電動送風機およびそれを用いた電気掃除機
【課題】高速回転時のブラシレスモータの軸受冷却を小型でかつ低圧損の構成で実現し、高い送風性能と信頼性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。
【解決手段】ブラシレスモータ７において、インペラ８と、インペラ８の外周に通風路を形成するエアガイド９ａと、インペラ８を覆いエアガイド９ａ前面に固定されたファンケース１０とを備え、エアガイド９ａは中央部に配置した熱伝導材料の円環状部材１１ａをその周囲の樹脂部材１２ａに密着させた状態でインサート成形して構成され、円環状部材１１ａは、円環１３とこの円環１３の外周から延設した鍔部１４とで一体構成され、鍔部１４の底面には複数のピン１５を形成し、複数のピン１５がモータフレーム６に設けた複数の孔１６に挿入され、鍔部１４の底面とモータフレーム６前面とが当接することで、軸受の熱をエアガイドの冷却部へ伝導させてインペラからの気流で放熱することができる。
【解決手段】ブラシレスモータ７において、インペラ８と、インペラ８の外周に通風路を形成するエアガイド９ａと、インペラ８を覆いエアガイド９ａ前面に固定されたファンケース１０とを備え、エアガイド９ａは中央部に配置した熱伝導材料の円環状部材１１ａをその周囲の樹脂部材１２ａに密着させた状態でインサート成形して構成され、円環状部材１１ａは、円環１３とこの円環１３の外周から延設した鍔部１４とで一体構成され、鍔部１４の底面には複数のピン１５を形成し、複数のピン１５がモータフレーム６に設けた複数の孔１６に挿入され、鍔部１４の底面とモータフレーム６前面とが当接することで、軸受の熱をエアガイドの冷却部へ伝導させてインペラからの気流で放熱することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速回転時のブラシレスモータの軸受冷却を小型でかつ低圧損の構成で実現し、高い送風性能と信頼性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）。家庭用の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。電動送風機を小型化するにはインペラを高速回転させて径小化する必要があるが、回転数の増加に伴ない、インペラのアンバランス量の影響が大きくなり、軸受にかかる荷重が増大するとともに、転動体と内輪・外輪との接触回数が増えて摩擦による軸受の温度上昇が増えてしまうという課題がある。また、インペラからの気流でモータ内部に通して軸受周辺を冷却しようとすると、曲がり損失が増えて電動送風機の性能が低下してしまい、小型化との両立が困難である。
【０００３】
図１４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。回転軸４１を有した回転子４２と、巻線を有した固定子４３と、固定子４３を内包し回転軸４１を支持する軸受４４を保持したフレーム４５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４６を有し回転軸４１に固定されたインペラ４７と、インペラ４７の外周に配置されたエアガイド４８と、インペラ４７およびエアガイド４８を内包し、中央部に吸気口４９を配置し、フレーム４５に固定されたファンケース５０を備え、前記フレーム４５の外側に設けた外筒５１との間に、インペラ４７によって発生させ、エアガイド４８に導かれた空気をフレーム４５外周に沿って流す通気路５２を構成している。
【０００４】
そして、この外筒５１の外側に駆動用半導体素子５３を設置し、外筒５１の内部には他端がフレーム４５に当接し、気流と長手方向が一致するような冷却フィン５４を設け、冷却フィン５４と外筒５１、フレーム４５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４５又は外筒５１が傾斜した電動送風機５５が開示されている。
【０００５】
図１５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。電動機５６と、電動機により回転駆動されるファン５７と、ファン５７からの気流を整流するとともに、ディフューザ作用を有する整流板５８とからなる電動送風機５９と、電動送風機５９の回転数を制御するスイッチング素子６０とを備え、整流板５８を熱伝導性の高い材料によって形成し、整流板５８にスイッチング素子６０を密着させて固定した電動送風機５９が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３３６６９６号公報
【特許文献２】特開昭６３−９７１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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、外筒と冷却フィンについては熱伝導性の高い材質を用いているが、エアガイドの材質に関する記述はなく、家庭用掃除機用のエアガイドは一般に樹脂製であるので熱伝導性が低くエアガイドの風路へ熱が伝導しにくいと同時に、軸受を保持するフレームだけでは高速回転時の軸受の熱を十分に放熱させることができず、軸受の温度が急激に上がり信頼性が低下してしまうという課題を有していた。
【０００８】
また、特許文献２に記載の従来の電動送風機の構成では、整流板を熱伝導性の高い材料で形成することでスイッチング素子の冷却は可能であるが、軸受の熱を効率的に整流板へ伝導させる構成については示唆されておらず、軸受から整流板への風路への距離が遠いため、上記と同様、高速回転時の軸受冷却が十分に行えず、軸受の信頼性低下が懸念されるという課題を有していた。
【０００９】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、高速回転時のブラシレスモータの軸受冷却を小型でかつ低圧損の構成で実現し、高い送風性能と信頼性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】
【００１０】
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外周に対向配置されたステータと前記回転軸の軸受を保持し前記ステータを覆うモータフレームとで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、前記インペラの外周に通風路を形成するエアガイドと、前記インペラを覆い前記エアガイド前面に固定されたファンケースとを備え、前記エアガイドは中央部に配置した金属あるいは熱伝導性のある無機材料を用いた円環状部材と前記円環状部材の周囲に密着させた樹脂部材とが一体となり構成され、前記エアガイドは、前記円環状部材が前記モータフレーム前面に突出した軸受保持部に嵌合された状態で前記モータフレームに固定されるとともに、前記円環状部材は、円環とこの円環の外周から延設した鍔部とで一体構成され、前記鍔部の底面には複数のピンが形成され、前記複数のピンが前記モータフレームに設けた複数の孔に挿入された状態で、前記鍔部の底面とモータフレーム前面とが当接される構成をしている。
【００１１】
これによって、ブラシレスモータを高速で駆動させた際に、軸受内部で発生した熱は軸受保持部を通して円環状部材へと伝導し、また軸受周辺の熱は複数のピンを通じて鍔部へと伝導することで、双方の熱が円環状部材に伝導してからエアガイドの冷却部へと伝わり、インペラで発生した気流でエアガイドを強制冷却することで連続的に放熱するとともに、エアガイドの各々の風路で気流の動圧を静圧に変換することで、軸受とその周辺を効率よく冷却して過度な温度上昇を抑えつつ、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、軸受の信頼性が高く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、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、エアガイドに円環状部材を有することで発熱源である軸受の熱だけでなく軸受周辺の熱もエアガイドの冷却部へ効率よく伝導させて、インペラからの気流で放熱することができるとともに、エアガイドの風路はディフューザ作用を有しているため、軸受を効率よく冷却して過度な温度上昇を抑えつつ、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。
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、小回りが利いて使い勝手がよい。
【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】同電動送風機の円環状部材の上面から見た斜視図
【図３】同電動送風機の円環状部材の底面から見た斜視図
【図４】同電動送風機のブラシレスモータを表す斜視図
【図５】同電動送風機の展開図
【図６】同電動送風機のインペラの一部断面斜視図
【図７】同電動送風機の軸受の一部断面図
【図８】同電動送風機を用いた電気掃除機の構成を表す断面図
【図９】同電動送風機の一部断面図
【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】同電動送風機の円環状部材の上面から見た斜視図
【図１２】同電動送風機の円環状部材の底面から見た斜視図
【図１３】同電動送風機のブラシレスモータの斜視図
【図１４】従来の電動送風機の断面図
【図１５】従来の電動送風機の断面図
【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外周に対向配置されたステータと前記回転軸の軸受を保持し前記ステータを覆うモータフレームとで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、前記インペラの外周に通風路を形成するエアガイドと、前記インペラを覆い前記エアガイド前面に固定されたファンケースとを備え、前記エアガイドは中央部に配置した金属あるいは熱伝導性のある無機材料を用いた円環状部材と前記円環状部材の周囲に密着させた樹脂部材とが一体となり構成され、前記エアガイドは、前記円環状部材が前記モータフレーム前面に突出した軸受保持部に嵌合された状態で前記モータフレームに固定されるとともに、前記円環状部材は、円環とこの円環の外周から延設した鍔部とで一体構成され、前記鍔部の底面には複数のピンが形成され、前記複数のピンが前記モータフレームに設けた複数の孔に挿入された状態で、前記鍔部の底面とモータフレーム前面とが当接される構成と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高速で駆動させた際に、軸受内部で発生した熱は軸受保持部を通して円環状部材へと伝導し、また軸受周辺の熱は複数のピンを通じて鍔部へと伝導することで、双方の熱が円環状部材に伝導してからエアガイドの冷却部へと伝わり、インペラで発生した気流でエアガイドを強制冷却することで、ステータの熱を気流に伝達させてブラシレスモータ外部へ逃がすことができる。
また、エアガイドの各々の風路はディフューザ作用を有しており、気流の流速を徐々に減速させながら動圧を静圧に変換することができるので、軸受とその周辺を効率よく冷却して過度な温度上昇を抑えつつ、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の発明において、エアガイドは、樹脂部材の底面と円環状部材の端面とが略同一面となるよう構成しているので、エアガイドの鍔部とモータフレーム前面との当接面積を大きくすることができ、接触熱抵抗を小さくしてモータフレーム前面からの熱流量を増やすことができる。また、エアガイドのガタツキを抑えてモータフレームに安定して固定することができる。
【００１８】
第３の発明は、特に第１または第２の発明において、円環状部材は、内周面に複数の溝を有し、軸受保持部の外周面に設けた複数の溝と互いに嵌め合う構成をしているので、複
数の溝がない場合に比べて円環状部材と軸受保持部との接触面積を大きくすることができ、接触熱抵抗を小さくして軸受保持部から円環状部材への熱流量を増やすことができる。
【００１９】
第４の発明は、特に第１〜３のいずれか１つの発明において、エアガイドの樹脂部材は、熱伝導性フィラーを有しているので、樹脂部材の内部に熱の通り道となる熱伝導路が形成され、樹脂部材の熱伝導性を大幅に高めることができるようになり、軸受保持部およびモータフレーム前面から円環状部材へ伝導してきた熱がエアガイドの冷却部へ伝わりやすくなり、放熱効果を大幅に向上することができる。
【００２０】
第５の発明は、請求項１〜４のいずれか１つの発明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。
【００２１】
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。
【００２２】
（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は同電動送風機の円環状部材の上面から斜視図であり、図３は同電動送風機の円環状部材の底面から見た斜視図であり、図４は同電動送風機のブラシレスモータを表す斜視図であり、図５は同電動送風機の展開図であり、図６は同電動送風機のインペラの一部断面斜視図であり、図７は同電動送風機の軸受の一部断面図であり、図８は同電動送風機を用いた電気掃除機の構成を表す断面図である。
【００２３】
図１〜図４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外周に対向配置されたステータ４と回転軸２の軸受５を保持しステータ４を覆うモータフレーム６とで構成されるブラシレスモータ７と、回転軸２に固定されたインペラ８と、インペラ８の外周に通風路を形成するエアガイド９ａと、インペラ８を覆いエアガイド９ａ前面に固定されたファンケース１０とを備え、エアガイド９ａは中央部に配置したアルミニウム製の円環状部材１１ａをその周囲のポニフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を用いた樹脂部材１２ａに密着させた状態でインサート成形することで構成され、円環状部材１１ａは、円環１３とこの円環１３の外周から延設した鍔部１４とで一体構成され、鍔部１４の底面には複数のピン１５が形成され、複数のピン１５がモータフレーム６に設けた複数の孔１６に挿入され、鍔部１４の底面とモータフレーム６前面とが当接した状態でモータフレーム６に固定されている。
【００２４】
なお、円環状部材１１ａは軸受保持部１７に圧入されており、複数のピン１５はその先端部がブラシレスモータ７の巻線１８と絶縁距離を確保した位置に配されている。また、エアガイド９ａは、樹脂部材１２ａの底面と鍔部１４の端面とが略同一面を有している。また、図５に示すように、エアガイド９ａは複数の案内翼１９を有し、その上面にファンケース１０が当接する状態で固定され、各々の案内翼１９間に独立風路２０が形成されており、各々の独立風路２０はインペラ８外周からエアガイド９ａ外周にかけて流路断面積が連続的に大きくなっている。
【００２５】
また、図６に示すように、インペラ８は、板金製の前シュラウド２１とこれに対向する後シュラウド２２とで３次元翼を有するインデューサ２３および複数のブレード２４を挟持することで構成されている。また、図７に示すように、軸受５には摩擦トルクが少ない特徴を有するころがり軸受５を使用した。ころがり軸受５は、内輪２５と外輪２６を有し、その間に転動体２７が介在し、転動体２７の転がりによって回転荷重を支えている。インペラ８入口先端部は、インペラ８が回転駆動可能な状態でＰＴＦＥ樹脂製リング２８を
接触させて動的にシールされている。
【００２６】
図８において、電気掃除機２９は、本体吸気口３０に連通した集塵室３１と本体排気口３２を備えた送風室３３とを有する掃除機本体３４と、集塵室３１に本気吸気口と気密に装着された集塵袋３５と、送風室３３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３６と、送風室３３の上下に配置された吸音材３７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３０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。
【００２７】
以上のように構成された電動送風機１ａおよびそれを用いた電気掃除機２９について、以下その動作、作用を説明する。
【００２８】
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１８を励磁することで回転磁界が発生し、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８が回転する。インペラ８の回転で生じる遠心力により、インペラ８内部の空気がインペラ８内部の外周かつ後方へと押しやられ、インペラ８内部が負圧になり、前方からインペラ８内部へ流れ込む気流が発生する。
【００２９】
気流はインペラ８８の入口から軸方向に流入し、インデューサ２３、複数のブレード２４、前シュラウド２１、後シュラウド２２とで形成された複数の内部流路に沿って流れた後、インペラ８外周へ流出する。インペラ８から流出した気流は、エアガイド９ａに複数の案内翼１９で形成された各々の独立風路２０に流入し、エアガイド９ａ外周へかけて流れる。その際、各々の独立風路２０の流路断面積はインペラ８外周からエアガイド９ａ外周にかけて大きくなるため、独立風路２０を流れる気流の流速は減速されながら、動圧が静圧へと変換される。
【００３０】
電動送風機１ａの送風性能は、インペラ８を回転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８が回転することで発生する真空度と流量の積で求まる空気出力）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。また、電動送風機１ａを小型化するにはインペラ８を高速回転させて径小化する必要がある。従来の電動送風機１ａは５０，０００ｒｐｍ未満で駆動させており、更なる小型化には５０，０００ｒｐｍ以上の高速回転が必要である。
【００３１】
また、ブラシレスモータ７の発熱は、銅損、鉄損、機械損によるものがある。銅損は巻線１８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。
【００３２】
また渦電流損は、コア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５の摩擦やロータ３とステータ４間の空気の攪拌抵抗に起因するものである。特に、５０，０００ｒｐｍ以上の高速回転には、ブラシの摺動損失がないブラシレスモータ７が適しているが、回転数の増加に伴ない、インペラ８のアンバランスが回転軸２へ及ぼす影響が大きくなるため、回転軸２の振れ回りが起こりやすくなって軸受５にかかる荷重が増大するとともに、転動体２７と内輪２５・外輪２６との接触回数が増えて、軸受５の温度が急激に上昇し、寿命が低下してしまうという課題がある。そのため、高速回転時には、軸受５を効率よく冷却して温度上昇を抑えることが大変重要となる。一方、インペラ８からの気流をモータ内部に流して軸受５を冷却しようとすると、気流の曲がり損失が大幅に増えて電動送風機１ａの性能が低下し
てしまう。
【００３３】
軸受５の温度上昇は、上述した転動体２７と内輪２５・外輪２６との摩擦による熱と、モータ内部において軸受５周辺の熱が軸受５に伝わることによって起こる。アルミニウム製の円環状部材１１ａは、円環１３とこの円環１３の外周から延設した鍔部１４とで一体構成され、鍔部１４の底面には複数のピン１５が形成され、円環１３と軸受保持部１７および鍔部１４の底面とモータフレーム６前面とが密着しているので、円環状部材１１ａには軸受保持部１７、複数のピン１５、そしてモータフレーム６前面から熱が伝導するようになる。軸受５内部で発生した熱は軸受保持部１７を通して円環状部材１１ａへと伝導し、また軸受５周辺の熱は複数のピン１５を通じて鍔部１４へと伝導する。
【００３４】
また、ブラシレスモータ７内部で銅損、鉄損に起因して発生しモータフレーム６へ伝導した熱についても、その一部がモータフレーム６前面より鍔部１４へと伝わる。インペラ８からの気流は、エアガイド９ａの独立風路２０を流れてその内壁面を連続的に冷却しているため、独立風路２０の内壁面と円環状部材１１ａとの温度差が発生し、円環状部材１１ａの熱は独立風路２０の内壁面へ伝導する。独立風路２０の内壁面へ伝導した熱は、独立流路を流れるインペラ８からの気流に連続的に伝達し、エアガイド９ａ外部へ放熱される。つまり、軸受５だけでなく、ブラシレスモータ７内部における軸受５周辺の熱についても、アルミニウム製の円環状部材１１ａへ伝導させることができるため、軸受５だけでなく、軸受５周辺についても効率冷却することができる。
【００３５】
また、エアガイド９ａの各々の風路はディフューザ作用を有しており、気流の流速を徐々に減速させながら動圧を静圧に変換することができるので、軸受５とその周辺の過度な温度上昇を抑えつつ、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。金属は樹脂に比べて一般に熱伝導率が高いため、円環状部材１１ａの鍔部１４の厚みを厚くして、鍔部１４と独立風路２０との距離を更に小さくすれば、更に熱抵抗を小さくすることが可能になり、エアガイド９ａによる放熱効果を向上することができる。ただし、樹脂に比べて比重が大きいため、鍔部１４の厚みを厚くした分、質量も大きくなってしまう。また、複数のピン１５については、その径を大きくし、ピン数を増やした方が熱伝導する際の熱抵抗が小さくなりブラシレスモータ７内部からの熱流量は大きくなるが、モータフレーム６自体の強度が落ちてしまうため、双方の観点から最適値を求めればよい。
【００３６】
円環状部材１１ａに使用する材料としては、アルミニウム以外にも、銀、銅、金、黄銅、鉄などの金属がある他、ベリリア、珪素、窒化アルミ、マグネシア、アルミナなどの無機材料が考えられる。
【００３７】
次に、電気掃除機２９の動作について説明する。図８において、電動送風機１ａのインペラ８が回転すると、集塵室３１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気吸気口を通過して集塵室３１へ流入する。集塵袋３５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８へ流入し、通気路に設けられた複数の風路を通過した後、防音カバー３６の排気口から流出して掃除機本体３４外部へと放出される。
【００３８】
電気掃除機２９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、小回りが利いて使い勝手がよい。また、掃除機本体３４内の吸音面積や排気通路の延長を行うことで、運転音の小さな電気掃除機２９にすることも可能である。
【００３９】
以上のように、本実施の形態においては、エアガイド９ａを中央部に配置したアルミニウム製の円環状部材１１ａをその周囲のポニフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を用いた
樹脂部材１２ａに密着させた状態でインサート成形することで構成し、円環状部材１１ａは、円環１３とこの円環１３の外周から延設した鍔部１４とで一体構成し、鍔部１４の底面には複数のピン１５が形成され、複数のピン１５がモータフレーム６に設けた複数の孔１６に挿入され、鍔部１４の底面とモータフレーム６前面とが当接した状態でモータフレーム６に固定することで、軸受５の熱だけでなく、ブラシレスモータ７内部における軸受５周辺の熱を円環状部材１１ａを通じてエアガイド９ａの独立風路２０の内壁面に効率よく伝導させ、インペラ８からの気流で連続的に放熱することができるため、インペラ８の高速回転時にも軸受５とその周辺の温度上昇を抑えつつ、小型で高効率の電動送風機１ａを実現することができる。
【００４０】
また、本実施の形態では、アルミニウム製リングを軸受保持部１７に圧入する事例で説明したが、必ずしも圧入嵌合する必要はなく、熱伝導性グリスをリング内面もしくは軸受保持部１７に塗布して嵌合させることで接触熱抵抗を低減するのでもよく、同様の効果を得ることができる。ただし、一般に金属のほうが熱伝導性グリスよりも熱伝導率が高いため、軸受保持部１７とリングとの隙間はできる限り小さくする方が望ましい。
【００４１】
なお、本実施の形態においては、図９に示すように、エアガイド９ａおよびモータフレーム６の外周面と隙間を設けて配置されたモータケース３８を備えた電動送風機１ａとすることで、エアガイド９ａ外周から流出した気流がモータフレーム６とモータケースとの間の通風路を流れるようになり、モータフレーム６の熱を気流に伝達することができるため、モータフレーム６側面も合わせて冷却することができる。
【００４２】
（実施の形態２）
図１０〜図１３は、本発明の実施の形態２における電動送風機１ｂの構成を示すものである。図１０は同電動送風機１ｂの一部断面図であり、図１１は同電動送風機１ｂの円環状部材１１ｂの上面から見た斜視図であり、図１２は同電動送風機１ｂの円環状部材１１ｂの底面から見た斜視図であり、図１３は同電動送風機１ｂのブラシレスモータ７を表す斜視図である。なお、実施の形態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。
【００４３】
図１０において、電動送風機１ｂは、中央部に配置したアルミニウム製の円環状部材１１ｂをその周囲の導電性フィラーを添加したポニフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を用いた樹脂部材１２ｂに密着させた状態でインサート成形することで構成されたエアガイド９ｂと、軸受保持部１７の外周面に設けられた複数の軸方向に設けられた直線状溝３９を有するモータフレーム６とを有している。
【００４４】
また、図１１、図１２に示すように、円環状部材１１ｂは、円環１３とこの円環１３の外周から延設した鍔部１４とで一体構成され、円環１３の内周面に直線状の凸部４０を有し、かつ鍔部１４の底面には複数のピン１５が形成され、複数のピン１５がモータフレーム６に設けた複数の孔１６に挿入され、鍔部１４の底面とモータフレーム６前面とが当接した状態でモータフレーム６に固定されている。軸受保持部１７では、軸方向の直線状溝３９と円環１３の内周面に設けた直線状の凸部４０とが互いに嵌め合っており、嵌合部には熱伝導性グリスを塗布して接触熱抵抗を小さくするようにしている。
【００４５】
以上のように構成された電動送風機１ｂについて、以下その動作、作用を説明する。
【００４６】
図１０において、巻線１８を励磁することで回転磁界が発生し、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８が回転する。インペラ８の回転で生じる遠心力により、インペラ８内部の空気がインペラ８内部の外周かつ後方へと押しやられ、インペラ８内部が負圧になり、前方からインペラ８内部へ流れ込む気流が発生する。気
流はインペラ８の入口から軸方向に流入し、複数の内部流路に沿って流れた後、インペラ８外周へ流出する。インペラ８から流出した気流は、エアガイド９ｂに複数の案内翼１９で形成された各々の独立風路２０に流入し、エアガイド９ｂ外周へかけて流れる。その際、各々の独立風路２０を流れる気流の流速は減速されながら、動圧が静圧へと変換される。
【００４７】
アルミニウム製の円環状部材１１ｂは直線状の凸部４０を有し、軸受保持部１７において直線状溝３９と互いに嵌め合い密着しているので、円環状部材１１ｂと軸受保持部１７との接触面積を大きくして接触熱抵抗を小さくすることができ、発熱源となる軸受５に接触している軸受保持部１７から円環状部材１１ｂへの熱流量を大幅に増やすことができる。これにより、エアガイド９ｂの独立風路２０へ熱が伝わりやすくなり、エアガイド９ｂの放熱効果を向上することができる。
【００４８】
また、エアガイド９ｂの樹脂部材１２ｂには導電性フィラーを添加しているので、樹脂部材１２ｂの内部に熱の通り道となる熱伝導路が形成されて、樹脂部材１２ｂの熱伝導性を大幅に高めることができるようになり、軸受保持部１７、複数のピン１５、そしてモータフレーム６前面から円環状部材１１ｂへ伝導してきた熱がエアガイド９ｂの樹脂部材１２ｂを通じて冷却部である独立風路２０へと伝わりやすくなり、インペラ８からの気流で効率よく放熱させることができ、エアガイド９ｂの放熱効果を大幅に向上することができる。
【００４９】
熱伝導性樹脂としては、ポリフェニレンサンファイド樹脂（ＰＰＳ）の他に、ナイロンおよび液晶ポリマー（ＬＣＰ）が知られている。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使い分ける必要がある。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、エアガイド９ｂの樹脂部材１２ｂには導電性フィラーを配合した樹脂を用いるのが望ましい。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。
【００５０】
以上のように、本実施の形態においては、エアガイド９ｂを中央部に配置した円環１３とこの円環１３の外周から延設した鍔部１４とで一体構成された円環状部材１１ｂを、その周囲の導電性フィラーを添加したポニフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を用いた樹脂部材１２ｂに密着させた状態でインサート成形することで構成し、円環１３の内周面に直線状の凸部４０を有し、かつ鍔部１４の底面には複数のピン１５が形成され、複数のピン１５がモータフレーム６に設けた複数の孔１６に挿入され、鍔部１４の底面とモータフレーム６前面とが当接した状態でモータフレーム６に固定することで、円環状部材１１ｂと軸受保持部１７との接触熱抵抗が小さくなり、かつ、モータフレーム６内の熱を複数のピン１５が直接受熱することで、直接、軸受５に接触している軸受保持部１７から円環状部材１１ｂへの熱流量を大幅に増やすことができるとともに、エアガイド９ｂの樹脂部材１２ｂの熱伝導性が向上して円環状部材１１ｂからエアガイド９ｂの冷却部へ熱が伝わりやすくなり、エアガイド９ｂによる軸受５の冷却効果を大幅に向上することができる。これにより、インペラ８の高速回転時にも軸受５の信頼性が高く、小型で高効率の電動送風機１ｂを実現することができる。
【００５１】
なお、本実施の形態では、エアガイド９ｂが、円環状部材１１ｂとその周囲に密着させた樹脂部材１２ｂとが一体となり構成された事例で説明したが、全て金属あるいは熱伝導性のある無機材料を用いて作製したエアガイド９ｂでもよく、樹脂に比べて大幅に熱伝導性を向上することはできるが、質量が樹脂に比べて重くなってしまい、また複雑な案内翼
１９形状だと製造が困難であるため、コストがかさんでしまうという課題がある。
【００５２】
なお、上述した各実施の形態１、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】
【００５３】
以上のように、本発明にかかる電動送風機は、軸受で発生した熱をエアガイドに有した熱伝導性の高い円環状部材を介してエアガイドの冷却部へ効率よく伝熱させて、インペラからの気流で放熱することで、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ので、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】
【００５４】
１ａ、１ｂ 電動送風機
２ 回転軸
３ ロータ
４ ステータ
５ 軸受
６ モータフレーム
７ ブラシレスモータ
８ インペラ
９ａ、９ｂ エアガイド
１０ ファンケース
１１ａ、１１ｂ 円環状部材
１２ａ、１２ｂ 樹脂部材
１７ 軸受保持部
１９ 案内翼
２０ 独立風路
２９ 電気掃除機
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速回転時のブラシレスモータの軸受冷却を小型でかつ低圧損の構成で実現し、高い送風性能と信頼性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）。家庭用の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。電動送風機を小型化するにはインペラを高速回転させて径小化する必要があるが、回転数の増加に伴ない、インペラのアンバランス量の影響が大きくなり、軸受にかかる荷重が増大するとともに、転動体と内輪・外輪との接触回数が増えて摩擦による軸受の温度上昇が増えてしまうという課題がある。また、インペラからの気流でモータ内部に通して軸受周辺を冷却しようとすると、曲がり損失が増えて電動送風機の性能が低下してしまい、小型化との両立が困難である。
【０００３】
図１４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。回転軸４１を有した回転子４２と、巻線を有した固定子４３と、固定子４３を内包し回転軸４１を支持する軸受４４を保持したフレーム４５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４６を有し回転軸４１に固定されたインペラ４７と、インペラ４７の外周に配置されたエアガイド４８と、インペラ４７およびエアガイド４８を内包し、中央部に吸気口４９を配置し、フレーム４５に固定されたファンケース５０を備え、前記フレーム４５の外側に設けた外筒５１との間に、インペラ４７によって発生させ、エアガイド４８に導かれた空気をフレーム４５外周に沿って流す通気路５２を構成している。
【０００４】
そして、この外筒５１の外側に駆動用半導体素子５３を設置し、外筒５１の内部には他端がフレーム４５に当接し、気流と長手方向が一致するような冷却フィン５４を設け、冷却フィン５４と外筒５１、フレーム４５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４５又は外筒５１が傾斜した電動送風機５５が開示されている。
【０００５】
図１５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。電動機５６と、電動機により回転駆動されるファン５７と、ファン５７からの気流を整流するとともに、ディフューザ作用を有する整流板５８とからなる電動送風機５９と、電動送風機５９の回転数を制御するスイッチング素子６０とを備え、整流板５８を熱伝導性の高い材料によって形成し、整流板５８にスイッチング素子６０を密着させて固定した電動送風機５９が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３３６６９６号公報
【特許文献２】特開昭６３−９７１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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、外筒と冷却フィンについては熱伝導性の高い材質を用いているが、エアガイドの材質に関する記述はなく、家庭用掃除機用のエアガイドは一般に樹脂製であるので熱伝導性が低くエアガイドの風路へ熱が伝導しにくいと同時に、軸受を保持するフレームだけでは高速回転時の軸受の熱を十分に放熱させることができず、軸受の温度が急激に上がり信頼性が低下してしまうという課題を有していた。
【０００８】
また、特許文献２に記載の従来の電動送風機の構成では、整流板を熱伝導性の高い材料で形成することでスイッチング素子の冷却は可能であるが、軸受の熱を効率的に整流板へ伝導させる構成については示唆されておらず、軸受から整流板への風路への距離が遠いため、上記と同様、高速回転時の軸受冷却が十分に行えず、軸受の信頼性低下が懸念されるという課題を有していた。
【０００９】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、高速回転時のブラシレスモータの軸受冷却を小型でかつ低圧損の構成で実現し、高い送風性能と信頼性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】
【００１０】
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外周に対向配置されたステータと前記回転軸の軸受を保持し前記ステータを覆うモータフレームとで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、前記インペラの外周に通風路を形成するエアガイドと、前記インペラを覆い前記エアガイド前面に固定されたファンケースとを備え、前記エアガイドは中央部に配置した金属あるいは熱伝導性のある無機材料を用いた円環状部材と前記円環状部材の周囲に密着させた樹脂部材とが一体となり構成され、前記エアガイドは、前記円環状部材が前記モータフレーム前面に突出した軸受保持部に嵌合された状態で前記モータフレームに固定されるとともに、前記円環状部材は、円環とこの円環の外周から延設した鍔部とで一体構成され、前記鍔部の底面には複数のピンが形成され、前記複数のピンが前記モータフレームに設けた複数の孔に挿入された状態で、前記鍔部の底面とモータフレーム前面とが当接される構成をしている。
【００１１】
これによって、ブラシレスモータを高速で駆動させた際に、軸受内部で発生した熱は軸受保持部を通して円環状部材へと伝導し、また軸受周辺の熱は複数のピンを通じて鍔部へと伝導することで、双方の熱が円環状部材に伝導してからエアガイドの冷却部へと伝わり、インペラで発生した気流でエアガイドを強制冷却することで連続的に放熱するとともに、エアガイドの各々の風路で気流の動圧を静圧に変換することで、軸受とその周辺を効率よく冷却して過度な温度上昇を抑えつつ、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、軸受の信頼性が高く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、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、エアガイドに円環状部材を有することで発熱源である軸受の熱だけでなく軸受周辺の熱もエアガイドの冷却部へ効率よく伝導させて、インペラからの気流で放熱することができるとともに、エアガイドの風路はディフューザ作用を有しているため、軸受を効率よく冷却して過度な温度上昇を抑えつつ、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。
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、小回りが利いて使い勝手がよい。
【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】同電動送風機の円環状部材の上面から見た斜視図
【図３】同電動送風機の円環状部材の底面から見た斜視図
【図４】同電動送風機のブラシレスモータを表す斜視図
【図５】同電動送風機の展開図
【図６】同電動送風機のインペラの一部断面斜視図
【図７】同電動送風機の軸受の一部断面図
【図８】同電動送風機を用いた電気掃除機の構成を表す断面図
【図９】同電動送風機の一部断面図
【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】同電動送風機の円環状部材の上面から見た斜視図
【図１２】同電動送風機の円環状部材の底面から見た斜視図
【図１３】同電動送風機のブラシレスモータの斜視図
【図１４】従来の電動送風機の断面図
【図１５】従来の電動送風機の断面図
【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外周に対向配置されたステータと前記回転軸の軸受を保持し前記ステータを覆うモータフレームとで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、前記インペラの外周に通風路を形成するエアガイドと、前記インペラを覆い前記エアガイド前面に固定されたファンケースとを備え、前記エアガイドは中央部に配置した金属あるいは熱伝導性のある無機材料を用いた円環状部材と前記円環状部材の周囲に密着させた樹脂部材とが一体となり構成され、前記エアガイドは、前記円環状部材が前記モータフレーム前面に突出した軸受保持部に嵌合された状態で前記モータフレームに固定されるとともに、前記円環状部材は、円環とこの円環の外周から延設した鍔部とで一体構成され、前記鍔部の底面には複数のピンが形成され、前記複数のピンが前記モータフレームに設けた複数の孔に挿入された状態で、前記鍔部の底面とモータフレーム前面とが当接される構成と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高速で駆動させた際に、軸受内部で発生した熱は軸受保持部を通して円環状部材へと伝導し、また軸受周辺の熱は複数のピンを通じて鍔部へと伝導することで、双方の熱が円環状部材に伝導してからエアガイドの冷却部へと伝わり、インペラで発生した気流でエアガイドを強制冷却することで、ステータの熱を気流に伝達させてブラシレスモータ外部へ逃がすことができる。
また、エアガイドの各々の風路はディフューザ作用を有しており、気流の流速を徐々に減速させながら動圧を静圧に変換することができるので、軸受とその周辺を効率よく冷却して過度な温度上昇を抑えつつ、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の発明において、エアガイドは、樹脂部材の底面と円環状部材の端面とが略同一面となるよう構成しているので、エアガイドの鍔部とモータフレーム前面との当接面積を大きくすることができ、接触熱抵抗を小さくしてモータフレーム前面からの熱流量を増やすことができる。また、エアガイドのガタツキを抑えてモータフレームに安定して固定することができる。
【００１８】
第３の発明は、特に第１または第２の発明において、円環状部材は、内周面に複数の溝を有し、軸受保持部の外周面に設けた複数の溝と互いに嵌め合う構成をしているので、複
数の溝がない場合に比べて円環状部材と軸受保持部との接触面積を大きくすることができ、接触熱抵抗を小さくして軸受保持部から円環状部材への熱流量を増やすことができる。
【００１９】
第４の発明は、特に第１〜３のいずれか１つの発明において、エアガイドの樹脂部材は、熱伝導性フィラーを有しているので、樹脂部材の内部に熱の通り道となる熱伝導路が形成され、樹脂部材の熱伝導性を大幅に高めることができるようになり、軸受保持部およびモータフレーム前面から円環状部材へ伝導してきた熱がエアガイドの冷却部へ伝わりやすくなり、放熱効果を大幅に向上することができる。
【００２０】
第５の発明は、請求項１〜４のいずれか１つの発明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。
【００２１】
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。
【００２２】
（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は同電動送風機の円環状部材の上面から斜視図であり、図３は同電動送風機の円環状部材の底面から見た斜視図であり、図４は同電動送風機のブラシレスモータを表す斜視図であり、図５は同電動送風機の展開図であり、図６は同電動送風機のインペラの一部断面斜視図であり、図７は同電動送風機の軸受の一部断面図であり、図８は同電動送風機を用いた電気掃除機の構成を表す断面図である。
【００２３】
図１〜図４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外周に対向配置されたステータ４と回転軸２の軸受５を保持しステータ４を覆うモータフレーム６とで構成されるブラシレスモータ７と、回転軸２に固定されたインペラ８と、インペラ８の外周に通風路を形成するエアガイド９ａと、インペラ８を覆いエアガイド９ａ前面に固定されたファンケース１０とを備え、エアガイド９ａは中央部に配置したアルミニウム製の円環状部材１１ａをその周囲のポニフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を用いた樹脂部材１２ａに密着させた状態でインサート成形することで構成され、円環状部材１１ａは、円環１３とこの円環１３の外周から延設した鍔部１４とで一体構成され、鍔部１４の底面には複数のピン１５が形成され、複数のピン１５がモータフレーム６に設けた複数の孔１６に挿入され、鍔部１４の底面とモータフレーム６前面とが当接した状態でモータフレーム６に固定されている。
【００２４】
なお、円環状部材１１ａは軸受保持部１７に圧入されており、複数のピン１５はその先端部がブラシレスモータ７の巻線１８と絶縁距離を確保した位置に配されている。また、エアガイド９ａは、樹脂部材１２ａの底面と鍔部１４の端面とが略同一面を有している。また、図５に示すように、エアガイド９ａは複数の案内翼１９を有し、その上面にファンケース１０が当接する状態で固定され、各々の案内翼１９間に独立風路２０が形成されており、各々の独立風路２０はインペラ８外周からエアガイド９ａ外周にかけて流路断面積が連続的に大きくなっている。
【００２５】
また、図６に示すように、インペラ８は、板金製の前シュラウド２１とこれに対向する後シュラウド２２とで３次元翼を有するインデューサ２３および複数のブレード２４を挟持することで構成されている。また、図７に示すように、軸受５には摩擦トルクが少ない特徴を有するころがり軸受５を使用した。ころがり軸受５は、内輪２５と外輪２６を有し、その間に転動体２７が介在し、転動体２７の転がりによって回転荷重を支えている。インペラ８入口先端部は、インペラ８が回転駆動可能な状態でＰＴＦＥ樹脂製リング２８を
接触させて動的にシールされている。
【００２６】
図８において、電気掃除機２９は、本体吸気口３０に連通した集塵室３１と本体排気口３２を備えた送風室３３とを有する掃除機本体３４と、集塵室３１に本気吸気口と気密に装着された集塵袋３５と、送風室３３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３６と、送風室３３の上下に配置された吸音材３７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３０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。
【００２７】
以上のように構成された電動送風機１ａおよびそれを用いた電気掃除機２９について、以下その動作、作用を説明する。
【００２８】
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１８を励磁することで回転磁界が発生し、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８が回転する。インペラ８の回転で生じる遠心力により、インペラ８内部の空気がインペラ８内部の外周かつ後方へと押しやられ、インペラ８内部が負圧になり、前方からインペラ８内部へ流れ込む気流が発生する。
【００２９】
気流はインペラ８８の入口から軸方向に流入し、インデューサ２３、複数のブレード２４、前シュラウド２１、後シュラウド２２とで形成された複数の内部流路に沿って流れた後、インペラ８外周へ流出する。インペラ８から流出した気流は、エアガイド９ａに複数の案内翼１９で形成された各々の独立風路２０に流入し、エアガイド９ａ外周へかけて流れる。その際、各々の独立風路２０の流路断面積はインペラ８外周からエアガイド９ａ外周にかけて大きくなるため、独立風路２０を流れる気流の流速は減速されながら、動圧が静圧へと変換される。
【００３０】
電動送風機１ａの送風性能は、インペラ８を回転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８が回転することで発生する真空度と流量の積で求まる空気出力）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。また、電動送風機１ａを小型化するにはインペラ８を高速回転させて径小化する必要がある。従来の電動送風機１ａは５０，０００ｒｐｍ未満で駆動させており、更なる小型化には５０，０００ｒｐｍ以上の高速回転が必要である。
【００３１】
また、ブラシレスモータ７の発熱は、銅損、鉄損、機械損によるものがある。銅損は巻線１８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。
【００３２】
また渦電流損は、コア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５の摩擦やロータ３とステータ４間の空気の攪拌抵抗に起因するものである。特に、５０，０００ｒｐｍ以上の高速回転には、ブラシの摺動損失がないブラシレスモータ７が適しているが、回転数の増加に伴ない、インペラ８のアンバランスが回転軸２へ及ぼす影響が大きくなるため、回転軸２の振れ回りが起こりやすくなって軸受５にかかる荷重が増大するとともに、転動体２７と内輪２５・外輪２６との接触回数が増えて、軸受５の温度が急激に上昇し、寿命が低下してしまうという課題がある。そのため、高速回転時には、軸受５を効率よく冷却して温度上昇を抑えることが大変重要となる。一方、インペラ８からの気流をモータ内部に流して軸受５を冷却しようとすると、気流の曲がり損失が大幅に増えて電動送風機１ａの性能が低下し
てしまう。
【００３３】
軸受５の温度上昇は、上述した転動体２７と内輪２５・外輪２６との摩擦による熱と、モータ内部において軸受５周辺の熱が軸受５に伝わることによって起こる。アルミニウム製の円環状部材１１ａは、円環１３とこの円環１３の外周から延設した鍔部１４とで一体構成され、鍔部１４の底面には複数のピン１５が形成され、円環１３と軸受保持部１７および鍔部１４の底面とモータフレーム６前面とが密着しているので、円環状部材１１ａには軸受保持部１７、複数のピン１５、そしてモータフレーム６前面から熱が伝導するようになる。軸受５内部で発生した熱は軸受保持部１７を通して円環状部材１１ａへと伝導し、また軸受５周辺の熱は複数のピン１５を通じて鍔部１４へと伝導する。
【００３４】
また、ブラシレスモータ７内部で銅損、鉄損に起因して発生しモータフレーム６へ伝導した熱についても、その一部がモータフレーム６前面より鍔部１４へと伝わる。インペラ８からの気流は、エアガイド９ａの独立風路２０を流れてその内壁面を連続的に冷却しているため、独立風路２０の内壁面と円環状部材１１ａとの温度差が発生し、円環状部材１１ａの熱は独立風路２０の内壁面へ伝導する。独立風路２０の内壁面へ伝導した熱は、独立流路を流れるインペラ８からの気流に連続的に伝達し、エアガイド９ａ外部へ放熱される。つまり、軸受５だけでなく、ブラシレスモータ７内部における軸受５周辺の熱についても、アルミニウム製の円環状部材１１ａへ伝導させることができるため、軸受５だけでなく、軸受５周辺についても効率冷却することができる。
【００３５】
また、エアガイド９ａの各々の風路はディフューザ作用を有しており、気流の流速を徐々に減速させながら動圧を静圧に変換することができるので、軸受５とその周辺の過度な温度上昇を抑えつつ、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。金属は樹脂に比べて一般に熱伝導率が高いため、円環状部材１１ａの鍔部１４の厚みを厚くして、鍔部１４と独立風路２０との距離を更に小さくすれば、更に熱抵抗を小さくすることが可能になり、エアガイド９ａによる放熱効果を向上することができる。ただし、樹脂に比べて比重が大きいため、鍔部１４の厚みを厚くした分、質量も大きくなってしまう。また、複数のピン１５については、その径を大きくし、ピン数を増やした方が熱伝導する際の熱抵抗が小さくなりブラシレスモータ７内部からの熱流量は大きくなるが、モータフレーム６自体の強度が落ちてしまうため、双方の観点から最適値を求めればよい。
【００３６】
円環状部材１１ａに使用する材料としては、アルミニウム以外にも、銀、銅、金、黄銅、鉄などの金属がある他、ベリリア、珪素、窒化アルミ、マグネシア、アルミナなどの無機材料が考えられる。
【００３７】
次に、電気掃除機２９の動作について説明する。図８において、電動送風機１ａのインペラ８が回転すると、集塵室３１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気吸気口を通過して集塵室３１へ流入する。集塵袋３５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８へ流入し、通気路に設けられた複数の風路を通過した後、防音カバー３６の排気口から流出して掃除機本体３４外部へと放出される。
【００３８】
電気掃除機２９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、小回りが利いて使い勝手がよい。また、掃除機本体３４内の吸音面積や排気通路の延長を行うことで、運転音の小さな電気掃除機２９にすることも可能である。
【００３９】
以上のように、本実施の形態においては、エアガイド９ａを中央部に配置したアルミニウム製の円環状部材１１ａをその周囲のポニフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を用いた
樹脂部材１２ａに密着させた状態でインサート成形することで構成し、円環状部材１１ａは、円環１３とこの円環１３の外周から延設した鍔部１４とで一体構成し、鍔部１４の底面には複数のピン１５が形成され、複数のピン１５がモータフレーム６に設けた複数の孔１６に挿入され、鍔部１４の底面とモータフレーム６前面とが当接した状態でモータフレーム６に固定することで、軸受５の熱だけでなく、ブラシレスモータ７内部における軸受５周辺の熱を円環状部材１１ａを通じてエアガイド９ａの独立風路２０の内壁面に効率よく伝導させ、インペラ８からの気流で連続的に放熱することができるため、インペラ８の高速回転時にも軸受５とその周辺の温度上昇を抑えつつ、小型で高効率の電動送風機１ａを実現することができる。
【００４０】
また、本実施の形態では、アルミニウム製リングを軸受保持部１７に圧入する事例で説明したが、必ずしも圧入嵌合する必要はなく、熱伝導性グリスをリング内面もしくは軸受保持部１７に塗布して嵌合させることで接触熱抵抗を低減するのでもよく、同様の効果を得ることができる。ただし、一般に金属のほうが熱伝導性グリスよりも熱伝導率が高いため、軸受保持部１７とリングとの隙間はできる限り小さくする方が望ましい。
【００４１】
なお、本実施の形態においては、図９に示すように、エアガイド９ａおよびモータフレーム６の外周面と隙間を設けて配置されたモータケース３８を備えた電動送風機１ａとすることで、エアガイド９ａ外周から流出した気流がモータフレーム６とモータケースとの間の通風路を流れるようになり、モータフレーム６の熱を気流に伝達することができるため、モータフレーム６側面も合わせて冷却することができる。
【００４２】
（実施の形態２）
図１０〜図１３は、本発明の実施の形態２における電動送風機１ｂの構成を示すものである。図１０は同電動送風機１ｂの一部断面図であり、図１１は同電動送風機１ｂの円環状部材１１ｂの上面から見た斜視図であり、図１２は同電動送風機１ｂの円環状部材１１ｂの底面から見た斜視図であり、図１３は同電動送風機１ｂのブラシレスモータ７を表す斜視図である。なお、実施の形態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。
【００４３】
図１０において、電動送風機１ｂは、中央部に配置したアルミニウム製の円環状部材１１ｂをその周囲の導電性フィラーを添加したポニフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を用いた樹脂部材１２ｂに密着させた状態でインサート成形することで構成されたエアガイド９ｂと、軸受保持部１７の外周面に設けられた複数の軸方向に設けられた直線状溝３９を有するモータフレーム６とを有している。
【００４４】
また、図１１、図１２に示すように、円環状部材１１ｂは、円環１３とこの円環１３の外周から延設した鍔部１４とで一体構成され、円環１３の内周面に直線状の凸部４０を有し、かつ鍔部１４の底面には複数のピン１５が形成され、複数のピン１５がモータフレーム６に設けた複数の孔１６に挿入され、鍔部１４の底面とモータフレーム６前面とが当接した状態でモータフレーム６に固定されている。軸受保持部１７では、軸方向の直線状溝３９と円環１３の内周面に設けた直線状の凸部４０とが互いに嵌め合っており、嵌合部には熱伝導性グリスを塗布して接触熱抵抗を小さくするようにしている。
【００４５】
以上のように構成された電動送風機１ｂについて、以下その動作、作用を説明する。
【００４６】
図１０において、巻線１８を励磁することで回転磁界が発生し、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８が回転する。インペラ８の回転で生じる遠心力により、インペラ８内部の空気がインペラ８内部の外周かつ後方へと押しやられ、インペラ８内部が負圧になり、前方からインペラ８内部へ流れ込む気流が発生する。気
流はインペラ８の入口から軸方向に流入し、複数の内部流路に沿って流れた後、インペラ８外周へ流出する。インペラ８から流出した気流は、エアガイド９ｂに複数の案内翼１９で形成された各々の独立風路２０に流入し、エアガイド９ｂ外周へかけて流れる。その際、各々の独立風路２０を流れる気流の流速は減速されながら、動圧が静圧へと変換される。
【００４７】
アルミニウム製の円環状部材１１ｂは直線状の凸部４０を有し、軸受保持部１７において直線状溝３９と互いに嵌め合い密着しているので、円環状部材１１ｂと軸受保持部１７との接触面積を大きくして接触熱抵抗を小さくすることができ、発熱源となる軸受５に接触している軸受保持部１７から円環状部材１１ｂへの熱流量を大幅に増やすことができる。これにより、エアガイド９ｂの独立風路２０へ熱が伝わりやすくなり、エアガイド９ｂの放熱効果を向上することができる。
【００４８】
また、エアガイド９ｂの樹脂部材１２ｂには導電性フィラーを添加しているので、樹脂部材１２ｂの内部に熱の通り道となる熱伝導路が形成されて、樹脂部材１２ｂの熱伝導性を大幅に高めることができるようになり、軸受保持部１７、複数のピン１５、そしてモータフレーム６前面から円環状部材１１ｂへ伝導してきた熱がエアガイド９ｂの樹脂部材１２ｂを通じて冷却部である独立風路２０へと伝わりやすくなり、インペラ８からの気流で効率よく放熱させることができ、エアガイド９ｂの放熱効果を大幅に向上することができる。
【００４９】
熱伝導性樹脂としては、ポリフェニレンサンファイド樹脂（ＰＰＳ）の他に、ナイロンおよび液晶ポリマー（ＬＣＰ）が知られている。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使い分ける必要がある。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、エアガイド９ｂの樹脂部材１２ｂには導電性フィラーを配合した樹脂を用いるのが望ましい。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。
【００５０】
以上のように、本実施の形態においては、エアガイド９ｂを中央部に配置した円環１３とこの円環１３の外周から延設した鍔部１４とで一体構成された円環状部材１１ｂを、その周囲の導電性フィラーを添加したポニフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を用いた樹脂部材１２ｂに密着させた状態でインサート成形することで構成し、円環１３の内周面に直線状の凸部４０を有し、かつ鍔部１４の底面には複数のピン１５が形成され、複数のピン１５がモータフレーム６に設けた複数の孔１６に挿入され、鍔部１４の底面とモータフレーム６前面とが当接した状態でモータフレーム６に固定することで、円環状部材１１ｂと軸受保持部１７との接触熱抵抗が小さくなり、かつ、モータフレーム６内の熱を複数のピン１５が直接受熱することで、直接、軸受５に接触している軸受保持部１７から円環状部材１１ｂへの熱流量を大幅に増やすことができるとともに、エアガイド９ｂの樹脂部材１２ｂの熱伝導性が向上して円環状部材１１ｂからエアガイド９ｂの冷却部へ熱が伝わりやすくなり、エアガイド９ｂによる軸受５の冷却効果を大幅に向上することができる。これにより、インペラ８の高速回転時にも軸受５の信頼性が高く、小型で高効率の電動送風機１ｂを実現することができる。
【００５１】
なお、本実施の形態では、エアガイド９ｂが、円環状部材１１ｂとその周囲に密着させた樹脂部材１２ｂとが一体となり構成された事例で説明したが、全て金属あるいは熱伝導性のある無機材料を用いて作製したエアガイド９ｂでもよく、樹脂に比べて大幅に熱伝導性を向上することはできるが、質量が樹脂に比べて重くなってしまい、また複雑な案内翼
１９形状だと製造が困難であるため、コストがかさんでしまうという課題がある。
【００５２】
なお、上述した各実施の形態１、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】
【００５３】
以上のように、本発明にかかる電動送風機は、軸受で発生した熱をエアガイドに有した熱伝導性の高い円環状部材を介してエアガイドの冷却部へ効率よく伝熱させて、インペラからの気流で放熱することで、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ので、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】
【００５４】
１ａ、１ｂ 電動送風機
２ 回転軸
３ ロータ
４ ステータ
５ 軸受
６ モータフレーム
７ ブラシレスモータ
８ インペラ
９ａ、９ｂ エアガイド
１０ ファンケース
１１ａ、１１ｂ 円環状部材
１２ａ、１２ｂ 樹脂部材
１７ 軸受保持部
１９ 案内翼
２０ 独立風路
２９ 電気掃除機
【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外周に対向配置されたステータと前記回転軸の軸受を保持し前記ステータを覆うモータフレームとで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、前記インペラの外周に通風路を形成するエアガイドと、前記インペラを覆い前記エアガイド前面に固定されたファンケースとを備え、前記エアガイドは中央部に配置した金属あるいは熱伝導性のある無機材料を用いた円環状部材と前記円環状部材の周囲に密着させた樹脂部材とが一体となり構成され、前記エアガイドは、前記円環状部材が前記モータフレーム前面に突出した軸受保持部に嵌合された状態で前記モータフレームに固定されるとともに、前記円環状部材は、円環とこの円環の外周から延設した鍔部とで一体構成され、前記鍔部の底面には複数のピンが形成され、前記複数のピンが前記モータフレームに設けた複数の孔に挿入された状態で、前記鍔部の底面とモータフレーム前面とが当接される構成とした電動送風機。
【請求項２】
エアガイドは、樹脂部材の底面と円環状部材の端面とが略同一面となるよう構成した請求項１に記載の電動送風機。
【請求項３】
円環状部材は、内周面に複数の溝を有し、軸受保持部の外周面に設けた複数の溝と互いに嵌め合う構成とした請求項１または２に記載の電動送風機。
【請求項４】
エアガイドの樹脂部材は、熱伝導性フィラーを有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動送風機。
【請求項５】
請求項１〜４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外周に対向配置されたステータと前記回転軸の軸受を保持し前記ステータを覆うモータフレームとで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、前記インペラの外周に通風路を形成するエアガイドと、前記インペラを覆い前記エアガイド前面に固定されたファンケースとを備え、前記エアガイドは中央部に配置した金属あるいは熱伝導性のある無機材料を用いた円環状部材と前記円環状部材の周囲に密着させた樹脂部材とが一体となり構成され、前記エアガイドは、前記円環状部材が前記モータフレーム前面に突出した軸受保持部に嵌合された状態で前記モータフレームに固定されるとともに、前記円環状部材は、円環とこの円環の外周から延設した鍔部とで一体構成され、前記鍔部の底面には複数のピンが形成され、前記複数のピンが前記モータフレームに設けた複数の孔に挿入された状態で、前記鍔部の底面とモータフレーム前面とが当接される構成とした電動送風機。
【請求項２】
エアガイドは、樹脂部材の底面と円環状部材の端面とが略同一面となるよう構成した請求項１に記載の電動送風機。
【請求項３】
円環状部材は、内周面に複数の溝を有し、軸受保持部の外周面に設けた複数の溝と互いに嵌め合う構成とした請求項１または２に記載の電動送風機。
【請求項４】
エアガイドの樹脂部材は、熱伝導性フィラーを有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動送風機。
【請求項５】
請求項１〜４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５】
【図６】
【図７】
【図１４】
【図１５】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図６】
【図７】
【図１４】
【図１５】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−２４１３３（Ｐ２０１３−２４１３３Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５９６５２（Ｐ２０１１−１５９６５２）
【出願日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【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２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【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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