(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-06-07
(45)【発行日】2023-06-15
(54)【発明の名称】電動送風機およびそれを搭載した電気掃除機
(51)【国際特許分類】
F04D 29/16 20060101AFI20230608BHJP
F04D 29/28 20060101ALI20230608BHJP
F04D 29/44 20060101ALI20230608BHJP
【FI】
F04D29/16
F04D29/28 C
F04D29/44 N
F04D29/44 P
(21)【出願番号】P 2019188317
(22)【出願日】2019-10-15
【審査請求日】2022-02-22
(73)【特許権者】
【識別番号】399048917
【氏名又は名称】日立グローバルライフソリューションズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000350
【氏名又は名称】ポレール弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 則和
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 賢宏
(72)【発明者】
【氏名】金賀 靖
(72)【発明者】
【氏名】山上 将太
(72)【発明者】
【氏名】本多 武史
(72)【発明者】
【氏名】坂上 誠二
(72)【発明者】
【氏名】小川 文平
(72)【発明者】
【氏名】菊地 聡
【審査官】岸 智章
(56)【参考文献】
【文献】特開2007-205259(JP,A)
【文献】特開2007-092697(JP,A)
【文献】特開2012-036875(JP,A)
【文献】特開2009-024572(JP,A)
【文献】特開2019-031927(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F04D 29/16
F04D 29/28
F04D 29/44
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
吸気口を形成するシュラウドプレートを備えた遠心羽根車と、前記遠心羽根車を覆
うファンケーシングとを備え、前記シュラウドプレートの吸気口端部は、
前記ファンケーシングの溝部に近接対面するように配置される電動送風機において、
前記ファンケーシング
は、前記シュラウドプレート
の前記吸気口端部と近接対向する
前記溝部にシール部材
を備え、
前記シール部材は、摺動部と、前記摺動部と前記ファンケーシングとの間に
配置された弾性部とを備え、
前記シュラウドプレートは、前記吸気口端部にリブを備え、
前記リブの先端は、前記摺動部と前記弾性部の境目よりも前記摺動部側に位置して前記摺動部を押しており、前記弾性部が縮んでいることを特徴とする電動送風機。
【請求項2】
前記シュラウドプレー
トと前記シール部材の
前記摺動部との摩擦係数が、前記シュラウドプレートと前記ファンケーシングとの
摩擦係数よりも小さいことを特徴とする請求項1
に記載の電動送風機。
【請求項3】
請求項1
又は請求項2に記載の電動送風機を配置した電気掃除機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電動送風機およびそれを搭載した電気掃除機に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、コードレススティッククリーナの需要が高まっている。コードレススティッククリーナは軽量化のために低電圧のバッテリーを採用しているが、電動送風機においても小型化が求められている。しかしながら、ごみ取り性能を十分に確保できる吸込力を得るためのファン出力を生み出せることが電動送風機として必須条件となる。これらを満足するために電動送風機に関しては、駆動する回転数を高速化することで、羽根車の高出力化、小型化ができる。そのため、電動送風機にはブラシレスモータが採用され、回転数を60,000rpm以上としている例が多い。
【0003】
一方、キャニスター形のクリーナに用いられている電動送風機では、低コスト化なども踏まえ以前よりブラシ付きモータを採用している。もちろん、十分な吸込力を得るために羽根車の高出力化が求められているなか、駆動する回転数は40,000min-1~50,000min-1程度である。しかし、出力を確保するために遠心羽根車の外径がコードレススティック用の羽根車に比べ、2倍以上も大きい。さらには、効率的な風の流路を確保するために、回転する羽根車と、それを覆う形で配置されるファンケーシングとの一部分を、摺動可能とするシール部材を介して当接させ、気密をとることで羽根車吐出口から吐出された気流の一部が羽根車とファンケーシングとの間の隙間を通って吸気口へと逆流する循環流を防ぎ、高効率な出力を得ている。
【0004】
ブラシレスモータに置き換えると、小型軽量化のため羽根車の外径に関しては、回転数の高速化により補っているとして、羽根車の気密による高出力化は応用し得る技術である。
【0005】
シール部材を用いたシール方法の従来技術として、例えば、特開2000-179495号公報(特許文献1)や、特開平9-236098号公報(特許文献2)に開示されているものがある。
【0006】
特開2000-179495号公報に開示されている電動送風機は、電動機のハウジングに取り付けられ、遠心羽根車およびディフューザを覆うように形成したファンケーシングと、該ファンケーシングの吸気孔部に、該遠心羽根車の吸気孔と同軸に円環状に形成した湾曲部と、シール保持部材に保持された状態で該遠心羽根車の吸気孔部と摺接するシール部材と、該ファンケーシングに取り付けられ、該シール部材を押圧するシール押さえ部材からなる電動送風機において、該シール保持部材は該シール部材を嵌合する凹溝を備え、かつ湾曲部に嵌合保持した構成としている。
【0007】
また、特開平9-236098号公報に開示されている電動送風機は、ファンカバーの吸込口周縁に環状部を形成し、該環状部にファンの吸込口縁が当接するシール材を設け、シール材を、耐熱性、低摩擦性、柔軟性を有すると共に、削れやすい合成樹脂を環状部に充填したことで構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【文献】特開2000-179495号公報
【文献】特開平9-236098号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
上述した特許文献1では、遠心羽根車の吸気孔部とファンケーシングに取り付けられたシール部材とが確実に接される形となり気密が確保できるものの、電動送風機組立後最初に動作される際には、シール部材へ遠心羽根車が押し付けられる状態となるため、始動するのに大きなトルクが必要となる。これはつまり、キャニスター形クリーナに採用されるブラシ付きモータのように大きな始動トルクを得られるモータに対して有効な気密方法となる。ブラシレスモータとなると、その制御方法によっては、始動時の磁石の磁極位置を決定する動作が必要となり、大変小さなトルクしか生じないために始動不可能となってしまう恐れがある。また、シール部材としては別部品、別工程となるため、材料や作業のコストが追加でかかることとなる恐れがある。特許文献2においても、同様の課題が生じる恐れがある。
【0010】
そこで、本発明では、ブラシレスモータにおいても、遠心羽根車とファンケーシングの間にシール部材を配置するとともに、シール部材と摺接している遠心羽根車が低トルクでも回転可能なシール部材を提案し、高効率、高出力な電動送風機およびそれを搭載し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】
【0011】
吸気口を形成するシュラウドプレートを備えた遠心羽根車と、遠心羽根車を覆い、シュラウドプレートの吸気口端部は、ファンケーシングの溝部に近接対面するように配置される電動送風機において、ファンケーシングのシュラウドプレートと近接対向する箇所に、シール部材が前記ファンケーシングとの間に弾性体を介して配置されると共に、シール部材とシュラウドプレートの吸気口端部が接するようにしたことによる。
【0012】
また、シュラウドプレートの材質とシール部材の材質との摩擦係数が、シュラウドプレートとファンケーシングの材質の摩擦係数よりも小さいことを特徴としたことによる。
【0013】
また、シュラウドプレートの先端は、弾性部材が変形しないと仮定した際、シール部材の弾性部材側よりも羽根車側に位置することを特徴としたことによる。
【0014】
また、シュラウドプレートの吸気口端部にリブを設けたことを特徴とすることによる。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、遠心羽根車のシュラウドプレートの吸気口端部と近接対向する、ファンケーシングとの間に弾性体を介し、摩擦の少ないシール部材を設けると共に、シュラウドプレートの吸気口端部とシール部材が接するようにすることで、遠心羽根車とシール部材間の摩擦を小さくすることで、ブラシレスモータの小さい起動トルクでも動作可能とすると共に、気密漏れを低減し、高効率、高出力な電動送風機およびそれを搭載した電気掃除機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【
図1】実施形態1にかかる電動送風機を示す断面図を示す。
【
図2】実施形態1にかかる電動送風機の分解斜視図を示す。
【
図3】実施形態1にかかるロータ組立体を示す分解斜視図を示す。
【
図4】(a)実施形態1にかかる遠心羽根車203の全体構成図を示す。(b)実施形態1におけるシュラウドプレート221の吸気口端部222にリブ223を設けた形状図を示す。(c)実施形態1にかかる吸気口端部222のリブ223の断面図を示す。
【
図5】(a)実施形態1にかかるファンケーシング204の全体形状図を示す。(b)実施形態1におけるファンケーシング204にリブ224を設けた形状図を示す。(c)実施形態1のファンケーシング204に設けたリブ224の断面図を示す。
【
図6】(a)
図4におけるシュラウドプレート221の吸気口端部222に設けられた小さなリブ223とスール部材300の寸法関係を示す。(b)組み立て時のシュラウドプレート221の吸気口端部222に設けられた小さなリブ223とスール部材300の位置関係を示す。(c)一定時間駆動後のシュラウドプレート221の吸気口端部222に設けられた小さなリブ223とスール部材300の位置関係を示す。
【
図7】(a)実施形態におけるスティック型として使用する際の斜視図を示す。(b)実施形態における電気掃除機400をハンディ型として使用する際の側面図を示す。
【
図8】本実施形態1~3における電動送風機を搭載した掃除機本体の縦断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明の実施形態を、
図1~
図8を用いて説明する。
【0018】
[実施形態1]
図1は実施形態1にかかる電動送風機を示す断面図であり、
図2は実施形態1にかかる電動送風機の分解斜視図である。
ステータ240は、ステータコア210の周りにコイル211が巻かれ、一緒になって相巻線を形成している。この相巻線は、電動送風機200に備わる図示しない回路部に電気的に接続されている。
【0019】
ハウジング208は、合成樹脂製であり、ロータ組立体230の軸受部を内包する軸受カバー215とインサート成形によって構成される。軸受カバー215の外周には、軸受212の冷却用のヒートシンクである回転軸方向に長い複数の冷却フィン27が設けられている。また、軸受カバー215は、非磁性金属材料製であり、軽量化、放熱性などに有利なものが良い。本実施例では、アルミ材を使用し、ダイキャストにより製作されている。
【0020】
また、ハウジング208の支持部26には、軸方向Gに延在するねじ穴28が形成されている。ねじ穴28には固定ねじ218が螺合可能で、固定ねじ218の螺合によってディフューザ205がハウジング208に固定される。
【0021】
また、ハウジング208には、ハウジング208内に空気が流れ込む開口34と、電動送風機200の外部に空気を排出する排気口35とが形成されている。また、ハウジング208の軸方向Gの端部に配置されるステータ240は、固定ねじ219によってハウジング208に固定されている。
【0022】
ファンケーシング204は、ディフューザ205と、ロータ組立体230の遠心羽根車203を覆う格好で、ハウジング208と嵌合される。この際、ディフューザ205に配置されているディフューザ翼13は、ファンケーシング204に配置された弾性部材40によってに押し付けられ、ディフューザ翼13とファンケーシング204間の気密が保たれる。また、ディフューザ205には、ジクウケカバー215の冷却フィン27へ積極的に風を当てるためのリターン翼14が配置されている。
【0023】
図3は実施形態1にかかるロータ組立体を示す分解斜視図である。
図3に示すように、ロータ組立体230は、遠心羽根車203、回転軸207、ロータコア209、軸受212、リング部材213、ばね217およびカバー250によって構成されている。なお、軸受212、212とばね217とで軸受部が構成されている。
【0024】
遠心羽根車203は、回転軸207の軸方向Gの一端に固定されている。本実施例では、遠心羽根車203を回転軸207に圧入固定しているが、回転軸207の端部(先端)にねじを設け、遠心羽根車203を固定ナットによって固定してもよい。
【0025】
ロータコア209は、回転軸207の、遠心羽根車203が固定されている端部とは逆側の軸方向Gの端部に設けられている。このロータコア209は、例えば、希土類系のボンド磁石によって構成されている。希土類系のボンド磁石は、希土類系磁性粉末と有機バインダーとを混合して作られる。希土類系のボンド磁石としては、例えば、サマリウム鉄窒素磁石や、ネオジム磁石等を用いることができる。また、ロータコア209は、回転軸207にインサート成型により一体成形されている。また、ロータコア209は、カバー250により周面に接した状態で覆われている。カバー250は、非磁性の薄板を筒状に形成したものであり、例えば、ステンレス鋼にニッケル量を多く配合したもの、又は、オーステナイト系ステンレスを欲しい形状へ成型後熱処理したもので構成される。
【0026】
リング部材213は、バランス調整用のものであり、回転軸207におけるロータコア209側の端部に設けられている。また、リング部材213は、ロータコア209よりも比重が大きく、かつ、非磁性の材料で構成されている。例えば銅材などの焼結品(燒結体)や機械加工で形成することができる。また、リング部材213としては、ロータコア209よりも比重が大きく、かつ、非磁性の材料であれば、銅に限定されるものではない。
【0027】
回転軸207には、遠心羽根車203とロータコア209との間に、軸受212、212が設けられている。軸受212、212は、軸方向に離間して配置され、回転軸207を回転自在に支持している。軸受212、212の間にはコイル状のばね217が設けられ、軸受212、212の外輪に予圧を与えている。
【0028】
図4は、実施形態にかかる遠心羽根車203の形状図である。
図4(a)は、遠心羽根車203の全体構成図であり、
図4(b)は、実施形態1におけるシュラウドプレート221の吸気口端部222にリブ223を設けた形状図であり、
図4(c)は、吸気口端
部222のリブ223の断面図である。
【0029】
本実施形態では、
図4(a)のように遠心羽根車203は、羽根220aと羽根220a根元には流路を構成するための曲面プレートと回転軸207が圧入可能となる回転軸穴が一体的に形成されたハブプレート220と、吸気口が形成され、羽根220aを曲面プレートと挟むように配置できるシュラウドプレート221で構成される。ハブプレート220には、シュラウドプレート221を嵌合い可能にするための位置決め用の凸部が形成されており、シュラウドプレート221には羽根と位置決め用凸部が嵌合い可能なように溝が形成されている。ハブプレート220とシュラウドプレート221の固定には、超音波溶着をすることにより高速回転をしても分離、剥がれが生じないようにしている。そのため、ハブプレート220には超音波溶着用のリブが羽根の上端面に、位置決め用凸部より外周側に配置されている。また、本発明では
図4(b)のように、シュラウドプレート221の吸気口端部222に小さなリブ223を一周にわたり設けている。
図4(c)のように、リブ223の形状はシュラウドプレート221の吸気口端部222側のリブ223根元幅よりもリブ223先端幅を小さくするようにする。そのため、リブ223の断面形状としては、三角形、台形、半円形、半楕円形を問わない。本実施形態では三角形のリブ断面形状とし、リブ223の根本幅は0.3mm、リブ223の高さは0.3mmとしている。ここで、遠心羽根車203の構成としては、羽根220aがシュラウドプレート221と一体に構成されていても別体で構成されていても構わない。
【0030】
図5は、実施形態1にかかるファンケーシング204の形状図である。
図5(a)は、ファンケーシング204の全体形状図であり、
図5(b)は、実施形態1のファンケーシング204と、そこに貼り付けたシール部材300の断面図である。
【0031】
実施形態では
図5(b)のように、ファンケーシング204の、遠心羽根車203のシュラウドプレート221の吸気口端部222に近接対向する部分(溝部450)に、シール部材300が配置されている。シール部材300は摺動部300aと弾性部300bより成り立っている。
【0032】
図6は、実施形態における電動送風機200の送風機部201の構造部分断面図である。
図6(a)は
図4におけるシュラウドプレート221の吸気口端部222に設けられた小さなリブ223とスール部材300の寸法関係を示す図であり、
図6(b)は組み立て時のシュラウドプレート221の吸気口端部222に設けられたに小さなリブ223とスール部材300の位置関係を表し、
図6(c)は一定時間駆動後のシュラウドプレート221の吸気口端部222に設けられた小さなリブ223とスール部材300の位置関係である。
【0033】
図6(a)より、寸法関係は、シュラウドプレート221の吸気口端部222に設けられた小さなリブ223の根本よりも、シール部材300の摺動面300aはリブ223の先端側に位置するとともに、リブ223の頂点はシール部材の300の摺動面300aと弾性部300bの境目よりも摺動面側に位置するよう設計されている。そのため、組立てると、摺動面300aはリブ223の先端に押され、弾性部300bが縮むことで
図6(b)に示す形となる。ここで、弾性部bが縮むことで、リブ223より押される力を逃がすことができるため、遠心羽根車203とシール部材300の摺動面300aとの摩擦が少なくなり、小さい起動トルクで動作が可能となることから、起動トルクの小さいブラシレスモータにおいても使用可能である。また、しばらく動作すると、シール部材が、遠心羽根車との摩擦により摩耗するが、その際も
図6(c)のように、リブ223の先端がシール部材の300の摺動面300a内に収まることができる。これにより、組立て後も、一定時間動作後も、リブ223と摺動面300aの間において気密を確保することが可能である。
【0034】
吸気口を形成するシュラウドプレートを備えた遠心羽根車と、前記遠心羽根車を覆い、前記シュラウドプレートの吸気口端部は、ファンケーシングの溝部に近接対面するように配置される電動送風機において、前記ファンケーシングの前記シュラウドプレートと近接対向する箇所に、シール部材が、前記ファンケーシングとの間に弾性体を介して配置されると共に、前記シール部材と前記シュラウドプレートの吸気口端部が接する。
【0035】
以上により、遠心羽根車203から排出された空気が、シュラウドプレート221とファンケーシング204の間をとおり、吸気口端部より再び取り込まれる循環流を防げることから、電動送風機の効率を上げることが可能となる。
【0036】
なお、前記シュラウドプレートの先端は、前記弾性部材が変形しないと仮定した際、前記シール部材の前記弾性部材側よりも前記羽根車側に位置する。
【0037】
ここで、シール部材300へ用いる材料として、摺動面300aには遠心羽根車203との摩擦係数が、遠心羽根車203とファンケーシング204との摩擦係数よりも小さく、一定動作後削れることを考慮すると、遠心羽根車203よりも柔らかい材料を選定するのがよく、本実施例においては、テフロン(登録商標)のシートを使用している。前記シュラウドプレートの材質と前記シール部材の材質との摩擦係数が、前記シュラウドプレートと前記ファンケーシングとの材質よりも小さい。
【0038】
また、弾性部材300bについては、気密を確保する必要があることから、独立気泡のパッキンが最適であるが、連続気泡のパッキンのものを気密が保持できる程度つぶして使用しても良い。また、弾性体であれば、パッキン以外のものを用いても良い。
【0039】
以下、として、本発明に係る送風機を備える電動送風機200を搭載する電気掃除機400について図面を参照しながら説明する。
【0040】
なお、以下では、スティック型とハンディ型とを適宜切り替えて使用できる充電式の電気掃除機400に適用した場合を例に挙げて説明するが、スティック型のみ、ハンディ型のみ、など様々なタイプの電気掃除機に適用することができる。さらには、充電池を使用したDCタイプの物のみではなく、プラグより電力を得るACタイプの物へも適用することが可能である。
【0041】
図7は実施形態おける電動送風機200を搭載した電気掃除機400を示し、
図7(a)はスティック型として使用する際の斜視図、
図7(b)は電気掃除機400をハンディ型として使用する際の側面図である。
【0042】
図7(a)に示すように、電気掃除機400は、塵埃を集塵する集塵室401および集塵するのに必要な吸込気流を発生させる電動送風機200(
図1)を収納する掃除機本体410、掃除機本体410に対して伸縮自在に設けられた伸縮パイプ402、伸縮パイプ402の一端に設けられたグリップ部403、グリップ部403に設けられた電動送風機200の入切を行うスイッチ部404を備えて構成されている。
図7(a)に示す電気掃除機400は、スティック状態であり、伸縮パイプ402が伸ばされた状態である。また、掃除機本体410の他端には吸口体405が取り付けられ、掃除機本体410と吸口体405とが接続部406で繋がれている。
【0043】
図7(b)に示す電気掃除機400は、ハンディ状態であり、伸縮パイプ402が掃除機本体410内に収納され、グリップ部403が伸縮パイプ402側に近接した状態である。また、ハンディ状態での持ち手となるハンディグリップ部407は、掃除機本体410の上面側に、近接されたグリップ部403と集塵室401との間に設けられている。また、掃除機本体410の他端部には吸口体(隙間ノズル)408が取り付けられ、掃除機本体410と吸口体408とが接続部406で繋がれている。
【0044】
以上の電気掃除機400において、グリップ部403のスイッチ部404を操作することで、掃除機本体410に収納された電動送風機200(
図1参照)が作動し、吸込気流を発生させる。そして、吸口体405、408から塵埃を吸込み、接続部406を通して掃除機本体410の集塵室401に集塵する。
【0045】
図8は本実施形態1~3における電動送風機を搭載した掃除機本体の縦断面図である。なお、
図8は、ハンディ状態であり、掃除機本体410から吸口体408を取り外した状態である。
【0046】
図8に示すように、掃除機本体410の内部には、吸引力を発生させる電動送風機200、電動送風機200に電力を供給する電池ユニット420、駆動用回路430が設けられている。
【0047】
吸口体405、408(
図7(a)、(b)参照)から吸い込まれた空気は、掃除機本体410に設けられた流路440(
図7(a)参照)を通って電動送風機200の前方に配置された集塵室401に送られ、集塵室401内に集塵される。そして、集塵室401で塵挨が分離された後の空気は、電動送風機200、駆動用回路430を通り、掃除機本体410に形成された排気口(不図示)から外部に排出される。
【0048】
これら、本発明に係る送風機を備える電動送風機を搭載する電気掃除機により、高い吸い込み性能を有する電気掃除機とすることができる。
【0049】
以上、本発明にかかる、シール部材を適用した電動送風機について最良の実施の形態および実施例を示して詳細に説明した。なお、本発明の内容は、前記実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲内において適宜改変・変更等することができることはいうまでもない。
【符号の説明】
【0050】
13 ディフューザ翼
14 リターン翼
26 支持部
27 冷却フィン
28 ねじ穴
34 開口
35 排気口
200 電動送風機
203 遠心羽根車
204 ファンケーシング
205 ディフューザ
207 回転軸
208 ハウジング
209 ロータコア
210 ステータコア
211 コイル
212 軸受
213 リング部材
215 軸受カバー
217 ばね
218 固定ねじ
220 ハブプレート
220a 羽根
221 シュラウドプレート
222 吸気口端部
223 リブ
230 ロータ組立体
240 ステータ
250 カバー
300 シール部材
300a 摺動部
300b 弾性部
400 電気掃除機
401 集塵室
402 伸縮パイプ
403 グリップ部
404 スイッチ部
405 吸口体
406 接続部
408 吸口体(隙間ノズル)
410 掃除機本体
420 電池ユニット
430 駆動用回路
440 流路
450 溝部