JP2023122994A - 電動送風機、および、それを用いた電気掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】電動送風機における回転電機の冷却性を向上する。【解決手段】電動送風機１００は、回転軸１２１と回転軸１２１を支持する軸受１２２とを有する回転子１２０と、固定子コア１１１と電機子巻線１１３とを有する固定子１１０と、回転子１２０と固定子１１０とを内包する円筒状のフレーム１５０と、を備える。固定子コア１１１は、円筒側面から凹んで構成される凹部１６５を有し、フレーム１５０は軸方向において固定子コア１１１より羽根車２０から遠い側に第１の貫通孔（吸気孔１４１）と、軸方向において固定子コア１１１より羽根車２０側に側面を半径方向に貫通する第２の貫通孔（排気孔１３１）とを有し、凹部１６５に対向する対向部位１６６は径方向外側を全閉するように構成され、凹部１６５とフレーム１５０とで囲まれた凹部流路５８は、固定子コア１１１の軸方向端面において軸方向に開口するように構成される。【選択図】図９

Description

本発明は、電動送風機、および、それを用いた電気掃除機に関する。

従来、例えば特許文献１に記載された電動送風機が知られている。特許文献１に記載された電動送風機は、回転電機の格納部の羽根車から遠い側および側面に開口を設けることで、流れ場の気圧差により羽根車から遠い側から吸気して回転電機を冷却し、側面から排気されて主流に合流する冷却風流路を構成する。これにより、特許文献１に記載された電動送風機は、主流の一部を誘導し、直接回転電機に当てることで冷却する方式に対して、主流の風量を増加させて送風効率を向上することができる。

特開２０２１－７１０８２号公報

しかしながら、特許文献１に記載された従来の電動送風機は、回転電機の格納部の各開口における気圧差で冷却風を吸気するため、主流の一部を誘導して回転電機に直接当てる方式に対して、冷却流量を低下させてしまう。加えて、従来の電動送風機は、冷却流路が固定子コアとハウジングのわずかな隙間などで構成されており、流路抵抗が大きくなるため、これによっても、冷却流量を低下させてしまう。更に、従来の電動送風機は、冷媒が排気される側面の開口が軸方向に連設されるディフューザやハウジングの分割位置に依存するため、開口の面積や位置に制約があり、冷却風量の設計自由度が限られていた。そのため、従来の電動送風機は、冷却風量が不足することで、回転電機が高温となり、回転電機の性能劣化を招く可能性がある。したがって、従来の電動送風機は、回転電機の冷却性能に関して改善の余地を残している。

本発明は、前記した課題を解決するためになされたものであり、回転電機の冷却性能を向上する電動送風機、および、それを用いた電気掃除機を提供することを主な目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、電動送風機であって、回転軸と前記回転軸を支持する軸受とを有する回転子と、固定子コアと電機子巻線とを有する固定子と、前記回転子と前記固定子とを内包する円筒状のフレームと、前記フレームを固定するハウジングと、前記回転軸の一端側に固定された羽根車と、を備え、前記フレームは、前記固定子コアと当接するモータケースと、前記モータケースに軸方向において固定されるエンドブラケットと、を有するとともに、軸方向において前記固定子コアに対して前記羽根車から遠い側に形成された第１の貫通孔と、軸方向において前記固定子コアに対して前記羽根車側に、側面を半径方向に貫通するように形成された第２の貫通孔と、を有し、前記固定子コアは、円筒側面から凹んで構成される凹部と、前記モータケースの側壁から離反する離反部分と、を有し、前記フレームの前記モータケースは、回転軸方向において前記固定子コアを覆うように構成され、前記モータケースの、前記凹部に対向する対向部位は半径方向外側を全閉するように構成され、前記凹部と前記モータケースとで囲まれた空間部は、前記固定子コアの軸方向端面において軸方向に開口する構成とする。
その他の手段は、後記する。

本発明によれば、回転電機の冷却性能を向上することができる。

実施形態１に係る電動送風機を搭載する電気掃除機のスティック状態の外観を示す斜視図である。 実施形態１に係る電動送風機を搭載する電気掃除機のハンディ状態の外観を示す斜視図である。 実施形態１に係る電動送風機を搭載する掃除機本体の縦断面図である。 実施形態１に係る電動送風機の外観図である。 図４に示すＹ１－Ｙ１線に沿って電動送風機を切断した場合の電動送風機の断面図である。 実施形態１に係る電動送風機に用いる回転電機の分解斜視図である。 回転電機の斜視図である。 図５と図７に示すＸ１－Ｘ１線に沿って回転電機を切断した場合の電動送風機の断面図である。 電動送風機内の流体の流れを示す概念図である。 比較例の電動送風機の回転電機の構造図である。 比較例の回転電機の固定子コアと実施形態１の回転電機の固定子コアの温度上昇の実測結果である。 実施形態２に係る電動送風機に用いる回転電機の斜視図である。 実施形態３に係る電動送風機に用いる回転電機の斜視図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態（以下、「本実施形態」と称する）について詳細に説明する。なお、各図は、本発明を十分に理解できる程度に、概略的に示しているに過ぎない。よって、本発明は、図示例のみに限定されるものではない。また、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。

［実施形態１］
＜電動送風機を搭載する電気掃除機の構成＞
本実施形態１に係る電動送風機１００は、例えば、電気掃除機のファンモータとして用いるのに好適である。以下、図１から図３を参照して、本実施形態１に係る電動送風機１００を搭載する電気掃除機３００の構成について説明する。図１は、本実施形態１に係る電動送風機１００を搭載する電気掃除機３００の外観を示す斜視図である。図２は、電気掃除機３００の外観を示す側面図である。図３は、掃除機本体の縦断面図である。

図１は、使用形態をスティック型にした時の電気掃除機３００の構成を示している。一方、図２は、使用形態をハンディ型にした時の電気掃除機３００の構成を示している。図１及び図２に示すように、電気掃除機３００は、スティック型とハンディ型とに使用形態を適宜切り替えて使用できる充電式の電気掃除機である。ただし、電気掃除機３００は、スティック型のみしか使用形態がない構成にしたり、ハンディ型のみしか使用形態がない構成にしたり、その他様々なタイプの構成にしたりすることができる。

図１に示すように、電気掃除機３００は、塵埃を集塵する集塵室３０１と、集塵に必要な吸込気流を発生させる電動送風機１００と、電動送風機１００を収納する掃除機本体３１０と、を備えている。掃除機本体３１０の内部には、吸込気流を通す流路３４０が形成されている。また、電気掃除機３００は、掃除機本体３１０に対して伸縮自在に設けられた伸縮パイプ３０２と、伸縮パイプ３０２の一端に設けられたグリップ部３０３と、グリップ部３０３に設けられた電動送風機１００の入切を行うスイッチ部３０４と、を備えている。

図１に示す例では、電気掃除機３００は、スティック状態で、かつ、伸縮パイプ３０２が伸ばされた状態になっている。また、掃除機本体３１０の他端には吸口体３０５が取り付けられ、掃除機本体３１０と吸口体３０５とが接続部３０６で繋がれている。

図２に示す例では、電気掃除機３００は、ハンディ状態で、かつ、伸縮パイプ３０２が掃除機本体３１０内に収納され、グリップ部３０３が伸縮パイプ３０２側に近接した状態になっている。ハンディ状態での持ち手となるハンディグリップ部３０７は、掃除機本体３１０の上面側に、近接されたグリップ部３０３と集塵室３０１との間に設けられている。掃除機本体３１０の他端部には吸口体（隙間ノズル）３０８が取り付けられ、掃除機本体３１０と吸口体３０８とが接続部３０６で繋がれている。

図３は、図２に示すハンディ状態の電気掃除機３００において、掃除機本体３１０から吸口体３０８を取り外した状態を示している。

図３に示すように、掃除機本体３１０の内部には、吸引力を発生させる電動送風機１００と、電動送風機１００に電力を供給する電池ユニット３２０と、電動送風機１００を駆動する駆動用回路３３０とが設けられている。

電気掃除機３００は、グリップ部３０３のスイッチ部３０４を操作することで、掃除機本体３１０に収納された電動送風機１００（図１参照）が作動し、吸込気流を発生させる。そして、吸口体３０５（図１参照）又は吸口体３０８（図２参照）から塵埃を吸い込む。吸口体３０５（図１参照）又は吸口体３０８（図２参照）から吸い込まれた空気は、接続部３０６を通り、さらに掃除機本体３１０に設けられた流路を通って電動送風機１００の前方に配置された集塵室３０１に送られ、集塵室３０１内に集塵される。集塵室３０１で塵挨が分離された後の空気は、電動送風機１００を通り、掃除機本体３１０に形成された排気口（図示せず）から外部に排出される。

＜電動送風機の構成＞
以下、図４から図８を参照して、電動送風機１００の構成について説明する。図４は、電動送風機１００の外観図である。図５は、図４に示すＹ１－Ｙ１線に沿って電動送風機１００を切断した場合の回転電機２００の断面図である。図６は、電動送風機１００に用いる回転電機２００の分解図である。図７は、回転電機２００の斜視図である。図８は、図５と図７に示すＸ１－Ｘ１線に沿って回転電機２００を切断した場合の回転電機２００の断面図である。

ここでは、回転子１２０の径方向を「ｒ（図６参照）」とし、回転子１２０の回転軸１２１の軸方向（回転軸方向）を「ｚ（図６参照）」とし、回転子１２０の回転方向を「θ（図６参照）」として説明する。ただし、回転子１２０の回転軸方向ｚを単に「軸方向」と呼称し、回転方向θを「周方向」と呼称して説明する場合がある。

図４に示すように、電動送風機１００は、羽根車２０（図５参照）を覆うファンカバー１０と、第１ハウジング３０と第２ハウジング４０とを有するハウジング２９と、を備える。第１ハウジング３０の爪突起３７と第２ハウジング４０の突出部４４ａ及び嵌合孔４４ｂについては、後記する。

ファンカバー１０は、中空の円錐形状を呈している。ファンカバー１０は、軸方向上下端面が開口した構造をしており、羽根車２０（図５参照）の一部または全体を収容する。ファンカバー１０は、羽根車２０（図５参照）の軸方向上側から被せるように、第１ハウジング３０に取り付けられる。電動送風機１００は、ファンカバー１０の突出部１１を第１ハウジング３０のポケット部３８に差し込み、接着剤等をポケット部３８に注入することにより、ファンカバー１０と第１ハウジング３０とを固定すると共に、流体の漏れを防ぐ。ファンカバー１０の材質としては、樹脂等を挙げることができる。

図５に示すように、第１ハウジング３０は、軸方向に垂直な平面を含む円板状の取付部３４と、取付部３４の外周から軸方向下向きに延伸して設けられる第１内側壁３１と、第１内側壁３１の径方向外側に空隙を介して設けられる第１外側壁３３と、第１内側壁３１と第１外側壁３３とを連結しつつ、流体を減速させ、圧力を上昇させる第１ディフューザ３２と、を備える。第２ハウジング４０は、第２内側壁４１と、第２外側壁４３と、第２内側壁４１と第２外側壁４３とを連結しつつ、流体を減速させ、圧力を上昇させる第２ディフューザ４２と、を備える。

第１ハウジング３０と第２ハウジング４０とは、第１ハウジング３０の爪突起３７を、第２ハウジング４０の突出部４４ａに設けられた嵌合孔４４ｂに嵌合させることにより、固定される。ただし、第１ハウジング３０と第２ハウジング４０とは、爪突起３７と嵌合孔４４ｂとの嵌合に加え、追加で接着等を用いて固定されるようにしてもよい。これにより、第１内側壁３１と第２内側壁４１とは、一体となって、軸方向に延伸する略肉厚円筒状の内側壁５１を形成する。また、第１外側壁３３と第２外側壁４３とは、一体となって、軸方向に延伸する略肉厚円筒状の外側壁５２を形成する。このような第１ハウジング３０と第２ハウジング４０とは、図６に示す排気孔１３１（第２の貫通孔）の径方向外側に空隙を介して対向する内側壁５１（第１の側壁）と、内側壁５１（第１の側壁）の半径方向外側に空隙を介して対向する外側壁５２（第２の側壁）とを備える。本実施形態では、ハウジング２９は、第１ハウジング３０と第２ハウジング４０とに分割されているが、一体として構成されていてもよい。第１ハウジング３０および第２ハウジング４０の材質としては、樹脂やアルミニウム合金等を挙げることができる。

電動送風機１００は、内部に、羽根車２０と、回転電機２００と、を備える。回転電機２００は、軸方向下側からモータケース１３０の軸受格納部１３２を第１ハウジング３０の嵌合孔３５に挿入し、第１ハウジング３０の取付部３４とモータケース１３０の円板部１３３が突き当たるようにして固定する。この時、第１ハウジング３０の位置決め突起３６を、モータケース１３０の位置決め孔１３４に挿入し、周方向の位置決めをする。本実施形態では、電動送風機１００は、第１ハウジング３０と回転電機２００とをねじにより固定しているが、他の固定方法として接着、圧入、溶接等を用いてもよい。

ここで、図６を参照して回転電機２００の構成について説明する。なお、図５に示す未説明の構成要素については、後記する。図６は、図５に示す回転電機２００の上側部分が手前側（図面の左下側）になり、下側部分が奥側（図面の右上側）になるように、回転電機２００を配置して示している。

図６に示すように、回転電機２００は、固定子１１０と、固定子１１０の内部に配置される回転自在な回転子１２０と、固定子１１０と回転子１２０とを内包する円筒状のフレーム１５０と、を備える。フレーム１５０は、一方の端部が開口された円筒状のモータケース１３０と、モータケース１３０の開口部分を塞ぐ板状のエンドブラケット１４０と、を有する。

固定子１１０は、モータケース１３０により保持される。固定子１１０は、固定子コア１１１と、固定子コア１１１の内部に配置されたボビン１１２と、ボビン１１２に巻回された電機子巻線１１３と、を有する。固定子コア１１１の内周側には、ギャップＧｐ（図８参照）を介して回転子１２０の外周面が固定子コア１１１の内周面に対向するように配置されている。固定子コア１１１の材質としては、鉄を主成分とした電磁鋼板を挙げることができる。また、ボビン１１２の材質としては、ＰＢＴ（polybutylene terephthalate）等の樹脂を挙げることができる。また、電機子巻線１１３の材質としては、銅やアルミニウム合金等を挙げることができる。

回転子１２０は、回転の中心となる回転軸１２１と、回転軸１２１を支持する軸受１２２と、回転時の回転子１２０の振れを抑制するバランスリング１２３と、回転軸１２１に固定された複数極の永久磁石１２４と、高速回転時に永久磁石１２４の破損を防止するカバー１２５と、を有する。

回転子１２０は、回転軸１２１を中心として回転可能である。回転軸１２１は、シャフトと呼ばれる場合がある。回転軸１２１は、軸方向両側において、軸受１２２により回転自在に保持されている。軸受１２２は、モータケース１３０の軸受格納部１３２とエンドブラケット１４０の軸受格納部１４２とに嵌合され、保持される。バランスリング１２３は、切削加工等により形成され、回転子１２０のアンバランスを修正する機能がある。

バランスリング１２３の材質としては、樹脂、銅、アルミニウム合金等を挙げることができる。永久磁石１２４の材質としては、サマリウム鉄窒素磁石、ネオジム磁石、フェライト磁石等を挙げることができる。カバー１２５の材質としては、ＳＵＳ（Steel Use Stainless）やＣＦＲＰ（carbon fiber reinforced plastics）等を挙げることができる。

モータケース１３０は、円板部１３３と、側壁１３５と、を有している。円板部１３３は、回転電機２００において、エンドブラケット１４０から離間する側の端部に配置される。円板部１３３の中心部には、軸受格納部１３２が形成されている。軸受格納部１３２は、円筒凸状を呈しており、エンドブラケット１４０から離間する方向に向けて延伸して形成されている。また、円板部１３３の軸受格納部１３２の周囲には、複数の位置決め孔１３４が形成されている。位置決め孔１３４は、円形状を呈しており、第１ハウジング３０の位置決め突起３６（図５参照）が挿入されることで、第１ハウジング３０に対して所定の位置にモータケース１３０を配置させる。側壁１３５は、円板部１３３の外周部からエンドブラケット１４０の方向に向けて肉厚円筒状に延伸して形成されている。側壁１３５は、エンドブラケット１４０に近い側の端部が開口している。側壁１３５の円板部１３３付近の周面には、複数の排気孔１３１が形成されている。各排気孔１３１は、側壁１３５の周面において、周方向に延在するように形成されている。排気孔１３１は、モータケース１３０の軸方向において、固定子コア１１１に対して羽根車２０（図５参照）側に、側面を半径方向に貫通するように形成された貫通孔である。

エンドブラケット１４０は、円板部１４３と、モータケース１３０の側壁１３５の内部に挿入される嵌合用凸部１４４と、を有している。円板部１４３の中心部には、軸受格納部１４２が形成されている。円板部１４３の軸受格納部１４２の周囲には、複数の吸気孔１４１が形成されている。吸気孔１４１は、モータケース１３０の軸方向において、固定子コア１１１に対して羽根車２０（図５参照）から遠い側に形成された貫通孔である。図６に示す例では、各吸気孔１４１は円弧状を呈している。以下、吸気孔１４１と前記した排気孔１３１とを区別する場合に、「吸気孔１４１」を「第１の貫通孔」と呼称し、「排気孔１３１」を「第２の貫通孔」と呼称して説明する場合がある。

軸受格納部１４２は、円筒凸状を呈しており、モータケース１３０の円板部１３３から離間する方向に向けて延伸して形成されている。嵌合用凸部１４４は、円板部１４３の外周部からモータケース１３０の円板部１３３の方向に向けて肉厚円筒状に延伸して形成されている。

回転電機２００は、固定子１１０の内部に回転子１２０を配置し、モータケース１３０の軸受格納部１３２とエンドブラケット１４０の軸受格納部１４２とに回転子１２０の軸受１２２を嵌合させた構成になっている。モータケース１３０の側壁１３５の径方向内周面とエンドブラケット１４０の嵌合用凸部１４４の径方向外周面は、嵌め合い構造になっている。側壁１３５の径方向内周面と嵌合用凸部１４４の径方向外周面とを中間ばめもしくは締りばめで嵌合させることにより、モータケース１３０とエンドブラケット１４０とが、固定され、一体となってフレーム１５０として機能する。なお、モータケース１３０とエンドブラケット１４０との他の固定方法としては、ねじ、加締め、接着等の方法が考えられる。図７は、モータケース１３０とエンドブラケット１４０とを固定した状態を示している。フレーム１５０は、回転軸１２１に垂直かつ羽根車２０（図５参照）側の面において、回転子１２０によって、もしくは回転子１２０とハウジング２９とによって、軸方向に全閉されるように構成される。

図５に戻り、回転子１２０の回転軸１２１の軸方向上側の端部には、羽根車２０が取り付けられる。羽根車２０は、傘部２２と、複数の翼部２１と、嵌合部材２４と、を有している。傘部２２は、中空の円錐状を呈している。複数の翼部２１は、傘部２２の外周面から径方向外側に突出するように形成されている。傘部２２の中心部には、軸方向に円柱状に貫通する嵌合用貫通孔２３が形成されている。嵌合用貫通孔２３の軸方向下側には、略肉厚円筒状の嵌合部材２４が固定されている。羽根車２０は、嵌合用貫通孔２３と嵌合部材２４を回転軸１２１に嵌合させ、ナット２５で回転軸１２１に螺着されることにより、回転軸１２１に固定される。なお、嵌合部材２４と回転軸１２１との固定方法としては、接着、圧入等が考えられる。また、羽根車２０と回転軸１２１の軸方向の固定方法としては、ナット２５による螺着に加え、追加でナット２５と回転軸１２１とを接着してもよい。羽根車２０の材質としては、樹脂やアルミニウム合金等を挙げることができる。嵌合部材２４の材質としては、炭素鋼等を挙げることができる。

電動送風機１００は、回転電機２００で羽根車２０を回転させることにより、吸気口５３からハウジング２９の内部に流体を取り込む。そして、電動送風機１００は、ハウジング２９の内部で流体を流動させて、排気口５５からハウジング２９の外部に流体を排出する（図９に示す主流Ｆ１参照）。また、電動送風機１００は、回転電機２００で羽根車２０を回転させることにより、吸気孔１４１と排気口５５との間で発生する気圧差を利用して、吸気孔１４１からモータケース１３０の内部に流体を取り込む。そして、電動送風機１００は、モータケース１３０の内部で排気孔１３１に向けて流体を流動させ、排気孔１３１を介してモータケース１３０の外部に流体を流動させた後、流体を折り返させて流動させ、排気口５５からハウジング２９の外部に流体を排出する（図９に示す主流Ｆ２参照）。

図８は、図５と図７に示すＸ１－Ｘ１線に沿って回転電機２００を切断した場合の回転電機２００の断面構成を示している。図８に示す回転電機２００の断面構成は、回転軸１２１に対して垂直方向に切断した断面構成、つまり、固定子コア１１１を軸方向に対して垂直方向に切断した断面構成である。

本実施形態では、回転電機２００は、３相交流電流により駆動されるものとする。図示しないパワーモジュールは、駆動信号に基づきスイッチング動作を行い、図示しないバッテリから供給される直流電力を３相交流電力に変換する。この３相交流電力は、電機子巻線１１３に供給され、回転磁界が固定子１１０に発生する。３相交流電流の周波数および位相は、図示しない制御回路および駆動回路により制御される。

図８に示すように、固定子コア１１１は、円環状のヨーク１６１の外周面と、モータケース１３０の側壁１３５との接触部位１３５ａと、を有し、モータケース１３０の内部に固定される。固定方法は、中間ばめ、締りばめ、溶接、接着等が考えられ、これらのうち複数を組み合わせた方法であってもよい。モータケース１３０の、凹部１６５に対向する対向部位１６６は半径方向外側を全閉するように構成されている。即ち、凹部１６５とそれに対向する対向部位１６６とで閉断面を形成するように構成されている。

固定子コア１１１の内径側には、複数のスロット１６４とティース１６３とが、固定子コア１１１の全周に亘って均等な間隔で配置されている。図８では、スロット１６４とティース１６３のすべてに符号を付すことはせず、代表として一部のスロットとティースのみに符号を付している。その他の図も、図８と同様に、複数の同じ構成の全てに符号を付すことはせず、代表として一部の構成のみに符号を付している。

スロット１６４内には、ボビン１１２と電機子巻線１１３とが配置されている。ボビン１１２は、電機子巻線１１３と固定子コア１１１との絶縁距離を確保するとともに、電機子巻線１１３を巻回する際等において、固定子コア１１１の角部と接触して絶縁被膜が損傷することを防ぐ。電機子巻線１１３は、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相の複数の相に対応する複数の巻線で構成される。本実施形態では、三相４極の集中巻であるため、スロット１６４とティース１６３は、等間隔に６個設けられ、各ティース１６３に周方向においてＵ相、Ｖ相、Ｗ相、…の順番で巻回される。

固定子コア１１１は、モータケース１３０の側壁１３５から離反するように、円筒側面から凹んで形成された凹部１６５を備える。モータケース１３０の側壁１３５は、軸方向において固定子コア１１１を軸方向において覆い、凹部１６５に径方向に対向する部分において、全閉となるように（閉断面を形成するように）構成されている。これにより、回転電機２００は、凹部流路５８を形成する。凹部流路５８は、凹部１６５とモータケース１３０の側壁１３５とで囲まれる空間部（閉断面を形成するように）である。凹部流路５８は、羽根車２０から遠い側の軸方向端部５６ａと羽根車２０に近い側の軸方向端部５６ｂとにおいて、ボビン１１２やモータケース１３０等の部品によって完全に閉塞されないように構成される。つまり、凹部流路５８は、軸方向に流体が通過することができるように構成される。

第１ハウジング３０の取付部３４とモータケース１３０の円板部１３３と回転子１２０とは、軸方向から見て嵌合孔３５を閉塞するように構成される。つまり、嵌合孔３５は、取付部３４と円板部１３３と回転子１２０のいずれかによって塞がれている。したがって、電動送風機１００は、円板部１３３の内部から取付部３４の外部へ向かう軸方向に貫通する流路が形成されないように、構成される。エンドブラケット１４０は、固定子コア１１１よりも羽根車２０から遠い側に配置され、軸方向に貫通する吸気孔１４１を有している。モータケース１３０は、固定子コア１１１よりも羽根車２０に近い側に、径方向に貫通する排気孔１３１を備える。モータケース１３０とエンドブラケット１４０の材質としては、炭素鋼やアルミニウム合金等の金属材料を適用する。

＜電動送風機の動作＞
以下、図９を参照して、電動送風機１００の動作について説明する。図９は、電動送風機１００内の流体の流れを示す概念図である。図９は、図４に示すＹ１－Ｙ１線に沿って回転電機２００を切断した場合の回転電機２００の断面構成に対して、流体の流れを付加した概念図である。本実施形態では、流体が空気である場合を想定して説明するが、流体は油等の空気以外のものであってもよい。

まず、電動送風機１００の動作原理を説明する。回転電機２００が駆動することにより、回転軸１２１に固定された羽根車２０が回転し、羽根車２０の翼部２１によって図９の軸方向上側から軸方向下側に向かって主流Ｆ１が生じる。以後、軸方向上側を上流側、軸方向下側を下流側と呼称して説明する場合がある。

主流Ｆ１は、吸気口５３から吸気され、回転する羽根車２０により増速されて、周方向に旋回する旋回成分と、軸方向に直進する直進成分とを持つ流速となる。続いて、主流Ｆ１は、第１ディフューザ３２と第２ディフューザ４２とを通過して、旋回成分が直進成分へ変換され、減速と昇圧がなされ、排気口５５から排気される。このとき、吸気孔１４１と排気口５５との間で発生する気圧差により、吸気孔１４１からモータケース１３０の内部に向かって冷却流Ｆ２が生じる。

続いて、冷却流Ｆ２について説明する。冷却流Ｆ２は、回転電機２００を冷却する流体（冷却風）の流れであり、エンドブラケット１４０の吸気孔１４１から吸気され、凹部流路５８（図８及び図９参照）やスロット１６４（図８参照）、ギャップＧｐ（図８参照）を経由してモータケース１３０の排気孔１３１に向けて流れる。そして、冷却流Ｆ２は、排気孔１３１からモータケース１３０と第１ハウジング３０の第１内側壁３１との間に排気される。モータケース１３０と第１ハウジング３０の第１内側壁３１との間に排気された流体は、排気口５５に向けて流れ、内側壁５１の端面５４付近で主流Ｆ１に合流する。

つまり、エンドブラケット１４０の吸気孔１４１から吸気された冷却流Ｆ２は、モータケース１３０の内部を上昇し、モータケース１３０の円板部１３３付近で折り返してモータケース１３０の排気孔１３１を通過し、モータケース１３０と第１ハウジング３０の第１内側壁３１との間を下降して、内側壁５１の端面５４に至る。

この間に、冷却流Ｆ２は、回転電機２００を冷却する。また、冷却流Ｆ２は、モータケース１３０の円板部１３３付近で固定子コア１１１の上方に旋回流Ｆ３を発生させる。旋回流Ｆ３も、回転電機２００を冷却する。

冷却流Ｆ２は、主流Ｆ１により作られる流れ場の圧力差を利用して冷媒（流体）を誘導する。主流Ｆ１の端面５４における流路は、モータケース１３０の側壁１３５と、外側壁５２との間の領域である。また、エンドブラケット１４０の吸気孔１４１における流路は、エンドブラケット１４０の軸受格納部１４２と、外側壁５２との間の領域である。

ここで、モータケース１３０の側壁１３５と外側壁５２との間の距離Ｌ１は、軸受格納部１４２と外側壁５２との間の距離Ｌ２よりも小さいため、回転電機２００における内側壁５１の端面５４付近の流路面積がエンドブラケット１４０の直下の流路面積よりも小さくなる。ベンチュリ効果により、流路面積が小さいと、流速が速くなるとともに、圧力が低くなり、逆に、流路面積が大きいと、流速が遅くなるとともに、圧力が高くなる。加えて、内側壁５１の端面５４付近の流路とエンドブラケット１４０に設けられている吸気孔１４１との間には第２ディフューザ４２が設けられているため、内側壁５１の端面５４付近の流路から吸気孔１４１にかけて回転電機２００内を流れる気体の流れ（冷却流Ｆ２）が減速、昇圧される。これにより、エンドブラケット１４０の吸気孔１４１の圧力の方が、内側壁５１の端面５４付近の流路における圧力よりも高くなる。そのため、図９に示す向きに冷却流Ｆ２が流れる。

次に、電動送風機１００の作用効果について説明する。電動送風機１００は、スロット１６４（図８参照）とギャップＧｐ（図８参照）に加えて凹部流路５８（図８及び図９参照）を有している。凹部流路５８は、軸方向に開口して設けられることにより、冷却流Ｆ２の流路面積を大きくすることができるため、流路抵抗を低減して冷却流量を増大することができる。これにより、回転電機２００の冷却を促進することができる。

モータケース１３０の側壁１３５は、固定子コア１１１を軸方向において覆うように構成され、凹部１６５に径方向に対向する部分において全閉となるように構成されている。また、モータケース１３０は、固定子コア１１１よりも羽根車２０に近い側に、径方向に貫通する排気孔１３１を備えている。このような電動送風機１００は、凹部流路５８の途中で冷却流が径方向外側に漏れることなく、固定子コア１１１の羽根車２０に近い側へ冷却流Ｆ２を誘導する。回転電機２００の羽根車２０に近い側は、冷却流Ｆ２の下流に位置するため、冷却流Ｆ２が吸気されるエンドブラケット１４０の吸気孔１４１と比較して、固定子コア１１１、軸受１２２および電機子巻線１１３からの熱伝達により冷媒（流体）の温度が高くなり、温度の上昇が懸念される。しかしながら、電動送風機１００は、冷却流Ｆ２を羽根車２０に近い側へ効率よく誘導するため、必要な冷却流量を確保することができ、回転電機２００の羽根車２０に近い側の温度を効率よく低減することができる。

なお、内側壁５１は、エンドブラケット１４０よりも軸方向において羽根車２０に近い側に配置されることが望ましい。これにより、電動送風機１００は、モータケース１３０の側壁１３５と外側壁５２との間の距離Ｌ１を、軸受格納部１４２と外側壁５２との間の距離Ｌ２よりも小さくすることができる。このような電動送風機１００は、ベンチュリ効果により、エンドブラケット１４０の吸気孔（第１の貫通孔）１４１の圧力の方を、内側壁５１の端面５４における圧力よりも高くできる。これにより、冷却流Ｆ２の吸気を促進することができる。

モータケース１３０は、第１ハウジング３０および第２ハウジング４０の別部品として構成される。これにより、モータケース１３０は、回転電機２００の剛性および固定子コア１１１と取付部３４に対する保持力を過度に損なわない範囲で、自由な位置および面積でモータケース１３０の排気孔１３１を設けることができる。これにより電動送風機１００は、流路抵抗を低減して、冷却風量を増大させ、回転電機２００の冷却を向上させることができる。

フレーム１５０（モータケース１３０およびエンドブラケット１４０）の材質は、高熱伝導かつ高剛性な金属を選択するとよい。これにより、電動送風機１００は、冷却流Ｆ２への軸受１２２および固定子コア１１１からの熱伝達を促進して、回転電機２００の温度を低減するとともに、回転電機２００の剛性を高めて駆動時の振動・騒音を抑制することができる。

内側壁５１は、モータケース１３０の排気孔１３１を、軸方向において少なくとも一部を覆うように構成される。そのため、排気孔１３１から排気された冷却流Ｆ２は、羽根車２０から遠い側に流速の向きが変化する。これにより、冷却流Ｆ２は、モータケース１３０の側壁１３５の径方向外側を流れて放熱を促進しつつ、主流Ｆ１と流速ベクトルが揃った状態で合流するため、主流F１に対して垂直に流入するのと比較して、渦による閉塞効果等によって主流Ｆ１の流れを妨げることを防ぎ、送風性能を向上させることができる。

嵌合孔３５は、軸方向から見て閉塞されるように構成される。つまり、嵌合孔３５は、取付部３４と円板部１３３と回転子１２０のいずれかによって塞がれ、円板部１３３から取付部３４へ軸方向に貫通する流路が形成されないように構成される。これにより、凹部流路５８（図８及び図９参照）やスロット１６４（図８参照）、ギャップＧｐ（図８参照）を通った冷却流Ｆ２は、羽根車２０に近い側へ漏れず、取付部３４、円板部１３３、回転子１２０のいずれかに衝突して、排気孔１３１からモータケース１３０と第１ハウジング３０の第１内側壁３１との間に排気される。そのため、電動送風機１００は、流体の衝突による熱伝達の促進で回転電機２００の羽根車２０に近い側の放熱を促進することができる。

図８に示すように、固定子コア１１１の凹部１６５は、ヨーク１６１から見て傾斜角度の小さい第１傾斜部１６２ａと傾斜角度の大きい第２傾斜部１６２ｂとの２段階に屈曲して設けられてもよい。第１傾斜部１６２ａと第２傾斜部１６２ｂは、モータケース１３０の側壁１３５から離反するように形成された離反部分である。これにより、電動送風機１００は、凹部流路５８の流路面積を拡大すると共に、固定子コア１１１の放熱面積を増加させ、回転電機２００の冷却を向上させることができる。また、電動送風機１００は、第１傾斜部１６２ａと第２傾斜部１６２ｂのように屈曲する部位を３つ以上設けた場合も、同様に、凹部流路５８の流路面積を拡大すると共に、固定子コア１１１の放熱面積を増加させ、回転電機２００の冷却を向上させることができる。

モータケース１３０の側壁１３５の内周面には、固定子コア１１１の凹部１６５に嵌合するように、突起部１３６が設けられている。これにより、電動送風機１００は、固定子コア１１１の周方向に対する保持力を向上でき、回転電機２００の剛性を高めることができる。そのため、電動送風機１００は、駆動時の振動や騒音を抑制することができる。

以下、図１０と図１１を参照して、比較例の電動送風機１０００の固定子コア１１１１と本実施形態１に係る電動送風機１００の固定子コア１１１の温度上昇の違いについて説明する。図１０は、比較例の電動送風機１０００の回転電機１２００の構造図である。図１１は、比較例の電動送風機１０００の固定子コア１１１１と本実施形態１に係る電動送風機１００の固定子コア１１１の温度上昇の実測結果である。

図１０に示すように、比較例の電動送風機１０００の回転電機１２００は、本実施形態１に係る電動送風機１００の回転電機２００（図８参照）と比較すると、凹部流路５８（図８参照）を有していない点で相違する。つまり、比較例の電動送風機１０００の回転電機１２００は、本実施形態１に係る電動送風機１００の回転電機２００（図８参照）と比較すると、モータケース１３０の側壁１３５から離反するように形成された離反部分（第１傾斜部１６２ａと第２傾斜部１６２ｂ（図８参照））を有していない点で相違する。また、比較例の電動送風機１０００は、本実施形態１に係る電動送風機１００の回転電機２００（図８参照）と比較すると、固定子コア１１１１の外周面が全てモータケース１３０に覆われている点で相違する。

比較例の電動送風機１０００に対して、本実施形態１に係る電動送風機１００は、凹部流路５８を有することで、冷却流Ｆ２（図９参照）の流路面積を増加して、冷却風量を向上させることができる。また、本実施形態１に係る電動送風機１００は、凹部流路５８において固定子コア１１１を直接冷却するとともに、固定子コア１１１の放熱面積を増加させることができる。このような本実施形態１に係る電動送風機１００は、図１１に示すように、比較例の電動送風機１０００と比較すると、固定子コア１１１の温度上昇を０．８倍に低減することができる。

以上の通り、本実施形態１に係る電動送風機１００によれば、回転電機２００の冷却性能を向上することができる。また、電気掃除機３００は、本実施形態１に係る電動送風機１００を備えることにより、回転電機２００の温度上昇を抑えて、送風性能を向上させることができるため、吸引力を向上させることができる。

［実施形態２］
以下、図１２を参照して、本実施形態２に係る電動送風機１００Ａに用いる回転電機２００Ａの構成について説明する。図１２は、本実施形態２に係る電動送風機１００Ａに用いる回転電機２００Ａの斜視図である。

図１２に示すように、本実施形態２に係る電動送風機１００Ａに用いる回転電機２００Ａは、実施形態１に係る電動送風機１００Ａ用いる回転電機２００（図７参照）と比較すると、モータケース１３０の側壁１３５に貫通孔１３７が形成されている点で相違している。本実施形態２では、モータケース１３０は、固定子コア１１１との接触部位１３５ａ（図８参照）において、貫通孔１３７として、径方向に貫通する少なくとも１つの第３の貫通孔を備えている。

本実施形態２に係る電動送風機１００Ａは、回転電機２００Ａのモータケース１３０において、軸方向の固定子コア１１１と重なる部分であって、ヨーク１６１（図８参照）と側壁１３５とが当接する部分の一部に、貫通孔１３７を追加して設けている。これにより、本実施形態２に係る電動送風機１００Ａは、回転電機２００Ａのモータケース１３０を軽量化すると同時に、冷却流Ｆ２が側壁１３５の径方向外側を流れる際に、貫通孔１３７により表出した固定子コア１１１を直接冷却することができる。

このような本実施形態２に係る電動送風機１００Ａは、実施形態１に係る電動送風機１００よりも、さらに固定子コア１１１の冷却性能を向上させることができる。また、本実施形態２に係る電動送風機１００Ａは、貫通孔１３７の外縁部において、固定子コア１１１を接着、もしくは溶接することにより、固定子コア１１１の保持力を増加して破損を防ぎ、回転電機２００Ａの剛性を向上して振動、騒音を抑制することができる。

［実施形態３］
以下、図１３を参照して、本実施形態３に係る電動送風機１００Ｂに用いる回転電機２００Ｂの構成について説明する。図１３は、本実施形態３に係る電動送風機１００Ｂに用いる回転電機２００Ｂの斜視図である。

図１３に示すように、本実施形態３に係る電動送風機１００Ｂは、実施形態２に係る電動送風機１００Ａに用いる回転電機２００Ａ（図１２参照）と比較すると、モータケース１３０の側壁１３５に第２吸気孔１３８が形成されている点で相違している。本実施形態３では、モータケース１３０は、軸方向において固定子コア１１１に対して羽根車２０（図９参照）から遠い側に、第２吸気孔１３８として、径方向に貫通するように形成された少なくとも１つの第４の貫通孔を備える。

本実施形態３に係る電動送風機１００Ｂでは、回転電機２００Ｂのモータケース１３０は、軸方向において固定子コア１１１に対して羽根車２０（図９参照）から遠い側に、第２吸気孔１３８を追加して設けている。これにより、本実施形態３に係る電動送風機１００Ｂは、前記した実施形態２に係る電動送風機１００Ａ（図１２参照）よりも、回転電機２００Ｂのモータケース１３０を軽量化すると同時に、吸気孔１４１に加えて第２吸気孔１３８も冷却流Ｆ２の吸気口として機能させることができる。

このような本実施形態３に係る電動送風機１００Ｂは、前記した実施形態２に係る電動送風機１００Ａ（図１２参照）よりも、流路抵抗を減少させることができる。このような本実施形態３に係る電動送風機１００Ｂは、前記した実施形態２に係る電動送風機１００Ａ（図１２参照）よりも、さらに回転電機２００の冷却性能を向上させることができる。

本発明は、前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、前記した実施形態は、本発明を分かり易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、実施形態の構成の一部を他の構成に置き換えることが可能であり、また、実施形態の構成に他の構成を加えることも可能である。また、各構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

例えば、前記した実施形態の回転電機２００では、永久磁石１２４の極数を４極としているが、これに限らず、２極や６極など他の極数でもよい。なお、永久磁石１２４の着磁分布としては、極異方性、ハルバッハ配列、並行着磁、径方向着磁など各種の着磁分布が適用できる。

また、相数は３に限らず、１や６など他の整数を選択してもよい。
また、回転電機は、表面磁石型でもよいし、埋込磁石型でもよい。

また、電気掃除機３００は、前記した実施形態１から実施形態３のいずれかに係る電動送風機１００，１００Ａ，１００Ｂを備えることにより、回転電機２００の温度上昇を抑えて、送風性能を向上させることができるため、吸引力を向上させることができる。

１０ ファンカバー
１１ 突出部
２０ 羽根車
２１ 翼部
２２ 傘部
３ 嵌合用貫通孔
２４ 嵌合部材
２５ ナット
２９ ハウジング
３０ 第１ハウジング
３１ 第１内側壁
３２ 第１ディフューザ
３３ 第１外側壁
３４ 取付部
３５ 嵌合孔
３６ 位置決め突起
３７ 爪突起
３８ ポケット部
４０ 第２ハウジング
４１ 第２内側壁
４２ 第２ディフューザ
４３ 第２外側壁
４４ａ 突出部
４４ｂ 嵌合孔
５１ 内側壁（第１の側壁）
５２ 外側壁（第２の側壁）
５３…吸気口
５４ 端面
５５ 排気口
５６ａ，５６ｂ 軸方向端部
５８ 凹部流路（空間部）
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１０００ 電動送風機
１１０，１１１０ 固定子
１１１，１１１１ 固定子コア
１１２ ボビン
１１３ 電機子巻線
１２０ 回転子
１２１ 回転軸
１２２ 軸受
１２３ バランスリング
１２４ 永久磁石
１２５ カバー
１３０ モータケース
１３１ 排気孔（第２の貫通孔）
１３２，１４２ 軸受格納部
１３３ 円板部
１３４ 位置決め孔
１３５ 側壁
１３５ａ 接触部位
１３６ 突起部
１３７ 貫通孔（第３の貫通孔）
１３８ 第２吸気孔（第４の貫通孔）
１４０ エンドブラケット
１４１ 吸気孔（第１の貫通孔）
１４３ 円板部
１４４ 嵌合用凸部
１５０ フレーム
１６１ ヨーク
１６２ａ 第１傾斜部（離反部分）
１６２ｂ 第２傾斜部（離反部分）
１６３ ティース
１６４ スロット
１６５ 凹部
１６６ 対向部位
２００，２００Ａ，２００Ｂ，１２００ 回転電機
３００ 電気掃除機
３０１ 集塵室
３０２ 伸縮パイプ
３０３ グリップ部
３０４ スイッチ部
３０５ 吸口体
３０６ 接続部
３０７ ハンディグリップ部
３０８ 吸口体
３１０ 掃除機本体
３２０ 電池ユニット
３３０ 駆動用回路
３４０ 流路
Ｆ１ 主流
Ｆ２ 冷却流
Ｆ３ 旋回流
Ｇｐ ギャップ
Ｌ１，Ｌ２ 距離

Claims (9)

1. 回転軸と前記回転軸を支持する軸受とを有する回転子と、
   固定子コアと電機子巻線とを有する固定子と、
   前記回転子と前記固定子とを内包する円筒状のフレームと、
   前記フレームを固定するハウジングと、
   前記回転軸の一端側に固定された羽根車と、を備え、
   前記フレームは、前記固定子コアと当接するモータケースと、前記モータケースに軸方向において固定されるエンドブラケットと、を有するとともに、軸方向において前記固定子コアに対して前記羽根車から遠い側に形成された第１の貫通孔と、軸方向において前記固定子コアに対して前記羽根車側に、側面を半径方向に貫通するように形成された第２の貫通孔と、を有し、
   前記固定子コアは、円筒側面から凹んで構成される凹部と、前記モータケースの側壁から離反する離反部分と、を有し、
   前記フレームの前記モータケースは、回転軸方向において前記固定子コアを覆うように構成され、
   前記モータケースの、前記凹部に対向する対向部位は半径方向外側を全閉するように構成され、
   前記凹部と前記モータケースとで囲まれた空間部は、前記固定子コアの軸方向端面において軸方向に開口するように構成される
   ことを特徴とする電動送風機。
2. 請求項１に記載の電動送風機において、
   前記ハウジングは、前記第２の貫通孔の径方向外側に空隙を介して対向する第１の側壁と、前記第１の側壁の半径方向外側に空隙を介して対向する第２の側壁とを備え、
   前記第１の側壁は、前記第２の貫通孔よりも軸方向において羽根車側に設けられる
   ことを特徴とする電動送風機。
3. 請求項１または請求項２に記載の電動送風機において、
   前記フレームの材質が金属である
   ことを特徴とする電動送風機。
4. 請求項２に記載の電動送風機において、
   前記ハウジングの前記第１の側壁は、軸方向において前記第２の貫通孔の少なくとも一部を覆うように構成される
   ことを特徴とする電動送風機。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の電動送風機において、
   前記フレームは、前記回転軸に垂直かつ前記羽根車側の面において、前記回転子によって、もしくは前記回転子と前記ハウジングとによって、軸方向に全閉されるように構成される
   ことを特徴とする電動送風機。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の電動送風機において、
   前記モータケースは、前記固定子コアとの接触部位において、径方向に貫通する少なくとも１つの第３の貫通孔を備える
   ことを特徴とする電動送風機。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の電動送風機において、
   前記モータケースは、軸方向において前記固定子コアに対して羽根車から遠い側に、径方向に貫通するように形成された少なくとも１つの第４の貫通孔を備える
   ことを特徴とする電動送風機。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の電動送風機において、
   前記固定子コアの前記凹部は、傾斜角度が大きくなるように少なくとも２段階に屈曲して構成される
   ことを特徴とする電動送風機。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の電動送風機を備える
   ことを特徴とする電気掃除機。