JP7291598B2 - 電動送風機およびそれを搭載した電気掃除機 - Google Patents

Description

本発明は、電動送風機およびそれを搭載した電気掃除機に関するものである。

近年、コードレススティッククリーナの需要が高まっている。コードレススティッククリーナは軽量化のために低電圧のバッテリーを採用しているが、電動送風機においても小型化が求められている。しかしながら、ごみ取り性能を十分に確保できる吸込力を得るためのファン出力を生み出せることが電動送風機として必須条件となる。これらを満足するために電動送風機に関しては、駆動する回転数を高速化することで、羽根車の高出力化、小型化ができる。そのため、電動送風機にはブラシレスモータが採用され、回転数を６０,０００ｒｐｍ以上としている例が多い。

一方、キャニスター形のクリーナに用いられている電動送風機では、低コスト化なども踏まえ以前よりブラシ付きモータを採用している。もちろん、十分な吸込力を得るために羽根車の高出力化が求められているなか、駆動する回転数は４０，０００ｍｉｎ－１～５０，０００ｍｉｎ－１程度である。しかし、出力を確保するために遠心羽根車の外径がコードレススティック用の羽根車に比べ、２倍以上も大きい。さらには、効率的な風の流路を確保するために、回転する羽根車と、それを覆う形で配置されるファンケーシングとの一部分を、摺動可能とするシール部材を介して当接させ、気密をとることで羽根車吐出口から吐出された気流の一部が羽根車とファンケーシングとの間の隙間を通って吸気口へと逆流する循環流を防ぎ、高効率な出力を得ている。

ブラシレスモータに置き換えると、小型軽量化のため羽根車の外径に関しては、回転数の高速化により補っているとして、羽根車の気密による高出力化は応用し得る技術である。

シール部材を用いたシール方法の従来技術として、例えば、特開２０００－１７９４９５号公報（特許文献１）や、特開平９－２３６０９８号公報（特許文献２）に開示されているものがある。

特開２０００－１７９４９５号公報に開示されている電動送風機は、電動機のハウジングに取り付けられ、遠心羽根車およびディフューザを覆うように形成したファンケーシングと、該ファンケーシングの吸気孔部に、該遠心羽根車の吸気孔と同軸に円環状に形成した湾曲部と、シール保持部材に保持された状態で該遠心羽根車の吸気孔部と摺接するシール部材と、該ファンケーシングに取り付けられ、該シール部材を押圧するシール押さえ部材からなる電動送風機において、該シール保持部材は該シール部材を嵌合する凹溝を備え、かつ湾曲部に嵌合保持した構成としている。

また、特開平９－２３６０９８号公報に開示されている電動送風機は、ファンカバーの吸込口周縁に環状部を形成し、該環状部にファンの吸込口縁が当接するシール材を設け、シール材を、耐熱性、低摩擦性、柔軟性を有すると共に、削れやすい合成樹脂を環状部に充填したことで構成されている。

特開２０００－１７９４９５号公報 特開平９－２３６０９８号公報

上述した特許文献１では、遠心羽根車の吸気孔部とファンケーシングに取り付けられたシール部材とが確実に接される形となり気密が確保できるものの、電動送風機組立後最初に動作される際には、シール部材へ遠心羽根車が押し付けられる状態となるため、始動するのに大きなトルクが必要となる。これはつまり、キャニスター形クリーナに採用されるブラシ付きモータのように大きな始動トルクを得られるモータに対して有効な気密方法となる。ブラシレスモータとなると、その制御方法によっては、始動時の磁石の磁極位置を決定する動作が必要となり、大変小さなトルクしか生じないために始動不可能となってしまう恐れがある。また、シール部材としては別部品、別工程となるため、材料や作業のコストが追加でかかることとなる恐れがある。特許文献２においても、同様の課題が生じる恐れがある。

そこで、本発明では、ブラシレスモータにおいても、遠心羽根車とファンケーシングの間にシール部材を配置するとともに、シール部材と摺接している遠心羽根車が低トルクでも回転可能なシール部材を提案し、高効率、高出力な電動送風機およびそれを搭載した電気掃除機を提供することを目的とする。

吸気口を形成するシュラウドプレートを備えた遠心羽根車と、遠心羽根車を覆い、シュラウドプレートの吸気口端部は、ファンケーシングの溝部に近接対面するように配置される電動送風機において、ファンケーシングのシュラウドプレートと近接対向する箇所に、シール部材が前記ファンケーシングとの間に弾性体を介して配置されると共に、シール部材とシュラウドプレートの吸気口端部が接するようにしたことによる。

また、シュラウドプレートの材質とシール部材の材質との摩擦係数が、シュラウドプレートとファンケーシングの材質の摩擦係数よりも小さいことを特徴としたことによる。

また、シュラウドプレートの先端は、弾性部材が変形しないと仮定した際、シール部材の弾性部材側よりも羽根車側に位置することを特徴としたことによる。

また、シュラウドプレートの吸気口端部にリブを設けたことを特徴とすることによる。

本発明によれば、遠心羽根車のシュラウドプレートの吸気口端部と近接対向する、ファンケーシングとの間に弾性体を介し、摩擦の少ないシール部材を設けると共に、シュラウドプレートの吸気口端部とシール部材が接するようにすることで、遠心羽根車とシール部材間の摩擦を小さくすることで、ブラシレスモータの小さい起動トルクでも動作可能とすると共に、気密漏れを低減し、高効率、高出力な電動送風機およびそれを搭載した電気掃除機を提供することができる。

実施形態１にかかる電動送風機を示す断面図を示す。 実施形態１にかかる電動送風機の分解斜視図を示す。 実施形態１にかかるロータ組立体を示す分解斜視図を示す。 （ａ）実施形態１にかかる遠心羽根車２０３の全体構成図を示す。（ｂ）実施形態１におけるシュラウドプレート２２１の吸気口端部２２２にリブ２２３を設けた形状図を示す。（ｃ）実施形態１にかかる吸気口端部２２２のリブ２２３の断面図を示す。 （ａ）実施形態１にかかるファンケーシング２０４の全体形状図を示す。（ｂ）実施形態１におけるファンケーシング２０４にリブ２２４を設けた形状図を示す。（ｃ）実施形態１のファンケーシング２０４に設けたリブ２２４の断面図を示す。 （ａ）図４におけるシュラウドプレート２２１の吸気口端部２２２に設けられた小さなリブ２２３とスール部材３００の寸法関係を示す。（ｂ）組み立て時のシュラウドプレート２２１の吸気口端部２２２に設けられた小さなリブ２２３とスール部材３００の位置関係を示す。（ｃ）一定時間駆動後のシュラウドプレート２２１の吸気口端部２２２に設けられた小さなリブ２２３とスール部材３００の位置関係を示す。 （ａ）実施形態におけるスティック型として使用する際の斜視図を示す。（ｂ）実施形態における電気掃除機４００をハンディ型として使用する際の側面図を示す。 本実施形態１～３における電動送風機を搭載した掃除機本体の縦断面図を示す。

以下、本発明の実施形態を、図１～図８を用いて説明する。

［実施形態1］
図１は実施形態１にかかる電動送風機を示す断面図であり、図２は実施形態１にかかる電動送風機の分解斜視図である。
ステータ２４０は、ステータコア２１０の周りにコイル２１１が巻かれ、一緒になって相巻線を形成している。この相巻線は、電動送風機２００に備わる図示しない回路部に電気的に接続されている。

ハウジング２０８は、合成樹脂製であり、ロータ組立体２３０の軸受部を内包する軸受カバー２１５とインサート成形によって構成される。軸受カバー２１５の外周には、軸受２１２の冷却用のヒートシンクである回転軸方向に長い複数の冷却フィン２７が設けられている。また、軸受カバー２１５は、非磁性金属材料製であり、軽量化、放熱性などに有利なものが良い。本実施例では、アルミ材を使用し、ダイキャストにより製作されている。

また、ハウジング２０８の支持部２６には、軸方向Ｇに延在するねじ穴２８が形成されている。ねじ穴２８には固定ねじ２１８が螺合可能で、固定ねじ２１８の螺合によってディフューザ２０５がハウジング２０８に固定される。

また、ハウジング２０８には、ハウジング２０８内に空気が流れ込む開口３４と、電動送風機２００の外部に空気を排出する排気口３５とが形成されている。また、ハウジング２０８の軸方向Ｇの端部に配置されるステータ２４０は、固定ねじ２１９によってハウジング２０８に固定されている。

ファンケーシング２０４は、ディフューザ２０５と、ロータ組立体２３０の遠心羽根車２０３を覆う格好で、ハウジング２０８と嵌合される。この際、ディフューザ２０５に配置されているディフューザ翼１３は、ファンケーシング２０４に配置された弾性部材４０によってに押し付けられ、ディフューザ翼１３とファンケーシング２０４間の気密が保たれる。また、ディフューザ２０５には、ジクウケカバー２１５の冷却フィン２７へ積極的に風を当てるためのリターン翼１４が配置されている。

図３は実施形態１にかかるロータ組立体を示す分解斜視図である。図３に示すように、ロータ組立体２３０は、遠心羽根車２０３、回転軸２０７、ロータコア２０９、軸受２１２、リング部材２１３、ばね２１７およびカバー２５０によって構成されている。なお、軸受２１２、２１２とばね２１７とで軸受部が構成されている。

遠心羽根車２０３は、回転軸２０７の軸方向Ｇの一端に固定されている。本実施例では、遠心羽根車２０３を回転軸２０７に圧入固定しているが、回転軸２０７の端部（先端）にねじを設け、遠心羽根車２０３を固定ナットによって固定してもよい。

ロータコア２０９は、回転軸２０７の、遠心羽根車２０３が固定されている端部とは逆側の軸方向Ｇの端部に設けられている。このロータコア２０９は、例えば、希土類系のボンド磁石によって構成されている。希土類系のボンド磁石は、希土類系磁性粉末と有機バインダーとを混合して作られる。希土類系のボンド磁石としては、例えば、サマリウム鉄窒素磁石や、ネオジム磁石等を用いることができる。また、ロータコア２０９は、回転軸２０７にインサート成型により一体成形されている。また、ロータコア２０９は、カバー２５０により周面に接した状態で覆われている。カバー２５０は、非磁性の薄板を筒状に形成したものであり、例えば、ステンレス鋼にニッケル量を多く配合したもの、又は、オーステナイト系ステンレスを欲しい形状へ成型後熱処理したもので構成される。

リング部材２１３は、バランス調整用のものであり、回転軸２０７におけるロータコア２０９側の端部に設けられている。また、リング部材２１３は、ロータコア２０９よりも比重が大きく、かつ、非磁性の材料で構成されている。例えば銅材などの焼結品（燒結体）や機械加工で形成することができる。また、リング部材２１３としては、ロータコア２０９よりも比重が大きく、かつ、非磁性の材料であれば、銅に限定されるものではない。

回転軸２０７には、遠心羽根車２０３とロータコア２０９との間に、軸受２１２、２１２が設けられている。軸受２１２、２１２は、軸方向に離間して配置され、回転軸２０７を回転自在に支持している。軸受２１２、２１２の間にはコイル状のばね２１７が設けられ、軸受２１２、２１２の外輪に予圧を与えている。

図４は、実施形態にかかる遠心羽根車２０３の形状図である。図４（ａ）は、遠心羽根車２０３の全体構成図であり、図４（ｂ）は、実施形態１におけるシュラウドプレート２２１の吸気口端部２２２にリブ２２３を設けた形状図であり、図４（ｃ）は、吸気口端
部２２２のリブ２２３の断面図である。

本実施形態では、図４（ａ）のように遠心羽根車２０３は、羽根２２０ａと羽根２２０ａ根元には流路を構成するための曲面プレートと回転軸２０７が圧入可能となる回転軸穴が一体的に形成されたハブプレート２２０と、吸気口が形成され、羽根２２０ａを曲面プレートと挟むように配置できるシュラウドプレート２２１で構成される。ハブプレート２２０には、シュラウドプレート２２１を嵌合い可能にするための位置決め用の凸部が形成されており、シュラウドプレート２２１には羽根と位置決め用凸部が嵌合い可能なように溝が形成されている。ハブプレート２２０とシュラウドプレート２２１の固定には、超音波溶着をすることにより高速回転をしても分離、剥がれが生じないようにしている。そのため、ハブプレート２２０には超音波溶着用のリブが羽根の上端面に、位置決め用凸部より外周側に配置されている。また、本発明では図４（ｂ）のように、シュラウドプレート２２１の吸気口端部２２２に小さなリブ２２３を一周にわたり設けている。図４（ｃ）のように、リブ２２３の形状はシュラウドプレート２２１の吸気口端部２２２側のリブ２２３根元幅よりもリブ２２３先端幅を小さくするようにする。そのため、リブ２２３の断面形状としては、三角形、台形、半円形、半楕円形を問わない。本実施形態では三角形のリブ断面形状とし、リブ２２３の根本幅は０．３ｍｍ、リブ２２３の高さは０．３ｍｍとしている。ここで、遠心羽根車２０３の構成としては、羽根２２０ａがシュラウドプレート２２１と一体に構成されていても別体で構成されていても構わない。

図５は、実施形態１にかかるファンケーシング２０４の形状図である。図５（ａ）は、ファンケーシング２０４の全体形状図であり、図５（ｂ）は、実施形態１のファンケーシング２０４と、そこに貼り付けたシール部材３００の断面図である。

実施形態では図５（ｂ）のように、ファンケーシング２０４の、遠心羽根車２０３のシュラウドプレート２２１の吸気口端部２２２に近接対向する部分(溝部４５０)に、シール部材３００が配置されている。シール部材３００は摺動部３００ａと弾性部３００ｂより成り立っている。

図６は、実施形態における電動送風機２００の送風機部２０１の構造部分断面図である。図６（ａ）は図４におけるシュラウドプレート２２１の吸気口端部２２２に設けられた小さなリブ２２３とスール部材３００の寸法関係を示す図であり、図６（ｂ）は組み立て時のシュラウドプレート２２１の吸気口端部２２２に設けられたに小さなリブ２２３とスール部材３００の位置関係を表し、図６（ｃ）は一定時間駆動後のシュラウドプレート２２１の吸気口端部２２２に設けられた小さなリブ２２３とスール部材３００の位置関係である。

図６（ａ）より、寸法関係は、シュラウドプレート２２１の吸気口端部２２２に設けられた小さなリブ２２３の根本よりも、シール部材３００の摺動面３００ａはリブ２２３の先端側に位置するとともに、リブ２２３の頂点はシール部材の３００の摺動面３００ａと弾性部３００ｂの境目よりも摺動面側に位置するよう設計されている。そのため、組立てると、摺動面３００ａはリブ２２３の先端に押され、弾性部３００ｂが縮むことで図６（ｂ）に示す形となる。ここで、弾性部ｂが縮むことで、リブ２２３より押される力を逃がすことができるため、遠心羽根車２０３とシール部材３００の摺動面３００ａとの摩擦が少なくなり、小さい起動トルクで動作が可能となることから、起動トルクの小さいブラシレスモータにおいても使用可能である。また、しばらく動作すると、シール部材が、遠心羽根車との摩擦により摩耗するが、その際も図６（ｃ）のように、リブ２２３の先端がシール部材の３００の摺動面３００ａ内に収まることができる。これにより、組立て後も、一定時間動作後も、リブ２２３と摺動面３００ａの間において気密を確保することが可能である。

吸気口を形成するシュラウドプレートを備えた遠心羽根車と、前記遠心羽根車を覆い、前記シュラウドプレートの吸気口端部は、ファンケーシングの溝部に近接対面するように配置される電動送風機において、前記ファンケーシングの前記シュラウドプレートと近接対向する箇所に、シール部材が、前記ファンケーシングとの間に弾性体を介して配置されると共に、前記シール部材と前記シュラウドプレートの吸気口端部が接する。

以上により、遠心羽根車２０３から排出された空気が、シュラウドプレート２２１とファンケーシング２０４の間をとおり、吸気口端部より再び取り込まれる循環流を防げることから、電動送風機の効率を上げることが可能となる。

なお、前記シュラウドプレートの先端は、前記弾性部材が変形しないと仮定した際、前記シール部材の前記弾性部材側よりも前記羽根車側に位置する。

ここで、シール部材３００へ用いる材料として、摺動面３００ａには遠心羽根車２０３との摩擦係数が、遠心羽根車２０３とファンケーシング２０４との摩擦係数よりも小さく、一定動作後削れることを考慮すると、遠心羽根車２０３よりも柔らかい材料を選定するのがよく、本実施例においては、テフロン（登録商標）のシートを使用している。前記シュラウドプレートの材質と前記シール部材の材質との摩擦係数が、前記シュラウドプレートと前記ファンケーシングとの材質よりも小さい。

また、弾性部材３００ｂについては、気密を確保する必要があることから、独立気泡のパッキンが最適であるが、連続気泡のパッキンのものを気密が保持できる程度つぶして使用しても良い。また、弾性体であれば、パッキン以外のものを用いても良い。

以下、として、本発明に係る送風機を備える電動送風機２００を搭載する電気掃除機４００について図面を参照しながら説明する。

なお、以下では、スティック型とハンディ型とを適宜切り替えて使用できる充電式の電気掃除機４００に適用した場合を例に挙げて説明するが、スティック型のみ、ハンディ型のみ、など様々なタイプの電気掃除機に適用することができる。さらには、充電池を使用したＤＣタイプの物のみではなく、プラグより電力を得るＡＣタイプの物へも適用することが可能である。

図７は実施形態おける電動送風機２００を搭載した電気掃除機４００を示し、図7（ａ）はスティック型として使用する際の斜視図、図７（ｂ）は電気掃除機４００をハンディ型として使用する際の側面図である。

図７（ａ）に示すように、電気掃除機４００は、塵埃を集塵する集塵室４０１および集塵するのに必要な吸込気流を発生させる電動送風機２００（図１）を収納する掃除機本体４１０、掃除機本体４１０に対して伸縮自在に設けられた伸縮パイプ４０２、伸縮パイプ４０２の一端に設けられたグリップ部４０３、グリップ部４０３に設けられた電動送風機２００の入切を行うスイッチ部４０４を備えて構成されている。
図７（ａ）に示す電気掃除機４００は、スティック状態であり、伸縮パイプ４０２が伸ばされた状態である。また、掃除機本体４１０の他端には吸口体４０５が取り付けられ、掃除機本体４１０と吸口体４０５とが接続部４０６で繋がれている。

図７（ｂ）に示す電気掃除機４００は、ハンディ状態であり、伸縮パイプ４０２が掃除機本体４１０内に収納され、グリップ部４０３が伸縮パイプ４０２側に近接した状態である。また、ハンディ状態での持ち手となるハンディグリップ部４０７は、掃除機本体４１０の上面側に、近接されたグリップ部４０３と集塵室４０１との間に設けられている。また、掃除機本体４１０の他端部には吸口体（隙間ノズル）４０８が取り付けられ、掃除機本体４１０と吸口体４０８とが接続部４０６で繋がれている。

以上の電気掃除機４００において、グリップ部４０３のスイッチ部４０４を操作することで、掃除機本体４１０に収納された電動送風機２００（図１参照）が作動し、吸込気流を発生させる。そして、吸口体４０５、４０８から塵埃を吸込み、接続部４０６を通して掃除機本体４１０の集塵室４０１に集塵する。

図８は本実施形態１～３における電動送風機を搭載した掃除機本体の縦断面図である。なお、図８は、ハンディ状態であり、掃除機本体４１０から吸口体４０８を取り外した状態である。

図８に示すように、掃除機本体４１０の内部には、吸引力を発生させる電動送風機２００、電動送風機２００に電力を供給する電池ユニット４２０、駆動用回路４３０が設けられている。

吸口体４０５、４０８（図７（ａ）、（ｂ）参照）から吸い込まれた空気は、掃除機本体４１０に設けられた流路４４０（図７（ａ）参照）を通って電動送風機２００の前方に配置された集塵室４０１に送られ、集塵室４０１内に集塵される。そして、集塵室４０１で塵挨が分離された後の空気は、電動送風機２００、駆動用回路４３０を通り、掃除機本体４１０に形成された排気口（不図示）から外部に排出される。

これら、本発明に係る送風機を備える電動送風機を搭載する電気掃除機により、高い吸い込み性能を有する電気掃除機とすることができる。

以上、本発明にかかる、シール部材を適用した電動送風機について最良の実施の形態および実施例を示して詳細に説明した。なお、本発明の内容は、前記実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲内において適宜改変・変更等することができることはいうまでもない。

１３ ディフューザ翼
１４ リターン翼
２６ 支持部
２７ 冷却フィン
２８ ねじ穴
３４ 開口
３５ 排気口
２００ 電動送風機
２０３ 遠心羽根車
２０４ ファンケーシング
２０５ ディフューザ
２０７ 回転軸
２０８ ハウジング
２０９ ロータコア
２１０ ステータコア
２１１ コイル
２１２ 軸受
２１３ リング部材
２１５ 軸受カバー
２１７ ばね
２１８ 固定ねじ
２２０ ハブプレート
２２０ａ 羽根
２２１ シュラウドプレート
２２２ 吸気口端部
２２３ リブ
２３０ ロータ組立体
２４０ ステータ
２５０ カバー
３００ シール部材
３００ａ 摺動部
３００ｂ 弾性部
４００ 電気掃除機
４０１ 集塵室
４０２ 伸縮パイプ
４０３ グリップ部
４０４ スイッチ部
４０５ 吸口体
４０６ 接続部
４０８ 吸口体（隙間ノズル）
４１０ 掃除機本体
４２０ 電池ユニット
４３０ 駆動用回路
４４０ 流路
４５０ 溝部

Claims (3)

1. 吸気口を形成するシュラウドプレートを備えた遠心羽根車と、前記遠心羽根車を覆うファンケーシングとを備え、前記シュラウドプレートの吸気口端部は、前記ファンケーシングの溝部に近接対面するように配置される電動送風機において、
   前記ファンケーシングは、前記シュラウドプレートの前記吸気口端部と近接対向する前記溝部にシール部材を備え、
   前記シール部材は、摺動部と、前記摺動部と前記ファンケーシングとの間に配置された弾性部とを備え、
   前記シュラウドプレートは、前記吸気口端部にリブを備え、
   前記リブの先端は、前記摺動部と前記弾性部の境目よりも前記摺動部側に位置して前記摺動部を押しており、前記弾性部が縮んでいることを特徴とする電動送風機。
2. 前記シュラウドプレートと前記シール部材の前記摺動部との摩擦係数が、前記シュラウドプレートと前記ファンケーシングとの摩擦係数よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の電動送風機。
3. 請求項１又は請求項２に記載の電動送風機を配置した電気掃除機。

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