電動送風機およびそれを用いた電気掃除機
【課題】ブラシレスモータの冷却を小型でかつ低圧損の構成で実現し、高い送風性能を有する電動送風機およびそれを用いた電気掃除機を提供するものである。
【解決手段】回転軸２を有するロータ３と、ロータ３の外周に配置されたステータ６ａと、ステータ６ａの前後面を覆うフレーム８とから成るブラシレスモータ９と、回転軸２に固定されたインペラ１０と、インペラ１０外周に配置した複数の第１の案内翼１１と、第１の案内翼１１と一体構成でステータ６ａ外周面との間に通気路１２を設けて配置した熱伝導性樹脂製のモータケース１３と、コア５ａ外周面より一体構成で通気路１２に延設された複数の第２の案内翼１５とを備え、ステータ６ａで発生した熱をコア５ａと一体構成で通気路に延設された複数の第２の案内翼と、第１の案内翼１１に伝熱させ、インペラで発生した気流で強制冷却すると共に、気流の動圧を静圧に変換することを可能とした。
【解決手段】回転軸２を有するロータ３と、ロータ３の外周に配置されたステータ６ａと、ステータ６ａの前後面を覆うフレーム８とから成るブラシレスモータ９と、回転軸２に固定されたインペラ１０と、インペラ１０外周に配置した複数の第１の案内翼１１と、第１の案内翼１１と一体構成でステータ６ａ外周面との間に通気路１２を設けて配置した熱伝導性樹脂製のモータケース１３と、コア５ａ外周面より一体構成で通気路１２に延設された複数の第２の案内翼１５とを備え、ステータ６ａで発生した熱をコア５ａと一体構成で通気路に延設された複数の第２の案内翼と、第１の案内翼１１に伝熱させ、インペラで発生した気流で強制冷却すると共に、気流の動圧を静圧に変換することを可能とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレスモータの冷却を小型でかつ低圧損の構成で実現し、高い送風性能を有する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。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の電動送風機は家庭用の電気掃除機に多く利用されている（例えば、特許文献１、２参照）。電気掃除機の入力電力は限られており、より強い吸引力を得るためには電動送風機の送風性能を向上する必要がある。同時に、掃除のしやすさの視点から掃除機本体の小回りが良いことが望まれており、電動送風機を小型化する必要がある。
【０００３】
図１６は、特許文献１に記載された従来の電動送風機の断面構成を示す図である。斜流型ブレード２８を有したインペラ２９と、インペラの下流側に配置されたエアガイド３０と、回転軸３１の軸端にインペラを固着した電動機３２と、回転軸の軸端に設けられたハブ３３とを備え、インペラから流出した気流が電動機のフレーム外部３４を通過する電気掃除機用電動送風機３５が開示されている。
【０００４】
図１７は、特許文献２に記載された従来の電動送風機の断面構成を示す図である。回転軸３６を有した回転子３７と、巻線を有した固定子３８と、固定子を内包し回転軸を支持する軸受３９を保持したフレーム４０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４１を有し回転軸に固定されたインペラ４２と、インペラ４２の外周に配置されたエアガイド４３と、インペラ４２およびエアガイド４３を内包し、中央部に吸気口４４を配置し、フレーム４０に固定されたファンケース４５とを備え、前記フレーム４０の外側に設けた外筒４６との間に、インペラ４２によって発生させ、エアガイド４３に導かれた空気をフレーム４０外周に沿って流す通気路４７を構成し、この外筒の外側に駆動用半導体素子４８を設置し、外筒の内部には他端がフレーム４０に当接し、気流と長手方向が一致するような冷却フィン４９を設け、冷却フィン４９と外筒４６、フレーム４０によって囲まれた独立通路の断面積が下流方向に徐々に拡大するようにフレーム４０又は外筒４６が傾斜した電動送風機５０が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３０７９８５号公報
【特許文献２】特開平１１−３３６６９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の従来の電動送風機の構成では、エアガイドと電動機とが別体で構成されているため、電動機内部で発生した熱を十分にエアガイドの静翼に伝導することができず、結果として電動機内部を十分に冷却できないという課題を有していた。
【０００７】
また、特許文献２に記載の従来の電動送風機の構成では、冷却フィンによって駆動用半導体素子を冷却することは可能であるが、冷却フィンと電動機のフレームとが当設するのみであるため、熱的に接触抵抗が大きく、電動機内部で発生した熱は冷却フィンに伝導しにくいため、特許文献１と同様に電動機内部を十分に冷却できないという課題を有していた。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ブラシレスモータの冷却を小型でかつ低圧損の構成で実現し、高い送風性能を有する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を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、回転軸を有するロータと、前記ロータの外周に配置され巻線が巻かれたコアで構成されるステータと、前記回転軸の軸受を保持し前記ステータの前後面を覆うフレームとから構成されるブラシレスモータと、前記回転軸に固定されたインペラと、前記インペラ外周に配置された複数の第１の案内翼と、前記第１の案内翼と一体で構成され前記ステータ外周面との間に通気路となる空間を設けて配置されたモータケースと、前記インペラを覆い前記モータケースに固定されたファンケースと、前記コア外周面より一体構成で前記通気路に延設された複数の第２の案内翼とを備え、前記第１の案内翼は、前記第２の案内翼と略同一面を有すると共に、前記第２の案内翼の外形面および前面と当接して通気路内に複数の風路を形成し、前記インペラによって発生した気流に対してディフューザの作用を有するよう構成されている。
【００１０】
これによって、ブラシレスモータを駆動した際に、コアで発生した熱はコアと一体構成で通気路に延設された複数の第２の案内翼に伝導し、インペラで発生した気流によって第２の案内翼を強制冷却することで、効率よくコアの熱をブラシレスモータ外部へ逃がすことができる。
【００１１】
また、第２の案内翼と第１の案内翼とで形成される複数の風路はディフューザの作用も有しているため、ブラシレスモータの冷却と同時に、気流の動圧を静圧に変換して小型で高い送風性能を有する電動送風機を実現することができる。
【００１２】
また、本発明の電気掃除機は、小型で高い送風性能を有する電動送風機を搭載しているので、強い吸引力を有しゴミ取れ性が良好であり、電動送風機が軽量なので、小回りの利く使い勝手がよい電気掃除機となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の電動送風機は、ステータで発生した熱をコアと一体構成で通気路に延設された複数の第２の案内翼に伝熱させて、インペラで発生した気流で強制冷却すると共に、同時に気流の動圧を静圧に変換することで、ブラシレスモータを効率よく冷却することが可能な小型で高い送風性能を有する電動送風機を実現できる。
また、このような電動送風機を用いた電気掃除機は、強い吸引力を有し、ゴミ取れ性が良好であり、電動送風機が軽量なので、小回りの利く使い勝手がよい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態における電動送風機の一部断面図
【図２】同電動送風機の一部断面斜視図
【図３】同電動送風機のインペラの一部断面斜視図
【図４】同電動送風機のブラシレスモータの斜視図
【図５】同電動送風機のブラシレスモータおよびモータケースの一部断面斜視図
【図６】同電動送風機のブラシレスモータおよびモータケースの背面図
【図７】同電動送風機のステータの斜視図
【図８】同電動送風機のコアを構成する電磁鋼板の正面図
【図９】同電動送風機を用いた電気掃除機の構成を表す縦断面図
【図１０】本発明の第２の実施の形態における電動送風機の一部断面図
【図１１】同電動送風機のブラシレスモータの斜視図
【図１２】同電動送風機のステータの斜視図
【図１３】同電動送風機のコアの正面図
【図１４】同電動送風機のステータの斜視図
【図１５】同電動送風機のコアの正面図
【図１６】従来の電動送風機の縦断面図
【図１７】従来の電動送風機の一部断面図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
第１の発明は、回転軸を有するロータと、前記ロータの外周に配置され巻線が巻かれたコアで構成されるステータと、前記回転軸の軸受を保持し前記ステータの前後面を覆うフレームとから構成されるブラシレスモータと、前記回転軸に固定されたインペラと、前記インペラ外周に配置された複数の第１の案内翼と、前記第１の案内翼と一体で構成され前記ステータ外周面との間に通気路となる空間を設けて配置されたモータケースと、前記インペラを覆い前記モータケースに固定されたファンケースと、前記コア外周面より一体構成で前記通気路に延設された複数の第２の案内翼とを備え、前記第１の案内翼は、前記第２の案内翼と略同一面を有すると共に、前記第２の案内翼の外形面および前面と当接して通気路内に複数の風路を形成し、前記インペラによって発生した気流に対してディフューザの作用を有するよう構成した電動送風機としたものである。
【００１６】
これによって、ブラシレスモータを駆動した際に、コアで発生した熱はコアと一体構成で通気路に延設された複数の第２の案内翼に伝導し、インペラで発生した気流によって第２の案内翼を連続的に強制冷却することで第２の案内翼とコアとの温度差が大きくなり、コア内部の熱伝導が促進されて効率よくステータの熱をブラシレスモータ外部へ逃がすことができる。また、第２の案内翼と第１の案内翼とで形成される複数の風路はディフューザの作用も有しているため、ブラシレスモータの冷却と同時に、気流の動圧を静圧に変換して小型で高い送風性能を有する電動送風機を実現することができる。
【００１７】
第２の発明は、特に、第１の発明のインペラが、入口から流入した気流を軸方向と径方向との中間の角度で流出させる斜流型ブレードを有しているので、遠心型のインペラと比べて外径を小さくできると共に、風路の途中に曲率の大きな湾曲部を設ける必要がないため、圧損の少ない風路を構成することができる。
【００１８】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明の第２の案内翼が、コアの外周面との交点を通過する接線と所定の角度で交わる平面で形成され、かつ外形を徐々に大きくした第１の案内翼と当接させた構成をしているので、第２の案内翼と第１の案内翼とで形成される複数の風路の断面積を通気路上流からから下流にかけて徐々に大きくすることができ、コアを構成する電磁鋼板の形状がシンプルでかつ単一形状で、気流の動圧を静圧に変換するためのディフューザを容易に構成することができる。
【００１９】
第４の発明は、特に、第３の発明の第２の案内翼が、コア外周と交わる部分で厚みを厚くしているため、コア外周面と第２の案内翼との面積変化が緩やかになり、熱抵抗が減ることでコアの熱が第２の案内翼に伝導しやすくなるため、ブラシレスモータの冷却効果を向上することができる。
【００２０】
第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明の第１の案内翼が、熱伝導性の高い材質を用い、かつ熱伝導性接着剤で第２の案内翼と固定した構成をしているので、第２の案内翼に伝導したステータからの熱が第１の案内翼にも伝導しやすくなり、第２の案内翼と第１の案内翼の両方を放熱フィンとして使用することができるため、放熱面積を拡げてブラシレスモータの冷却効果を向上することができる。
【００２１】
第６の発明は、特に、第１〜５のいずれか１つの発明のステータが、コアと巻線とを樹
脂でモールド成型することで構成しているので、巻線で発熱したジュール熱はモールド部を伝導してコアに伝わるようになり、コアだけでなく巻線で発生した熱についても第２の案内翼から放熱させることができるため、ブラシレスモータの冷却効果を向上することができる。
【００２２】
第７の発明は、特に、第６の発明のモールド部の樹脂は、熱伝導性の高い樹脂を用いているので、巻線のジュール熱がモールド部を伝導しやすくなり、コアを通じて連続的に強制冷却されている第２の案内翼へ伝わるため、ブラシレスモータの冷却効果をさらに向上することができる。
【００２３】
第８の発明は、特に、第７の発明のモールド部の樹脂が、フィラーを充填しているので、樹脂の内部に熱の通り道となる熱伝導路が形成されて、樹脂の熱伝導性を容易に高めることが可能である。
【００２４】
第９の発明は、特に、第１〜８のいずれか１つの電動送風機を搭載した電気掃除機とすることにより、強い吸引力を有しゴミ取れ性がよく、本体サイズが小さいので小回りの利く使い勝手がよい電気掃除機となる。
【００２５】
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。
【００２６】
（実施の形態１）
図１〜図８は、本発明の実施の形態１における電動送風機の構成を示すものである。図１は同電動送風機の一部断面図であり、図２は同電動送風機の一部断面斜視図であり、図３は同電動送風機に用いるインペラの一部断面斜視図であり、図４は同電動送風機に用いるブラシレスモータの斜視図であり、図５は同電動送風機に用いるブラシレスモータおよびモータケースの一部断面斜視図であり、図６は同電動送風機に用いるブラシレスモータおよびモータケースの背面図であり、図７は同電動送風機に用いるステータの斜視図であり、図８は同電動送風機に用いるコアの正面図を示している。図９は同電動送風機を用いた電気掃除機の構成を示す断面図である。
【００２７】
図１〜図７に示すように、電動送風機１ａは、回転軸２を有するロータ３と、ロータ３の外周に配置され巻線４が巻かれたコア５ａで構成されるステータ６ａと、回転軸２の軸受７を保持しステータ６ａの前後面を覆うフレーム８とから構成されるブラシレスモータ９と、回転軸２に固定された３次元曲面で形成された６枚の斜流型ブレード１０ａを有するインペラ１０と、インペラ１０外周に配置された複数の第１の案内翼１１と、第１の案内翼１１と一体で構成されステータ６ａ外周面との間に通気路１２となる空間を設けて配置されたモータケース１３と、インペラ１０を覆いモータケースの通気路１２上流側に固定されるファンケース１４と、コア５ａの外周面より一体構成で通気路１２に延設された複数の第２の案内翼１５とを備えており、第２の案内翼１５はコア５ａの外周面との交点を通過する接線と所定の角度で交わる平面で形成され、第１の案内翼１１は第２の案内翼１５と略同一面を有すると共に、第２の案内翼１５の外形面１５ａおよび前面１５ｂと当接して通気路１２内に複数の独立風路１６を形成している。
【００２８】
また第１の案内翼１１にはポニフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）にフィラーを充填させて熱伝導性を向上させた樹脂を用い、一体成形してモータケース１３を作製した。図６に示すように、第１の案内翼１１には嵌合溝１１ａを設けて、第２の案内翼１５に対して位置決めを行った後、高熱伝導性の接着剤を塗布して密着固定させた。またモータケース１３は通気路１２上流から下流にかけて所定の角度で拡がる円錐形状を有しており、第１の案内翼１１の外形はモータケース１３内壁に沿って大きくなり、それに伴い、複数の独
立風路１６の断面積が連続的に大きくなるようにしている。
【００２９】
またコア５ａは、図８に示すような断面形状を有する電磁鋼板を積層させることで製作した。インペラ１０入口先端部とファンケース１４とは、インペラ１０が回転駆動可能な状態でＰＴＦＥ樹脂のリング１７を介してシールされている。
【００３０】
図９において、電気掃除機１８は、本体吸気口１９に連通した集塵室２０と本体排気口２１を備えた送風室２２とを有する掃除機本体２３と、集塵室２０に本体吸気口１９と気密に装着された集塵袋２４と、送風室２２に設置された電動送風機１ａと、電動送風機１ａを覆う難燃樹脂製の防音カバー２５と、送風室２２の上下に配置された吸音材２６とから構成されている。なお、図示していないが、本体吸気口１９には、ホース、延長管が順次接続され、延長管の先端には床面上の塵埃を吸引するノズルが取りつけられている。
【００３１】
以上のように構成された電動送風機およびそれを用いた電気掃除機について、以下その動作、作用を説明する。
【００３２】
まず、電動送風機１ａの動作について説明する。図１において、巻線４を励磁することで回転磁界が派生し、回転磁界と同期してロータ３が回転し、回転軸２に固定されたインペラ１０が回転する。インペラ１０の回転で生じる遠心力により、インペラ１０内の空気がインペラ１０内の外周へ且つ後方へと押しやられ、インペラ１０内が負圧になり、前方からインペラ１０内へ流れ込む気流が発生する。気流はインペラ１０の入口から軸方向に流入し、６枚の斜流型ブレード１０ａに沿って流れた後、軸方向と径方向との中間の角度でインペラ１０から流出する。インペラ１０から流出した気流は、第１の案内翼１１で形成された複数の独立風路１６に流入し、第２の案内翼１５と第１の案内翼１１とで形成される独立風路１６をブラシレスモータ９の外周面に沿って流れて電動送風機１ａ外部へと流出する。
【００３３】
独立風路１６の断面積は上流から下流にかけて大きくなるため、気流は減速されながら、動圧が静圧へと変換される。電動送風機１ａの送風性能は、電動送風機１ａを駆動するために入力した電力と、電動送風機１ａが行う仕事（インペラ１０が回転することで発生する真空度と流量の積）との比であらわされる。そのため、実際に使用する流量において電動送風機１ａが発生する真空度（静圧）を大きくすることが、電動送風機１ａの送風性能をあげる上で大変重要となる。斜流型のインペラ１０は、気流を軸方向と径方向との中間の角度でさせるため、インペラ１０の外周にディフューザ用の風路が必要な遠心型のインペラ１０と比べて外径を小さくできると共に、風路の途中に曲率の大きな湾曲部を設ける必要がないため、小型で圧損の少ない風路を構成することが可能である。
【００３４】
また、ブラシレスモータ９の発熱は、銅損、鉄損、機械損によるものがある。銅損は巻線４を流れる電流によって生じるジュール熱であり、電流の二乗に比例して大きくなる。また、鉄損はヒステリシス損と渦電流損に分けられる。ヒステリシス損は、モータの磁路を形成する電磁鋼板の物性が原因で発生するもので、回転による磁界の変化で磁束密度が変化することに起因する。また渦電流損は、コア５ａに通る磁束の変動により磁束線のまわりに渦状の電流が流れ、その際の電気抵抗で発生するものである。機械損は、軸受７部の摩擦やロータ３とステータ６ａ間の空気の攪拌抵抗に起因するものである。特に、鉄損については、ヒステリシス損及び渦電流損共に運転周波数に依存して大きくなるため、ブラシレスモータ９を高速回転で使用する際には、鉄損での発熱が大きくなり、これをいかに効率よく放熱させるかが重要となる。電気掃除機１８では、電動送風機１ａは高速回転領域での使用が大半であるため、小型で高い送風性能を得るためにはコア５ａの冷却が大変需要である。
【００３５】
コア５ａで発生した熱は、まず一体構成で通気路１２に延設された複数の第２の案内翼１５へと伝導し、次に高熱伝導性の接着剤で接着固定された第１の案内翼１１へと伝導し、それぞれの案内翼の表面から独立風路１６を流れるインペラ１０からの気流に熱が伝達されてブラシレスモータ９外部へ出ていく。
【００３６】
第１の案内翼１１及び第２の案内翼１５は、インペラ１０からの気流によって連続的に強制冷却されているため、第２の案内翼１５とコア５ａとの温度差が大きくなり、コア５ａ内部の熱伝導が促進されて効率よくコア５ａの熱をブラシレスモータ９外部へと逃がすことができる。第１の案内翼１１には、ポニフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）にフィラーを充填させて熱伝導性を向上させた樹脂が用いられているため、第２の案内翼１５から伝導された熱は第１の案内翼１１内部を伝わりやすく、結果として第２の案内翼１５と第１の案内翼１１とを放熱体として扱うことができるようになり、効率よくブラシレスモータ９を冷却することが可能となる。
【００３７】
また、第１の案内翼１１には熱伝導性の高い材質を選定するのが好ましく、熱伝導性樹脂の他にも、熱伝導に優れたアルミ、銅などの金属材料を用いてもよく、コア５ａの熱を第１の案内翼１１へ伝えて放熱面積を大きくし、電動機の冷却効果を高めることが可能である。ここで熱伝導性樹脂は、樹脂中に熱伝導性の高い金属や炭素の粉末や繊維などの充填剤（フィラー）を含有させることで、熱伝導性を向上させたものであり、ポリフェニレンサンファイド樹脂（ＰＰＳ）、ナイロンおよび液晶ポリマー（ＬＣＰ）が知られている。
【００３８】
導電性のフィラーとしては金属粉末、グラファイト、カーボンブラックなどが用いられ、絶縁性のフィラーとしては窒化アルミニウム、窒化ホウ素、アルミナなど焼結セラミックが用いられており、絶縁性の有無に応じて選択するフィラーを部位ごとに使い分ける必要がある。但し、放熱フィンとして機能する複数の案内翼には、導電性フィラーを配合した樹脂を用いる方が、絶縁性フィラーを配合した樹脂に比べて熱伝導性を大きくすることができるため、導電性フィラーを配合した樹脂を用いるのが望ましい。
【００３９】
充填剤の配合比率を大きくすると、溶融時の粘度が大きくなって成形性が低下するため、注意が必要である。さらに、第２の案内翼１５と第１の案内翼１１との接触面に高熱伝導性の接着剤を塗布しておくことで、接触面間に微小な隙間ができるのを防いで接触面間の熱的な接触抵抗が低減することで、第２の案内翼１５から第１の案内翼１１への熱伝導性を向上することができる。
【００４０】
また、第２の案内翼１５の厚みと翼枚数は、通気路１２に形成される複数の独立風路１６に対して、ディフューザとして必要な断面積および断面積の変化率と、ステータ６ａの冷却に必要な放熱面積とから決める必要があり、実験的に最適値を求める必要がある。放熱面積を大きくするには、外周方向に翼長を長くするのが望ましいが、コア５ａを形成するための電磁鋼板の材質や厚み、そしてプレス加工の精度等の制約を考慮して最適値を求めて実施すればよい。
【００４１】
次に、電気掃除機１８の動作について図９を用いて説明する。図９において、電動送風機１ａのインペラ１０が回転すると、集塵室２０が負圧状態になり、ノズル（図示せず）から吸引された塵埃を含む気流が本体吸気口１９を通過して集塵袋２４へ流入する。集塵袋２４で塵埃を濾過分離した清潔な気流は、電動送風機１ａのインペラ１０へ流入し、独立風路１６を通過した後、防音カバー２５の排気口から流出して掃除機本体２３外部へと放出される。
【００４２】
電気掃除機１８は、小型で送風性能の高い電動送風機１ａを搭載しているため、強い吸
引力を有し、ゴミ取れ性がよく、電動送風機１ａの本体サイズが小さくて、重量が軽いので、小回りが利いて使い勝手がよい。また、掃除機本体２３内に吸音材２６を配置可能な空間の拡大を図り、掃除機本体２３内に設ける吸音材２６の設置面積を大きくすることで、吸音面積を拡げて運転音の小さな電気掃除機１８にすることも可能である。
【００４３】
以上のように、本実施の形態においては、コア５ａの外周面との交点を通過する接線と所定の角度で交わる平面で形成される複数の第２の案内翼１５をコア５ａと一体構成で通気路１２に延設させ、熱伝導性を向上させたモータケース１３と一体構成で、かつ第２の案内翼１５と略同一面を有する第１の案内翼１１を高熱伝導性接着剤で固定して通気路１２内に連続的に断面積が大きくなる複数の独立風路１６を形成することで、インペラ１０で発生した気流を独立風路１６に導いて第２の案内翼１５を強制冷却し、コア５ａで発生した熱を第２の案内翼１５へ伝導させて、第２の案内翼１５および第１の案内翼１１から効率よく放熱することができる。
【００４４】
また複数の独立風路１６はディフューザとしての機能も果たすため、ブラシレスモータ９の冷却とディフューザを両立させており、小型で高い送風性能を有する電動送風機１ａを実現することができる。
【００４５】
なお、本実施の形態では、第１の案内翼１１とモータケース１３が一体構成にした事例で説明したが、これに限られるものではなく、第１の案内翼１１とモータケース１３外郭とを別体として構成してもよく同様の効果を得ることができる。
【００４６】
また、本実施の形態では、ファンケース１４をモータケース１３に固定することで、電動送風機１ａの外郭を形成した事例で説明したが、電動送風機１ａの外周をファンケース１４とモータケース１３を一体にした外郭ケースで覆ってもよく、同様の効果を得ることができる。
【００４７】
（実施の形態２）
図１０〜図１５は、本発明の実施の形態２における電動送風機の構成を示すものである。図１０は同電動送風機の一部断面図であり、図１１は同電動送風機に用いるブラシレスモータ９の斜視図であり、図１２は同電動送風機に用いるステータ６ｂの斜視図であり、図１３は同電動送風機に用いるコア５ｂの正面図を示すものである。なお、実施の形態１と同一要素については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００４８】
図１０〜図１３において、電動送風機１ｂは、コア５ｂと巻線４とを絶縁性フィラーを充填させたポリフェニレンサンファイド樹脂（ＰＰＳ）でモールド成型することで構成したステータ６ｂと、コア５ｂと一体構成で通気路１２に延設された複数の第２の案内翼１５とを備え、図１３に示すように、第２の案内翼１５はコア５ｂ外周と交わる部分で厚みが厚くなる構成をしている。
【００４９】
またコア５ｂは図１３に示すような断面形状を有する電磁鋼板を積層させることで製作し、実施の形態１で説明した図７に示したステータ６ｂと同じように巻線４をコア５ｂに巻きつけた。なお、モールド部の外周面は、コア５ｂの外周面と略同一になるようにした。
【００５０】
以上のように構成された電動送風機について、以下その動作、作用を説明する。
【００５１】
まず、電動送風機１ｂの動作について説明する。図１０〜図１１において、巻線４を励磁することで回転磁界が派生し、回転磁界と同期してロータ３が回転し、回転軸２に固定されたインペラ１０が回転する。インペラ１０の回転で生じる遠心力により、インペラ１
０内の空気がインペラ１０内の外周へ且つ後方へと押しやられ、インペラ１０内が負圧になり、前方からインペラ１０内へ流れ込む気流が発生する。気流はインペラ１０の入口から軸方向に流入し、６枚の斜流型ブレード１０ａに沿って流れた後、軸方向と径方向との中間の角度でインペラ１０から流出する。インペラ１０から流出した気流は、第１の案内翼１１で形成された複数の独立風路１６に流入し、第２の案内翼１５と第１の案内翼１１とで形成される独立風路１６をブラシレスモータ９の外周面に沿って流れて電動送風機１ｂ外部へと流出する。独立風路１６の断面積は上流から下流にかけて大きくなるため、気流は減速されながら、動圧が静圧へと変換される。
【００５２】
ステータ６ｂの巻線４に流れる電流によってジュール熱が発生し、モールド部２７を伝導してコア５ｂへと伝わる。また、コア５ｂでは鉄損に起因する熱が発生し、巻線４から伝導してきた熱とコア５ｂ自身で発生した熱は、まず一体構成で通気路１２に延設された複数の第２の案内翼１５へと伝導し、次に高熱伝導性の接着剤で接着固定された第１の案内翼１１へと伝導し、それぞれの案内翼の表面から独立風路１６を流れるインペラ１０からの気流に熱が伝達されてブラシレスモータ９外部へと出ていく。
【００５３】
第２の案内翼１５はコア５ｂ外周と交わる部分で厚みが厚くなっているため、コア５ｂ外周面と第２の案内翼１５との面積変化が緩やかになり、熱抵抗が減ることでコア５ｂの熱が第２の案内翼１５に伝導しやすくなるため、ブラシレスモータ９の冷却効果を向上することができる。
【００５４】
また第１の案内翼１１及び第２の案内翼１５は、インペラ１０からの気流によって連続的に強制冷却されているため、第２の案内翼１５とコア５ｂとの温度差が大きくなり、コア５ｂ内部の熱伝導が促進されて効率よくコア５ｂ及び巻線４で発生した熱が第２の案内翼１５へと伝導する。
【００５５】
第１の案内翼１１には、ポニフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）にフィラーを充填させて熱伝導性を向上させた樹脂が用いられているため、第２の案内翼１５から伝導された熱は第１の案内翼１１内部を伝わりやすく、結果として第２の案内翼１５と第１の案内翼１１とを放熱体として扱うことができるようになり、効率よくブラシレスモータ９を冷却することが可能となる。これにより、コア５ｂだけでなく巻線４についても冷却することができ、ブラシレスモータ９の冷却効果を大幅に向上することができる。またインペラ１０の気流は、独立風路１６を通過する際には、ステータ６ｂのモールド部およびコア５ｂの外周面に沿って流れるため、気流と外周面とで熱のやり取りが行われることでステータ６ｂの外周面も冷却される。
【００５６】
なお、絶縁性のフィラーとしては窒化アルミニウム、窒化ホウ素、アルミナなど焼結セラミックが用いられており、フィラーの配合比率については、配合比率を大きくすると、溶融時の粘度が大きくなって成形性が低下するので、実験的に配合比率の最適値を求めて実施する必要がある。
【００５７】
以上のように、本実施の形態においては、ステータ６ｂをコア５ｂと巻線４とを絶縁性フィラーを充填させたポリフェニレンサンファイド樹脂（ＰＰＳ）でモールド成型することで構成し、コア５ｂと一体構成で通気路１２に延設された複数の第２の案内翼１５を備えたことで、インペラ１０で発生した気流を独立風路１６に導いて第２の案内翼１５を強制冷却し、コア５ｂだけでなく巻線４で発生した熱についても熱伝導性樹脂を通して第２の案内翼１５へ伝導させて、第２の案内翼１５および第１の案内翼１１から効率よく放熱することが可能になり、ブラシレスモータ９の冷却効果を大幅に向上することができる。
【００５８】
また複数の独立風路１６はディフューザとしての機能も果たすため、ブラシレスモータ
９の冷却とディフューザを両立させており、小型で高い送風性能を有する電動送風機１ｂを実現することができる。
【００５９】
なお、本実施の形態では、第２の案内翼１５とコア５ｂが交わる部分の厚みを大きくした事例で説明したが、図１４、図１５に示すように、第２の案内翼１５の厚みをコア５ｃ外周に向けて徐々に厚みを大きくするのでもよく、コア５ｃから第２の案内翼１５へ熱が伝導する際の熱抵抗を小さくすることで、熱伝導を促進させてステータ６ｃのようにすれば、同様の冷却効果をさらに高めて得ることができる。
【００６０】
なお、上述した各実施の形態１と２の構成は、これに限定されるものではなく、必要に応じて適宜組み合わせて構成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
以上のように、本発明にかかる電動送風機は、ステータで発生した熱をコアと一体構成で通気路に延設された複数の第２の案内翼に伝導させて、インペラで発生した気流で強制冷却すると共に、同時に気流の動圧を静圧に変換することで、ブラシレスモータを効率よく冷却しながら小型で高い送風性能を有するため、家庭用は勿論のこと、業務用の電気掃除機に適用することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１ａ、１ｂ 電動送風機
２ 回転軸
３ ロータ
４ 巻線
５ａ、５ｂ、５ｃ コア
６ａ、６ｂ、６ｃ ステータ
７ 軸受
８ フレーム
９ ブラシレスモータ
１０ａ 斜流型ブレード
１０ インペラ
１１ 第１の案内翼
１２ 通気路
１３ モータケース
１４ ファンケース
１５ 第２の案内翼
１６ 独立風路
１８ 電気掃除機
２７ モールド部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレスモータの冷却を小型でかつ低圧損の構成で実現し、高い送風性能を有する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。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の電動送風機は家庭用の電気掃除機に多く利用されている（例えば、特許文献１、２参照）。電気掃除機の入力電力は限られており、より強い吸引力を得るためには電動送風機の送風性能を向上する必要がある。同時に、掃除のしやすさの視点から掃除機本体の小回りが良いことが望まれており、電動送風機を小型化する必要がある。
【０００３】
図１６は、特許文献１に記載された従来の電動送風機の断面構成を示す図である。斜流型ブレード２８を有したインペラ２９と、インペラの下流側に配置されたエアガイド３０と、回転軸３１の軸端にインペラを固着した電動機３２と、回転軸の軸端に設けられたハブ３３とを備え、インペラから流出した気流が電動機のフレーム外部３４を通過する電気掃除機用電動送風機３５が開示されている。
【０００４】
図１７は、特許文献２に記載された従来の電動送風機の断面構成を示す図である。回転軸３６を有した回転子３７と、巻線を有した固定子３８と、固定子を内包し回転軸を支持する軸受３９を保持したフレーム４０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４１を有し回転軸に固定されたインペラ４２と、インペラ４２の外周に配置されたエアガイド４３と、インペラ４２およびエアガイド４３を内包し、中央部に吸気口４４を配置し、フレーム４０に固定されたファンケース４５とを備え、前記フレーム４０の外側に設けた外筒４６との間に、インペラ４２によって発生させ、エアガイド４３に導かれた空気をフレーム４０外周に沿って流す通気路４７を構成し、この外筒の外側に駆動用半導体素子４８を設置し、外筒の内部には他端がフレーム４０に当接し、気流と長手方向が一致するような冷却フィン４９を設け、冷却フィン４９と外筒４６、フレーム４０によって囲まれた独立通路の断面積が下流方向に徐々に拡大するようにフレーム４０又は外筒４６が傾斜した電動送風機５０が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３０７９８５号公報
【特許文献２】特開平１１−３３６６９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の従来の電動送風機の構成では、エアガイドと電動機とが別体で構成されているため、電動機内部で発生した熱を十分にエアガイドの静翼に伝導することができず、結果として電動機内部を十分に冷却できないという課題を有していた。
【０００７】
また、特許文献２に記載の従来の電動送風機の構成では、冷却フィンによって駆動用半導体素子を冷却することは可能であるが、冷却フィンと電動機のフレームとが当設するのみであるため、熱的に接触抵抗が大きく、電動機内部で発生した熱は冷却フィンに伝導しにくいため、特許文献１と同様に電動機内部を十分に冷却できないという課題を有していた。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ブラシレスモータの冷却を小型でかつ低圧損の構成で実現し、高い送風性能を有する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を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、回転軸を有するロータと、前記ロータの外周に配置され巻線が巻かれたコアで構成されるステータと、前記回転軸の軸受を保持し前記ステータの前後面を覆うフレームとから構成されるブラシレスモータと、前記回転軸に固定されたインペラと、前記インペラ外周に配置された複数の第１の案内翼と、前記第１の案内翼と一体で構成され前記ステータ外周面との間に通気路となる空間を設けて配置されたモータケースと、前記インペラを覆い前記モータケースに固定されたファンケースと、前記コア外周面より一体構成で前記通気路に延設された複数の第２の案内翼とを備え、前記第１の案内翼は、前記第２の案内翼と略同一面を有すると共に、前記第２の案内翼の外形面および前面と当接して通気路内に複数の風路を形成し、前記インペラによって発生した気流に対してディフューザの作用を有するよう構成されている。
【００１０】
これによって、ブラシレスモータを駆動した際に、コアで発生した熱はコアと一体構成で通気路に延設された複数の第２の案内翼に伝導し、インペラで発生した気流によって第２の案内翼を強制冷却することで、効率よくコアの熱をブラシレスモータ外部へ逃がすことができる。
【００１１】
また、第２の案内翼と第１の案内翼とで形成される複数の風路はディフューザの作用も有しているため、ブラシレスモータの冷却と同時に、気流の動圧を静圧に変換して小型で高い送風性能を有する電動送風機を実現することができる。
【００１２】
また、本発明の電気掃除機は、小型で高い送風性能を有する電動送風機を搭載しているので、強い吸引力を有しゴミ取れ性が良好であり、電動送風機が軽量なので、小回りの利く使い勝手がよい電気掃除機となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の電動送風機は、ステータで発生した熱をコアと一体構成で通気路に延設された複数の第２の案内翼に伝熱させて、インペラで発生した気流で強制冷却すると共に、同時に気流の動圧を静圧に変換することで、ブラシレスモータを効率よく冷却することが可能な小型で高い送風性能を有する電動送風機を実現できる。
また、このような電動送風機を用いた電気掃除機は、強い吸引力を有し、ゴミ取れ性が良好であり、電動送風機が軽量なので、小回りの利く使い勝手がよい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態における電動送風機の一部断面図
【図２】同電動送風機の一部断面斜視図
【図３】同電動送風機のインペラの一部断面斜視図
【図４】同電動送風機のブラシレスモータの斜視図
【図５】同電動送風機のブラシレスモータおよびモータケースの一部断面斜視図
【図６】同電動送風機のブラシレスモータおよびモータケースの背面図
【図７】同電動送風機のステータの斜視図
【図８】同電動送風機のコアを構成する電磁鋼板の正面図
【図９】同電動送風機を用いた電気掃除機の構成を表す縦断面図
【図１０】本発明の第２の実施の形態における電動送風機の一部断面図
【図１１】同電動送風機のブラシレスモータの斜視図
【図１２】同電動送風機のステータの斜視図
【図１３】同電動送風機のコアの正面図
【図１４】同電動送風機のステータの斜視図
【図１５】同電動送風機のコアの正面図
【図１６】従来の電動送風機の縦断面図
【図１７】従来の電動送風機の一部断面図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
第１の発明は、回転軸を有するロータと、前記ロータの外周に配置され巻線が巻かれたコアで構成されるステータと、前記回転軸の軸受を保持し前記ステータの前後面を覆うフレームとから構成されるブラシレスモータと、前記回転軸に固定されたインペラと、前記インペラ外周に配置された複数の第１の案内翼と、前記第１の案内翼と一体で構成され前記ステータ外周面との間に通気路となる空間を設けて配置されたモータケースと、前記インペラを覆い前記モータケースに固定されたファンケースと、前記コア外周面より一体構成で前記通気路に延設された複数の第２の案内翼とを備え、前記第１の案内翼は、前記第２の案内翼と略同一面を有すると共に、前記第２の案内翼の外形面および前面と当接して通気路内に複数の風路を形成し、前記インペラによって発生した気流に対してディフューザの作用を有するよう構成した電動送風機としたものである。
【００１６】
これによって、ブラシレスモータを駆動した際に、コアで発生した熱はコアと一体構成で通気路に延設された複数の第２の案内翼に伝導し、インペラで発生した気流によって第２の案内翼を連続的に強制冷却することで第２の案内翼とコアとの温度差が大きくなり、コア内部の熱伝導が促進されて効率よくステータの熱をブラシレスモータ外部へ逃がすことができる。また、第２の案内翼と第１の案内翼とで形成される複数の風路はディフューザの作用も有しているため、ブラシレスモータの冷却と同時に、気流の動圧を静圧に変換して小型で高い送風性能を有する電動送風機を実現することができる。
【００１７】
第２の発明は、特に、第１の発明のインペラが、入口から流入した気流を軸方向と径方向との中間の角度で流出させる斜流型ブレードを有しているので、遠心型のインペラと比べて外径を小さくできると共に、風路の途中に曲率の大きな湾曲部を設ける必要がないため、圧損の少ない風路を構成することができる。
【００１８】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明の第２の案内翼が、コアの外周面との交点を通過する接線と所定の角度で交わる平面で形成され、かつ外形を徐々に大きくした第１の案内翼と当接させた構成をしているので、第２の案内翼と第１の案内翼とで形成される複数の風路の断面積を通気路上流からから下流にかけて徐々に大きくすることができ、コアを構成する電磁鋼板の形状がシンプルでかつ単一形状で、気流の動圧を静圧に変換するためのディフューザを容易に構成することができる。
【００１９】
第４の発明は、特に、第３の発明の第２の案内翼が、コア外周と交わる部分で厚みを厚くしているため、コア外周面と第２の案内翼との面積変化が緩やかになり、熱抵抗が減ることでコアの熱が第２の案内翼に伝導しやすくなるため、ブラシレスモータの冷却効果を向上することができる。
【００２０】
第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明の第１の案内翼が、熱伝導性の高い材質を用い、かつ熱伝導性接着剤で第２の案内翼と固定した構成をしているので、第２の案内翼に伝導したステータからの熱が第１の案内翼にも伝導しやすくなり、第２の案内翼と第１の案内翼の両方を放熱フィンとして使用することができるため、放熱面積を拡げてブラシレスモータの冷却効果を向上することができる。
【００２１】
第６の発明は、特に、第１〜５のいずれか１つの発明のステータが、コアと巻線とを樹
脂でモールド成型することで構成しているので、巻線で発熱したジュール熱はモールド部を伝導してコアに伝わるようになり、コアだけでなく巻線で発生した熱についても第２の案内翼から放熱させることができるため、ブラシレスモータの冷却効果を向上することができる。
【００２２】
第７の発明は、特に、第６の発明のモールド部の樹脂は、熱伝導性の高い樹脂を用いているので、巻線のジュール熱がモールド部を伝導しやすくなり、コアを通じて連続的に強制冷却されている第２の案内翼へ伝わるため、ブラシレスモータの冷却効果をさらに向上することができる。
【００２３】
第８の発明は、特に、第７の発明のモールド部の樹脂が、フィラーを充填しているので、樹脂の内部に熱の通り道となる熱伝導路が形成されて、樹脂の熱伝導性を容易に高めることが可能である。
【００２４】
第９の発明は、特に、第１〜８のいずれか１つの電動送風機を搭載した電気掃除機とすることにより、強い吸引力を有しゴミ取れ性がよく、本体サイズが小さいので小回りの利く使い勝手がよい電気掃除機となる。
【００２５】
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。
【００２６】
（実施の形態１）
図１〜図８は、本発明の実施の形態１における電動送風機の構成を示すものである。図１は同電動送風機の一部断面図であり、図２は同電動送風機の一部断面斜視図であり、図３は同電動送風機に用いるインペラの一部断面斜視図であり、図４は同電動送風機に用いるブラシレスモータの斜視図であり、図５は同電動送風機に用いるブラシレスモータおよびモータケースの一部断面斜視図であり、図６は同電動送風機に用いるブラシレスモータおよびモータケースの背面図であり、図７は同電動送風機に用いるステータの斜視図であり、図８は同電動送風機に用いるコアの正面図を示している。図９は同電動送風機を用いた電気掃除機の構成を示す断面図である。
【００２７】
図１〜図７に示すように、電動送風機１ａは、回転軸２を有するロータ３と、ロータ３の外周に配置され巻線４が巻かれたコア５ａで構成されるステータ６ａと、回転軸２の軸受７を保持しステータ６ａの前後面を覆うフレーム８とから構成されるブラシレスモータ９と、回転軸２に固定された３次元曲面で形成された６枚の斜流型ブレード１０ａを有するインペラ１０と、インペラ１０外周に配置された複数の第１の案内翼１１と、第１の案内翼１１と一体で構成されステータ６ａ外周面との間に通気路１２となる空間を設けて配置されたモータケース１３と、インペラ１０を覆いモータケースの通気路１２上流側に固定されるファンケース１４と、コア５ａの外周面より一体構成で通気路１２に延設された複数の第２の案内翼１５とを備えており、第２の案内翼１５はコア５ａの外周面との交点を通過する接線と所定の角度で交わる平面で形成され、第１の案内翼１１は第２の案内翼１５と略同一面を有すると共に、第２の案内翼１５の外形面１５ａおよび前面１５ｂと当接して通気路１２内に複数の独立風路１６を形成している。
【００２８】
また第１の案内翼１１にはポニフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）にフィラーを充填させて熱伝導性を向上させた樹脂を用い、一体成形してモータケース１３を作製した。図６に示すように、第１の案内翼１１には嵌合溝１１ａを設けて、第２の案内翼１５に対して位置決めを行った後、高熱伝導性の接着剤を塗布して密着固定させた。またモータケース１３は通気路１２上流から下流にかけて所定の角度で拡がる円錐形状を有しており、第１の案内翼１１の外形はモータケース１３内壁に沿って大きくなり、それに伴い、複数の独
立風路１６の断面積が連続的に大きくなるようにしている。
【００２９】
またコア５ａは、図８に示すような断面形状を有する電磁鋼板を積層させることで製作した。インペラ１０入口先端部とファンケース１４とは、インペラ１０が回転駆動可能な状態でＰＴＦＥ樹脂のリング１７を介してシールされている。
【００３０】
図９において、電気掃除機１８は、本体吸気口１９に連通した集塵室２０と本体排気口２１を備えた送風室２２とを有する掃除機本体２３と、集塵室２０に本体吸気口１９と気密に装着された集塵袋２４と、送風室２２に設置された電動送風機１ａと、電動送風機１ａを覆う難燃樹脂製の防音カバー２５と、送風室２２の上下に配置された吸音材２６とから構成されている。なお、図示していないが、本体吸気口１９には、ホース、延長管が順次接続され、延長管の先端には床面上の塵埃を吸引するノズルが取りつけられている。
【００３１】
以上のように構成された電動送風機およびそれを用いた電気掃除機について、以下その動作、作用を説明する。
【００３２】
まず、電動送風機１ａの動作について説明する。図１において、巻線４を励磁することで回転磁界が派生し、回転磁界と同期してロータ３が回転し、回転軸２に固定されたインペラ１０が回転する。インペラ１０の回転で生じる遠心力により、インペラ１０内の空気がインペラ１０内の外周へ且つ後方へと押しやられ、インペラ１０内が負圧になり、前方からインペラ１０内へ流れ込む気流が発生する。気流はインペラ１０の入口から軸方向に流入し、６枚の斜流型ブレード１０ａに沿って流れた後、軸方向と径方向との中間の角度でインペラ１０から流出する。インペラ１０から流出した気流は、第１の案内翼１１で形成された複数の独立風路１６に流入し、第２の案内翼１５と第１の案内翼１１とで形成される独立風路１６をブラシレスモータ９の外周面に沿って流れて電動送風機１ａ外部へと流出する。
【００３３】
独立風路１６の断面積は上流から下流にかけて大きくなるため、気流は減速されながら、動圧が静圧へと変換される。電動送風機１ａの送風性能は、電動送風機１ａを駆動するために入力した電力と、電動送風機１ａが行う仕事（インペラ１０が回転することで発生する真空度と流量の積）との比であらわされる。そのため、実際に使用する流量において電動送風機１ａが発生する真空度（静圧）を大きくすることが、電動送風機１ａの送風性能をあげる上で大変重要となる。斜流型のインペラ１０は、気流を軸方向と径方向との中間の角度でさせるため、インペラ１０の外周にディフューザ用の風路が必要な遠心型のインペラ１０と比べて外径を小さくできると共に、風路の途中に曲率の大きな湾曲部を設ける必要がないため、小型で圧損の少ない風路を構成することが可能である。
【００３４】
また、ブラシレスモータ９の発熱は、銅損、鉄損、機械損によるものがある。銅損は巻線４を流れる電流によって生じるジュール熱であり、電流の二乗に比例して大きくなる。また、鉄損はヒステリシス損と渦電流損に分けられる。ヒステリシス損は、モータの磁路を形成する電磁鋼板の物性が原因で発生するもので、回転による磁界の変化で磁束密度が変化することに起因する。また渦電流損は、コア５ａに通る磁束の変動により磁束線のまわりに渦状の電流が流れ、その際の電気抵抗で発生するものである。機械損は、軸受７部の摩擦やロータ３とステータ６ａ間の空気の攪拌抵抗に起因するものである。特に、鉄損については、ヒステリシス損及び渦電流損共に運転周波数に依存して大きくなるため、ブラシレスモータ９を高速回転で使用する際には、鉄損での発熱が大きくなり、これをいかに効率よく放熱させるかが重要となる。電気掃除機１８では、電動送風機１ａは高速回転領域での使用が大半であるため、小型で高い送風性能を得るためにはコア５ａの冷却が大変需要である。
【００３５】
コア５ａで発生した熱は、まず一体構成で通気路１２に延設された複数の第２の案内翼１５へと伝導し、次に高熱伝導性の接着剤で接着固定された第１の案内翼１１へと伝導し、それぞれの案内翼の表面から独立風路１６を流れるインペラ１０からの気流に熱が伝達されてブラシレスモータ９外部へ出ていく。
【００３６】
第１の案内翼１１及び第２の案内翼１５は、インペラ１０からの気流によって連続的に強制冷却されているため、第２の案内翼１５とコア５ａとの温度差が大きくなり、コア５ａ内部の熱伝導が促進されて効率よくコア５ａの熱をブラシレスモータ９外部へと逃がすことができる。第１の案内翼１１には、ポニフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）にフィラーを充填させて熱伝導性を向上させた樹脂が用いられているため、第２の案内翼１５から伝導された熱は第１の案内翼１１内部を伝わりやすく、結果として第２の案内翼１５と第１の案内翼１１とを放熱体として扱うことができるようになり、効率よくブラシレスモータ９を冷却することが可能となる。
【００３７】
また、第１の案内翼１１には熱伝導性の高い材質を選定するのが好ましく、熱伝導性樹脂の他にも、熱伝導に優れたアルミ、銅などの金属材料を用いてもよく、コア５ａの熱を第１の案内翼１１へ伝えて放熱面積を大きくし、電動機の冷却効果を高めることが可能である。ここで熱伝導性樹脂は、樹脂中に熱伝導性の高い金属や炭素の粉末や繊維などの充填剤（フィラー）を含有させることで、熱伝導性を向上させたものであり、ポリフェニレンサンファイド樹脂（ＰＰＳ）、ナイロンおよび液晶ポリマー（ＬＣＰ）が知られている。
【００３８】
導電性のフィラーとしては金属粉末、グラファイト、カーボンブラックなどが用いられ、絶縁性のフィラーとしては窒化アルミニウム、窒化ホウ素、アルミナなど焼結セラミックが用いられており、絶縁性の有無に応じて選択するフィラーを部位ごとに使い分ける必要がある。但し、放熱フィンとして機能する複数の案内翼には、導電性フィラーを配合した樹脂を用いる方が、絶縁性フィラーを配合した樹脂に比べて熱伝導性を大きくすることができるため、導電性フィラーを配合した樹脂を用いるのが望ましい。
【００３９】
充填剤の配合比率を大きくすると、溶融時の粘度が大きくなって成形性が低下するため、注意が必要である。さらに、第２の案内翼１５と第１の案内翼１１との接触面に高熱伝導性の接着剤を塗布しておくことで、接触面間に微小な隙間ができるのを防いで接触面間の熱的な接触抵抗が低減することで、第２の案内翼１５から第１の案内翼１１への熱伝導性を向上することができる。
【００４０】
また、第２の案内翼１５の厚みと翼枚数は、通気路１２に形成される複数の独立風路１６に対して、ディフューザとして必要な断面積および断面積の変化率と、ステータ６ａの冷却に必要な放熱面積とから決める必要があり、実験的に最適値を求める必要がある。放熱面積を大きくするには、外周方向に翼長を長くするのが望ましいが、コア５ａを形成するための電磁鋼板の材質や厚み、そしてプレス加工の精度等の制約を考慮して最適値を求めて実施すればよい。
【００４１】
次に、電気掃除機１８の動作について図９を用いて説明する。図９において、電動送風機１ａのインペラ１０が回転すると、集塵室２０が負圧状態になり、ノズル（図示せず）から吸引された塵埃を含む気流が本体吸気口１９を通過して集塵袋２４へ流入する。集塵袋２４で塵埃を濾過分離した清潔な気流は、電動送風機１ａのインペラ１０へ流入し、独立風路１６を通過した後、防音カバー２５の排気口から流出して掃除機本体２３外部へと放出される。
【００４２】
電気掃除機１８は、小型で送風性能の高い電動送風機１ａを搭載しているため、強い吸
引力を有し、ゴミ取れ性がよく、電動送風機１ａの本体サイズが小さくて、重量が軽いので、小回りが利いて使い勝手がよい。また、掃除機本体２３内に吸音材２６を配置可能な空間の拡大を図り、掃除機本体２３内に設ける吸音材２６の設置面積を大きくすることで、吸音面積を拡げて運転音の小さな電気掃除機１８にすることも可能である。
【００４３】
以上のように、本実施の形態においては、コア５ａの外周面との交点を通過する接線と所定の角度で交わる平面で形成される複数の第２の案内翼１５をコア５ａと一体構成で通気路１２に延設させ、熱伝導性を向上させたモータケース１３と一体構成で、かつ第２の案内翼１５と略同一面を有する第１の案内翼１１を高熱伝導性接着剤で固定して通気路１２内に連続的に断面積が大きくなる複数の独立風路１６を形成することで、インペラ１０で発生した気流を独立風路１６に導いて第２の案内翼１５を強制冷却し、コア５ａで発生した熱を第２の案内翼１５へ伝導させて、第２の案内翼１５および第１の案内翼１１から効率よく放熱することができる。
【００４４】
また複数の独立風路１６はディフューザとしての機能も果たすため、ブラシレスモータ９の冷却とディフューザを両立させており、小型で高い送風性能を有する電動送風機１ａを実現することができる。
【００４５】
なお、本実施の形態では、第１の案内翼１１とモータケース１３が一体構成にした事例で説明したが、これに限られるものではなく、第１の案内翼１１とモータケース１３外郭とを別体として構成してもよく同様の効果を得ることができる。
【００４６】
また、本実施の形態では、ファンケース１４をモータケース１３に固定することで、電動送風機１ａの外郭を形成した事例で説明したが、電動送風機１ａの外周をファンケース１４とモータケース１３を一体にした外郭ケースで覆ってもよく、同様の効果を得ることができる。
【００４７】
（実施の形態２）
図１０〜図１５は、本発明の実施の形態２における電動送風機の構成を示すものである。図１０は同電動送風機の一部断面図であり、図１１は同電動送風機に用いるブラシレスモータ９の斜視図であり、図１２は同電動送風機に用いるステータ６ｂの斜視図であり、図１３は同電動送風機に用いるコア５ｂの正面図を示すものである。なお、実施の形態１と同一要素については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００４８】
図１０〜図１３において、電動送風機１ｂは、コア５ｂと巻線４とを絶縁性フィラーを充填させたポリフェニレンサンファイド樹脂（ＰＰＳ）でモールド成型することで構成したステータ６ｂと、コア５ｂと一体構成で通気路１２に延設された複数の第２の案内翼１５とを備え、図１３に示すように、第２の案内翼１５はコア５ｂ外周と交わる部分で厚みが厚くなる構成をしている。
【００４９】
またコア５ｂは図１３に示すような断面形状を有する電磁鋼板を積層させることで製作し、実施の形態１で説明した図７に示したステータ６ｂと同じように巻線４をコア５ｂに巻きつけた。なお、モールド部の外周面は、コア５ｂの外周面と略同一になるようにした。
【００５０】
以上のように構成された電動送風機について、以下その動作、作用を説明する。
【００５１】
まず、電動送風機１ｂの動作について説明する。図１０〜図１１において、巻線４を励磁することで回転磁界が派生し、回転磁界と同期してロータ３が回転し、回転軸２に固定されたインペラ１０が回転する。インペラ１０の回転で生じる遠心力により、インペラ１
０内の空気がインペラ１０内の外周へ且つ後方へと押しやられ、インペラ１０内が負圧になり、前方からインペラ１０内へ流れ込む気流が発生する。気流はインペラ１０の入口から軸方向に流入し、６枚の斜流型ブレード１０ａに沿って流れた後、軸方向と径方向との中間の角度でインペラ１０から流出する。インペラ１０から流出した気流は、第１の案内翼１１で形成された複数の独立風路１６に流入し、第２の案内翼１５と第１の案内翼１１とで形成される独立風路１６をブラシレスモータ９の外周面に沿って流れて電動送風機１ｂ外部へと流出する。独立風路１６の断面積は上流から下流にかけて大きくなるため、気流は減速されながら、動圧が静圧へと変換される。
【００５２】
ステータ６ｂの巻線４に流れる電流によってジュール熱が発生し、モールド部２７を伝導してコア５ｂへと伝わる。また、コア５ｂでは鉄損に起因する熱が発生し、巻線４から伝導してきた熱とコア５ｂ自身で発生した熱は、まず一体構成で通気路１２に延設された複数の第２の案内翼１５へと伝導し、次に高熱伝導性の接着剤で接着固定された第１の案内翼１１へと伝導し、それぞれの案内翼の表面から独立風路１６を流れるインペラ１０からの気流に熱が伝達されてブラシレスモータ９外部へと出ていく。
【００５３】
第２の案内翼１５はコア５ｂ外周と交わる部分で厚みが厚くなっているため、コア５ｂ外周面と第２の案内翼１５との面積変化が緩やかになり、熱抵抗が減ることでコア５ｂの熱が第２の案内翼１５に伝導しやすくなるため、ブラシレスモータ９の冷却効果を向上することができる。
【００５４】
また第１の案内翼１１及び第２の案内翼１５は、インペラ１０からの気流によって連続的に強制冷却されているため、第２の案内翼１５とコア５ｂとの温度差が大きくなり、コア５ｂ内部の熱伝導が促進されて効率よくコア５ｂ及び巻線４で発生した熱が第２の案内翼１５へと伝導する。
【００５５】
第１の案内翼１１には、ポニフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）にフィラーを充填させて熱伝導性を向上させた樹脂が用いられているため、第２の案内翼１５から伝導された熱は第１の案内翼１１内部を伝わりやすく、結果として第２の案内翼１５と第１の案内翼１１とを放熱体として扱うことができるようになり、効率よくブラシレスモータ９を冷却することが可能となる。これにより、コア５ｂだけでなく巻線４についても冷却することができ、ブラシレスモータ９の冷却効果を大幅に向上することができる。またインペラ１０の気流は、独立風路１６を通過する際には、ステータ６ｂのモールド部およびコア５ｂの外周面に沿って流れるため、気流と外周面とで熱のやり取りが行われることでステータ６ｂの外周面も冷却される。
【００５６】
なお、絶縁性のフィラーとしては窒化アルミニウム、窒化ホウ素、アルミナなど焼結セラミックが用いられており、フィラーの配合比率については、配合比率を大きくすると、溶融時の粘度が大きくなって成形性が低下するので、実験的に配合比率の最適値を求めて実施する必要がある。
【００５７】
以上のように、本実施の形態においては、ステータ６ｂをコア５ｂと巻線４とを絶縁性フィラーを充填させたポリフェニレンサンファイド樹脂（ＰＰＳ）でモールド成型することで構成し、コア５ｂと一体構成で通気路１２に延設された複数の第２の案内翼１５を備えたことで、インペラ１０で発生した気流を独立風路１６に導いて第２の案内翼１５を強制冷却し、コア５ｂだけでなく巻線４で発生した熱についても熱伝導性樹脂を通して第２の案内翼１５へ伝導させて、第２の案内翼１５および第１の案内翼１１から効率よく放熱することが可能になり、ブラシレスモータ９の冷却効果を大幅に向上することができる。
【００５８】
また複数の独立風路１６はディフューザとしての機能も果たすため、ブラシレスモータ
９の冷却とディフューザを両立させており、小型で高い送風性能を有する電動送風機１ｂを実現することができる。
【００５９】
なお、本実施の形態では、第２の案内翼１５とコア５ｂが交わる部分の厚みを大きくした事例で説明したが、図１４、図１５に示すように、第２の案内翼１５の厚みをコア５ｃ外周に向けて徐々に厚みを大きくするのでもよく、コア５ｃから第２の案内翼１５へ熱が伝導する際の熱抵抗を小さくすることで、熱伝導を促進させてステータ６ｃのようにすれば、同様の冷却効果をさらに高めて得ることができる。
【００６０】
なお、上述した各実施の形態１と２の構成は、これに限定されるものではなく、必要に応じて適宜組み合わせて構成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
以上のように、本発明にかかる電動送風機は、ステータで発生した熱をコアと一体構成で通気路に延設された複数の第２の案内翼に伝導させて、インペラで発生した気流で強制冷却すると共に、同時に気流の動圧を静圧に変換することで、ブラシレスモータを効率よく冷却しながら小型で高い送風性能を有するため、家庭用は勿論のこと、業務用の電気掃除機に適用することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１ａ、１ｂ 電動送風機
２ 回転軸
３ ロータ
４ 巻線
５ａ、５ｂ、５ｃ コア
６ａ、６ｂ、６ｃ ステータ
７ 軸受
８ フレーム
９ ブラシレスモータ
１０ａ 斜流型ブレード
１０ インペラ
１１ 第１の案内翼
１２ 通気路
１３ モータケース
１４ ファンケース
１５ 第２の案内翼
１６ 独立風路
１８ 電気掃除機
２７ モールド部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を有するロータと、前記ロータの外周に配置され巻線が巻かれたコアで構成されるステータと、前記回転軸の軸受を保持し前記ステータの前後面を覆うフレームとから構成されるブラシレスモータと、前記回転軸に固定されたインペラと、前記インペラ外周に配置された複数の第１の案内翼と、前記第１の案内翼と一体で構成され前記ステータ外周面との間に通気路となる空間を設けて配置されたモータケースと、前記インペラを覆い前記モータケースに固定されたファンケースと、前記コア外周面より一体構成で前記通気路に延設された複数の第２の案内翼とを備え、前記第１の案内翼は、前記第２の案内翼と略同一面を有すると共に、前記第２の案内翼の外形面および前面と当接して通気路内に複数の風路を形成し、前記インペラによって発生した気流に対してディフューザの作用を有するよう構成した電動送風機。
【請求項２】
インペラは、入口から流入した気流を軸方向と径方向との中間の角度で流出させる斜流型ブレードを有する請求項１に記載の電動送風機。
【請求項３】
第２の案内翼は、コアの外周面との交点を通過する接線と所定の角度で交わる平面で形成され、かつ外形を徐々に大きくした第１の案内翼と当接する構成とした請求項１または２に記載の電動送風機。
【請求項４】
第２の案内翼は、コアの外周面と交わる部分の周辺の厚みを大きくした請求項３に記載の電動送風機。
【請求項５】
第１の案内翼は、熱伝導性の高い材質を用い、かつ熱伝導性接着剤で第２の案内翼と固定する構成とした請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動送風機。
【請求項６】
ステータは、コアと巻線とを樹脂でモールド成型する構成とした請求項１〜５のいずれか１項に記載の電動送風機。
【請求項７】
モールド部の樹脂は、熱伝導性の高い樹脂とした請求項６に記載の電動送風機。
【請求項８】
モールド部の樹脂には、フィラーが充填された請求項７に記載の電動送風機。
【請求項９】
請求項１〜８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。
【請求項１】
回転軸を有するロータと、前記ロータの外周に配置され巻線が巻かれたコアで構成されるステータと、前記回転軸の軸受を保持し前記ステータの前後面を覆うフレームとから構成されるブラシレスモータと、前記回転軸に固定されたインペラと、前記インペラ外周に配置された複数の第１の案内翼と、前記第１の案内翼と一体で構成され前記ステータ外周面との間に通気路となる空間を設けて配置されたモータケースと、前記インペラを覆い前記モータケースに固定されたファンケースと、前記コア外周面より一体構成で前記通気路に延設された複数の第２の案内翼とを備え、前記第１の案内翼は、前記第２の案内翼と略同一面を有すると共に、前記第２の案内翼の外形面および前面と当接して通気路内に複数の風路を形成し、前記インペラによって発生した気流に対してディフューザの作用を有するよう構成した電動送風機。
【請求項２】
インペラは、入口から流入した気流を軸方向と径方向との中間の角度で流出させる斜流型ブレードを有する請求項１に記載の電動送風機。
【請求項３】
第２の案内翼は、コアの外周面との交点を通過する接線と所定の角度で交わる平面で形成され、かつ外形を徐々に大きくした第１の案内翼と当接する構成とした請求項１または２に記載の電動送風機。
【請求項４】
第２の案内翼は、コアの外周面と交わる部分の周辺の厚みを大きくした請求項３に記載の電動送風機。
【請求項５】
第１の案内翼は、熱伝導性の高い材質を用い、かつ熱伝導性接着剤で第２の案内翼と固定する構成とした請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動送風機。
【請求項６】
ステータは、コアと巻線とを樹脂でモールド成型する構成とした請求項１〜５のいずれか１項に記載の電動送風機。
【請求項７】
モールド部の樹脂は、熱伝導性の高い樹脂とした請求項６に記載の電動送風機。
【請求項８】
モールド部の樹脂には、フィラーが充填された請求項７に記載の電動送風機。
【請求項９】
請求項１〜８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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１２−２５５３５２（Ｐ２０１２−２５５３５２Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２７８９３（Ｐ２０１１−１２７８９３）
【出願日】平成２３年６月８日（２０１１．６．８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月８日（２０１１．６．８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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