特許 7663441 電動送風機、及び、それを備えた電気掃除機

(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】2025-04-08

(45)【発行日】2025-04-16

(54)【発明の名称】電動送風機、及び、それを備えた電気掃除機

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/44 20060101AFI20250409BHJP

   F04D 29/58 20060101ALI20250409BHJP

【ＦＩ】

F04D29/44 R

F04D29/44 S

F04D29/58 P

F04D29/58 S

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2021116208

(22)【出願日】2021-07-14

(65)【公開番号】P2023012650

(43)【公開日】2023-01-26

【審査請求日】2024-02-13

(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】本多 武史

(72)【発明者】

【氏名】坂上 誠二

(72)【発明者】

【氏名】竹内 啓祐

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 賢宏

(72)【発明者】

【氏名】山上 将太

(72)【発明者】

【氏名】川本 孔陽

(72)【発明者】

【氏名】菊地 聡

(72)【発明者】

【氏名】湧井 真一

【審査官】北村 一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－０７１０８２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０４Ｄ １／００－１３／１６；１７／００－１９／０２；２１／００－２５／１６；２９／００－３５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

送風機部の内部に第一流路が流通し、モータ部の内部に第二流路が流通する電動送風機であって、
前記モータ部は、回転軸と、該回転軸を回転自在に支持する軸受と、前記回転軸に固定したロータコアと、該ロータコアの外周を囲むように配置したステータコアと、該ステータコアを保持するとともに、側面に上流側径方向開口と下流側径方向開口を開口させたモータハウジングと、を有し、
前記送風機部は、前記回転軸の先端に固定した羽根車と、該羽根車の外周を覆うファンケーシングと、前記モータ部の上流側外周を囲む上流側ハウジングと、前記モータ部の下流側外周を囲む下流側ハウジングと、を有し、
前記第一流路は、前記上流側ハウジングの内壁と外壁の間、および、前記下流側ハウジングの内壁と外壁の間を流通し、
前記第二流路は、前記下流側径方向開口乃至下流側モータハウジングの回転軸方向の開口、前記モータ部の内部、前記上流側径方向開口、前記モータハウジングと前記上流側ハウジングの内壁の間、および、前記モータハウジングと前記下流側ハウジングの内壁の間を流通し、
前記下流側ハウジングの下流側には、前記下流側径方向開口と対向する円環ディフューザを設けたことを特徴とする電動送風機。

【請求項2】

請求項１に記載の電動送風機において、
前記上流側ハウジングの内壁と外壁の間に上流側ディフューザ翼を設け、
前記下流側ハウジングの内壁と外壁の間に下流側ディフューザ翼を設けたことを特徴とする電動送風機。

【請求項3】

請求項２に記載の電動送風機において、
前記下流側ディフューザ翼の径方向高さをＨ１、前記円環ディフューザの内面と前記モータハウジングの外面の径方向距離をＨ２としたとき、次の何れかの式を満たすことを特徴とする電動送風機。
Ｈ１ ≧ ０．５×Ｈ２、
Ｈ１ ≧ ０．６６×Ｈ２

【請求項4】

請求項２に記載の電動送風機において、
前記下流側ハウジングの内壁の軸方向長さをＬ１、前記下流側ディフューザ翼の軸方向長さをＬ２としたとき、次の何れかの式を満たすことを特徴とする電動送風機。
０．５×Ｌ２ ≦ Ｌ１ ≦ Ｌ２、
Ｌ１≒０．５×Ｌ２

【請求項5】

請求項２に記載の電動送風機において、
前記下流側ディフューザ翼の径方向高さをＨ１、前記円環ディフューザの軸方向長さをＬ３としたとき、次の何れかの式を満たすことを特徴とする電動送風機。
Ｌ３ ≧ ２．５×Ｈ１、
Ｌ３ ≧ ３×Ｈ１

【請求項6】

請求項１に記載の電動送風機において、
前記モータハウジングは、前記ステータコアの上流側を覆う上流側モータハウジングと、前記ステータコアの下流側を覆う下流側モータハウジングからなり、前記第二流路は、前記上流側モータハウジングと前記下流側モータハウジングで覆われていない、前記ステータコアの露出部に沿って流通することを特徴とする電動送風機。

【請求項7】

送風機部の内部に第一流路が流通し、モータ部の内部に第二流路が流通する電動送風機であって、
前記モータ部は、回転軸と、該回転軸を回転自在に支持する軸受と、前記回転軸に固定したロータコアと、該ロータコアの外周を囲むように配置したステータコアと、該ステータコアを保持するとともに、側面に上流側径方向開口と下流側径方向開口を開口させたモータハウジングと、を有し、
前記送風機部は、前記回転軸の先端に固定した羽根車と、該羽根車の外周を覆うファンケーシングと、前記モータ部の上流側外周を囲む上流側ハウジングと、前記モータ部の下流側外周を囲む下流側ハウジングと、を有し、
前記第一流路は、前記上流側ハウジングの内壁と外壁の間、および、前記下流側ハウジングの内壁と外壁の間を流通し、
前記第二流路は、前記下流側径方向開口、前記モータ部の内部、前記上流側径方向開口、前記モータハウジングと前記上流側ハウジングの内壁の間、および、前記モータハウジングと前記下流側ハウジングの内壁の間を流通し、
前記下流側ハウジングの下流側には、前記下流側径方向開口と対向する下流側ディフューザ翼を設けたことを特徴とする電動送風機。

【請求項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において、
上流側乃至下流側モータハウジング乃至両方に軸方向開口を持つことを特徴とする電動送風機。

【請求項9】

請求項１から請求項８の何れか１項に記載の電動送風機を備えたことを特徴とする電気掃除機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電動送風機、及び、それを搭載した電気掃除機に関する。

【背景技術】

【0002】

電気掃除機が内蔵する電動送風機（送風装置）の一例として、特許文献１には、「上下に延びる中心軸Ｃ周りに回転するインペラ１０と、インペラの下方に配置されステータ２４を有してインペラを回転させるモータ２０と、ステータを収納するモータハウジング２１と、インペラとモータハウジングとを収納してモータハウジングとの隙間に第１流路５を構成するファンケーシング２とを備え、ファンケーシングの上部はインペラの上方を覆い、かつ上下方向に開口する吸気口３を有し、ファンケーシングの下部には第１流路を介して吸気口に連通する排気口４が設けられ、モータハウジングにはモータハウジングの内面に固定されるステータの上面よりも下方において、径方向に貫通して第１流路に連通する流入口２１ａが設けられ、モータハウジングは流入口から上方に延びて前記ステータよりも上方の空間に連通される第２流路６を有する」送風装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－１０５２６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

電気掃除機は、粉塵によるフィルタの目詰まりや、掃除対象の床の材質等の運転条件によって動作風量が大きく変化することが知られている。そのため、電気掃除機用の電動送風機としては、広い風量範囲で吸引力の強い電動送風機が求められている。

【0005】

また、電気掃除機の使い勝手から、電動送風機の小型化や軽量化も求められているが、それに伴い、電動送風機の放熱領域が減少し、電動送風機内部の発熱密度は増加するため、モータや軸受の冷却性能の向上が必要となっている。

【0006】

特に、コードレススティック型掃除機や自律走行型掃除機（ロボット掃除機）のような電池（２次電池）で駆動する掃除機は、電池容量の関係から電動送風機の消費電力が小さく、最大風量も小さい。そのため、フィルタの目詰り時にごみ搬送能力が低下し、掃除機の吸引力が低下する課題がある。さらに、電池駆動の掃除機は、小型で軽量であることが求められ、掃除機に搭載される電動送風機は広い風量範囲で吸引力が強いこと、および小型であることの両立が求められる。

【0007】

ここで、ディフューザ翼（特許文献１では「静翼４０」）を用いれば、設計点風量において優れた圧力回復を行うことが出来るが、フィルタの目詰まり等の影響で設計点風量より風量が低下した場合は、ディフューザ翼の入口角と空気流れのディフューザへの流入角の不一致によりディフューザ性能が低下し、電気掃除機の吸引力が低下する可能性がある。

【0008】

また、特許文献１の送風装置では、同文献の図４等に示されるように、外側の第１流路５を流通する気流Ｓの一部が、モータハウジング２１の周壁に設けた流入口２１ａを介して、内側の第２流路６に流れ込み、上方の軸受２６を冷却した後、更に、下方の軸受２６を冷却し、第１流路５と合流することなく、第２流路６の出口（流出口２９ａ）から送風装置１の外部に排気される。このように、第１流路５から分岐した第２流路６が第１流路５に合流しない構成を採る場合、第１流路５を流通する気流Ｓの一部が第２流路６に分岐する際の圧力損失（抵抗）によって、第１流路５では、流入口２１ａ（分岐点）の上流側の風量に比べ、流入口２１ａ（分岐点）の下流側の風量が減少していた。

【0009】

加えて、特許文献１の第２流路６は、小型であることから流路面積が小さく、さらに、モータ２０内部で曲がりながら流れるため、流路の圧力損失が大きく、冷却風量が低下し、モータ２０内部の温度が高くなり、モータ効率が低下する懸念がある。

【0010】

本発明は、上記課題を解決するものであり、小型軽量でありながら、送風機の効率が広い風量域で高く、かつ、モータの冷却効率も高い、電動送風機、及び、それを備えた電気掃除機の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

前記課題を解決するため、本発明の電動送風機は、送風機部の内部に第一流路が流通し、モータ部の内部に第二流路が流通する電動送風機であって、前記モータ部は、回転軸と、該回転軸を回転自在に支持する軸受と、前記回転軸に固定したロータコアと、該ロータコアの外周を囲むように配置したステータコアと、該ステータコアを保持するとともに、側面に上流側径方向開口と下流側径方向開口を開口させたモータハウジングと、を有し、前記送風機部は、前記回転軸の先端に固定した羽根車と、該羽根車の外周を覆うファンケーシングと、前記モータ部の上流側外周を囲む上流側ハウジングと、前記モータ部の下流側外周を囲む下流側ハウジングと、を有し、前記第一流路は、前記上流側ハウジングの内壁と外壁の間、および、前記下流側ハウジングの内壁と外壁の間を流通し、前記第二流路は、前記下流側径方向開口乃至下流側モータハウジングの回転軸方向の開口、前記モータ部の内部、前記上流側径方向開口、前記モータハウジングと前記上流側ハウジングの内壁の間、および、前記モータハウジングと前記下流側ハウジングの内壁の間を流通し、前記下流側ハウジングの下流側には、前記下流側径方向開口と対向する円環ディフューザを設けた電動送風機とした。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、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、かつ、モータの冷却効率も高い、電動送風機、及び、それを備え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】

【0013】

【図1A】一実施例の電動送風機の外観図。

【図1B】一実施例の電動送風機の縦断面図。

【図2A】一実施例の羽根車の斜視図。

【図2B】一実施例の羽根車の縦断面図。

【図3A】一実施例の上流側ハウジングの平面図。

【図3B】一実施例の上流側ハウジングの縦断面図。

【図3C】一実施例の上流側ハウジングの部分断面図。

【図4A】一実施例の下流側ハウジングの平面図。

【図4B】一実施例の下流側ハウジングの縦断面図。

【図4C】一実施例の下流側ハウジングの部分断面斜視図。

【図5A】一実施例のモータ部の外観図。

【図5B】一実施例のモータ部の縦断面図。

【図6A】第二流路の構造の一例を示す縦断面図。

【図6B】第二流路の構造の一例を示す縦断面図。

【図6C】第二流路の構造の一例を示す縦断面図。

【図6D】第二流路の構造の一例を示す縦断面図。

【図7】一実施例の電気掃除機の斜視図。

【図8】一実施例の電気掃除機の縦断面図。

【図9】一実施例と比較例の電動送風機の送風機効率を比較するグラフ。

【図10】一実施例と比較例の電動送風機の温度上昇を比較するグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の電動送風機、および、それを備えた電気掃除機の一実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【0015】

＜電気掃除機１００の概略構成＞
まず、図７と図８を用いて、本発明の一実施例に係る電気掃除機１００を説明する。図７は、電気掃除機１００の斜視図であり、図８は、電気掃除機１００の縦断面図である。図示する電気掃除機１００は、掃除機本体１１０を保持部１２０に装着した、充電式のコードレススティック掃除機であり、充電台１３０に載置した状態で充電することができるものである。なお、ここでは充電式のコードレススティック掃除機を例示しているが、電源コードを備えた非充電式のスティック掃除機に、本発明の電動送風機２００を内蔵しても良い。

【0016】

掃除機本体１１０は、単独でハンディ掃除機として使用可能なユニットであり、上部に、ハンディ掃除機として使用する際に利用者が把持する本体グリップ部１１１を備え、下部に、ハンディ掃除機として使用する際に塵埃を吸引する吸口開口１１２を備えている。また、掃除機本体１１０の内部には、塵埃を集塵する集塵室１１３と、集塵に必要な吸込気流を発生させる電動送風機２００と、電動送風機２００を駆動する駆動回路１１４と、駆動回路１１４に電力を供給する電池ユニット１１５を備えている。

【0017】

一方、保持部１２０は、掃除機本体１１０を着脱可能なユニットであり、上部に、スティック掃除機として使用する際に利用者が把持するグリップ部１２１を備え、下部に、スティック掃除機として使用する際に塵埃を吸引する吸口体１２２と、吸口体１２２と吸気開口１１２を接続する接続部１２２ａを備えている。

【0018】

また、掃除機本体１１０の本体グリップ部１１１には、ハンディ掃除機として使用する際に電動送風機２００の駆動を入／切するための本体スイッチ部１１１ａが設けられており、保持部１２０のグリップ部１２１には、スティック掃除機として使用する際に電動送風機２００の駆動を入／切するためのスイッチ部１２１ａが設けられている。

【0019】

＜電動送風機２００＞
次に、図１Ａから図６、および、図９、図１０を用いて、本実施例の電動送風機２００の詳細を説明する。本実施例の電動送風機２００は、主に、羽根車１、回転軸２、ファンケーシング３、上流側ハウジング４、下流側ハウジング５、上流側モータハウジング６、下流側モータハウジング７、上流側ディフューザ翼８、下流側ディフューザ翼９などを有しており、これらによって送風機部２０１とモータ部２０２が構成されている。

【0020】

図１Ａは、電動送風機２００の外観図であり、図１Ｂは、電動送風機２００の縦断面図である。本実施例の電動送風機２００は、羽根車１を回転させたときに、上方の吸気口２００ａから空気を吸い込み、下方の排気口２００ｂから空気を吐き出す送風機であるため、図示のように上流側と下流側を定義する。また、回転軸２の設置方向に着目し、図示のように軸方向と径方向を定義する。なお、電気掃除機１００の下部の吸口体１２２から上方の集塵室１１３に塵埃を吸い上げることができるように、電動送風機２００の吸気口２００ａを下方に向け、排気口２００ｂを上方に向けた状態で、電気掃除機１００の内部に電動送風機２００を設置しているものとする（図８参照）。

【0021】

図１Ａに示すように、電動送風機２００の外周は、ファンケーシング３、上流側ハウジング４、下流側ハウジング５の三者を一体化した外殻で覆われている。これらを一体化する具体的方法は後述する。

【0022】

また、図１Ｂに示すように、電動送風機２００の内部には、回転軸２が回転自在に配置されており、その上端には、回転軸２と一体回転する羽根車１が固定されている。なお、図１Ｂでは、回転軸２の上端に螺着したナットで羽根車１を固定しているが、回転軸２の先端に圧入することで羽根車１を固定しても良い。

【0023】

この羽根車１が回転すると、電動送風機２００の内部には、図１Ｂの左側に例示するように、吸込口２００ａから排気口２００ｂに向けて送風機部２０１内を流通する実線矢印の空気流路（以下、「第一流路Ｆ１」と称する）と、第一流路Ｆ１の下流側で分岐し、モータ部２０２内を下流側から上流側に流通する点線矢印の空気流路（以下、「第二流路Ｆ２」と称する）が形成される。以下、第一流路Ｆ１と第二流路Ｆ２に所望の空気流を流通させ、広い風量範囲で吸引力を維持しながら、モータ部２０２の内部を十分に冷却できる、本実施例の電動送風機２００の構造を、送風機部２０１とモータ部２０２に分けて順次説明する。

【0024】

＜送風機部２０１＞
送風機部２０１は、電気掃除機１００が塵埃を吸引する空気流を生成するためのユニットであり、図１Ｂに示すように、上流側から順に、回転翼である羽根車１、上流側ハウジング４の内周に設けた上流側ディフューザ翼８、下流側ハウジング５の内周に設けた下流側ディフューザ翼９などが配置されている。なお、本実施例では、羽根車１の下流側での空気流の流速を制御したり、静圧を制御したりするために上下のディフューザ翼を設けているが、後述するベンチュリ効果を十分に維持できる限りにおいて、ディフューザ翼の一部または全部を省略した構成としても良い。以下、各部を順次説明する。

【0025】

＜羽根車１とファンケーシング３＞
先ず、図２Ａ、図２Ｂを用いて、羽根車１について説明する。図２Ａは羽根車１の斜視図であり、図２Ｂは羽根車１の縦断面図である。両図の羽根車１は、シュラウド板のないオープン型斜流羽根車であり、エンジニアリングプラスチックや熱可塑性樹脂で一体成型した、ハブ１１と、複数枚の羽根１２と、回転軸２を挿入するためのボス１３を有している。なお、本実施例の羽根車１は、シュラウド板のある斜流羽根車であっても良いし、遠心羽根車や軸流羽根車であってもよい。

【0026】

ハブ１１の裏面側には、羽根車１のボス１３と同軸に、金属製のスリーブ１４が一体成型品で設けられている。このようなスリーブ１４を用いることで、スリーブを用いない場合に生じる可能性の高い、羽根車１と回転軸２の嵌め合い隙間のばらつきを小さくでき、羽根車１のアンバランスを低減できるため、羽根車１の回転駆動時の振動や騒音を低減することができる。また、スリーブ１４の下流側には、凸部１４ａが設けられている。この凸部１４ａの機能は後述する。

【0027】

ファンケーシング３は、エンジニアリングプラスチックや熱可塑性樹脂で一体成型した、羽根車１の外周を覆うカバーであり、図１Ｂに示すように、上流側に吸気口２００ａが開口しており、また、羽根車１のシュラウド板の機能を担っている。

【0028】

＜上流側ハウジング４と上流側ディフューザ翼８＞
次に、図３Ａから図３Ｃを用いて、上流側ハウジング４と上流側ディフューザ翼８について説明する。図３Ａは上流側ハウジング４を上流側から見た平面図、図３Ｂは上流側ハウジング４の縦断面図、図３Ｃは上流側ハウジング４を外周から見た部分断面図である。なお、図３Ｃでは、上流側ハウジング４のシュラウドを一部省略することで、上流側ディフューザ翼８の形状（特に、前縁８ａと後縁８ｂの位置）を表示している。

【0029】

上流側ハウジング４と上流側ディフューザ翼８は、エンジニアリングプラスチックや熱可塑性樹脂で一体成型したものであり、図３Ａ～図３Ｃに示すように、上流側ハウジング４の内壁４ａ（ハブ）と外壁４ｂ（シュラウド）の間には、それらと一体成型した複数枚の上流側ディフューザ翼８が周方向に等間隔に配置されている。

【0030】

上流側ディフューザ翼８の前縁８ａから後縁８ｂまでの長さ（翼弦長）は、内壁４ａ側に比べ外壁４ｂ側が長くなっている。これは、羽根車１の下流では、外周側の風速が内周側より速くなるため、上流側ディフューザ翼８の内側より外側を長くすることで、損失を抑制しつつ、送風機の高効率化を図るためである。なお、ここでは、上流側ディフューザ翼８を１５枚設けた構成を例示しているが、上流側ディフューザ翼８の枚数は電動送風機２００の仕様に応じて変更することができる。

【0031】

また、図３Ａ、図３Ｃに示すように、上流側ハウジング４の外壁４ｂの外周３箇所には等間隔に突起４ｃが設けられており、ここに後述する下流側ハウジング５の爪部５ｃが嵌め込まれることで、上流側ハウジング４と下流側ハウジング５を芯出ししながら一体化することができる（図１Ｂ参照）。

【0032】

また、図３Ａ、図３Ｂに示すように、上流側ハウジング４の上面の２箇所には締結部４ｄが設けられており、ここにモータ部２０２を芯出ししながら締結することができる（図１Ｂ参照）。

【0033】

さらに、図３Ａ～図３Ｃに示すように、上流側ハウジング４の外壁４ｂの外周の突起４ｃ以外の部分には嵌合部４ｅが設けられており、ここにファンケーシング３の下端を嵌め込み接着固定することで、ファンケーシング３と上流側ハウジング４を芯出ししながら一体化することができる（図１Ｂ参照）。

【0034】

＜下流側ハウジング５と下流側ディフューザ翼９＞
次に、図４Ａから図４Ｃを用いて、下流側ハウジング５と下流側ディフューザ翼９について説明する。図４Ａは下流側ハウジング５を上流側から見た平面図、図４Ｂは下流側ハウジング５の縦断面図、図４Ｃは下流側ハウジング５を外周から見た部分断面斜視図である。なお、図４Ｃでは、下流側ハウジング５のシュラウドを一部省略することで、下流側ディフューザ翼９の形状（特に、前縁９ａと後縁９ｂの位置）を表示している。

【0035】

下流側ハウジング５と下流側ディフューザ翼９は、エンジニアリングプラスチックや熱可塑性樹脂で一体成型したものであり、図４Ａ～図４Ｃに示すように、下流側ハウジング５の内壁５ａ（ハブ）と外壁５ｂ（シュラウド）の間には、それらと一体成型した複数枚の下流側ディフューザ翼９が周方向に等間隔に配置されている。なお、ここでは、下流側ディフューザ翼９を１５枚設けた構成を例示しているが、これは、各々の上流側ディフューザ翼８の下流に下流側ディフューザ翼９を配置するため、上流側ディフューザ翼８の枚数と下流側ディフューザ翼９の枚数を一致させたためである。

【0036】

また、図４Ａ～図４Ｃに示すように、下流側ハウジング５の上端外周の３箇所には等間隔に爪部５ｃが設けられており、上端外周の爪部５ｃを除く部分には嵌合部５ｄが設けられている。上流側ハウジング４の下端を下流側ハウジング５の嵌合部５ｄに押し当て、かつ、３箇所の爪部５ｃを３箇所の突起４ｃに嵌め込むことで、上流側ハウジング４と下流側ハウジング５を芯出ししながら一体化することができる（図１Ｂ参照）。

【0037】

さらに、図４Ｂ、図４Ｃに示すように、下流側ハウジング５の下流側には、下流側ディフューザ翼９を設けない円環ディフューザ５ｅを設けた。この円環ディフューザ５ｅの詳細は後述する。

【0038】

ここで、図１Ｂに示すように、本実施例では、上流側ハウジング４の内壁４ａと下流側ハウジング５の内壁５ａ、および、上流側ハウジング４の外壁４ｂと下流側ハウジング５の外壁５ｂの何れの組合せについても、径方向位置を略一致させつつ一体化している。これにより、各流路の内面を滑らかにし、各流路中での損失を低減している。また、本実施例では、一対の上流側ディフューザ翼８と下流側ディフューザ翼９が一つのディフューザ翼として機能するように、上流側ディフューザ翼８の後縁８ｂと下流側ディフューザ翼９の前縁９ａの周方向位置を一致させ、かつ、上流側ディフューザ翼８と下流側ディフューザ翼９の曲面を滑らかに連続させている。さらに、本実施例では、各ディフューザ翼の厚さが上流側から下流側に向かうにつれて厚くなるようにすることで、静圧を高め、送風機部２０１の高効率化を実現できるようにしている。

【0039】

＜モータ部２０２＞
次に、図５Ａと図５Ｂを用いて、モータ部２０２について説明する。図５Ａはモータ部２０２の側面外観図であり、図５Ｂはモータ部２０２の縦断面図である。図示するモータ部２０２は、送風機部２０１の羽根車１を、例えば50,000～200,000［ｒｐｍ］の範囲内で回転させるためのユニットであり、回転軸２、上流側軸受２１、下流側軸受２２、ロータコア２３、ステータコア２４、カラー２５、上流側モータハウジング６、下流側モータハウジング７などから構成されている。以下、各部を順次説明する。

【0040】

＜モータ部２０２の筐体＞
両図に示すように、モータ部２０２は、ステータコア２４等を保持する筐体として、上流側モータハウジング６と下流側モータハウジング７を有しており、上流側ハウジング４の下面に上流側モータハウジング６の上面をネジ等で固定することで、モータ部２０２を電動送風機２００に内蔵できるようになっている（図１Ｂ参照）。

【0041】

上流側モータハウジング６は、モータ部２０２の上流側を覆う金属製（アルミ合金材、鋼材など）の筐体であり、図５Ａに示すように、側面に複数（例えば、６個）の径方向開口６ａを有している。また、図５Ｂに示すように、上流側モータハウジング６の上面中央は上方に突出しており、その突出内部には、回転軸２の上流側を回転自在に支持する上流側軸受２１が設けられている。そして、上流側軸受２１の下方の上流側スペーサー２１ａによって、上流側軸受２１の軸方向の位置決めが行なわれている。なお、上流側モータハウジング６には軸方向開口を設けてもよく、設けた場合は軸受２１へ冷却風が流れ冷却が行うことができる。

【0042】

一方、下流側モータハウジング７は、モータ部２０２の下流側を覆う金属製（アルミ合金材、鋼材など）の筐体であり、図５Ａに示すように、側面に複数（例えば、６個）の径方向開口７ａを有し、下面に複数の軸方向開口７ｂを有している。また、図５Ｂに示すように、下流側モータハウジング７の下面中央は下方に突出しており、その突出内部には、回転軸２の下流側を回転自在に支持する下流側軸受２２が設けられている。そして、下流側軸受２２の上方の下流側スペーサー２２ａによって、下流側軸受２２の軸方向の位置決めが行なわれている。

【0043】

また、図５Ａに示すように、本実施例では、上流側の径方向開口６ａと下流側の径方向開口７ａは、軸方向に重ならないように設置されている。また、各モータハウジングの径方向開口６ａ、７ａは、後述するコイル２４ｂの軸方向端部と軸方向に重なるように配置されている。なお、各モータハウジングの径方向開口は周方向に均一に配置されており、径方向開口の個数とディフューザ翼の枚数の最大公約数が３となるように、開口個数と翼枚数が設定されている。これにより、モータ部２０２の内部では、周方向の３箇所で同一の流れ場が形成されるため、周方向の温度分布を低減することができる。なお、３以外の所定値を最大公約数として、径方向開口の個数やディフューザ翼の枚数を設定しても良い。

【0044】

なお、本実施例では、モータ部２０２の冷却性能を高めるため、各モータハウジングを金属製にして放熱性能を高めるとともに、上下のモータハウジング間にステータコア２４が露出する領域（露出部２４ａ）を設けることでステータコア２４を外側から冷却できるようにしたが、モータ部２０２の発熱量が比較的少ない場合等には、各モータハウジングを耐熱樹脂製にしたり、上下のモータハウジングを連結してステータコア２４が露出しない構造にしたりしても良い。

【0045】

また、下流側モータハウジング７の径方向開口７aと軸方向開口７ｂは、径方向開口７ａだけでもモータ冷却が可能であるが、軸方向開口７ｂがあることでモータ冷却を取り込む際の圧力損失が低減でき、モータ冷却風量が増加しモータ冷却が可能となる。

【0046】

＜モータ部２０２の回転子＞
図５Ｂに示すように、回転軸２には、上下のスペーサーで挟まれる領域に、ロータコア２３が固定されている。このロータコア２３は、サマリウム鉄窒素磁石やネオジム磁石等の希土類系のボンド磁石を内蔵した、モータ部２０２の回転子である。

【0047】

また、図５Ａに示すように、上流側モータハウジング６の上部から突出した回転軸２には、カラー２５が固定されており、カラー２５の上部には凹部２５ａが設けられている。この凹部２５ａを、上記した、羽根車１のスリーブ１４の凸部１４ａに嵌合させることで、回転軸２のトルクを確実に羽根車１に伝達することができ、羽根車１の空転を防止することができる。

【0048】

＜モータ部２０２の固定子＞
図５Ｂに示すように、モータ部２０２の外周には、モータ部２０２の回転子であるロータコア２３を囲むように、モータ部２０２の固定子であるステータコア２４が配置されている。このステータコア２４の巻き枠部には、アルミ線や銅線を被覆材で覆ったコイル２４ｂが巻かれており、このコイル２４ｂに、図８の駆動回路１１４から所望の交流電力を供給することでステータコア２４を電磁石にすることができ、ロータコア２３と回転軸２と羽根車１を一体に高速回転させることができる。

【0049】

なお、ステータコア２４の上流側に上流側モータハウジング６を打ち込み接着剤により固定し、下流側に下流側モータハウジング７を打ち込む接着材により固定することで、ステータコア２４と上流側モータハウジング６と下流側モータハウジング７を一体化することができ、これにより、コイル２４ｂの上流側端部の高さに、上流側モータハウジング６の径方向開口６ａを設け、コイル２４ｂの下流側端部の高さに、下流側モータハウジング７の径方向開口７ａを設けることができる。

【0050】

＜第一流路Ｆ１、第二流路Ｆ２の構造＞
次に、図１Ｂと図６Ａを用いて、本実施例の第一流路Ｆ１と第二流路Ｆ２の構造について詳細に説明する。

【0051】

図１Ｂに示すように、第一流路Ｆ１と第二流路Ｆ２の形状を規定する寸法を、下流側ディフューザ翼９の径方向高さＨ１、円環ディフューザ５ｅの内面と下流側モータハウジング７の外面の径方向距離Ｈ２、内壁５ａの軸方向長さＬ１、下流側ディフューザ翼９の軸方向長さＬ２、円環ディフューザ５ｅの軸方向長さＬ３、とした場合、本実施例の電動送風機２００では、送風機部２０１の送風機効率の向上と、モータ部２０２の冷却効率の向上を両立させるため、各寸法を次の各式により設定している。以下、図１Ｂの右側流路を拡大した断面図である図６Ａを用いて、各式の作用を説明する。

【0052】

Ｈ１ ≧ ０．５×Ｈ２ ・・・ （式１）
より好ましくは、Ｈ１ ≧ ０．６６×Ｈ２ ・・・ （式１’）
０．５×Ｌ２ ≦ Ｌ１ ≦ Ｌ２ ・・・ （式２）
より好ましくは、Ｌ１≒０．５×Ｌ２ ・・・ （式２’）
Ｌ３ ≧ ２．５×Ｈ１ ・・・ （式３）
より好ましくは、Ｌ３ ≧ ３×Ｈ１ ・・・ （式３’）
モータ部２０２に電力を供給して羽根車１を回転させると、図６Ａに示すように、電動送風機２００の内部には、送風機部２０１を流れる第一流路Ｆ１と、主にモータ部２０２内を流れる第二流路Ｆ２が形成される。そして、第一流路Ｆ１から分岐する第二流路Ｆ２は、次の（１）～（５）の流路を経て、電動送風機２００の排気口２００ｂから排気される。

【0053】

（１）まず、円環ディフューザ５ｅの内側で第一流路Ｆ１から分岐した空気流が、下流側の径方向開口７ａと軸方向開口７bからモータ部２０２の内部に流入する。本実施例では、下流側の径方向開口７ａの外周側に円環ディフューザ５ｅを配置することで、下流側ディフューザ翼９から流出した空気流の外周方向への拡散を抑制しており、第一流路Ｆ１から分岐した空気流を効率良くモータ部２０２の内部に導くことができる。

【0054】

（２）下流側の径方向開口７ａからモータ部２０２の内部に流入した空気流は、下流側から上流側に流れながら、高温状態の、下流側軸受２２、ロータコア２３、ステータコア２４、上流側軸受２１等を効率良く冷却する。

【0055】

（３）モータ部２０２の内部を上流側に流れた空気流は、上流側の径方向開口６ａからモータ部２０２の外部に流出した後、上流側ハウジング４の内壁４ａの内面と上流側モータハウジング６の外面の隙間を下流側に流れ、ステータコア２４の露出部２４ａを更に冷却する。

【0056】

（４）露出部２４ａを冷却した空気流は、下流側ハウジング５の内壁５ａの下端付近で第一流路Ｆ１と合流する。本実施例では、（式１）または（式１’）のように、下流側ディフューザ翼９の径方向高さＨ１を大きく設定しているので、下流側ディフューザ翼９を下流側モータハウジング７に近づけることができ、下流側モータハウジング７の外周領域での流速を高めることができる。また、（式２’）のように、下流側ハウジング５の内壁５ａの下端を、下流側ディフューザ翼９の軸方向長さの略半分の位置（例えば、Ｌ１／Ｌ２＝０．５～０．６）に配置すれば、下流側ディフューザ翼９を流通する高速流の存在領域で、第二流路Ｆ２を第一流路Ｆ１に合流させることができる。従って、高速な第一流路Ｆ１のベンチュリ効果により、上流側の径方向開口６ａからモータ部２０２の内部の空気を効率良く吸引することができ、その結果、負圧となったモータ部２０２の内部に下流側の径方向開口７ａと軸方向開口７ｂから冷却風を効率良く取り込むことができる。つまり、第一流路Ｆ１のベンチュリ効果により、電動送風機２００の運転範囲によらず、モータ部２０２の冷却効率を向上させることができる。

【0057】

（５）第一流路Ｆ１に合流した空気流は、排気口２００ｂから排気される。本実施例では、（式３）または（式３’）に示したように、下流側ディフューザ翼９の径方向高さＨ１に応じた軸方向長さＬ３の円環ディフューザ５ｅを設けている。円環ディフューザ５ｅの軸方向長さＬ３は、下流側ディフューザ翼９の径方向高さＨ１に比べ十分に長いため、下流側ディフューザ翼９の下流側での流路急拡大は抑制され、その結果として、送風機部２０１の送風効率が向上する。

【0058】

＜円環ディフューザ５ｅの効果＞
次に、図９と図１０の実験結果を参照して、本実施例の円環ディフューザ５ｅの効果を説明する。なお、図９と図１０に示す比較例は、図６Ａの電動送風機２００から円環ディフューザ５ｅの部分を削除した電動送風機に相当する。

【0059】

比較例の電動送風機では、下流側の径方向開口７ａと対向する位置に円環ディフューザ５ｅが存在しないため、高速の空気流が流れる下流側ディフューザ翼９の後縁９ｂの下流側で流路が急拡大することになる。その場合、図９の実験結果に示すように、円環ディフューザ５ｅを備えた本実施例の電動送風機２００に比べ、電動送風機効率が大きく劣化する。これに伴い、比較例の電動送風機では、モータ部２０２の内部に流入する空気量が減少するため、図１０に示すように、本実施例の電動送風機２００に比べ、モータ部２０２の内部の軸受（上流側軸受２１、下流側軸受２２）、ステータコア２４、コイル２４ｂ等の温度が２５～４０Ｋ程度高くなる。

【0060】

従って、図９と図１０から明らかなように、円環ディフューザ５ｅを備えた本実施例の電動送風機２００によれば、円環ディフューザを持たない比較例の電動送風機に比べ、送風機部２０１の送風効率が向上するだけでなく、モータ部２０２の冷却効率も向上することが分かる。

【0061】

＜変形例＞
次に、図６Ｂから図６Ｄを用いて、図６Ａの構造の変形例を説明する。

【0062】

図６Ｂは、下流側の径方向開口７ａを、図６Ａより下流側に配置したものである。この場合、実線で示す第一流路Ｆ１の空気流のうち、最内周側の空気流が下流側モータハウジング７に付着する位置の近傍で、第二流路Ｆ２が第一流路Ｆ１から分岐することになるので、下流側の径方向開口７ａからモータ部２０２内部に吸引する空気量が増え、モータ部２０２の冷却効率を図６Ａより更に高めることができる。

【0063】

図６Ｃは、下流側の径方向開口７ａを、図６Ａより上流側に配置したものである。この場合、実線で示す第一流路Ｆ１の空気流のうち、最内周側の空気流がより上流側で下流側モータハウジング７の外周面に付着するため、流路が拡大する円環ディフューザ５ｅの領域での空気流の剥離を抑制することができ、送風機部２０１の送風効率を図６Ａより更に高めることができる。

【0064】

図６Ｄは、上記した径方向開口７ａと軸方向開口７ｂに代え、両者の機能を併せ持った、角部開口７ｃを設けたものである。この場合、簡略化した構成で、図６Ｂと同様の効果を得ることができる。

【0065】

なお、図６Ａから図６Ｄでは、下流側ハウジング５の下流側に円環ディフューザ５ｅを設けたが、円環ディフューザ５ｅを省略した構成としても良い。その場合は、下流側の径方向開口７ａの近傍で第一流路Ｆ１の流路が急拡大するのを抑制するため、少なくとも下流側の径方向開口７ａと対向する軸方向位置まで下流側ディフューザ翼９を長くすれば良い。

【0066】

なお、本構成のベンチュリ効果による冷却は、上流側ハウジングや下流側ハウジングのディフューザ翼がなくてもモータ冷却が可能である。

【0067】

＜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、モータの冷却効率も高い、電動送風機、及び、それを備えた電気掃除機を提供することができる。

【0068】

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。

【符号の説明】

【0069】

１００ 電気掃除機
１１０ 掃除機本体
１１１ 本体グリップ部
１１１ａ 本体スイッチ部
１１２ 吸気開口
１１３ 集塵室
１１４ 駆動回路
１１５ 電池ユニット
１２０ 保持部
１２１ グリップ部
１２１ａ スイッチ部
１２２ 吸口体
１２２ａ 接続部
１３０ 充電台
２００ 電動送風機
２００ａ 吸気口
２００ｂ 排気口
２０１ 送風機部
２０２ モータ部
１ 羽根車
１１ ハブ
１１ａ ハブ凸部
１２ 羽根
１３ ボス
１３ａ ボス曲面
１４ スリーブ
１４ａ 凸部
２ 回転軸
２１ 上流側軸受
２１ａ 上流側スペーサー
２２ 下流側軸受
２２ａ 下流側スペーサー
２３ ロータコア
２４ ステータコア
２４ａ 露出部
２４ｂ コイル
２５ カラー
２５ａ 凹部
３ ファンケーシング
４ 上流側ハウジング
４ａ 内壁
４ｂ 外壁
４ｃ 突起
４ｄ 締結部
４ｅ 嵌合部
５ 下流側ハウジング
５ａ 内壁
５ｂ 外壁
５ｃ 爪部
５ｄ 嵌合部
５ｅ 円環ディフューザ
６ 上流側モータハウジング
６ａ 径方向開口
７ 下流側モータハウジング
７ａ 径方向開口
７ｂ 軸方向開口
７ｃ 角部開口
８ 上流側ディフューザ翼
８ａ 前縁
８ｂ 後縁
９ 下流側ディフューザ翼
９ａ 前縁
９ｂ 後縁
Ｆ１ 第一流路
Ｆ２ 第二流路

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図6D】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】