JP2020141473A - 電動送風機及びこの電動送風機を備えた電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】整流子及びブラシへ直接空気を導くことによって、整流子とブラシの摺動による発熱を十分に冷却することを目的とする。【解決手段】回転可能に設けられたロータと、ロータ軸に取り付けられた整流子と、この整流子を介してロータ軸を回転駆動させる摺動接点としてのブラシと、ブラシが進退可能に挿入される略筒状のブラシスリーブと、ブラシ及びブラシスリーブをフレームへ固定するブラシホルダと、軸に取り付けられ軸の回転により外部の空気をフレーム内へ送出するブロワ部と、フレームの開口側に設けられたフランジ部と、フランジ部に設けられ、ブロワ部により送出される空気を排出する通気口と、を備え、ブラシホルダには、ブロワ部により送出され通気口から排出される空気をブラシへと導くバイパス風路が設けられ、ブラシホルダ内でブラシスリーブとバイパス風路が一体の風路として形成されるものである。【選択図】 図２

Description

本発明は、電気掃除機などの電気機器に用いられる電動送風機に関するものである。

整流子を介してロータを回転駆動させるブラシを備える電動送風機においては、整流子とブラシの摺動による発熱が大きく、発熱によるエネルギーのロスのため効率低下が発生する。そのため、整流子及びブラシを冷却し、電動送風機の効率低下を防ぐ手段が必要となる。冷却手段としては、遠心ファンによって外部の空気をフレーム内へ送り込む方法が一般的である。また、空気を整流子へ導くカバー体をフレーム内に設けることによって、空気を整流子へ集中して流し、より効果的に整流子及びブラシを冷却する方法（例えば、特許文献１参照）が知られている。

特開２００４−１５３８９２

しかし、特許文献１に記載の従来の電動送風機は、ブラシがブラシ保持器に覆われているため、空気により直接冷却可能となるのは整流子との摺動面にあたる先端部のみであり、ブラシの冷却には不十分である、という課題がある。

本発明は、整流子へ空気を導くことに加え、ブラシへも直接空気を導くことによって、十分な冷却を行うことを目的とする。

課題を解決する本発明の電動送風機は、回転可能に設けられたロータと、ロータ軸に取り付けられた整流子と、この整流子を介してロータ軸を回転駆動させる摺動接点としてのブラシと、ブラシが進退可能に挿入される略筒状のブラシスリーブと、ブラシ及びブラシスリーブをフレームへ固定するブラシホルダと、軸に取り付けられ軸の回転により外部の空気をフレーム内へ送出するブロワ部と、フレームの開口側に設けられたフランジ部と、フランジ部に設けられ、ブロワ部により送出される空気を排出する通気口と、を備え、
ブラシホルダには、ブロワ部により送出され通気口から排出される空気をブラシへと導くバイパス風路が設けられ、ブラシホルダ内でブラシスリーブとバイパス風路が一体の風路として形成されるものである。

本発明によれば、ブロワ部により送出される空気は通気口からバイパス風路へ流れ、バイパス風路からはブラシスリーブ内へ流れ、ブラシスリーブとブラシの間を通過し、ブラシスリーブの整流子側端部から整流子へ向けて排出されるため、ブラシ及び整流子へ直接空気を導き、十分な冷却を行うことができる。

本発明の実施の形態１に係る電動送風機の外観斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る電動送風機の側面方向から見た断面図である。 本発明の実施の形態１に係る電動送風機のモータ部を組み立てる前の状態を示す外観斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る電動送風機のブラシユニットの外観斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る電動送風機のブラシユニットを組み立てる前の状態を示す外観斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る電動送風機のブラシユニットを側面方向から見た断面図である。 本発明の実施の形態１に係る電動送風機のブラシユニットを整流子方向から見た際のブラシユニット整流子側端部の拡大図である。 本発明の実施の形態１及び実施の形態２に係る電動送風機のフレームを底部側から見た際の通気口Ａの拡大図である。 本発明の実施の形態１に係る電動送風機のブロワ部をモータ部へ組み付ける前の状態を示す外観斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る電動送風機を側面方向から見た際の空気の流れを示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係る電動送風機のブラシユニットの外観斜視図である。 本発明の実施の形態２に係る電動送風機のブラシユニットを組み立てる前の状態を示す外観斜視図である。 本発明の実施の形態２に係る電動送風機のブラシユニットを整流子方向から見た際のブラシユニット整流子側端部の拡大図である。

実施の形態１．
以下、図１から図１０により本発明の実施の形態１の電動送風機の構成を説明する。
なお、それぞれの図において、同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する場合がある。
なお、本発明は以下の実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形、変更することが可能である。

図１は本発明の実施の形態１に係る電動送風機の外観斜視図、図２は本発明の実施の形態１に係る電動送風機の側面方向から見た断面図、図３は本発明の実施の形態１に係る電動送風機のモータ部を組み立てる前の状態を示す外観斜視図、図４は本発明の実施の形態１に係る電動送風機のブラシユニットの外観斜視図、図５は本発明の実施の形態１に係る電動送風機のブラシユニットを組み立てる前の状態を示す外観斜視図、図６は本発明の実施の形態１に係る電動送風機のブラシユニットを側面方向から見た断面図、図７は本発明の実施の形態１に係る電動送風機のブラシユニットを整流子方向から見た際のブラシユニット整流子側端部の拡大図、図８は本発明の実施の形態１及び実施の形態２に係る電動送風機のフレームを底部側から見た際の通気口Ａの拡大図、図９は本発明の実施の形態１に係る電動送風機のブロワ部をモータ部へ組み付ける前の状態を示す外観斜視図、図１０は本発明の実施の形態１に係る電動送風機を側面方向から見た際の空気の流れを示す断面図である。

図１及び図２に示すように、本発明の実施の形態１の電動送風機１００は整流子モータであり、モータ部１０１とブロワ部１０２から構成されている。

図３に示すように、モータ部１０２はロータ１０３とステータ１０４とフレーム１０とブラシユニット１０５で構成されている。

フレーム１０は電動送風機１００の外郭の一部を形成する部材であり、例えばアルミ合金をプレス加工により形成したもので、一端側が開放している有底円筒状の胴部と、開放側に胴部より大径のフランジ部１０ａと、底部に胴部より小径のハウジング部Ａ１０ｂと、胴部筒側面に複数の排気口１０ｃが形成される。フランジ部１０ａには、フレーム１０の中心軸を対称に通気口Ａ１１が形成される。

ロータ１０３は、軸１とロータコア２とロータコイル３と整流子４と第１の軸受５と第２の軸受６で構成される。

ロータコア２はプレス加工により形成した複数の電磁鋼板を積層することで形成される。ロータコア２が備えるスロットにはロータコイル３が巻回される。ロータコア２の中心には軸１が取り付けられる。軸１には、軸１と同心となるように円柱状の整流子４が取り付けられ、整流子４とロータコイル３は電気的に接続される。軸１の整流子４側端部には第１の軸受５が取り付けられ、整流子４側端部の反対側には、後述するブロワ部１０２の構成部品であるファン２２を取り付けるためのファン取付部１ａを回避して第２の軸受６が取り付けられる。

第１の軸受５はハウジング部Ａ１０ｂに挿入される。第２の軸受６は、後述するブラケット１９に形成されているハウジング部Ｂ１９ａに挿入される。これによりロータ１０３は、フレーム１０内に両持ち固定される。

ブラケット１９は、フレーム１０と共にロータ１０３を両持ち固定する部材であり、例えばアルミ合金をプレス加工により形成したもので、フレーム１０の開放側にまたがるブリッジ部１９ｂと、ブリッジ部１９ｂの全長より小径のハウジング部Ｂ１９ａが形成されている。ハウジング部Ｂ１９ｂの先端部には開口があり、その開口をロータ１０３の軸１が貫通している。

ブラケット１９に形成されているブリッジ部１９ｂの両端は、フレーム１０に形成されているフランジ部１０ａに例えばネジ止めにより取り付けられる。このとき、フレーム１０に形成されるハウジング部Ａ１０ｂと、ブラケット１９に形成されるハウジング部Ｂ１９ａは同心上に位置するよう固定され、ロータ１０３を両持ち固定する。

第１の軸受５とハウジング部Ａ１０ｂの底部との間にはウェーブワッシャ２０及びクッション２１が取り付けられる。第２の軸受６とハウジング部Ｂ１９ａは接着により取り付けられる。

ウェーブワッシャ２０は円環状の押しバネであり、第１の軸受５の外輪と、第２の軸受６の内輪に、ブロワ部１０２方向への予圧を掛けるものである。ウェーブワッシャ２０は、弾性変形した状態で取り付けられるようになっているため、その反発力が第１の軸受５の外輪をブロワ部１０２方向へ押すように働き、第１の軸受５の内輪と軸１を介して第２の軸受６の内輪をブロワ部１０２方向へ押すように反発力が働く。

第１の軸受５と第２の軸受６は玉軸受であり、予圧を掛けることで軸受の挙動が安定し、電動送風機１００の回転が安定することで電動送風機１００の長寿命化が図れる。

クッション２１は例えばクロロプレンゴム等のゴム材で形成される円環状の部材であり、ウェーブワッシャ２０の予圧を受けて、摩擦により第１の軸受５が電動送風機１００の運転時にクリープすることを防止するためのものである。

ステータ１０４は、ステータコア７とステータコイル８と巻枠９で構成される。

ステータコア７はプレス加工により形成した複数の電磁鋼板を積層することで形成される。ステータコア７が備えるスロットには、絶縁部材からなる巻枠９を介してステータコイル８が巻回される。

ステータ１０４はフレーム１０の内部空間において、ロータ１０３のロータコア２を取り囲むように配置される。ステータ１０４は、ロータ１０３に作用する磁力を発生させるためのものである。

フレーム１０には、一対のブラシユニット１０５が例えばネジ止めにより取り付けられる。ブラシユニット１０５は整流子４に対して対称に取り付けられる。

図４から図７に示すように、ブラシユニット１０５は、ブラシ１２とブラシスリーブ１３と付勢手段１５と通電端子１６と導通手段１７とブラシホルダ１８で構成される。

ブラシ１２は整流子４を介してロータ１０３を回転駆動させる摺動接点であり、カーボンに銀などの金属を混合させて形成される。ブラシスリーブ１３はブラシ１２が進退可能に挿入される略筒状であり、例えば金属板をプレス加工により形成される。付勢手段１５はブラシ１２を整流子４方向へ付勢する例えば圧縮バネである。付勢手段は圧縮バネを一例にしているが、ブラシ１２を整流子に方向に付勢出来れば、他の板バネ等の弾性体であっても構わない。ブラシ１２と通電端子１６はピグテール等の導通手段１７により接続され、電力が供給される。導通手段１７は、ブラシ１２と通電端子１６を接続でき、ブラシが進退可能であればピグテール以外の導通手段であっても構わない。

ブラシ１２、ブラシスリーブ１３、付勢手段１５、通電端子１６、導通手段１７はブラシホルダ１８により一体に構成される。ブラシホルダ１８は樹脂材料を射出成型して絶縁部材として形成される。

図５に示すように、ブラシホルダ１８には挿入口１８ａが設けられており、挿入口１８ａにまずブラシスリーブ１３が挿入され、続いて導通手段１７により通電端子１６と接続されたブラシ１２が挿入される。このとき、付勢手段１５はブラシ１２と通電端子１６の間に取り付けられている。最後に通電端子１６が挿入口１８ａを覆い、挿入口１８ａは塞がれる。

図６に示すように、ブラシホルダ１８にはバイパス風路１８ｂが形成され、ブラシスリーブ１３には通気口Ｂ１３ａが設けられ、通気口Ｂ１３ａによりブラシホルダ１８内部でバイパス風路１８ｂとブラシスリーブ１３が一体の風路として形成される。バイパス風路１８ｂは、前述したフレーム１０のフランジ部１０ａに形成される通気口Ａ１１と接続される。

図５及び図７に示すように、ブラシスリーブ１３の側面には、ブラシスリーブ１３の長手方向にわたって外周方向へ突出する凸部１３ｂが形成される。凸部１３ｂにより、ブラシスリーブ１３とブラシスリーブ１３内に進退可能に挿入されるブラシ１２の間に空隙１４が形成される。

図７では、図７横方向２箇所に凸部１３ｂが形成されているが、少なくともブラシスリーブ１３の側面１箇所に凸部１３ｂが形成されていればよく、図７縦方向への凸や縦横合計４箇所の凸でもよい。

バイパス風路１８ｂには、後述するブロワ部１０２により送出される空気が通気口Ａ１１から流れ込む。通気口Ａ１１から流れ込んだ空気は、バイパス風路１８ｂとブラシスリーブ１３が一体として形成される風路を通過し、ブラシスリーブ１３とブラシスリーブ１３内に進退可能に挿入されるブラシ１２の間に形成される空隙１４を通過し、ブラシスリーブ１３の整流子４側端部より送出される。このとき、挿入口１８ａは通電端子１６により塞がれているため空気が送出されない。

このように、バイパス風路１８ｂによって空気が直接ブラシ１２へ導かれ空隙１４を通過することにより、ブラシ１２の十分な冷却を行うことができる。また、ブラシ１２を冷却した空気がブラシスリーブ１３の整流子４側端部より送出され直接整流子４へ導かれることにより、整流子４の冷却を満足に行うことができる。これにより、整流子４とブラシ１２の摺動により生じる発熱を防止できる。

また、図７及び図８に示すように、通気口Ａ１１の風路断面積をＳａ、空隙１４の風路断面積をＳｂとした場合、風路断面積の関係をＳａ＞Ｓｂとすることにより、空気の送出側が絞られ、空気の流速が上昇し、空気が直接整流子４へ導かれた際に、整流子４とブラシ１２の摺動により生じるカーボン塵を整流子４から吹き飛ばすことができる。

図２及び図９に示すように、ブロワ部１０２はディフューザ２３とファン２２とファンカバー２４で構成される。

ディフューザ２３は、後述するファン２２が発生させた送風の圧力を高め、安定させて効率よく送出するためのものである。ディフューザ２３は樹脂材料を射出成型して形成される。ディフューザ２３の中心部には開口があり、前述したブラケット１９に形成されるハウジング部Ｂ１９ａが挿入され、ディフューザ２３はブラケット１９に例えばネジ止めにより取り付けられる。

ファン２２は、ディフューザ２３を貫通したロータ１０３の軸１に設けられたファン取付部１ａに取り付けられる。このとき、ファン２２はスペーサＡ２５およびスペーサＢ２６に挟まれ、ファン取付部１ａの先端にはネジが切られており、ナット２７で締め付けてファン２２は軸１に固定される。ファン２２はロータ１０３の回転により送風を発生させるものである。ファン２２は、例えばアルミ合金をプレス加工により形成される。

ファンカバー２４はフレーム１０のフランジ部１０ａと組み合わされて送風経路を構成するケーシングであり、ファン２２を覆うように取り付けられる。ファンカバー２４は例えばアルミ合金をプレス加工により形成される。

図１０に示すように、ファンカバー２４には電動送風機１００の空気を吸い込むための吸気口１０２ａが設けられている。ロータ１０３の回転によりファン２２が回転し、吸気口１０２ａから空気が吸い込まれる。

吸気口１０２ａから吸い込まれた空気はブロワ部１０２内で分岐する。一方はディフューザ２３によりモータ部１０１内部へ導かれ、ロータコイル３及びステータコイル８を冷却し、排気口１０ｃから電動送風機１００外へ送出される。もう一方は、フレーム１０のフランジ部１０ａに形成される通気口Ａ１１からブラシホルダ１８に形成されるバイパス風路１８ｂへ送出される。

前述したように、バイパス風路１８ｂへ送出された空気は直接ブラシ１２へ導かれ空隙１４を通過することによりブラシ１２を冷却し、ブラシスリーブ１３の整流子４側端部より送出され直接整流子４へ導かれることにより整流子４を冷却し、排気口１０ｃから電動送風機１００外へ送出される。

実施の形態２．
以下、図８及び図１１から図１３により本発明の実施の形態２の電動送風機について、実施の形態１との相違点を中心にその構成を説明する。
なお、それぞれの図において、同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する場合がある。
なお、本発明は以下の実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形、変更することが可能である。

図８は本発明の実施の形態１及び実施の形態２に係る電動送風機のフレームを底部側から見た際の通気口Ａの拡大図、図１１は本発明の実施の形態２に係る電動送風機のブラシユニットの外観斜視図、図１２は本発明の実施の形態２に係る電動送風機のブラシユニットを組み立てる前の状態を示す外観斜視図、図１３は本発明の実施の形態２に係る電動送風機のブラシユニットを整流子方向から見た際のブラシユニット整流子側端部の拡大図である。

図１１から図１３に示すように、本発明の実施の形態２の電動送風機１００を構成するブラシユニット１０５を構成するブラシスリーブ１３には凸部１３ｂが形成されていない。その代わりとして、ブラシスリーブ１３内に進退可能に挿入されるブラシ１２の側面には、ブラシ の長手方向にわたって内周方向への凹部１２ａが形成される。凹部１２ａにより、ブラシスリーブ１３とブラシスリーブ１３内に進退可能に挿入されるブラシ１２の間に空隙１４が形成される。

図１３では、図１３横方向２箇所に凹部１２ａが形成されているが、少なくともブラシ１２の側面１箇所に凹部１２ａが形成されていればよく、図１３縦方向への凹や縦横合計４箇所の凹でもよい。

通気口Ａ１１からバイパス風路１８ｂへ流れ込んだ空気は、バイパス風路１８ｂとブラシスリーブ１３が一体として形成される風路を通過し、ブラシスリーブ１３とブラシスリーブ１３内に進退可能に挿入されるブラシ１２の間に形成される空隙１４を通過し、ブラシスリーブ１３の整流子４側端部より送出される。

このように、バイパス風路１８ｂによって空気が直接ブラシ１２へ導かれ空隙１４を通過することにより、ブラシ１２の十分な冷却を行うことができる。また、ブラシ１２を冷却した空気がブラシスリーブ１３の整流子４側端部より送出され直接整流子４へ導かれることにより、整流子４の冷却を満足に行うことができる。これにより、整流子４とブラシ１２の摺動により生じる発熱を防止できる。

また、図８及び図１３に示すように、通気口Ａ１１の風路断面積をＳａ、空隙１４の風路断面積をＳｂとした場合、風路断面積の関係をＳａ＞Ｓｂとすることにより、空気の送出側が絞られ、空気の流速が上昇し、空気が直接整流子４へ導かれた際に、整流子４とブラシ１２の摺動により生じるカーボン塵を整流子４から吹き飛ばすことができる。

ブラシ１２の側面に凹部１２ａを形成することによって、ブラシスリーブ１３の側面に凸部１３ｂを形成する場合と同様に、ブラシ１２とブラシスリーブ１３の間に空隙１４を形成することができる。また、ブラシ１２の内周方向への凹部１２ａを形成することによってブラシ１２の表面積を拡大し、ブラシ１２と空気の接触面積を拡大することによって、ブラシ１２の十分な冷却を行うことができる。

以上説明した実施の形態１または実施の形態２における電動送風機１００は、電動送風機１００を駆動源として使用する電気機器に搭載できる。駆動源である電動送風機１００の発熱によるエネルギーのロスは電気機器の効率低下に直結するため、整流子４とブラシ１２の摺動により生じる発熱を十分に冷却し、発熱によるエネルギーのロスのための効率低下を防止できる電動送風機１００を搭載することで、電気機器の効率低下を防止できる。電気機器とは、電気掃除機、ハンドドライヤー、送気マスクなどである。

１００：電動送風機 １０１：モータ部 １０２：ブロワ部 １０２ａ：吸気口
１０３：ロータ １０４：ステータ １０５：ブラシユニット
１：軸 １ａ：ファン取付部 ２：ロータコア ３：ロータコイル ４：整流子
５：第１の軸受 ６：第２の軸受 ７：ステータコア ８：ステータコイル
９：巻枠 １０：フレーム １０ａ：フランジ部 １０ｂ：ハウジング部Ａ
１０ｃ：排気口 １１：通気口Ａ １２：ブラシ １２ａ：凹部
１３：ブラシスリーブ １３ａ：通気口Ｂ １３ｂ：凸部 １４：空隙
１５：付勢手段 １６：通電端子 １７：導通手段 １８：ブラシホルダ
１８ａ：挿入口 １８ｂ：バイパス風路 １９：ブラケット
１９ａ：ハウジング部Ｂ １９ｂ：ブリッジ部 ２０：ウェーブワッシャ
２１：クッション ２２：ファン ２３：ディフューザ ２４：ファンカバー
２５：スペーサＡ ２６：スペーサＢ ２７：ナット

Claims (8)

1. 回転可能に設けられたロータの軸に取り付けられた整流子と、
   前記整流子に対して対称に取り付けられる一対のブラシユニットと、
   前記軸に取り付けられ前記軸の回転により外部の空気をフレーム内へ送出するブロワ部と、
   前記フレームの開口側に設けられたフランジ部と、
   前記フランジ部に設けられ、前記ブロワ部により送出される空気を排出する通気口Ａと、
   を備え、
   前記ブラシユニットは、
   前記整流子を介して前記軸を回転駆動させる摺動接点としてのブラシと、
   前記ブラシが進退可能に挿入される略筒状のブラシスリーブと、
   前記ブラシを前記整流子方向へ付勢する付勢手段と、
   前記ブラシと通電端子を接続し電力を供給する導通手段と、
   前記ブラシ及び前記ブラシスリーブ及び前記付勢手段及び前記通電端子及び前記導通手段を一体として構成し前記フレームへ固定するブラシホルダと、
   を備え、
   前記ブラシホルダには、前記通気口Ａに接続され、前記ブロワ部により送出され前記通気口Ａから排出される空気を前記ブラシへと導くバイパス風路が形成され、
   前記ブラシスリーブに設けられた通気口Ｂによって、前記ブラシホルダ内部で前記バイパス風路と前記ブラシスリーブが一体の風路として形成される電動送風機。
2. 前記ブラシホルダには前記ブラシ及び前記ブラシスリーブ及び前記付勢手段及び前記通電端子及び前記導通手段を挿入する挿入口が設けられ、前記通電端子により前記挿入口が塞がれる請求項１に記載の電動送風機。
3. 前記ブラシスリーブの少なくとも１箇所の側面には、前記ブラシスリーブの長手方向にわたって外周方向へ突出する凸部が形成される請求項１あるいは請求項２に記載の電動送風機。
4. 前記凸部により、前記ブラシと前記ブラシスリーブの間に空隙が形成される請求項３に記載の電動送風機。
5. 前記ブラシの少なくとも１箇所の側面には、前記ブラシの長手方向にわたって内周方向への凹部が形成される請求項１あるいは請求項２に記載の電動送風機。
6. 前記凹部により、前記ブラシと前記ブラシスリーブの間に空隙が形成される請求項５に記載の電動送風機。
7. 前記通気口Ａの風路断面積Ｓａと前記空隙の風路断面積ＳｂにＳａ＞Ｓｂの関係がある請求項４あるいは請求項６に記載の電動送風機。
8. 請求項１から請求項７の何れか１項に記載の電動送風機を備えた電気機器。

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