JP2022148192A - 電動送風機及びこれを有する電気掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータを構成するマグネットと保護部材との間にクリアランスが生じにくくして、高速回転に耐え得る強度を付与し、かつ、ロータの製造において接着等の工程を不要とする。
【解決手段】電動機と、インペラと、電動機及びインペラを収容したファンケーシングと、を含む電動送風機であって、電動機は、回転子と、固定子と、を含み、回転子は、回転子コアと、回転軸と、を含み、回転子コアは、磁性粒子と樹脂とを含む永久磁石部と、永久磁石部を収容した保護部材と、を含み、保護部材は、インペラ側に小径部を有し、永久磁石部は、保護部材の内側に射出成形により形成されたものである。
【選択図】図４

Description

本発明は、電動送風機及びこれを有する電気掃除機に関する。

電気掃除機等に用いられる高速回転するモータのロータにおいては、表面型のマグネットの強度を確保するため、マグネットの外側に金属製の保護部材が配置されている。ロータの組み立てにおいては、多くの場合、あらかじめ成形されたマグネットを保護部材の内側に挿入する方法が採用されている。この場合、マグネットは、マグネット及び保護部材のうち少なくともいずれか一方に接着剤を塗布し接着することにより固定している。これにより、マグネットと保護部材との間に生じる隙間を埋めることができる。

このような方法以外に、次のように射出成形により充填する方法もある。

特許文献１には、電気掃除機用電動送風機の駆動モータ等に使用される、高速回転に適するようにした内転型ブラシレスモータ用回転子に関して、ロータヨークを構成する外周リング部とヨーク本体部との間に外周リング部の内面に沿って設けられ連結部で互いに仕切られたロータマグネットを、射出成形により充填して一体成形して作製したものが開示されている。特許文献１においては、ロータヨークは、多数枚の磁性鋼板を積層して形成されたものである。

特開平９－１６８２４７号公報

電気掃除機等においては、吸引力等の向上の観点から、モータのロータの更なる高速化が求められている。

マグネットと保護部材との固定に接着剤を用いる場合には、接着剤の量が十分でなく隙間が残る場合や、接着剤の強度がマグネットの強度より劣る場合等があり得る。

マグネット及び保護部材の実際の寸法にはばらつきが生じるため、マグネットと保護部材との間に生じるクリアランスが大きくなった場合には、マグネットが高速回転の際に振動し、割れてしまうおそれがある。このため、ロータコアの回転数を抑制する必要も生じ、モータとしての性能を向上する上でのボトルネックとなっていた。

特許文献１においては、ロータマグネットの半径方向の厚さは小さく、かつ、ロータヨークの連結部がロータマグネットを支持するため、マグネットの割れの問題は生じにくいと考えられる。しかしながら、磁性鋼板を積層して形成したロータヨークを用いるため、ロータの質量が大きくなり、モータの軽量化、さらには、これを用いた電気掃除機等の軽量化は困難である。ロータの回転速度も高くすることは困難である。

本発明は、ロータを構成するマグネットと保護部材との間にクリアランスが生じにくくして、ロータに高速回転に耐え得る強度を付与し、かつ、ロータの製造において接着等の工程を不要とすることを目的とする。

本発明の電動送風機は、電動機と、インペラと、電動機及びインペラを収容したファンケーシングと、を含み、電動機は、回転子と、固定子と、を含み、回転子は、回転子コアと、回転軸と、を含み、回転子コアは、磁性粒子と樹脂とを含む永久磁石部と、永久磁石部を収容した保護部材と、を含み、保護部材は、インペラ側に小径部を有し、永久磁石部は、保護部材の内側に射出成形により形成されたものである。

本発明によれば、ロータを構成するマグネットと保護部材との間にクリアランスが生じにくくして、ロータに高速回転に耐え得る強度を付与することができ、かつ、ロータの製造において接着等の工程を不要とすることができる。

電気掃除機の一例を示す斜視図である。 本実施形態の電動送風機を示す分解斜視図である。 電動送風機を軸方向に沿って切断したときの断面図である。 実施例１のロータを示す断面斜視図である。 実施例２のロータを示す斜視図である。

以下、本開示に係る実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態が適用される電気掃除機の一例を示す外観斜視図である。

本図に示すように、電気掃除機１００は、手元操作スイッチ７等が設けられた掃除機本体２と、延長管５と、吸口体６とを組み合わせて、スティック状に構成されたものである。また、電気掃除機１００は、掃除機本体２および吸口体６の駆動用電源である充電式電池２４（蓄電池）を備えている。

掃除機本体２は、吸引力を発生させる電動送風機１、この電動送風機１の吸引力で集塵した塵埃を収容する集塵部２２などを備えている。

延長管５の一端は、掃除機本体２の集塵部２２と連通するように掃除機本体２の接続口２３に接続されている。また、延長管５の他端は、吸口体６に接続されている。また、延長管５は、図示しない通風路が形成されるとともに、充電式電池２４と吸口体６のブラシ用の電動機（不図示）とを電気的接続する配線（不図示）を備えている。

手元操作スイッチ７を操作すると、本体制御回路（図示せず）が電動送風機１の運転と停止や吸込み力の切り替え、吸口体６に設けられた電動機（図示せず）の運転と停止を制御する。本体制御回路は、掃除機本体２内に設けられている。

なお、電気掃除機としては、図示されているスティックタイプの掃除機に限定されず、ハンディタイプの掃除機、キャニスター掃除機（シリンダー式掃除機）、ロボット掃除機などの充電式（コードレスタイプ）の電気掃除機に適用することができる。また、同様の構成を有する電源コード式の掃除機にも適用することができる。

図２は、本実施形態が適用される電動送風機を示す分解斜視図である。

本図に示すように、電動送風機１は、電動機１０（スロットレスモータ）と、インペラ６０（羽根車）と、ファンケーシング７０（収容部）と、を含む。

電動機１０は、ロータ３０（回転子）と、ステータ４０（固定子）と、フロントハウジング５１及びリアハウジング５２を含むハウジング（収容部）と、を含む。ハウジングは、ロータ３０及びステータ４０を収容するものである。ハウジングは、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などの合成樹脂で構成されている。

ロータ３０は、回転軸３１（シャフト）、ロータコア３２（回転子コア）、軸受３３、３４及びバランスリング３５、３６を含む。

回転軸３１は、細長い円柱形状のものであり、鉄などの磁性材料によって構成されている。なお、回転軸３１は、前記した磁性材料に限定されるものではなく、ステンレス鋼（ＳＵＳ）などの非磁性材料であってもよい。また、回転軸３１には、軸方向の一端にインペラ６０が固定される。

ロータコア３２は、永久磁石によって構成され、回転軸３１の周囲に固定されている。また、ロータコア３２の軸方向Ａｘの両側には、バランスリング３５、３６が固定されている。

バランスリング３５、３６は、ロータコア３２と同じ径を有し、ロータコア３２の軸方向の端面に接するようにして回転軸３１に固定されている。また、バランスリング３５、３６は、ロータコア３２の軸方向の長さよりも十分に短い扁平形状を有している。

バランスリング３５、３６の軸方向外側には、軸受３３、３４が設けられている。軸受３３、３４は、ボールベアリングなどで構成され、ロータコア３２よりも小径に構成されている。また、軸受３３、３４からは、回転軸３１の一部がそれぞれ突出している。回転軸３１の軸受３３から突出している部分の長さは、回転軸３１の軸受３４から突出している部分の長さよりも長い。

ステータ４０は、ロータコア３２の外周（径方向の外側）に配置され、ボビン４１、ステータコア４５（コア部材）及びコイル部材４７を含む。なお、ボビン４１及びコイル部材４７の詳細については後記する。ステータコア４５は、電磁鋼板を積層して円筒状に形成され、ボビン４１の外周に配置されている。

フロントハウジング５１は、軸方向Ａｘのフロント側に配置される。リアハウジング５２は、軸方向Ａｘのリア側に配置される。ここで、フロント側とは、空気が導入される上流側を意味し、リア側とは、空気が排出される下流側を意味している。

フロントハウジング５１は、有底円筒状に形成され、空気の導入側（インペラ６０が設けられる側）に配置されている。また、フロントハウジング５１には、外周部に円筒状に形成された風路Ｒ２が形成されている。また、フロントハウジング５１の径方向の中心には、回転軸３１が挿通される軸孔５１ａが形成されている。また、フロントハウジング５１には、リアハウジング５２に係止される係止部５１ｂが形成されている。この係止部５１ｂは、側面視においてコの字状に形成され、フロントハウジング５１の縁部よりもリアハウジング５２側に向けて突出して形成されている。また、図示省略しているが、係止部５１ｂは、周方向の複数個所（本実施形態では３個所）に形成されている。

リアハウジング５２は、回転軸３１の軸方向Ａｘの中央よりもリア側に配置され、略円筒状に形成されている。また、リアハウジング５２は、ロータ３０の一部およびステータ４０の一部が収容される収容部５２ａを有している。また、リアハウジング５２は、外周部側に円環状の風路Ｒ３が形成されている。この風路Ｒ３は、前記した風路Ｒ２と連通するように構成されている。

また、リアハウジング５２には、フロントハウジング５１の係止部５１ｂを係止する係止突起５２ｂが形成されている。この係止突起５２ｂは、リアハウジング５２の外周面の前端部に位置している。

インペラ６０は、下流側（リア側）に向けて拡径する斜面６０ａを有し、この斜面６０ａの外面に、複数の羽根６１、６２が周方向に間隔を置いて配置されている。斜面６０ａは、前記した風路Ｒ２の内周壁面と略連続するように構成されている。また、インペラ６０の先端部には、回転軸３１が固定される固定部６０ｂが形成されている。回転軸３１は、インペラ６０の先端から突出し、回転軸３１の先端に形成されたねじ溝にナット９０が螺合されることで、インペラ６０が回転軸３１に固定されるようになっている。

羽根６１、６２は、薄板状に形成され、羽根６１が羽根６２よりも長く形成されている。また、羽根６１、６２は、周方向に交互に配置されている。また、羽根６１、６２は、軸方向Ａｘに対して傾斜して配置され、上流側から下流側に向けて周方向に湾曲するように形成されている。また、羽根６１、６２は、上流側から下流側に向けてねじれた構造を有している。また、羽根６１、６２は、いずれも下流側の端部まで延びて形成されている。また、羽根６１の上流側の端部は、羽根６２の上流側の端部よりも上流側に長く形成されている。

ファンケーシング７０は、樹脂成形によって略円筒状に構成されている。また、ファンケーシング７０は、インペラ６０が収容される空洞部７１を有する。この空洞部７１は、インペラ６０の外周形状に沿って上流側から下流側に向けて拡径するように形成されている。

また、ファンケーシング７０の先端面には、空気が導入される円形の吸込口７１ａが形成されている。また、ファンケーシング７０は、空洞部７１の外側に、肉抜き部７１ｂが形成され、成形時のヒケ防止や軽量化が図られている。

図３は、電動送風機を軸方向に沿って切断したときの断面図である。

本図に示すように、電動送風機１は、フロント側の軸受３３を保持する軸受保持部材１０１と、リア側の軸受３４を保持する軸受保持部材１０２と、を備えている。また、軸受保持部材１０１は、金属製であり、フロントハウジング５１とインサート成形によって一体に構成されている。

軸受保持部材１０１は、円筒状に形成され、軸受３３の外周側に配置されている。また、軸受保持部材１０１の内周面部１０１ａは、軸受３３の外周面３３ａと嵌合することで、軸受３３が軸受保持部材１０１に保持される。

軸受保持部材１０２は、金属製であり、リアハウジング５２とインサート成形によって一体に構成されている。

軸受保持部材１０２は、略円筒状に形成され、軸受３４の外周側に配置されている。また、軸受保持部材１０２の内周面部１０２ａは、軸受３４の外周面３４ａと嵌合することで、軸受３４が軸受保持部材１０２に保持される。

また、フロントハウジング５１内には、コイルばね８０が配置されている。また、コイルばね８０は、伸縮方向が軸方向Ａｘを向いている。また、コイルばね８０は、フロント側の端部がフロントハウジング５１の軸方向Ａｘの内壁面５１ｃ（前面の裏側の面）に当接し、リア側の端部がステータコア４５の端部４５ｂ（端面）に当接している。これにより、ステータコア４５が位置決めリブ４３ｃに押し付けられた状態が維持される。

ファンケーシング７０には、インペラ６０との間に風路Ｒ１が形成されている。この風路Ｒ１は、フロントハウジング５１の風路Ｒ２と連通している。風路Ｒ２は、リアハウジング５２の風路Ｒ３と連通している。風路Ｒ３は、上流から下流に向けて流路断面積が拡大するように構成されている。

また、フロントハウジング５１には、風路Ｒ２内に静止翼５１ｍが形成され、整流機能が与えられている。また、リアハウジング５２には、風路Ｒ３内に静止翼５２ｍが形成され、整流機能が与えられている。なお、静止翼５１ｍ、５２ｍについては、公知の技術を採用できる。

また、フロントハウジング５１とリアハウジング５２とを組み合わせたときに、フロントハウジング５１とリアハウジング５２との間に、電動機１０の内部と連通する連通孔５０ｓが形成されている。また、連通孔５０ｓは、ステータコア４５と対向する位置に形成されている。また、連通孔５０ｓは、ステータコア４５のフロント側の端部に位置している。

電動送風機１において、吸込口７１ａから吸い込まれた空気は、風路Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を通って、電動送風機１から排出される。また、リアハウジング５２には、コイル部材４７から電線を引き出すための孔（不図示）などが形成されている。この場合、連通孔５０ｓの外周側の風路Ｒ３が負圧になることで、白抜き矢印で示すように、リアハウジング５２から排出した排気風の一部と外気が、不図示の孔を通って電動機１０内に戻り、連通孔５０ｓに向けて流れる。このときの戻り空気は、ステータコア４５と接触しながら連通孔５０ｓに戻り、連通孔５０ｓから風路Ｒ３に戻る。このような空気の流れが発生することで、ステータコア４５及びコイル部材４７が冷却される。

また、前記したように、コイル部材４７に熱伝導性のグリスが設けられていると、コイル部材４７の熱がグリスを介してステータコア４５に伝達されやすくなる。熱を受け取ったステータコア４５は、連通孔５０ｓに戻る戻り空気によって冷却される。このようにして、電動機１０を効率的に冷却することが可能になり、電動機１０としての効率を向上させることができ、電動送風機１の効率も向上させることができる。

なお、図示していないが、電動送風機１を掃除機本体２（図１）に装着して電気掃除機１００（図１）とした場合、電動送風機１から排出された空気は、電動機１０を制御する制御基板（不図示）や充電式電池２４（図１）を冷却して、電気掃除機１００の外部に排出される。

次に、電動機１０の動作について説明する。

ロータ３０の外径側には、永久磁石から成るロータコア３２によって直流磁界が形成されている。一方、図示しないインバータにより所定の周波数に変換した３相電力をコイル部材４７に給電すると、ステータ４０の内径側に回転磁界が形成される。ロータ３０の磁極位置に合わせた電流を通電することで、回転磁界と直流磁界との吸引反発により、トルクが発生し、ロータ３０が回転駆動する。円筒状（円環状）のステータコア４５は、磁束が集中するティース部を有しないため、鉄損が小さくなる。このため、高速領域でも鉄損の小さい高効率な運転を実現することができる。

ステータ４０は、ロータ３０の外周にギャップを介して配置される円筒体４２と、この円筒体４２の外周に設けられた巻枠部４６に設けられたコイル部材４７と、巻枠部４６の外周に対向して設けられる円筒状のステータコア４５と、を備える。巻枠部４６は、断面視Ｔ字形状の傘部４３を有する。これにより、巻枠部４６のみでコイル部材４７（巻線）とステータコア４５の配置が可能になる。このため、製造コストを抑えることができるとともに、部品点数も少なく抑えることができる。

また、電動機１０において、補強部材４４は、非磁性材料によって形成され、ステータコア４５と径方向において重ならない位置に配置されている。これにより、補強部材４４に回り込む磁路が形成されるのを抑えることができ、全体の効率を向上できる。

図４は、実施例１のロータを示す断面斜視図である。

本図においては、ロータ３０は、回転軸３１と、ロータコア３２と、を含む。ロータコア３２は、磁性微粒子（Ｓｍ－Ｆｅ系等の永久磁石）と樹脂とを混合して成形した永久磁石部１５１と、金属製の保護部材１５２と、を含み、回転軸３１の周囲に固定されている。保護部材１５２は、ファン側（インペラ側）に小径部１５３を有する。保護部材１５２は、永久磁石部１５１の破損等を防止する機能を有する。

なお、磁性微粒子の粒径は、特に限定されるものではなく、数百ｎｍ～数ｍｍの範囲で選択可能である。また、樹脂には、多量の微粒子を混合することになる。よって、「磁性粒子」又は「磁性粉末」と呼んでもよい。ただし、樹脂との混合物としての成形のしやすさ等を考慮すると、通常は数百ｎｍ～数十μｍの範囲であることが望ましい。

本実施例においては、永久磁石部１５１は、磁性微粒子を混合した樹脂を保護部材１５２の内側に射出成形することにより作製している。言い換えると、保護部材１５２、すなわちマグネットカバーに、磁性微粒子を混合した樹脂をインサート成形することにより、永久磁石部１５１を形成している。

保護部材１５２の内側は、永久磁石部１５１で満たされた構成となっている。言い換えると、保護部材１５２の内側は、磁性微粒子を混合した樹脂のみで満たされている。更に言い換えると、保護部材１５２と回転軸３１との間には、永久磁石部１５１のみが配置されている。保護部材１５２は、ロータコア３２の軽量化の観点から、厚さ０．５ｍｍ以下であることが望ましく、厚さ０．３ｍｍ以下であることが更に望ましい。

これにより、ロータコア３２の強度が向上し、永久磁石部１５１と保護部材１５２との間にクリアランスが生じることを防止する効果が得られる。また、従来のロータコアの製造工程において必要とされた成形、接着等の工程が不要となるとともに、接着剤のむらによるクリアランスが生じるといった問題も生じない。また、保護部材１５２と回転軸３１との間に永久磁石部１５１のみが配置されている場合、コアとしての機能を最大化することができる。

さらに、射出成形により作製した場合、永久磁石部１５１と保護部材１５２とが直接接触することになる。言い換えると、永久磁石部１５１と保護部材１５２との間に接着剤を有しない構成となる。

また、小径部１５３の回転軸３１側には、永久磁石部１５１の端部が配置されている。言い換えると、小径部１５３の回転軸３１側には、永久磁石部１５１の端部が射出成形により充填されている。さらに、本図に示すように、小径部１５３の外表面と永久磁石部１５１の端部とは、同一平面上に配置されていることが望ましい。また、場合によっては、小径部１５３の外表面の一部が永久磁石部１５１によって覆われた構成であってもよい。小径部１５３と永久磁石部１５１との接触面積が大きいほど、これらの密着性が高まるからである。

なお、本図に示す小径部１５３は、平面形状としているが、小径部１５３の形状は、これに限定されるものではなく、テーパを有する形状、すなわち斜面を有する形状であってもよい。

図５は、実施例２のロータを示す斜視図である。

本図に示すロータ３０においては、小径部１５３の一部に切り欠き部１５５が設けられている。切り欠き部１５５は、回転軸３１に隠れているものも含め、３か所設けられている。

磁性微粒子を混合した樹脂は、保護部材１５２の内側に射出成形される際、切り欠き部１５５にも充填され、固化する。これにより、永久磁石部１５１は、切り欠き部１５５と噛み合った状態となる。このため、永久磁石部１５１は、ロータ３０の回転加速度等による力が作用したとしても、切り欠き部１５５に引っ掛かり、支持される。これにより、永久磁石部１５１が保護部材１５２に対して回転方向にずれることを防止することができる。

よって、本実施例は、実施例１に比べても、ロータコア３２の強度及び信頼性が向上する。

また、切り欠き部１５５の回転軸３１側には、永久磁石部１５１の端部が配置されている。言い換えると、切り欠き部１５５の回転軸３１側には、永久磁石部１５１の端部が射出成形により充填されている。さらに、実施例１と同様に、本図に示すように、小径部１５３の外表面と永久磁石部１５１の端部とは、同一平面上に配置されていることが望ましい。また、場合によっては、切り欠き部１５５の外表面の一部が永久磁石部１５１によって覆われた構成であってもよい。切り欠き部１５５が永久磁石部１５１により覆われた部分は、密着性が高まるだけでなく、構造的に噛み合って外れにくくなるからである。

１：電動送風機、２：掃除機本体、１０：電動機、２１：電動送風機、３０：ロータ、３１：回転軸、３２：ロータコア、３３、３４：軸受、３５、３６：バランスリング、４０：ステータ、４１：ボビン、４２：円筒体、４３：傘部、４３ｃ：位置決めリブ、４４：補強部材、４５：ステータコア、４６：巻枠部、４７：コイル部材、５０：ハウジング、５０ｓ：連通孔、５１：フロントハウジング、５２：リアハウジング、６０：インペラ、７０：ファンケーシング、１００：電気掃除機、１０１：軸受保持部材、１０２：軸受保持部材、Ａｘ：軸方向、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３：風路。

Claims (7)

1. 電動機と、
   インペラと、
   前記電動機及び前記インペラを収容したファンケーシングと、を含み、
   前記電動機は、回転子と、固定子と、を含み、
   前記回転子は、回転子コアと、回転軸と、を含み、
   前記回転子コアは、磁性粒子と樹脂とを含む永久磁石部と、前記永久磁石部を収容した保護部材と、を含み、
   前記保護部材は、前記インペラ側に小径部を有し、
   前記永久磁石部は、前記保護部材の内側に射出成形により形成されたものである、電動送風機。
2. 前記小径部の前記回転軸側には、前記永久磁石部の端部が配置されている、請求項１記載の電動送風機。
3. 前記小径部の外表面と前記永久磁石部の前記端部とは、同一平面上に配置されている、請求項２記載の電動送風機。
4. 前記永久磁石部と前記保護部材とは、直接接触している、請求項１記載の電動送風機。
5. 前記小径部は、切り欠き部を有する、請求項１記載の電動送風機。
6. 前記切り欠き部の前記回転軸側には、前記永久磁石部の端部が配置されている、請求項５記載の電動送風機。
7. 請求項１～６のいずれか一項に記載の電動送風機と、
   集塵部と、を備えた、電気掃除機。

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