JP7478609B2 - 電動送風機、及び、それを搭載した電気掃除機 - Google Patents

Description

本発明は、電動送風機、及び、それを搭載した電気掃除機に関する。

近年需要が急速に高まっているコードレススティック掃除機や自走式電気掃除機において、低電圧のバッテリー駆動でも十分な出力を得るとともに、振動や騒音を低減するためにＤＣブラシレスモータを用いた電動送風機が使用されている。また、電気掃除機の小型化を達成するために、電動送風機の小型化も求められている。電動送風機の小型化に関しては、電動送風機を高速化することで羽根車（ファン）の外径を小さくすることができる。そのため、ブラシレスモータの回転数を毎分約８万回転以上としているものがある。このような電動送風機としては、例えば特許文献１、特許文献２に開示されたものがある。

特許文献１には、「回転自在に設けられた回転軸２０７と、回転軸の一端に設けられた遠心羽根車２０３と、回転軸の遠心羽根車とは逆側に設けられたロータコア２０９と、遠心羽根車とロータコアの間に設けられた少なくとも一つの軸受部からなるロータ２３０と、軸受部を内包する軸受カバー２１５を備える電動送風機２００において、軸受部は一対の軸受２１２が軸方向に整列され、軸受間には、予圧を付与するばね２１７が配置され、ばねの形状はつづみ形であることを特徴とする電動送風機。」が記載されている。

また、特許文献２には、「モータは、上下に延びる中心軸に沿って配置されるシャフト１１を有するロータと、ロータと径方向に対向するステータと、ステータに対してロータを回転可能に支持する軸受部３０と、軸受部３０を保持するブラケット４０を有する。ブラケット４０は、軸方向に延び、軸受部３０の径方向外方に配置される筒状のブラケット筒部４２と、ブラケット筒部４２の下端部から径方向内方に延び、軸方向に貫通するブラケット開口部４４を有するブラケット底部４３を有する。軸受部３０は、シャフト１１を回転可能に支持する軸受３１と、軸受３１の下方に配置され、中心軸に直交する方向に広がる平板部３２を有する。平板部３２の少なくとも一部は、ブラケット開口部４４と軸方向に対向している、モータ。」が記載されている。

特開２０１８－１４５８９７号公報 特開２０１９－５４７１２号公報

特許文献１に記載された従来技術は、ロータコアと遠心羽根車の間に配置される複数の軸受との間に、軸受の外輪に予圧を付与するためにばねが当接して配置され、軸受に適正な予圧を与えることにより回転振動を小さくすることができる。

しかしながら、特許文献１に記載された従来技術は、回転軸を支持する軸受部の両端側には、ロータコアと遠心羽根車が直列に配置されている。軸受部の両端側に回転体の中で質量の大きいロータコアと遠心羽根車が配置されている。すなわち、回転軸には遠心羽根車、軸受部、ロータコアは回転軸方向に直列に配置されている。振動特性上軸受間の距離がある程度必要であり、電動送風機が軸方向に長くなってしまう、という課題があった。

また、特許文献２に記載された従来技術は、回転軸はモータの上側と下側に配置され軸受により支持し、回転軸の端部にインペラが取り付けられている。反インペラ側の軸受はブラケットにより保持され、ブラケットはモータハウジングに固定されている。軸受はブラケットに設けた弾性部材により軸受に予圧を加えている。これにより、モータの軸受に適切な予圧が加えられ安定して起動運転することができる。

しかしながら、特許文献２に記載された従来技術は、モータを運転すると、モータの発熱源であるコイルやステータコアの温度が高くなる。ステータコアは、モータハウジングに固定され、さらにモータハウジングとブラケットが固定されている。そのため、モータの温度上昇によりモータハウジングの温度が上昇すると、モータハウジングが軸方向に伸びることになる。これにより、弾性部材による予圧の方向とは反対側に力が働き、軸受の予圧を維持できなくなり、振動や騒音が発生する恐れがあった。

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、小型軽量でありながら信頼性の高い構成を実現するとともに、運転による温度変化が生じても安定した運転を確保できる電動送風機、及び、それを搭載し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、回転軸と、前記回転軸を受ける２つの軸受と、前記２つの軸受の間で前記回転軸に取り付けられるロータコアと、前記ロータコアの周囲に配置されるボビンと、前記ボビンを覆うように設けられるモータハウジングと、を備え、前記モータハウジングの一端は、前記２つの軸受の一方に嵌合され、前記モータハウジングの他端は、前記２つの軸受の他方に嵌合され、前記ボビンの外周には、固定子の円環状のステータコアが配置されるとともに、当該ステータコアの回転軸方向の一端を位置決めする位置決めリブが形成されており、前記ステータコアの一端と前記モータハウジングの間にはコイルばねが配置され、前記ステータコアは、前記ボビンの外側に固定され、前記コイルばねは、前記ボビンの外周壁の外周側に配置され、ステータコアの端面上に付置しており、かつ、弾性力により、前記ボビンの一端を前記モータハウジングに接触させることを特徴とする電動送風機、及び、それを搭載した電気掃除機とする。
その他の手段は、後記する。

本発明によれば、軸受に予圧を与えるコイルばねをステータコアとモータハウジングの間に配置したことにより、回転軸方向の軸方向寸法を短くすることができる。そのため、電動送風機の小型化を図ることができる。また、質量の大きいロータコアを軸受間に配置しているため、振動特性を向上させることができる。そのため、信頼性の高い構成を実現することができる。

また、軸受に予圧を与えるコイルばねをステータコアとモータハウジングの間に配置したことにより、電動送風機の運転時の発熱量が比較的大きい固定子が熱で伸びても、コイルばねで与圧を軸受に確実に加えることができる。そのため、軸受に加える予圧を安定して維持することができる。これにより、電動送風機の振動騒音を抑えることができる。また、安定した運転を確保することができる。

したがって、本発明によれば、小型軽量でありながら信頼性の高い構成を実現するとともに、運転による温度変化が生じても安定した運転を確保することができる。

実施形態に係る電動送風機を搭載した電気掃除機をスティック型として使用する際の斜視図である。 実施形態に係る電動送風機を搭載した電気掃除機をハンディ型として使用する際の側面図である。 実施形態に係る電動送風機を搭載した掃除機本体の縦断面図である。 実施形態に係る電動送風機の外観図である。 実施形態に係る電動送風機の縦断面図である。 送風機部の側面図である。 羽根車側のモータハウジングの斜視図である。 羽根車側のモータハウジングの背面図である。 羽根車側のモータハウジングの縦断面図である。 羽根車とは逆側のモータハウジングの平面図である。 羽根車とは逆側のモータハウジングの縦断面図である。 ボビンの斜視図である。 ボビンの縦断面図である。 ボビンの横断面図である。 コイルを巻き回したボビンにステータコアを一体化した固定子の斜視図である。 固定子にコイルばねを配置した斜視図である。 固定子を羽根車とは逆側のモータハウジングに取り付けた状態の部分拡大図である。 図９に示す構成を羽根車側のモータハウジングに取り付けた状態の部分拡大図である。

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。

＜電動送風機を搭載した電気掃除機の構成＞
以下、図１Ａ、図１Ｂ、及び、図２を参照して、本実施形態に係る電動送風機２００を搭載した電気掃除機４００の構成について説明する。図１Ａは、本実施形態に係る電動送風機２００を搭載した電気掃除機４００をスティック型として使用する際の斜視図である。図１Ｂ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２は、電気掃除機４００の掃除機本体４１０の縦断面図である。

なお、本実施形態では、電動送風機２００が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に搭載されている場合を想定して説明する。しかしながら、電動送風機２００は、スティック型のみやハンディ型のみ等の様々なタイプの電気掃除機４００に搭載することができる。

図１Ａに示すように、電気掃除機４００は、塵埃を集塵する集塵室４０１と、集塵に必要な吸込気流を発生させる電動送風機２００（図２参照）を収納する掃除機本体４１０と、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と、伸縮パイプ４０２の一端に設けられたグリップ部４０３と、グリップ部４０３に設けられた電動送風機２００（図２参照）の入切を行うスイッチ部４０４とを備えている。

図１Ａに示す例では、電気掃除機４００は、スティック状態になっており、伸縮パイプ４０２が伸ばされた状態になっている。スティック状態において、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。

一方、図１Ｂに示す例では、電気掃除機４００は、ハンディ状態になっており、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側に近接した状態になっている。ハンディ状態において、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４０８（隙間ノズル）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。

係る構成において、電気掃除機４００は、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２参照）が作動し、吸込気流を発生させる。そして、電気掃除機４００は、吸口体４０５（図１Ａ参照）又は吸口体４０８（図１Ｂ参照）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２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と、電動送風機２００に電力を供給する電池ユニット４２０と、駆動用回路４３０とが設けられている。なお、図２に示す例では、電気掃除機４００は、ハンディ状態になっており、掃除機本体４１０から吸口体４０８を取り外した状態になっている。

吸口体４０５（図１Ａ参照）又は吸口体４０８（図１Ｂ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と、駆動用回路４３０とを通り、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。

＜電動送風機の構成＞
以下、図３Ａ乃至図６Ｂを参照して、電動送風機２００の構成について説明する。図３Ａは、電動送風機２００の外観図である。図３Ｂは、電動送風機２００の縦断面図である。図４は、送風機部２０１の側面図である。図５Ａは、羽根車１側のモータハウジング２の斜視図である。図５Ｂは、羽根車１側のモータハウジング２の背面図である。図５Ｃは、羽根車１側のモータハウジング２の縦断面図である。図６Ａは、羽根車１とは逆側のモータハウジング９の平面図である。図６Ｂは、羽根車１とは逆側のモータハウジング９の縦断面図である。

図２に示すように、電動送風機２００は、電気掃除機４００の内部に取り付けられる。その際に、電気掃除機４００の下部側の吸口体４０５（図１Ａ参照）又は吸口体４０８（図１Ｂ参照）の方向に羽根車１（図３Ｂ参照）が向くように、電動送風機２００は、電気掃除機４００に取り付けられる。

図３Ａに示すように、電動送風機２００は、モータハウジング２と、ファンケーシング３と、モータハウジング９と、を有している。モータハウジング２と、ファンケーシング３と、モータハウジング９は、それぞれ、略円筒形状に形成されている。モータハウジング２は、羽根車１（図３Ｂ参照）に近い側（羽根車１側）に配置されたハウジングである。モータハウジング９は、羽根車１（図３Ｂ参照）から遠い側（羽根車１とは逆側）に配置されたハウジングである。モータハウジング２は、モータハウジング９の上部に取り付けられる。その際に、モータハウジング９の外筒９ｂに設けられた突起部２２がモータハウジング２の外筒２ｂに設けられた爪状突起２０の取付穴２１に嵌合することで、モータハウジング２とモータハウジング９とが固定される。これにより、モータハウジング２とモータハウジング９とを一体化されたモータハウジング１９が形成される。モータハウジング１９は、後記するボビン３１（図３Ｂ参照）を覆うように設けられている。モータハウジング２の上部には、ファンケーシング３が取り付けられる。ファンケーシング３の上部には空気吸込口４が形成されている。また、ファンケーシング３の内部には、回転軸５が配置されている。

図３Ｂに示すように、電動送風機２００は、送風するための送風機部２０１と、送風機部２０１の半径方向内側に送風機部２０１を駆動するための電動機部２０２とを有している。なお、図３Ｂは、代表的な空気の流れを実線矢印α１と破線矢印α２で示している。

送風機部２０１は、吸引空気流の上流から、回転翼である羽根車１と、羽根車１に近い側（羽根車１側）に配置された軸流型ディフューザ翼２３と、羽根車１から遠い側（羽根車１とは逆側）に配置された後段の軸流型ディフューザ翼２４と、翼なし軸流ディフューザ２５とを有している。翼なし軸流ディフューザ２５の下流には、排気口として機能する開口部１６が設けられている。

図３Ｂ、並びに、図５Ａ乃至図５Ｃに示すように、羽根車１に近い側（羽根車１側）に配置された軸流型ディフューザ翼２３は、羽根車１の半径方向において、羽根車１側のモータハウジング２の内筒２ａと外筒２ｂとの間に位置している。モータハウジング２の内筒２ａと外筒２ｂと軸流型ディフューザ翼２３は一体で成型されている。

図３Ｂ、並びに、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、羽根車１から遠い側（羽根車１とは逆側）に配置された後段の軸流型ディフューザ翼２４は、羽根車１の半径方向において、羽根車１とは逆側のモータハウジング９の内筒９ａと外筒９ｂとの間に位置している。モータハウジング９の内筒９ａと外筒９ｂと軸流型ディフューザ翼２４は一体で成型されている。

翼なし軸流ディフューザ２５は、モータハウジング９の内筒９ａと外筒９ｂから形成されている。モータハウジング９の内筒９ａは、開口部１６（排気口）に向かって流路面積が拡大するように、外径が小さくなっている。

電動機部２０２は、モータハウジング２の内筒２ａと、モータハウジング９の内筒９ａとで覆われている。電動機部２０２の内部には、開口部１５と、冷却用の第２の流路１４とが構成されている。

開口部１５は、モータハウジング９のエンドブラケット１３に設けられている。エンドブラケット１３は、電動機部２０２の軸方向であって羽根車１とは逆側の軸受１１を保持する金属部材１３ａと一体成型されている。エンドブラケット１３には、軸受１１の外輪に接着剤を流せるように、溝１３ｂが複数設けられている。軸受１１の外輪とエンドブラケット１３の金属部材１３ａは、接着剤によって固定される。これによって、電動機部２０２は、組み立てが容易になり、軸受１１を固定することができる。エンドブラケット１３には、ボビン３１（コイル巻きボビン）を周方向の固定と回転軸方向に抜けないように、３カ所に突起１３ｃが設けられている。ボビン３１は、コイルばね３２を取り付けるためにロータコア７の周囲に配置される。ボビン３１の外周側は、段差状に形成されている。つまり、ボビン３１は、外周側に段差部を有している。金属部材１３ａの周方向の６カ所には、ボビン３１の回転軸方向の位置決めを行うための台座１３ｄが設けられている。第２の流路１４は、少なくとも一部がステータコア８の外周と開口部１５を通るように形成されている。

電動送風機２００の側部には、羽根車１と、羽根車１側の軸流型ディフューザ翼２３と、後段の軸流型ディフューザ翼２４と、翼なし軸流ディフューザ２５を通る第１の流路１７とが設けられている。第１の流路１７は、吸口体４０５（図１Ａ参照）又は吸口体４０８（図１Ｂ参照）で吸引された空気流が流れる流路である。

図３Ｂに示すように、電動送風機２００は、第１の流路１７と第２の流路１４とが部分的に連通するように、第１の流路１７と第２の流路１４とを接続する接続部２８を有している。つまり、第２の流路１４と第１の流路１７とは、羽根車１側の軸流型ディフューザ翼２３と後段の軸流型ディフューザ翼２４の間の接続部２８で連結されている。接続部２８は、電動機２０２の内側から第１の流路１７に亘って形成された円環状の流路である。接続部２８は、半径方向の外側部分が後段の軸流型ディフューザ翼２４に向けて下側に傾斜するように形成されている。接続部２８は、モータハウジング２の内筒２ａとモータハウジング９の内筒９ａとの間に形成された隙間によって構成されている。

電動送風機２００は、エンドブラケット１３の開口部１５から第２の流路１４に冷却風が流入し、第１の流路１７と第２の流路１４とを接続する接続部２８でのベンチェリ効果により、第２の流路１４から接続部２８に冷却風を送る。その際に、電動送風機２００は、冷却風で電動機部２０２を冷却する。

なお、第２の流路１４は、接続部２８に対して回転軸方向の羽根車１とは逆側に設けられている。また、開口部１５の開口面積は、接続部２８の流路断面積以上の大きさに設定されている。これにより、電動送風機２００は、接続部２８でのベンチェリ効果を促進して、第２の流路１４から接続部２８に流れる冷却風で電動機部２０２を効率よく冷却できる。

ここで、接続部２８の流路断面積は、接続部２８の流路に直交する断面において、最小の面積となる断面積になっている。接続部２８の断面にフィレットやＲ形状がある場合は、フィレットやＲ形状を無視して算出してもよい。

なお、開口部１５からコイル３０（巻線）の一部が出て、駆動用回路４３０（図２参照）に電気的に接続される。ここで、開口部１５を通る構成の場合、コイル３０を無くした際の面積が接続部２８の流路断面積以上であれば良い。開口部１５の構造は、四角孔でも、丸孔でも、他の形状の孔でも良い。

回転翼である羽根車１は、熱可塑性樹脂製である。羽根車１は、回転軸５の端部に螺刻されたねじに固定ナット１８が螺着されることによって、回転軸５に固定されている。なお、本実施形態では、羽根車１は、固定ナット１８を用いて回転軸５に固定されているが、圧入によって回転軸５に固定されるようにしても良い。また、図３Ｂ及び図４に示すように、本実施形態では、羽根車１は、斜流型羽根車になっているが、遠心型羽根車や、軸流型羽根車の形態であっても良い。

図３Ｂに示すように、電動機部２０２は、内部に、回転子であるロータコア７と、固定子３３とを有している。固定子３３は、ステータコア８と、コイル３０と、ボビン３１とを有している。ステータコア８は、ロータコア７の外周部に配置されている。ロータコア７は、モータハウジング２とモータハウジング９との内部に収納された回転軸５に固定されている。

ロータコア７は、希土類系のボンド磁石を含んでいる。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。ロータコア７は、回転軸５に一体成形されるか、又は、回転軸５に固定されている。

ステータコア８は、円筒状の積層鋼板によって構成されている。すなわち、ステータコア８は、円環状の電磁鋼板を複数枚重ねることによって、全体として円筒状に構成されている。

ステータコア８は、コイル３０を巻き回したボビン３１の外側に圧入固定されている。ボビン３１は、合成樹脂製（絶縁性）の材料によって形成されている。コイル３０を巻き回したボビン３１は、ステータコア８とロータコア７との間に設けられている。また、ステータコア８と羽根車１に近い側のモータハウジング２の間には、コイルばね３２が配置されている。コイルばね３２は、ロータコア７よりも外径側に配置されている。

モータハウジング２の内部において、羽根車１とロータコア７との間には、回転軸５を支持する軸受１０が配置されている。また、モータハウジング９の内部において、ロータコア７を基準にして軸受１０の反対側には、回転軸５を支持する軸受１１が配置されている。電動送風機２００は、回転軸５の一方側の軸受１０と他方側の軸受１１とで、回転軸５を回転自在に支持している。

図３Ｂ、並びに、図５Ａ乃至図５Ｃに示すように、羽根車１に近い側のモータハウジング２のエンドブラケット１２は、電動機部２０２の回転軸方向であって羽根車１側の軸受１０を保持する金属部材１２ａと一体成型されている。金属部材１２ａには、軸受１０の外輪に接着剤を流せるように、複数の溝１２ｂが設けられている。軸受１０の外輪とエンドブラケット１２の金属部材１２ａは、接着剤によって固定される。このようなモータハウジング２は、圧入や焼き嵌めによって軸受１０をエンドブラケット１２に固定する必要がないため、容易に組み立てることができる。ただし、エンドブラケット１２と金属部材１２ａとエンドブラケット１３と金属部材１３ａは、圧入固定されても良い。

軸受１０，１１の外輪は、エンドブラケット１２，１３に接着材で固定されている。これにより、電動送風機２００は、運転中に軸受１０，１１の外輪と金属部材１２ａ，１３ａとが空回りすることを防止でき、振動騒音の発生を抑えることができる。

コイルばね３２は、ステータコア８とモータハウジング２のエンドブラケット１２との間に圧縮された状態で配置されている。これにより、電動送風機２００は、ステータコア８とモータハウジング９とを介してコイルばね３２の付勢力による予圧を軸受１１に加えるとともに、モータハウジング２を介してコイルばね３２の付勢力による予圧を軸受１０に加えている。

ロータコア７の端部には、回転体（例えば、羽根車１、ロータコア７、回転軸５等）のアンバランス量を修正するためのバランスリング６が設置されている。電動送風機２００は、バランスリング６における回転体のアンバランス量を切削等により修正することで、回転体のアンバランス量を最小化している。これにより、電動送風機２００は、振動と騒音の低減を図っている。なお、バランスリング６は、非磁性体の金属材料により、例えば銅材、アルミニュウム材、ステンレス材等の機械加工や焼結品で製作される。

また、電動送風機２００は、質量が比較的大きな回転体であるロータコア７やバランスリング６を、回転軸５の両端に設けられた軸受１０，１１で支持するとともに、コイルばね３２により軸受１０，１１に予圧を加えている。このような電動送風機２００は、回転軸の振れを抑えて、回転体の回転精度を向上させることができる。これによって、電動送風機２００は、振動特性を向上させることができる。そのため、電動送風機２００は、回転体の高速回転を可能とし、振動と騒音を低減することができる。

さらに、電動送風機２００は、質量が比較的大きな回転体であるロータコア７やバランスリング６を２つの軸受１０，１１の間に配置している。そのため、電動送風機２００は、軸受１０，１１間の距離を必要最小限に抑えることができる。したがって、電動送風機２００は、軸方向寸法を短くすることができ、小型化を図ることができる。

図３Ａ、並びに、図５Ａ乃至図５Ｃに示すように、羽根車１に近い側（羽根車１側）のモータハウジング２の外筒２ｂの外周部には、周方向の３箇所に爪状突起２０が設けられ、爪状突起２０には取付穴２１が設けられている。また、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、羽根車１から遠い側（羽根車１とは逆側）のモータハウジング９の外筒９ｂの外周部には、周方向の３箇所に突起部２２が設けられている。モータハウジング２の取付穴２１とモータハウジング９の突起部２２とが嵌合されることによって、モータハウジング２とモータハウジング９は接続される。

図３Ｂに示すように、羽根車１を覆うファンケーシング３は、羽根車１に近い側のモータハウジング２の外筒２ｂの外周部とファンケーシング３の内面３ａが接触し、モータハウジング２に固定される。なお、ファンケーシング３とモータハウジング２の固定は、接着剤や、圧入、又は、穴と突起の嵌合等により、ファンケーシング３と羽根車１の回転軸方向の位置決めができれば良い。ファンケーシング３には空気吸込口４が設けられている。

羽根車１側の軸流型ディフューザ翼２３は、羽根車１から流出した空気の流れと翼入口角度を略一致させることで、圧力損失を低減している。電動送風機２００は、軸流型ディフューザ翼２３により、空気の流れの回転方向速度成分を減少させることで、ディフューザ効果を高め、送風機効率を向上している。また、軸流型ディフューザ翼２３の軸方向下流に設置された後段の軸流型ディフューザ翼２４は、軸流型ディフューザ翼２３から流出された空気の流れの回転方向速度成分を更に減少させる。また、後段の軸流型ディフューザ翼２４の下流の翼なし軸流ディフューザ２５は、軸方向端部の開口部１６に向かって、半径方向の内向き側に流路断面積が拡大する形状になっている。これにより、電動送風機２００は、回転軸５の軸方向の空気の流れの減速を大きくし、更なる送風機効率を向上させることができる。

ここで、電動送風機２００内における空気の流れについて説明する。
図３Ｂに示すように、電動送風機２００が電動機部２０２を駆動して羽根車１を回転させると、空気吸込口４から電動送風機２００の内部に空気が流入する。電動送風機２００は、内部に流入した空気を第１の流路１７に沿って流す。第１の流路１７は、実線矢印α１に示す経路のように形成されている。すなわち、第１の流路１７は、ファンケーシング３の空気吸込口４からモータハウジング９のエンドブラケット１３に設けられた開口部１６までを通るように形成されている。

電動送風機２００は、羽根車１が斜流型羽根車の場合に、羽根車１の回転によって内部の空気を昇圧しながら、空気に半径方向成分の圧力を与えることで、回転軸５の軸方向から傾いた空気の流れを発生させる。空気の流れは、羽根車１の出口において回転方向成分と回転軸５の軸方向成分とを持つ流れとなり、ファンケーシング３における羽根車１の出口からモータハウジング２に流出する。

モータハウジング２に流出した空気の流れは、羽根車１に近い側に配置された軸流型ディフューザ翼２３と羽根車１から遠い側に配置された後段の軸流型ディフューザ翼２４とに沿ってモータハウジング２，９の内部を通る。これにより、空気の流れは、軸流型ディフューザ翼２４の出口に向かって進むにつれて、回転方向の速度が減速する。この後、空気の流れは、翼なし軸流ディフューザ２５の内部を通る。翼なし軸流ディフューザ２５の流路断面積は、モータハウジング９の開口部１６に向かうにつれて、増大する。そのため、空気の流れは、モータハウジング９の開口部１６に向かって進むにつれて、回転軸５の軸方向速度が減速する。そして、空気の流れは、翼なし軸流ディフューザ２５で圧力回復された後、モータハウジング９の開口部１６から外部に排気される。

また、電動送風機２００は、接続部２８でのベンチェリ効果により、空気を第２の流路１４に沿って流す。第２の流路１４は、破線矢印α２に示す経路のように形成されている。すなわち、第２の流路１４は、モータハウジング９の内筒９ａと電動機部２０２との間を通って、モータハウジング９のエンドブラケット１３に設けられた開口部１５から接続部２８に向かい、接続部２８で折り返し、モータハウジング９の内筒９ａと外筒９ｂとの間を通って、接続部２８からモータハウジング９のエンドブラケット１３に設けられた開口部１６に向かうように形成されている。このような第２の流路１４は、少なくとも流路の一部がステータコア８の外周を通るように、形成されている。

第２の流路１４と第１の流路１７とは、羽根車１に近い側に配置された軸流型ディフューザ翼２３の出口と羽根車１から遠い側に配置された後段の軸流型ディフューザ翼２４との間の接続部２８で連通している。第２の流路１４は、接続部２８の軸方向下流に側に設けられている。開口部１５の開口面積は、接続部２８の流路断面積以上の大きさに設定されている。

接続部２８は、羽根車１側のモータハウジング２と羽根車１とは逆側のモータハウジング９で形成されている。接続部２８は、ステータコア８の外周部から第１の流路１７に向かうにつれて、後段の軸流型ディフューザ翼２４側の軸方向へ傾斜している。これにより、第２の流路１４を流れる空気の流れは、第１の流路１７を流れる空気の流れと接続部２８で円滑に合流できる。このような電動送風機２００は、第２の流路１４を流れる空気の風量を増加することができる。

第１の流路１７を流れる空気の風速が速いため、第２の流路１４内の空気は、静圧が低くなり、ベンチュリ効果により、エンドブラケット１３の開口部１５から接続部２８へと向かう流れが発生する。第２の流路１４は、モータハウジング９のエンドブラケット１３の開口部１５から電動機部２０２の内部に、電動機部２０２よりも温度の低い外部の空気を吸い込む。電動送風機２００は、開口部１５から吸い込んだ空気を軸受１１とステータコア８の外周側に通すことで、開口部１５から吸い込んだ空気で軸受１１とステータコア８とボビン３１に巻き回されたコイル３０とを冷却する。

電動機部２０２の内部において、羽根車１側のエンドブラケット１２では、羽根車１側の軸流型ディフューザ翼２３の出口で生じるベンチュリ効果による空気の流れと、ロータコア７の回転による旋回成分の空気の流れとがある。これらの空気の流れにより、軸受１０と羽根車１側のエンドブラケット１２が冷却される。

また、接続部２８で第２の流路１４から第１の流路１７へ流れ込んだ空気は、羽根車１で昇圧された第１の流路１７を流れる空気と合流する。合流した空気は、後段の軸流型ディフューザ翼２４に流れ、翼なし軸流ディフューザ２５を通ることで、減速され、羽根車１とは逆側のモータハウジング９の開口部１６から排気される。

次に、図４を参照して、本実施形態の送風機部２０１の構成について説明する。なお、図４では、軸流型ディフューザ翼２３を構成するモータハウジング２の外筒２ｂ（図３Ｂ参照）と、軸流型ディフューザ翼２４を構成するモータハウジング９の外筒９ｂ（図３Ｂ参照）とが省略されている。

図４に示すように、羽根車１は、ハブ板２６と、複数枚の羽根２７とを有してている。ハブ板２６と羽根２７は、熱可塑性樹脂で一体成形されている。羽根車１は、ハブ板２６が羽根車１の外周部において回転軸５の軸方向（図４の下方向）に進むにつれて外方向に傾斜した構成になっている斜流羽根車である。図４では、シュラウド板を持たないオープン型斜流羽根車の羽根車１を示しているが、羽根車１はシュラウド板の有無にかかわらず遠心羽根車であっても良い。

羽根車１の回転軸方向下流側に配置された軸流型ディフューザ翼２３は、周方向等間隔に１５枚の翼を有している。軸流型ディフューザ翼２３は、羽根車１側のモータハウジング２の内筒２ａと外筒２ｂの間に設けられている。軸流型ディフューザ翼２３は、モータハウジング２と一体で成型されている。後段の軸流型ディフューザ翼２４は、羽根車１とは逆側のモータハウジング９の内筒９ａと外筒９ｂの間に設けられている。軸流型ディフューザ翼２４は、モータハウジング９と一体で成型されている。また、後段の軸流型ディフューザ翼２４は、羽根車１側の軸流型ディフューザ翼２３と同一の枚数の翼を有している。

軸流型ディフューザ翼２３のシュラウド側（外周側）後縁の周方向位置と軸流型ディフューザ翼２４のシュラウド側（外周側）前縁の周方向位置は、略一致している。ただし、軸流型ディフューザ翼２３のシュラウド側（外周側）後縁の周方向位置と軸流型ディフューザ翼２４のシュラウド側（外周側）前縁の周方向位置は、翼間ピッチ（３６０／翼枚数）を変えることで、変更することができる。なお、翼間ピッチを変えた場合に、電動送風機２００は、風量特性を変化させることができる。例えば、電動送風機２００は、翼間ピッチを１５～５０％に変える（小さくする）ことで、大風量側の効率を向上させることができる。また、本実施形態では、軸流型ディフューザ翼２３と軸流型ディフューザ翼２４の翼枚数を１５枚としているが、これに限定されず、一体成型で成型できる範囲で翼枚数を変えても良い。

また、電動送風機２００は、羽根車１側の軸流型ディフューザ翼２３を高さ方向に湾曲させている。これにより、電動送風機２００は、ディフューザのハブ側（内筒２ａ側）の翼面（軸流型ディフューザ翼２３の面）とハブ面（内筒２ａ）で生じる２次流れを抑えることができる。そのため、電動送風機２００は、ディフューザ内部（軸流型ディフューザ翼２３の内筒２ａ側の翼面と内筒２ａ）のはく離を抑制でき、電動機部２０２の冷却の高効率化が可能となる。

また、羽根車１から遠い側の軸流型ディフューザ翼２４は、翼なし軸流ディフューザ２５に向かうにつれ、翼厚さ２４ｔ（翼の後縁側の翼厚さ）が厚くなっている。羽根車１から遠い側の軸流型ディフューザ翼２４の翼厚さ２４ｔは、羽根車１に近い側の軸流型ディフューザ翼２３の翼厚さ２３ｔ（翼の後縁側の翼厚さ）よりも厚くなっている。電動送風機２００は、軸流型ディフューザ翼２３の翼厚さ２３ｔよりも軸流型ディフューザ翼２４の翼厚さｔ２４を大きくすることで、空気の流れの減速を緩やかにでき、静圧回復を高めて、電動機部２０２の冷却の高効率化が可能となる。

＜電動機部の構成＞
以下、図７Ａ乃至図１１を参照して、電動機部２０２の構成について説明する。
図７Ａは、固定子３３に用いられるボビン３１の斜視図である。図７Ｂは、ボビン３１の縦断面図である。図７Ｃは、ボビン３１の横断面図である。図８は、コイル３０を巻き回したボビン３１にステータコア８を一体化した固定子３３の斜視図である。図９は、固定子３３にコイルばね３２を配置した斜視図である。図１０は、固定子３３を羽根車１とは逆側のモータハウジング９に取り付けた状態の部分拡大図である。図１１は、図９で示す固定子３３にコイルばね３２を配置した状態を羽根車１側のモータハウジング２に取り付けた状態の部分拡大図である。

図７Ａ乃至図７Ｃに示すように、ボビン３１は、内周壁３４と、この内周壁３４の外周側に位置する外周壁３５とを有している。内周壁３４と外周壁３５との間に、コイル３０が設けられている。

内周壁３４は、ロータコア７（図３Ｂ参照）を囲むように、円筒状に形成されている。内周壁３４の回転軸方向の一端には、複数の取付穴３４ａが形成されている。取付穴３４ａは、ボビン３１をモータハウジング９のエンドブラケット１３に固定するためのものである。取付穴３４ａがエンドブラケット１３に設けた突起１３ｃ（図６Ａ及び図６Ｂ参照）と嵌合することで、ボビン３１は、エンドブラケット１３に固定することができる。本実施形態では、取付穴３４ａは３カ所設けられている。

外周壁３５は、回転軸方向に細長い、略四角状の複数の板部３５ａを備えている。なお、本実施形態では、外周壁３５は、６枚の板部３５ａを備えている。各板部３５ａは、内周壁３４の外周面に沿うように湾曲して形成され、内周壁３４を取り囲むように配置されている。各板部３５ａは、周方向に間隔を空けて配置されている。なお、隣り合う板部３５ａ同士の間隔は、好ましくは等間隔であるとよい。

各板部３５ａの外周面には、周方向に沿って伸びるステータコア８の位置決めリブ３５ｂが形成されている。位置決めリブ３５ｂは、ステータコア８の回転軸方向の一端を位置決めするためのものである。

また、各板部３５ａの外周面には、回転軸方向に沿って伸びるリブ３５ｃが形成されている。リブ３５ｃは、ステータコア８をボビン３１に圧入固定するためのものである。リブ３５ｃの高さは、およそ０．１ｍｍである。

ボビン３１は、合成樹脂製（絶縁性）の材料によって形成されている。位置決めリブ３５ｂの反対側の端部からステータコア８を挿入することで、リブ３５ｃが圧縮変形し、ステータコア８がボビン３１に固定される。なお、リブ３５ｃの高さは、０．１ｍｍに限定されることなく、ステータコア８を無理なく圧入固定することができれば良い。また、ボビン３１とステータコア８を強固に固定するために接着剤を用い固定しても良い。

ボビン３１の内周壁３４と外周壁３５とは、ティース３６によって接合されている。これら内周壁３４４と周壁３５４とティース３６は、樹脂成型によって一体に構成されている。ティース３６は、回転軸方向に細長く形成されている。また、ティース３６の回転軸方向の長さは、板部３５ａの回転軸方向の長さよりも短く形成され、巻き回したコイル３０が径方向にはみ出さないようになっている。

図８に示すように、ボビン３１のティース３６（図７Ｂ及び図７Ｃ参照）には、コイル３０が巻き回されている。コイル３０は、内周壁３４と外周壁３５との間に配置されている。ステータコア８は、外周壁３５の位置決めリブ３５ｂにより回転軸方向の位置が定まる。図３Ｂに示すように、ステータコア８とロータコア７は、径方向の中央位置が一致して同軸になるように、配置されている。図８に戻り、ステータコア８は、ボビン３１の外周壁３５に設けたリブ３５ｃが変形することで、周方向の回転を抑制することができる。

図９に示すように、コイルばね３２は、円筒状の圧縮ばねであり、ボビン３１の外周壁３５の板部３５ａの外周側に配置され、ステータコア８の端面上に付置している。コイルばね３２の外径は、ステータコア８の外径よりも小さい。コイルばね３２は、例えばステンレス材等の、非磁性体の金属材料で製作される。これにより、電動送風機２００は、電動機部２０２の磁束の影響を受けることがなく、コイルばね３２で軸受１０，１１に適正に予圧を与えることができる。また、電動送風機２００は、電動機部２０２での漏れ磁束による渦電流等を抑制でき、高効率な運転を実現することができる。

図１０に示すように、電動送風機２００は、ボビン３１の内周壁３４に設けた取付穴３４ａ（図７Ａ及び図７Ｂ参照）と、モータハウジング９のエンドブラケット１３に設けた突起１３ｃ（図６Ａ及び図６Ｂ参照）とを嵌合できる。これにより、電動送風機２００は、ボビン３１をエンドブラケット１３に固定できる。このとき、内周壁３４はエンドブラケット１３の金属部材１３ａの外周と接触する。

エンドブラケット１３に設けた突起１３ｃ（図６Ａ及び図６Ｂ参照）は、略三角形状を呈している。そのため、取付穴３４ａ（図７Ａ及び図７Ｂ参照）と突起１３ｃ（図６Ａ及び図６Ｂ参照）とを嵌合させて、ボビン３１をエンドブラケット１３に取り付けると、ボビン３１は、軸方向において、羽根車１側に移動することができず、抜けないようになっている。ただし、取付穴３４ａ（図７Ａ及び図７Ｂ参照）は軸方向に延在するように形成されているため、ボビン３１は、軸方向において、羽根車１とは逆側に移動させることができる。

図１１に示すように、ボビン３１の内周壁３４は、モータハウジング２のエンドブラケット１２の金属部材１２ａの外周と重なるように非接触で近接して配置されている。内周壁３４の端部とエンドブラケット１２との間には、回転軸方向に隙間ＣＬが設けられている。つまり、ボビン３１の一端は、モータハウジング２とモータハウジング９とを一体化したモータハウジング１９に固定され、ボビン３１の他端は、モータハウジング１９の他端に非接触で近接して配置されている。電動送風機２００は、運転することで、電動機部２０２の固定子３３のコイル３０やステータコア８が発熱して、コイル３０やステータコア８の温度が上昇する。これに伴い、樹脂製のボビン３１が熱膨張により羽根車１側に伸びる。隙間ＣＬは、たとえ樹脂製のボビン３１が熱膨張により羽根車１側に伸びたとしても、内周壁３４の端部とエンドブラケット１２とが接触しないように、設定されている。

ボビン３１の内周壁３４は、羽根車１側の端面が金属部材１２ａの外周と非接触状態で近接して配置されるように、羽根車１とは逆側の端面をモータハウジング９のエンドブラケット１３の金属部材１３ａに固定している。これにより、電動送風機２００は、ボビン３１と回転軸５との同軸度を得ることができる。このような電動送風機２００は、ロータコア７とステータコア８の同軸度を得ることができるため、電動機部２０２の効率を向上させるとともに、振動騒音を低減することができる。

コイルばね３２は、ステータコア８と羽根車１に近い側のモータハウジング２のエンドブラケット１２の間に配置されている。コイルばね３２の外径は、モータハウジング２の内筒２ａの内径よりも小さくなっている。したがって、コイルばね３２と内筒２ａは、接触しない。これにより、電動送風機２００は、コイルばね３２の圧縮を阻害しないようになっている。

図３Ａに示すように、電動送風機２００は、モータハウジング２に設けた爪状突起２０の取付穴２１と、羽根車１とは逆側のモータハウジング９に設けた突起部２２とを嵌合させて接続する。これにより、図３Ｂに示すコイルばね３２が圧縮される。このとき、コイルばね３２は、羽根車１に近い側に配置されたモータハウジング２のエンドブラケット１２に設けられた金属部材１２ａを介して軸受１０に予圧を加える。また、このとき、コイルばね３２は、ステータコア８に固定されているボビン３１と羽根車１から遠い側に配置されたモータハウジング９のエンドブラケット１３に設けられた金属部材１３ａを介して軸受１１に予圧を加える。つまり、コイルばね３２が圧縮されることで、ボビン３１の内周壁３４の端部が金属部材１３ａの台座１３ｄと接触し、軸受１１に予圧が与えられる。このような電動送風機２００は、回転体（例えば、回転軸５、羽根車１、バランスリング６、ロータコア７等）の回転精度を向上させることができ、電動機２０２を安定して駆動することができる。

電動送風機２００を運転すると、羽根車１側の軸流型ディフューザ翼２３と後段の軸流型ディフューザ翼２４の間に設けられた接続部２８でのベンチュリ効果により、エンドブラケット１３の開口部１５から冷却風が吸引される。冷却風は、電動機部２０２内部を流れ、軸受１０，１１や発熱源である固定子３３のコイル３０、ステータコア８を冷却する。電動送風機２００は、特に固定子３３のコイル３０が冷却されることで、電動機部２０２の作動効率を向上させることができる。

また、電動送風機２００は、回転体（例えば、回転軸５、羽根車１、バランスリング６、ロータコア７等）の中で質量が比較的大きいロータコア７やバランスリング６を、回転軸５の両端に設けられた軸受１０，１１で支持するとともに、コイルばね３２により軸受１０，１１に予圧を加えている。このような電動送風機２００は、回転軸の振れを抑えて、回転体の回転精度を向上させることができる。これによって、電動送風機２００は、振動特性を向上させることができる。そのため、電動送風機２００は、回転体の高速回転を可能とし、振動と騒音を低減することができる。

また、電動送風機２００は、振動特性を向上させることができるため、回転体を高速に駆動することができる。これにより、電動送風機２００は、羽根車１を小型にすることができる。したがって、電動送風機２００は、外径の大きい送風機部２０１を小型化することができ、電動送風機２００全体の大きさを小型化することができる。

さらに、電動送風機２００は、質量が比較的大きな回転体であるロータコア７やバランスリング６を２つの軸受１０，１１の間に配置している。そのため、電動送風機２００は、軸受１０，１１間の距離を必要最小限に抑えることができる。また、コイルばね３２をロータコア７と軸受１０を収納しているモータハウジング２のエンドブラケット１２の間に配置している。そのため、電動送風機２００は、２つの軸受１０，１１に予圧を加える加圧機構を設けるために、回転軸方向に構成を長くする必要がない。このような電動送風機２００は、回転軸方向寸法を短くすることができるため、小型化することができる。

また、電動送風機２００は、運転することで、電動機部２０２の固定子３３のコイル３０やステータコア８が発熱して、コイル３０やステータコア８の温度が上昇する。これに伴い、樹脂製のボビン３１が熱膨張により羽根車１側に伸びる。しかしながら、このとき、発熱量が比較的大きい固定子３３のステータコア８の端面上に設けられたコイルばね３２が圧縮されることで、軸受１０，１１に予圧が加わる。このような電動送風機２００では、軸受１０，１１の予圧が抜けることがなく、予圧を安定して維持することができる。したがって、電動送風機２００は、運転により各部の温度変化が生じても、安定して運転することができ、信頼性の高い構成を実現することができる。

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。

１ 羽根車
２，９，１９ モータハウジング
２ａ，９ａ 内筒
２ｂ，９ｂ 外筒
３ ファンケーシング
３ａ 内面
４ 空気吸込口
５ 回転軸
６ バランスリング
７ ロータコア
８ ステータコア
１０，１１ 軸受
１２，１３ エンドブラケット
１２ａ，１３ａ 金属部材
１２ｂ，１３ｂ 溝
１３ｃ 突起
１３ｄ 台座
１４ 第２の流路
１５，１６ 開口部
１７ 第１の流路
１８ 固定ナット
２０ 爪状突起
２１ 取付穴
２２ 突起部
２３，２４ 軸流型ディフューザ翼
２３ｔ，２４ｔ 翼厚さ
２５ 翼なし軸流ディフューザ
２６ ハブ板
２７ 羽根
２８ 接続部
３０ コイル
３１ ボビン（コイル巻きボビン）
３２ コイルばね
３３ 固定子
３４ 内周壁
３４ａ 取付穴
３５ 外周壁
３５ａ 板部
３５ｂ 位置決めリブ
３５ｃ リブ
３６ ティース
２００ 電動送風機
２０１ 送風機部
２０２ 電動機部
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
４０７ ハンディグリップ部
４０８ 吸口体
４１０ 掃除機本体
４２０ 電池ユニット
４４０ 流路
ＣＬ 隙間

Claims (4)

1. 回転軸と、
   前記回転軸を受ける２つの軸受と、
   前記２つの軸受の間で前記回転軸に取り付けられるロータコアと、
   前記ロータコアの周囲に配置されるボビンと、
   前記ボビンを覆うように設けられるモータハウジングと、を備え、
   前記モータハウジングの一端は、前記２つの軸受の一方に嵌合され、
   前記モータハウジングの他端は、前記２つの軸受の他方に嵌合され、
   前記ボビンの外周には、固定子の円環状のステータコアが配置されるとともに、当該ステータコアの回転軸方向の一端を位置決めする位置決めリブが形成されており、
   前記ステータコアの一端と前記モータハウジングの間にはコイルばねが配置され、
   前記ステータコアは、前記ボビンの外側に固定され、
   前記コイルばねは、前記ボビンの外周壁の外周側に配置され、ステータコアの端面上に付置しており、かつ、弾性力により、前記ボビンの一端を前記モータハウジングに接触させる
   ことを特徴とする電動送風機。
2. 前記ボビンの一端は、前記モータハウジングに固定され、
   前記ボビンの他端は、前記モータハウジングの他端に非接触で近接して配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動送風機。
3. 前記コイルばねは、前記ロータコアよりも外径側に配置されている
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電動送風機。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の電動送風機と、
   塵埃を集塵する集塵室と、
   操作するための持ち手となるグリップ部と、
   電気の入切をするためのスイッチ部と、を有する
   ことを特徴とする電気掃除機。

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