JP5987171B2 - 電動送風機 - Google Patents

Description

本発明は、電動機の動力により遠心ファンを回転させて送風をする電動送風機に関するものである。

電気掃除機等に搭載される電動送風機は、電動機として整流子電動機が用いられる場合が多い。この整流子電動機は、鉄心の筒内にコイルが巻回されて構成される界磁と、その界磁内に回転自在に設けられた電機子とを有し、送風機の気流により界磁と電機子を冷却するようになっている。冷却不足による電動機性能の低下を防止するため、従来、送風機と整流子電動機との間の流路に冷却板を配設し、電機子側に流れる風量を増加させるような構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平４−１２７８５５号公報

しかしながら、上記従来の電動送風機によれば、ある程度は冷却性を上げることができるが、近年は電気掃除機など家電品の小型軽量化が求められ、電動送風機の内部発熱をさらに効率的に冷却することが必要となっている。

特許文献１のような略半円形の冷却板を配設する構成では、通風路の圧力が片側に偏るために送風効率が低下し、さらに、界磁巻線の冷却効果が片側に偏るために、冷却性も良くないという課題を有していた。

本発明の電動送風機は、界磁巻線を有する界磁と、電機子巻線を有する電機子と、界磁を保持する半開口筒型のフレームと、電機子の回転軸を保持しフレームの開口に固定されるブラケットと、回転軸に取り付けられたファンと、フレームの開口とブラケットの間に配置された冷却板とを備える。冷却板は、中央に中央開口を有し、冷却板の外縁とフレームの開口の内径との間に隙間が設けられる。この冷却板の中央開口の面積をＳ１とし、隙間の面積の合計をＳ２としたとき、Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２）で表される面積比率を０．０２〜０．１５の範囲内としたことを特徴とする。

この構成により、送風機から吐出された空気がブラケットを通過して電動機に吐出されるときに、冷却板の中央開口から吐き出された空気は電機子巻線を冷却し、隙間から吐出された空気は界磁巻線を均等に冷却することができる。また、通風路の圧力分布が均等化されることにより、圧力損失を抑制できることから送風機効率を向上させることができる。

本発明の電動送風機によれば、巻線の冷却性が向上するため、送風機効率が向上し、本体の小型軽量化が可能となる。

本発明の実施形態における電動送風機の半断面図 同電動送風機の分解斜視図 同電動送風機のブラケットとその背面側に配置される冷却板と電機子とを拡大して示す分解斜視図 同電動送風機の冷却板の正面側から見た構成を示す平面図 同電動送風機の面積Ｓ１と面積Ｓ２を具体的に例示した図 本発明の実施形態における電動送風機の面積比率ＲＳと、電機子巻線温度および送風機効率の相関を示す図

（実施の形態）
以下、本発明を電動送風機に具体化した一実施の形態を図面にしたがって説明する。本実施の形態では、電気掃除機に具備され、電動機として整流子電動機を利用した電動送風機の一例を挙げて説明する。

図１は本実施の形態における電動送風機の半断面図、図２は同電動送風機の分解斜視図を示している。

図１および図２に示すように、この電動送風機１は、一方が閉塞しその反対方向が開口した円筒状のフレーム２の内側に電動機１ｍが設けられている。電動機１ｍは、整流子電動機であり、主に界磁３と電機子４とから構成されている。

界磁３は、一対の突極が形成される方形筒状の界磁鉄心５と、突極に巻回される界磁巻線６とを含む。界磁鉄心５は、方形の電磁鋼板を複数枚積層して形成されている。そして、界磁鉄心５の一対の突極の内側に、電機子４を配置する空間部を有している。このような界磁鉄心５が半開口筒型のフレーム２の内側で保持されている。

電機子４は、電機子鉄心４ｃと電機子巻線１４と整流子１５と回転軸９とを含み構成されている。電機子鉄心４ｃには、電機子巻線１４が巻回されている。整流子１５には、電機子鉄心４ｃから引き出された電機子巻線１４の一部が接続される。電機子鉄心４ｃおよび整流子１５は円筒状を成し、電機子鉄心４ｃおよび整流子１５の中心を貫通するように回転軸９が結合されている。この回転軸９の両端がそれぞれ軸受９ｂによって回転自在に支承され、これによって、電機子４は、界磁鉄心５の一対の突極間と所定の隙間を介して、回転自在に保持されている。

また、電機子４の整流子１５には、以下で説明する一対のブラシ保持器７ｈに保持された一対のブラシが当接している。このブラシは、黒鉛等のカーボンブラシ材に固体潤滑剤を含めた組成で、直方体状に形成されている。

以上のようにして、整流子電動機である電動機１ｍが構成されている。このように構成された電動機１ｍにおいて、一対のブラシに電圧を加えることで、整流子１５を介して電機子巻線１４に電流が流れて、界磁３による磁界と作用して、電機子４が回転する。

また、電動送風機１は、電動機１ｍの回転動作によって送風するため、図２に示すように、電動機１ｍを配置した側から回転軸９が延伸する方向（以下、軸方向と呼ぶ）へ順に、さらに、冷却板１２、ブラケット７、エアガイド１１、遠心ファン１０、およびファンケース８を備えている。

まず、フレーム２の開口を塞ぐように、ブラケット７がフレーム２の開口の外周に取り付けられている。これにより、ブラケット７は、軸受９ｂを介して回転軸９を保持しながら電機子４を支持している。電機子４の回転軸９は、このブラケット７から突出してファ
ンケース８内に進入している。そして、回転軸９の先端部には、ファンとしての遠心ファン１０が取り付けられている。遠心ファン１０は、空気を吸引するために、その中央部に開口部１０ａを有し、さらに、吸引した空気を外周側へ送るために複数の羽根１０ｂを有している。

遠心ファン１０の外周には、通風路を形成するように、エアガイド１１が設けられている。このエアガイド１１は、複数の固定翼１１ｂを有しており、これによって、遠心ファン１０より吐き出された空気を整流している。また、フレーム２の開口した側には、遠心ファン１０およびエアガイド１１を覆うように、中央部に吸気口８ａを有したファンケース８が配置されている。

そして、さらに、フレーム２の開口とブラケット７との間においてブラケット７の背面側（電動機１ｍを配置した側）に、冷却板１２が配置されている。本実施の形態では、遠心ファン１０の回転によって生じる気流により電動送風機１内を冷却するために、この冷却板１２を利用している。

具体的には、所定の形状に形成された冷却板１２をこの位置に配置している。本実施の形態では、冷却板１２のこのような形状および配置によって、エアガイド１１を介してブラケット７の背面側に送られた空気の流れを調整している。そして、この調整に基づく気流によって、発熱した電動機１ｍに対する冷却を図っている。なお、以下、軸方向において、電動機１ｍを配置した側の面を背面、その反対側の面を正面として説明する。

図３は、ブラケット７とその背面側に配置される冷却板１２と電機子４とを拡大して示す分解斜視図である。次に、図３を参照しながら、本実施の形態におけるブラケット７および冷却板１２の一例について、さらに詳細に説明する。

まず、図３に例示すように、ブラケット７の中央には、回転軸９が貫通する軸用孔７ａや軸受９ｂを背面側で保持する軸受保持部７ｂが形成されている。また、ブラケット７の外周部には、ブラケット７に冷却板１２を取り付けるための支柱７ｐが２箇所形成されている。この支柱７ｐに冷却板１２に形成された小穴１２ｐを嵌めることで、冷却板１２がブラケット７に取り付けられる。

さらに、ブラケット７の外周部には、固定用凸部７ｆが４箇所形成されている。これら固定用凸部７ｆを利用して、冷却板１２を保持したブラケット７がフレーム２の開口に固定される。さらに、本実施の形態では、図３に示すように、このブラケット７において上述のブラシ保持器７ｈも一体に形成されている。このブラシ保持器７ｈは、その内側にブラシ７ｇを保持している。

また、冷却板１２の中央には、大きな略円形の開口である中央開口１２ａが設けられている。さらに、本実施の形態では、ブラケット７に形成されたブラシ保持器７ｈを、冷却板１２の背面側まで通すため、冷却板１２の中央開口１２ａから２方向にさらに広がる長方形状の保持器用開口１２ｈも形成した一例を示している。すなわち、冷却板１２をブラケット７に取り付けたとき、ブラシ保持器７ｈが保持器用開口１２ｈを貫通し、ブラシ保持器７ｈ内に保持されたブラシ７ｇが整流子１５に当接するように構成している。

なお、このとき、ブラシ保持器７ｈが保持器用開口１２ｈを塞ぐように配置されるため、中央に残る略円形となる中央開口１２ａが冷却用の孔として機能することになる。この中央開口１２ａの近辺には、整流子１５とブラシ保持器７ｈに保持された一対のブラシ７ｇが配置される。本実施の形態では、このようにして、電機子巻線１４に対応する位置に、円形の中央開口１２ａを配置している。

そして、本実施の形態では、さらに、冷却板１２において、一対の界磁巻線６の外周側に相当する位置には、冷却板１２の外縁を直線状にカットした辺部１２ｂを形成している。図４は、電動送風機１のブラケット７などを取りはずした状態で、冷却板１２の正面側から見た構成を示す平面図である。図４に示すように、この辺部１２ｂを形成することによって、冷却板１２とフレーム２の開口の内径である開口部内径２ｂとの間に、隙間１３ができるようにしている。

次に、上記のように構成された電動送風機１の作用を説明する。遠心ファン１０によりファンケース８の中央の開口である吸気口８ａより吸引された空気は、図１および図３の気流Ａｉｒ１で示すように、エアガイド１１を経てブラケット７の背面に導かれる。その後、気流Ａｉｒ１は、図１、図３および図４で示すような気流Ａｉｒ１ａと気流Ａｉｒ１ｂとになるように、冷却板１２により２つの流路に分けられる。

第１の流路は、気流Ａｉｒ１ａで示すように、冷却板１２の中央開口１２ａを経て、電機子巻線１４の周辺を通過した後、フレーム２の外側へ流れる。第２の流路は、気流Ａｉｒ１ｂで示すように、冷却板１２とフレーム２の開口部内径２ｂとの間の隙間１３を経て、界磁巻線６の周辺を通過した後、フレーム２の外側へ流れる。つまり、冷却板１２を境にして、電機子巻線１４を冷却する流れの気流Ａｉｒ１ａと、界磁巻線６を冷却する流れの気流Ａｉｒ１ｂとの２つの空気の流れが生じる。なお、界磁鉄心５の一対の突極に界磁巻線６を巻回しているため、本実施の形態では、具体的には一対（２箇所）の隙間１３から気流Ａｉｒ１ｂが流れるように構成している。

このように、本実施の形態では、ブラケット７の背面に導かれた空気が電動機１ｍを適切に冷却するように、中央開口１２ａと辺部１２ｂとが少なくとも形成された冷却板１２を、ブラケット７の背面側に配置している。

そして、本実施の形態では、冷却板１２の中央開口１２ａおよび辺部１２ｂに基づく面積を次のように定義することにより、送風機効率の適正化も考慮した電動機１ｍに対する冷却を図っている。このような面積として、冷却板１２の中央開口１２ａの面積をＳ１、冷却板１２の辺部１２ｂとフレームの開口部内径２ｂとの間の複数の隙間の面積の合計をＳ２として説明する。

図５は、面積Ｓ１と面積Ｓ２を具体的に例示した図である。図５に示すように、本実施の形態における面積Ｓ１は、回転軸９の中心Ｏを中心とした半径Ｒａの円となる中央開口１２ａの面積としている。なお、本実施の形態では中央開口１２ａを円形とした一例を挙げているが、例えば中央開口１２ａは多角形などの形状でもよく、電機子巻線１４に対して適切に空気を吐き出せるような形状であればよい。また、面積Ｓ１についてもその形状の面積であればよい。

次に、本実施の形態における面積Ｓ２は、冷却板１２を正面側から見たときの、両側にできる隙間１３の合計面積としている。図５では、一方の側の隙間１３の面積を面積Ｓ２ｌとし、他方の側の隙間１３の面積を面積Ｓ２ｒとし、両者の合計面積を面積Ｓ２としている。すなわち、面積Ｓ２＝Ｓ２ｌ＋Ｓ２ｒである。

そして、本実施の形態では、面積Ｓ１と面積Ｓ２とに対し、Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２）で表される面積比率ＲＳの範囲を適切に設定している。

図６は、面積比率ＲＳを横軸として、電機子４の巻線温度と送風機効率の変化を示した図である。図６に示す面積比率ＲＳが０．２以下となるような範囲においては、面積比率
ＲＳが大きくなるほど通風路の圧力分布が均等化されることになり、圧力損失を抑制できることから、図６に示すように、送風機効率が向上する。

その一方で、面積比率ＲＳを大きくするほど、電機子巻線１４への送風比率が減少するため、図６に示すように、電機子巻線１４の温度が上昇する。そこで、適正範囲として示すように、面積比率ＲＳが０．０２〜０．１６の範囲で、電機子の巻線温度と送風機効率が両立する。面積比率ＲＳが０．０５〜０．１５の範囲であればさらに好ましい。

本実施の形態によれば、冷却板１２の中央開口１２ａより吐き出される空気の流れは、ブラシ７ｇ、整流子１５および電機子巻線１４の冷却効果を高める。特に、電機子巻線１４の冷却性向上は小型軽量モータに有効である。また、冷却板１２の辺部１２ｂとフレーム２の開口部内径２ｂとの間の隙間１３より吐き出される空気の流れは、界磁巻線６の冷却効果を高め、また冷却板１２の通風抵抗が減るので送風機性能の低下を抑制できる。

なお、界磁３の極数は２極に限らず、２極以上の偶数極であればよく、界磁巻線６の数に合わせて冷却板１２の外周を適宜カットしてもよい。また、冷却板１２は、中央開口１２ａから電機子巻線１４の近辺に向かって吐き出されるように風回路が形成される構成であればよく、必ずしも略円形の中央開口である必要はない。例えば、図４に示すように、一対のブラシ周辺にも空気の吐き出し部を設ける構成としてもよい。

本発明によれば、電機子巻線の冷却性が向上するので、小型軽量の電動機送風機として、各種電気機器に適用可能である。

１ 電動送風機
２ フレーム
３ 界磁
４ 電機子
６ 界磁巻線
７ ブラケット
７ｇ ブラシ
９ 回転軸
１２ 冷却板
１２ａ中央開口
１３ 隙間
１４ 電機子巻線
１５ 整流子

Claims (2)

1. 界磁巻線を有する界磁と、電機子巻線を有する電機子と、前記界磁を保持する半開口筒型のフレームと、前記電機子の回転軸を保持し前記フレームの開口に固定されるブラケットと、前記回転軸に取り付けられたファンと、前記フレームの開口とブラケットの間に配置された冷却板とを備え、
   前記冷却板の中央に中央開口を設け、前記冷却板の外縁と前記フレームの開口の内径との間に隙間を設け、
   前記中央開口の面積をＳ１とし、前記隙間の合計面積をＳ２としたとき、Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２）で表される面積比率を０．０２〜０．１５の範囲内としたことを特徴とする電動送風機。
2. 前記中央開口の近辺に整流子とブラシを配置したことを特徴とする請求項１記載の電動送風機。

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