JPH1155885A - 電動送風機およびその電動送風機を用いた電気掃除機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】主たる課題は、機器の高速回転化によってスロ
ットくさびにかかる遠心力が増加しても、当該スロット
くさびが破損する危険性を防止した電動送風機およびそ
の電動送風機を用いた電気掃除機の提供。 【解決手段】前記課題は、整流子電動機の回転軸に連結
された遠心ファンを有し、遠心ファンによって吸い込ん
だ空気流を整流子電動機内を通して機外に排気し、空気
流路となる整流子電動機内では回転子鉄芯１８のスロッ
ト内に回転子巻線１９を配置し、かつ前記スロット内に
は、回転子巻線１９よりも外周側に位置して、くさび外
周面を回転子鉄芯１８の外周面とほぼ同一とする凸部付
きのスロットくさび２０を配置した電動送風機におい
て、前記スロットくさび２０を、ガラス繊維が１０％〜
５０％添加されたガラス繊維強化樹脂により構成するこ
とによって達成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は整流子電動機の回転
軸に連結された遠心ファンを有し、遠心ファンによって
吸い込んだ空気流を整流子電動機内を通して機外に排気
する電動送風機、およびその電動送風機を用いた電気掃
除機に関する。

【０００２】

【従来の技術】整流子電動機の回転軸に連結された遠心
ファンを有し、遠心ファンによる空気流を整流子電動機
内を通して排気する電動送風機において、図３に示すス
ロットくさび２０、すなわち回転子巻線１９よりも外周
側に位置して、回転子鉄芯１８のスロット内に配置され
るスロットくさび２０は、電動機運転に際し、回転子鉄
芯１８のスロットから回転子巻線１９が遠心力によって
径方向外方に飛び出すのを防ぐ役割を有している。

【０００３】このため、スロットくさび２０には、当該
スロットくさび２０自身の質量による遠心力だけでな
く、回転子巻線１９が径方向外方に飛び出そうとする力
が加わっても破壊に至らない機械的強度が要求され、合
成変成紙や樹脂といった材質が用いられている。

【０００４】また形状に関しては、一般的に図２のよう
な平板状のスロットくさび２０が用いられているが、よ
り高い効率の電動送風機の実現を目的として、図４に示
すように、前記回転子鉄芯１８のスロットよりも幅の狭
い開口部とほぼ同一幅の凸部２０ａをスロットくさび２
０に設け、前記スロット内にスロットくさび２０の係止
部２０ｂを配置したとき、図５に示すように、回転子鉄
芯１８のスロット開口部を前記凸部２０ａで占めること
により、回転子鉄芯１８の表面からスロット開口部によ
る凹部をほぼ無くす技術が特開昭５９−１１３７３３号
公報や特開平１−２９８９２５号公報に記載されてい
る。

【０００５】これは、一般的に前記電動送風機を用いた
電気掃除機においては、風量が最大２〜３ｍ³／ｍｉｎ
と多く、回転子は３００００ｒ／ｍｉｎ〜４００００ｒ
／ｍｉｎと高速回転するため、回転子とその周囲の空気
との間の摩擦により生じる整流子電動機の損失により、
周囲の空気の風量と回転子外周の周速の２乗との積で表
される風損が非常に大きな値となり、また回転子表面に
凹凸があると周囲の空気をかき乱すため損失が更に大き
くなるので、整流子電動機の効率、つまり電動送風機
（およびその電動送風機を用いた電気掃除機）の効率が
著しく低下するのを防ぐためである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】電動送風機およびその
電動送風機を用いた電気掃除機は更なる高性能化が求め
られ、それに伴い送風機性能を上げるために回転数は更
に高くなってきている。

【０００７】このため、回転数の２乗に比例する遠心力
は大きく増大し、スロットくさびにかかる力は非常に大
きなものとなり、スロットくさびが破損する危険性が生
じるため、スロットくさびにはより高い機械的強度が必
要となる。

【０００８】また、送風機性能を上げる手段として前述
した回転子鉄芯表面の凹凸をほぼ無くす場合、一般に、
電気掃除機に組み込まれた電動送風機の動作中の温度は
約１００℃程にも達し、そのため図９に点線で示すよう
に、高温にさらされるスロットくさび２０は、熱による
軟化を伴う遠心力によって大きく変形し、回転子鉄芯１
８の表面凹凸を無くすために使用したスロットくさび２
０の凸部２０ａが逆に回転子鉄芯１８の表面に凹凸を作
ってしまい、更には回転子と同軸で回転子の回りに配置
される固定子に接触し、電動送風機の破損につながる危
険性があるので、スロットくさび２０の材質には従来よ
りも高温にさらされたときの強度が高いものが要求され
る。

【０００９】さらに、回転子の温度上昇が大きくなる
と、回転子鉄芯１８の表面凹凸をほぼ無くす目的で凸部
２０ａ付きのスロットくさび２０を使用しても、回転子
鉄芯１８とスロットくさび２０との熱膨張率差が大きい
と（従来、回転子鉄芯１８を構成する材料の熱膨張率に
比べて、スロットくさび２０を構成する材料の熱膨張率
の方がはるかに大きい）、図１１に点線で示すように、
スロットくさび２０が大きく膨張し、回転子鉄芯１８の
表面に大きな凹凸が形成されてしまい、凸部２０ａを設
けたスロットくさび２０を使用するメリットが無くなっ
てしまうので、スロットくさび２０の材料には回転子鉄
芯１８の熱膨張率に近いものが要求される。

【００１０】本発明の第１の課題は、機器の高速回転化
によってスロットくさびにかかる遠心力が増加しても、
当該スロットくさびが破損する危険性を防止した電動送
風機およびその電動送風機を用いた電気掃除機を提供す
ることにある。

【００１１】本発明の第２の課題は、前記第１の課題に
加えて、機器運転中の温度上昇によってスロットくさび
が軟化し、遠心力で変形して回転子鉄芯外周面よりも飛
び出し、回転子鉄芯の表面に大きな凹凸を形成して機器
の運転効率が低下するのを防止した電動送風機およびそ
の電動送風機を用いた電気掃除機を提供することにあ
る。

【００１２】本発明の第３の課題は、前記第１の課題お
よび（または）第２の課題に加えて、機器運転中の温度
上昇による熱膨張によって回転子鉄芯の表面に大きな凹
凸が形成され、機器の運転効率が低下するのを防止した
電動送風機およびその電動送風機を用いた電気掃除機を
提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記第１の課題は、整流
子電動機の回転軸に連結された遠心ファンを有し、遠心
ファンによって吸い込んだ空気流を整流子電動機内を通
して機外に排気し、空気流路となる整流子電動機内では
回転子鉄芯のスロット内に回転子巻線を配置し、かつ前
記スロット内には、回転子巻線よりも外周側に位置し
て、くさび外周面を回転子鉄芯の外周面とほぼ同一とす
る凸部付きのスロットくさびを配置した電動送風機およ
びその電動送風機を吸塵用送風機として組み込んだ電気
掃除機において、前記スロットくさびを、ガラス繊維が
１０％〜５０％添加されたガラス繊維強化樹脂により構
成することによって達成される。

【００１４】前記第２の課題は、前記第１の構成に加え
て、凸部付きのスロットくさびを、荷重たわみ温度が１
５０℃〜２５０℃の樹脂により構成することによって達
成される。

【００１５】前記第３の課題は、前記第１の構成および
（または）第２の構成に加えて、凸部付きのスロットく
さびを、熱膨張率が回転子鉄芯の材料に比べて１〜２０
倍の樹脂により構成することによって達成される。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明について図を用いて詳細に
説明する。

【００１７】図１に電動送風機１の内部構造を示す。

【００１８】電動送風機１の電動機には整流子電動機が
用いられ、電動送風機１は、外枠２と、外枠２に固定さ
れた固定子３と、外枠２に設けられた軸受４ａと、エン
ドブラケット１６に設けられた軸受４ｂと、前記軸受４
ａ，４ｂに保持された回転軸５と、回転軸５に固定され
た回転子６と、回転軸５に固定された整流子７と、整流
子７との電気的接続を行うブラシ８と、ブラシ８を保持
し、外枠２に固定されたホルダ９と、ねじ１７により回
転軸５の一端に固定された遠心ファン１２と、遠心ファ
ン１２から出た空気流を整流する整流板１３と、遠心フ
ァン１２，整流板１３を覆うケーシング１４とによって
構成される。

【００１９】整流子７は、その円周面に整流子片を有
し、各整流子片は回転子６内のコイルと接続されてい
る。

【００２０】ブラシ８は、ばね１０により整流子７に押
し付けられ、整流子７に摺接している。

【００２１】１１はブラシ８と外部電極とを接続するた
めブラシ８に電気的に接続されたリード線であり、ホル
ダ９に設けられた端子（図示せず）を介して固定子３の
巻線と接続されている。

【００２２】電動送風機１に通電されると回転子６が回
転し、回転子６と同軸に固定された遠心ファン１２も回
転する。

【００２３】遠心ファン１２が回転すると、ケーシング
１４の空気取入口１５から空気が流入し、遠心ファン１
２，整流板１３を通り、電動機内部へと流れ込む。

【００２４】そして、本実施例では、回転子鉄芯（図５
の符号１８参照）のスロット内に回転子巻線１９を配置
し、かつ前記スロット内には、回転子巻線１９よりも外
周側に位置して、くさび外周面を回転子鉄芯１８の外周
面とほぼ同一とする凸部付きのスロットくさび２０を配
置した電動送風機において、図４のごとき凸部２０ａを
有するスロットくさび２０、または図６，図７のように
凸部２０ａを設け、更に両端部あるいは片端部が先端に
行くに従って断面積の減少する形状のスロットくさび２
０、つまり回転子鉄芯１８に設けられたスロット内の回
転子巻線１９よりも外周側に挿入する際の挿入性を向上
させたスロットくさび２０、あるいは図８のように凸部
２０ａを設け、更に回転子巻線（図５の符号１９参照）
側となる面に凹部２０ｃを設けて回転子巻線１９が巻け
るスペースを増やした形状のスロットくさび２０の材料
として、１０％〜５０％のガラス繊維を添加して強化し
たガラス繊維強化樹脂を使用する。

【００２５】ガラス繊維が１０％以下であると、当該ガ
ラス繊維によるスロットくさび２０の強化が足りず、高
速回転時、スロットくさび２０自信の質量による大きな
遠心力、更には回転子巻線１９が径方向外方に飛び出そ
うとする力により、スロットくさび２０が破損に至る危
険性があり、またガラス繊維が５０％以上でもスロット
くさび２０の強度が低くなり、上に述べたと同様の理由
によりスロットくさび２０が破損に至る危険性のあるこ
とが判った。

【００２６】したがってガラス繊維が１０％〜５０％添
加されているガラス繊維強化樹脂を使用した凸部付きの
スロットくさび２０を使用すれば、スロットくさび２０
自身の質量による遠心力、さらには回転子巻線１９が径
方向外方に飛び出そうとする力がスロットくさび２０に
加わっても、当該くさび２０が破壊に至ることなく電動
送風機１およびその電動送風機１を用いた電気掃除機を
運転でき、回転子鉄芯１８のスロット開口部（凹部）を
当該回転子鉄芯１８の外周面とほぼ同一にし、回転子鉄
芯１８部分が周囲の空気をかき乱すのを防止して風損を
低下させ、電動送風機１およびその電動送風機１を用い
た電気掃除機の効率を上げることができる。なお、前記
のごとくガラス繊維を添加することにより、非強化の樹
脂を用いる場合よりもスロットくさびの熱伝導率が上が
り、回転子（図１の符号６参照）の放熱性を良くして、
当該回転子６の温度上昇を抑えることもできる。

【００２７】ところで、電気掃除機に組み込まれる電動
送風機１の動作中の温度は約１００℃程にも達し、また
家電機器の場合、絶縁材料は、一般的にＡ種あるいはＥ
種が用いられるので、それ以上の耐熱を確保しようとす
ると、凸部付きスロットくさび２０の材料の荷重たわみ
温度は、余裕率をも考慮して１５０℃以上にするとよ
い。荷重たわみ温度が１５０℃以下であると、送風機性
能を上げた場合、図９に点線で示すように、高温にさら
されるスロットくさび２０は、熱による軟化を伴う遠心
力によって大きく変形し、回転子鉄芯１８の表面凹凸を
無くすために使用したスロットくさび２０の凸部２０ａ
が逆に回転子鉄芯１８の表面に凹凸を作ってしまい、更
には回転子と同軸で回転子の回りに配置される固定子に
接触し、電動送風機の破損につながる危険性があるの
で、スロットくさび２０の材質には従来よりも高温にさ
らされたときの強度が高いものが要求される。なお、凸
部付きスロットくさび２０として荷重たわみ温度が１５
０℃以上の材料を用いた場合であっても、熱によるスロ
ットくさび２０の軟化、スロットくさび２０自身の質量
による遠心力、さらには回転子巻線１９が径方向外方に
飛び出そうとする力により、スロットくさび２０は少し
は変形するので、前記変形を見込んで、スロットくさび
２０の凸部２０ａを、図１０に実線で示すようにしても
よく、その場合、機器運転中におけるスロットくさび２
０は図１０に点線で示すようになり、回転子鉄芯表面の
凹凸をほぼ無くすことができる。他方、凸部付きスロッ
トくさび２０として荷重たわみ温度が２５０℃以上の材
料を使用すると非常に高価な材料となってしまい、実用
上問題が残る。したがって本発明では荷重たわみ温度が
１５０〜２５０℃の樹脂を用いて凸部付きスロットくさ
び２０を形成することにより、機器の信頼性を維持しつ
つ、コストの低減化をも同時に図ることができる。

【００２８】また、前述のように、電気掃除機に組み込
まれる電動送風機１の動作中の温度は約１００℃程にも
達するので、回転子鉄芯１８，スロットくさび２０共に
熱膨張するが、従来のように、回転子鉄芯１８を構成す
る材料の熱膨張率に比べて、スロットくさび２０を構成
する材料の熱膨張率の方がはるかに大きいと、図１１に
点線で示すように、スロットくさび２０が大きく膨張
し、回転子鉄芯１８の表面に大きな凹凸が形成されてし
まい、凸部２０ａを設けたスロットくさび２０を使用す
るメリットが無くなる。これに対し、本発明等の実験に
よれば、回転子鉄芯１８を構成する材料の熱膨張率の１
〜２０倍となるような樹脂を用いてスロットくさび２０
を形成することにより、機器運転中における回転子鉄芯
表面の凹凸をほぼ無くすことができた。

【００２９】電動送風機を組み込んだ電気掃除機の具体
的一例を示す図１２に示す。

【００３０】図１２において、本体ケースａの吸込口ｂ
には、ホースｃの一端が取り付けられている。ホースｃ
の他端には、延長管ｄの一端が接続されており、延長管
ｄの他端には、吸口ｅが接続されている。吸口ｅの通風
路ｆには、圧力センサｇが設けられている。

【００３１】ｈは電動送風機で、電動送風機ｈは、フィ
ルタｉの後面に位置して、本体ケースａに取り付けられ
ており、図１に示す電動送風機１は、図１２の電動送風
機ｈに相当する。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、回転子巻線よりも外周
側に位置して、くさび外周面を回転子鉄芯の外周面とほ
ぼ同一にして回転子鉄芯のスロット内に配置した凸部付
きのスロットくさびを、ガラス繊維が１０％〜５０％添
加されたガラス繊維強化樹脂により構成したことによ
り、機器の高速回転化によってスロットくさびにかかる
遠心力が増加しても、当該スロットくさびが破損する危
険性を防止した電動送風機およびその電動送風機を用い
た電気掃除機を得ることができる。なお、前記のごとく
ガラス繊維を添加することにより、非強化の樹脂を用い
る場合よりもスロットくさびの熱伝導率が上がり、回転
子の放熱性を良くして、当該回転子の温度上昇を抑える
こともできる。

【００３３】また、前記第１の構成に加えて、前記凸部
付きスロットくさびを、荷重たわみ温度が１５０℃〜２
５０℃の樹脂により構成することにより、前記第１の効
果に加えて、機器運転中の温度上昇によってスロットく
さびが軟化し、遠心力で変形して回転子鉄芯外周面より
も飛び出し、回転子鉄芯の表面に大きな凹凸を形成して
機器の運転効率が低下するのを防止した電動送風機およ
びその電動送風機を用いた電気掃除機を得ることができ
る。

【００３４】さらに、前記第１の構成および（または）
第２の構成に加えて、前記凸部付きスロットくさびを、
熱膨張率が回転子鉄芯の材料に比べて１〜２０倍の樹脂
により構成することにより、前記第１の効果および（ま
たは）第２の効果に加えて、機器運転中の温度上昇によ
る熱膨張によって回転子鉄芯の表面に大きな凹凸が形成
され、機器の運転効率が低下するのを防止した電動送風
機およびその電動送風機を用いた電気掃除機を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】電動送風機１の縦断面図である。

【図２】従来一般的に使用されている平板状スロットく
さび２０の斜視図である。

【図３】図２に示すスロットくさび２０を使用した回転
子鉄芯１８の断面図である。

【図４】本発明の一実施例における凸部付きスロットく
さび２０の斜視図である。

【図５】図４に示すスロットくさび２０を使用した回転
子鉄芯１８の断面図である。

【図６】本発明の第２の実施例における凸部付きスロッ
トくさび２０の斜視図である。

【図７】本発明の第３の実施例における凸部付きスロッ
トくさび２０の斜視図である。

【図８】本発明の第４の実施例における凸部付きスロッ
トくさび２０の斜視図である。

【図９】凸部付きスロットくさび２０が遠心力によって
変形し、回転子鉄芯１８の表面に凹凸ができる場合の説
明図である。

【図１０】凸部付きスロットくさび２０が遠心力によっ
て変形しても、回転子鉄芯１８の表面凹凸をほぼ無くす
場合の説明図である。

【図１１】凸部付きスロットくさび２０が熱膨張し、回
転子鉄芯１８の表面に凹凸ができる場合の説明図であ
る。

【図１２】電動送風機を組み込んだ電気掃除機の具体的
一例を示す内部構造説明図である。

【符号の説明】

１…電動送風機、３…固定子、５…回転軸、６…回転
子、７…整流子、８…ブラシ、１２…遠心ファン、１８
…回転子鉄芯、１９…回転子巻線、２０…スロットくさ
び。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 豊島 久則 茨城県日立市東多賀町一丁目１番１号 株 式会社日立製作所電化機器事業部多賀本部 内 (72)発明者 宮下 邦夫 茨城県日立市東多賀町一丁目１番１号 株 式会社日立製作所電化機器事業部多賀本部 内 (72)発明者 阿子嶋 一浩 茨城県日立市東多賀町一丁目１番１号 株 式会社日立製作所電化機器事業部多賀本部 内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 整流子電動機の回転軸に連結された遠心
   ファンを有し、遠心ファンによって吸い込んだ空気流を
   整流子電動機内を通して機外に排気し、空気流路となる
   整流子電動機内では回転子鉄芯のスロット内に回転子巻
   線を配置し、かつ前記スロット内には、回転子巻線より
   も外周側に位置して、くさび外周面を回転子鉄芯の外周
   面とほぼ同一とする凸部付きのスロットくさびを配置し
   た電動送風機において、前記スロットくさびを、ガラス
   繊維が１０％〜５０％添加されたガラス繊維強化樹脂に
   より構成したことを特徴とする電動送風機。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記凸部付きスロッ
   トくさびを、荷重たわみ温度が１５０℃〜２５０℃の樹
   脂により構成したことを特徴とする電動送風機。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、前記凸部付
   きスロットくさびを、熱膨張率が回転子鉄芯の材料に比
   べて１〜２０倍の樹脂により構成したことを特徴とする
   電動送風機。
4. 【請求項４】 遠心ファンによって吸い込んだ空気流
   を、電動機内を通して機外に排気し、フィルタの後面に
   設けられる電動送風機として、請求項１〜３のいずれか
   １項に記載の電動送風機を備えた電気掃除機。