JP2022079819A - 電動送風機及びそれを備えた電気掃除機 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1には、「上下に延びる中心軸(C)周りに回転するインペラ(10)と、インペラ(10)の下方に配置されステータ(24)を有してインペラ(10)を回転させるモータ(20)と、ステータ(24)を収納するモータハウジング(21)と、インペラ(10)とモータハウジング(21)とを収納してモータハウジング(21)との隙間に第1流路(5)を構成するファンケーシング(2)とを備え、ファンケーシング(2)の上部はインペラ(10)の上方を覆い、かつ上下方向に開口する吸気口(103)を有し、ファンケーシング(2)の下部には第1流路(5)を介して吸気口(103)に連通する排気口(104)が設けられ、モータハウジング(21)にはモータハウジング(21)の内面に固定されるステータ(24)の上面よりも下方において、径方向に貫通して第1流路(5)に連通する流入口(21a)が設けられ、モータハウジング(21)は流入口(21a)から上方に延びて前記ステータ(24)よりも上方の空間に連通される第2流路(6)を有する、送風装置(1)。」が記載されている。
<<第1実施形態>>
図7は、本発明の第1実施形態における電動送風機200を適用した電気掃除機300の斜視図である。
図8は、第1実施形態の電気掃除機300における掃除機本体100のI方向矢視断面図である。
本発明の第1実施形態に係る電気掃除機300について説明する。
電気掃除機300は、掃除機本体100と、掃除機本体100が取り付けられる保持部102と、利用者が把持するグリップ部103と、塵埃を吸引する吸口体105とを備えている。
電気掃除機300の駆動源の電池ユニット108(図8参照)は、充電台107(図7参照)を用いて充電される。電池ユニット108は掃除機本体100に収容されている。
保持部102の一端部には、グリップ部103が設けられている。グリップ部103には、電動送風機200の入/切を行うスイッチ部104(図7参照)が設けられている。
保持部102の他端部には、吸口体105が取り付けられている。吸口体105と吸込気流を発生させる掃除機本体100とは、接続部106で接続されている。
次に、掃除機本体100について説明する。
図8に示すように、掃除機本体100の内部には、電動送風機200、電池ユニット108、駆動用回路109、および集塵室101が配置されている。
電池ユニット108は、電動送風機200を駆動する。電動送風機200は、吸口体105での吸引力を発生させる。
掃除機本体100は、本体グリップ部110と吸口開口111がを備えている。
利用者は、本体グリップ部110を把持して、掃除機本体100を保持部102から取り外し、ハンディ掃除機として使用することができる。
なお、図7、図8に示す電気掃除機300は、吸口開口111(図9参照)と接続部106とが取り外し可能なコードレス掃除機を示しているが、電池を搭載していない電源コード付きの掃除機でもよい。また、集塵部と吸口の間に延長管乃至、ホースを持つスティック型のコードレス掃除機でもよい。
図1Aは、本発明の第1実施形態に係る電動送風機200の外観図であり、図1Bは、図1Aに示す電動送風機200の縦断面図である。なお、図1Bでは電動送風機200に環状の防振ゴム21を適用した場合を示す。
次に、電動送風機200について説明する。なお、図1Bには代表的な空気の流れを図1Bの左側のみに実線矢印α1および点線矢印α2で示している。
電動送風機200は、図1Bに示すように、送風機部201の半径方向内側に電動機部202が構成されている。
送風機部201は、吸引空気流の上流から、回転翼である羽根車1、羽根車側の第一の軸流ディフューザ翼23、第二の軸流ディフューザ翼24を設置されている。第二の軸流ディフューザ翼24の下流には、排気口32が設けられている。
反羽根車1の側(羽根車1に遠い側)に配置される第二の軸流ディフューザ翼24を持つ反羽根車側のハウジング9は、羽根車側のハウジング2の下流側に(排気口32側)に配置されている。
羽根車側のモータハウジング6は、電動機部202の軸方向であって羽根車1の側の軸受11を保持している。反羽根車側のモータハウジング10は、電動機部202の軸方向であって反羽根車側の軸受12を保持している。
第2の流路19は、反羽根車側のモータハウジング10の半径方向の開口部20と、電動機内部と羽根車側のモータハウジング6の開口部15および、羽根車側のモータハウジング10の外周部と羽根車側のハウジングの内壁2a(第一の軸流ディフューザ)との間を通る。
電動送風機200の側部には、羽根車1と羽根車側軸流ディフューザ翼23、第二の軸流ディフューザ翼24を通る第1の流路18が設けられている。第1の流路18は、吸口体105での吸引力の空気流が流れる流路である。
なお、軸方向端部9cは第二の軸流ディフューザ翼24の軸方向寸法の略半分以降であればよく、翼の後縁まで延びていてもよく、ベンチュリ効果による冷却風を生じさせるためには、開口部20より軸方向に羽根車側に位置することが望ましい。
また、モータハウジング10の開口部20はハウジングの内壁9aより半径方向内側に位置することで、第2の流路19の流路面積を確保しやすくなり、電動機内部のより効率よく冷却できる。
次に、第1実施形態の電動機部202の構成を説明する。
図5Aは電動機202を側面から見た図で、図5Bは縦断面図である。電動機部202は、ロータコア7と、その外周部に配置されるステータコア8とが設置されている。
ロータコア7は、2つのモータハウジング内に収納され、回転軸5に固定されている。
ステータコア8の巻き枠部には、コイル(巻線)17が巻かれている。コイル17は、電動送風機200に備わる駆動用回路109(図8参照)に電気的に接続されている。
羽根車1とロータコア7との間には軸受11を備えている。ロータコア7に対して、軸受11の回転軸5の方向の反対側に軸受12を備えている。回転軸5の一方側の軸受11と他方側の軸受12とで、回転軸5を回転自在に支持している。
また、回転体のアンバランス量の調整は、マグネットの外周部に設けたマグネットカバー14とマグネットの端部に樹脂製のバランス調整材を設置することで、回転体のアンバランス量を最小化している。これにより、電動送風機200の騒音および振動の低減を図っている。
また、羽根車1に近い側のモータハウジング6と羽根車1から遠い側のモータハウジング10は、同一形状であり、ステータコア8を軸方向に挟み込むように設置し、ステータコア8の外周部とモータハウジングの内壁を軸方向に重ね、接着乃至圧入で組み立てられている。ステータコア8は2つのモータハウジングに接し、ステータコア8の略中央位置にモータハウジングから露出した露出部8aを持つ。このようなステータコア8とモータハウジング構造にすることで、ステータコアの発熱をモータハウジングの熱伝導、および露出部8aでの強制冷却により冷却を行うことができ、高い発熱密度で低損失な冷却が可能となる。なお、モータハウジングの周方向に設けた開口部の周方向位置は、同一周方向位置でも、異なる周方向位置でもよい。同一構造のモータハウジングを用いることで、低コスト化と冷却性の向上を両立させている。
次に、電動送風機200内における空気の流れを説明する。
図1Bに示す電動機部202を駆動して、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4から空気が流入し、羽根車1内に流入する。流入した空気は斜流型羽根車の場合は、羽根車1内で昇圧しながら、回転軸5の方向から吸い込んだ流れに半径方向成分を与え、回転軸5の方向から傾いた流れを発生させる。こうして、羽根車出口1aでは回転方向成分と回転軸5の方向成分を持つ流れとなり羽根車1から流出される。
次に、第1実施形態の送風機部201の構成を説明する。
図2Aは第1実施形態の羽根車1の斜視図であり、図2Bは羽根車1の断面図である。
図3Aは、羽根車1の側の軸流ディフューザ翼23を持つハウジング2を羽根車側から見た図であり、図3Bは縦断面図、図3Cはハウジングの外周部から見た部分断面図である。
図4Aは、反羽根車1の側の軸流ディフューザ翼24を持つハウジング9を羽根車側から見た図であり、図4Bは縦断面図、図4Cはハウジングの外周部から見た部分断面図である。
図5Aは電動機400を側面から見た外観図、図5Bは縦断面図である。
なお、図3Cと図4Cは、ディフューザ翼(23、24)の形状を示すために、シュラウドを削除した部分断面図を示す。
先ず、図2A、図2Bを用いて、本発明に係る一実施形態における回転翼の羽根車1について説明する。
羽根車1は、ハブ板26と複数枚の羽根27とを有して構成されている。ハブ板26と羽根27はエンジニアリングプラスチックや熱可塑性樹脂で一体成形されている。
また、ハブ板26の裏面側には金属製のスリーブ13(図2B参照)が一体成型品で設けられている。スリーブ13を用いることで、スリーブなし時に生じるシャフトと羽根車の嵌め合い隙間のばらつきを小さくすることが可能となり、羽根車のアンバランスの低減により、振動や騒音の低減を図ることができる。また、羽根車のボス部に金属製のスリーブ13を設置することで、軸受11の発熱をスリーブに熱伝達することで、スリーブの回転による軸受の冷却性能を促進することが可能となる。
一方、羽根車1の運転中の遠心応力による翼の変形量が大きい場合は、ファンケーシングの樹脂が削られるように、ヤング率の小さい材料をファンケーシングに用いることで、運転時の羽根車とファンケーシングとの隙間最小化を行うことができ、高効率な電動送風機の適用が可能となる。
図1Bに示すように、一例の送風機201は、羽根車1の軸方向下流側に周方向等間隔で配置された第一(羽根車側)の軸流ディフューザ翼23が15枚設置されている。第一の軸流ディフューザ翼23は、羽根車1の側のハウジング2の内壁2aと外壁2bの間に設けられ、ハウジング2と一体で成型されている。第二の軸流ディフューザ翼24は、反羽根車のハウジング9の内壁9aと外壁9bの間に設置され、ハウジング9と一体成型されている。また、第二の軸流ディフューザ翼24の翼枚数は、羽根車1の側の軸流ディフューザ翼23と同一の15枚で構成されている。
低風量側の効率を向上させるには、羽根車側ディフューザ翼23の後縁23dと第二の軸流ディフューザ翼24の前縁24cの周方向位置を略一致させることで実現できる。大風量側の効率を向上させるには、(23、24)翼間ピッチ(360/Zd)の15~50%がよい。
羽根車1の側のハウジング2の外壁2bと反羽根車のハウジング9の外壁9bは、嵌め合い部37により各ハウジング2の芯を出し、ハウジング9の外周部の爪部22で周方向の固定を行い、接着固定することで、組立が容易な構造で、量産性の向上を図っている。
第一(羽根車1の側)の軸流ディフューザ翼23および第二(反羽根車1の側)の軸流ディフューザ翼24は、図3に示す翼弦長(例えば、ディフューザ翼23の前縁23cから後縁23dを結ぶ直線長さ)と翼取付間隔の円周方向に沿った距離で割ったソリディティが1より小さい翼形状を持つ。なお,ソリディティは1より小さければ、回転軸5の方向に成型する金型構成で製造でき、高効率化と生産性向上が可能である。
なお、第二の軸流ディフューザ翼24の後縁24dの軸方向位置は、反羽根車側のハウジング10の半径方向の開口部20の軸方向の間に位置することで、半径方向内向きの流れを生じさせることができ、冷却性能の向上が可能である。
すなわち、第1実施形態の電動送風機200は、広い運転範囲で効率を高く維持できる。したがって、広い範囲で吸込力が高い電気掃除機300(図7参照)を提供できる。
次に、第2実施形態について、図6を用いて説明する。
図6は本発明の第2実施形態における電動送風機200の縦断面図である。
第2実施形態の電動送風機200は、第1実施形態の電動送風機200と異なり、第2の流路が反羽根車側のモータハウジング10の軸方向の開口を通り、羽根車1の側のハウジング2とモータハウジング6の軸方向隙間流路30を通る。また、軸方向隙間流路30を通った冷却風は、モータハウジング6とハウジング2の半径方向隙間を通り、羽根車側の軸流ディフューザ翼23と反羽根車側の軸流ディフューザ翼24の間につながる連結隙間31を通り、軸流ディフューザ翼24に合流する流路を通る。
電動送風機200は、前記第1実施形態と基本的な構成は同じであるので同一要素については同一符号を用い、その説明を省略する。
第2流路19の流れは、電動機部202の内部へ吸い込むことで、反羽根車1の側の軸受11を冷却し、ステータコア8の外周側を流れることで、ステータコア8、巻線を冷却し、羽根車側の軸受12を冷却し、連結隙間31に流れる。
また、連結隙間31は羽根車1の側のモータハウジング2の内壁2aと反羽根車1の側のモータハウジング9で形成され、接続部28はステータコア8の外周部から第1の流路17に向かうにつれ、後の内壁9aで構成しており、第二の軸流ディフューザ翼24側の軸方向へ傾斜している。これにより、接続部28を流れる空気の流れは、円滑に第1の流路18を流れる空気流と合流でき、風量を増加させれる。
2 羽根車側ハウジング
2a 羽根車側のハウジングの内壁(第一の軸流ディフューザ)
2b 羽根車側のハウジングの外壁(第一の軸流ディフューザ)
3 ファンケーシング
3a ファンケーシングの下端部
4 空気吸込口(吸込口)
5 回転軸(軸)
6 モータハウジング(羽根車側)
7 ロータコア(ロータ)
8 ステータコア(ステータ)
9 反羽根車側のハウジング
9a 反羽根車側のハウジングの内壁(第二の軸流ディフューザ翼のハブ面)
9b 反羽根車側のハウジングの外壁(第二の軸流ディフューザ翼のシュラウド面)
9c 反羽根車側のハウジングの内壁の下端部
10 モータハウジング(反羽根車側)
11 軸受(羽根車側の軸受)
12 軸受(反羽根車側の軸受)
13 スリーブ
14 マグネットカバー
15 開口部(羽根車側のモータハウジング開口)
16 スペーサー
17 コイル
18 第1の流路
19 第2の流路
20 開口部(反羽根車側のモータハウジング開口)
21 防振ゴム
22 爪部
23 羽根車側のディフューザ翼(第一の軸流ディフューザ)
24 反羽根車側のディフューザ翼(第二の軸流ディフューザ)
26 羽根車ハブ
27 羽根車の翼
28 嵌合部
29 羽根車のボス
30 軸方向隙間流路
31 連結隙間
32 排気口
33 羽根車側のモータハウジングの軸方向開口部
34 反羽根車側のモータハウジングの軸方向開口部
35 突起部
36 モータとの締結部
37 ハウジング嵌合部
40 電動機
200 電動送風機
201 送風機
202 電動機
300 電気掃除機
Claims (2)
- ロータコアを有したロータと、ステータコアを有しコイルが巻装されたステータと、
前記ロータと前記ステータとを内装するモータハウジングと、を備えた電動機と、
前記ハウジングの上流側に配置された羽根車と、
前記羽根車の下流に配置された第一の軸流ディフューザ翼と、
前記第一の軸流ディフューザ翼の下流に配置された第二の軸流ディフューザ翼と、を備え、
前記第一の軸流ディフューザ翼は前記ハウジングの上流に接するようにして固定され、前記ハウジングの長軸方向において上流から略中心位置まで前記ハウジングの周りを覆うように配置され、
前記第二の軸流ディフューザ翼は前記ハウジングの長軸方向において略中心から下流にかけて前記ハウジングの周りを覆うように配置され、
前記第二の軸流ディフューザ翼の下流において前記モータハウジングがみえるように前記第二の軸流ディフューザの長さが構成されていることを特徴とする電動送風機。 - 前記第一の軸流ディフューザ翼の外周には周方向に突起部が設けられ、
前記第二の軸流ディフューザの外周には爪部が設けられ、
前記突起部と前記爪部は嵌合されて接続されることを特徴とする電動送風機。
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