JP6225952B2 - 電動送風機及び電気掃除機 - Google Patents

Description

本発明は、電動モータを利用して送風を行う電動送風機及び当該電動送風機を備えた電気掃除機に関する。

従来技術として、例えば特許文献１に記載されているように、電気掃除機に搭載される電動送風機が知られている。従来技術の電動送風機（ブロアモータ）においては、回転軸（ロータ軸）が軸受を介して外殻（モータフレーム）に固定されている。従って、回転軸に回転アンバランスが生じた場合には、回転軸を含む回転体の径方向振動が電気掃除機の本体に伝達し、本体を音源として騒音が発生することがある。このため、従来技術では、回転軸を支持する軸受と電気掃除機の本体との間に弾性体を介在させるようにしている。

特開２０１０−２１３７８９号公報

しかしながら、上述した従来技術では、軸受が弾性体を介して支持されているため、弾性体の変形等により回転軸の回転中心が規定の中心位置から乖離することがある。このため、従来技術では、回転中心の乖離が原因で電動送風機のロータとステータが接触したり、ロータとステータの間隔が変動して回転軸の回転速度が変動し易くなるという問題がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、弾性体による騒音防止機能を維持しつつ、ロータとステータの相対的な位置関係を一定に保持することができ、両者の接触を防止してロータの回転速度を安定させることが可能な電動送風機及び電気掃除機を提供することを目的としている。

本発明に係る電動送風機は、外郭を構成し、吸気口及び吐出口が形成されたケーシングと、弾性材料により形成され、ケーシングの内部に固定された弾性支持体と、ケーシングの内部に配置される単一の剛体として形成され、ケーシングから離間した状態で弾性支持体により支持された剛性構造体と、を備え、剛性構造体は、内輪と外輪とを有する軸受と、軸受の外輪と共にケーシングの内部に静止状態で配置されるブラケットと、ブラケットに固定されたステータと、軸受の内輪に固定され、軸受より回転可能に支持された回転軸と、回転軸に固定され、ステータと径方向で対向するロータと、回転軸に固定されたファンを有し、ファンが回転軸と共に回転することにより、前記吸気口から前記ケーシングの内部に空気を吸い込み前記吐出口から吐出するよう空気を送風する送風部と、を備え、前記吸気口から前記吐出口まで連通する風路が、前記ケーシングの内部かつ前記剛性構造体の外部に形成されている。

本発明によれば、弾性支持体による騒音防止機能を維持しつつ、ステータとロータとが接触したり、両者の対向間隔が変動して回転速度変動が生じるのを防止することができる。従って、ロータ及びファンの回転速度を安定させ、動作が安定した低騒音型の電動送風機を実現することができる。

本発明の実施の形態１において、電動送風機が搭載された電気掃除機を示す外観図である。 本発明の実施の形態１による電動送風機を模式的に示す断面図である。 弾性支持体が存在しない場合の振動の伝達状態を比較例として示す説明図である。 従来技術における振動の伝達状態を示す説明図である。 本発明の実施の形態１における振動の伝達状態を示す説明図である。 本発明の実施の形態２において、電動送風機で発生する振動の周波数と、振動伝達率との関係を示す特性線図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、本明細書で使用する各図においては、共通する要素に同一の符号を付し、重複する説明を省略するものとする。また、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、本発明は、以下の各実施の形態に示す構成のうち、組合わせ可能な構成のあらゆる組合わせを含むものである。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１において、電動送風機が搭載された電気掃除機を示す外観図である。この図に示すように、電気掃除機１は掃除機本体２を備えている。掃除機本体２には、集塵部３及び電動送風機１１が収納されている。電動送風機１１は、外部の空気を吸込むことにより集塵部３に送風するもので、集塵部３は、空気中の塵埃を捕集するものである。

図２は、本発明の実施の形態１による電動送風機を模式的に示す断面図である。この図に示すように、電動送風機１１は、ケーシング１２、弾性支持体１５，１６、軸受２１，２２、ブラケット２３、ステータ２４、回転軸２５、ロータ２６、送風部３０等を備えている。ケーシング１２は、電動送風機１１の外郭を構成するもので、例えば軸方向一側が開口した有底筒状に形成されている。ケーシング１２は、軸方向一側の端面に開口した吸気口１３と、軸方向他側の周面に開口した複数個の吐出口１４とを備えている。

弾性支持体１５は、ケーシング１２の軸方向一側で剛性構造体２０を弾性的に支持するものである。ここで、剛性構造体２０は、軸受２１，２２、ブラケット２３、ステータ２４、回転軸２５、ロータ２６及びファン３２を含む複数の部品が剛性をもって連結されたもので、単一の剛体として構成されている。弾性支持体１５は、合成樹脂、ゴム等の弾性材料により構成され、軸受２１を取囲む形状を有している。弾性支持体１５の外周側は、ケーシング１２の内部に固定されている。より詳しく述べると、弾性支持体１５の外周側は、ケーシング１２内の固定構造物である後述の固定案内羽根３１に固定されている。また、弾性支持体１５の内周側には、軸受２１の外輪２１Ｂが嵌め込まれている。即ち、弾性支持体１５は、剛性構造体２０のうち軸受２１の外輪２１Ｂに固定され、軸受２１を介して剛性構造体２０の全体を支持している。

一方、弾性支持体１６は、ケーシング１２の軸方向他側で剛性構造体２０を弾性的に支持するもので、軸方向一側の弾性支持体１５と同様に構成されている。弾性支持体１６の外周側は、ケーシング１２の内部に固定されている。また、弾性支持体１５の内周側には、軸受２２の外輪２２Ｂが嵌め込まれている。即ち、弾性支持体１６は、剛性構造体２０のうち軸受２２の外輪２２Ｂに固定され、軸受２２を介して剛性構造体２０の全体を支持している。

このように、剛性構造体２０は、軸方向両側の弾性支持体１５，１６により弾性的に支持された状態でケーシング１２の内部に収納され、ケーシング１２から離間した状態（フローティング状態）に保持されている。なお、弾性支持体１５，１６は、それぞれ、環状、略Ｃ字状等に形成された単一の部品により構成してもよい。また、本発明では、略円弧状に形成された複数個の弾性支持体１５，１６を用いる構成としてもよい。この場合には、例えば円形状に並べた複数個の弾性支持体１５（各弾性支持体１６）の内周側に軸受２１（軸受２２）を固定すればよい。

次に、剛性構造体２０を構成する各部品について説明する。まず、軸受２１は、例えば汎用的な玉軸受等により構成され、互いに転動可能に連結された内輪２１Ａ及び外輪２１Ｂを備えている。内輪２１Ａの内周側には、回転軸２５が固定されている。外輪２１Ｂは、前述のように、弾性支持体１５を介してケーシング１２に固定されている。一方、軸受２２は、軸受２１と同様に構成され、内輪２２Ａ及び外輪２２Ｂを備えている。内輪２２Ａの内周側には、回転軸２５が固定されている。外輪２２Ｂは、弾性支持体１６を介してケーシング１２に固定されている。これにより、軸受２１，２２は、回転軸２５の軸方向両側を回転可能に支持している。

ブラケット２３は、ステータ２４を保持するもので、軸受２１，２２の外輪２１Ｂ，２２Ｂと共にケーシング１２の内部に静止した状態で配置されている。ブラケット２３は、例えば金属材料、硬質な樹脂材料等により略筒状に形成され、回転軸２５の外周側に同軸に挿通されている。また、ブラケット２３は、例えば略コ字状（略Ｕ字状）の縦断面形状を有し、軸方向の中間部と比較して両側が縮径している。そして、ブラケット２３の軸方向一側は軸受２１の外輪２１Ｂに固定され、ブラケット２３の軸方向他側は軸受２２の外輪２２Ｂに固定されている。

より具体的に述べると、本実施の形態では、軸受２１，２２がロータ２６を挟んで回転軸２５の軸方向の一側と他側にそれぞれ配置されている。そして、ブラケット２３は、ロータ２６を跨いで回転軸２５の軸方向に伸張した形状を有し、軸受２１，２２の外輪２１Ｂ，２２Ｂにそれぞれ固定されている。

ステータ２４は、ロータ２６と共に電動モータを構成するもので、電磁石、永久磁石等により構成されている。ステータ２４は、回転軸２５の周方向に間隔をもって複数個配置され、ロータ２６を取囲んでいる（図２では２個のみ図示）。そして、複数個のステータ２４は、それぞれブラケット２３に固定されている。回転軸２５は、前記電動モータの出力軸を構成するもので、軸方向の両側が軸受２１，２２により回転可能に支持されている。回転軸２５の軸方向中間部には、電磁石等からなるロータ２６が固定されている。ロータ２６は、各ステータ２４と径方向で対向しており、ロータ２６と各ステータ２４との対向間隔は、規定の寸法に設定されている。

このように、各ステータ２４とロータ２６とは、軸受２１，２２、ブラケット２３及び回転軸２５を介して互いに連結され、単一の剛体（剛性構造体２０）を構成している。即ち、本実施の形態では、各ステータ２４とロータ２６との間に弾性材料が介在しない構成を実現している。なお、回転軸２５には、ケーシング１２側に固定されたブラシ（図示せず）と摺動可能に接触する整流子２７が取付けられている。電動送風機１１の作動時には、整流子２７がブラシと接触した状態で回転軸２５と共に回転し、外部の電源からブラシ及び整流子２７を経由してロータ２６に給電される。

送風部３０は、吸気口１３からケーシング１２の内部に空気を吸込んで当該空気を各吐出口１４から吐出するものである。送風部３０は、例えば特開２０１４−０５５５６８号公報、特開２０１２−０３６８７５等に記載されたものとほぼ同様の構成を有し、固定案内羽根３１及びファン３２を備えている。固定案内羽根３１は、ケーシング１２の内部に固定されている。ファン３２は、遠心ファン等により構成され、回転軸２５の軸方向一側に固定されている。ファン３２は、回転軸２５と共に回転することにより、軸方向から吸込んだ空気を径方向外向きに送風するように構成されている。

本実施の形態による電動送風機１１は、上述のように構成されるもので、次に、電気掃除機１及び電動送風機１１の作動について説明する。まず、電気掃除機１の電源が投入されると、電動送風機１１が作動し、回転軸２５が回転する。この結果、ファン３２の回転により吸気口１３からケーシング１２の内部に空気が吸込まれ、この空気は、ケーシング１２の内部を軸方向他側に向けて流通した後に、吐出口１４から吐出される。そして、電動送風機１１の吸気動作により、外部の空気が電気掃除機１の集塵部３を通過するので、電気掃除機１により吸込んだ空気中の塵埃が集塵部３に捕集される。

また、電動送風機１１の作動時には、回転軸２５に回転アンバランスが生じた場合等に、回転軸２５、ロータ２６、整流子２７、ファン３２等を含む回転体に径方向等の振動が発生することがある。この場合、発生した振動は、弾性支持体１５，１６により吸収されるので、振動がケーシング１２に伝わるのを抑制することができる。このとき、弾性支持体１５，１６は、各ステータ２４とロータ２６との連結経路に介在していないので、弾性支持体１５，１６が変形したとしても、ステータ２４とロータ２６との対向間隔は一定に保持される。

次に、図３から図５を参照して、本実施の形態による効果について説明する。まず、図３は、弾性体が存在しない場合の振動の伝達状態を比較例として示す説明図である。この場合には、回転軸から軸受及びケーシングを経由して掃除機本体に振動が直接伝達し、振動により大きな騒音が発生し易い。また、図４は、従来技術における振動の伝達状態を示す説明図である。この図に示すように、従来技術では、弾性体が軸受とケーシングとの間に設けられ、ステータがケーシングに固定されている。これにより、回転軸から掃除機本体に伝達する振動が弾性体により減衰されるので、振動による騒音を低減することが可能である。しかしながら、従来技術では、弾性体がロータとステータとの間に介在しているため、弾性体の変形等によりロータとステータとの対向間隔が変動し易い。

一方、図５は、本発明の実施の形態１における振動の伝達状態を示す説明図である。本実施の形態では、ブラケット２３を用いて、軸受２１，２２、ブラケット２３、各ステータ２４、回転軸２５、ロータ２６等からなる剛性構造体２０を構成している。そして、剛性構造体２０を弾性支持体１５，１６を介してケーシング１２の内部に固定している。これにより、回転軸２５からケーシング１２及び掃除機本体２に振動が伝達するのを弾性支持体１５，１６により抑制し、振動による騒音を低減することができる。

また、本実施の形態では、ステータ２４とロータ２６とが単一の剛性構造体２０を構成しているので、弾性支持体１５，１６の変形等によりステータ２４とロータ２６の相対的な位置関係が変動するのを防止することができる。即ち、弾性支持体１５，１６の変形等により回転軸２５及びロータ２６の回転中心が変位するときには、ステータ２４がロータ２６との位置関係を保持しつつ、ロータ２６と一緒に変位する。これにより、ステータ２４とロータ２６とが接触したり、両者の対向間隔が変動して回転速度変動が生じるのを回避することができる。従って、本実施の形態によれば、ロータ２６及びファン３２の回転速度を安定させ、吸引力が安定した低騒音型の電気掃除機１を実現することができる。

また、本実施の形態では、剛性構造体２０のうち軸受２１，２２の外輪２１Ｂ，２２Ｂにブラケット２３を固定したので、固定用の余分な部品等を用いなくても、軸受２１，２２を利用してブラケット２３の固定構造を容易に実現することができる。特に、ブラケット２３をロータ２６の軸方向両側で外輪２１Ｂ，２２Ｂに固定したので、ブラケット２３により各ステータ２４を安定的に支持することができる。これにより、剛性構造体２０の剛性を高め、振動の発生を抑制することができる。また、本実施の形態では、弾性支持体１５，１６を軸受２１，２２の外輪２１Ｂ，２２Ｂに固定したので、固定用の余分な部品等を用いなくても、軸受２１，２２を利用して剛性構造体２０をケーシング１２の内部に安定的に固定することができる。

実施の形態２．
次に、図６を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。図６は、本発明の実施の形態２において、電動送風機で発生する振動の周波数と、振動伝達率との関係を示す特性線図である。本実施の形態では、弾性支持体１５，１６のバネ定数を、掃除機本体２と電動送風機１１とを含む振動系の固有振動数ｆ０が回転軸２５の回転１次成分周波数の最小値ｆ１よりも小さくなるように設定する構成としている。即ち、弾性支持体１５，１６のバネ定数は、下記（１）式を満たすように設定される。

ｆ０＜ｆ１ …（１）

なお、振動系とは、回転軸２５から掃除機本体２までの振動伝達経路となる各部品により構成されるものである。また、振動伝達率とは、回転軸２５の回転により生じる振動が掃除機本体２に伝わるときの効率を表すもので、振動伝達率が高いほど、回転軸２５側で生じる振動が掃除機本体２に強く伝わるようになる。

上記（１）式の設定によれば、次のような効果を得ることができる。まず、図６中の点線は、弾性支持体１５，１６が存在しない場合の振動伝達率の特性を示している。この場合、振動伝達率は、振動の周波数によらず一定となる。また、図６中の実線は、実施の形態１の構成を採用した場合、即ち、弾性支持体１５，１６が存在する場合の振動伝達率の特性を示している。この場合、振動伝達率は、回転軸２５側で生じる振動の周波数が振動系の固有振動数ｆ０と一致するときに最も高くなり、振動の周波数が固有振動数ｆ０よりも大きくなるにつれて減少する。

このため、前記（１）式が成立するように弾性支持体１５，１６のバネ定数を適切に設定すれば、図６に示すように、回転軸２５の回転１次成分周波数の最小値ｆ１に対応する周波数では、振動伝達率が最大値よりも減少した値となる。即ち、回転軸２５から掃除機本体２への振動伝達率を、固有振動数ｆ０での振動伝達率よりも減少させることができる。具体例を挙げると、振動伝達率は、弾性支持体１５，１６が存在しない場合の振動伝達率（図６中の●印）から○印のレベルまで減少する。従って、本実施の形態によれば、前記実施の形態１の効果に加えて、回転軸２５側で生じる振動が掃除機本体２に伝わるのを更に抑制し、電気掃除機１の振動及び騒音を低減することができる。

なお、前記実施の形態１では、ブラケット２３を軸受２１，２２の外輪２１Ｂ，２２Ｂに固定する構成を例示した。しかし、本発明はこれに限らず、ブラケット２３は、外輪２１Ｂ，２２Ｂ以外の静止構造物に固定する構成としてもよい。この静止構造物は、剛性構造体２０の一部を構成して弾性支持体１５，１６により支持される部品であれば、任意に選択することができる。

また、実施の形態１では、弾性支持体１５，１６を剛性構造体２０の軸受２１，２２に固定する構成を例示した。しかし、本発明はこれに限らず、弾性支持体１５，１６は、剛性構造体２０を構成する任意の部品に固定すればよい。一例を挙げれば、弾性支持体１５，１６は、ブラケット２３に固定し、ブラケット２３の位置で剛性構造体２０を支持する構成としてもよい。

１ 電気掃除機
２ 掃除機本体
３ 集塵部
１１ 電動送風機
１２ ケーシング
１３ 吸気口
１４ 吐出口
１５，１６ 弾性支持体
２０ 剛性構造体
２１，２２ 軸受
２１Ａ，２２Ａ 内輪
２１Ｂ，２２Ｂ 外輪
２３ ブラケット
２４ ステータ
２５ 回転軸
２６ ロータ
２７ 整流子
３０ 送風部
３１ 固定案内羽根
３２ ファン

Claims (6)

1. 外郭を構成し、吸気口及び吐出口が形成されたケーシングと、
   弾性材料により形成され、前記ケーシングの内部に固定された弾性支持体と、
   前記ケーシングの内部に配置される単一の剛体として形成され、前記ケーシングから離間した状態で前記弾性支持体により支持された剛性構造体と、を備え、
   前記剛性構造体は、
   内輪と外輪とを有する軸受と、
   前記軸受の外輪と共に前記ケーシングの内部に静止状態で配置されるブラケットと、
   前記ブラケットに固定されたステータと、
   前記軸受の内輪に固定され、前記軸受より回転可能に支持された回転軸と、
   前記回転軸に固定され、前記ステータと径方向で対向するロータと、
   前記回転軸に固定されたファンを有し、前記ファンが前記回転軸と共に回転することにより、前記吸気口から前記ケーシングの内部に空気を吸い込み前記吐出口から吐出するよう空気を送風する送風部と、を備え、
   前記吸気口から前記吐出口まで連通する風路が、前記ケーシングの内部かつ前記剛性構造体の外部に形成された電動送風機。
2. 前記ブラケットは、前記軸受の外輪に固定する構成とした請求項１に記載の電動送風機。
3. 前記軸受は、前記ロータを挟んで前記回転軸の軸方向の一側と他側にそれぞれ配置し、
   前記ブラケットは、前記ロータを跨いで前記回転軸の軸方向に伸張した形状を有し、前記一側の軸受の外輪と前記他側の軸受の外輪とにそれぞれ固定する構成とした請求項１に記載の電動送風機。
4. 前記剛性構造体のうち前記軸受の外輪を前記弾性支持体に固定する構成とした請求項１から３のうち何れか１項に記載の電動送風機。
5. 請求項１から４のうち何れか１項に記載の電動送風機を備えた電気掃除機。
6. 前記弾性支持体のバネ定数は、前記電動送風機が収納される電気掃除機の本体と前記電動送風機とを含む振動系の固有振動数が前記回転軸の回転１次成分周波数の最小値よりも小さくなるように設定する構成とした請求項５に記載の電気掃除機。

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