JP2013029034A - 電動送風機ならびに電気掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】送風の圧損を低減し、効率良くブラシレスモータを冷却して小型にした電動送風機を提供する。
【解決手段】インペラ９から吐出されエアガイド１０に導かれた気流を、外筒１３とフレーム５との間に構成した通風路１４に流し、フレーム５の外周に固定子コア４が接する位置に回転軸２の方向に対し固定子コア４の回転軸２の方向の長さ以下とした穴１５を複数個設け、この穴１５から固定子コア４とフレーム５の間に設けた溝１８を通ってフレーム５の端面の穴２１へと気流の一部を導く構成とする。これにより穴２１からコアの溝１８に直接エアが接触してフレーム５の端面へと抜けるため効率良く固定子コア４を冷却することができる。また、フレーム５に沿って流れるエアの層流の一部が穴によって乱流が発生しフレーム５に接触するエアが増大し、より効率良く放熱することができるため、小型でかつ圧損を抑えた冷却構成が実現できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、家庭用電気掃除機等に使用される電動送風機に関するものである。

従来の、家庭用電気掃除機に使用される電動送風機の電動機は、ほとんどがユニバーサルモータが使われている。近年、より強い吸込み力のものや、使用性から小型・軽量の良いものが求められている。そこで、より高速回転にすることによる吸込仕事率の向上や小型・軽量を狙ってブラシレスモータを使用した電動送風機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この従来例は、図５に示す通り、回転軸１０２の先端に装着されたインペラ１０９が、回転軸１０２に装着した回転子１０１と固定子コア１０４とコイル１０３とから構成される固定子を内包するフレーム１０５とフレーム１０５と回転軸１０２を回転自在に連接する軸受１０７、軸受１０８とからなるブラシレスモータによって回転する。複数枚のブレードを有したインペラ１０９の外周に配置されたエアガイド１１０は、インペラ１０９の回転によって送風されたエアを圧力回復させて、エアガイド１１０で内側へ大きく曲げ、ブラシレスモータの内部へと流れて固定子や回転子１０１を冷却する。

また、ブラシレスモータを使用した場合、モータの主な発熱部位は、ユニバーサルモータの電機子・固定子、整流子であるのに対して、固定子であることから、モータのフレームの外周に沿ってエアを流すことにより、送風による圧損の低減をする提案がされている（例えば、特許文献２参照）。

この従来例は、図６に示す通り、回転軸１０２の先端に装着されたインペラ１０９が、回転軸１０２に装着した回転子１０１と固定子コア１０４とコイル１０３とから構成される固定子を内包するフレーム１０５とフレーム１０５と回転軸１０２を回転自在に連接する軸受１０７、１０８とからなるブラシレスモータによって回転する。

複数枚のブレードを有したインペラ１０９の外周に配置されたエアガイド１１０は、インペラ１０９の回転によって送風されたエアを圧力回復させて、外筒１１３とフレーム１０５の間に形成した通風路１１４へと流れていく。ブラシレスモータで発生した熱の主な発生場所はコイル１０３であるが、熱はコイル１０３から固定子コア１０４、フレーム１０５を介して通風路１１４の空気へと放熱される。

特開２００３−１３５３２０号公報 特開平１１−３３６６９６号公報

しかしながら、前記従来のモータ内部にエアを通風して冷却する構成では、エアガイドの吐出口から大きくエアを曲げてモータ内部に導く必要があるので、送風の圧損を大きく生じてしまう。さらにモータ内部の隙間が小さいので、ここを通過するために更なる圧損が発生する。一方、モータのフレーム外周を沿うようにエアを流す構成では、通風路でのエアの圧損は低く抑えられるが、コイルで発生した熱はコア・フレームを介して放熱するため、小型にするほど充分な冷却が行えない。従って、放熱効率が悪いために小型化の制
約が生じてしまうという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、送風の圧損を低減し、効率良くブラシレスモータを冷却して小型にした電動送風機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の電動送風機は、回転軸を有した回転子と、複数のコイルを有した固定子と、固定子を内包し回転軸を支持する軸受を保持したフレームとにより構成されたブラシレスモータを備えるとともに、複数枚のブレードを有し、回転軸に固着されたインペラと、前記インペラの外周に配置されたエアガイドと、前記インペラおよび前記エアガイドを内包し、中央部に吸気口を配置し、少なくとも前記フレームまたは前記エアガイドの一部に固定されたファンケースと、前記ファンケースと接続された外筒接続部と前記フレームの外側に設けた外筒とからなる外筒部とを備え、前記インペラによって発生させ、前記エアガイドに導かれた空気を前記フレーム外周に沿って流す通路を前記外筒と前記フレーム間に構成し、前記フレームの外周に前記固定子のコアが接する位置に前記回転軸方向に対しコアの回転軸方向の長さ以下とした穴を複数個設け、前記固定子のコアは、前記コアの内径側へ突出しているティースの半径方向の延長線になるコア外周面に溝を設け、前記溝は回転軸方向へ前記コアの両側の端面に連通して前記フレームの外周の穴と連通するように構成し、前記フレームの両端面において前記インペラ側のフレーム端面と対向する側のフレーム端面に少なくとも一つ以上の通風孔を設けたものである。
これにより、フレームに沿って流れるエアの層流の一部がフレームの外周に設けた穴によって乱流が発生しフレームに接触するエアが増大する。さらにこの穴からコア外周面の溝とフレームの間に構成される通路へと空気が入り、フレーム端面の通風孔へと抜ける。これらによって効率良く放熱することができるため、小型でかつ圧損を抑えた冷却構成が実現できる。

本発明の電動送風機は、フレーム外周を流れるエアの圧損を抑えながら、エアへ伝達する熱量が増えるので効率良く冷却できるため、送風の効率の低下を抑えながら小型化することができる。

本発明の実施の形態１における電動送風機の側方一部断面図 同、電動送風機のエアガイドとインペラ部を示す平面図 本発明の実施の形態２における電動送風機の側方一部断面図 本発明の実施の形態２におけるブラシレスモータ部の横断面図 従来のモータ内部に空気を通して冷却する電動送風機の側方一部断面図 従来のモータ外周に空気を通して冷却する電動送風機の側方一部断面図

第１の発明は、回転軸を有した回転子と、複数のコイルを有した固定子と、固定子を内包し回転軸を支持する軸受を保持したフレームとにより構成されたブラシレスモータを備えるとともに、複数枚のブレードを有し、回転軸に固着されたインペラと、前記インペラの外周に配置されたエアガイドと、前記インペラおよび前記エアガイドを内包し、中央部に吸気口を配置し、少なくとも前記フレームまたは前記エアガイドの一部に固定されたファンケースと、前記ファンケースと接続された外筒接続部と前記フレームの外側に設けた外筒とからなる外筒部とを備え、前記インペラによって発生させ、前記エアガイドに導かれた空気を前記フレーム外周に沿って流す通路を前記外筒と前記フレーム間に構成し、前記フレームの外周に前記固定子のコアが接する位置に前記回転軸方向に対しコアの回転軸
方向の長さ以下とした穴を複数個設け、前記固定子のコアは、前記コアの内径側へ突出しているティースの半径方向の延長線になるコア外周面に溝を設け、前記溝は回転軸方向へ前記コアの両側の端面に連通して前記フレームの外周の穴と連通するように構成し、前記フレームの両端面において前記インペラ側のフレーム端面と対向する側のフレーム端面に少なくとも一つ以上の通風孔を設けたものである。
そしてこの構成により、フレームに沿って流れるエアの層流の一部がフレームの外周に設けた穴によって乱流が発生しフレームに接触するエアが増大する。さらにこの穴からコア外周面の溝とフレームの間に構成される通路へと空気が入り、フレーム端面の通風孔へと抜ける。これらによって効率良く放熱することができるため、小型でかつ圧損を抑えた冷却構成が実現できる。

第２の発明は、特に、第１の発明の前記フレーム端面に設けた前記通風孔は、前記回転軸側のエッジ位置が前記固定子のコイルエンドの内径位置以内とすることにより、コア外周面の溝を通ってきた気流が、コイルエンドの山を乗り越えるようにしてフレーム端面の通風孔へと抜ける成分が生まれる。コイルエンドの高い部分から回転軸側に乱流が発生してコイルエンドと空気の接触機会が増大する。こうすることで、コイルエンドと接触する空気の量を増やすことができるので、より効率良く冷却することができる。

第３の発明は、特に、第１の発明の前記フレーム端面に設けた前記通風孔は、前記フレーム外周面側のエッジ位置が前記固定子のコイルエンドの外径位置以内となるように構成することにより、コア外周面の溝を通ってきた気流が、コイルエンドの山を乗り越えるようにしてフレーム端面の通風孔へと抜ける。こうすることで、コイルエンドに接触せずにフレーム端面へと抜ける成分を低減するので、より効率良く冷却することができる。

第４の発明は、特に、第１の発明の前記フレーム外周の前記穴の形状は、前記エアガイドからの旋回気流の流れに沿う方向の長穴としたことにより、穴の段差が旋回気流を妨げない部位が多くとることができるので放熱の表面積を増大させて放熱性能を向上させ、かつ旋回気流を妨げず通気圧損を抑えることができる。従って、通気圧損の増加を一層抑えながら効率良く冷却することが実現できる。

第５の発明は、特に、第１の発明の前記フレーム外周の前記穴は千鳥状の配置になるように構成したため、冷却に寄与する穴を均一に配置することになるので冷却のムラができずに効率の良い冷却が実現できる。

第６の発明は、特に、第１の発明の前記フレーム外周の穴を切り起こして曲げて形成したフィンを有する構成とし、前記フィンは前記エアガイドからの旋回気流の流れに沿う方向になるように構成したことにより、フレームの放熱面積が格段に増加し、通風路を流れる旋回気流の妨げを最小限にすることができるので、通気圧損の増大を抑えながら効率の良い冷却が実現できる。

第７の発明は、特に、第１の発明の前記フレームの外周に前記固定子のコイルエンドが露出する位置に通風孔を複数個設けたものである。この構成により、フレーム外周の通風孔からエアガイドからの旋回気流を直接コイルエンドに接触させて冷却することができるので、一層効率のよい冷却が実現できる。

第８の発明は、特に、第１〜７のいずれか１つの発明の電動送風機を電気掃除機に搭載することにより、小型・軽量で吸込仕事率が高い電気掃除機が実現できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における電動送風機の側方一部断面図を示すものである。
図１において、１は回転子で、回転子１は回転軸２を中心に配置しており、回転子１の外周側にコイル３と固定子コア４を有する固定子が配置され固定子コア４はフレーム５に固着されており、このフレーム５とフレーム５に連接したブラケット６とで軸受７、軸受８を保持して回転軸２を回転自在に支持している。回転軸２の先端にはインペラ９を連結され、インペラ９の外周にエアガイド１０が配置され、複数チャンネルの独立したディフューザで構成され、インペラ９から排出された空気を徐々に減速し、圧力回復を行っている。

ファンケース１１は中央部に空気を流入するための吸気口を有し、吸気口には樹脂製リング１２が配置されており、インペラ９との隙間を最小限にして空気の漏れを防いでいる。

フレーム５の外周側にエアガイド１０に連接された外筒１３が設けられ、フレーム５との間に通風路１４を形成している。インペラ９から吐出された気流はエアガイド１０を通って通風路１４へと導かれる。

固定子コア４の外周側のフレーム５に穴１５を複数個設けている。穴１５は固定子コア４の回転軸方向の長さよりも小さくしているので、固定子コア４とフレーム５を焼バメによる固着のときのフレーム剛性と寸法精度を確保できる。通風路１４を通る気流のうち、フレーム５に沿って流れるものの一部は穴１５による凹凸形状のために層流から乱流となる。これにより、フレーム５もしくは固定子コア４に接触する気流が増大するので、冷却効率が高まる。また、通風路１４を流れる気流を大きく遮ることがないので、圧損の大きな増大を抑えることができる。

図２は、本発明の実施の形態１における電動送風機のエアガイドおよびインペラ部を示す平面図である。
図２において、回転軸２に装着された複数枚のブレードを有したインペラ９から外周に向かって吐出された気流は、エアガイド１０で徐々に圧力回復された後、外筒１３の内側の通風路１４へと旋回気流となって送られる。それゆえ、フレーム５の穴１５は旋回気流の方向に沿って長手形状、例えば長丸四角や楕円などの形状とすると、穴の段差による放熱面積の増加分に対して、旋回気流の圧損になりやすい旋回気流に直交する向きの段差の割合を小さくできるので、圧損の増大以上に冷却効果を高めることができる。
さらに穴１５を旋回気流の向きに沿って千鳥状に配置することで、均一に冷却しやすくなるので冷却効率を高めることができる。

また、エアガイド１０を通る気流を徐々に変化させるように外筒１３のエアガイド１０の外周側の内側の角を曲面にするとすることで、圧損を低減することができる。

さらに、エアガイド１０と外筒１３で形成される気流を吐出する部分の空間において、角が曲線であり徐々に広がる形状とすることで、圧損を低減することができる。

また、エアガイド１０と外筒１３で形成される気流を吐出する部分の空間において、エアガイド１０の吐出する面の向きがフレーム５に交わる方向とすることで、多くの気流をフレーム５に接触させて効率良く冷却することができる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の第２の実施の形態における電動送風機の一部破断正面図を示すものである。
図３において、１は回転子で、回転子１は回転軸２を中心に配置しており、回転子１の外周側にコイル３と固定子コア４を有する固定子が配置され固定子コア４はフレーム５に固着されており、このフレーム５とフレーム５に連接したブラケット６とで軸受７、８を保持して回転軸２を回転自在に支持している。

回転軸２の先端にはインペラ９が連結され、インペラ９の外周にエアガイド１０が配置され、複数チャンネルの独立したディフューザで構成され、インペラ９から排出された空気を徐々に減速し、圧力回復を行っている。ファンケース１１は中央部に空気を流入するための吸気口を有し、吸気口には樹脂製リング１２が配置されており、インペラ９との隙間を最小限にして空気の漏れを防いでいる。

フレーム５の外周側には、エアガイド１０に連接された外筒１３が設けられ、外筒１３の内側に吸音材１７が設けられ、外筒１３と吸音材１７とフレーム５との間に通風路１４を形成している。吸音材１７は通風路１４と比べて送風の圧損が非常に大きいので吸音材１７を空気が通り抜けることはほとんど無い。

インペラ９から吐出された気流は、実施の形態１の図２と同様に、エアガイド１０を通って通風路１４へと旋回気流として吐出される。固定子コア４の外周側のフレーム５に穴１５を複数個設けており、穴１５はフレーム５を切り起こして形成したフィン１６を有している。

また、穴１５は固定子コア４の回転軸方向の長さよりも小さくしているので、固定子コア４とフレーム５を焼バメによる固着のときのフレーム剛性と寸法精度を確保できる。さらに穴１５とフィン１６は通風路１４を通る旋回気流に沿った方向に千鳥状に配置されているので、フィン１６は旋回気流を妨げずに冷却機能を発揮するので圧損を抑えながら効率良く冷却することができる。さらに、千鳥状の配置で均一に冷却しやすくなるので冷却効率を高めることができる。

一方、通風路１４は吸音材１７によってフレーム５側に気流を集めるように導かれるので、騒音の減衰とともに冷却に寄与する空気の量を増加させることができる。

また、フレーム５に固定子のコイル３のコイルエンドが露出する位置に通風孔１９，通風孔２０を設けたことにより、気流がコイル３に直接接触するので一層、効率良く冷却することが可能となる。通風孔１９、通風孔２０を通る気流の一部はモータ内部を通るので、より冷却効果を高めることが可能となる。

図４は、本発明の実施の形態２におけるブラシレスモータ部の断面図である。図４において回転軸２に回転子１が回転自在に装着され、その外周にコイル３と固定子コア４を有する固定子がフレーム５に内包されて配置されている。固定子コア４は内径側に突出したティース２２を有しており、ティース２２にコイル３が巻回されている。フレーム５には穴１５が設けられている。

ティース２２の半径方向の延長線になる固定子コア４の外周面に溝１８を設け、溝１８は回転軸方向へ固定子コア４の両側の端面に連通するように構成しており、フレーム５の穴１５の位置に合うように配置されている。溝１８は固定子コア４の内部を流れる磁束を妨げることが無い。この溝１８が穴１５の位置と合わせているので、穴１５での放熱面積が増大するとともに、気流の一部が溝１８を通ることで冷却効率を高めることが可能となっている。

以上のように、本発明にかかる電動送風機は、フレーム外周を流れるエアの圧損を抑えながら、エアへ伝達する熱量が増えるので効率良く冷却できるため、送風の効率の低下を抑えながら小型化することが可能となるので、小型・軽量で送風効率が高い電動送風機を実現できる。この電動送風機を用いて、小型・軽量で吸込仕事率の高く使い勝手の良い電気掃除機を実現することができる。

１ 回転子
２ 回転軸
３ コイル
４ 固定子コア
５ フレーム
６ ブラケット
７ 軸受
８ 軸受
９ インペラ
１０ エアガイド
１１ ファンケース
１２ 樹脂製リング
１３ 外筒
１４ 通風路
１５ 穴
１６ フィン
１７ 吸音材
１８ 溝
１９ 通風孔
２０ 通風孔
２１ 穴
２２ ティース
１０１ 回転子
１０２ 回転軸
１０３ コイル
１０４ 固定子コア
１０５ フレーム
１０７ 軸受
１０８ 軸受
１０９ インペラ
１１０ エアガイド
１１３ 外筒
１１４ 通風路

Claims (8)

1. 回転軸を有した回転子と、
   複数のコイルを有した固定子と、
   固定子を内包し回転軸を支持する軸受を保持したフレームとにより構成されたブラシレスモータを備えるとともに、
   複数枚のブレードを有し、回転軸に固着されたインペラと、
   前記インペラの外周に配置されたエアガイドと、
   前記インペラおよび前記エアガイドを内包し、中央部に吸気口を配置し、少なくとも前記フレームまたは前記エアガイドの一部に固定されたファンケースと、
   前記ファンケースと接続された外筒接続部と前記フレームの外側に設けた外筒とからなる外筒部とを備え、
   前記インペラによって発生させ、前記エアガイドに導かれた空気を前記フレーム外周に沿って流す通路を前記外筒と前記フレーム間に構成し、
   前記フレームの外周に前記固定子のコアが接する位置に前記回転軸方向に対しコアの回転軸方向の長さ以下とした穴を複数個設け、
   前記固定子のコアは、前記コアの内径側へ突出しているティースの半径方向の延長線になるコア外周面に溝を設け、
   前記溝は回転軸方向へ前記コアの両側の端面に連通して前記フレームの外周の穴と連通するように構成し、
   前記フレームの両端面において前記インペラ側のフレーム端面と対向する側のフレーム端面に少なくとも一つ以上の通風孔を設けた電動送風機。
2. 前記フレーム端面に設けた前記通風孔は、前記回転軸側のエッジ位置が前記固定子のコイルエンドの内径位置以内であることとした請求項１に記載の電動送風機。
3. 前記フレーム端面に設けた前記通風孔は、前記フレーム外周面側のエッジ位置が前記固定子のコイルエンドの外径位置以内であることとした請求項１に記載の電動送風機。
4. 前記フレーム外周の前記穴の形状は、前記エアガイドからの旋回気流の流れに沿う方向の長穴とした請求項１に記載の電動送風機。
5. 前記フレーム外周の前記穴は千鳥状の配置になるように構成した請求項１に記載の電動送風機。
6. 前記フレーム外周の穴を切り起こして形成したフィンを有する構成とし、前記フィンは前記エアガイドからの旋回気流の流れに沿う方向になるように構成した請求項１に記載の電動送風機。
7. 前記フレームの外周に前記固定子のコイルエンドが露出する位置に通風孔を複数個設けた請求項１に記載の電動送風機。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の電動送風機を搭載した電気掃除機。