JP2019088190A - 電動送風機およびそれを用いた電気掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】通風損失を下げ、軸受けを十分に冷却することで高効率かつ高寿命な電動送風機およびそれを用いた電気掃除機を提供する。【解決手段】シャフトを有したロータと、コアとコイルを有したステータと、前記シャフトを回転可能にする軸受けを保持するエンドブラケットを有したモータを有した電動送風機であって、前記エンドブラケットの軸受けハウジングから外周に向かって延びたブリッジとコイルをシャフトの軸方向から見てほぼ同じ方向の位置に配置した。【選択図】 図１

Description

本発明は、電動送風機およびそれを用いた電気掃除機に関するものである。

近年、需要が急速に高まっているコードレス掃除機においては、低電圧のバッテリー駆動においても十分な出力を得るために、ブラシレスモータを用いた電動送風機が搭載されている。ブラシレスモータにおいては、冷却効果を高めるため、特許文献１，２のような構成が記載されている。

特許文献１には、モータハウジング側面に通風口を開ける冷却構造が記載されている。

特許文献２には、エンドブラケットに設けた軸方向に傾斜した開口部を設けた場合でも、開口部とコイルが径方向から見てほぼ同一の位置に配置されることが記載されている。

特開２０１３−２４１３４号公報 特開平５−２３１３９０号公報

こうした小型の高速ブラシレスモータにおいては、損失の大部分が軸受けの機械損になる。そのため、モータの内側にまで冷却風を導く必要がある一方で、従来冷却が必要であったコイルなどの冷却の必要性は低下する。

こうしたモータに上記特許文献１のようなモータハウジング側面に通風口を開ける冷却構造を採用した場合、モータ内への冷却風量が不足し、軸受けの温度上昇を招く恐れがある。

また、上記特許文献２のように、エンドブラケットに設けた軸方向に傾斜した開口部を設けた場合でも、開口部とコイルが径方向から見てほぼ同一の位置に配置されると、コイルに冷却風があたることで大きな通風損失を招く恐れがある。また、エンドブラケットに軸方向に傾斜しない開口部を設けた側の軸受けには冷却風が十分に当たらないため、片側の軸受けの温度上昇を招く恐れがある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は通風損失を下げ、軸受けを十分に冷却することで高効率かつ高寿命な電動送風機およびそれを用いた電気掃除機を提供することにある。

上記の問題を解決するために、本発明では、
シャフトを有したロータと、コアとコイルを有したステータと、前記シャフトを回転可能にする軸受けを保持するエンドブラケットを有したモータを有した電動送風機であって、前記エンドブラケットの軸受けハウジングから外周に向かって延びたブリッジとコイルをシャフトの軸方向から見てほぼ同じ方向の位置に配置したことを特徴とする。

本発明によれば、通風損失を下げ、軸受けを十分に冷却することで高効率かつ高寿命な電動送風機およびそれを用いた電気掃除機を提供することが出来る。

本発明の一実施例に係る電動送風機の断面図である。 （ａ）本発明の一実施例に係る電動機部分のみの斜視図である。（ｂ）本発明の一実施例に係る電動機部分のみの俯瞰図である。 回転数の違いによる機械損と銅損の差を示す図である。 本発明の一実施例に係る電動送風機と基板とを示す外観図である。 本発明の別実施例に係る電動送風機の断面図である。

以下に、本発明の実施の形態を示す。

図１に、本実施形態の電動送風機１の断面図を示す。電動送風機１は、コア２とコイル３を有したステータ４と、シャフト５を有するロータ６と、シャフト５を回転可能にする軸受け７を保持するエンドブラケット８を有している。シャフト５にはインペラ９が取り付けられており、エンドブラケット８の一つにはディフューザ１０が取り付けられており、ディフューザ１０のエンドブラケット８側にはリターン１１が設けられており、インペラ９とディフューザ１０を覆うようにファンケーシング１２が配置されている。また、この電動送風機１の最大回転数は７万回転以上である。

このような電動送風機１のうち、ファンケーシング１２、インペラ９、ディフューザ１０などを除いた電動機部分１７のみの斜視図および俯瞰図を図２（ａ）および（ｂ）に示す。電動機部分１７には、エンドブラケット８とコイル３とを備える。エンドブラケット８は、軸受け７を固定する軸受けハウジング１３と、その軸受けハウジング１３から外周側に伸びたブリッジ１４により構成されている。更に詳述すると、エンドブラケット８は、軸受け７を覆う軸受け覆い部分１３ａと、軸受け覆い部分１３ａの外周でディフューザ１０が取り付けられる部分であるディフューザ取り付け部分１３ｂと、ステータ４の一部を覆う反エンドブラケット１８が取り付けられる部分である反エンドブラケット取り付け部分１３ｃと、ディフューザ取り付け部分１３ｂと反エンドブラケット取り付け部分１３ｃとをつなぐブリッジ１４と、からなる。

軸受け覆い部分１３ａは、シャフト５が貫通するだけの穴を有し、軸受け７を覆うような略円筒形状である。ディフューザ取り付け部分１３ｂは、軸受け覆い部分１３ａの外周に接続される略環形状の部分である。反エンドブラケット取り付け部分１３ｃは略環形状の部分である。ブリッジ１４は、ディフューザ取り付け部分１３ｂの外周と、反エンドブラケット取り付け部分１３ｃの内周との間に設けられる。本実施形態では、ブリッジ１４は略等間隔で（略１２０°間隔で）３箇所設けられており、隣り合うブリッジ１４の間には開口部が設けられている。

コイル３は、エンドブラケット８と反エンドブラケット１８で形成される空間内に位置している。ブリッジ１４とコイル３は、シャフト５の軸方向から見た場合に、ほぼ同じ方向の位置に配置されている。

図３は、回転数の違いによる機械損と銅損の差を示す図である。特許文献２のような従来の電動送風機の回転数は５万回転以下であるため、図３に示すように、コイルで発生する銅損と軸受けで発生する機械損の割合はほぼ１対１程度であった。そのため、コイルの絶縁被覆を保護するためにコイルの冷却を十分にする必要があり、ブリッジ間の開口部にコイルを配置することで、コイルに冷却風をあてていた。このようなコイルとブリッジの配置においては、コイルの冷却は十分である一方で、通風損失が大きくなる恐れがあった。

一方、本実施形態の電動送風機１においては、回転数が７万回転以上と従来よりも高回転であるため、図３に示すように、軸受け７で発生する機械損よりもコイル３で発生する銅損の割合が小さく、コイル冷却の必要性が低下する。また、高速回転した場合にコイル３の実質抵抗が増加する場合があるが、コイル３を３本以上の多本持ちにすることで、その抵抗の増加を抑えることが出来る。このようにコイルの銅損を下げる一方で、コイル３とブリッジ１４の位置をシャフト５の軸方向から見て同じ方向の位置に配置することで、隣り合うブリッジ１４の間に形成される開口部には隣り合うコイル３で形成される空隙が配置されることになるため、通風損失が低下し、電動送風機１の効率が向上する。言い換えると、ブリッジ１４間に開口部にはコイル３が臨まないため、通風損失が低下し、電動送風機１の効率が向上する。

さらに、ブリッジ１４を軸方向に傾斜させ、その傾斜部の軸方向成分と径方向成分を比較した場合に軸方向成分の方が大きいような構造とすることで、ディフューザ１０から電動送風機１内に入る風の一部が軸受け７近くにまで直接流れ込むようになるため、軸受け７の冷却性能が向上し、電動送風機１の寿命が向上する。

さらに、ブリッジ１４を軸方向に傾斜した部分とコイル３のコア２からはみ出た部分と同程度に軸方向に伸びた部分を有する構造にすることで、ブリッジ１４間の開口部の面積を大きくする一方でブリッジ１４の強度を保つことが出来る。この時、リターン１１の高さをブリッジ１４の傾斜部の高さ以下とすることで、冷却に必要のない風をエンドブラケット８の排出口１５から排出することが可能となり、送風損失を下げることが出来る。

また、ステータ４の軸方向両側に軸受け７が配置される場合、従来のように反インペラ側の反エンドブラケット１８のブリッジが軸受けハウジングとほぼ同一平面上で構成されている場合と比較して、反インペラ側の反エンドブラケット１８のブリッジを軸方向に傾斜させることで、さらに通風損失を下げることが出来る。

図４は、本発明の一実施例に係る電動送風機と基板とを示す外観図である。また、反インペラ側の反エンドブラケット８のブリッジを軸方向に傾斜させた場合、冷却風は径方向に吐き出されるようになるため、図４に示すように、電動送風機下流に配置する制御基板１６をシャフト５と垂直な平面内に配置することで、制御基板１６の冷却に伴う通風損失を下げることが出来る。

図５に、第２の実施形態の電動送風機の断面図を示す。複数の軸受け７をステータ４のインペラ側にまとめて配置することで、エンドブラケット８が一つで済むため、低コスト化が可能となる。また、軸受けハウジング１３が軸方向に長くなるため、冷却風のあたる面積が増加し、軸受けの冷却性能が向上する。

上述の第１、第２の実施形態に記載の電動送風機を電気掃除機に用いることで、電気掃除機の高効率化や長寿命化を得ることが出来る。

１ 電動送風機
２ コア
３ コイル
４ ステータ
５ シャフト
６ ロータ
７ 軸受け
８ エンドブラケット
９ インペラ
１０ ディフューザ
１１ リターン
１２ ファンケーシング
１３ 軸受けハウジング
１３ａ 軸受け覆い部分
１３ｂ ディフューザ取り付け部分
１３ｃ 反エンドブラケット取り付け部分
１４ ブリッジ
１５ 排出口
１６ 制御基板
１７ 電動機部分
１８ 反エンドブラケット

Claims (10)

1. シャフトを有したロータと、コアとコイルを有したステータと、前記シャフトを回転可能にする軸受けを保持するエンドブラケットを有したモータを有した電動送風機であって、
   前記エンドブラケットの軸受けハウジングから外周に向かって延びたブリッジと前記コイルを前記シャフトの軸方向から見てほぼ同じ方向の位置に配置したことを特徴とする電動送風機。
   
2. 請求項１に記載された電動送風機であって、
   前記ブリッジが軸方向に傾斜しており、その傾斜部の軸方向成分は径方向成分よりも大きいことを特徴とする電動送風機。
   
3. 請求項１又は請求項２に記載された電動送風機であって、
   前記ステータの軸方向両側に配置したエンドブラケットのブリッジが、どちらも軸方向に傾斜していることを特徴とする電動送風機。
   
4. 請求項２又は請求項３に記載された電動送風機であって、
   前記ブリッジは、軸方向に傾斜した部分と軸方向にコイルエンドと同程度に伸びた部分と、を有することを特徴とする電動送風機。
   
5. 請求項２乃至請求項４の何れか１項に記載された電動送風機であって、
   前記エンドブラケットに固定されたディフューザに設けられたリターンの高さが、前記ブリッジの傾斜部の高さ以下であることを特徴とする電動送風機。
   
6. 請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載された電動送風機であって、
   回転数が７万回転以上であることを特徴とする電動送風機
   
7. 請求項６に記載された電動送風機であって、
   コイルが３本持ち以上であることを特徴とする電動送風機
   
8. 請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載された電動送風機であって、
   軸受けを前記ステータの片側に配置し、前記ブラケットを１つとしたことを特徴とする電動送風機
   
9. 請求項１乃至請求項８の何れか１項に記載された電動送風機であって、
   制御基板を軸方向とほぼ垂直な方向に配置したことを特徴とする電動送風機。
   
10. 請求項１乃至請求項９の何れか１項に記載された電動送風機を用いた電気掃除機。