JP4356245B2

JP4356245B2 - 電動送風機及びそれを搭載した電気掃除機

Info

Publication number: JP4356245B2
Application number: JP2001017817A
Authority: JP
Inventors: 和之杉村; 一浩阿子嶋; 秀行原田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-01-26
Filing date: 2001-01-26
Publication date: 2009-11-04
Anticipated expiration: 2021-01-26
Also published as: JP2002221197A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高効率で低騒音な電動送風機を実現する流路を構成するためのモータ部構造と、その電動送風機を用いた掃除機本体構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
掃除機用電動送風機の一般的な従来構造として、特開平１１-１９０２９８号公報の図１に示される構造のものが有る。同公報の電動送風機は、空気取り入れ口から吸込まれた空気流は、遠心羽根車によって昇圧され、ディフューザとリターンからなる静圧回復装置によって残存する速度エネルギを圧力に変換される。その後、リターンを出た空気流はモータが発生する熱を奪いながら冷却流路を通過し、排気穴から外部に放出される。その後電動送風機を出た空気は掃除機本体に入ることになる。
【０００３】
従来、所定の圧力を生み出すために必要な羽根車の外径はモータの外径よりも大きく、さらにディフューザとリターンを含めた送風機全体では、モータハウジングよりも径方向に大きく突き出る格好になっていた。そのために、ディフューザからリターンに至る流路部分で、急転向流れが生じた。モータハウジングを大きくすれば緩和されるが、外郭が直方体形状をしたステータコアを対角線方向にモータハウジングが挟み込んで固定する構造を持つため、ステータコア寸法に規定されてモータハウジングを大きくできなかった。また別の理由としてモータハウジングの外径は、取り付けられているカーボンブラシの長さによって規定されることがある。カーボンブラシは掃除機の製品寿命からその長さが決められており、徐々に削られて短くなっていく。長いほど寿命が延びるが、長すぎると摺動により振動が発生し、電気的な放電による壊食が発生し、かえってブラシの寿命が短くなるため、現状では同公報に示される程度の長さを呈している。
【０００４】
別の公知例として、特開平１１−２９４３９１号公報のような構造がある。これはモータハウジングのくびれ部を外側に膨らますように曲率を大きくしたものである。このようにすることでリターンから冷却流路への急転向を緩和している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来特開平１１−１９０２９８号公報の構造では、静止流路の転向曲率が小さすぎるために流れが剥離したり、強い２次流れが発生したりして流体損失が大きくなる傾向にある。またモータハウジングは径方向に絞られているので、ステータコアとモータハウジングの間の隙間即ち流路断面積が小さい。従って、リターンを出た後の流れについても、平均流速が増加して摩擦損失が増加する傾向にあった。このような原因で電動送風機効率が低下するばかりでなく、剥離や２次流れによって生み出される乱れが乱流騒音を増加させる。
【０００６】
特開平１１−２９４３９１号公報に見られるような構造の場合は、リターンを出てから冷却流路に入る箇所の流れの転向は緩やかになるが、依然としてディフューザからリターンに至る曲がり流路が急転向を強いられる点は変わらない。また実際には、固定する関係上くびれ部がステータコアにかからないようにしなければならないため、くびれの大きい曲率の選定には制限がある。さらに冷却流路の流路断面積を大きく取り難い。
【０００７】
本発明は、上記の問題点を踏まえ、電動送風機全体の最大外径寸法は変えないまま、高効率で低騒音な電動送風機を提供するために、送風機部分からモータ部分にかけての流路構造について提案するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、モータハウジングの最外径をカーボンブラシの取り付け部より上部から遠心羽根車に向かって徐々に拡大する形状とし、かつモータハウジングを周方向に少なくとも２つ以上のくぼみができるように外側から内側に向かって押し込んだ形状とし、押し込まれた部分によって直接ステータコアを固定する。
【００１０】
または、上記のようなモータハウジング形状を掃除機の電動送風機室壁面で代替する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について、電動送風機及びそれを搭載した電気掃除機を、図を用いて説明する。まず、図３に本発明の電動送風機を搭載した電気掃除機の本体の縦断面図を示す。電気掃除機本体２０１は、下ケース３０１と、上ケース３０２と集塵蓋３０３とにより外郭が構成される。集塵蓋３０３には、吸込口３０４が形成され、その内側には、吸込口３０４に接合される集塵袋３０５を収納する集塵室３０６が形成されている。集塵室３０６の後方には、フィルタ３０９を介して、電動送風機室３０７が接続し、電動送風機３０８が収納されている。吸込口３０４から吸い込まれた空気は、集塵袋３０５にて粉塵を取り除かれ、フィルタ３０９を通過した後、電動送風機３０８に流入する。電動送風機３０８からの排気は、排気口３１０から外部に放出される。本発明の電動送風機３０８を搭載することで、電気掃除機の集塵時のパワーをアップでき、低騒音化が図れると共に、掃除機の大きさも従来の防音に要した遮音材が不用になり小型化を図れるという効果が有る。
【００１２】
次に、図２を用いて、従来構造の電動送風機３０８について構造を説明する。電気掃除機用電動送風機３０８は、電動機２と送風機１から構成されている。電動機２は、ハウジング３およびエンドブラケット９からなる電動機ケースと、前記電動機ケースに収納される回転軸４を有するロータ５及びステータコイル６が巻装されたステータ７から構成されている。送風機１は、回転軸４に直結された遠心羽根車１２と、該遠心羽根車１２の外周側に設置されたディフューザ１１と、該ディフューザ１１の背面に位置するリターンガイド１４と、遠心羽根車１２、ディフューザ１１、リターンガイド１４を内包し、空気吸込口１３ｂを持ち、上記電動機ケースと接続される送風機ケース１３とから構成されている。
【００１３】
電動送風機３０８においては、電動機２を駆動して遠心羽根車１２を回転させると、空気吸込口１３ｂから空気１０１が流入し、遠心羽根車１２の外周部に近接するディフューザ１１に流入する。ディフューザ１１に流入した空気１０２は、リターンガイド１４に導かれ、ハウジング３に流入する。ハウジング３に流入した空気１０４は、電動機２のロータ５及びステータコイル６、ブラシ１５の冷却を行った後、外部に排出される。
【００１４】
図１に本発明が提案する最も典型的な構成を示す。また、図１を３次元的に分解した斜視図を図４に示す。電動送風機３０８において、ステータコア５０を別懸架部材５１、５２によって挟み込んでモータハウジング５３に固定した本発明の基本構造を示している。モータハウジング５３は、カーボンブラシ挿入口５４に設置されるカーボンブラシ固定用ホルダ６５の上部から遠心羽根車５５に向かって徐々にその径を拡大し、ファンケーシング５６とはめあい部５７において結合される。この徐々に拡大するテーパ部分６６が回転軸となす角度は２５度から４０度の間である。この時、モータハウジング５３とステータコア５０とは非接触であり、上下の懸架部材５１と５２によって固定されている。
【００１５】
下部の懸架部材５２は、例えば図４で見られるように周方向に隙間を持つ構造をしている。ステータコア５０を爪部５７によって支え、隙間５８がモータハウジングとの間の広い流路を形成する。従来ステータコアはモータハウジングと接していたためこの隙間はないか、あっても非常に小さかった。一方で上部の懸架部材５１は、例えば図４に見られるように、ステータコアにはめ込まれ、別途設けられた回り止め５９によってエンドブラケット６０に固定される。エンドブラケット６０はモータハウジング５３にネジなどを介して固定され、上部懸架部材５１の回転を防ぐばかりでなく、軸方向の位置も決める構造である。このようにしてステータコア５０は、軸方向位置を固定され、かつ回転方向にも固定される。またエンドブラケット６０は、公知の構造よりも高さを高くしており、かつモータハウジング５３とは回転軸と平行な面でネジ等を用いて結合する構造とすることで、図２に見られるような軸に垂直な面内のフランジ部１０７が不要となり、より一層冷却流路面積を増加させることができる。
【００１６】
本構造によれば、流れは６４のようになり、ディフューザ６１からリターン６２を通過して排気穴６３に至る流路曲率を大幅に緩和できることがわかる。また流路断面積も拡大できる。これらの結果、曲がりによる剥離損失や２次流れ損失を低減するとともに、平均流速を下げて摩擦損失も低減できる。従って高効率な電動送風機を提供できる。また、平均流速が小さくなることに加え、剥離や２次流れを抑制されることから流れの乱れも小さくすることが可能となるから、乱流騒音を低減できる。さらには、通常ディフューザ６１を出た流れは旋回速度成分が残っており、それを圧力に回復するのがリターン６２の役割であるが、本発明の構成ではエンドブラケット６０が高くなることから、それに伴ってリターン６２も高くなり流れに面する有効な翼面積が増え、圧力回復量をさらに改善できる。
【００１７】
一方でモータにおいては、カーボンブラシの摩擦による発熱が支配的である。この発熱は冷却風により直接対流効果で冷却される場合もあるが、回転軸を介してエンドブラケット６０やモータハウジング５３に熱伝導する成分も多い。本発明の構造では、モータハウジング５３、エンドブラケット６０共に従来構造よりも表面積が大きくなるから、放熱面積を稼ぐことになり、冷却性能を改善できる。したがって少ない風量で掃除機を長時間運転できたり、電動機の回転数を上げて電動送風機即ち掃除機の更なる小型化も可能となる。
【００１８】
図４ではエンドブラケット６０とモータハウジング５３の支持は、回転軸に平行な面内で行われるが、従来のように回転軸に垂直な面で受けるような構造でもよい。この場合はリターン６２周囲の流れの曲率は小さいままであるが、冷却風が通るステータコア５０とモータハウジング５３の隙間は大きいので、ここでの摩擦損失は低減できる。さらにこれらの中間的な固定の仕方として、テーパ状にするなど斜めの面で受けるような構造でもよい。
【００１９】
また図４における懸架部材５１と５２は、本図においては別パーツであるが、ステータコア５０を内蔵するように一体射出成型したものでもよい。この場合は構成部材が一体化されるので、製品の組立て性が改善される。さらに一体成型ではなくとも、接着、結合等の後処理により一体化する場合でもよい。
【００２０】
図５は、本発明の他の実施例で、別のモータハウジング形状の場合である。回転軸方向から見た図であり、ステータコア７０とモータハウジング７１のみの関連性を示してある。図６にその分解斜視図を示す。ステータコア７０のモータハウジング７１へ固定に懸架部材を用いる代わりに、モータハウジング７１を周方向に非一様に成型して、凹部７２と凸部７３を形成する。その径方向に狭くなった凹部７２でステータコア７０をモータハウジング７１に接合する。接合の手段は、かしめ、ボルト締結、接着、溶接などでよい。本方法によれば、モータハウジングの剛性が多少低下するが、懸架部材が不要となるため部品点数を低減でき、安価な電動送風機を提供できる。公知例よりも曲がり流れの曲率と流路断面積を大きくとれることは図３、４の場合と同様であり、損失低減と乱流騒音低減が可能である。さらに本構造はモータハウジングの振動固有値を高周波域にシフトすることができる。掃除機本体を介して聞く騒音については、電動送風機音の高周波数成分は減衰し相対的に低周波数が目立ってくる特性があるので、電動送風機において低周波音を低減できる点はメリットである。
【００２１】
電動送風機を搭載した掃除機についても本発明の効果がある。これまでに述べた本発明の電動送風機は、単体で低騒音化が可能なことから、従来掃除機本体に搭載する際に電動送風機周りに巻いていた吸音材が必要でなくなる。従って、吸音材とそのスペースが不必要になるのでより安価で小型な掃除機を提供できる。
【００２２】
図７は、本発明のさらに他の実施例である。発明効果の物理的原理である流路曲率の低減と流路断面積の拡大を、掃除機本体２０２に搭載した時に達成されるようにした場合である。掃除機には通常箱型をした電動送風機室が設けられ、そこに電動送風機を収納している。本実施例では、その電動送風機室３１０の壁面をモータハウジングとして用いる構造としている。この場合、モータハウジングは取り除かれるので、電動送風機のモータ側のパーツであるステータコア３１１、カーボンブラシが接するコンミテータ３１２、回転軸３１３などは外部露出された形になり、強度を保持する支柱３１４などによって回転軸受が支えられることになる。一方で電動送風機室３１０の壁面３１５がモータハウジングに代わりモータ冷却流路を形成するので、リターンから出た流れは、冷却風３１６のようになって排気口３１７を通って電動送風機室から排出される。
【００２３】
本構成は、電動送風機の部品の中で最も重いモータハウジングを撤去することが可能であり、高効率・低騒音化に加えて掃除機を大幅に軽量化することができる。また電動送風機室の壁面３１５の形状はモータハウジングよりも自由度が高いので、より流路を広くとることも可能である。なお、従来のモータハウジングを用いる方式よりもディフューザ・リターン以降に大きな空間が確保され、大容量の音響フィルタとして用いることができるので、消しにくい低周波の騒音を低減できる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、ディフューザからリターン、排気穴に至る冷却流路の曲率を低減し、かつ流路断面積を大きく取ることができるようになるので、電動送風機の高効率化が可能である。さらに流れの乱れの発生を抑制することができることと、平均流速が低下することから、乱流騒音を低減できる。
【００２５】
また同様の構成を掃除機本体の電動送風機室壁面を利用して形成することにより、モータハウジングの必要ない軽量で高効率、低騒音な掃除機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電動送風機の一実施例である。
【図２】従来の電動送風機の構造である。
【図３】本発明に関するところの掃除機本体構造である。
【図４】図１と同一品の斜視図である。
【図５】本発明の他の実施例である。
【図６】図５と同一品の斜視図である。
【図７】本発明の他の実施例である。
【符号の説明】
１…送風機、２…電動機、３…ハウジング、３c…排気口、４…回転軸、５…ロータ、６…ステータコイル、７…ステータ、９…エンドブラケット、１０…静止流路部、１１…ディフューザ、１２…回転羽根車、１３…送風機ケース、１３a… 気流ガイド、１３b…空気吸込口、１４…リターンガイド、１５…ブラシ、１６…静止流路部、１７…径−周方向面、１８…自由空間、３０…排気口、５０…ステータコア、５１…上側の懸架部材、５２…下側の懸架部材、５３…モータハウジング、５４…カーボンブラシ取付け穴、５５…遠心羽根車、５６…ファンケーシング、５７…はめあい個所、６０…エンドブラケット、６１…ディフューザ、６２…リターン、６３…排気穴、６４…冷却風流れ、７０…ステータコア、７１…モータハウジング、７２…凹部、７３…凸部、１０１…吸い込み空気、１０２…ディフューザ流入空気、１０４…ハウジング内側流出、１０５…カーボンブラシ、１０６…モータハウジングくびれ部、１０７…モータハウジングブラケット、２０１…掃除機本体縦断面図、２０２…本発明の電動送風機及び掃除機、３０１…電気掃除機本体の下ケース、３０２…電気掃除機本体の上ケース、３０３…集塵蓋、３０４…吸込口、３０５…集塵袋、３０６…集塵室、３０７…電動送風機室、３０８…公知例の電動送風機、３０９…本発明の電動送風機、３１０…本発明のモータハウジング、３１１…ステータコア、３１２…コンミテータ、３１３…回転軸、３１４…支柱、３１５…電動送風機室壁面、３１６…冷却風流れ、３１７…排気穴、３１８…掃除機の排気口。

Claims

回転軸と、前記回転軸に取り付けられた駆動用電機子ロータと、前記ロータの外周に設けられたコイルからなるステータと、前記ステータ内に設置されるステータコアと、前記回転軸に取り付けられる気流発生用の遠心羽根車と、前記遠心羽根車の外側に配置されるディフューザと、前記ディフューザと回転軸に垂直な面に対して対向する位置に設けられたリターンと、前記遠心羽根車、ディフューザ、リターンを内包するファンケーシングと、前記ロータ、ステータ、ステータコアを内包するモータハウジングを有する電動送風機において、
前記モータハウジングの最外径は、遠心羽根車に向かって径方向に広げ、前記モータハウジングは周方向に分布する少なくとも２つ以上の径方向の窪みが設けられ、前記窪みの一部または全部によって前記ステータコアを固定することを特徴とする電動送風機。
下ケース、上ケース及び集塵蓋で構成された電気掃除機本体と、集塵蓋内部には集塵室が、前記集塵室後方にはフィルタを介して電動送風機室が形成され、前記電動送風機室内に電動送風機を収納した電気掃除機において、
前記電動送風機は、回転軸と、前記回転軸に取り付けられた駆動用電機子ロータと、前記ロータの外周に設けられたコイルからなるステータと、前記ステータ内に設置されるステータコアと、前記回転軸に取り付けられる気流発生用の遠心羽根車と、前記遠心羽根車の外側に配置されるディフューザと、前記ディフューザと回転軸に垂直な面に対して対向する位置に設けられたリターンと、前記遠心羽根車、ディフューザ、リターンを内包するファンケーシングとからなり、
前記ロータ、ステータ、ステータコアを内包する前記電動送風機室壁面の最外径は、遠心羽根車に向かって径方向に広げ、前記電動送風機室壁面は周方向に分布する少なくとも２つ以上の径方向の窪みが設けられ、前記窪みの一部または全部によって前記ステータコアを固定するよう前記電動送風機室壁面をモータハウジングとして用いることを特徴とする電気掃除機。
下ケース、上ケース及び集塵蓋で構成された電気掃除機本体と、集塵蓋内部には集塵室が、前記集塵室後方にはフィルタを介して電動送風機室が形成され、前記電動送風機室内に電動送風機を収納した電気掃除機において、
前記電動送風機は、回転軸と、前記回転軸に取り付けられた駆動用電機子ロータと、前記ロータの外周に設けられたコイルからなるステータと、前記ステータ内に設置されるステータコアと、前記回転軸に取り付けられる気流発生用の遠心羽根車と、前記遠心羽根車の外側に配置されるディフューザと、前記ディフューザと回転軸に垂直な面に対して対向する位置に設けられたリターンと、前記遠心羽根車、ディフューザ、リターンを内包するファンケーシングと、前記ロータ、ステータ、ステータコアを内包するモータハウジングを有し、前記モータハウジングの最外径は、遠心羽根車に向かって径方向に広げ、前記モータハウジングは周方向に分布する少なくとも２つ以上の径方向の窪みが設けられ、前記窪みの一部または全部によって前記ステータコアを固定する構成としたことを特徴とする電気掃除機。