにくくさせることができる。

さらに、溝部53をシャフト26の周囲に均等に設けることで、遠心ファン14の回転時の回転バランスの崩れを防止できる。

なお、上記第１の実施形態において、シャフト26と遠心ファン14とを接着固定する際、流体状の接着剤は、遠心ファン14の固定部52および溝部53に塗布して、シャフト26を固定部52(挿入口52c)に挿入した後、硬化させるようにしてもよい。

次に、第２の実施形態を図６を参照して説明する。なお、上記第１の実施形態と同様の構成および作用については、同一符号を付してその説明を省略する。

この第２の実施形態は、上記第１の実施形態の溝部53に代えて、シャフト26と固定部52(遠心ファン14)とを接着する接着剤の空気抜き用の空気抜き部としてのスリット78を備えるものである。

このスリット78は、固定部52にてシャフト26の周囲に設けられている。このスリット78は、固定部52の挿入口52cに連通し、前後方向に沿って、すなわち固定部52の軸方向に沿って長手状に設けられている。また、このスリット78は、複数設けられている。例えば本実施形態において、スリット78は、４つ設けられている。また、これらスリット78は、シャフト26の周囲に均等に配置されている。すなわち、スリット78は、シャフト26の周方向に略等間隔(略等角度毎)に配置されている。そして、これらスリット78は、固定部52の外壁部52aを径方向に、すなわち厚み方向に貫通して設けられている。換言すれば、これらスリット78は、固定部52の内側と外側とを連通して設けられている。したがって、これらスリット78により、外壁部52aが分断されている。

そして、電動送風機11の組み立ての際に、シャフト26に遠心ファン14を固定する場合には、ディフューザ15の取付開口部61から前側に突出する電動機13のシャフト26の前端部の外周面に流体状の接着剤を塗布し、この前端部を遠心ファン14の固定部52の挿入口52cに挿入して当接部52bに当接させると、接着剤に含まれる空気や、シャフト26を固定部52(挿入口52c)に挿入した際に巻き込まれた空気がスリット78から固定部52の径方向および軸方向に排出され、シャフト26と固定部52(外壁部52a)およびスリット78との間に接着剤が充填される。そして、この接着剤を硬化させることにより、遠心ファン14がシャフト26に対して同軸状に固定される。

このように、シャフト26に遠心ファン14を固定するために用いられる接着剤の空気抜き用の空気抜き部を、外壁部52aを貫通するスリット78とすることで、シャフト26と固定部52との接着部から空気を、固定部52の軸方向だけでなく径方向にも排出することが可能となり、空気をより効果的に排出できる。

また、スリット78を複数設けることで、溝部53を複数設けることで、シャフト26と固定部52との接着部から空気を満遍なく排出することが可能となる。この結果、シャフト26と遠心ファン14との接着不良をより生じにくくさせることができる。

さらに、スリット78をシャフト26の周囲に均等に設けることで、遠心ファン14の回転時の回転バランスの崩れを防止できる。

なお、固定部52の前側(ファン翼配置部58)には、ファン本体部51を軸方向に貫通する孔部が設けられていてもよい。

そして、以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、ファン本体部51の後面側にてシャフト26の前端部が挿入されて突き当てられる固定部52においてシャフト26の周囲に、シャフト26と遠心ファン14とを接着する接着剤の空気抜き用の溝部53、あるいはスリット78を設けることで、シャフト26と遠心ファン14との接着部に空気が溜まることを抑制してシャフト26と遠心ファン14との接着不良を抑制できるとともに、固定部52の前側に積極的に孔部を設ける必要がないので、固定部52の前側をファン翼配置部58として利用でき、ファン翼55の設計可能範囲を広げることができる。したがって、風路損失を軽減でき、電動送風機11の性能を向上できる。

しかも、固定部52の前側を中実なファン翼配置部58とすることにより、ファン翼55の設計可能範囲を遠心ファン14(ファン本体部51)の中央部まで広げることができ、風路損失をより確実に抑制できる。

さらに、シャフト26に遠心ファン14を固定する際には、シャフト26の外周面に接着剤を塗布して固定部52に挿入することで、固定部52に接着剤を塗布してシャフト26を挿入する場合と比較して、シャフト26の外周面と固定部52との間に、より確実に接着剤を介在させることができ、シャフト26に対して遠心ファン14を、より安定して接着固定できる。

そして、上記の電動送風機11を備えることで、掃除性能を向上した電気掃除機71を提供できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

11 電動送風機
13 電動機
14 ファンである遠心ファン
26 回転軸であるシャフト
51 ファン本体部
52 突き当て部としての固定部
53 空気抜き部としての溝部
55 ファン翼
71 電気掃除機
72 掃除機本体
78 空気抜き部としてのスリット

Claims (4)

1. 回転軸を備えた電動機と、
   前記回転軸に接着剤により固定されてこの回転軸とともに回転されるファンとを具備し、
   前記ファンは、
   前記電動機とは反対側にファン翼を有するファン本体部と、
   このファン本体部の前記電動機側に設けられ、前記回転軸の一端部が挿入されて突き当てられた突き当て部と、
   この突き当て部にて前記回転軸の周囲に設けられた前記接着剤の空気抜き用の空気抜き部とを備えた
   ことを特徴とした電動送風機。
2. 空気抜き部は、複数設けられている
   ことを特徴とした請求項１記載の電動送風機。
3. 空気抜き部は、回転軸の周囲に均等に配置されている
   ことを特徴とした請求項２記載の電動送風機。
4. 掃除機本体と、
   請求項１ないし３いずれか一記載の電動送風機と
   を具備したことを特徴とした電気掃除機。

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