JP2022148193A - 電動送風機及びこれを有する電気掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】電動送風機に内蔵されているモータの回転軸のぶれを抑制し、騒音を低減する。【解決手段】電動機と、インペラと、電動機及びインペラを収容したファンケーシングと、を含む電動送風機であって、電動機は、回転子と、固定子と、を含み、回転子は、回転子コアと、回転軸と、を含み、回転軸には、３個の軸受が付設され、３個の軸受のうちの１個は、回転子コアのインペラ側に配置され、回転子コアは、３個の軸受のうちの当該１個と３個の軸受のうちの他の２個との間に配置されている。【選択図】図５

Description

本発明は、電動送風機及びこれを有する電気掃除機に関する。

電気掃除機等に用いられる高速回転するモータのロータにおいては、通常、その回転軸を支持する軸受が２個設けられている。

また、軸受は、外輪、内輪及びこれらの間に挟み込まれた転動体（玉又はころ）で構成されている。通常、軸受の内部で転動体が振動すること防止するため、外輪又は内輪に予圧が付与されている。

特許文献１には、小型の電気掃除機に用いる電動送風機において、遠心羽根車とロータコアの間に、回転軸を回転自在に支持する２個の軸受を備え、２個の軸受の間には、圧縮された状態でばねが配置され、２個の軸受に予圧を付与しているものが開示されている。

特開２０１７－２２７１５６号公報

電気掃除機等においては、吸引力等の向上の観点から、モータのロータの更なる高速化が求められている。

ロータの高速化に伴い、ファンの周辺における気圧分布の変動、回転速度の制御に伴うロータコアに加わる磁力の変動等が大きくなる場合があり、回転軸のぶれが大きくなるおそれがある。

特許文献１に記載の電動送風機のように、回転軸を２個の軸受で支持する構成においては、ロータを高速回転した場合には、回転軸のぶれを十分に抑制することができず、ロータ等の振動に起因する騒音が大きくなるおそれがある。

本発明は、電動送風機に内蔵されているモータの回転軸のぶれを抑制し、騒音を低減することを目的とする。

本発明の電動送風機は、電動機と、インペラと、電動機及びインペラを収容したファンケーシングと、を含み、電動機は、回転子と、固定子と、を含み、回転子は、回転子コアと、回転軸と、を含み、回転軸には、３個の軸受が付設され、３個の軸受のうちの１個は、回転子コアのインペラ側に配置され、回転子コアは、３個の軸受のうちの当該１個と３個の軸受のうちの他の２個との間に配置されている。

本発明によれば、電動送風機に内蔵されているモータの回転軸のぶれを抑制し、騒音を低減することができる。

電気掃除機の一例を示す斜視図である。 本実施形態の電動送風機を示す分解斜視図である。 本実施形態のロータを示す斜視図である。 予圧を受ける前における軸受を示す模式断面図である。 予圧を受けている状態の軸受を示す模式断面図である。 本実施形態の電動送風機を軸方向に沿って切断したときの断面図である。

以下、本開示に係る実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態が適用される電気掃除機の一例を示す外観斜視図である。

本図に示すように、電気掃除機１００は、手元操作スイッチ７等が設けられた掃除機本体２と、延長管５と、吸口体６とを組み合わせて、スティック状に構成されたものである。また、電気掃除機１００は、掃除機本体２および吸口体６の駆動用電源である充電式電池２４（蓄電池）を備えている。

掃除機本体２は、吸引力を発生させる電動送風機１、この電動送風機１の吸引力で集塵した塵埃を収容する集塵部２２などを備えている。

延長管５の一端は、掃除機本体２の集塵部２２と連通するように掃除機本体２の接続口２３に接続されている。また、延長管５の他端は、吸口体６に接続されている。また、延長管５は、図示しない通風路が形成されるとともに、充電式電池２４と吸口体６のブラシ用の電動機（不図示）とを電気的接続する配線（不図示）を備えている。

手元操作スイッチ７を操作すると、本体制御回路（図示せず）が電動送風機１の運転と停止や吸込み力の切り替え、吸口体６に設けられた電動機（図示せず）の運転と停止を制御する。本体制御回路は、掃除機本体２内に設けられている。

なお、電気掃除機としては、図示されているスティックタイプの掃除機に限定されず、ハンディタイプの掃除機、キャニスター掃除機（シリンダー式掃除機）、ロボット掃除機などの充電式（コードレスタイプ）の電気掃除機に適用することができる。また、同様の構成を有する電源コード式の掃除機にも適用することができる。

図２は、本実施形態が適用される電動送風機を示す分解斜視図である。

本図に示すように、電動送風機１は、電動機１０（スロットレスモータ）と、インペラ６０（羽根車）と、ファンケーシング７０（収容部）と、を含む。

電動機１０は、ロータ３０（回転子）と、ステータ４０（固定子）と、フロントハウジング５１及びリアハウジング５２を含むハウジング（収容部）と、を含む。ハウジングは、ロータ３０及びステータ４０を収容するものである。ハウジングは、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などの合成樹脂で構成されている。

ロータ３０は、回転軸３１（シャフト）、ロータコア３２（回転子コア）、軸受３３、３４及びバランスリング３５、３６を含む。

回転軸３１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。なお、回転軸３１は、前記した磁性材料に限定されるものではなく、ステンレス鋼（ＳＵＳ）などの非磁性材料であってもよい。また、回転軸３１には、軸方向の一端にインペラ６０が固定される。

ロータコア３２は、永久磁石によって構成され、回転軸３１の周囲に固定されている。また、ロータコア３２の軸方向Ａｘの両側には、バランスリング３５、３６が固定されている。

バランスリング３５、３６は、ロータコア３２と同じ径を有し、ロータコア３２の軸方向の端面に接するようにして回転軸３１に固定されている。また、バランスリング３５、３６は、ロータコア３２の軸方向の長さよりも十分に短い扁平形状を有している。

バランスリング３５、３６の軸方向外側には、軸受３３、３４が設けられている。軸受３３、３４は、ボールベアリングなどで構成され、ロータコア３２よりも小径に構成されている。また、軸受３３、３４からは、回転軸３１の一部がそれぞれ突出している。回転軸３１の軸受３３から突出している部分の長さは、回転軸３１の軸受３４から突出している部分の長さよりも長い。

ステータ４０は、ロータコア３２の外周（径方向の外側）に配置され、ボビン４１、ステータコア４５（コア部材）及びコイル部材４７を含む。なお、ボビン４１及びコイル部材４７の詳細については後記する。ステータコア４５は、電磁鋼板を積層して円筒状に形成され、ボビン４１の外周に配置されている。

フロントハウジング５１は、軸方向Ａｘのフロント側に配置される。リアハウジング５２は、軸方向Ａｘのリア側に配置される。ここで、フロント側とは、空気が導入される上流側を意味し、リア側とは、空気が排出される下流側を意味している。

フロントハウジング５１は、有底円筒状に形成され、空気の導入側（インペラ６０が設けられる側）に配置されている。また、フロントハウジング５１には、外周部に円筒状に形成された風路Ｒ２が形成されている。また、フロントハウジング５１の径方向の中心には、回転軸３１が挿通される軸孔５１ａが形成されている。また、フロントハウジング５１には、リアハウジング５２に係止される係止部５１ｂが形成されている。この係止部５１ｂは、側面視においてコの字状に形成され、フロントハウジング５１の縁部よりもリアハウジング５２側に向けて突出して形成されている。また、図示省略しているが、係止部５１ｂは、周方向の複数個所（本実施形態では３個所）に形成されている。

リアハウジング５２は、回転軸３１の軸方向Ａｘの中央よりもリア側に配置され、略円筒状に形成されている。また、リアハウジング５２は、ロータ３０の一部およびステータ４０の一部が収容される収容部５２ａを有している。また、リアハウジング５２は、外周部側に円環状の風路Ｒ３が形成されている。この風路Ｒ３は、前記した風路Ｒ２と連通するように構成されている。

また、リアハウジング５２には、フロントハウジング５１の係止部５１ｂを係止する係止突起５２ｂが形成されている。この係止突起５２ｂは、リアハウジング５２の外周面の前端部に位置している。

インペラ６０は、下流側（リア側）に向けて拡径する斜面６０ａを有し、この斜面６０ａの外面に、複数の羽根６１、６２が周方向に間隔を置いて配置されている。斜面６０ａは、前記した風路Ｒ２の内周壁面と略連続するように構成されている。また、インペラ６０の先端部には、回転軸３１が固定される固定部６０ｂが形成されている。回転軸３１は、インペラ６０の先端から突出し、回転軸３１の先端に形成されたねじ溝にナット９０が螺合されることで、インペラ６０が回転軸３１に固定されるようになっている。

羽根６１、６２は、薄板状に形成され、羽根６１が羽根６２よりも長く形成されている。また、羽根６１、６２は、周方向に交互に配置されている。また、羽根６１、６２は、軸方向Ａｘに対して傾斜して配置され、上流側から下流側に向けて周方向に湾曲するように形成されている。また、羽根６１、６２は、上流側から下流側に向けてねじれた構造を有している。また、羽根６１、６２は、いずれも下流側の端部まで延びて形成されている。また、羽根６１の上流側の端部は、羽根６２の上流側の端部よりも上流側に長く形成されている。

ファンケーシング７０は、樹脂成形によって略円筒状に構成されている。また、ファンケーシング７０は、インペラ６０が収容される空洞部７１を有する。この空洞部７１は、インペラ６０の外周形状に沿って上流側から下流側に向けて拡径するように形成されている。

また、ファンケーシング７０の先端面には、空気が導入される円形の吸込口７１ａが形成されている。また、ファンケーシング７０は、空洞部７１の外側に、肉抜き部７１ｂが形成され、成形時のヒケ防止や軽量化が図られている。

図３は、本実施形態のロータを示す斜視図である。

本図に示すロータ３０は、回転軸３１、ロータコア３２及び３個の軸受３３、３４ｐ、３４ｑを有する。

軸受３３は、電動送風機としてのフロント側に配置され、軸受保持部材１０１（エンドブラケット）により支持されている。軸受３４ｐ、３４ｑは、リア側に配置されている。軸受３４ｐ、３４ｑは、互いに直接接触するように配置されていることが望ましい。

図４Ａは、予圧を受ける前における軸受を示す模式断面図である。

本図においては、軸受３３は、外輪３３ｐ、内輪３３ｑ、及び外輪３３ｐと内輪３３ｑとの間に挟み込まれた転動体３３ｒ（玉又はころ）を含む。外輪３３ｐと内輪３３ｑとの間には、隙間３３ｓが生じている。内輪３３ｑは、回転軸３１に固定され、回転軸３１と一体となって回転する。

予圧を受ける前においては、外輪３３ｐと内輪３３ｑとは、回転軸３１の方向において同じ位置（座標）となっている。

この状態においては、隙間３３ｓの範囲で転動体３３ｒの重心の移動が可能であり、転動体３３ｒが外輪３３ｐ又は内輪３３ｑと衝突等をして、振動や騒音が発生する場合がある。

図４Ｂは、予圧を受けている状態の軸受を示す模式断面図である。

本図においては、外輪３３ｐが外部から予圧を受けて、図中上方に移動し、転動体３３ｒを押し上げている。このため、外輪３３ｐと内輪３３ｑとは、回転軸３１の方向において異なる位置（座標）となっている。

従来の軸受は、本図に示す状態とするために、予圧した状態で軸受の外輪を接着剤で固定していた。このように接着剤を用いて固定した場合、接着剤の効果が弱まり、外輪の位置が変化すると、予圧が維持できなくなるおそれがあった。

本開示の軸受は、後述のように、軸受保持部材（エンドブラケット）に小径部を設け、軸受の外輪を支持する構成とすることにより、外輪に一定方向の力がかかるようにし、予圧の維持を確実なものとし、軸受の信頼性を高め、軸受における振動や騒音を防止することができる。

図５は、電動送風機を軸方向に沿って切断したときの断面図である。

本図に示すように、電動送風機１は、電動機１０と、インペラ６０と、ファンケーシング７０と、フロントハウジング５１と、リアハウジング５２と、を備えている。電動機１０は、ロータ３０と、ステータ４０と、を含む。ロータ３０は、回転軸３１と、ロータコア３２と、バランスリング３５、３６と、を含む。回転軸３１は、フロント側の軸受３３とリア側の２個の軸受３４ｐ、３４ｑとにより、回転自在に支持されている。すなわち、回転軸３１は、３個の軸受３３、３４ｐ、３４ｑにより支持されている。

また、電動送風機１は、軸受３３を保持する軸受保持部材１０１と、軸受３４ｐ、３４ｑを保持する軸受保持部材１０２と、を備えている。軸受保持部材１０１は、金属製であり、樹脂製のフロントハウジング５１とインサート成形によって一体に構成されている。

軸受保持部材１０１は、円筒状に形成され、軸受３３の外周側に配置されている。また、軸受保持部材１０１は、小径部１０１ｓを有する。小径部１０１ｓは、軸受３３の外輪を、ロータ３０側からインペラ６０側に向かって予圧を維持するように支持している。

このような構成とすることにより、軸受３３の外輪の位置を固定し、軸受３３の信頼性を高め、軸受３３における振動や騒音を防止することができる。

フロントハウジング５１は、樹脂製であるため、温度が高くなると膨張しやすく、その構造上、軸受３３をフロント側からリア側に向かって圧迫する場合がある。この場合において、小径部１０１ｓを有しない従来の軸受保持部材によっては、軸受３３の位置を保持することが困難になる場合がある。

軸受保持部材１０２は、金属製であり、樹脂製のリアハウジング５２とインサート成形によって一体に構成されている。

軸受保持部材１０２は、略円筒状に形成され、軸受３４ｐ、３４ｑの外周側に配置されている。軸受３４ｐ、３４ｑは、回転軸３１の方向に重ねて配置されている。

ロータコア３２は、軸受３３と軸受３４ｐとの間に配置されている。

これにより、従来の軸受２個の構成に比べ、回転軸３１を支持する軸受３４ｑがリア側に１個追加された構成となるため、回転軸３１のぶれを防止し、騒音を低減することができる。

また、フロントハウジング５１内には、コイルばね８０（圧縮コイルばね）が配置されている。また、コイルばね８０は、ロータコア３２の外周部に配置され、伸縮方向が回転軸３１の方向を向いている。また、コイルばね８０は、フロント側の端部がフロントハウジング５１の回転軸３１の方向の内壁面５１ｃ（前面の裏側の面）に当接し、リア側の端部がステータコア４５の端部（端面）に当接している。これにより、ステータコア４５が位置決めリブ４３ｃに押し付けられた状態が維持される。

まとめると、コイルばね８０は、フロントハウジング５１をインペラ６０側に押し付ける構成を有する。

ファンケーシング７０には、インペラ６０との間に風路Ｒ１が形成されている。この風路Ｒ１は、フロントハウジング５１の風路Ｒ２と連通している。風路Ｒ２は、リアハウジング５２の風路Ｒ３と連通している。風路Ｒ３は、上流から下流に向けて流路断面積が拡大するように構成されている。

また、フロントハウジング５１には、風路Ｒ２内に静止翼５１ｍが形成され、整流機能が与えられている。また、リアハウジング５２には、風路Ｒ３内に静止翼５２ｍが形成され、整流機能が与えられている。なお、静止翼５１ｍ、５２ｍについては、公知の技術を採用できる。

また、フロントハウジング５１とリアハウジング５２とを組み合わせたときに、フロントハウジング５１とリアハウジング５２との間に、電動機１０の内部と連通する連通孔５０ｓが形成されている。また、連通孔５０ｓは、ステータコア４５と対向する位置に形成されている。また、連通孔５０ｓは、ステータコア４５のフロント側の端部に位置している。

電動送風機１において、吸込口７１ａから吸い込まれた空気は、風路Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を通って、電動送風機１から排出される。また、リアハウジング５２には、コイル部材４７から電線を引き出すための孔（不図示）などが形成されている。この場合、連通孔５０ｓの外周側の風路Ｒ３が負圧になることで、白抜き矢印で示すように、リアハウジング５２から排出した排気風の一部と外気が、不図示の孔を通って電動機１０内に戻り、連通孔５０ｓに向けて流れる。このときの戻り空気は、ステータコア４５と接触しながら連通孔５０ｓに戻り、連通孔５０ｓから風路Ｒ３に戻る。このような空気の流れが発生することで、ステータコア４５及びコイル部材４７が冷却される。

また、前記したように、コイル部材４７に熱伝導性のグリスが設けられていると、コイル部材４７の熱がグリスを介してステータコア４５に伝達されやすくなる。熱を受け取ったステータコア４５は、連通孔５０ｓに戻る戻り空気によって冷却される。このようにして、電動機１０を効率的に冷却することが可能になり、電動機１０としての効率を向上させることができ、電動送風機１の効率も向上させることができる。

なお、図示していないが、電動送風機１を掃除機本体２（図１）に装着して電気掃除機１００（図１）とした場合、電動送風機１から排出された空気は、電動機１０を制御する制御基板（不図示）や充電式電池２４（図１）を冷却して、電気掃除機１００の外部に排出される。

次に、電動機１０の動作について説明する。

ロータ３０の外径側には、永久磁石から成るロータコア３２によって直流磁界が形成されている。一方、図示しないインバータにより所定の周波数に変換した三相電力をコイル部材４７に給電すると、ステータ４０の内径側に回転磁界が形成される。ロータ３０の磁極位置に合わせた電流を通電することで、回転磁界と直流磁界との吸引反発により、トルクが発生し、ロータ３０が回転駆動する。円筒状（円環状）のステータコア４５は、磁束が集中するティース部を有しないため、鉄損が小さくなる。このため、高速領域でも鉄損の小さい高効率な運転を実現することができる。

ステータ４０は、ロータ３０の外周にギャップを介して配置される円筒体４２と、この円筒体４２の外周に設けられた巻枠部４６に設けられたコイル部材４７と、巻枠部４６の外周に対向して設けられる円筒状のステータコア４５と、を備える。巻枠部４６は、断面視Ｔ字形状の傘部４３を有する。これにより、巻枠部４６のみでコイル部材４７（巻線）とステータコア４５の配置が可能になる。このため、製造コストを抑えることができるとともに、部品点数も少なく抑えることができる。

また、電動機１０において、補強部材４４は、非磁性材料によって形成され、ステータコア４５と径方向において重ならない位置に配置されている。これにより、補強部材４４に回り込む磁路が形成されるのを抑えることができ、全体の効率を向上できる。

１：電動送風機、２：掃除機本体、１０：電動機、２１：電動送風機、３０：ロータ、３１：回転軸、３２：ロータコア、３３、３４ｐ、３４ｑ：軸受、３３ｐ：外輪、３３ｑ：内輪、３３ｒ：転動体、３５、３６：バランスリング、４０：ステータ、４１：ボビン、４２：円筒体、４３：傘部、４３ｃ：位置決めリブ、４４：補強部材、４５：ステータコア、４６：巻枠部、４７：コイル部材、５０：ハウジング、５０ｓ：連通孔、５１：フロントハウジング、５２：リアハウジング、６０：インペラ、７０：ファンケーシング、１００：電気掃除機、１０１、１０２：軸受保持部材、１０１ｓ：小径部、Ａｘ：軸方向、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３：風路。

Claims (3)

1. 電動機と、
   インペラと、
   前記電動機及び前記インペラを収容したファンケーシングと、を含み、
   前記電動機は、回転子と、固定子と、を含み、
   前記回転子は、回転子コアと、回転軸と、を含み、
   前記回転軸には、３個の軸受が付設され、
   前記３個の軸受のうちの１個は、前記回転子コアの前記インペラ側に配置され、
   前記回転子コアは、前記３個の軸受のうちの当該１個と前記３個の軸受のうちの他の２個との間に配置されている、電動送風機。
2. 前記３個の軸受のうちの前記他の２個は、互いに直接接触するように配置されている、請求項１記載の電動送風機。
3. 請求項１又は２に記載の電動送風機と、
   集塵部と、を備えた、電気掃除機。

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