本発明の実施例に係る電動送風機200について、図1aに示す電動送風機の外観図と、図1bに示す電動送風機の縦断面図、図1cに示す円環流路部の模式図を参照して説明する。この電動送風機200は、ロータ組立体の一部を含む送風機部201と、電動機部202とに大別される。
ロータ組立体は、遠心羽根車1、回転軸7、ロータコア9、軸受12,13、軸受覆い部材50によって構成されており、ハウジング8の軸受カバー15に内挿されている。
送風機部201は、回転翼である遠心羽根車1と、遠心羽根車1を収納する樹脂製のファンケーシング3で構成される。ハウジング8の内面と円板状の仕切板2の外径で電動機部202に空気を流入させる円環状の流路4(図1c斜線部)が形成されている。遠心羽根車1とファンケーシング3の内周間で羽根無しディフューザを形成している。
遠心羽根車1は熱可塑性樹脂製で、回転軸7の一端に直結されている。 回転軸7の他端にはロータコア9が固定されており、遠心羽根車1及びロータコア9は、回転軸7の回転に伴い回転する。ロータコア9としては、永久磁石等の磁性体を適用できる。
ハウジング8にはステータコア10が固定されている。ステータコア10の周りには、ステータ巻線11が巻かれ、一緒になって相巻線を形成する。相巻線は、電動送風機200に備わる駆動用回路(図9、図11参照)に電気的に接続される。
ロータ組立体のうち、遠心羽根車1とロータコア9との間の回転軸7まわりには、軸受12,13と、軸受12,13を覆う軸受覆い部材50が設けられている。軸受覆い部材50は、遠心羽根車1側とロータコア9側の間に圧縮ばね14を有しており、特に、ロータコア9側の部分がロータコア9に向けて付勢されている。このロータコア9側の部分には、回転軸7の径方向に付勢されている係止爪部51aが設けられており、ロータコア9側の部分から径方向に突出している。本実施例では係止爪部51aは、ロータコア9側の部分の領域に、周方向に略120°間隔で3つが設けられている。係止爪部51aは、ロータ組立体を内挿する空間を形成する軸受カバー15の外端に係止する。軸受カバー15は、略円筒状の空間を形成する無底筒状の部材である。なお、ロータコア9及び軸覆い部材50の径方向寸法は略同一であり、ともに軸受カバー15の形成する空間を通過できる。但し、係止爪部51aは、この空間に摺接し、付勢力に抗した変位状態になる。
軸受覆い部材50は、合成樹脂製である。軸受覆い部材50のうち、圧縮ばね14よりロータコア9側の部分には、係止爪部51aが設けられている。一方、軸受カバー15のうち、回転軸7を内挿する空間を形成する部分の内壁には、係止爪部51aに対応するように凹条(不図示)が軸方向に沿って形成されている。本実施例では、周方向に略120°間隔で3つの凹条が設けられている。
また、軸受カバー15の端部のうち、ロータコア9側の端部には、遠心羽根車1側に凹む形状の係止凹部15aが設けられている。軸受カバー15内の筒状空間の内壁に摺接しながら通過した係止爪部51aは、この空間を通過し終えると再び付勢力によって径方向外側に突出する。すると、この係止凹部15aに係止されることになる。係止爪部51aは、ロータコア9側から遠心羽根車1側に向かうにつれて突出量が大きくなるテーパ状(矢じり状)である。なお、係止爪部51aの付勢力は、例えば、係止爪部51aの根元を含む部分を樹脂等で形成し、樹脂材料の弾性力によって実現することができる。
このように、係止爪部51aが軸受カバー15のロータコア9側端部に係止されることで、ロータ組立体は、遠心羽根車1側への変位を規制される。ロータ組立体は、高速回転時に、遠心羽根車1の気流によって、遠心羽根車1側への力を受けることになるが、このような構成を有することで、この力に起因するロータの軸方向Gのガタつきを低減でき、音や振動を低減できる。また、高速回転時の機械損も低減することができる。更に、一度組付けた後に軸方向及び回転方向のずれを低減することができるため、作業性の更なる向上も図ることができる。
なお、軸受覆い部材50自体は、回転軸7に対して、軸受12,13を介して取付けられているため、軸受覆い部材50がこのように固定されても回転軸7の回転を規制することは抑制される。
ハウジング8は合成樹脂製であり、ロータ組立体の回転軸7が内挿される円筒状空間を形成する軸受カバー15と、支持部16を有している。軸受カバー15は非磁性金属材料製で、樹脂製ハウジング8とインサート成形によって一体化される。なお、軸受カバー15はアルミニウム合金などの熱伝導率の高い材料が望ましい。
また、回転軸7の軸方向Gについて、ロータコア9の磁気センタL1は、ステータコア10の磁気センタL2よりも遠心羽根車1側に位置する。磁気センタL1は、ロータコア9の軸方向Gの中心であり、磁気センタL2は、ステータコア10の軸方向Gの中心である。これによって、ロータコア9をステータコア10側に引っ張る力(スラスト方向の力F2)が作用し、これにより高速回転時にロータの軸方向Gのガタつきを低減することが可能となり音や振動を低減できる。また、遠心羽根車1の高速回転時には、ロータ組立体が、遠心羽根車1側へ引っ張られる力が発生する。この力と、磁気センタをずらすことで発生する力が逆方向となるため、高速回転時の機械損が減り高効率化を図ることができる。つまり、送風機部201の回転により発生する垂力F1よりも、磁気中心のずれにより発生する垂直方向の力F2の方が大きいことにより、高速回転時の機械損が減り高効率化を図ることができる。更に、組立時、ロータ組立体230を軸受けカバー15内へ挿入する際、ステータコア10側へと向かう力が発生するため作業性の向上を図ることができる。
樹脂製ハウジング8の支持部16の端部には、回転軸方向に延在するねじ穴17が形成されている。ねじ穴17には固定ねじ18が螺合可能で、固定ねじ18の螺合によって仕切板2が樹脂製ハウジング8に固定設置されている。
ハウジング8の半径方向内周面と仕切板2の外周面との間で、円環流路4を形成している。仕切板2を遠心羽根車1の裏面である電動機部202側に設置することで、遠心羽根車1による電動機部202内の空気流れの乱れを抑制することで電動機部202の流路損失の増加を抑え、また遠心羽根車1の円板摩擦損失を低減することができる。
本実施形態例では、遠心羽根車1の外径と仕切板2の外径を同じにしているが、仕切板2の外径を遠心羽根車1の外径よりも大きくすることで、仕切板2とファンケーシング3間で羽根無しディフューザとして効果が増加するため、送風機効率を向上させることができる。
ハウジング8には、ハウジング8内に空気が流れ込むように開口19と、電動送風機200の外部に空気を排出する排気口20が設けられている。ハウジング8の端部に配置されるステータコア10は、固定ねじ21によってハウジング8に固定されている。
円環流路4(図1cの斜線部)の面積は、ファンケーシング3の開口部6の面積よりも大きくなるように仕切板2の外径を設定している。円還流路4は、仕切板2の外周面からハウジング8の内周面までの部分(図1cの斜線部)であり、円還流路4の面積はその部分の面積である。ファンケーシング3の開口部6の面積は、開口端部6aから開口端部6bまでの略弧状の部分の面積である。
これにより、ファンケーシング3の開口部6から流出する空気量よりも円環流路4に流れる空気量を多くすることができ、電動機202部を冷却することができる。また、遠心羽根車1から流出した空気の一部をファンケーシング3の開口部6から排出しているため、円環流路4に流入する空気の量が少なくなり、円環流路4での流速の増加を抑えることができる。さらに、遠心羽根車1から流出した空気は、円環流路4で回転軸方向に曲げられるが、円環流路4の面積を大きくしているため、円環流路部での損失を低減することができる。このように、ファンケーシング3の小型化と、円環流路部での損失増加の抑制を両立できる。
次に、電動送風機200内における空気の流れを説明する。電動機部202を駆動して回転翼である遠心羽根車1を回転させると、ファンケーシング3の空気吸込口5から空気が流入し、遠心羽根車1内に流入する。流入した空気は遠心羽根車1内で昇圧及び増速され、遠心羽根車1の外周から流出される。遠心羽根車1とファンケーシング3の内周間は、羽根無しディフューザとして作用する。遠心羽根車1から流出した空気流の一部は、ファンケーシング3の開口部6から外部に流出し、残りの空気流はファンケーシング3の内周面と仕切板2の外周面で形成される円環流路4から電動機部202に流入する。
電動機部202に流入した空気は、ハウジング8の開口19からハウジング8内部に流入する。この流入空気により軸受カバー15が冷却され、軸受カバー15を介して軸受12、13が冷却され、また一部の空気はロータコア9、ステータコア10、ステータ巻線11を冷却して外部へ排出する。これによって、ハウジング8内の電動機部202が冷却される。ハウジング8に流入した空気流の一部は、ロータコア9、ステータコア10、ステータ巻線11を冷却せずにハウジング8の排気口20から外部へ排出する。これにより、電動機部202での曲がり損失が低減でき、電動送風機効率が向上する。
ファンケーシング3の端部には突起22が設けられ、ファンケーシング3をハウジング8に固定する取付穴23が設けられている。ハウジング8の送風機部201側の端部には爪状突起24が設けられ、ファンケーシング3の取付穴23と、嵌合接続される。
次に、本実施の形態例の送風機部201を図2から図5を用い説明する。図2aは本発明による一実施例の遠心羽根車の斜視図で、図2bは遠心羽根車の断面図、図3aは本発明によるファンケーシング3の斜視図で、図3bは縦断面図、図3cは図3bのD−D線での断面図でファンケーシング3の外周部形状を示す説明図、図4は本発明の実施形態例における他のファンケーシング3の外観図、図5aは本発明の一実施例における送風機部の流れを示す説明図で、送風機部の拡大断面図、図5bは本発明の一実施例における送風機部の流れを示す説明図で、図1aの電動送風機のE−E線での断面図である。
先ず図2を用い、本発明に係る一実施例における回転翼である遠心羽根車1について説明する。本発明に係る一実施例の遠心羽根車1は、シュラウド板25と、ハブ板26と複数枚の羽根27から構成されている。ハブ板26と羽根27は熱可塑性樹脂で一体成形されている。熱可塑性樹脂製のシュラウド板25は、中央部に空気を吸い込む円環状の吸込開口28が形成されている。
シュラウド板25の流路面側には、羽根27と対応する位置に凹状溝29が形成され、外径側まで延設されている。ハブ板26の中央には、凸形状のボス30が形成されている。ボス30には回転軸7が挿入固定させるカラー31が一体成形されている。カラー31の先端は6角形の形状としている。これにより、各部品を組み立て電動送風機200とした時に遠心羽根車1を手や工具を用い、簡単に回転させることができ、回転の初期異常の有無などの検査を行える。
なお、本実施例ではハブ板26とカラー31を一体成形としているが、これに囚われることがなく、ハブ板26とカラー31を圧入固定してしても良い。また、カラー31の端部は6角形の形状としているが、これに囚われることはなく、2面形状や、円筒形状としても良い。
ハブ板26と一体成形されている羽根27は周方向に等間隔で設置されており、内径側から径方向外側に向かうにつれ、回転方向に後退した羽根形状を有する。ボス30は軸方向から径方向に向かうように曲面が形成されている。羽根27の上面には突起状の爪と溶着用のリブが形成されている。羽根27の突起状の爪とシュラウド板25の凹状溝29と羽根27を係合させ、爪及び溶着リブを溶着加工により接合することで遠心羽根車1が形成される。
溶着リブは凹状溝29内で溶融するため、溶着リブの体積を凹部溝29に羽根27が挿入された際の隙間の体積よりも小さくしている。つまり、溶融した樹脂材が遠心羽根車1の流路内にはみ出すことを抑制できる。また、羽根27の溶着リブが溶融し、シュラウド板25と溶着されているため、羽根27間での漏れ流れを防止することができる。
なお、ハブ板26の羽根27の裏面側の外周には凸部26aが設けられており、遠心羽根車1を回転させて凸部26aを削ることで、バランス修正を行うことができる。これにより、遠心羽根車1のアンバランス量を小さくでき、振動や騒音の低減を図ることができる。
次に図3を用い、本発明に係る一実施例のファンケーシング3について説明する。本発明に係る一実施例におけるファンケーシング3は、回転翼である遠心羽根車1を外方から覆っており、平面視で円形状の上板部32と、上板部32の周縁部に連続して軸方向に延在する曲面部33を有し、曲面部33から延在する略円環状の外周部34とを備えている。外周部34には開口部6が設けられている。
ファンケーシング3の外周部34の内径は、開口部6の端部である開口端部6aと6bの幅方向に広い側の中央と中心を結ぶ線を延長し、ファンケーシング3と交わる点Aと起点として、点Aから開口端部6aまでの範囲Bのファンケーシング3の内半径r1は同じであるが、点Aから開口部6の端部である開口端部6bまでの範囲Cのファンケーシング3の内半径r2は徐々に大きくなっている。すなわち、ファンケーシング3の内半径はr1<r2となっている。ファンケーシング3の内径を点Aから開口端部6bに向かって半径r2を徐々に大きくしている。なお、開口部6の幅方向の中央とは、開口端部6aと開口部6の幅方向の中央とのなす角度を6c、開口端部6bと幅方向の中央とのなす角度を6dとすると、角度6c=角度6dとなる点が幅方向の中央である。なお、本実施例では、開口端部6aと開口端部6bは回転軸7に平行に設けられているため、開口端部6aと6bの幅は同じである。
このように、遠心羽根車1とファンケーシング3の内周面で形成している羽根無しディフューザ部で、遠心羽根車から流出した空気の速度を低下させることができるので、運動エネルギーを圧力エネルギーに変換でき、送風機効率を向上させることができる。また、羽根無しディフューザのため、広い風量範囲で高い効率を得ることができる。さらに半径r2を徐々に大きくしているが、開口部6の幅方向の中央の直径は小さいため、小型化と高効率化の両立を図ることができる。
本実施例では開口部6は外周部34の全周の略1/6の範囲が開口している。この開口部6の面積は、ハウジング8の内面と仕切板2の外周との間で形成される円環流路4の面積よりも小さくなるように開口部6の面積を設定している。これにより、ファンケーシング3の開口部6から流出する空気量よりも円環流路4に流れる空気の量を多くすることができ、電動機202部を十分に冷却することができ、さらに開口部6から遠心羽根車1から流出した空気の一部を排出しているため、円環流路4での流速の増加、すなわち円環流路部での損失が増加するのを抑制することができ送風機効率を向上させることができる。
遠心羽根車1が回転することで、翼通過周波数騒音(回転周波数×インペラ羽根枚数)や、空気が流れることにより発生する流体騒音は、開口部6から放出する。本実施例での開口部6は、外周部34の全周の略1/6としているため、電気掃除機に搭載した場合、一方向からの放射音について静音構造をとることができる。すなわち、電気掃除機本体での吸音材などを少なくすることができ、電気掃除機の低コスト化につながる。さらに、開口部6の幅方向中央の直径は小さいため、電気掃除機の小型化につながる。
ファンケーシング3の上板部32と反対側の外周部34の端部には突起22が設けられ、ファンケーシング3をハウジング8に固定する取付穴23が設けられている。ファンケーシング3の上板部32の中央に空気吸込口5が設けられている。空気吸込口5よりも外径側には凹部35が設けられ、凹部35内に遠心羽根車1の吸込開口28が配置される。ファンケーシング3と遠心羽根車1の吸込開口28の先端は小さな隙間を有するように遠心羽根車1が配置され、遠心羽根車1で昇圧された空気が遠心羽根車1の吸込開口28側へ循環する空気量を小さくする構造を有している。なお、凹部35内にシール部材を配設することで、シール効果を高めることができ、送風機効率をさらに向上させることができる。
本実施例では、ファンケーシング3に設けた開口部6の開口端部6a、6bは、回転軸7と平行に形成されているが、図4に示すように、ファンケーシング3のハウジング8側の開口端部6bを幅方向に広げ、側面方向から見て回転軸7に対して斜めに形成することによって、遠心羽根車1の羽根27と開口端部6bの干渉によって発生する翼通過周波数騒音の位相差を生じさせることができるため、幅広い回転数範囲で翼通過周波数騒音を低減することができ、電気掃除機の低騒音化が図られる。なお、図4に示すファンケーシング3は、開口端部6bを幅方向に広げているが、開口端部6a側、または開放端部6aと開放端部6bの両側を幅方向に広げても同様の効果が得られる。
次に図5を用い、本発明に係る第1の実施形形態例の送風機部の流れを説明する。電動機を駆動して回転翼である遠心羽根車1を回転させるとファンケーシング3の空気吸込口5から遠心羽根車1に流入する。遠心羽根車1に流入した空気は、流入流れ36のように回転軸7の方向から流入し、半径方向流れに転向する。以下、空気吸込口5から回転軸7の方向への流れを軸方向流れと呼ぶ。なお、遠心羽根車1内で昇圧及び増速された排気流は、遠心羽根車1から流出流れ37となる。
流出流れ37は旋回方向の流れ成分を有しており、ファンケーシング3の内面に当たって、旋回しながら軸方向流れに転向し、ハウジング8の内面と仕切板2の外周で形成される円環流路4からハウジング8に流入する。ファンケーシング3は曲面部33を有しているため、スムーズに軸方向流れに転向することができ、損失を小さくすることができる。これによって、送風機効率を向上させることができる。また、羽根無しディフューザを用いているため、設計点風量以外の広い風量域で高い効率を得ることができる。
また、遠心羽根車1からの流出流れ37の一部は、ファンケーシング3の開口部6から径方向に流れ外部に排気する(排気流れ38)。このように、遠心羽根車1からの流出流れ37は軸方向流れと径方向流れの排気流路構成となっている。
次に本発明の第1の実施形態例における電動機部202を図6、図7を用い説明する。図6aは本発明による一実施例のハウジングの斜視図で、図6bは背面図で、図7aは図6aのF−F線での断面図で、図7bは図6aのG−G線での断面図である。
ハウジング8は合成樹脂製であり、軸受12、13を内包する軸受カバー15を固定する支持部16を有している。支持部16は略2重円筒状を呈しており、ハウジング8の前部の内側に位置している。支持部16の内側の略円筒部16aに軸受カバー15が固定されている。
樹脂製ハウジング8の支持部16の端部には回転軸方向に延在するねじ穴17が形成されている。ねじ穴17には固定ねじ18が螺合可能で、固定ねじ18の螺合によって仕切板2がハウジング8に固定設置される。支持部16の外周部はブリッジ39によって、略円筒状のフレーム40につながれている。フレーム40のブリッジ39がある端部にはステータコア10を固定するねじ穴41が設けられている。ねじ穴41には固定ねじ21が螺合可能で、固定ねじ21の螺合によってステータコア10がハウジング8に固定設置されている。また、フレーム40における送風機部201側の端部には爪状突起24が設けられ、ファンケーシング3の取付穴23と嵌合接続される。
これにより、ファンケーシング3の回転軸7方向の位置決め精度を確保することができ、樹脂製ファンケーシング3の端部と樹脂製ハウジング8の端部で確実に嵌合保持することができる。遠心羽根車1とファンケーシング3の位置決め精度が向上することで、遠心羽根車1とファンケーシング3の凹部35の隙間のばらつきを小さくすることができ、電動送風機200の性能向上と量産時の性能のばらつきを小さくできる。また、遠心羽根車1とファンケーシング3が接触することを防げ、信頼性が高い電動送風機200を提供することができる。
ハウジング8には、ハウジング8内に空気が流れ込むようにブリッジ39間で形成される開口19と、ロータコア9、ステータコア10、ステータ巻線11を冷却せずに直接外部に空気を排出する排気口20が複数個設けている。
フレーム40の内側は傾斜部42が設けられている。ハウジング8の内面と仕切板2の外周で形成される円環流路4から流出した空気が、傾斜部42によって開口19に流入し易い構造となっており、開口19から流入した空気は、軸受カバー15に衝突する。軸受12、13で発生した熱は、非磁性金属材料で製作させている軸受カバー15に熱伝導で伝わり、軸受カバー15が冷却されることで軸受12、13が効果的に冷却される。
ハウジング8を樹脂製としても、軸受12、13で発生した熱を軸受カバー15を介して効果的に放熱させることができ、軸受12、13を効果的に冷却可能であり、信頼性が高い電動送風機200を提供することができる。さらに、ハウジング8を樹脂製としているため、軽量化が可能となり、電動送風機200を軽量化することができる。本実施例では、軸受カバー15と樹脂製ハウジング8をインサート成形で一体化しているが、樹脂製ハウジング8に軸受カバー15を圧入しても良い。
以上説明した本実施の形態例の電動送風機200によれば、ハウジング8の内面と仕切板2の外周との間の円環流路4の面積は、ファンケーシング3の開口部6の面積よりも大きくなるように仕切板2の外径を設定しているため、ファンケーシング3の開口部6から流出する空気量よりも円環流路4に流れる空気の量を多くすることができ、電動機202部を冷却することができる。また、遠心羽根車1から流出した空気の一部をファンケーシング3の開口部6から排出しているため、円環流路4に流入する空気の量が少なくなり、円環流路部での流速の増加、すなわち円環流路部での損失が増加するのを抑制することができる。さらに、仕切板2とファンケーシング3間は、羽根無しディフューザとして作用するため、広い風量範囲で送風機効率を向上させることができる。これにより、広い風量域において高効率な小型軽量の電動送風機を得ることができる。
さらに、仕切板2を遠心羽根車1の裏面の電動機部202側に設置することで、遠心羽根車1による電動機部202内の空気流れの乱れを抑制すことで電動機部202の流路損失の増加を抑え、また遠心羽根車1の円板摩擦損失を低減することができ、送風機効率を向上させることができる。
また、樹脂製ファンケーシング3端部の取付穴23と、樹脂製ハウジング8の爪状突起24を嵌合接続させることで、ファンケーシング3が確実に固定させることができ、ファンケーシング3の軸方向の位置決め精度を確保することができる。これにより、遠心羽根車1とファンケーシング3の凹部35の隙間のばらつきを小さくすることができ、電動送風機200の性能ばらつきを小さくできる。また、遠心羽根車1とファンケーシング3が接触することを防ぎ、信頼性が高い電動送風機200を得ることができる。
さらに、ファンケーシング3、ハウジング8、遠心羽根車1を樹脂製としているため、電動送風機200を軽量化することができる。
次に図8及び図9により、本発明の一実施例に係る電動送風機200を搭載したスティックタイプの電気掃除機300ついて説明する。図8に本実施例の電動送風機が適用される電気掃除機の斜視図を示す。図8に示すように、掃除機本体100は塵埃を集塵する集塵室101及び集塵するのに必要な吸込気流を発生させる電動送風機200(図9)を収納する。102は掃除機本体100を取り付ける保持部、103は保持部102の一端部に設けたグリップ部、104はグリップ部に設けられた電動送風機200の入切を行うスイッチ部である。保持部102の他端部には吸口体105が取り付けられ、掃除機本体100と吸口体105は接続部106で繋がれている。107は電池ユニット108(図9)を充電する充電台である。
以上の構成において、グリップ部103のスイッチ部104を操作すると、掃除機本体100に収納された電動送風機200が運転し、吸込気流を発生させる。そして、吸口体105から塵埃を吸込み、接続部106を通して掃除機本体100の集塵室101に集塵する。
次に、図9に示すスティックタイプの電気掃除機300を模式的に示した断面図を用いて、掃除機本体100について説明する。掃除機本体100の内部には、吸引力を発生させる電動送風機200、電動送風機200を駆動する電池ユニット108、駆動用回路109、集塵室101が配置されている。
掃除機本体100は保持部102から取り外しハンディ掃除機として使用することができ、掃除機本体100には本体グリップ部110と吸口開口111が備えられている。112(図8)はハンディ掃除機として使用するときの電動送風機200の入切を行う本体スイッチ部である。なお、本体スイッチ112は掃除機本体100を保持部102に取り付けているときでも操作することができる。
電動送風機200のファンケーシング3に設けられた開口部6は、掃除機本体100の背面側(本体グリップ部110と反対側)になるように配置されている。床面を掃除するときなどに本体グリップ部110や、グリップ部103を手で持つと電動送風機200の開口部6は床面側に向くため、電動送風機200から発生する騒音が床面側に放出される。このため、掃除を行う使用者にとって聴感上、騒音が低減される。
本発明の電動送風機200を小型の電気掃除機に搭載することで、電気掃除機の信頼性が高く小型軽量化を行うことができ、低騒音で広い風量域において吸引力を向上させることができる。
次に図10及び図11により、本発明の一実施例に係る自走式電気掃除機400について説明する。なお、自走式電気掃除機400(図10a参照)が進行する向きのうち、サイドブラシ401を設けた側を前方、鉛直上向きを上方、駆動輪409(図10b参照)が対向する方向を左方及び右方とする。すなわち、図10及び図11に示す様に前後、上下、左右を定義する。
図10aは自走式電気掃除機400の上方からの外観斜視図であり、図10bは底面図である。図10において、自走式電気掃除機400は、上壁(及び一部の側壁)である上ケース402と、底壁(及び一部の側壁)である下ケース403と、前部に設置されるバンパ404とを含んで構成される。自走式電気掃除機400の上面には、集塵室405とこれを取り外すためのハンドル406が設けられている。上ケース402には、操作ボタン407と掃除モード等を表示する表示パネル408が配置されている。
図10bに示すように、下ケース403の中央付近の左右両側に駆動輪409と、駆動輪409を駆動するための駆動機構部410が形成されている。下ケース403の前側には、サイドブラシ401と、補助輪411が形成されている。また、下ケース403の後側には、吸口部412が形成せれている。
サイドブラシ401は、自走式電気掃除機400の本体よりも外側にある部屋の隅などの塵埃を吸口部412に導くブラシであり、その一部が平面視で自走式電気掃除機400の本体から露出している。サイドブラシ401は、平面視において120°間隔で放射状に延びる3束の刷毛を有し、下ケース403の前方左右に配置されている。サイドブラシ401は、サイドブラシモータ(図示せず)が駆動することで、サイドブラシ401が内側に向けて(図10bに付した矢印の方向)回転し、吸引部412に塵埃を掻き集めるようになっている。
補助輪411は、自走式電気掃除機400を床面から所定高さで保ちつつ自走式電気掃除機400を円滑に移動させるための補助的な車輪である。補助輪411は、自走式電気掃除機400の移動に伴い床面との間で生じる摩擦力によって従動回転するように軸支され、向きが水平方向に360°回転自在に構成されている。
下ケース403の中心より後側には、吸口部412が形成せれている。吸口部412は、吸引口413が形成されるとともに、掻取りブラシ414、回転ブラシ415を収容する部材である。掻取ブラシ414は表面の一部又は全面に植毛を備え、床面から0.5mm程度浮かせ吸口部412に支持されている。
回転ブラシ415は円筒形であり、回転ブラシモータ(図示せず)により回転可能で、かつ取り外しが可能に吸口部412に支持されている。回転ブラシ415は、複数の植毛を備えている。回転ブラシ415の植毛は、長さが異なる植毛、硬さが異なる植毛など複数種類の植毛を備え、各植毛が回転軸に対してらせん状に列をなす様に配設されている。
下ケース403の中央部には、電動送風機200(図11参照)からの排気空気の一部を外部に排気する複数の排気口416が設けられている。排気口416は吸口部412側に空気が流れるように斜めに形成され、排気口416の上側に電動送風機200(図11参照)が配置されている。電動送風機200のファンケーシング3の内径は、開口部6の幅方向中央と中心を結ぶ線を延長しファンケーシング3と交わる点Aから遠心羽根車1の回転方向に向かって徐々に大きくなるようにしているため、開口部6側のファンケーシング3の外径は小さくできる。開口部6を自走式電気掃除機400の上側、または下側に向けて電気掃除機400に実装することにより、ファンケーシング3の外径は電気掃除機400の高さ方向に広げずに実装できるので寸法の拡大を抑制することができる。
また、電動送風機200からの排気空気の一部は、制御装置421(図11)、電池ユニット419(図11)を冷却し、排気口416と、駆動機構部410から外部に排気される。
下ケースに403の前後左右4カ所に、床面用測距センサ417が設置されている。床面用測距センサ417によって階段等の大きな段差を検知することで、自走式電気掃除機400の落下(階段などからの)を防止することができる。
次に、図11に示す自走式電気掃除機400における掃除機本体を模式的に示した断面図を用いて、自走式電機掃除機本体400について説明する。自走式電機掃除機本体400の内部の略中央部には、電動送風機200(図1参照)が配置されている。電動送風機200から見て空気の流れの上流側には集塵フィルタ418、集塵室405が配置され、吸引部412に接続されている。電動送風機200の電動機側(自走式電気掃除機400の前側)には、電池ユニット419が配置され、内部に電池(2次電池)420が収納されている。電池ユニット419の上部には、制御装置421が配置されている。電池420からの電力は、電動送風機200、各センサ類、各モータ、各駆動装置、及び制御装置421に供給される。
電動送風機200のファンケーシング3に設けられた開口部6は、本体上ケース402側になるように配置されている。開口部6からの排気流が電動送風機収納ケース422を介して、排気口416から床面に排気されるようになっている。また、電動送風機200の排気口20から排気された空気は、制御装置421、電池ユニット419を冷却し、自走式電気掃除機400の排気口416や、駆動機構部410から外部に排気される。
ここで、電動送風機200の外周面には弾性体423が設置されている。電動送風機200と電動送風機収納ケース422の間に弾性体423を介在させることで、電動送風機200の振動が減衰して自走式電気掃除機400に伝わりにくくなり、振動、騒音を低減することができる。
以上の構成において、操作ボタン407を操作すると、電動送風機200が運転し、吸込気流を発生させる。そして、吸引口413から塵埃を吸込み、集塵室405に導かれ、集塵フィルタ418で塵埃が取り除かれる。塵埃が取り除かれた空気は、電動送風機200内部に入流し、電動送風機200の開口部6、排気口20などから排気される。電動送風機200から排気された空気は、電動送風機収納ケース422を介して下ケース403に設けられた排気口416や、自走式電気掃除機400の駆動機構部416から外部に排気される。
下ケース403の排気口416から排気された空気は、下ケース403に配置された吸口部412側に流れるため、サイドブラシ401で掻き集められた塵埃を吸口部412側に搬送するように作用する。そのため、自走式電気掃除機400の集塵性能が向上する。
また、下ケース403に床面に向けた排気口416を設けているため、電動送風機200から発生する騒音が床面側に放出されるので、室内に居る使用者にとって騒音を抑制できる。電動送風機200の開口部6を上ケース402側に向くように配置している場合、開口部6から放射される騒音は電動送風機収納ケース422、上ケース402との2重の壁で覆われているので、電動送風機200から放射する騒音が遮音される。また、電動送風機200の開口部6から下ケース403の排気口416までの流路長さを長くすることができるので音のエネルギーが減衰するため騒音を低減できる。
本実施形態例では、電動送風機200の開口部6を上ケース402側に向くように配置しているが、下ケース403側に配置することで、開口部6と排気口416の距離を短くして排気流路損失を抑制し、さらに吸引力を向上させることができる。また、上ケース402の上面から放射される騒音を低減することもできる。
また、電動送風機200の開口部6を電気掃除機400の上側、または下側に向けて実装することにより、自走式電気掃除機400の高さ方向の拡大を抑制できる。このため、ベッドなどの下など高さが制限されるところにも入り込むことができ、広い範囲の掃除を行うことができる。
本発明の電動送風機200を自走式の電気掃除機に搭載することで、電気掃除機の信頼性が高く小型軽量化を行うことができ、低騒音で広い風量域において吸引力を向上させることができる。
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分りやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部については、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
なお、本発明は、単層、三相どちらでも適用可能である。
なお、本発明は、自律型電気掃除機、キャニスター型電気掃除機、スティック型電気掃除機などの何れの電気掃除機の電動送風機としても適用可能である。