JP7842656B2 - 電動送風機およびそれを備えた電気掃除機 - Google Patents

Description

本発明は、電動送風機およびそれを備えた電気掃除機に関する。

電気掃除機が内蔵する電動送風機（送風装置）の一例として、特許文献１には、「上下に延びる中心軸Ｃ周りに回転するインペラ(１０)と、インペラ(１０)の下方に配置されステータ２４を有してインペラ(１０)を回転させるモータ(２０)と、ステータ(２４)を収納するモータハウジング(２１)と、インペラ(１０)とモータハウジング(２１)とを収納してモータハウジング(２１)との隙間に第１流路５を構成するファンケーシング(２)とを備え、ファンケーシング(２)の上部はインペラ(１０)の上方を覆い、かつ上下方向に開口する吸気口(３)を有し、ファンケーシング(２)の下部には第１流路(５)を介して吸気口に連通する排気口(４)が設けられ、モータハウジング(２１)にはモータハウジング(２１)の内面に固定されるステータ(２４)の上面よりも下方において、径方向に貫通して第１流路(５)に連通する流入口(２１ａ)が設けられ、モータハウジング(２１)は流入口(２１ａ)から上方に延びてステータ(２４)よりも上方の空間に連通される第２流路(６)を有する」送風装置が記載されている。

特開２０１８－１０５２６９号公報

電気掃除機は、粉塵によるフィルタの目詰まりや、掃除対象の床の材質等の運転条件によって動作風量が大きく変化することが知られている。そのため、電気掃除機用の電動送風機としては、広い風量範囲で吸引力の強い電動送風機が求められている。
また、電気掃除機の使い勝手から、使用される電動送風機の小型化や軽量化も求められている。それに伴い、電動送風機の放熱領域が減少し、内部の発熱密度は増加する。そのため、モータ(２０)や軸受(２６)の冷却性能の向上が必要になっている。

特に、コードレススティック型掃除機や自律走行型掃除機（ロボット掃除機）のような電池（２次電池）で駆動する掃除機は、電池容量の関係から電動送風機の消費電力が小さく、最大風量も小さい。そのため、フィルタの目詰り時にごみ搬送能力が低下し、掃除機の吸引力が低下する課題がある。さらに、電池駆動の掃除機は、小型で軽量であることが求められ、掃除機に搭載される電動送風機は広い風量範囲で吸引力が強いこと、および小型であることの両立が求められる。

ここで、ディフューザ翼（特許文献１では「静翼(４０)」）を用いれば、設計点風量において優れた圧力回復を行うことが出来る。しかし、フィルタの目詰まり等の影響で設計点風量より風量が低下した場合は、ディフューザ翼の入口角と空気流れのディフューザへの流入角の不一致によりディフューザ性能が低下し、電気掃除機の吸引力が低下する可能性がある。

また、特許文献１の送風装置では、添付図４等に示されるように、外側の第１流路(５)を流通する気流(Ｓ)の一部が、モータハウジング(２１)の周壁に設けた流入口(２１ａ)を介して、内側の第２流路(６)に流れ込み、上方の軸受２６を冷却した後、更に、下方の軸受(２６)を冷却し、第１流路(５)と合流することなく、第２流路(６)の出口（流出口(２)９ａ）から送風装置(１)の外部に排気される。

このように、第１流路(５)から分岐した第２流路(６)が第１流路(５)に合流しない構成を採る場合、第１流路(５)を流通する気流(Ｓ)の一部が第２流路(６)に分岐する際の圧力損失（抵抗）によって、第１流路(５)では、流入口(２１ａ)（分岐点）の上流側の風量に比べ、流入口(２１ａ)（分岐点）の下流側の風量が減少していた。

加えて、特許文献１の第２流路(６)は、小型であることから流路面積が小さく、さらに、モータ(２０)内部で曲がりながら流れるため、流路の圧力損失が大きく、冷却風量が低下し、モータ(２０)内部の温度が高くなり、モータ効率が低下する懸念がある。

本発明は上記実状に鑑み創案されたものであり、効率が高く、かつ、モータの冷却効率も高い小型軽量の電動送風機およびそれを備えた電気掃除機の提供を目的とする。

前記課題を解決するため、本発明の電動送風機は、送風機部とモータ部とを備え、前記送風機部の内部の羽根車を通る第一流路と、前記モータ部の内部を通る第二流路とを有し、前記モータ部は、回転軸および該回転軸を回転自在に支持する軸受と、前記回転軸に固定されるロータコアおよび該ロータコアの外周を囲んで配置されるステータコアと、該ステータコアを保持するとともに、側面に上流側径方向開口と下流側径方向開口を開口させたモータハウジングと、を有し、前記送風機部は、前記回転軸に固定される羽根車と、該羽根車の外周を覆うファンケーシングと、前記モータ部の上流側外周を囲む上流側ハウジングを有し、前記第一流路は、前記羽根車および前記上流側ハウジングの内壁と外壁の間を通り、前記第二流路は、前記軸方向開口、前記下流側径方向開口、前記下流側ハウシングの開口、前記モータ部の内部、前記上流側径方向開口、前記モータハウジングと前記上流側ハウジングの内壁の間、および、前記モータハウジングと前記下流側ハウジングの内壁の間を通り、前記下流側ハウジングの第二のディフューザ翼は、該第二のディフューザ翼の外周に位置する円管上のシュラウドと、前記第二のディフューザ翼の内径側にハブを持ち、前記第二のディフューザ翼は、前記ハブから前記シュラウド側にかけて次第に下流側に突出している。

本発明によれば、効率が高く、かつ、モータの冷却効率も高い小型軽量の電動送風機およびそれを備えた電気掃除機を提供することができる。

実施形態の電動送風機の外観図。 実施形態の電動送風機の縦断面図。 羽根車の斜視図。 羽根車の縦断面図。 上流側ハウジングを上流側から見た平面図である図１ＡのＩ方向矢視図。一実施例の上流側ハウジングの平面図。 上流側ハウジングの縦断面図。 上流側ハウジングを外周から見た一部断面を含む外観図。 下流側ハウジングを上流側から見た平面図の図１ＡのＩ方向矢視図。 下流側ハウジングの縦断面図。 下流側ハウジングを外周側から見た一部断面を含む斜視図。 モータ部の側面外観図。 モータ部の縦断面図。 第一流路と第二流路の一例の電動送風機の縦断面図。 変形例１の第一流路と第二流路の一例の電動送風機の縦断面図。 変形例２の第一流路と第二流路の一例の電動送風機の縦断面図。 下流側ハウジングで覆われる第二のディフューザの一部断面を含む斜視図。 図８Ａの一部断面を含むII方向矢視図。 垂直なダクトあり(横線ハッチ)、傾斜ダクトあり(斜線ハッチ)の電動送風機効率を比較したグラフ。 ダクトの無し、垂直なダクト、傾斜ダクト有りの羽根車側の上流側軸受、コイル、ステータコアの温度上昇試験結果。 本発明の実施形態に係る電気掃除機１００の斜視図。 実施形態の電気掃除機１００の縦断面図。

以下、本発明の電動送風機およびそれを備えた電気掃除機の一実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。
＜電気掃除機１００の概略構成＞

図１１に、本発明の実施形態に係る電気掃除機１００の斜視図を示す。
図１２に、実施形態の電気掃除機１００の縦断面図を示す。
実施形態の電気掃除機１００は、充電式のコードレススティック掃除機である。電気掃除機１００は、掃除機本体１１０を保持部１２０に装着して使用される。
電気掃除機１００は、充電台１３０に載置して充電される。なお、実施形態１では、充電式のコードレススティック掃除機を例示しているが、電源コードを備えた非充電式のスティック掃除機に、本発明の電動送風機２００を内蔵してもよい。

掃除機本体１１０は、単独でハンディ掃除機として使用可能である。
掃除機本体１１０は、上部に、利用者が把持する本体グリップ部１１１を備え、下部に、掃除に際して塵埃を吸引する吸口開口１１２(図１２参照)を備えている。

図１１に示す本体グリップ部１１１には、ハンディ掃除機として使用する際に電動送風機２００の駆動を入／切するための本体スイッチ部１１１ａが設けられている。
図１２に示す掃除機本体１１０の内部には、電動送風機２００と駆動回路１１４と電池ユニット１１５と集塵室１１３とを備えている。
電動送風機２００は、集塵に必要な吸込気流を発生させる。駆動回路１１４は、電動送風機２００を駆動制御する。電池ユニット１１５は、駆動回路１１４に電力を供給する。集塵室１１３には、塵埃が集塵される。

保持部１２０は、掃除機本体１１０を着脱可能なユニットである。保持部１２０は、上部に、利用者が把持するグリップ部１２１を備えている。保持部１２０のグリップ部１２１には、スティック掃除機として使用する際に電動送風機２００の駆動を入／切するためのスイッチ部１２１ａが設けられている。
保持部１２０の下部には、掃除に際して塵埃を吸引する吸口体１２２と、吸口体１２２と吸気開口１１２を接続する接続部１２２ａを備えている。
なお、本実施例の掃除機本体と吸口体１２２の間に接続部１２２ａを備えた構成を記載しているが、接続部が長くてもよく、接続部は吸口体と本体と着脱可能なホースや管でもよい。

＜電動送風機２００＞
次に、電動送風機２００について説明する。
図１Ａに、実施形態の電動送風機２００の外観図を示す。

図１Ｂに、実施形態の電動送風機２００の縦断面図を示す。
電動送風機２００は、羽根車１を回転させて空気流を発生させる送風機とモータから構成される。そこで、空気流の上流側と下流側とを定義する。
また、回転軸２の設置位置に着目し、軸方向と径方向とを定義する。

図１１、図１２に示すように、電気掃除機１００の下部の吸口体１２２から上方の集塵室１１３に塵埃を吸い上げることができるように、電動送風機２００の吸気口２００ａ(図１Ａ)を下方に向け、排気口２００ｂを上方に向けた状態で、内部に電動送風機２００が設置されている。
電動送風機２００の外周は、ファンケーシング３、上流側ハウジング４、および下流側ハウジング５の三者を一体化した外殻で覆われている。

ファンケーシング３は、羽根車１の外周を覆うカバーであり、羽根車１のシュラウド板の機能を担っている。
ファンケーシング３は、エンジニアリングプラスチックや熱可塑性樹脂で一体成型されている。ファンケーシング３は、羽根車１による空気流の上流側に吸気口２００ａが開口されている。

図１Ｂに示すように、電動送風機２００は、羽根車１の回転によって、上方の吸気口２００ａから空気を吸い込み、下方の排気口２００ｂから空気を吐き出す(図１Ｂの矢印Ｆ１)。

電動送風機２００の内部には、回転軸２が回転自在に配置されている。回転軸２の上端には、回転軸２と一体回転する羽根車１が固定されている。なお、図１Ｂでは、回転軸２の上端に螺着したナットｎ１で羽根車１を固定している。なお、回転軸２の先端に羽根車１を圧入することで羽根車１を固定してもよい。
電動送風機２００は、主に、送風機部２０１とモータ部２０２とで構成されている。

図１Ｂに示す送風機部２０１は、羽根車１、回転軸２、第一のディフューザ翼８、および第二のディフューザ翼９を有している。羽根車１は、回転軸２に固定されており、モータ部２０２により駆動される。
モータ部２０２は、上流側モータハウジング６と下流側モータハウジング７とで覆われている。
羽根車１が回転すると、電動送風機２００の内部には、図１Ｂの左側の実線矢印Ｆ１に示すように、吸込口２００ａから排気口２００ｂに向けて送風機部２０１内の第一流路Ｆ１を流通する空気流の第一空気流が発生する。

第二のディフューザ９を通った第一流路Ｆ１を流れる第一空気流は、風速が早く、静圧が低下することから、第二のディフューザ翼９の出口に低圧部Ｔが発生する（図６に記載）。低圧部Ｔによって、モータ部２０２内を下流側から上流側に流通する第二空気流が流れる第二流路Ｆ２ａ、Ｆ２ｂが形成される。
電動送風機２００は、第一流路Ｆ１を流れる第一空気流と、第二流路Ｆ２ａ、Ｆ２ｂを流れる第二空気流とを流通させることで、広い風量範囲で電気掃除機１００の吸引力を維持しながら、モータ部２０２の内部を十分に冷却できる。
以下、電動送風機２００の構造を、送風機部２０１とモータ部２０２とに分けて順次説明する。

＜送風機部２０１＞
図１Ｂに示す送風機部２０１は、電気掃除機１００が塵埃を吸引する空気流を生成するためのユニットである。
送風機部２０１は、第一空気流が流れる第一流路Ｆ１の上流側から順に、回転翼である羽根車１、第一のディフューザ翼８、第二のディフューザ翼９が配置されている。
第一・第二のディフューザ翼８、９は、羽根車１の下流側での空気流の風速を減速させるものであり、風速、流れの方向を制御し、静圧を制御する。

つまり、第一のディフューザ翼８と第二のディフューザ翼９は、羽根車１で発生させた空気流の動圧を静圧に変換する。
第一のディフューザ翼８は、上流側ハウジング４の内周に設けられている。
第二のディフューザ翼９は、下流側ハウジング５の内周に設けられている。

＜羽根車１とファンケーシング３＞
図２Ａに、羽根車１の斜視図を示す。
図２Ｂに、羽根車１の縦断面図を示す。
羽根車１は、シュラウド板のないオープン型斜流羽根車である。羽根車１は、エンジニアリングプラスチックや熱可塑性樹脂で一体成型されている。
羽根車１は、ハブ１１と、複数枚の羽根１２と、回転軸２を挿入するためのボス１３を有している。なお、羽根車１は、シュラウド板のある斜流羽根車であってもよいし、遠心羽根車や軸流羽根車であってもよい。

図１Ｂに示す羽根車１のハブの最外径１１ａは２段目ディフューザ(９)のシュラウド径５ｇとハブ径５ｆの間に位置する。
つまり、図１Ｂに示す半径方向における羽根車１のハブ１１の径の長さ１１ａは、第二のディフューザ９Ｄのシュラウド内径の長さ５ｇよりも短く、かつ第一のディフューザのハブの径の長さ５ｆより長い。すなわち、５ｆ＜１１ａ＜５ｇの関係がある。

羽根車１のハブの径の長さ１１ａは、第一のディフューザのハブ５の径の長さ５ｆより長いことで、高入力化が図れる。また、羽根車１のハブの径の長さ１１ａは、第二のディフューザのシュラウド内径の長さ５ｇよりも短いことで、モータ部２０２の冷却の両立が図れる。また、後記のベンチュリー冷却の促進が図れる。
第二流路Ｆ２(Ｆ２ａ、Ｆ２ｂ)を流れる第二空気流をディフューザハブ５ａの内径とモータケーシング7の外径に流れを沿わせ、電動送風機２００の小型化とモータ部２０２の冷却と高効率化を両立している。

図２Ｂに示すハブ１１の裏面側には、羽根車１のボス１３と同軸に、金属製のスリーブ１４が一体成型で設けられている。スリーブ１４を用いることで、スリーブを用いない場合に生じる可能性の高い、羽根車１と回転軸２の嵌め合い隙間のばらつきを小さくでき、羽根車１のアンバランスを低減できる。そのため、羽根車１の回転駆動時の振動や騒音を低減できる。
なお、スリーブ１４を用いない場合、羽根車１と回転軸２の嵌め合い隙間のばらつき、羽根車１のアンバランスが生じる可能性が高い。
また、スリーブ１４の下流側には、凹部１４ａが設けられている。
また、羽根車１のハブ１１の端部１１ｂは周方向に凹部(切欠き)１１ｂ１を設けている。これにより、羽根車１の成型時の熱応力が低減され、ひずみが緩和される。また、羽根車１の成型時の残留応力が低減され、疲労強度が向上する。なお、凹部１１ｂ１の断面形状は応力集中がしない円弧や楕円でもよく、回転軸に対して周方向に一様でもよく、周方向に断続的な構成でもよい。

ファンケーシング３について説明する。ファンケーシングの外壁部の一部が上流側ハウジング４と接続する側に突出すると共に、上流側ハウジング４と接続する側から羽根車側に向かって切欠かれると共に、ファンケーシング３の周方向に伸びるように切欠かれたＬ字状の切欠き部３aが形成されている。切欠き部３aは、外壁部の周方向の３箇所に形成されている。なお、ファンケーシング３は軸方向に回動させ、上流側ハウジング４に組み立てられ、その後、接着固定される。

＜上流側ハウジング４と第一のディフューザ翼８＞
図３Ａに、上流側ハウジング４を上流側から見た平面図である図１ＡのＩ方向矢視図を示す。

図３Ｂに、上流側ハウジング４の縦断面図を示す。
図３Ｃに、上流側ハウジング４を外周から見た一部断面を含む外観図を示す。なお、図３Ｃでは、上流側ハウジング４のシュラウドを一部省略することで、第一のディフューザ翼８の形状（特に、前縁８ａと後縁８ｂの位置）を表示している。
上流側ハウジング４と第一のディフューザ翼８について説明する。
上流側ハウジング４と第一のディフューザ翼８は、エンジニアリングプラスチックや熱可塑性樹脂で一体成型されている。

上流側ハウジング４の内壁４ａ（ハブ）と外壁４ｂ（シュラウド）の間には、それらと一体成型される複数枚の第一のディフューザ翼８が周方向に等間隔(図３Ａ参照)に配置されている。

図３Ｃに示す第一のディフューザ翼８の前縁８ａから後縁８ｂまでの長さ（翼弦長）は、内壁４ａ側に比べ外壁４ｂ側が長くなっている。これは、羽根車１の下流では、外周側の風速が内周側より速くなるため、第一のディフューザ翼８の内側より外側を長くすることで、損失を抑制し、かつ、動圧を静圧に変換する領域を大きくして送風機の高効率化を図るためである。なお、ここでは、第一のディフューザ翼８を１５枚設けた構成を例示しているが、第一のディフューザ翼８の枚数は電動送風機２００の仕様に応じて変更できる。

図３Ａ、図３Ｃに示すように、上流側ハウジング４の外壁４ｂの外周３箇所には等間隔に突起４ｃが設けられている。
突起４ｃに、図４Ｂに示す下流側ハウジング５の爪部５ｃが嵌め込まれることで、上流側ハウジング４と下流側ハウジング５を芯出しつつ一体化することができる（図１Ｂ参照）。

図３Ａ、図３Ｂに示すように、上流側ハウジング４の上面の２箇所には締結部４ｄが設けられている。締結部４ｄに、図１Ｂに示すモータ部２０２を芯出ししつつ締結することができる。
第一のディフューザのシュラウド４eは軸方向下流に向って、径方向の内方に傾斜する傾斜部４e１を有する。
第一のディフューザ翼８の外壁４ｂは略同一半径の流路を形成している。

シュラウド４eの傾斜部４e１で、羽根車１の出口の流れを径方向内方へ緩やかに転向することで、ディフューザハブ５ａの内径と、モータケーシング７の外径に流れを沿わせ、電動送風機２００の小型化とモータ部２０２の冷却と高効率化を両立している。

＜下流側ハウジング５と第二のディフューザ翼９＞
図４Ａに、下流側ハウジング５(図１Ａ参照)を上流側から見た平面図の図１ＡのＩ方向矢視図を示す。

図４Ｂに、下流側ハウジング５(図１Ａ参照)の縦断面図を示す。
図４Ｃに、下流側ハウジング５(図１Ａ参照)を外周側から見た一部断面を含む斜視図を示す。図４Ｃでは、下流側ハウジング５の外壁５Ｂ(シュラウド)を一部省略することで、第二のディフューザ翼９の形状（特に、前縁９ａと後縁９ｂの位置）を表示している。

図４Ａ～図４Ｃに示す下流側ハウジング５と第二のディフューザ翼９について説明する。
下流側ハウジング５と第二のディフューザ翼９は、エンジニアリングプラスチックや熱可塑性樹脂で一体成型している。
下流側ハウジング５の内壁５ａ（ハブ）と外壁５ｂ（シュラウド）の間には、一体成型されている複数枚の第二のディフューザ翼９が周方向に等間隔に配置されている(図４Ｃ参照)。

なお、第二のディフューザ翼９を１５枚設けた構成を例示しているが、これは、各々の第一のディフューザ翼８の下流に第二のディフューザ翼９を配置するため、第一のディフューザ翼８の枚数と第二のディフューザ翼９の枚数を一致させるためである。なお、第二のディフューザ翼の枚数は第一のディフューザ翼の枚数と異なっていてもよい。

図４Ｂに示すように、第二のディフューザ翼９の後縁９ｂは軸方向下流にかけて伸び、かつ、径方向外側に向かいシュラウドの外壁５ｂ側からの翼高さが小さくなっている。
後縁９ｂは、単調変化でなく、湾曲、複数の曲線、複数の線で構成でき、その形状は任意である。

図４Ｂに示す第二のディフューザ翼９のシュラウド側の軸方向長さＬ１は内壁５ａの長さＬ２の約２倍以上としている。
第二のディフューザ翼９が半径方向外側の翼との長さが異なるため、半径方向外側にかけ圧力が高くなることで、下流側ハウジング５における内側の内壁５ａ（ハブ）に向かう流れを促進し、モータ部２０２(図１Ｂ参照)の冷却を促進している。

図４Ｃに示す第二のディフューザ翼９の突出部の羽根車１の回転方向の前進側の面９ｃは略平面かつ後縁９ｂにかけて板厚が小さくなる構成としている。これにより、第二のディフューザ翼９を、後縁９ｂにかけて板厚ｔ(図４Ｃ参照)を薄くすることで、第一流路Ｆ１の容積を拡大し、流れの減速を促進して電動送風機の効率を向上させている。
また、第二のディフューザ翼９の板厚ｔ(図４Ｃ参照)を薄くすることで、成型時の樹脂の引けを抑制している。

図４Ａ～図４Ｃに示すように、下流側ハウジング５の上端外周の３箇所には等間隔に爪部５ｃが設けられている。
図４Ｂ、図４Ｃに示す上端外周の爪部５ｃを除く部分には嵌合部５ｄが設けられている。上流側ハウジング４の下端を下流側ハウジング５の嵌合部５ｄに押し当てつつ、３箇所の爪部５ｃ(図４Ｂ、図４Ｃ参照)を３箇所の突起４ｃ(図３Ａ参照)に嵌め込むことで、上流側ハウジング４と下流側ハウジング５を芯出ししながら一体化することができる（図１Ｂ参照）。なお、ファンケーシング３と上流側ハウジング４、上流側ハウジング４と下流側ハウジング５は接着にて固定されることで微小隙間が生じた場合のガタツキによる騒音増加を抑制する。

さらに、図４Ｂ、図４Ｃに示すように、下流側ハウジング５の下流側には、第二のディフューザ翼９を設けない円環ディフューザ５ｅを設けている。
図１Ｂに示す電動送風機２００では、上流側ハウジング４の内壁４ａ(図３Ａ参照)と下流側ハウジング５の内壁５ａ(図４Ａ、図４Ｂ参照)、および、上流側ハウジング４の外壁４ｂ(図３Ａ、図３Ｂ参照)と下流側ハウジング５の外壁５ｂ(図４Ａ、図４Ｂ参照)の何れの組合せについても、径方向位置を略一致させつつ一体化している。

これにより、上流側ハウジング４および下流側ハウジング５で形成される各流路の内面を滑らかにすることで、各流路中での損失を低減している。
また、電動送風機２００では、一対の第一のディフューザ翼８と第二のディフューザ翼９が一つのディフューザ翼として機能するように、図３Ｃに示す第一のディフューザ翼８の後縁８ｂと、図４Ｃに示す第二のディフューザ翼９の前縁９ａの周方向位置を一致させ、かつ第一のディフューザ翼８と第二のディフューザ翼９の曲面を滑らかに連続させている。

＜モータ部２０２＞
図５Ａに、モータ部２０２の側面外観図を示す。
図５Ｂに、モータ部２０２の縦断面図を示す。
次に、モータ部２０２について説明する。
モータ部２０２は、送風機部２０１(図１Ｂ参照)の羽根車１を、例えば50,000～200,000ｒｐｍの範囲内で回転させるためのユニットである。

図５Ｂに示すモータ部２０２は、回転軸２、上流側軸受２１、下流側軸受２２、ロータコア２３、ステータコア２４、カラー２５、上流側モータハウジング６、および下流側モータハウジング７を有して構成されている。以下、各部を順次説明する。

＜モータ部２０２の筐体＞
図５Ａに示すように、モータ部２０２は、ステータコア２４等(図５Ｂ参照)を保持する筐体として、上流側モータハウジング６と下流側モータハウジング７を有している。

図１Ｂに示す上流側ハウジング４の下面に上流側モータハウジング６の上面をネジ等で固定することで、モータ部２０２が電動送風機２００に内蔵されている。
図５Ａに示す上流側モータハウジング６は、モータ部２０２の上流側を覆う金属製（アルミニウム合金材、鋼材など）の筐体である。
上流側モータハウジング６は、側面に複数（例えば、６個）の径方向開口６ａを有している。

図５Ｂに示すように、上流側モータハウジング６の上面中央は上方に突出しており、その内部には、回転軸２の上流側を回転自在に支持する上流側軸受２１が設けられている。
そして、上流側軸受２１の下方の上流側スペーサー２１ａによって、上流側軸受２１の軸方向の位置決めが行なわれている。なお、上流側モータハウジング６には軸方向開口を設けてもよく、設けた場合は軸受２１へ冷却風が流れ冷却が行うことができる。

図５Ａに示す下流側モータハウジング７は、モータ部２０２の下流側を覆う金属製（アルミニウム合金材、鋼材など）の筐体である。
下流側モータハウジング７は、側面に複数（例えば、６個）の径方向開口７ａを有し、下面に複数の軸方向開口７ｂ(図５Ｂ参照)を有している。
下流側モータハウジング７の下面中央は下方に突出しており、その内部には、回転軸２の下流側を回転自在に支持する下流側軸受２２が設けられている。そして、下流側軸受２２の上方の下流側スペーサー２２ａによって、下流側軸受２２の軸方向の位置決めが行なわれている。

図５Ａに示すように、上流側の径方向開口６ａと下流側の径方向開口７ａは、軸方向(図５Ａに紙面上下方向)に重ならないように設置されている。
各モータハウジング(６、７)の径方向開口(６ａ、７ａ)は、後記するコイル２４ｂの軸方向端部と軸方向に重なるように配置されている。なお、各モータハウジング(６、７)のの径方向開口(６ａ、７ａ)は周方向に均一に配置されている。
径方向開口(６ａ、７ａ)の個数とディフューザ翼(８、９)の枚数の最大公約数が３となるように、径方向開口(６ａ、７ａ)個数とディフューザ翼(８、９)枚数が設定されている。

これにより、モータ部２０２の内部では、周方向の３箇所で同一の流れ場が形成されるため、周方向の温度分布を低減することができる。なお、３以外の所定値を最大公約数として、径方向開口(６ａ、７ａ)の個数やディフューザ翼(８、９)の枚数を設定しても良い。
なお、本実施形態では、モータ部２０２の冷却性能を高めるため下記の構成としている。

第１に、各モータハウジング(６、７)を、熱伝導率が高い金属製にして放熱性能を高めている。
第２に、上下のモータハウジング(６，７)間に、ステータコア２４が露出する領域の露出部２４ａ(図５Ａ参照)を設けることでステータコア２４を外側から冷却できるようにしている。
なお、モータ部２０２の発熱量が比較的少ない場合等には、各モータハウジング(６、７)を、熱伝導率が低下する耐熱樹脂製にしたり、上下のモータハウジング(６、７)を連結または、上流側のモータハウジングを軸方向に長くして、下流側のモータハウジングを短くし、ステータコア２４が露出しない放熱性が低下する構造にしたりしても良い。

図５Ｂに示す下流側モータハウジング７の径方向開口７aと軸方向開口７ｂは、径方向開口７ａだけでもモータ冷却が可能である。しかし、軸方向開口７ｂがあることで、モータ冷却の空気流(第二流路Ｆ２の空気流)を取り込む際の圧力損失が低減できる。これにより、モータ部２０２の冷却風量が増加して冷却が可能となる。

＜モータ部２０２の回転子＞
図５Ｂに示す回転軸２には、上下のスペーサー(２１ａ、２２ａ)で挟まれる領域に、ロータコア２３が固定されている。ロータコア２３は、サマリウム鉄窒素磁石やネオジム磁石等の希土類系のボンド磁石を内蔵した、モータ部２０２の回転子を形成する。

図５Ａに示すように、上流側モータハウジング６の上部から突出した回転軸２には、カラー２５が固定されている。カラー２５の上部には凸部２５ａ(図５Ａ参照)が設けられている。凸部２５ａを、羽根車１のスリーブ１４の凹部１４ａ(図２Ｂ参照)に嵌合させる。凸部２５ａと凹部１４ａ(図２Ｂ参照)の嵌合により、回転軸２のトルクを確実に羽根車１に伝達することができ、羽根車１の空転を防止することができる。

＜モータ部２０２の固定子＞
図５Ｂに示すモータ部２０２の外周には、モータ部２０２の回転子であるロータコア２３を囲んで、モータ部２０２の固定子のステータコア２４が配置されている。
ステータコア２４の巻き枠部には、アルミニウム線や銅線を被覆材で覆ったコイル２４ｂ(図５Ｂ参照)が巻かれている。コイル２４ｂに、図１２に示す駆動回路１１４から所望の交流電力を供給することで、ステータコア２４を電磁石にする。これにより、ロータコア２３と回転軸２と回転軸２に固定される羽根車１を一体に高速回転させることができる。

図５Ｂに示すように、ステータコア２４の上流側に上流側モータハウジング６を打ち込み(圧入し)、接着剤により固定する。また、ステータコア２４の下流側に下流側モータハウジング７を打ち込み(圧入し)、接着材により固定する。これにより、ステータコア２４と上流側モータハウジング６と下流側モータハウジング７を一体化することができる。
そして、コイル２４ｂの上流側端部の高さに、上流側モータハウジング６の径方向開口６ａを設ける。また、コイル２４ｂの下流側端部の高さに、下流側モータハウジング７の径方向開口７ａを設ける。

＜第一流路Ｆ１と第二流路Ｆ２＞
図６に、第一流路Ｆ１と第二流路Ｆ２の一例の電動送風機２００の縦断面図を示す。
次に、図１Ｂと図６Ａを用いて、実施形態の羽根車１による空気流が流れる第一流路Ｆ１と、モータ部２０２の冷却風の空気流が流れる第二流路Ｆ２(Ｆ２ａ、Ｆ２ｂ)とについて詳述する。
第二ディフューザ翼９のハブ端部５ｉは下流側の下流側モータハウジング７の半径方向の径方向開口７ａの前側端部7cより上流側に位置する。また、第二ディフューザ翼９の後縁９ｂの最下流点９ｄは前側端部７ｃより下流に位置する。第二ディフューザ翼９の後縁９ｂが前側端部７ｃをまたいだ構成により、第二のディフューザ９Ｄの出口流れを、モータ部２０２の側（半径方向内向き、図６の紙面下向き）へ転向させる圧力差を生じさせることで、冷却性能向上と高効率化（シュラウド翼長さを長くすること）が可能になっている。

具体的には、羽根車１によって発生した第一流路Ｆ１を流れる空気流は、第一のディフューザ翼８がある第一のディフューザ８Ｄと、第二のディフューザ翼９がある第二のディフューザ９Ｄとを通って下流側に流れる。
第二のディフューザ９Ｄを通った第一流路Ｆ１を流れる空気流は、風速が早く第二のディフューザ翼９の出口に低圧部Ｔが発生する。そして、第二流路Ｆ２を流れる空気流はモータ側に向かって流れる(コアンダ効果)。

また、第二ディフューザ翼９のシュラウド側が軸方向に長いことで、外壁５(シュラウド)からモータ部２０２にかけて空気流に圧力差を付けることで、空気流を内向きにしてモータ部２０２に向けて空気流を流すことができる。
下流側モータハウジング７の径方向開口７aと軸方向開口７ｂから、ベンチュリ効果により、低圧部Ｔに向かう流れが生じ、モータ内部に第二流路Ｆ２(Ｆ２ａ、Ｆ２ｂ)を流れる冷却風の空気流が取り込まれ、ステータのステータコア２４、コイル２４ｂ、下流側軸受２２および上流側軸受２１が冷却される。

冷却後の第二流路Ｆ２を流れる空気流は、上流側モータハウジング６の径方向開口６ａを通過して低圧部Ｔで主流（羽根車１を通過した第一空気流Ｆ１の空気流）と混合する。この際、温度が低下し、その後に電動送風機２００の下流に第一流路Ｆ１を流れる空気流とともに排気口２００ｂ(図１Ｂ参照)から排出される。

図７Ａに、変形例１の第一流路Ｆ１と第二流路Ｆ２の一例の電動送風機２００Ａの縦断面図を示す。
変形例１では、モータ部２０２の冷却風を増加させるために、１段目の第一のディフューザ翼８と２段目の第二のディフューザ翼９の間に、風路であるディフューザハブ５ａの形状によりダクト２０を設ける。これ以外の構成は、実施形態の図６の構成と同様である。

ダクト２０の下流側の開始点２０ａは上流側モータハウジング６の径方向開口６ａの開口端部６ｂより下流に位置する。
ダクト２０を、上流側モータハウジング６の径方向開口６ａの同一軸方向位置より下流側に位置させる。これにより、径方向開口６ａからダクト２０に流れる第二流路Ｆ２の空気流の方向が第一流路Ｆ１の空気流の方向と沿い、ディフューザ流路と混合する際の損失を低減できる。

図７Ｂに、変形例２の第一流路Ｆ１と第二流路Ｆ２の一例の電動送風機２００Ｂの縦断面図を示す。
変形例１のダクト２０は垂直のダクトであるが、変形例２では、第一流路Ｆ１を流れる空気流と第二流路Ｆを流れる空気流とが混合する際の損失を低減するため、傾斜させた傾斜面２０ａを有した傾斜ダクト２０Ａとしている。その他の構成は、変形例１と同様である。

変形例２は、変形例１と比較した傾斜の損失低減効果は実験により確認され、電動送風機の高効率化が可能である。
なお、図５Ａ～図７Ｂに示す構成は同一モータケーシングである上流側モータハウジング６と下流側モータハウジング７を、ステータのステータコア２４を挟むように構成しているが、上流側モータハウジング６がステータを覆うように配置していても、モータケーシングの半径方向の開口(径方向開口６ａ、７ａ)と軸方向開口（７ｂ）と、ディフューザ翼(８，９)、ダクト２０、２０Ａの構成が同一であれば効果が得られる。

また、図５Ａに示すように、ステータのステータコア２４の一部がモータケーシング(上流側モータハウジング６、下流側モータハウジング７)から露出している際には、ステータのステータコア２４の表面を第二流路Ｆ２の冷却風が流れ、冷却効果を高くできる。

図８Ａに、下流側ハウジング５で覆われる第二のディフューザ９Ｄの一部断面を含む斜視図を示す。
図８Ｂに、図８Ａの一部断面を含むII方向矢視図を示す。
従来、ディフューザハブ５ａから第一流路Ｆ１の空気流が剥離し易い傾向にあった。
そこで、第二のディフューザ９Ｄの出口において、内向き流れを促進する方法として、２段目の第二のディフューザ９Ｄのディフューザハブ５ａに切欠（凹部）５ｈを設けている。

ディフューザハブ５ａに切欠（凹部）５ｈを設けることで、第一流路Ｆ１の空気流が剥離しにくくなり、第一流路Ｆ１の空気流が切欠（凹部）５ｈから内側に流れる(図８Ａの矢印α１１)。つまり、第二のディフューザ９Ｄの出口流れの第一流路Ｆ１の空気流が、モータ部２０２の側へ流れる半径方向内向きの流れが形成できる。そのため、モータ部２０２の冷却効果を高くすることができる。

図８Ｂにおいて、羽根車１の回転軸Ｃを垂直方向に見て、切欠（凹部）５ｈの深さＬｃとし、切欠（凹部）５ｈの幅寸法Ｗｃとし、第二のディフューザ翼９間のディフューザハブ５ａの寸法Ｗである場合、下式(１)の関係がある。
Ｌｃ≧０．６×Ｌ２ Ｗｃ≧０．５Ｗ (１)
羽根車１の回転軸Ｃに対する切欠（凹部）５ｈの傾斜面５ｈ１の傾斜角度θは、約３０ｄｅｇとしている。

切欠（凹部）５ｈの冷却効果に対しては、切欠（凹部）５ｈの幅寸法Ｗｃと切欠（凹部）５ｈの深さＬｃの感度が高い。
図８Ｂに示す切欠５ｈの周方向位置は、第二のディフューザ翼９の羽根車１の回転方向の前進側９ｃと一致させることで、はく離しやすいディフューザハブ５ａの側かつ第二のディフューザ翼９の前進側９ｃ側（負圧面）の流れをモータ部２０２側に吸い出すことができる。そのため、電動送風機２００の効率低下が抑制され冷却性能向上が可能となる。

＜ダクト２０の有無、垂直なダクト２０、傾斜ダクト２０Ａの効果＞
図９に、垂直なダクト２０あり(横線ハッチ)、傾斜ダクト２０Ａあり(斜線ハッチ)の電動送風機効率を比較したグラフを示す。縦軸の１目盛りは、電動送風機効率が２％である。
傾斜ダクト２０Ａを設けた場合は、垂直なダクト２０を設けた場合よりも電動送風機効率がやや高いことが確認された。

図１０に、ダクト２０の無し(黒塗り)、垂直なダクト２０(横線ハッチ)、傾斜ダクト２０Ａ(斜線ハッチ)有りの羽根車１側の上流側軸受２１、コイル２４ｂ、ステータコア２４の温度上昇試験結果を示す。縦軸の１目盛りは、１０Ｋ(ケルビン)である。
ダクト２０有り時の上流側軸受２１、コイル２４ｂの温度低減量が大きく、冷却性能が高いことが確認された。
上流側軸受２１、コイル２４ｂの温度低減は、１段目の第一のディフューザ８Ｄと２段目の第二のディフューザ９Ｄとの間にダクト２０を追加したことで、ダクト２０なし(図６参照)に比べて、開口７ｂ(図５Ｂ参照)から入りモータ部２０２内を流れる冷却風量が増加し冷却性能が向上したためである。

なお、ダクト２０を追加したことによる冷却風量の増加量はダクト２０無しに比べて、流体解析結果によれば約１．３倍である。
傾斜ダクト２０Ａの傾斜による温度低減効果は、主流の第一流路Ｆ１を流れる空気流（羽根車１からの流れ）との第二流路Ｆ２を流れる空気流が混合する際に、図７Ｂに示す傾斜角度４５degとすることで、主流の第一流路Ｆ１を流れる空気流がディフューザハブ５ａ側（ハブ端部５iに沿って流れる）を流れやすくなり、２段目の第二ディフューザ９Ｄ出口から傾斜ダクト２０Ａに向かう流れがステータコア２４に衝突することで、ステータのステータコア２４の冷却が促進される。

実施形態によれば、上述の構成の電動送風機２００を備えた電気掃除機１００は、上述の電動送風機２００の作用効果を奏する電気掃除機１００を得られる。
以上のことから、効率が高く、かつ、モータの冷却効率も高い小型軽量の電動送風機２００およびそれを備えた電気掃除機１００を提供できる。

＜＜その他の実施形態＞＞
１．本発明は、前記した実施形態、変形例の構成に限られることなく、添付の特許請求の範囲内で様々な変形形態、具体的形態が可能である。

１ 羽根車
２ 回転軸
３ ファンケーシング
３ａ ファンケーシングの切欠き部
４ 上流側ハウジング
４ａ 上流側ハウジングの内壁(上流側ハウジング)
４ｂ 上流側ハウジングの外壁(上流側ハウジング)
５ 下流側ハウジング
５ａ 下流側ハウジング内壁(下流側ハウジング、ハブ)
５ｂ 下流側ハウジング外壁(下流側ハウジング、シュラウド)
５ｉ 第二のディフューザの下流側の端部
５ｆ 第一のディフューザのハブの径の長さ、ハブ径
５ｇ 第二のディフューザのシュラウド内径の長さ、シュラウド径
６ 上流側モータハウジング(モータハウジング)
６ａ 径方向開口(上流側径方向開口)
７ 下流側モータハウジング(モータハウジング)
７ａ 径方向開口(下流側径方向開口)
７ｂ 軸方向開口
８ 第一のディフューザ翼
９ 第二のディフューザ翼
１１ａ 羽根車のハブの径の長さ、ハブの最外径
１１ｂ１ 切れ込み(凹部)
２０ ダクト
２０Ａ 傾斜ダクト(ダクト)
２１ 上流側軸受(軸受)
２２ 下流側軸受(軸受)
２３ ロータコア
２４ ステータコア
１００ 電気掃除機
２００ 電動送風機
２０１ 送風機部
２０２ モータ部
Ｆ１ 第一流路
Ｆ２ 第二流路

Claims (8)

1. 送風機部とモータ部とを備え、
   前記送風機部の内部の羽根車を通る第一流路と、
   前記モータ部の内部を通る第二流路とを有し、
   前記モータ部は、
   回転軸および該回転軸を回転自在に支持する軸受と、
   前記回転軸に固定されるロータコアおよび該ロータコアの外周を囲んで配置されるステータコアと、
   該ステータコアを保持するとともに、上流側径方向開口と下流側径方向開口と軸方向開口を開口させたモータハウジングと、を有し、
   前記送風機部は、
   前記回転軸に固定される羽根車と、該羽根車の外周を覆うファンケーシングと、前記モータ部の上流側外周を囲む上流側ハウジングと、下流側外周を囲む下流側ハウジングとを有し、
   前記第一流路は、前記羽根車および前記上流側ハウジングの内壁と外壁の間を通り、
   前記第二流路は、前記軸方向開口、前記下流側径方向開口、前記モータ部の内部、前記上流側径方向開口、前記モータハウジングと前記上流側ハウジングの内壁の間、および、前記モータハウジングと前記下流側ハウジングの内壁の間を通り、
   前記下流側ハウジングの第二のディフューザ翼は、
   該第二のディフューザ翼の外周に位置する円管上のシュラウドと、前記第二のディフューザ翼の内径側にハブを持ち、前記第二のディフューザ翼は、前記ハブから前記シュラウド側にかけて次第に、下流側に突出している
   ことを特徴とする電動送風機。
2. 送風機部とモータ部とを備え、
   前記送風機部の内部の羽根車を通る第一流路と、
   前記モータ部の内部を通る第二流路とを有し、
   前記モータ部は、
   回転軸および該回転軸を回転自在に支持する軸受と、
   前記回転軸に固定されるロータコアおよび該ロータコアの外周を囲んで配置されるステータコアと、
   該ステータコアを保持するとともに、側面に上流側径方向開口と下流側径方向開口と軸方向開口を開口させたモータハウジングと、を有し、
   前記送風機部は、
   前記回転軸に固定される羽根車と、該羽根車の外周を覆うファンケーシングと、前記モータ部の上流側外周を囲む上流側ハウジングと、下流側外周を囲む下流側ハウジングとを有し、
   前記第一流路は、前記羽根車および前記上流側ハウジングの内壁と外壁の間を通り、
   前記第二流路は、前記軸方向開口、前記下流側径方向開口、前記モータ部の内部、前記上流側径方向開口、前記モータハウジングと前記上流側ハウジングの内壁の間、および、前記モータハウジングと前記下流側ハウジングの内壁の間を通り、
   前記下流側ハウジングの第二のディフューザ翼は、
   該第二のディフューザ翼の外周に位置する円管上のシュラウドと、前記第二のディフューザ翼の内径側にハブを持ち、前記第二のディフューザ翼は、前記ハブから前記羽根車の回転中心の外周外方に遠ざかるに従い、次第に前記羽根車による空気流の下流側に突出している
   ことを特徴とする電動送風機。
3. 送風機部とモータ部とを備え、
   前記送風機部の内部の羽根車を通る第一流路と、
   前記モータ部の内部を通る第二流路とを有し、
   前記モータ部は、
   回転軸および該回転軸を回転自在に支持する軸受と、
   前記回転軸に固定されるロータコアおよび該ロータコアの外周を囲んで配置されるステータコアと、
   該ステータコアを保持するとともに、上流側径方向開口と下流側径方向開口と軸方向開口を開口させたモータハウジングと、を有し、
   前記送風機部は、
   前記回転軸に固定される羽根車と、該羽根車の外周を覆うファンケーシングと、前記モータ部の上流側外周を囲む上流側ハウジングと、下流側外周を囲む下流側ハウジングとを有し、
   前記第一流路は、前記羽根車および前記上流側ハウジングの内壁と外壁の間を通り、
   前記第二流路は、前記軸方向開口、前記下流側径方向開口、前記モータ部の内部、前記上流側径方向開口、前記モータハウジングと前記上流側ハウジングの内壁の間、および、前記モータハウジングと前記下流側ハウジングの内壁の間を通り、
   半径方向における前記羽根車のハブの径の長さは、
   前記下流側ハウジングに形成される第二のディフューザのシュラウド内径の長さよりも短く、
   かつ前記上流側ハウジングに形成される第一のディフューザのハブの径の長さより長い
   ことを特徴とする電動送風機。
4. 請求項１または請求項２に記載の電動送風機において、
   前記第二のディフューザ翼が突出しているハブは、前記下流側径方向開口よりも上流に位置し、かつ前記第二のディフューザ翼の下流側の端部は前記下流側径方向開口よりも下流に位置し、
   第二のディフューザ翼の端部は前記下流側径方向開口に臨む位置に配置されている
   ことを特徴とする電動送風機。
5. 請求項１または請求項２に記載の電動送風機において、
   前記第二のディフューザ翼の上流に第一のディフューザ翼を備え、
   前記第一のディフューザ翼と前記第二のディフューザ翼の軸方向の間のハブに、第一流路と第二流路をつなぐダクトが設置されている
   ことを特徴とする電動送風機。
6. 請求項１または請求項２に記載の電動送風機において、
   前記第二のディフューザ翼の内径側のハブは周方向に凹部がある
   ことを特徴とする電動送風機。
7. 請求項５に記載の電動送風機において、
   前記ダクトは第一の流路の下流側に向かって傾斜している
   ことを特徴とする電動送風機。
8. 請求項１から請求項３のうちの何れか一項に記載の電動送風機を備えている
   ことを特徴とする電気掃除機。