JP2026007783A - 電動送風機及びそれを備えた電気掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】
電動機や軸受の冷却性能を向上させる。
【解決手段】
本発明の電動送風機１００は、ロータコア５５、インペラ１０、一対の軸受を備えるロータ組立体５０と、ロータ組立体５０及びステータ６０を覆うフレーム７０と、第一の軸流ディフューザ翼２３と、第二の軸流ディフューザ翼３２と、空気吸込口９０を有するファンケーシング１とを備える。フレーム７０は、軸受格納部７１と、ステータ格納部７２と、径方向に延びた立ち上り部７６とを備える。インペラ１０、第一の軸流ディフューザ翼２３及び第二の軸流ディフューザ翼３２には、空気吸込口９０から流入した空気が流れる第一の流路を形成する。ステータ格納部７２の上部周面には、第一の流路に向けて開口した排気孔７３を備える。ステータ格納部７２の開口部、電動機の内部、排気孔７３との間には、空気が通り前記第一の流路と合流する第二の流路を形成した。
【選択図】図１Ｂ

Description

本発明は、電動送風機及びそれを備えた電気掃除機に関する。

近年、電気掃除機の小型化と軽量化の需要が高まっている。小型化と軽量化には、電動送風機のインペラやロータの動作回転数を高くする高速回転化が有効である。高速化に伴い、電動送風機では軸受の温度が上昇する。軸受を冷却する技術として、例えば特許文献１に記載の技術がある。

特許文献１に記載の電動送風機は、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部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―を保持するステータ―保持部とを一体で構成したフレームを備えた、構造が示されている。

インペラの駆動によって電動送風機内部へ吸引される風は、ディフューザー、ブラケットを通過した後、排気口からハウジングの外側へ排出される第一の気流Ａと、フレームの内部に流入する第二の気流Ｂとに分流される。

一対の軸受は、ハウジングの一部であるフレームの軸受保持部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の回転によって軸受に生じた熱がフレームに直接伝わる。熱が伝わることでフレームはヒートシンクとして機能するが、フレームは軸受保持部からステータ保持部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。

特許文献１に記載の電動送風機では、排気口から排出された第一の気流Ａの一部はフレームの外周に沿って流れるため、第二の気流Ｂはフレームの内部を流れるため、フレームの外面と内面の両方から冷却することで、フレームの放熱効果をさらに高めることができる。

国際公開第２０１７／１６９０３３号

特許文献１に記載の電動送風機では、フレームの外面と内面の両方から冷却することで、フレームの放熱効果を高めるようにしているが、フレームの内部を流れる第二の気流Ｂはインペラから吐出後、径方向内側に方向転換するように曲げられるため、流体損失が発生し電動送風機の性能が低下するという課題がある。また、流体損失分を補うためにローターアセンブリの回転数を上昇させると、発生する騒音が大きくなるという課題がある。

本発明の目的は、騒音、損失の発生を抑制し、電動機や軸受の冷却性能を向上させた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にある。

前記目的を達成するために本発明は、ロータと、前記ロータに備えられた回転軸と、前記回転軸に固定されたインペラと、前記インペラと前記ロータとの間に位置し、前記回転軸を回転可能に支持する一対の軸受と、を備えるロータ組立体と、前記ロータの外周面にエアギャップを介して配置され、前記ロータと共に電動機を構成するステータと、前記ロータ組立体及び前記ステータを覆うフレームと、前記インペラ側であって前記フレームの径方向外側に位置すると共に、上流内側壁と前記上流内側壁の径方向外側に位置する上流外側壁との間に第一の軸流ディフューザ翼を備える上流ハウジングと、前記上流ハウジングの反インペラ側であって前記フレームの径方向外側に位置すると共に、前記フレームと前記フレームの径方向外側に位置する下流外側壁との間に第二の軸流ディフューザ翼を備える下流ハウジングと、前記上流ハウジングに固定され前記インペラを覆うと共に、空気を流入する空気吸込口を有するファンケーシングと、を備え、前記フレームは、前記一対の軸受を収納する軸受格納部と、反インペラ側に開口部を有すると共に前記軸受格納部より大径のステータ格納部と、前記軸受格納部と前記ステータ格納部との間に形成され、径方向に延びた立ち上り部と、を備え、前記インペラ、前記第一の軸流ディフューザ翼及び前記第二の軸流ディフューザ翼には、前記空気吸込口から流入した空気が流れる第一の流路を形成し、前記ステータ格納部の上部周面には、前記第一の流路に向けて開口した排気孔を備え、前記ステータ格納部の開口部、前記電動機の内部、前記排気孔との間には、空気が通り前記第一の流路と合流する第二の流路を形成したことを特徴とする。

本発明によれば、騒音、損失の発生を抑制し、電動機や軸受の冷却性能を向上させた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ができる。

本発明の実施例１に係る電動送風機１００の外観図である。 図１Ａに示す電動送風機１００の縦断面図である。 本発明の実施例１に係る電動送風機１００の分解斜視図である。 インペラ１０の外観斜視図である。 インペラ１０の縦断面図である。 上流ハウジング２０を上流側見た正面図である。 上流ハウジング２０の断面図である。 一部を切断した上流ハウジング２０の側面図である。 下流ハウジング３０を上流側見た正面図である。 下流ハウジング３０の断面図である。 ロータ組立体５０の側面図である。 ロータ組立体５０の断面図である。 ステータ６０の側面図である。 フレーム７０の外観を示す斜視図である。 フレーム７０を側面方向から見た断面図である。 立ち上り部７６を示す図８ＢのVIIICの拡大図である。 回転体支持組品２００の外観図である。 図９Ａに示す回転体支持組品２００を側面方向から見た断面図である。 図９ＡのIXＣ－IXＣ線断面図である。 本発明の実施例２に係るベーンレスディフューザ流路２８、第一の軸流ディフューザ翼２３、第二の軸流ディフューザ翼３２周辺の断面を示す図である。 本発明の実施例２に係るベーンレスディフューザ流路２８、第一の軸流ディフューザ翼２３、第二の軸流ディフューザ翼３２周辺の断面を示す図である。 本発明の実施例２に係る第一の軸流ディフューザ翼２３、第二の軸流ディフューザ翼３２、排気孔７３の関係の一例を示す図である。 本発明の実施例２に係る第一の軸流ディフューザ翼２３、第二の軸流ディフューザ翼３２、排気孔７３の関係の他の例を示す図である。 本発明の実施例２に係る第一の軸流ディフューザ翼２３、第二の軸流ディフューザ翼３２、排気孔７３の関係の他の例を示す図である。 本発明の実施例２に係る第一の軸流ディフューザ翼２３、第二の軸流ディフューザ翼３２、排気孔７３の関係の他の例を示す図である。 本発明の実施例に係る電気掃除機３００の外観を示す斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。なお、同一の要素については、全ての図において、原則として同一の符号を付している。また、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。なお、以下に説明する構成はあくまで実施例に過ぎず、本発明に係る実施様態が、以下の具体的様態に限定されることを意図する趣旨ではない。

また、以下の実施例では、回転軸５１に沿う方向を「軸方向」、軸方向と直交する方向を「径方向」、回転軸５１の軸周りを「周方向」と定義する。また、軸方向においてインペラ１０側を「上流側」、反インペラ側（ステータ６０側）を「下流側」と定義する。

＜電動送風機１００＞
図１Ａは、本発明の実施例１に係る電動送風機１００の外観図である。図１Ｂは、図１Ａに示す電動送風機１００の縦断面図である。図２は、本発明の実施例１に係る電動送風機１００の分解斜視図である。

電動送風機１００は、ロータ（ロータコア５５）およびステータ６０（ステータコア６１）を有する電動機と、ロータに備えられた回転軸５１に固定され電動機によって駆動されるインペラ１０と、インペラ１０とロータ（ロータコア５５）との間に位置し、回転軸５１を回転可能に支持する一対の軸受となる上流側軸受５２および下流側軸受５３と、上流側軸受５２からステータ６０のステータコア下端部６１ａまでを覆うフレーム７０と、フレーム７０の径方向外側に位置し、フレーム７０の一部を覆うハウジング３と、ハウジング３に固定されインペラ１０を覆うと共に、空気を流入する空気吸込口９０を有するファンケーシング１と、上流側軸受５２を覆うフレーム７０の径方向外側に配置した軸受キャップ４と、を備えている。本実施例では、ロータコア５５、回転軸５１、上流側軸受５２、下流側軸受５３、インペラ１０、上流側軸受５２と下流側軸受５３との間に配置されたばね５４によりロータ組立体５０を構成している。また、ハウジング３は、ファンケーシング１を固定する上流ハウジング２０と、上流ハウジング２０に固定される下流ハウジング３０とから構成されている。本実施例の一対の軸受は、インペラ１０側に位置する上流側軸受５２と、ロータ（ロータコア５５）側に位置する下流側軸受５３とから構成されている。

図３Ａは、インペラ１０の外観斜視図である。図３Ｂは、インペラ１０の縦断面図である。インペラ１０は、圧入部１３に回転軸５１の一端（先端）に圧入し固定されている。インペラ１０は、円錐形状のハブ板１１と、ハブ板に固定された複数枚の羽根１２とから構成されている。ハブ板１１と複数枚の羽１２はアルミニウム合金製であり、削り出しにより一体形成されている。

ハブ板１１の裏側面には凸部１１aが（図３Ｂ参照）が設けられている。インペラ１０を回転させて凸部１１aを削ることで、後述するバランスリング５６と併せてロータ組立体５０のアンバランスを修正することができる。また、熱伝導性の高いアルミニウム合金、または高強度樹脂に熱伝導を高める素材を混ぜた材質で形成することで軸受の冷却性能を促進することが可能となる。

図１および図２に示すように、ファンケーシング１は、樹脂等によって成形され、中空の円錐形状を呈している。ファンケーシング１は、軸方向上下端面が開口した構造をしており、インペラ１０の一部または全体を収容する。ファンケーシング１は、インペラ１０の軸方向上側から被せるように、上流ハウジング２０に取り付けられる。

電動送風機１００は、上流ハウジング２０の突出部２５にファンケーシング１の嵌合部２を挿入することで位置決めされ、嵌合部２に接着剤などを注入することにより、ファンケーシング１と上流ハウジング２０とを固定すると共に、流体の漏れを防ぐようにしている。

図４Ａは、上流ハウジング２０を上流側見た正面図である。図４Ｂは、上流ハウジング２０の断面図である。図４Ｃは、一部を切断した上流ハウジング２０の側面図である。

上流ハウジング２０は、軸方向に垂直な平面を含む円板状の取付部２４と、取付部２４の外周から径方向外側に傾斜し、軸方向下向きに向かって延伸して設けられる上流内側壁２１と、上流内側壁２１の径方向外側に空隙を介して設けられる上流外側壁２２と、上流内側壁２１と上流外側壁２２とを連結しつつ、流体を減速させ、圧力を上昇させる第一の軸流ディフューザ翼２３を備える。

すなわち、上流ハウジング２０は、インペラ１０側であってフレーム７０の径方向外側に位置すると共に、上流内側壁２１と上流内側壁２１の径方向外側に位置する上流外側壁２２との間に第一の軸流ディフューザ翼２３を備えている。

上流ハウジング２０の上流内側壁２１の径方向内側には、軸方向に延伸したフレーム接続部２１ａが形成されている。取付部２４には、軸方向に貫通し周方向に開口した複数の上流ハウジング嵌合穴２７が備えられている。上流外側壁２２には、径方向外側に向かって突出した爪突起２６を備えている。

図５Ａは、下流ハウジング３０を上流側見た正面図である。図５Ｂは、下流ハウジング３０の断面図である。

下流ハウジング３０は、下流外側壁３１と、下流外側壁３１の径方向内側に位置し、流体を減速させて圧力を上昇させる第二の軸流ディフューザ翼３２と、を備える。

すなわち、下流ハウジング３０は、上流ハウジング２０の反インペラ側であってフレーム７０の径方向外側に位置すると共に、フレーム７０とフレーム７０の径方向外側に位置する下流外側壁３１との間に第二の軸流ディフューザ翼３２を備えている。

第二の軸流ディフューザ翼３２の径方向内側は、フレーム７０に接している。第二の軸流ディフューザ翼３２の一部には、径方向内側の突出したフレーム用突起３５が形成され、フレーム用突起３５をフレーム７０に形成された切り欠き部７２ｂ（図８Ａ、図８Ｂ参照）に挿入することにより、下流ハウジング３０とフレーム７０の周方向の位置決めをしている。また、下流ハウジング３０は、上流側に向かって突出した下流突出部３３と、下流突出部３３に設けられた嵌合孔３４を備えている。

上流ハウジング２０と下流ハウジング３０は、上流ハウジング２０の爪突起２６を、下流ハウジング３０の嵌合孔３４に嵌合させることにより、固定される。ただし、上流ハウジング２０と下流ハウジング３０とは、爪突起２６と嵌合孔３４との嵌合に加え、追加で接着等を用いて固定されるようにしてもよい。これにより上流外側壁２２と下流外側壁３１とは、一体となって、軸方向に延伸する略肉厚円筒状の外側壁４１（図１Ｂ）を形成する。外側壁４１は、フレーム７０の排気孔７３（図８Ａ参照）の径方向外側に空隙を介して対向している。

本実施例では、ハウジング３は、上流ハウジング２０と下流ハウジング３０とに分割されているが、一体として構成されていてもよい。上流ハウジング２０および下流ハウジング３０の材質としては、樹脂やアルミニウム合金等を用いるとよい。

軸受キャップ４は、上流ハウジング２０のインペラ１０側に配置され、上流ハウジング２０の上流内側壁２１に連なるようにインペラ１０側から上流ハウジング２０側に向かって径が大きくなるように傾斜して備えられている。そして、上流ハウジング２０の上流内側壁２１、軸受キャップ４、ファンケーシング１は、インペラ１０からの流れを第一の軸流ディフューザ翼２３へ案内するベーンレスディフューザ流路２８を形成する。ベーンレスディフューザ流路２８は、インペラ１０の外径から径方向外側に向かって傾斜するように形成されている。

また、軸受キャップ４には、上流ハウジング嵌合穴２７にはめ込み固定するためのキャップ側突起４ａ（図２）が形成されている。軸受キャップ４は、フレーム７０と当接するようにしてキャップ側突起４ａを上流ハウジング嵌合穴２７にはめ込み、インペラ１０の負圧によるロータ組立体５０の抜けを抑制している。軸受キャップ４は、例えば周方向に分割された半円状部品で複数部品からなる構成でもよく、上流ハウジング２０に保持され接着等で固定される。

図６Ａは、ロータ組立体５０の側面図である。図６Ｂは、ロータ組立体５０の断面図である。

ロータ組立体５０は、回転軸５１と、回転軸５１の一方側に固定されたインペラ１０と、回転軸５１の他方側に固定されたロータコア５５と、回転軸５１の他方側端部に固定されたバランスリング５６と、インペラ１０とロータコア５５との間に位置した上流側軸受５２および下流側軸受５３と、上流側軸受５２と下流側軸受５３との間に配置されたばね５４と、を備える。ロータ組立体５０は、例えば分速２０万回転といった高速で回転するため、回転体がアンバランスの状態であると、電動送風機１００の運転時に振動が発生したり、軸受が破損する可能性がある。そこで、本実施例では、インペラ１０とバランスリング５６と、を削ることによって、ロータ組立体５０の回転バランスを修正することができる。

回転軸５１は、細長い円柱形状のものであり、鉄などの磁性材料によって構成されている。なお、回転軸５１は、前記した磁性材料に限定されるものではなく、ステンレス鋼（ＳＵＳ）などの非磁性材料であってもよい。また、回転軸５１の軸方向の略中央には、上流側軸受５２と下流側軸受５３が互いに軸方向に離間して設けられている。

図６Ｂに示す通り、回転軸５１には、上流側軸受５２と下流側軸受５３との間にばね５４が設けられている。上流側軸受５２は、例えば、上流側軸受外輪５２ａ、上流側軸受内輪５２ｂおよび複数の玉５２ｃによって構成されている。同様に下流側軸受５３は、下流側軸受外輪５３ａ、下流側軸受内輪５３ｂおよび複数の玉５３ｃによって構成されている。そして、上流側軸受外輪５２ａおよび下流側軸受外輪５３ａがフレーム７０の軸受格納部７１に固定され、上流側軸受内輪５２ｂ及び下流側軸受内輪５３ｂが回転軸５１に固定されている。

ばね５４は、コイルスプリングで構成され、上流側軸受５２と下流側軸受５３の上流側軸受外輪５２ａと下流側軸受外輪５３aを互いに離間する方向に付勢している。これにより、上流側軸受５２と下流側軸受５３におけるがたつきを抑制することで、電動送風機１００の音や振動を抑制している。

ロータコア５５は、マグネットによって構成され、回転軸５１の周囲に固定されている。また、ロータコアの軸方向下流側には、バランスリング５６が固定されている。

バランスリング５６は、黄銅などといった非磁性の金属材で形成される。ロータコア５５と同じ径を有し、ロータコア５５の軸方向の端面に接するようにして回転軸５１に固定されている。バランスリング５６は、切削加工などにより形成され、先述したインペラ１０と併せてロータ組立体５０のアンバランスを修正する機能がある。

図７は、ステータ６０の側面図である。ステータ６０は、ステータコア６１と上流インシュレータ６２と、下流インシュレータ６３と、上下インシュレータに巻回されたコイル６４と、端子６５と、を備えている。ステータコア６１の径方向内側（内周側）にはロータコア５５が配置され、ステータコア６１の内周面とロータコア５５の外周面がエアギャップを介して対向している。

ステータコア６１は鉄を主成分として電磁鋼板で構成されている。また、上流インシュレータ６２と、下流インシュレータ６３は、ポリエチレンテレフタレート（PET：Polyethylene terephthalate）などの樹脂で構成されている。また、コイル６４は、銅やアルミニウム合金などで構成されている。

ステータ６０と、ステータ６０の内部に配置される回転可能なロータコア５５（ロータ組立体５０）は、ロータ組立体５０の上流側軸受５２の上部の一端からステータコア６１の下部までをフレーム７０によって覆われている。

図８Ａは、フレーム７０の外観を示す斜視図である。図８Ｂは、フレーム７０を側面方向から見た断面図である。図８Ｃは、立ち上り部７６を示す図８ＢのVIIICの拡大図である。

フレーム７０は、上流側（インペラ側）が開放し一対の軸受（上流側軸受５２及び下流側軸受５３）を格納する円筒状の軸受格納部７１と、下流側（反インペラ側）に軸受格納部７１より大径でありステータ６０（ステータコア６１）を格納するステータ格納部７２と、軸受格納部７１の径が大きくなる部分に形成された立ち上り部７６より構成されている。換言すると、軸受格納部７１とステータ格納部７２との間には、径方向に延びた立ち上り部７６が形成され、この立ち上り部７６を介して軸受格納部７１とステータ格納部７２とが接続されている。立ち上り部７６の径方向内側端部７６ａは、軸受格納部７１の内周面よりも径方向内側に突出するように形成されている。

軸受格納部７１の外周面には、軸方向に延伸すると共に、径方向外側に向かって突出した上流ハウジング嵌合リブ７５が形成されており、この上流ハウジング嵌合リブ７５を上流ハウジング２０のフレーム接続部２１ａ（図４Ａ、図４Ｂ参照）に挿入することにより、上流ハウジング２０とフレーム７０が位置決めされる。

ステータ格納部７２の上流側の内面には、径方向内側に向かって突出したステータ当接部７２ａが形成されている。また、ステータ格納部７２の上部周面（インペラ側）には、第一の軸流ディフューザ翼２３の出口に向けて開口した複数の排気孔７３を備える。各排気孔７３は、側壁周面において、周方向に延在するように形成されている。排気孔７３は、フレーム７０の軸方向において、ステータコア６１に対してインペラ１０側に、側面を径方向に貫通するように形成された貫通孔である。また、フレーム７０はアルミニウム合金またはマグネシウム合金で形成される。

次に、本実施例における電動送風機１００の特徴的構成について説明する。図９Ａは、回転体支持組品２００の外観図である。図９Ｂは、図９Ａに示す回転体支持組品２００を側面方向から見た断面図である。

回転体支持組品２００は、フレーム７０にロータ組立体５０とステータ６０を組み合わせて構成されている。ロータ組立体５０は、軸方向上側からフレーム７０の軸受格納部７１へ挿入し、下流側軸受５３の下端部がフレーム７０の立ち上り部７６の径方向内側端部７６ａに当接するようにして接着固定する。ステータは、軸方向下側から、フレーム７０のステータ格納部７２に挿入し、上流インシュレータ６２をステータ当接部７２ａに当接させ、イモネジを用いて固定する。この時、フレーム７０は上流ハウジング２０に挿入し、位置決めをしている。

そして、ステータ６０と、ステータ６０の内部に配置される回転可能なロータコア５５（ロータ組立体５０）は、ロータ組立体５０の上流側軸受５２の上部の一端からステータコア６１の下部までをフレーム７０によって覆われている。また、立ち上り部７６とステータ当接部７２ａとの間には、上流インシュレータ６２（ステータ６０）をステータ当接部７２ａに当接させた際にコイルエンドを収納するコイルエンド収納部７６ｂが形成されている。本実施例では、電動送風機１００は、上流ハウジング２０とステータ６０とをねじにより固定しているが、他の固定方法として接着、圧入、溶接等を用いてもよい。

フレーム７０は、アルミニウムまたはマグネシウム合金で構成されている。アルミニウムまたはマグネシウム合金はステンレス鋼（Steel Use Stainless：SUS）よりも軽く熱伝導率が高い。フレーム７０は、上流側軸受上端５２ｄからステータコア下端部６１ａまでを覆い、上流側軸受外輪５２a、下流側軸受外輪５３aと、ステータコア６１と当接しているため、軸受とステータア６１の放熱面積を増加させ、冷却性を向上させている。さらに、フレーム７０のステータ格納部７２はステータコアとの接触面の反対面で、下流ハウジング３０の第二の軸流ディフューザ翼３２と当接するため、後述する冷却風による冷却効率を向上することができる。

ロータ組立体５０は、フレーム７０の円筒状の軸受格納部７１に向けて上流側から挿入し、ロータ組立体５０の上流側軸受５２の上端から下流側軸受５３の下端までを覆い、上流側軸受５２、ばね５４、下流側軸受５３が収容され、立ち上り部７６にて下流側軸受５３の位置を支持する。

ステータ６０は、ロータ組立体５０のロータコア５５を囲うようにしてステータ格納部７２に収容される。

図９Ｃは、図９ＡのIXＣ－IXＣ線断面図である。ステータ６０は、ステータコア６１と、ステータコア６１に形成されコイル６４を巻くティース８１と、隣り合うティース８１間に形成されたスロット８２と、ティース８１を覆うように配置された上流インシュレータ６２および下流インシュレータ６３と、を備えている。ステータコア６１の径方向内側には、エアギャップを介してロータコア５５が配される。ステータコア６１の外周面は、一部が切り欠かれた凹部８４を有しており、ステータコア６１をステータ格納部７２に収納した状態において、ステータコア６１の凹部８４とステータ格納部７２との間には、凹部流路８５が形成される。換言すると、フレーム７０は、ステータコア６１を軸方向に覆い、凹部８４の径方向に対向する部分において、全閉となるように（閉断面を形成するように）構成されている。これにより、回転体支持組品２００は凹部流路８５を形成し、凹部流路８５に流れが生じ、ステータ外周部の冷却性能およびフレーム７０の冷却性能が向上する。

なお、凹部流路８５の流路断面積が極端に小さい場合、もしくは流路がない場合は、ステータコアの熱伝達で冷却可能であるが、凹部流路８５の構成を備えた方が冷却性能が高くなり、コイル温度も低減できることから高効率化が可能である。

＜電動送風機１００内における空気の流れ＞
次に、電動送風機１００内における空気の流れを説明する。図１Ｂに示す回転体支持組品２００を駆動して、インペラ１０を回転させると、上流側から下流側に向かって主流Ｆ１が生じる。

主流Ｆ１は、ファンケーシング１の空気吸込口９０から空気が流入し、インペラ１０内に流入する。流入した空気は斜流型インペラの場合は、インペラ１０内で羽根により昇圧され、回転軸５１の方向から吸い込んだ流れに半径方向成分を与え、回転軸５１の軸方向から径方向成分を持つ傾いた流れを発生させる。こうして、インペラ出口１４では回転方向成分と回転軸５１の直進方向成分が合わさった流れとなりインペラ１０から流出される。インペラ１０から流出された主流Ｆ１は、ベーンレスディフューザ流路２８に流入する。上流ハウジング２０の上流内側壁２１の最外径２９は、フレーム７０の最外径と略一致している。

ベーンレスディフューザ流路２８に流入した主流Ｆ１は、ベーンレスディフューザ流路２８内で上流内側壁２１に沿ってステータコア６１の最外径、若しくはレームの最外径７８と同一径まで緩やかに転向され、ベーンレスディフューザ流路２８内での流路断面積の緩やかな増加から流れが減速される。その後、第一の軸流ディフューザ翼２３と、第二の軸流ディフューザ翼３２とを通過して、回転方向速度成分が直進方向成分へと変換され減速されることで静圧が上昇し、下流ハウジング３０の端部となる排気口９１から排気される。すなわち、インペラ１０、第一の軸流ディフューザ翼２３及び第二の軸流ディフューザ翼３２には、空気吸込口９０から流入した空気（主流Ｆ１）が流れる第一の流路が形成される。

ここで、第一の軸流ディフューザ翼２３の出口の流れは高速流れであり、排気口９１に比べて低い圧力である。フレーム７０の排気孔７３は、第一の流路に向けて開口され、第一の軸流ディフューザ翼２３の出口と近接していることから、第一の軸流ディフューザ翼２３の出口と同等である。そのため、ベンチュリ効果により、開口部７７から電動機の内部を通り、フレーム７０の排気孔７３に向かう、冷却流Ｆ２が生じる。すなわち、フレーム７０の開口部７７、電動機の内部、フレーム７０の排気孔７３の間には、空気（冷却流Ｆ２）が通り、第一の流路と合流する第二の流路が形成される。

インペラ１０とフレーム７０の軸受格納部７１は熱伝導性の高いアルミニウムやマグネシウム合金で構成されているため、上流側軸受５２と下流側軸受５３の冷却の一部は主流Ｆ１がフレーム７０の外壁（最外径７８）を流れ、熱伝達により冷却される。なお、インペラ１０側に近い上流側軸受５２は、インペラ１０の材質に高い熱伝導率材（例えばアルミニウム合金）を使うことで、回転するインペラ１０が冷却され、熱伝達により回転軸５１のインペラ１０側が冷却されることで、上流側軸受５２が冷却される。

続いて冷却流Ｆ２について説明する。冷却流Ｆ２は、回転体支持組品２００（図９Ａ）を冷却する流体（冷却風）の流れであり、フレーム７０の開口部７７から吸気され、ステータコア６１、周方向に並ぶコイル６４、などを経由してフレーム７０の排気孔７３に向けて流れる。

そして、冷却流Ｆ２は、排気孔７３からフレーム７０の外壁と上流ハウジング２０の上流外側壁２２との間に排気される。フレーム７０と上流ハウジングの上流外側壁２２との間に排気された流体は、排気口９１に向けて流れ、第二の軸流ディフューザ翼３２の上流または第二の軸流ディフューザ翼３２の翼間流路内で主流Ｆ１に合流し、フレーム７０の開口部７７で排気される。

すなわち、第一の軸流ディフューザ翼２３を通る主流Ｆ１の風量に対して、第二の軸流ディフューザ翼３２を通る風量は、冷却流Ｆ２の風量分増加されている。この風量増加により、第二の軸流ディフューザ翼３２の流れのはく離低減による高効率化が可能である。

冷却流Ｆ２は、フレーム７０の開口部７７からフレーム７０の排気孔７３に向かう際に、ステータコア６１の凹部流路８５とエアギャップ８３およびスロット８２（隣接するコイル６４で構成される流路）に分岐され、ステータコア６１、ロータコア５５、コイル６４を冷却した後、フレーム７０の立ち上り部７６と、下流側軸受に流れが衝突し、冷却される。冷却後の冷却流Ｆ２は主流Ｆ１と合流することで熱交換され、主流Ｆ１と合わさった流れが外部へ排気されることで電動機の冷却が行われる。

本構成においては、電動機内部に冷却風を取り込むための流れの転向やガイドがなく、ベンチュリ効果による流れの吸込により電動機内部を冷却しており、低圧力損失ができ、電動送風機の高効率化が可能である。また、冷却風のガイドがないため、非設計点においても送風機効率が高く維持でき、幅広い運転範囲での高効率化が可能となる。

次に、電動送風機１００の作用効果について説明する。電動送風機１００は、図９Ｃに示す通り、スロット８２とエアギャップ８３に加えて凹部流路８５を有している。凹部流路８５は、軸方向に開口して設けられることにより、冷却流Ｆ２の流路面積を大きくすることができるため、流路抵抗を低減して冷却流量を増大することができる。これにより、回転体支持組品２００の冷却を促進することができる。

フレーム７０のステータ格納部７２の内側壁は、ステータコア６１を軸方向において覆うように構成され、凹部８４に径方向に対向する部分において全閉となるように構成されている。また、フレーム７０は、ステータコア６１よりもインペラ１０に近い側に、径方向に貫通する排気孔７３を備えている。このような電動送風機１００は、凹部流路８５の途中で冷却流が径方向外側に漏れることなく、ステータコア６１のインペラ１０に近い側へ冷却流Ｆ２を誘導する。回転体支持組品２００のインペラ１０に近い側は、冷却流Ｆ２の下流に位置するため、冷却流Ｆ２が吸気されるフレーム７０の開口部７７と比較して、ステータコア６１、下流側軸受５３、コイル６４からの熱伝達により流体の温度が高くなり、温度の上昇が懸念される。しかしながら、電動送風機１００は、冷却後の冷却風がフレーム７０の立ち上り部７６に衝突する衝突流れであることから、熱伝達が促進でき、回転体支持組品２００のインペラ１０に近い側の温度を効率よく低減することができる。

フレーム７０は、上流ハウジング２０および下流ハウジング３０の別部品として構成される。これにより、フレーム７０は、回転体支持組品２００の剛性およびステータコア６１と上流ハウジング２０の取付部２４に対する保持力を過度に損なわない範囲で、自由な位置および面積でフレーム７０の排気孔７３を設けることができる。これにより電動送風機１００は、流れによる圧力損失を低減して、冷却風量を増大させ、回転体支持組品２００の冷却を向上させることができる。

フレーム７０は高熱伝導かつ高剛性な金属合金（アルミニウムやマグネシウム）で構成されている。これにより、電動送風機１００は、冷却流Ｆ２への各軸受およびステータコア６１の熱伝達を促進させ、回転体支持組品２００の温度を低減するとともに、回転体支持組品２００の剛性を高めて駆動時の振動・騒音を抑制することができる。

＜電気掃除機３００の構成＞
本実施例に係る電動送風機１００は、例えば、電気掃除機のファンモータとして用いるのに好適である。本実施例に係る電動送風機１００を搭載する電気掃除機３００の構成について説明する。図１３は、本発明の実施例に係る電気掃除機３００の外観を示す斜視図である。

図１３に示すように、電気掃除機３００は、電動送風機１００および電動送風機１００が発生した吸引力で集塵した塵埃を収容する集塵部３０２を備えた掃除機本体３０１と、一端が掃除機本体３０１に接続され、集塵部３０２と連通する延長管３０６と、延長管３０６の他端に接続された吸口体３０７と、を備えている。また、掃除機本体３０１は駆動源の電池ユニット３０３と、グリップ部３０４と、グリップ部３０４に設けられた電動送風機１００の入切を行うスイッチ部３０５と、を備えている。

スイッチ部３０５を操作すると、掃除機本体３０１に収納された電動送風機１００の運転が開始され、吸口体３０７に吸込気流が発生する。吸込気流により吸口体３０７から床面上の塵埃が吸い込まれる。吸い込まれた塵埃は、延長管３０６を通って掃除機本体３０１の集塵部３０２に集塵される。

なお、電気掃除機としては、図示されているスティックタイプの掃除機に限定されず、ハンディタイプの掃除機、キャニスター掃除機（シリンダー式掃除機）などの電気掃除機にも適用することができる。また、同様の構成を有する電源コード式の掃除機にも適用することができる。

次に図１０～１２を用いて、実施例２について説明する。図１０および図１１は、本発明の実施例２に係るベーンレスディフューザ流路２８、第一の軸流ディフューザ翼２３、第二の軸流ディフューザ翼３２周辺の断面を示す図である。図１２Ａ～図１２Ｄは、本発明の実施例２に係る第一の軸流ディフューザ翼２３、第二の軸流ディフューザ翼３２、排気孔７３の関係を示す図である。

インペラ出口から始まるベーンレスディフューザ流路２８と、上流ハウジング２０の下端部には、上流側軸受５２の玉５２ｃと、下流側軸受５３の玉５３ｃの軸受スパンＬｂが内包されている。

上流側軸受５２の玉５２ｃとインペラ翼前縁１０ａの軸方向距離Ｌoiは、下流側軸受５３の玉５３ｃとマグネット下端部（ロータ下端部）の軸方向距離Ｌomと略同等であり、上流側軸受５２の玉５２ｃと、下流側軸受５３の玉５３ｃの軸受スパンＬｂとの比（Ｌoi／Ｌｂ）が約０．７である。本実施例では、上流側軸受５２の玉５２ｃと、下流側軸受５３の玉５３ｃの軸受スパンＬｂは１９～２４ｍｍとしている。なお、Ｌoi／Ｌｂは小さいほど各軸受への径方向荷重が低減可能であり、軸受の運転寿命の長時間化と、軸振動低減による電動送風機および電動送風機を搭載した掃除機の低騒音化が可能となる。

ベーンレスディフューザ流路２８の流路を構成するファンケーシングの軸方向下端部１ａは、第一の軸流ディフューザ翼２３の前縁２３ａ付近まで延びている。前縁２３ａのうち、軸方向上流側に位置する部分は、第一の軸流ディフューザ翼２３の径方向流路高さの略中央付近に位置し、ベーンレスディフューザ流路２８の流路を構成するファンケーシングの軸方向下端部１ａより上流側に位置する。

第一の軸流ディフューザ翼２３の流路ハブ径は、上流内側壁２１の最外径２９と一致する。

本実施例により、インペラ１０から出た流れを径方向に流路の径方向の最大径を拡大しながら流れを減速するベーンレスディフューザ流路２８から第一の軸流ディフューザ翼２３に流入する際の流れの速度分布を加味したディフューザ翼の入口角度が形成できるとともに、電動送風機１００の軸方向寸法および径方向寸法が低減でき、小型化と高効率化が可能となる。さらに、ファンケーシング１と上流ハウジング２０の金型構造でアンダーカット部がなく、成型可能となる。

第一の軸流ディフューザ翼２３の後縁２３ｂと、第二の軸流ディフューザ翼３２の前縁３２ａとの、軸方向間には流路を径方向に拡大する傾斜部２２ａを備えている。傾斜部２２ａの軸方向下流側の端部は、第二の軸流ディフューザ翼３２の前縁３２ａ付近まで延びている。前縁３２ａの軸方向上流側の端部は、第二の軸流ディフューザ翼３２の径方向流路高さの略中央ないし、ハブ側に位置し、傾斜部２２ａの軸方向下流側の端部より上流側に位置する。

本実施例により第一の軸流ディフューザ翼２３から出た流れを径方向に流れを案内でき、流路面積の拡大により流れが減速され静圧上昇が可能となる。また、第二の軸流ディフューザ翼３２は、主流Ｆ１に冷却流Ｆ２を加えた風量が流れることから、設計点より風量が多い動作点において、流路断面積不足が原因で生じる流れの増速と、損失増加の抑制が可能である。

また、前縁３２ａが、傾斜部２２ａの軸方向下流側の端部より、軸方向の上流に突出することで、電動送風機の軸方向寸法および径方向寸法が低減でき、小型化と高効率化が可能となる。さらに、上流ハウジング２０と下流ハウジング３０の金型構造でアンダーカット部がなく、成型可能となる。

ステータコア６１の外周と接触するフレーム７０の排気孔７３は、フレーム７０の立ち上り部７６に隣接し、第一の軸流ディフューザ翼２３の後縁２３ｂより下流側に位置する。

図１２Ａに示しように、排気孔７３は、第一の軸流ディフューザ翼２３の後縁２３ｂの下流付近または、第二の軸流ディフューザ翼３２の前縁３２ａ付近に位置するが、前縁３２ａより下流側の周方向に配置されている隣接翼との間でもよく、第二の軸流ディフューザ翼３２と排気孔７３が交差してもよい。また、図１２Ｂに示すように、排気孔７３は隣り合う第二の軸流ディフューザ翼３２の翼間において、翼のインペラ回転方向の前進側に配置してもよい。さらに、図１２Ｃに示すように、排気孔７３は一部の第二の軸流ディフューザ翼３２と重なるように配置してもよい。さらにまた、図１２Ｄに示すように、排気孔７３は隣り合う第二の軸流ディフューザ翼３２の翼間において、第一の軸流ディフューザ翼２３側に延ばすように配置してもよい。

本構成により第一の軸流ディフューザ翼２３を通る流れ（主流）Ｆ１と、冷却流Ｆ２の流れの合流損失が低減できるとともに、第二の軸流ディフューザ翼３２のフレーム最外径７８で生じやすい流れのはく離の抑制が可能である。

フレーム７０の最外径７８は、第二の軸流ディフューザ翼３２の流路のハブ面を少なくとも一部を形成し、ステータ格納部７２とステータコア６１が接触している。これにより、第二の軸流ディフューザ翼３２を通る流れによりフレーム７０を介して、ステータコア６１が熱伝達により冷却される。また、フレーム７０の軸方向下端部７９は、ステータコア下端部６１ａと一致させており、ステータとの接触面積を確保することで、冷却性能を向上させている。また、フレーム７０とステータコア６１で形成する凹部流路８５に、冷却流Ｆ２がステータの軸方向下流から上流側へ流れる際に、フレーム７０およびステータコア６１が冷却される。

なお、フレーム７０の立ち上り部７６には、リブや凹凸などを構成し冷却面積およびフレームの高剛性化することも可能である。

また、本実施例では軸受キャップ４と上流ハウジング２０が別体の構成を示しているが、一体部品でもよい。また、フレーム７０は単一部品として、記載しているが、フレーム７０は上流ハウジング２０乃至、下流ハウジング３０と射出成型で一体成型されてもよい。

図１１を用いて、電動送風機１００の流路の特徴について説明する。

電動送風機１００はインペラ１０の外径Ｒｉが小型で、インペラ外径より半径方向外側かつ、インペラの軸方向下流側に、第一の軸流ディフューザ翼２３および第二の軸流ディフューザ翼３２が位置している。また、インペラ１０の翼の軸方向長さＬｉに比べて、インペラ出口の軸方向下端部からベーンレスディフューザ流路２８の出口までの軸方向長さＬ１が長いこと、第一の軸流ディフューザ翼２３の前縁２３ａから下流ハウジング３０の軸方向下端部３１ａまでの軸方向長さＬ２が長い特徴を持つ（Ｌ２＞Ｌ１＞Ｌｉ）。

インペラから排気された流れは、ベーンレスディフューザ流路２８に流入する。ベーンレスディフューザ流路２８の流れは、フレーム７０の最外径Ｒｆまで、ベーンレスディフューザ流路２８内において、径方向外側に向かって流路を傾斜させることで、ゆるやかに径方向外側に流路を転向させている。また、軸方向下流にかけて流路断面積を拡大することで緩やかに減速される。

本実施例では、インペラ１０の外径Ｒｉとベーンレスディフューザ流路２８の最外径Ｒｄ１（ファンケーシング１の流路面の軸方向下端部１ａ）との差と、インペラ１０出口の軸方向下端部からベーンレスディフューザ流路２８の出口までの軸方向長さＬ１からなる傾斜角θを２５度以下に構成している。

本構成にすることで、ベーンレスディフューザ流路２８内で生じる上流内壁側２１の流路面（ハブ面）で生じる流れのはく離の抑制を行っている。本構成により、ベーンレスディフューザ流路２８内の流れのはく離を抑制でき、高効率化が可能であるとともに、フレーム７０の外周を流れが流れることでステータコア６１の冷却が可能で、高速回転数時の運転において、軸受、ステータ、コイル温度上昇の抑制が可能である。

ベーンレスディフューザ流路２８流路の最外径Ｒｄ１と下流ハウジング３０の流路最大径Ｒｄ２の比は１．０５倍以下としており、第一の軸流ディフューザ翼２３の下流側の傾斜部２２ａの流路拡大率を抑えることにより、傾斜部で生じるやすい流れのはく離の抑制を図っている。

また、下流ハウジング３０の流路最大径Ｒｄ２を、インペラ１０の翼の軸方向長さＬｉと、インペラ１０の出口の軸方向下端部からベーンレスディフューザ流路２８の出口までの軸方向長さＬ１、および第一の軸流ディフューザ翼２３の前縁２３ａから下流ハウジング３０の軸方向下端部３１ａまでの軸方向長さＬ２の和で割った比は０．３５以下であり、小径化ながらも、ベーンレスディフューザ流路２８と、第一の軸流ディフューザ翼２３と第二の軸流ディフューザ翼３２と下流ハウジング３０の流路の下流側端部長さを取ることで、流れの減速が可能であり、高効率化が実現できる。

なお、本構成では複数の軸受を有するロータ組立体５０を示しているが、軸受内輪がなく、回転軸と軸受の玉が接する構成であるシャフト一体軸受構造でも同様の効果が得られる。

＜本実施例の効果＞
以上で説明した本実施例によれば、小型かつ軽量でありながら、送風機の効率が広い風量域で高く、電動送風機内部の発熱部位である軸受、ステータコア、コイルの冷却性能を向上とその冷却性能を低圧力損失で実現することができる電動送風機および電気掃除機を提供することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分りやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部については、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…ファンケーシング、３…ハウジング、４…軸受キャップ、１０…インペラ、２０…上流ハウジング、２１…上流内側壁、２２…上流外側壁、２３…第一の軸流ディフューザ翼、２８…ベーンレスディフューザ流路、３０…下流ハウジング、３１…下流外側壁、３２…第二の軸流ディフューザ翼、５０…ロータ組立体、５１…回転軸、５２…上流側軸受、５２ａ…上流側軸受外輪、５２ｂ…上流側軸受内輪、５２ｃ…玉、５３…下流側軸受、５３ａ…下流側軸受外輪、５３ｂ…下流側軸受内輪、５３ｃ…玉、５５…ロータコア、６０…ステータ、６２…上流インシュレータ、６３…下流インシュレータ、６４…コイル、６５…端子、７０…フレーム、７１…軸受格納部、７２…ステータ格納部、７３…排気孔、７６…立ち上り部、７６ａ…径方向内側端部、７７…開口部、９０…空気吸込口、９１…排気口、１００…電動送風機、２００…回転体支持組品、３００…電気掃除機、３０１…掃除機本体、３０２…集塵部、３０３…電池ユニット、３０４…グリップ部、３０５…スイッチ部、３０６…延長管、３０７…吸口体、Ａ…第一の気流、Ｂ…第二の気流、Ｆ１…主流、Ｆ２…冷却流

Claims (10)

1. ロータと、前記ロータに備えられた回転軸と、前記回転軸に固定されたインペラと、前記インペラと前記ロータとの間に位置し、前記回転軸を回転可能に支持する一対の軸受と、を備えるロータ組立体と、
   前記ロータの外周面にエアギャップを介して配置され、前記ロータと共に電動機を構成するステータと、
   前記ロータ組立体及び前記ステータを覆うフレームと、
   前記インペラ側であって前記フレームの径方向外側に位置すると共に、上流内側壁と前記上流内側壁の径方向外側に位置する上流外側壁との間に第一の軸流ディフューザ翼を備える上流ハウジングと、
   前記上流ハウジングの反インペラ側であって前記フレームの径方向外側に位置すると共に、前記フレームと前記フレームの径方向外側に位置する下流外側壁との間に第二の軸流ディフューザ翼を備える下流ハウジングと、
   前記上流ハウジングに固定され前記インペラを覆うと共に、空気を流入する空気吸込口を有するファンケーシングと、を備え、
   前記フレームは、前記一対の軸受を収納する軸受格納部と、反インペラ側に開口部を有すると共に前記軸受格納部より大径のステータ格納部と、前記軸受格納部と前記ステータ格納部との間に形成され、径方向に延びた立ち上り部と、を備え、
   前記インペラ、前記第一の軸流ディフューザ翼及び前記第二の軸流ディフューザ翼には、前記空気吸込口から流入した空気が流れる第一の流路を形成し、
   前記ステータ格納部の上部周面には、前記第一の流路に向けて開口した排気孔を備え、
   前記ステータ格納部の開口部、前記電動機の内部、前記排気孔との間には、空気が通り前記第一の流路と合流する第二の流路を形成したことを特徴とする電動送風機。
2. 請求項１に記載の電動送風機において、
   前記立ち上り部には、前記軸受格納部の内周面よりも径方向内側に突出するように形成された径方向内側端部を備え、
   前記一対の軸受の下端部を前記径方向内側端部に当接させたことを特徴とする電動送風機。
3. 請求項１に記載の電動送風機において、
   前記ステータ格納部の前記インペラ側には、径方向内側に向かって突出し、前記ステータと当接するステータ当接部を備え、
   前記立ち上り部と前記ステータ当接部との間には、前記ステータのコイルエンドを収納する収容するコイルエンド収納部を形成したことを特徴とする電動送風機。
4. 請求項１に記載の電動送風機において、
   前記フレームの軸方向下端部は、前記ステータのステータコアの下端部と一致させたことを特徴とする電動送風機。
5. 請求項１に記載の電動送風機において、
   前記上流ハウジングの前記インペラ側には、前記上流ハウジングの上流内側壁と連なる軸受キャップを備え、
   前記上流ハウジングの上流内側壁、前記軸受キャップ、前記ファンケーシングにより、前記インペラからの流れを前記第一の軸流ディフューザ翼へ案内するベーンレスディフューザ流路を形成したことを特徴とする電動送風機。
6. 請求項５に記載の電動送風機において、
   前記一対の軸受は、前記インペラ側に位置する上流側軸受と、前記ロータ側に位置する下流側軸受とから構成され、
   前記ロータ組立体の上流側軸受の玉と、下流側軸受の玉の軸受スパンＬｂは、前記インペラの出口から始まる前記ベーンレスディフューザ流路と、前記上流ハウジングの下端部との間に内包されていることを特徴とする電動送風機。
7. 請求項５に記載の電動送風機において、
   前記上流ハウジングの上流内側壁の最大径は、前記ステータ格納部の最外径と略一致していることを特徴とする電動送風機。
8. 請求項５に記載の電動送風機において、
   前記インペラの外径Ｒｉと前記ベーンレスディフューザ流路の最外径Ｒｄ１との差と、インペラの出口の軸方向下端部からベーンレスディフューザの出口までの軸方向長さＬ１からなる傾斜角θを２５度以下にしたことを特徴とする電動送風機。
9. 請求項５に記載の電動送風機において、
   前記下流ハウジングの流路最大径Ｒｄ２を、前記インペラの翼の軸方向長さＬｉと、前記インペラの出口の軸方向下端部から前記ベーンレスディフューザ流路の出口までの軸方向長さＬ１、および前記第一の軸流ディフューザ翼の前縁から前記下流ハウジングの軸方向下端部までの軸方向長さＬ２の和で割った比を０．３５以下としたことを特徴とする電動送風機。
10. 電動送風機および前記電動送風機が発生した吸引力で集塵した塵埃を収容する集塵部を備えた掃除機本体と、一端が前記掃除機本体に接続され、前記集塵部と連通する延長管と、前記延長管の他端に接続された吸口体と、を備えた電気掃除機において、
    前記電動送風機は、請求項１乃至７の何れか１項に記載の電動送風機であることを特徴とする電気掃除機。