WO2019171596A1 - 電動送風機および電気掃除機 - Google Patents

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WO2019171596A1
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stator
rotor
electric blower
fan
electric
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Inventor
加藤　勝英
剛 押切
諒哉 藤原
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東芝ライフスタイル株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/16—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to an electric blower having an electric motor that rotates a fan, and a vacuum cleaner including the electric blower.
  • a brushless motor includes an annular stator and a rotor disposed at the center of the stator, and both end sides of a shaft that is a rotating shaft serving as an output shaft of the rotor are rotatably held by bearings. It is configured.
  • the rotor includes a cylindrical magnet portion coaxial with the shaft. The magnet portion is located between the poles of the stator, and is configured such that the rotor rotates by repulsion / attraction between the magnetic poles sequentially formed on the poles of the stator and the magnetic poles of the magnet portion.
  • the magnet constituting the magnet part is a bonded magnet, it is necessary to enlarge the magnet part in order to obtain a sufficient magnetic force, and it is not easy to reduce the size of the magnet part.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide an electric blower that can make a bearing last longer and a vacuum cleaner equipped with the electric blower.
  • the electric blower includes a fan, an electric motor that rotates the fan, a diffuser that rectifies an airflow generated by the rotation of the fan, and a fan cover that covers the fan.
  • the electric motor includes a stator, a rotor, a bearing, a diffuser, and a fan cover.
  • the stator constitutes a fixed magnetic pole.
  • the rotor has a rotating shaft and a magnet portion made of a cylindrical sintered magnet.
  • the rotating shaft is connected to the fan.
  • the magnet portion is provided coaxially with the rotating shaft and is positioned inward of the stator, and constitutes a plurality of rotating magnetic poles.
  • the bearing has an outer diameter larger than the outer diameter of the magnet portion, and holds both ends of the rotating shaft of the rotor so as to be rotatable.
  • FIG. 1 It is sectional drawing which shows the electric blower of one Embodiment. It is a top view which shows a part of stator of an electric blower same as the above. It is a disassembled perspective view of an electric blower same as the above. It is a perspective view which cuts off some electric blowers same as the above. It is a perspective view which shows the electric vacuum cleaner provided with the electric blower same as the above.
  • the electric blower 11 indicates an electric blower.
  • the electric blower 11 includes an electric motor 13.
  • the electric blower 11 includes a centrifugal fan 14 that is a fan. Further, the electric blower 11 includes a diffuser 15 that is a rectifier (rectifier plate).
  • the electric blower 11 includes a fan cover 16. The driving of the electric blower 11 (electric motor 13) is controlled by a control circuit (not shown).
  • the electric motor 13 is a single-phase four-pole brushless motor in the present embodiment.
  • the electric motor 13 includes a rotor 21.
  • the electric motor 13 includes a stator 22. Further, the electric motor 13 includes a sensor substrate 23.
  • the electric motor 13 includes a frame 24.
  • the vertical direction and the horizontal direction shown in FIG. 4 are the vertical direction and the horizontal direction of the electric blower 11 (electric motor 13), and the axial direction of the electric blower 11 on the electric motor 13 side is the rear direction (arrows shown in FIG. RR side) and centrifugal fan 14 side will be described as the forward direction (arrow FR side shown in FIG. 4 and the like).
  • the rotor 21 forms a rotating magnetic pole.
  • the rotor 21 is a permanent magnet type rotor in this embodiment.
  • the rotor 21 includes a shaft 26.
  • the rotor 21 includes a magnet portion 27. Further, the rotor 21 may include at least one sleeve 28.
  • the rotor 21 is rotatably held with respect to the frame 24 via a pair of bearings 29 and 30.
  • the shaft 26 is a rotating shaft that serves as an output shaft of the electric motor 13.
  • the centrifugal fan 14 is connected to the shaft 26. Specifically, the centrifugal fan 14 is connected to the shaft 26 on the front end side protruding from the frame 24.
  • the magnet portion 27 is formed in a cylindrical shape by a sintered magnet, in this embodiment a sintered neodymium magnet, and the shaft 26 is fixed to the center portion. That is, the magnet portion 27 is disposed coaxially with the shaft 26.
  • magnetic poles rotating magnetic poles
  • N poles and S poles are alternately arranged in the rotation direction to form a pair.
  • a pair of sleeves 28 are provided in the present embodiment, and are fixed to the shaft 26 adjacent to the front end portion and the rear end portion of the magnet portion 27.
  • the sleeve 28 is not an essential configuration.
  • the bearings 29 and 30 are attached to one end side and the other end side of the shaft 26 and are respectively fixed to the frame 24 so as to hold the rotor 21 rotatably with respect to the frame 24.
  • These bearings 29 and 30 are each formed in a cylindrical shape that is large in the radial direction and small in the axial direction, that is, flat.
  • the stator 22 includes a stator core 33.
  • the stator 22 includes a stator insulation 34 that is an insulator. Further, the stator 22 includes a coil 35.
  • the stator 22 includes a terminal 36.
  • the stator core 33 is formed in a plate shape having a substantially constant thickness by laminating thin plate-like magnetic bodies such as electromagnetic steel plates.
  • the stator core 33 includes an annular (cylindrical) back yoke 41 as a yoke portion.
  • the stator core 33 includes three or more teeth 42 in this embodiment.
  • the stator core 33 includes a frame attachment portion 43.
  • the stator core 33 may be divided into two in the vertical direction by, for example, a substantially semicircular arc shape by the dividing portion 44 (FIG. 2).
  • the back yoke 41 connects the teeth 42 to each other, and forms a magnetic path that magnetically couples (by magnetic flux) the fixed magnetic poles generated by the coils 35 and 35 wound around the pair of teeth 42 and 42. Is.
  • Teeth 42 have a fixed magnetic pole formed by a coil 35. These teeth 42 are magnetically paired with teeth 42 and 42 located on the left and right. The teeth 42 project from the inner peripheral portion of the back yoke 41 toward the center, that is, toward the rotor 21. That is, the teeth 42 are formed in a longitudinal shape along the radial direction of the back yoke 41 (stator core 33), the base end portion is connected to the back yoke 41, and the distal end portion protrudes in a free end shape. In other words, the teeth 42 are arranged radially. In addition, a magnetic action surface 42 c that faces the outer peripheral surface of the rotor 21 is formed at the tip of each tooth 42.
  • This magnetic action surface 42c is for causing the fixed magnetic pole formed on each tooth 42 by the coil 35 to act on the magnet portion 27 of the rotor 21, and through a slight gap with respect to the outer peripheral surface of the magnet portion 27 of the rotor 21. It is separated. Therefore, in the stator core 33, an opening 47 that is surrounded by the magnetic action surface 42c of each tooth 42 and is opposed to the outer peripheral surface of the magnet portion 27 of the rotor 21 with a predetermined gap is opened at the center. ing.
  • the outer diameter dimension DM of the magnet portion 27 is the outer diameter dimension DB1 and DB2 of the bearings 29 and 30. And smaller than the inner diameter dimension DS of the opening 47.
  • the inner diameter DS of the opening 47 is smaller than the outer diameters DB1 and DB2 of the bearings 29 and 30. Further, the outer diameters DB1 and DB2 of the bearings 29 and 30 are substantially equal to each other.
  • the outer diameter dimension DM of the magnet portion 27 of the rotor 21, the outer diameter dimensions DB1 and DB2 of the bearings 29 and 30, and the inner diameter dimension DS of the opening 47 of the stator core 33 are DM ⁇ DS ⁇ .
  • the relation DB1 ⁇ DB2 is satisfied (Fig. 1).
  • the frame mounting portion 43 is for fixing the stator core 33 (stator 22) to the frame 24.
  • Each frame attachment portion 43 is provided with an attachment hole 43a penetrating in the axial direction (front-rear direction).
  • a screw 49 which is a mounting member, is inserted into the mounting hole 43a, and the stator core 33 (stator 22) is fixed to the frame 24 by screwing the screw 49 to the frame 24 side.
  • the stator insulation 34 insulates the coil 35, the terminal 36, and the like from the stator core 33.
  • the stator insulation 34 is formed of an insulating synthetic resin or the like.
  • the stator insulation 34 includes a winding holder 51 that holds the coil 35.
  • the stator insulation 34 includes a terminal holding portion 52 that holds the terminal 36.
  • the stator insulation 34 includes an insulation main body 53 that is overlaid on top and bottom of the back yoke 41.
  • the winding holding part 51 is formed in a rectangular tube shape (bobbin shape), and each tooth 42 is inserted along the central axis. Therefore, the winding holding portions 51 are located on the inner peripheral side of the insulating main body portion 53 and project along the radial direction, and are located around the teeth 42.
  • the terminal holding portion 52 is formed in a rectangular box shape with an open rear side, and four terminal holding portions 52 are provided in the present embodiment corresponding to the number of terminals 36.
  • a pair of terminal holding parts 52 are arranged on the back yoke 41 at positions between the teeth 42 located on the left and right sides.
  • maintenance parts 52 and 52 located in right and left make a pair.
  • the coil 35 forms a fixed magnetic pole in each tooth 42.
  • the coils 35, 35 disposed on the teeth 42, 42 that are located on opposite sides of the center of the stator core 33 (the top, bottom, left and right are opposite to the center of the stator core 33) have the same polarity ( For example, N poles or S poles) are formed on these teeth 42, 42, and coils 35, 35 arranged on the teeth 42, 42 located on the left and right sides form different polarities on the teeth 42, 42.
  • the teeth 42 and 42 positioned at the upper right and lower left of the stator core 33 have the same polarity (N pole or S pole), and the teeth 42 and 42 positioned at the upper left and lower right of the stator core 33 are the same.
  • Coil 35 is arranged so as to have a different polarity (S pole or N pole) than teeth 42 and 42 located at the upper right and lower left of stator core 33.
  • the coils 35 are arranged so that different polarities are alternately generated in the circumferential direction of the stator 22 (stator core 33).
  • the terminal 36 is for electrically connecting the control circuit and each coil 35.
  • the terminal 36 is held by the terminal holding portion 52 and protrudes rearward from the terminal holding portion 52. Therefore, a pair of terminals 36 are arranged at positions between the teeth 42 and 42 located on the left and right of the stator core 33, respectively. And the terminals 36 and 36 located in the left and right form a pair.
  • the sensor substrate 23 detects the rotation position (rotation angle) of the rotor 21 by detecting the polarity of the magnetic pole of the rotor 21 (magnet portion 27), and includes, for example, a Hall IC.
  • the sensor substrate 23 is formed in a C shape, for example, and is arranged along the outer periphery of the magnet portion 27 of the rotor 21.
  • the sensor substrate 23 is stacked on the rear side of the stator 22, for example, and is fixed to the stator insulation 34 by a substrate fixing member 59 such as a screw.
  • the frame 24 is formed of a lightweight and conductive metal member such as aluminum or magnesium.
  • the frame 24 includes, for example, one frame body 61 and another frame body 62.
  • the frame 24 is configured so that the rotor 21, the stator 22 and the sensor substrate 23 are sandwiched and accommodated from the front and rear by fixing the one and other frame bodies 61 and 62 to each other by screws 49. ing.
  • the one frame body 61 is located on the front side with respect to the rotor 21, the stator 22, and the sensor substrate 23, and includes a frame intake opening 69 that is opened to face the diffuser 15.
  • the one frame body 61 is provided with a round hole-like screwing hole 72 into which a fixing body 71 such as a screw for fixing the electric motor 13 and the diffuser 15 in the front-rear direction is screwed.
  • the other frame body 62 is located on the rear side with respect to the rotor 21, the stator 22 and the sensor substrate 23, and has frame exhaust openings 75 for exhausting the air flowing into the electric motor 13 to the outside. Is done.
  • the centrifugal fan 14 is connected to the shaft 26 and rotated by the electric motor 13 to push out (blow out) air from the center side to the outer peripheral side.
  • the centrifugal fan 14 includes a shaft insertion hole 77 into which the shaft 26 is inserted at the center.
  • the centrifugal fan 14 includes a plurality of fan blades 78. The front end portion of the shaft 26 of the electric motor 13 inserted into the shaft insertion hole 77 is fixed integrally to the centrifugal fan 14.
  • the diffuser 15 rectifies the air pushed out by the centrifugal fan 14 and flows it into the electric motor 13.
  • the diffuser 15 has a mounting opening 82 at the center. Further, the diffuser 15 includes through holes 83 that are fixed holes on both sides of the mounting opening 82. Further, the diffuser 15 includes a rectifying blade 84 in the vicinity of the outer edge.
  • the diffuser 15 includes an air passage portion 85 that passes through the diffuser 15 in the front-rear direction between the rectifying blades 84 and 84.
  • the fan cover 16 is attached to the diffuser 15 so as to cover a part of the centrifugal fan 14.
  • the fan cover 16 has an air inlet 87 that exposes the central portion of the centrifugal fan 14.
  • the control circuit includes, for example, a driver including an inverter circuit and a control unit that performs PWM control on the driver, and is electrically connected to each terminal 36 and the sensor substrate 23.
  • the control circuit controls the direction of the current flowing in the winding of the coil 35 and the energization time by the driver, so that the magnetic poles generated in the teeth 42 of the stator core 33 of the stator 22 via the coils 35 are timed. It is configured to switch every time.
  • the electric blower 11 and the control circuit described above are provided in the vacuum cleaner 91 shown in FIG. 5 in the present embodiment.
  • the electric vacuum cleaner 91 includes a vacuum cleaner main body 92.
  • the vacuum cleaner 91 includes a dust collection unit 93.
  • a long stick type (handy type) vacuum cleaner provided with an air passage body 94 that can be attached to and detached from the longitudinal cleaner body 92,
  • a canister type or the like, or a self-propelled electric vacuum cleaner capable of autonomous traveling can be suitably used.
  • the vacuum cleaner 91 is not limited to a suction-type vacuum cleaner that sucks dust, and may be a blower that blows off dust.
  • the vacuum cleaner main body 92 houses the electric blower 11 and a control circuit.
  • a dust collecting section 93 is detachably attached to the cleaner body 92.
  • the dust collection unit 93 is a part that collects dust sucked from the air using the negative pressure generated by driving the electric blower 11 from the air.
  • a cyclone dust collecting unit that centrifuges dust is used as the dust collecting unit 93.
  • the dust collecting unit 93 filters and collects dust using a filter, or collects dust using inertia. Any configuration can be adopted.
  • the vacuum cleaner 91 is a blower, the dust collection unit 93 is not necessary.
  • the air passage body 94 applies a negative pressure generated by driving the electric blower 11 to the floor surface or the like.
  • the air passage body 94 is not an essential configuration.
  • one frame body 61 is assembled to the diffuser 15, the assembled stator 22 and the rotor 21 are assembled to the one frame body 61, and the sensor board 23 is assembled to the stator 22.
  • the other frame body 62 is assembled to the one frame body 61 and the diffuser 15, the rotor 21, the stator 22 and the sensor substrate 23 are sandwiched between the one and other frame bodies 61 and 62, and the centrifugal fan 14 is connected to the rotor 21. Thereafter, the centrifugal fan 14 is covered with a fan cover 16.
  • one frame body 61 is formed by aligning one frame body 61 of the preformed frame 24 with the diffuser 15 and screwing the fixing body 71 inserted into the through hole 83 into the screwing hole 72. 61 and the diffuser 15 are fixed to each other. Thereafter, the separately assembled stator 22 is positioned with respect to the one frame body 61, and the sensor substrate 23 is fixed to the stator 22 with the substrate fixing member 59. Further, since the outer diameters DB1 and DB2 of the bearings 29 and 30 are larger than the inner diameter DS of the opening 47 of the stator core 33, the front end side of the shaft 26 extends between the coils 35 and 35 of the stator 22 as one frame body 61. Then, a bearing 29 is attached to the front end side of the shaft 26 of the rotor 21 and is held by one frame body 61, and a bearing 30 is attached to the rear end side of the shaft 26.
  • the other frame body 62 is aligned with the one frame body 61, and the other frame body 62 is screwed to the one frame body 61 via the stator core 33 with the screw 49.
  • the bearing 30 attached to the rear end side of the shaft 26 of the rotor 21 is held, and the stator 22, the sensor substrate 23, and the rotor 21 are sandwiched by one and other frame bodies 61 and 62.
  • the shaft 26 of the electric motor 13 projecting forward from the mounting opening 82 of the diffuser 15 is inserted into the shaft insertion hole 77 of the centrifugal fan 14 and fixed with an adhesive, and the fan cover 16 is covered with the diffuser 15 by covering the centrifugal fan 14.
  • the electric blower 11 is completed by press-fitting or adhesively fixing the front side of 15.
  • the electric blower 11 assembled in this way detects the rotational position of the rotor 21 by means of the sensor board 23, and controls the direction and energization time of the current flowing through the windings of the coils 35 by the control circuit according to this rotational position.
  • magnetic poles are sequentially formed on the teeth 42, and the rotor 21 is rotated by repulsion / attraction between the magnetic poles and the magnetic poles of the rotor 21. Therefore, air is sucked into the electric blower 11 from the intake port 87 by the negative pressure generated by the rotation of the centrifugal fan 14 of the electric blower 11.
  • the sucked air is rectified around the centrifugal fan 14 by the fan blades 78 of the centrifugal fan 14, and is rectified by the rectifying blades 84 of the diffuser 15 to be passed from the air passage portion 85 through the frame intake opening 69. And flows into the electric motor 13 and passes between the teeth 42 and 42 of the stator 22 of the electric motor 13 and between the magnet part 27 and the magnetic action surface 42c of the rotor 21 (gap between the magnet part 27 and the opening 47). Thus, while cooling the stator 22, the rotor 21, and the bearing 30, the air passes through the frame 24 of the electric motor 13 and is exhausted from the frame exhaust opening 75 while cooling each terminal 36.
  • the sintered magnet portion 27 of the rotor 21 is larger than the outer diameters DB1 and DB2 of the bearings 29 and 30 that rotatably hold the both ends of the shaft 26 of the rotor 21, respectively.
  • the outer diameter dimension DM of the bearing is larger than the magnet part 27. 30 is sprayed directly on the front end face. For this reason, the bearing 30 can be effectively cooled by the cooling air, and the bearing 30 can be prolonged.
  • the outer diameter dimension DM of the magnet part 27 is relatively small, the unbalance amount (bias of centrifugal force) of the rotor 21 proportional to the outer diameter dimension DM can be suppressed, and vibrations caused by the rotation of the rotor 21 can be suppressed. Noise can be reduced. For this reason, mechanical friction in the bearings 29 and 30 due to vibration can be reduced, and the bearings 29 and 30 can be made to last longer.
  • the magnet portion 27 is made of a sintered magnet, the magnetic force can be increased as compared with the case of a bond magnet or the like. The performance of (electric blower 11) can be maintained.
  • the inner diameter dimension DS of the opening 47 facing the outer peripheral surface of the magnet portion 27 of the stator core 33 of the stator 22 through a predetermined gap smaller than the outer diameter dimensions DB1 and DB2 of the bearings 29 and 30.
  • the bearings 29 and 30 can be made to last longer.
  • the vacuum cleaner 91 provided with the electric blower 11 in the vacuum cleaner main body 92 has a long life and can be reduced in size, weight and noise.
  • the electric blower 11 used in the vacuum cleaner 91 is, for example, the electric motor 13 is rotated at a high speed of about 100,000 rpm, and the shaft 26 is pulled in the axial direction toward the centrifugal fan 14 by the wind pressure generated by the rotation of the centrifugal fan 14. Therefore, since the load applied to the bearings 29 and 30 is large, the service life of the electric vacuum cleaner 91 can be extended by reliably cooling the bearings 29 and 30 with the cooling air to make them last for a long time.

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Abstract

ベアリングを長持ちさせることができる電動送風機およびこれを備えた電気掃除機を提供する。電動送風機(11)は、遠心ファン(14)と、遠心ファン(14)を回転させる電動機(13)と、ディフューザ(15)と、ファンカバー(16)とを具備する。電動機(13)は、ステータ(22)と、ロータ(21)と、ベアリング(29)，(30)とを備える。ステータ(22)は、固定磁極を構成する。ロータ(21)は、シャフト(26)、および、円筒状の焼結磁石製の磁石部(27)を有する。シャフト(26)は、遠心ファン(14)と接続される。磁石部(27)は、シャフト(26)に同軸状に設けられてステータ(22)の内方に位置し、複数の回転磁極を構成する。ベアリング(29)，(30)は、外径寸法(DB1)，(DB2)が磁石部(27)の外径寸法(DM)より大きく、ロータ(21)のシャフト(26)の両端側をそれぞれ回転自在に保持する。

Description

電動送風機および電気掃除機
　本発明の実施形態は、ファンを回転させる電動機を有する電動送風機およびこれを備えた電気掃除機に関する。
　従来、例えばブラシレスモータは、環状のステータと、このステータの中央部に配置されるロータとを備え、ロータの出力軸となる回転軸であるシャフトの両端側がベアリングによってそれぞれ回動自在に保持されて構成されている。ロータは、シャフトと同軸状に、円筒状の磁石部を備えている。この磁石部は、ステータの極間に位置し、このステータの極に順次形成される磁極と磁石部の磁極との反発・吸引によってロータが回転するように構成されている。
　このようなブラシレスモータを、例えば電気掃除機などに用いられる電動送風機に適用する場合、ロータの高速回転が必要となることから、ベアリングの負荷が大きい。また、ファンの回転により生じる風圧によってシャフトがファン側へと軸方向に引っ張られることで、ベアリングに加わる負荷はより大きくなる。この点、ファンの回転により生じる冷却風をベアリングに当ててベアリングを冷却することで、上記の負荷に対するベアリングの寿命を確保することが考えられる。しかしながら、ロータの磁石部の径寸法が大きい場合、この磁石部とステータの極間との隙間を通過する冷却風がそのままベアリングの外方を素通りし、冷却風を効果的に当てることが容易でない。また、磁石部の径寸法が大きい場合、シャフトの中心軸に対する磁石部の回転アンバランス量が増大することで、回転時の振動や騒音が増大することが懸念される。特に、磁石部を構成する磁石がボンド磁石である場合、充分な磁力を得るために磁石部を大きくする必要があり、磁石部の小型化が容易でない。
特開２０１４－１９５３３６号公報 国際公開第２０１２／１０１８９６号
　本発明が解決しようとする課題は、ベアリングを長持ちさせることができる電動送風機およびこれを備えた電気掃除機を提供することである。
　実施形態の電動送風機は、ファンと、このファンを回転させる電動機と、ファンの回転により生じる気流を整流するディフューザと、ファンを覆うファンカバーとを具備する。電動機は、ステータと、ロータと、ベアリングと、ディフューザと、ファンカバーとを備える。ステータは、固定磁極を構成する。ロータは、回転軸、および、円筒状の焼結磁石製の磁石部を有する。回転軸は、ファンと接続される。磁石部は、回転軸に同軸状に設けられてステータの内方に位置し、複数の回転磁極を構成する。ベアリングは、磁石部の外径寸法よりも大きい外径寸法を有し、ロータの回転軸の両端側をそれぞれ回転自在に保持する。
一実施形態の電動送風機を示す断面図である。 同上電動送風機のステータの一部を示す平面図である。 同上電動送風機の分解斜視図である。 同上電動送風機を一部を切り欠いて示す斜視図である。 同上電動送風機を備えた電気掃除機を示す斜視図である。
実施形態
　以下、一実施形態の構成を、図面を参照して説明する。
　図３および図４において、11は電動送風機を示す。この電動送風機11は、電動機13を備える。また、この電動送風機11は、ファンである遠心ファン14を備える。さらに、この電動送風機11は、整流体(整流板)であるディフューザ15を備える。また、この電動送風機11は、ファンカバー16を備える。そして、この電動送風機11(電動機13)は、図示されない制御回路により駆動が制御される。
　電動機13は、本実施形態においては、単相４極のブラシレスモータである。そして、この電動機13は、ロータ21を備えている。また、この電動機13は、ステータ22を備えている。さらに、この電動機13は、センサ基板23を備えている。また、この電動機13は、フレーム24を備えている。なお、以下、図４に示す上下方向および左右方向を、電動送風機11(電動機13)の上下方向および左右方向とし、電動送風機11の軸方向の電動機13側を後方向(図４などに示す矢印RR側)、遠心ファン14側を前方向(図４などに示す矢印FR側)として説明する。
　ロータ21は、回転磁極を形成するものである。このロータ21は、本実施形態では永久磁石型ロータである。このロータ21は、シャフト26を備えている。また、このロータ21は、磁石部27を備えている。さらに、このロータ21は、少なくとも１つのスリーブ28を備えていてもよい。そして、このロータ21は、一対のベアリング29，30を介してフレーム24に対して回転自在に保持されている。
　シャフト26は、電動機13の出力軸となる回転軸である。このシャフト26には、遠心ファン14が接続されている。具体的に、このシャフト26には、フレーム24から突出した前端側に遠心ファン14が接続されている。
　磁石部27は、焼結磁石、本実施形態では焼結ネオジム磁石により円筒状に形成され、中央部にシャフト26が固着されている。すなわち、この磁石部27は、シャフト26と同軸状に配置されている。この磁石部27には、回転方向(周方向)に互いに異なる極性を有する磁極(回転磁極)が隣接して形成されている。したがって、この磁石部27には、回転方向にＮ極とＳ極とが順次交互に配置されて対をなしている。
　スリーブ28は、本実施形態では一対備えられ、磁石部27の前端部および後端部に隣接してシャフト26に固定されている。なお、このスリーブ28は、必須の構成ではない。
　ベアリング29，30は、シャフト26の一端側および他端側に取り付けられており、フレーム24にそれぞれ固定されて、ロータ21をフレーム24に対して回転自在に保持するようになっている。これらベアリング29，30は、それぞれ径方向に大きく軸方向に小さい、すなわち扁平な円筒状に形成されている。
　図１ないし図４に示すステータ22は、ロータ21を回転させる固定磁極を構成するものである。このステータ22は、ステータコア33を備えている。また、このステータ22は、絶縁体であるステータ絶縁34を備えている。さらに、このステータ22は、コイル35を備えている。また、このステータ22は、端子36を備えている。
　ステータコア33は、電磁鋼板などの薄板状の磁性体が積層されて略一定の厚みを有する板状に形成されている。このステータコア33は、ヨーク部としての円環状(円筒状)のバックヨーク41を備えている。また、このステータコア33は、３以上、本実施形態では４つのティース42を備えている。さらに、このステータコア33は、フレーム取付部43を備えている。また、このステータコア33は、例えば分割部44によって略半円弧状ずつに上下に２分割されていてもよい(図２)。
　バックヨーク41は、ティース42間を互いに連結し、対をなすティース42，42に巻回されたコイル35，35によって生じる固定磁極間を磁気的に(磁束で)結合する磁路が形成されるものである。
　ティース42は、コイル35により固定磁極が形成されるものである。これらティース42は、左右に位置するティース42，42が磁気的に対をなしている。また、これらティース42は、バックヨーク41の内周部から中心方向、すなわちロータ21側に向けてそれぞれ突設されている。すなわち、このティース42は、バックヨーク41(ステータコア33)の径方向に沿って長手状に形成されており、基端部がバックヨーク41と連結され、先端部が自由端状に突出している。換言すれば、このティース42は、放射状に配置されている。また、各ティース42の先端部には、ロータ21の外周面に対向する磁気作用面42cが構成されている。この磁気作用面42cは、コイル35により各ティース42に形成される固定磁極をロータ21の磁石部27に作用させるもので、ロータ21の磁石部27の外周面に対して僅かな間隙を介して離間されている。したがって、ステータコア33には、各ティース42の磁気作用面42cにより囲まれロータ21の磁石部27の外周面に対して所定の間隙を介して対向して位置する開口部47が中央部に開口されている。
　ここで、ロータ21の磁石部27、ベアリング29，30、および、ステータコア33の開口部47の大小関係を説明すると、磁石部27の外径寸法DMがベアリング29，30の外径寸法DB1，DB2、および、開口部47の内径寸法DSよりも小さい。また、開口部47の内径寸法DSは、ベアリング29，30の外径寸法DB1，DB2よりも小さい。さらに、ベアリング29，30の外径寸法DB1，DB2は、互いに略等しい。したがって、本実施形態において、ロータ21の磁石部27の外径寸法DMと、ベアリング29，30の外径寸法DB1，DB2と、ステータコア33の開口部47の内径寸法DSとは、DM＜DS＜DB1≒DB2の関係を満たしている(図１)。
　フレーム取付部43は、ステータコア33(ステータ22)をフレーム24に対して固定するものである。各フレーム取付部43には、軸方向(前後方向)に貫通する取付孔43aが設けられている。この取付孔43aには、取付部材であるねじ49が挿入され、このねじ49がフレーム24側に螺合されることでステータコア33(ステータ22)がフレーム24に固定されるようになっている。
　ステータ絶縁34は、ステータコア33に対してコイル35および端子36などを絶縁するものである。このステータ絶縁34は、絶縁性の合成樹脂などにより形成されている。そして、このステータ絶縁34は、コイル35を保持する巻線保持部51を備えている。また、このステータ絶縁34は、端子36を保持する端子保持部52を備えている。さらに、このステータ絶縁34は、バックヨーク41の上下に重ねられる絶縁本体部53を備えている。
　巻線保持部51は、角筒状(ボビン状)に形成されており、中心軸に沿って各ティース42が挿通されている。したがって、これら巻線保持部51は、絶縁本体部53の内周側に位置して径方向に沿って突出し、各ティース42の周囲に位置している。
　端子保持部52は、後側が開口した四角形箱状に形成されており、端子36の数に対応して本実施形態では４つ設けられている。端子保持部52は、左右に位置するティース42，42間の位置にてバックヨーク41にそれぞれ一対ずつ配置されている。そして、左右に位置する端子保持部52，52が対をなしている。
　コイル35は、各ティース42に固定磁極を形成するものである。本実施形態では、例えばステータコア33の中心に対して互いに反対側に位置する(ステータコア33の中心に対して上下左右が反対となる)ティース42，42に配置されたコイル35，35が同極(例えばＮ極、またはＳ極)をこれらティース42，42に形成し、左右に位置するティース42，42に配置されたコイル35，35が互いに異極をティース42，42に形成する。すなわち、本実施形態では、ステータコア33の右上および左下に位置するティース42，42が互いに同極(Ｎ極またはＳ極)で、ステータコア33の左上および右下に位置するティース42，42が互いに同極でかつステータコア33の右上および左下に位置するティース42，42と異極(Ｓ極またはＮ極)となるようにコイル35が配置されている。換言すれば、本実施形態では、ステータ22(ステータコア33)の周方向に交互に異極が生じるようにコイル35が配置されている。
　端子36は、制御回路と各コイル35とを電気的に接続するためのものである。この端子36は、端子保持部52に保持されており、この端子保持部52から後側に突出している。したがって、この端子36は、ステータコア33の左右に位置するティース42，42間の位置にてそれぞれ一対ずつ配置されている。そして、左右に位置する端子36，36が対をなしている。
　センサ基板23は、ロータ21(磁石部27)の磁極の極性を検出することによってロータ21の回転位置(回転角度)を検出するもので、例えばホールＩＣなどを備えている。このセンサ基板23は、例えばＣ字状に形成され、ロータ21の磁石部27の外周に沿って配置されている。また、このセンサ基板23は、例えばステータ22の後側に重ねられ、例えばねじなどの基板固定部材59によりステータ絶縁34に固定されている。
　フレーム24は、例えばアルミニウム、あるいはマグネシウムなどの、軽量で、かつ、導電性を有する金属部材により形成されている。このフレーム24は、例えば一のフレーム体61と、他のフレーム体62とを備えている。そして、このフレーム24は、これら一および他のフレーム体61，62がねじ49により互いに前後に固定されることにより、ロータ21、ステータ22およびセンサ基板23を前後から挟み込んで収容するように構成されている。そして、一のフレーム体61は、ロータ21、ステータ22およびセンサ基板23に対して前側に位置するもので、ディフューザ15に対向して開口されたフレーム吸気開口部69を備えている。また、一のフレーム体61には、電動機13とディフューザ15とを前後方向に固定するためのねじなどの固定体71が螺合される丸孔状の螺合孔72が設けられている。さらに、他のフレーム体62は、ロータ21、ステータ22およびセンサ基板23に対して後側に位置するもので、電動機13内に流入した空気を外部へと排気するフレーム排気開口部75がそれぞれ区画される。
　遠心ファン14は、シャフト26に接続されて電動機13により回転されることで空気を中心側から外周側へと押し出す(吹き出す)ものである。この遠心ファン14は、中央部に、シャフト26が挿入されるシャフト挿入孔77を備えている。また、この遠心ファン14は、複数のファン翼78を備えている。そして、シャフト挿入孔77に挿入された電動機13のシャフト26の前端部が遠心ファン14に一体的に固定される。
　ディフューザ15は、遠心ファン14により押し出された空気を整流して電動機13の内部へと流し込むものである。このディフューザ15は、取付開口部82を中央部に備えている。また、このディフューザ15は、固定孔部である通孔83を取付開口部82の両側に備えている。さらに、このディフューザ15は、整流翼84を外縁近傍に備えている。そして、このディフューザ15は、整流翼84，84間に、ディフューザ15を前後方向に貫通する風路部85を備えている。
　ファンカバー16は、遠心ファン14の一部を覆ってディフューザ15に取り付けられている。このファンカバー16には、遠心ファン14の中央部を露出させる吸気口87が開口されている。
　制御回路は、例えばインバータ回路を含むドライバと、このドライバをＰＷＭ制御する制御部とを備え、各端子36およびセンサ基板23と電気的に接続されている。そして、この制御回路は、ドライバによってコイル35の巻線に流れる電流の向きや通電時間を制御することで、各コイル35を介してステータ22のステータコア33の各ティース42にそれぞれ生じさせる磁極を時間毎に切り換えるように構成されている。
　そして、上記の電動送風機11および制御回路は、本実施形態において図５に示す電気掃除機91に備えられる。電気掃除機91は、掃除機本体92を備えている。また、この電気掃除機91は、集塵部93を備えている。電気掃除機91としては、本実施形態では、例えば長手状の掃除機本体92に対して着脱可能な風路体94を備える長尺状のスティック型(ハンディ型)の電気掃除機とするが、例えばキャニスタ型などでもよいし、自律走行可能な自走式の電気掃除機でも好適に用いることができる。また、電気掃除機91は、塵埃を吸い込む吸引型の電気掃除機に限らず、塵埃を吹き飛ばすブロワなどでもよい。
　掃除機本体92には、電動送風機11および制御回路が収容されている。また、この掃除機本体92には集塵部93が着脱可能となっている。
　集塵部93は、電動送風機11の駆動により生じる負圧を利用して空気とともに吸い込んだ塵埃を空気から捕集する部分である。この集塵部93は、本実施形態において例えば塵埃を遠心分離するサイクロン集塵部が用いられるが、例えばフィルタにより塵埃を濾過捕集するものや、慣性を利用して塵埃を捕集するものなど、任意の構成とすることができる。電気掃除機91がブロワである場合、この集塵部93は不要となる。
　風路体94は、電動送風機11の駆動により生じる負圧を床面などに作用させるものである。この風路体94は、必須の構成ではない。
　次に、上記一実施形態の電動送風機11の組み立て手順を説明する。
　この電動送風機11の組み立て手順は、概略として、ディフューザ15に一のフレーム体61を組み付け、この一のフレーム体61に、それぞれ組み立てたステータ22およびロータ21を組み付け、センサ基板23をステータ22に組み付け、他のフレーム体62を一のフレーム体61およびディフューザ15に組み付けて、一および他のフレーム体61，62によりロータ21、ステータ22およびセンサ基板23を挟み込み、ロータ21に遠心ファン14を接続した後、ファンカバー16により遠心ファン14を覆う。
　具体的に、ディフューザ15に対して、予め成形したフレーム24の一のフレーム体61を位置合わせし、通孔83に挿入した固定体71を螺合孔72に螺合させることで一のフレーム体61とディフューザ15とを互いに固定する。この後、一のフレーム体61に対して、別途組み立てたステータ22を、一のフレーム体61に対して位置決めするとともに、センサ基板23を、基板固定部材59によりステータ22に対して固定する。また、ベアリング29，30の外径寸法DB1，DB2は、ステータコア33の開口部47の内径寸法DSよりも大きいため、ステータ22のコイル35，35間からシャフト26の前端側を一のフレーム体61に挿通した後、このロータ21のシャフト26の前端側にベアリング29を取り付け、一のフレーム体61に保持するとともに、シャフト26の後端側にベアリング30を取り付ける。
　そして、他のフレーム体62を一のフレーム体61に位置合わせし、ねじ49によりステータコア33を介して他のフレーム体62を一のフレーム体61にねじ止めすることで、他のフレーム体62によりロータ21のシャフト26の後端側に取り付けたベアリング30を保持し、一および他のフレーム体61，62によりステータ22、センサ基板23およびロータ21を挟み込むように固定する。
　次いで、ディフューザ15の取付開口部82から前側に突出する電動機13のシャフト26を遠心ファン14のシャフト挿入孔77に挿入して接着剤により固定し、この遠心ファン14を覆ってファンカバー16をディフューザ15の前側に圧入あるいは接着固定することで、電動送風機11が完成する。
　このように組み立てた電動送風機11は、センサ基板23によりロータ21の回転位置を検出しつつ、この回転位置に応じて、制御回路により各コイル35の巻線に流れる電流の向きおよび通電時間を制御することで、各ティース42に順次磁極を形成し、これら磁極とロータ21の磁極との反発・吸引によってロータ21を回転させる。そこで、電動送風機11の遠心ファン14の回転により発生した負圧により、空気が吸気口87から電動送風機11に吸い込まれる。そして、この吸い込まれた空気は、遠心ファン14のファン翼78によりこの遠心ファン14の周囲へと整流され、ディフューザ15の整流翼84により整流されて風路部85からフレーム吸気開口部69を介して電動機13へと流し込まれ、電動機13のステータ22のティース42，42間およびロータ21の磁石部27と磁気作用面42cとの間(磁石部27と開口部47との間隙)を通過することで、ステータ22、ロータ21およびベアリング30を冷却しながら電動機13のフレーム24内を通過して各端子36を冷却しつつフレーム排気開口部75から排気される。
　以上説明した一実施形態によれば、ロータ21のシャフト26の両端側をそれぞれ回転自在に保持するベアリング29，30の外径寸法DB1，DB2よりも、ロータ21の焼結磁石製の磁石部27の外径寸法DMを小さくすることにより、遠心ファン14の回転によって生じた冷却風がロータ21の磁石部27と開口部47との間隙を通過すると、磁石部27よりも外径寸法が大きいベアリング30に対して前側の端面に直接吹き付けられる。このため、ベアリング30を冷却風によって効果的に冷却し、ベアリング30を長持ちさせることができる。また、磁石部27の外径寸法DMが相対的に小さいことにより、外径寸法DMに比例するロータ21のアンバランス量(遠心力の偏り)を抑制でき、ロータ21の回転に起因する振動や騒音を低減できる。このため、振動によるベアリング29，30内での機械摩擦を低減でき、ベアリング29，30をより長持ちさせることができる。
　特に、磁石部27を焼結磁石製としたことにより、ボンド磁石製などの場合と比較して磁力を増加させることができるので、磁石部27の外径寸法DMをより小さくしても電動機13(電動送風機11)の性能を維持できる。
　また、ステータ22のステータコア33の磁石部27の外周面に対して所定の間隙を介して対向する開口部47の内径寸法DSをベアリング29，30の外径寸法DB1，DB2よりも小さくすることにより、コイル35を周囲に形成するティース42の長さは変えることなく、すなわちコイル35を収納するためのスペース(バックヨーク41とティース42とにより囲まれる空間部)を維持しつつステータコア33の外径寸法を小さくできるので、電動機13および電動送風機11をより小型化できる。
　さらに、ベアリング29，30の外径寸法DB1，DB2を互いに略等しくすることにより、外径寸法差に起因するベアリング29，30の負荷の大きさの差が生じにくく、すなわちベアリング29，30のいずれか一方の負荷が他方よりも大きくなるような負荷の偏りを抑制でき、ベアリング29，30をより長持ちさせることができる。
　そして、上記の電動送風機11を掃除機本体92に備える電気掃除機91は、長寿命で、かつ、小型化、軽量化および静音化が可能になる。
　特に、電気掃除機91に用いられる電動送風機11は、例えば電動機13が１０００００ｒｐｍ程度の高速で回転され、かつ、遠心ファン14の回転により生じる風圧によってシャフト26が遠心ファン14側へと軸方向に引っ張られることで、ベアリング29，30に加わる負荷が大きいことから、これらベアリング29，30を冷却風により確実に冷却して長持ちさせることにより、電気掃除機91の長寿命化を図ることができる。
　本発明の一実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims (4)

  1. 　ファンと、
    　このファンを回転させる電動機と、
    　前記ファンの回転により生じる気流を整流するディフューザと、
    　前記ファンを覆うファンカバーとを具備し、
    　前記電動機は、
    　固定磁極を構成するステータと、
    　前記ファンと接続される回転軸、および、この回転軸に同軸状に設けられて前記ステータの内方に位置し、複数の回転磁極を構成する円筒状の焼結磁石製の磁石部とを有するロータと、
    　前記磁石部の外径寸法よりも大きい外径寸法を有し、前記ロータの回転軸の両端側をそれぞれ回転自在に保持するベアリングとを備えた
    　ことを特徴とした電動送風機。
  2. 　ステータは、磁石部の外周面に対して所定の間隙を介して対向する開口部を有するステータコアを備え、
    　前記ベアリングの外径寸法よりも前記開口部の内径寸法が小さい
    　ことを特徴とした請求項１記載の電動送風機。
  3. 　各ベアリングの外径寸法が互いに略等しい
    　ことを特徴とした請求項１または２記載の電動送風機。
  4. 　掃除機本体と、
    　この掃除機本体に設けられた請求項１ないし３いずれか一記載の電動送風機と
    　を具備したことを特徴とした電気掃除機。
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