JP6774609B2 - 送風装置および掃除機 - Google Patents
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Description
送風装置1は、図1及び図2に示すように、モータ10と、インペラ70と、静翼部材60と、インペラ70を収容し吸気口80aを有するインペラハウジング80と、モータ10とインペラハウジング80との間に位置する排気口95と、を備える。
モータ10の上側(+Z側)に、静翼部材60が取り付けられる。インペラハウジング80は静翼部材60の上側に取り付けられる。静翼部材60とインペラハウジング80との間にインペラ70が収容される。インペラ70は、中心軸J周りに回転可能にモータ10に取り付けられる。
図3は、本実施形態のモータを下側から見た斜視図である。
モータ10は、図1に示すように、下蓋22と、シャフト31を有するロータ30と、シャフト31を囲むステータ40と、回路基板50と、下側ベアリング52a及び上側ベアリング52bと、ステータ40を保持するハウジング20と、を有する。すなわち、モータ10は、シャフト31と、ステータ40と、ステータ40を保持するハウジング20と、を有する。
ステータ40は、ロータ30の径方向外側に位置する。ステータ40は、ロータ30を軸周り(θz方向)に囲んでいる。ステータ40は、図4及び図5に示すように、ステータコア41と、複数(3つ)の上側インシュレータ43と、複数(3つ)の下側インシュレータ44と、コイル42と、を有する。
回転センサ51は、図6及び図7に示すように、周方向に隣り合う下側内周壁部44cの先端部の間に挟まれて配置される。3つの回転センサ51は、周方向に120°おきの等間隔に配置される。回転センサ51の径方向内側の面は、ロータマグネット33と対向する。本実施形態の場合、ロータマグネット33は、ロータ30の軸方向の中心部に配置されている。そのため、回転センサ51は、回路基板50からロータマグネット33までの軸方向長さに相当する長さのリード51aにより回路基板50と接続される。3つの回転センサ51が、周方向に隣り合う下側内周壁部44cの先端部の間に挟まれて配置されることによって、例えば、下側磁石固定部材32の下にセンサマグネットを配置し、センサマグネットの下にさらに回転センサ51を配置する構造に比べて、モータ10の軸方向長さを短くすることができる。
次に、静翼部材、インペラ、インペラハウジングについて説明する。
図8は、静翼部材を下側から見た斜視図である。図9は、インペラ70、第1静翼部材61a、第2静翼部材61b、インペラハウジング80の一部を拡大して示す断面図である。
静翼部材60は、インペラハウジング80とハウジング20との間に位置する。静翼部材60は、図1及び図2に示すように、第1静翼部材61aと、第2静翼部材61bとを有する。第1静翼部材61aと第2静翼部材61bは軸方向に積層されてモータ10の上面に取り付けられる。
第1静翼部材61aは、下部静翼支持リング62と、取付リング63と、3つの連結部64と、複数の下部静翼67bと、を有する。下部静翼支持リング62と取付リング63は同軸に配置され、径方向に延びる3つの連結部64により連結されている。3つの連結部64は周方向に120°おきの等間隔に配置される。連結部64は、軸方向に貫通する貫通孔64aを有する。3つの貫通孔64aは、周方向において120°おきの等間隔に配置される。取付リング63は、上面に取付リング63と同心の凹溝63aを有する。
図10に示すように、上部静翼67aと下部静翼67bは、周方向に同じ数だけ配置される。上部静翼67aと下部静翼67bは、一対一に対応し、軸方向に並んで配置される。本実施形態の場合、上部静翼67aの軸方向に対する傾斜角度は、下部静翼67bの軸方向に対する傾斜角度よりも大きい。上部静翼67aは、インペラ70の回転方向に傾いた方向に流れる排気を、効率よく上部静翼67aの間に流入させるために比較的大きな角度で傾斜して配置される。下部静翼67bは、排気口95から放出される排気が径方向外側へ流れないように、排気を下方へ向けて案内する。
インペラ70は、シャフト31の上側に連結されている。インペラ70は、上側に開口した吸気口70aから吸入された流体を、内部の流路を介して径方向外側へ向かって放出する。インペラ70は、インペラ本体71と、インペラハブ72とを有する。
複数の動翼74は、図11に示すように、ベース部73の上面に周方向(θZ方向)に沿って配置されている。動翼74は、図1に示すように、ベース部73の上面から、軸方向に沿って垂直に起立している。
第1の動翼74aは、曲率半径の異なる4つの円弧からなる。第1の動翼74aの凸状の翼面74dは、長さ方向に3つの変曲点CP11、CP12、CP13を有する。
第2の動翼74bは、曲率半径の異なる3つの円弧からなる。第2の動翼74bの凸状の翼面74eは、長さ方向に2つの変曲点CP21、CP22を有する。
第3の動翼74cは、曲率半径の異なる2つの円弧からなる。第3の動翼74cの凸状の翼面74fは、長さ方向に1つの変曲点CP31を有する。
インペラハウジング80は、上側に吸気口80aを有し、軸方向上側へ向かって先窄まりの円筒状である。インペラハウジング80は、吸気口80aの開口端に位置する吸気ガイド部81と、インペラ70を収容するインペラハウジング本体部82と、インペラハウジング本体部82の外周縁から径方向外側及び下側へ延びるスカート状の排気ガイド部83と、を有する。すなわち、インペラハウジング80は、インペラ70を収容し吸気口80aを有する。
排気口95は、インペラハウジング80の周縁部の下側に位置する。また、排気口95は、ハウジング20より上側に位置する。なお、排気口95は、上下方向の一定の幅をもって開口している。排気口95は、上端の位置が、ハウジング20の上端位置より上側に位置していればよい。すなわち、排気口95の下端位置は、ハウジング20の上端位置より下側に位置していてもよい。
また、排気口95は、ハウジング20よりも上側に位置し周方向に沿って下側に開口する。本実施形態において、排気口95は、中心軸周りの一周にわたって開口している。これにより、排気口95が、周方向に沿って均等に排気を行うため、排気効率を高めることができる。この場合、排気口95は、開口に至るまでの流路が、上部静翼67aおよび下部静翼67bで区画されていてもよい。なお、排気口95は、周方向に沿って間欠的に開口していてもよい。
本実施形態の送風装置1は、モータ10によりインペラ70を回転させることで、図1に示すように、吸気口80aからインペラ70内に空気を引き込み、インペラ70内の空気流路を介して径方向外側へ空気を放出する。インペラ70から放出された排気は、排気流路92を介して上部静翼67aの間の領域に流入する。上部静翼67aは排気を整流して下側へ放出する。下部静翼67bは排気の流通方向を下側へ向けながら、径方向外側へ案内する。その後、排気は排気口95から送風装置1の外へ排出される。
なお、排気口95は、ステータ40よりも上側に配置されていればよい。モータ10の能力と直径との関係はステータ40の大きさで決定されるため、排気口95が少なくともステータ40より上側に配置されていれば、モータ10の直径から内側に排気口95を配置することができる。
図12は、変形例1の送風装置301の斜視図である。図13は、本変形例の送風装置301を示す断面図である。図14は、制御基板311および基板ケース315を除く本変形例の送風装置301の分解斜視図である。なお、上述の実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
送風装置301は、図12〜図14に示すように、モータ310と、インペラ370と、排気誘導部材(静翼部材)360と、インペラハウジング380と、制御基板311と、基板ケース315と、排気誘導部材360とモータ310との間に位置する第3の排気口(排気口)395と、を備える。
モータ310の上側(+Z側)には、排気誘導部材360が取り付けられる。インペラハウジング380は排気誘導部材360の上側に取り付けられる。排気誘導部材360とインペラハウジング380との間にインペラ370が収容される。インペラ370は、中心軸J周りに回転可能にモータ310に取り付けられる。モータ310の下側(−Z側)には、制御基板311と制御基板311を覆う基板ケース315が取り付けられる。
図15は、本変形例のモータ310を下側から見た斜視図である。
モータ310は、図13および図15に示すように、ハウジング320と、下蓋322と、シャフト331を有するロータ330と、ステータ340と、センサ基板350と、下側ベアリング352aおよび上側ベアリング352bと、を備える。
ステータ340は、ロータ330の径方向外側に位置する。ステータ340は、ロータ330を軸周り(θz方向)に囲んでいる。ステータ340は、図16および図17に示すように、ステータコア341と、複数(3つ)の上側インシュレータ343と、複数(3つ)の下側インシュレータ344と、コイル342と、を有する。また、図16に示すように、ステータ340は、コイル342を内部にモールドするモールド部347を有する。
上側傾斜凸部343gは、平坦面343fに対して径方向外側に突出している。また、上側傾斜凸部343gは、軸方向下側に突出してステータコア341の直線部341cの一部を径方向外側から覆う。上側傾斜凸部343gの平坦面343fと隣接する側面は、軸方向平坦面343jと、軸方向平坦面343jの下側に位置する上側誘導傾斜面343hと、が設けられている。上側誘導傾斜面343hは、下側にいくにつれて徐々に下側を向く方向に傾斜する。軸方向平坦面343jと上側誘導傾斜面343hとは、滑らかに接続されている。上側誘導傾斜面343hの傾斜方向は、インペラの回転方向と同方向である。この構成によって、空気流路FPを流れる排気の旋回成分は、上側誘導傾斜面343hと後述する下側誘導傾斜面344hとによってスムーズに下側に向けられる。これにより、空気流路FPを流れる排気の排気効率を高めることができる。
下側傾斜凸部344gは、平坦面344dに対して径方向外側に突出している。また、下側傾斜凸部344gは、軸方向上側に突出してステータコア341の直線部341cを一部覆う。下側傾斜凸部344gの平坦面344dと隣接する側面は、軸方向平坦面344jと、軸方向平坦面344jの上側に位置する下側誘導傾斜面344hが設けられている。下側誘導傾斜面344hは、上側にいくにつれて徐々に上側を向く方向に傾斜する。軸方向平坦面344jと下側誘導傾斜面344hとは、滑らかに接続されている。下側誘導傾斜面344hの傾斜方向は、インペラの回転方向と同方向である。
次に、排気誘導部材360、インペラ370、インペラハウジング380について説明する。
図19は排気誘導部材360を下側から見た部分断面斜視図である。図20および図21は、インペラ370、排気誘導部材360、インペラハウジング380の一部を拡大して示す断面図である。なお、図20は、後段において説明する第1の誘導路D1を示し、図21は、後段において説明する第2の誘導路D2を示す。
排気誘導部材(静翼部材)360は、モータ310のハウジング320に取り付けられる。排気誘導部材360は、円板リング状の支持体366aと、支持体366aの外周縁から上側に突出する円環状の突出部366cと、支持体366aの外周縁から下側に延びる円筒状の隔壁リング(静翼支持リング)366bと、隔壁リング366bを径方向外側から囲む外周筒部365と、外周筒部365の下端から下側に延びる複数(図示では6つ)の内方誘導部367と、を有する。すなわち、排気誘導部材360は、隔壁リング366bの外側に位置する。
3つの円柱凸部369は、同等の直径および高さを有し、周方向に120°おきの等間隔で配置される。本変形例において、円柱凸部369は中空であり、下側の端面369aの中央に、軸方向に貫通する貫通孔369bを有する。
インペラ370は、上側に開口した吸気口370aから吸入された流体を、内部の流路を介して径方向外側へ向かって放出する。インペラ370は、インペラ本体371と、インペラハブ372とを有する。
インペラハウジング380は、図13に示すように、上側に吸気口380aを有し、軸方向上側へ向かって先窄まりの円筒状である。インペラハウジング380は、吸気口380aの開口端に位置する吸気ガイド部381と、インペラ370を収容するインペラハウジング本体部382と、インペラハウジング本体部382の外周縁から径方向外側および下側へスカート状に延びる排気ガイド部383と、排気ガイド部383の外周縁から上側に延びる外周取付リング384と、を有する。
インペラハウジング380は、金型成型により生産される。すなわち、インペラハウジング380は、2つ以上の金型同士の隙間に、流動状態の材料を注入し固化させて製造される。本変形例のインペラハウジング380は、樹脂材料からなり射出成型により作製される。また、インペラハウジング380をアルミニウム合金製とする場合には、インペラハウジング380は、アルミニウムダイカストにより作製される。金型成型により製造される成形品は、材料が固化する際の収縮により厚肉部の表面にひけを生じ寸法精度を低下させる虞がある。また、アルミニウムダイカストを行う場合には、厚肉部の内部に気孔(巣)が生じて強度を低下させる虞がある。
本変形例のインペラハウジング380は、外周取付リング384とインペラハウジング本体部382の周縁屈曲部382aとの間に凹部386が設けられている。これにより、インペラハウジング380は、排気ガイド部383の肉厚を均一化して排気ガイド部383の周囲にヒケが生じることを抑制できる。また、同様に、インペラハウジング380は、排気ガイド部383の内部に気孔が生じることを抑制できる。さらに、本変形例のインペラハウジング380は、凹部386にリブ385が設けられていることで、インペラハウジング本体部382に対し外周取付リング384の剛性を高めることができる。これにより、インペラハウジング380は、外周取付リング384において、排気誘導部材360と強固に固定することができる。
<基板ケース>
図12および図13に示すように、基板ケース315は、モータ310の下側に取り付けられており制御基板311を囲む。基板ケース315は、円板状の底壁316と、底壁316の外縁から上側に延びる筒状部317と、を有する。筒状部317には、径方向に貫通して基板ケース315の内側と外側を連通する最終排気口317bが設けられている。最終排気口317bは、上述した各排気口(第1の排気口396、第2の排気口397および第3の排気口395)から排出された排気を合流させて排出する。
図12および図22に示すように、筒状部317の上端面317aは、中心軸Jを中心とする螺旋状に傾斜している。上端面317aは、下側に向かうに従ってインペラ370の回転方向と同方向に傾斜する。また、上端面317aの螺旋下端側には、最終排気口317bが位置している。排気誘導部材360の第3の排気口395から放出された排気は、モータ310の外周面とモータ310を収容する筐体319の内周面319aとの間を下向きに流れる。この排気は、筒状部317の上端面317aに達すると、上端面317aの傾斜に沿って、旋回しながら最終排気口317bに達して排出される。上端面317aは、第3の排気口395から斜め下に排出される旋回成分を含む排気を、流動方向を急角度で変えることなく最終排気口317bに案内するため、排気効率が低下することを低減できる。
制御基板311は、コイル342から延びるコイル線およびセンサ基板350と接続され、モータ310を制御する。制御基板311は、図13に示すように、下蓋322に固定された複数(本変形例では3つ)の柱状部材313を介して、下蓋322に対して傾斜した状態でモータ310の下側に取り付けられている。柱状部材313は、下蓋322のネジ孔322dにネジ固定されている。複数の柱状部材313は、それぞれ異なる高さを有する。また、柱状部材313の下側端面には、傾斜面が設けられている。制御基板311は、柱状部材313の下側端面にスペーサ313aを介してネジ固定されている。
モータ310の内部を通過し第1の排気口396および第2の排気口397からモータ310の下側に排出される排気は、制御基板311に当たり、制御基板311を冷却する。さらに、制御基板311の上面311aに当たった排気は、制御基板311の傾きに沿って最終排気口317bにスムーズに排出される。すなわち、制御基板311が最終排気口317bに向かって傾斜していることで、排気効率を高めることができる。さらに、制御基板311が傾斜して配置されることで、制御基板311を軸方向から見た際の投射面積が小さくなる。これにより、制御基板311の外縁と基板ケース315の筒状部317の内周面との間の隙間を大きくして、排気を制御基板311の下面311b側に流入させることができる。したがって、制御基板311の下面311bに、コンデンサ等の発熱量の大きい実装部品を搭載した場合であっても、これらを効果的に冷却できる。
本変形例の送風装置301は、モータ310によりインペラ370を回転させることで、図13に示すように、吸気口380aからインペラ370内に空気を引き込み、インペラ370内の空気流路を介して径方向外側へ空気を放出する。インペラ370から放出された排気は、排気流路392を通過して排気誘導部材360に流入する。排気流路392は、インペラハウジング380の排気ガイド部383の内周面と突出部366cの外周面の間に位置し、インペラ370から径方向外側に向かって放出された排気を下側に向ける。排気流路392を介し下側に向いて流れる排気は、排気誘導部材360において周方向に交互に配置された第1の誘導路D1と第2の誘導路D2とに分岐して流れる。
次に、上述の実施形態およびその変形例のインペラ70、370に代えて採用可能なインペラ270について、図23を基に説明する。なお、上述の実施形態および変形例と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
さらに、ベース部傾斜部273dが設けられることで、ベース部273の径方向外側に位置する突出部366cを小さくして、ベース部273の直径をシュラウド275の直径より大きくすることができる。すなわち、ベース部273の外縁273eは、シュラウド275の外縁275cより径方向外側に位置させることが可能となる。したがって、シュラウド275の寸法を大きくすることなく、インペラ270(特に動翼274)の直径を大きく構成することが可能となる。一般的に、インペラの直径を大きくすることで、低回転であっても高出力の送風装置を構成できる。本変形例によれば、径方向寸法が小さく低回転でありながら高出力な送風装置を提供できる。
図24は、変形例3の送風装置501の縦断面図である。なお、本変形例について、上述の一実施形態と同一の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
Claims (8)
- 上下方向に延びる中心軸を中心とするシャフトと、前記シャフトを囲むステータと、前記ステータを保持するハウジングと、を有するモータと、
前記シャフトの上側に連結されたインペラと、
前記インペラを収容し吸気口を有するインペラハウジングと、
前記インペラハウジングの周縁部の下側に位置する排気口と、
を備え、
前記排気口は、前記ハウジングよりも上側に位置し周方向に沿って下側に開口し、
前記インペラは、
複数の動翼と、
前記動翼の下側に位置する円盤状のベース部と、
前記動翼の上側において上側に向かうにつれ径方向内側に位置する円筒状のシュラウドと、
を有し、
前記ベース部の外縁は、前記シュラウドの外縁より径方向外側に位置し、
前記ベース部の上面は、径方向外側に向かうにつれて軸方向下側に傾斜するベース部傾斜部を有する、送風装置。 - 前記排気口は、中心軸周りの一周にわたって開口する、請求項1に記載の送風装置。
- 前記インペラハウジングと前記ハウジングとの間に位置する静翼部材を備え、
前記静翼部材は、
前記インペラハウジングの周縁部の下側に位置する複数の静翼と、
複数の前記静翼を支持する静翼支持リングと、
を有し、
前記静翼支持リングは、下側に向かうにつれて径方向外側に広がる傾斜部を有する、請求項1又は2に記載の送風装置。 - 前記静翼部材は、第1静翼部材と、前記第1静翼部材とは別体の第2静翼部材と、を有し、
前記第1静翼部材は、前記静翼支持リングの一部であり前記傾斜部を含む下部静翼支持リングを有し、
前記第2静翼部材は、前記静翼と、前記静翼支持リングの一部であり前記下部静翼支持リングの上側に位置する上部静翼支持リングとを有する、請求項3に記載の送風装置。 - 前記第2静翼部材の下部の少なくとも一部は、前記第1静翼部材の上部の少なくとも一部と当接する、請求項4に記載の送風装置。
- 前記静翼部材は、前記静翼支持リングの外側に位置する外周筒部を有し、
前記インペラハウジングは、
前記インペラの上側を覆うインペラハウジング本体部と、
前記インペラハウジング本体部の外周縁から径方向外側および下側に延びる排気ガイド部と、
前記排気ガイド部の外周縁から上側に延びて前記外周筒部と固定される外周取付リングと、
を有し、
前記インペラハウジングの上面には、前記排気ガイド部の上側に位置して周方向に延び、下側に凹む凹部が設けられている、請求項3から5の何れか一項に記載の送風装置。 - 前記排気ガイド部は、
内周面が窪むガイド部内側凹部と、
前記ガイド部内側凹部よりも下側に位置し内周面が膨らむガイド部内側凸部と、
を有し、
前記静翼部材は、
上側に突出し前記インペラの径方向外側に位置する円環状の突出部を有し、
前記突出部は、径方向外側に向かうに従って下方に傾斜する外周面を有し、
前記突出部の外周面と前記排気ガイド部の内周面との距離は、前記ガイド部内側凸部と前記突出部の外周面とが対向する領域において、最短となる、
請求項6に記載の送風装置。 - 請求項1から7のいずれか一項に記載の送風装置を有する、掃除機。
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