JP5211989B2 - 電動送風機、及び、この電動送風機を有する掃除機 - Google Patents

Description

本発明は、電気掃除機の用いられる電動送風機に関するものである。

従来から、電動送風機のモータの外郭を構成するフレームの外周面に、この電動送風機を制御する制御部が搭載された制御基板を設けた電動送風機が有る。
このような電動送風機は、電動送風機をコンパクトに構成する為、ファンケースを投影することにより形成される領域と、フレームの外郭とで形成される空間に収まるように、モータの制御部を搭載した基板が設けられる（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−２４９０９８号公報（図１）

しかしながら従来の電動送風機は、コイルが巻回されたステータコアが、ロータ外周を囲んで配置されているので、回転軸と直行する方向のフレームの小型化に制約がある。
従って、制御基板を設ける領域を大きく確保することが困難であり、フレームと制御基板の位置関係をより近接した配置にする必要があることから、制御基板とフレームの絶縁距離の減少や制御基板の冷却効果を低下させる問題がある。
また、このような電動送風機を掃除機に搭載する際に、掃除機の高さをより低く構成する為に、モータの回転軸と直交する方向の小型化を求められている。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、モータを小型化し、制御基板等を配置する領域をより広く確保可能であり、また、掃除機に搭載しやすい形状の電動送風機を提供することを目的とする。

本発明の電動送風機は、両端部に一対の磁極を形成した略コ字状のステータコアを有するステータと、前記磁極に対向して配置された出力軸を有するロータと、前記ロータと前記ステータを収納する有底筒状のフレームと、前記フレームの開口部を覆うと共に、前記ロータの出力軸を貫通状態に保持するブラケットと、前記ブラケットの外部に位置して、前記ロータの出力軸に固定された送風用ファンと、を備え、前記ステータは、前記フレームの筒内周面にステータコアの外周面を当接して保持され、前記ブラケットには、前記ロータと対向するロータを冷却する為のロータ用吸気口と、前記ステータと対向するステータを冷却する為のステータ用吸気口を形成し、前記フレームには、前記ロータ及び前記ステータを冷却した空気を排気する為のロータ用排気口及びステータ用排気口が形成され、前記ロータ用吸気口と前記ロータ用排気口の間には、前記ロータが位置し、前記ステータ用吸気口と前記ステータ用排気口の間には、前記ステータが位置することにより、上記課題を解決する。

本発明によれば、モータに、両端部に一対の磁極を形成した略コ字状のステータコアを有するステータを用いるので、ステータを構成する多くの部位をロータの片側の位置に配置することができる。
これにより、出力軸に対して直角方向のステータ及びフレームの大きさを小さく構成することができ、電動送風機のモータを小型化することが可能となる。

実施の形態１
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態１について説明する。
図１は、本発明の実施の形態1における電動送風機を示す側面図。
図２は、図１における電動送風機の縦断面図。
図３は、図１における電動送風機の背面図。
図４は、図１における電動送風機のＡ−Ａ断面図。
図５は、図１における電動送風機のＢ−Ｂ断面図。
図６は、図１における電動送風機のステータを示す斜視図。
図１〜図４を参照すると、電動送風機１００は、モータ部１０と、このモータ部１０により回転し冷却風を取り込む送風用ファン３２と、この冷却風を整流するブロア部３０を有する。
モータ部１０の外郭１１は、一端に開口部１１ａを他端には底部１１ｂを有する筒状のフレーム１１により構成される。

このフレーム１１の開口部１１ａは、後述するモータ部１０の出力軸１５を中心とする円形に形成されたブラケット１２が、フレーム１１の取付けフランジ１１ｃに、螺子１２ｃにより固着されて閉じられている。
尚、ブラケット１２は、フランジ１２ａを有し、外周端１２ｂは、フレーム１１とは逆方向に折り曲げられている。

次に、フレーム１１の底部１１ｂには後軸受１３が、ブラケット１２には前軸受１４が、それぞれ設けられている。
そして、後述するロータ１６に取付けられた出力軸１５が、ブラケット１２を貫通して前軸受１４から先端部１５ａが突出した状態で、前軸受１４及び後軸受１３に回転自在に支持されている。

ロータ１６は、鉄心１６ａに形成されたスロット１６ｂに、コイル１６ｃを巻回することにより構成されている。そして、このロータ１６を構成する鉄心１６ｃの中心には、出力軸１５が固着して取付けられている。
そして、この出力軸１５のロータ１６と後軸受１３の間には、整流子１７が固着して取付けられている。整流子１７は、ロータ１６のコイル１６ｃに電気的に接続され、フレーム１１に設けられた一対のブラシ１８と接触する。

次に、図４〜図６を参照すると、ロータ１６に作用する磁力を発生させるステータ１９は、複数の鉄の板材を積層し、両端部に磁極２０ａを有するステータコア２０と、このステータコア２０に絶縁材料から成る巻枠２０ｂを介して巻回するコイル２０ｃから構成される。

このステータコア２０を平面視すると、ステータコア２０の両端部の磁極２０ａが向かい合い、この磁極２０ａが延伸して一箇所で繋がり合う形状であり、言い換えると、略コ字状である。コイル２０ｃは、向かい合う磁極２０ａと並列な位置に巻回されている。
このように各部を構成したステータ１９は、フレーム１１の内面１１ｆに、ステータコアの外周面２０ｄの４角を当接して保持され、向かい合う一対の磁極２０ａが介する空隙には、ロータ１６が回転可能に位置する。

次に、フレーム１１に形成されたロータ排気口１１ｄ、ステータ用排気口１１ｅと、ブラケット１２に形成されたロータ用吸気口１２ｄ、ステータ用吸気口１２ｅについて、図１〜図５を用いて説明する。
整流子１７の径方向に位置するフレーム１１の内周面１１ｆには、主に、ロータ１６を冷却した空気をフレーム１１外部に排気するロータ用排気口１１ｄが形成されている。
また、ステータコア２０に巻回されたコイル２０ｃの軸方向に位置するフレーム１１には、主にステータ１９を冷却した空気をフレーム１１外部に排気するステータ用排気口１１ｅが形成されている。

次に、ロータ１６の軸方向の近傍に位置するブラケット１２の部位には、主にロータを冷却する為の空気を通す為のロータ用吸気口１２ｄが形成されている。 また、ステータ２０に巻回されたコイル２０ｂの軸方向の近傍に位置するブラケット１２の部位には、主にステータを冷却する為の空気を通す為のステータ用吸気口１２ｅが形成されている。

このロータ用吸気口１２ｄ及びステータ用吸気口１２ｅの開口は、開口周囲をフレーム１１側に折り曲げてバーリング形状とすることで、冷却風をロータ１６又はステータ１９に導くガイド壁が形成されている
尚、ロータ用吸気口１２ｄの開口面積Ｓｄとステータ用吸気口１２ｅの開口面積Ｓｅ関係は、Ｓｄ＜Ｓｅとなっている。

次に、図１〜図２を参照して、ブロア部３０について説明する。
ブロア部３０は、ファンケース３１と送風用ファン３２とファンガイド３３により構成されている。
ファンケース３１は、後述する送風用ファン３２を覆う円形状であり、先端に吸気口３１ａが形成され、他端３１ｂが円形状のブラケット１２の外周端１２ｂと一致した状態で、嵌合されている。

送風用ファン３２は、ファンケース３１の内部で、モータ１０の内部からブラケット１２を突出する出力軸１５の先端部１５ａに固着されている。
ファンガイド３３は、送風用ファン３２とブラケット１２の間に位置し、送風用ファン３２からの気流を整流して、効率良くロータ用吸気口１２ｄ及びステータ用吸気口１２ｅへ送出する。

以上のように各部を構成すると、モータ部１０に、両端部に一対の磁極を形成した略コ字状のステータコア２０を有するステータ１９を用いるので、ステータコア２０、及び、ステータコア２０に巻回するコイル２０ｃなど、ステータ１９を構成する多くの部位をロータ１６の片側の位置に配置することができる。
これにより、出力軸１５に対して直交する方向のステータ１９の大きさを小型化できると共に、筒内周面にステータコア２０の外周面２０ｄを当接して保持するフレーム１１の大きさも、より小さく構成することができる。
従って、電動送風機１００のモータ部１０を小型化することが可能となる。

また、図１〜図３を参照すると、ロータ１６とステータコア２０に巻回されたコイル２０ｃが、一対の並列な位置関係になり、また、このステータコア２０の外周面２０ｄを当接してフレーム１１が位置することから、フレーム１１の開口部１１ａの中心１１ｈから、所定距離ｘほど偏心した位置に、出力軸１５が配置される。
これにより、出力軸１５を送風用ファン３２の回転中心と一致させながらも、モータ１０はファンカバー３１の中心から偏った位置に、配置することができるので、ファンカバー３１を投影することにより形成される領域と、フレーム１１の外郭１１ｇとで形成される空間部Ｋ（図中、点線で示す領域）を、フレーム１１の片側に、より広く確保することができる。

更に、ファンケース３１と送風用ファン３２の外形状は共に円形状であり、ファンケースの他端３１ｂが円形状のブラケット１２の外周端１２ｂが、一致した状態で嵌合されている。
これにより、フレーム１１の片側に空間部Ｋが大きく確保されたモータ部１０であっても、強固にファンケース３１を固定することが可能となる。

次に、ブラケット１２及びフレーム１１に形成しロータ用吸気口１１ｄ，ステータ用１１ｅ、及び、ロータ排気口１２ｄ，ステータ用１２ｅによる作用を説明する。
モータ部１０に電源が印加されると、ロータ１６が回転すると共に、送風用ファン３２も回転する。これにより、ファンカバー３１の吸気口３１ａから外気が吸引され、送風用ファン３２を通過し、ファンガイド３３により整流される。
この整流された気流は、モータ１０の内部を冷却する冷却風として、ロータ用吸気口１２ｄ及びステータ用吸気口１２ｅに分流され、フレーム１１内に形成される通風路Ａ及び通風路Ｂに導かれる。

通風路Ａに導かれる冷却風は、ステータ用吸気口１２ｅの軸方向の近傍な位置に配置されているステータ１９を経由して、直線的にステータ用排気口１１ｅから排出される。
つまり、通風路Ａは、主にステータ１９で発生する熱を冷却する風路であり、冷却風を流すことに対して抵抗となる物が、ステータ２１しか存在しない。

一方、通風路Ｂに導かれる冷却風は、ロータ用吸気口１２ｄの軸方向の近傍な位置に配置されているロータ１６と、同軸に位置する整流子１７と、ブラシ１８を経由して、ロータ用排気口１１ｄから排出される。
つまり、風路Ｂは、主に電機子部１６と整流子１７とブラシ１８を冷却する風路である。

このように、ロータ１６の片側の領域のみに、ステータコア２０に巻回されたコイル２０ｂを配置するので、モータ１０の小型化と同時に、フレーム１１内部の主な熱源を、ロータ１６と整流子１７とブラシ１８を源にするもの、及び、ステータ２０を源にするものの２つの領域に集約することができる。

言い換えると、複数ある熱源を、回転軸１５と平行な方向に、２つの熱源発生領域に集約することができる。
これに加え、冷却風の風路を、ステータ１９を冷却する風路Ａと、ロータを冷却する風路Ｂの主に２種類の風路をフレーム内に築き、冷却風の風量を適切に配分することで、効率良くフレーム内部を冷却することが可能となる。

つまり、ブラケットの強度や各部との関係等の制約により形成できる各吸気口１２ｄ、１２ｅの開口面積を、各熱源の発熱量に応じて配分し、各風路に流す冷却風を適切な量に設定することができる構成となる。
具体的には、発熱量がロータ１６より多いステータ１９を冷却する風路Ａに冷却風を導入するステータ用吸気口１２ｅの開口面積を、ロータ用吸気口１２ｄの開口面積より大きく形成することで、風路Ａに流れる冷却風をより多くして、ケース１１の内部の部材を効率良く冷却することができる。

また、風路Ａは、冷却風を流すことに対して抵抗となる物が、ステータ２１しか存在せず、風路Ｂは、主にロータ１６と整流子１７とブラシ１８が回転軸１５に整列されており、冷却の対象部位が、冷却風の流下方向と一致していることから、冷却風の流圧の圧損を少なく構成することができる。

更に、ステータ２０を冷却した冷却風が主に排出されるステータ用排気口１１ｅと、ロータ１６を冷却した冷却風を主に排出するロータ用排気口１１ｄの２種類の排出口を形成することで、ステータ２０を冷却した高温の冷却風と、この冷却風より相対的に温度が低いロータ１６を冷却した冷却風を、分けてケース１１の外に排出することが可能である。

これにより、本実施の形態の電動送風機１００を掃除機などに取付ける場合、排気口１１ｄ、１１ｅ近傍に配置する部品を、排気口から排出される冷却風の温度の高低に応じて、熱対策や種類の選択を容易にすることができる。

以上、実施の形態１において、フレーム１１の開口部１１ａを閉じるブラケット１２に、ブロア部３０を構成するファンカバー３１やファンガイド３３を直接取付けた電動送風機１００を説明したが、モータ部１０とブロア部３０をそれぞれ独立するユニットに構成して、それぞれのユニットを組上げ、１つの電動送風機を構成したものでも良い。

例えば、フレーム１１の開口部１１ａの形状と略同一形状のブラケット１２を用いてモータ部１０を構成した場合、ブラケット１２がファンカバー３２と異なる形状なので、ブラケット１２をブロア部３０の各部の取付けに用いることができない。
そこで、吸引用ファン３２とファンガイド３３をファンカバー３１とブラケット１２に代わるベース部材で覆うことにより、ブロア部３０のユニットを構成する。
尚、ベース部材には、ブラケット１２に形成されたステータ用吸気口１２ｅ及びロータ用吸気口１２ｄと連通する開口部が形成されている。

以上のように各部を構成したブロア部３０のユニットを、モータ部１０のユニットを構成するブラケット１２に取付けることで電動送風機を構成しても、同様な効果を奏することができる。

実施の形態２．
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態２について説明する。尚、実施の形態１と同じ構成は、同一の符号を付し説明を省略する。
図７は、実施の形態２である電動送風機２００を示す側面図である。
図８は、図７の平面図である。図９は、図７の背面図である。

図７〜図９において、制御基板４５は、送風用ファン３２の回転数等を制御する発熱部品を含む各種電子部品等を搭載した回路基板で、フレーム１１の外側に形成された空間部Ｋに収まるように、保持部材４６により取付けられている。
この時、制御基板４５とフレーム１１の外周面１１ｇとの間には、所定の絶縁距離を確保する為の空隙が形成されている。尚、保持部材４６は、ブラケット１２に取付けても良い。

そして、ブラケット１２のフランジ１２ａには、開口部である制御基板冷却口１２ｊが形成され、送風用ファン３２からの外気を冷却風Ｃとして制御基板４５に直接吹き付けて、搭載された各種電子部品やコネクター等を冷却する為のものである。
尚、制御基板冷却口１２ｊの形状は、ブラケット１２に透孔を開けることにより形成される開口部のみならず、ブラケット１２のフランジ１２ａの端を切り欠いて、ブラケット１２とファンケース３１との間に、隙間を生じさせたものでも良い。

このように構成された電動送風機２００は、フレーム１１の外側に形成された空間部Ｋを活用し、この空間部Ｋに制御基板体４５をフレーム１１に取付けて配置することができるので、板金部材で形成されたフレーム１１との絶縁距離を大きく確保できる。
また、制御基板冷却口１２ｊをブラケット１２に形成することで、送風用ファン３２からの冷却風により、発熱部品を多数搭載した制御基板体４５を直接冷却できるので、冷却効率が向上する。
更に、導電材より成るカーボンブラシ１８の粉末が飛散しても、制御基板冷却口１２ｊからの冷却風により、制御基板体４５への付着を防止できる。

実施の形態３．
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態３について説明する。尚、他の実施の形態と同じ構成は、同一の符号を付し説明を省略する。
図１０は、実施の形態４を示す電動送風機１００が組み込まれた電気掃除機６０を示す断面図である。

図１０において、電動送風機１００は、空間部Ｋを下側に向けた状態で、防振材６１を介して電気掃除機６０の内部に取付けられている。リール６２は、電気掃除機６０の電源コード６３を収納するもので、空間部Ｋに位置している。
コードリール冷却口１２ｋは、ブラケット１２に形成された開口で、送風用ファン３２からの外気をコードリール６２に直接吹き付けて、コードリールにある電源コードを冷却する為のものである。

このように構成された電気掃除機６０においては、フレーム１１の外側に空間部Ｋを形成した電動送風機１００を用い、この空間部Ｋにコードリール６２を配置している為、電気掃除機の高さを、低く抑えることができる。
また、コードリール冷却口１２ｋをブラケット１２に設けることで、送風用ファン３２からの外気によりコードリール６２を直接冷却できるので、冷却効率は向上する。

実施の形態1における電動送風機を示す側面図 図１における電動送風機の縦断面図 図１における電動送風機の背面図 図１における電動送風機のＡ−Ａ断面図 図１における電動送風機のＢ−Ｂ断面図 図１における電動送風機のステータを示す斜視図 実施の形態２における電動送風機２００を示す側面図 図７の平面図 図７の背面図 実施の形態３における電動送風機１００が組み込まれた電気掃除機６０を示す断面図

符号の説明

１００ 実施の形態１を示す電動送風機
１０ モータ部
１１ フレーム
１１ｄ ロータ用排気口
１１ｅ ステータ用排気口
１２ ブラケット
１５ 出力軸
１６ ロータ
１９ ステータ
２０ ステータコア
２０ａ 磁極
２０ｃ コイル
２０ｄ ステータの外周部
３０ ブロア部
３１ ファンカバー
３２ 送風用ファン
Ａ 通風路Ａ
Ｂ 通風路Ｂ

Claims (6)

1. 両端部に一対の磁極を形成した略コ字状のステータコアを有するステータと、
   前記磁極に対向して配置された出力軸を有するロータと、
   前記ロータと前記ステータを収納する有底筒状のフレームと、
   前記フレームの開口部を覆うと共に、前記ロータの出力軸を貫通状態に保持するブラケットと、
   前記ブラケットの外部に位置して、前記ロータの出力軸に固定された送風用ファンと、
   を備え、
   前記ステータは、前記フレームの筒内周面にステータコアの外周面を当接して保持され、
   前記ブラケットには、前記ロータと対向するロータを冷却する為のロータ用吸気口と、前記ステータと対向するステータを冷却する為のステータ用吸気口を形成し、
   前記フレームには、前記ロータ及び前記ステータを冷却した空気を排気する為のロータ用排気口及びステータ用排気口が形成され、
   前記ロータ用吸気口と前記ロータ用排気口の間には、前記ロータが位置し、
   前記ステータ用吸気口と前記ステータ用排気口の間には、前記ステータが位置することを特徴とする電動送風機。
2. 前記ブラケットは、前記送風用ファンを覆うファンケースが取付けられ、該ファンケースを軸方向に投影することにより形成される領域と、前記フレームの外郭とで形成される空間部に、モータの制御基板を配置したことを特徴とする請求項１に記載の電動送風機。
3. 前記ブラケットは、前記出力軸を中心とする円形に形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電動送風機。
4. 前記ブラケットには開口部が形成されており、該開口部に対向する位置には前記制御基板が配置されることを特徴とする請求項２又は３に記載の電動送風機。
5. 前記ステータ用吸気口は、前記ロータ用吸気口より開口面積が大きいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電動送風機。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の電動送風機を有する掃除機。

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