WO2017169033A1 - 電動送風機及びこの電動送風機を備えた電気掃除機 - Google Patents

Abstract

電動送風機（１）は、ローターアセンブリ（６）と、ローターアセンブリ（６）を収容し、吸気口（２０ａ）と排気口（２０ｂ）とを有するハウジング（２０）と、を備える。ローターアセンブリ（６）は、軸（１１）と、軸（１１）に取り付けられ、回転によって吸気口に負圧を発生するインペラ（８）と、軸（１１）に取り付けられるローターコア（１０）と、内周側が軸（１１）の外周に取り付けられ、外周側がハウジング（２０）に固着される一対の軸受（９）と、を備える。一対の軸受（９）はインペラ（８）とローターコア（１０）との間に配置される。ハウジング（２０）は、一対の軸受（９）の外周面を接触した状態で保持する軸受保持部（１３）とローターコア（１０）を駆動するステーター（７）を保持するステーター保持部（１４）とを一体で構成したフレーム（５）を備える。

Description

電動送風機及びこの電動送風機を備えた電気掃除機

　この発明は電動送風機に関するものである。

　近年、電気掃除機は小型軽量化が要求されている。そのために電気掃除機に内蔵される電動送風機も小型化する必要がある。小型の電動送風機を設計するに当たり、回転により負圧を発生するインペラの径を小さくすると、高い風量を得るためにはインペラを高速回転させる必要が生じる。この際、高速回転に伴い軸受の温度が上昇して、軸受の寿命悪化につながる。特にＤＣブラシレスモーターのような整流子と刷子とを用いない方式の電動機を動力源とする電動送風機においては、軸受が最初に故障する部品となる場合が多いため、軸受寿命は電動送風機の寿命に直結する課題となる。寿命改善の方法としては、ヒートシンク構造により軸受の熱を放熱する手段が挙げられ、複数の脚を備えたヒートシンクアセンブリが軸受アセンブリに固定されることで、軸受の熱を放熱させる構造を採用しているものがあった（特許文献１参照）。

日本特開２０１４－２２０９９８号公報

　しかし、前記のような従来の技術においては、ヒートシンクアセンブリと軸受との間にスリーブが介在しており、軸受の熱をヒートシンクに直接伝えにくい構造であるほか、ヒートシンクアセンブリの表面積が小さいため、十分な放熱効果を得ることが出来ない。さらに、ヒートシンクアセンブリをフレームと別部品として構成しているため、組立時の工程が多く、組立性が悪いと言った課題がある。

　この発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、軸受寿命を長く保つために放熱効果の高いヒートシンク構造を有する電動送風機を提供することを目的とする。

　この発明に係わる電動送風機は、ローターアセンブリと、このローターアセンブリを収容し、吸気口と排気口とを有するハウジングと、を備える。ローターアセンブリは、軸と、この軸に取り付けられ、回転によって吸気口に負圧を発生するインペラと、この軸に取り付けられるローターコアと、内周側が軸の外周に取り付けられ、外周側がハウジングに固着される一対の軸受と、を備える。この一対の軸受はインペラとローターコアとの間に配置される。ハウジングは、一対の軸受の外周面を接触した状態で保持する軸受保持部と、ローターコアを駆動するステーターを保持するステーター保持部とを一体で構成したフレームを備える。

　この発明によれば、ハウジングは、軸受の外周面を接触した状態で保持する軸受保持部とステーター保持部とを一体で構成するフレームを備えたので、軸受で発生する熱を効率的に放熱できる電動送風機を提供することができる。

この発明の実施の形態１に係る電動送風機のフレーム側から見た外観斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る電動送風機の軸の中心を通る面での縦断面図である。 この発明の実施の形態１に係る電動送風機の分解斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る電動送風機のローターアセンブリの側面図である。 この発明の実施の形態１に係る電動送風機のハウジングの一部を構成するフレームの縦断面図である。 この発明の実施の形態２に係る電動送風機のハウジングの一部を構成するフレームについて、インペラが配置される側から見た外観斜視図である。 この発明の実施の形態３に係る電動送風機のハウジングの一部を構成するフレームについて、リブが設けられる側の側面図である。

　実施の形態１．
　以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。
　図１は、この発明の実施の形態１に係る電動送風機のフレーム側から見た外観斜視図である。
　図２は、この発明の実施の形態１に係る電動送風機の軸の中心を通る面での縦断面図である。
　図３は、この発明の実施の形態１に係る電動送風機の分解斜視図である。
　図４は、この発明の実施の形態１に係る電動送風機のローターアセンブリの側面図である。
　図５は、この発明の実施の形態１に係る電動送風機のハウジングの一部を構成するフレームの縦断面図である。
　電動送風機１は、ローターアセンブリ６とハウジング２０とを有する。ハウジング２０は、吸気口２０ａと排気口２０ｂとを有し、ローターアセンブリ６を収容する。ハウジング２０は、後述するインペラ８を覆うファンカバー２と、ディフューザー３と、ブラケット４と、フレーム５と、ステーター７とを備える。

　ローターアセンブリ６は、軸１１と、インペラ８と、ローターコア１０と、一対の軸受９と、を備える。インペラ８は、軸１１に取り付けられ、回転によって吸気口２０ａに負圧を発生する。ローターコア１０は、軸１１に取り付けられ、後述するステーター７により軸１１に回転力を付与する。一対の軸受９は、内周面が軸１１の外周に取り付けられ、外周面がハウジング２０側に固着される。また、一対の軸受９はインペラ８とローターコア１０との間に配置される。一対の軸受９の間には、軸受９の各々を離間する方向に予圧を付与するばね１２が備えられる。

　ファンカバー２は吸気口２０ａを有し、インペラ８を覆う。ファンカバー２の外周とブラケット４の外周とが固定される。ブラケット４はディフューザー３を収容する。ディフューザー３は円盤状の部材であり、インペラ８側に複数の案内羽根が固定して配置される。インペラ８が取り付けられた状態でインペラ８が回転したとき、インペラ８から半径方向外向きに送出される空気はディフューザー３に配置された複数の案内羽根とファンカバー２とでつくられる風路により圧力回復が行われる。ディフューザー３の外縁とブラケット４の外周部の内面とには隙間があり、この隙間からディフューザー３の裏面側、つまりステーター７が配置される側へ空気が案内される。

　フレーム５はハウジング２０の一部であり、軸１１の回りに回転対称の段付きの円筒形状をなす。フレーム５は、図５の紙面の右側端部が開口している。フレーム５において、径の小さい円筒部（第１の円筒部）が、軸受９の外周面を接触した状態で保持する軸受保持部１３を構成する。フレーム５において、径の大きい円筒部（第２の円筒部）が、ステーター７を保持するステーター保持部１４を構成する。このように、フレーム５は、軸受保持部１３とステーター保持部１４とが一体で構成される。また、第１の円筒部において第２の円筒部と連通する側でない端部は、軸受９の軸方向端部と接するフランジ部１３ａを有し、前記端部中央を開口している。
　また、図３に示すように、ディフューザー３およびブラケット４の中心部は開口されており、第１の円筒部である軸受保持部１３が挿入される。

　ローターアセンブリ６をハウジング２０に取り付ける場合、まず、フレーム５の第２の円筒部の開口端から、インペラ８を取り付けない状態のローターアセンブリ６を軸受９側から挿入する。この時、ローターコア１０と反対側の軸受９は、フレーム５の第１の円筒部におけるフランジ部１３ａの内面と軸方向端部で接する状態で、軸受保持部１３に固着される。次にフレーム５の第２の円筒部の開口端から、ステーター７を挿入する。ステーター７はローターコア１０と対向する状態でステーター保持部１４に固定される。

　次に、この発明の実施の形態１における電動送風機の動作について説明する。
　電動送風機１に電力が供給されると、ステーター７からローターコア１０に回転力が付与され、インペラ８は軸１１の周りに回転駆動される。インペラ８が回転するとインペラ８近傍の空気が半径方向外側に押しやられる。この押しやられた空気をハウジング２０の外部から補充するように、ハウジング２０の吸気口２０ａに負圧が生じる。インペラ８の駆動によって電動送風機１内部へ吸引される風は、図２において第１の気流Ａに示すように、ディフューザー３、ブラケット４を通過した後、排気口２０ｂからハウジング２０の外側へ排出される。

　一対の軸受９がハウジング２０の一部であるフレーム５の軸受保持部１３に接触した状態で保持されて固定される。その結果、ローターアセンブリ６の回転によって軸受９に生じた熱がフレーム５に直接伝わる。熱が伝わることでフレーム５はヒートシンクとして機能するが、フレーム５は軸受保持部１３からステーター保持部１４までが一体の部品で構成されているため、表面積が広く、高い放熱効果を得ることができる。排気口２０ｂから排出された第１の気流Ａの一部はフレーム５の外周に沿って流れるため、フレーム５の放熱効果をさらに高めることができる。

　その結果、軸受９の温度が上がりにくくなり、軸受９の寿命が長くなる。特にＤＣブラシレスモーターのような整流子と刷子とを用いない方式の電動機を動力源とする電動送風機においては、軸受が最初に故障する部品となることが多いため、電動送風機全体としての寿命向上につながる。また、フレーム５自体にヒートシンクとしての役割を持たせることで、フレーム５の他に放熱効果のある部品を設ける必要が無くなるため、部品点数が少なく組立工程を減らすことができる。更に、軸受保持部１３とステーター保持部１４とが同一部品であることから、互いの位置精度がフレーム５単体の部品精度のみで確保できる。従って、組立時の治具や接着手段が不要となり、組立性が向上する。

　また、軸受９は軸受保持部１３に接触した状態で直接固定される。従来の技術では、一対の軸受を包囲する円筒状のスリーブを用いて、軸受外周の位置を整列させているが、軸受とフレームとの間にスリーブが介在していることで、軸受からフレームに直接熱が伝わりにくい。実施の形態１の電動送風機１では、フレーム５に軸受９の熱が直接伝わるため、放熱効果が高くなる。更に、スリーブを用いないことで、部品点数が少なくなり、組み立て工程を減らすことができる。

　また、図５に示すように、フレーム５において、軸受保持部１３のステーター保持部１４側の端部が、ステーター保持部１４側に向かって軸方向に突出している。これにより、図２に示すように、ステーター７のステーター支持部７ａとステーター７側の軸受９とが軸方向に重なるように配置できるため、軸受９とローターコア１０との間隔を狭くすることができる。軸受９にはローターアセンブリ６の回転に伴い半径方向の荷重がかかるが、この荷重は軸受９とローターコア１０との間隔が狭いほど小さくなることから、軸受寿命の向上につながる。また、ローターアセンブリ６の軸方向長さを短くできることから、電動送風機１の全体サイズを抑えることも可能となる。

　また、フレーム５はアルミ合金で形成されることが望ましい。アルミ合金は熱伝導率が高いため、軸受９で発生する熱がフレーム５に伝わりやすい。そのため、フレーム５がヒートシンクとして高い放熱効果を有することが期待できる。

　また、軸受９は接着剤によって軸受保持部１３に固定されても良い。例えば、フレーム５がアルミ合金により形成され、軸受９がアルミ合金でない材料により形成される場合、両者の材料の熱膨張係数が異なる。軸１１の回転により軸受９が発熱すると、フレーム５も加熱される。そして、軸受９とフレーム５とが熱膨張を起こした時に、両者の熱膨張係数の違いにより、フレーム５と軸受９との間に隙間が発生する場合がある。このとき、軸受９または軸受保持部１３よりも弾性係数の小さい接着剤を用いることで、軸受９と軸受保持部１３の接着が維持される。したがって、熱膨張を起こした場合でも軸受９が軸受保持部１３から外れることを抑制できる。

　このように、実施の形態１の電動送風機は、ローターアセンブリと、このローターアセンブリを収容し、吸気口と排気口とを有するハウジングとを備える。ローターアセンブリは、軸と、この軸に取り付けられ、回転によって吸気口に負圧を発生するインペラと、この軸に取り付けられるローターコアと、内周側が軸の外周に取り付けられ、外周側がハウジング側に固着される一対の軸受と、を備える。この一対の軸受はインペラとローターコアとの間に配置される。ハウジングは、一対の軸受の外周面を接触した状態で保持する軸受保持部と、ローターコアを駆動するステーターを保持するステーター保持部とを一体で構成したフレームを備える。このため、実施の形態１によれば、軸受で発生した熱をフレームから効率的に放熱できる電動送風機を提供することができる。

　また、軸受保持部は端部がステーター保持部側へ向かって軸方向に突出しているので、ステーターの支持部とステーター側の軸受とが軸方向に重なるように配置できる。このため、軸受とローターコアとの間隔を狭くすることができる。ローターアセンブリの回転に伴い軸受には半径方向への荷重がかかるが、この荷重は軸受とローターコアとの間隔が狭いほど小さくなることから、軸受寿命の向上につながる。さらに、ローターアセンブリの軸方向長さを短くできることから、電動送風機を小型化できる。

　なお、フレームの軸受保持部はステーター保持部側に突出していない構造としても良い。これにより、フレームを絞り加工が可能な形状とすることができるため、生産コストを低くすることができる。

　また、フレームをアルミ合金で形成したので、フレームに軸受の熱が伝わりやすく、軸受の熱をフレームから効率的に放熱できる。

　また、軸受が軸受保持部に軸受または軸受保持部よりも弾性係数の小さい接着剤を用いて固定されるので、軸受が軸受保持部から外れることを抑制できる。

実施の形態２．
　図６は、この発明の実施の形態２に係る電動送風機のハウジングの一部を構成するフレームについて、インペラが配置される側から見た外観斜視図である。実施の形態１の電動送風機との違いは、フレーム５について、第１の円筒部である軸受保持部１３と第２の円筒部であるステーター保持部とを繋ぐ、軸１１に対し直角の面に空気穴１５を備えた点である。

　図２において第１の気流Ａに示すように、インペラ８の駆動によって電動送風機１内部へ吸引される風は、ディフューザー３、ブラケット４を通過した後、フレーム５の外側へ排出される。排気口２０ｂから排出された第１の気流Ａの一部はフレーム５の外周に沿って流れるため、フレーム５をその外面から冷やすことができる。フレーム５に空気穴１５を設けることにより、図２において第２の気流Ｂに示すように、フレーム５の内部にも気流が流入する。空気穴１５を経由してフレーム５の内部に侵入した気流はステーター７の風下側に形成された隙間（図示せず）からフレーム５の外部に排出される。このようにフレーム５の外面と内面両方から冷却することで、フレーム５の放熱効果をさらに高めることができる。

　このように、実施の形態２の電動送風機によれば、フレームには、インペラの駆動によって発生した空気の流れがフレームの内部に流入する空気穴を備えたので、この空気穴からフレームの内部に侵入した気流がフレームの内面を冷却し、軸受で発生した熱をフレームから効率的に放熱できる。

　実施の形態３．
　図７は、この発明の実施の形態３に係る電動送風機のハウジングの一部を構成するフレームについてリブが設けられる側の側面図である。実施の形態２の電動送風機との違いは、フレームが、インペラの駆動によって発生した空気の流れの流路にリブを備えた点である。

　図２において第１の気流Ａに示すように、インペラ８の駆動によって電動送風機１内部へ吸引される風は、ディフューザー３、ブラケット４を通過した後、フレーム５の外側へ排出される。排気口２０ｂから排出された第１の気流Ａの一部はフレーム５の外周に沿って流れるため、フレーム５をその外面から冷やすことができる。フレーム５に空気穴１５を設けることにより、図２において第２の気流Ｂに示すように、フレーム５の内部にも気流が流入する。空気穴１５を経由してフレーム５の内部に侵入した気流はステーター７の風下側に形成された隙間（図示せず）からフレーム５の外部に排出される。このようにフレーム５の外面と内面両方から冷却することで、フレーム５の放熱効果をさらに高めることができる。

　図７に示すように、フレーム５はインペラの駆動によって発生した空気の流れの流路にリブ１６を備えた形状である。リブ１６は、実施の形態２で示したフレーム５において空気穴１５を備えた面に設けられる。リブ１６の形状は、空気穴１５が形成される面から軸受保持部１３側に突出する形状、もしくは、空気穴１５が形成される面からステーター保持部１４側に突出する形状のどちらでも良い。リブ１６は幅広面を有する扁平形状が望ましい。リブ１６を設けることでフレーム５の表面積が増加するため放熱効果が高まる。

　さらに、扁平なリブ１６は、第２の気流Ｂの流れに沿って配置することが望ましい。フレーム５において空気穴１５を備えた面に、リブ１６は半径方向に放射状に設けられる。第２の気流Ｂは、ディフューザー３の外縁とブラケット４の外周部の内面との隙間から軸１１に向って半径方向内向きに進む。例えば、リブ１６が、空気穴１５が形成される面から軸受保持部１３側に突出する形状の場合、第２の気流Ｂは、半径方向に放射状に配置された扁平なリブ１６の側面に沿って流れる。これにより、第２の気流Ｂは、リブ１６を効率よく冷却する。したがって、フレーム５の放熱効果をさらに高めることができる。また、フレーム５の強度向上にもつながる。

　なお、扁平なリブ１６の幅広面が第２の気流Ｂの流れる方向と直交するようにリブ１６を配置してもよい。この場合、リブ１６の幅広面の風上側に空気穴１５を形成するようにすれば、リブ１６に当たった第２の気流Ｂは幅広面に沿って流れる。第２の気流Ｂは、空気穴１５に向かうようにガイドされる。なお、リブ１６の軸受保持部１３側の先端が第２の気流Ｂの上流側に倒れるように形成してもよい。第２の気流Ｂが空気穴１５に向かうように効率的にガイドされる。その結果、第２の気流Ｂが空気穴１５からフレーム５の内部に効果的に流入し、この気流がフレームの内面を冷却し、軸受で発生した熱をフレームから効率的に放熱できる。

　なお、空気穴１５が形成される面からリブ１６がステーター保持部１４側に突出する形状の場合は、リブ１６は半径方向に放射状に配置してもよい。また、リブ１６の向きを９０度回転し、扁平なリブ１６の幅広面の法線が半径方向に放射状となるように配置してもよい。空気穴１５からフレーム５の内部に侵入した第２の気流Ｂがリブ１６の幅広面に沿って流れることにより、リブ１６を効率よく冷却する。したがって、フレーム５の放熱効果をさらに高めることができる。

　また、リブ１６を空気穴１５が形成される面に設けたが、この面に空気穴１５がなくてもよい。例えば、空気穴１５のないフレーム５において、リブ１６をステーター保持部１４の外側に形成してもよい。リブ１６が、第１の気流Ａの流路に形成され、リブ１６が冷却されるので、フレーム５の放熱効果を高めることができる。

　このように、実施の形態３の電動送風機によれば、フレームは、インペラの駆動によって発生した空気の流れの流路にリブを備えたので、インペラの駆動によって発生した気流がリブを冷却する。そして、リブが形成されるフレームを冷却するので、軸受で発生した熱をフレームから効率的に放熱できる。

　以上説明した実施の形態１、実施の形態２または実施の形態３における電動送風機は、例えば電気掃除機の駆動源として使用できる。電動送風機の寿命は電気掃除機の製品寿命に直結することから、寿命を向上させた電動送風機を搭載することで、電気掃除機の製品寿命を延ばす効果が期待できる。

　本発明に係る電動送風機は、例えば、ＤＣブラシレスモーターのような整流子と刷子とを用いない方式の電動機を動力源とする電動送風機に利用される。また、本発明に係る電動送風機は、例えば、電気掃除機に搭載される。

１　電動送風機
２　ファンカバー
３　ディフューザー
４　ブラケット
５　フレーム
６　ローターアセンブリ
７　ステーター
７ａ　ステーター支持部
８　インペラ
９　軸受
１０　ローターコア
１１　軸
１２　ばね
１３　軸受保持部
１３ａ　フランジ部
１４　ステーター保持部
１５　空気穴
１６　リブ
２０　ハウジング
２０ａ　吸気口
２０ｂ　排気口
Ａ　第１の気流
Ｂ　第２の気流

Claims (7)

1. 　ローターアセンブリと、
   　前記ローターアセンブリを収容し、吸気口と排気口とを有するハウジングと、
   　を備え、
   　前記ローターアセンブリは、
   　軸と、
   　前記軸に取り付けられ、回転によって前記吸気口に負圧を発生するインペラと、
   　前記軸に取り付けられるローターコアと、
   　内周側が前記軸の外周に取り付けられ、外周側が前記ハウジングに固着される一対の軸受と、
   　を備え、
   　前記一対の軸受は前記インペラと前記ローターコアとの間に配置され、
   　前記ハウジングは、
   　前記一対の軸受の外周面を接触した状態で保持する軸受保持部と前記ローターコアを駆動するステーターを保持するステーター保持部とを一体で構成したフレームを備えた電動送風機。
2. 　前記軸受保持部は前記ステーター保持部側へ向かって軸方向に突出している請求項１に記載の電動送風機。
3. 　前記フレームはアルミ合金で形成される請求項１または請求項２に記載の電動送風機。
4. 　前記軸受は、前記軸受保持部に、前記軸受または前記軸受保持部よりも弾性係数の小さい接着剤を用いて固定される請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電動送風機。
5. 　前記フレームは、前記インペラの駆動によって発生した空気の流れが前記フレームの内部に流入する空気穴を備えた請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電動送風機。
6. 　前記フレームは、前記インペラの駆動によって発生した空気の流れの流路にリブを備えたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電動送風機。
7. 　請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電動送風機を備えた電気掃除機。

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