(57)【要約】【課題】回転バランスを低下させることなく遠心ファンを回転軸に対して確実に回り止めできる電動送風機およびその製造方法を提供する。【解決手段】電動送風機は、ブラシレスモータのロータ21の回転軸28の回転により回転する遠心ファン13を有する。遠心ファン13は、中央部を貫通し回転軸28が挿通される挿通孔125を有する筒状のファン本体121を備える。遠心ファン13は、挿通孔125の内部にファン本体121の軸方向に沿って設けられ、挿通孔125の一端側と連通するとともに、挿通孔125の他端側と連通しない溝部125aを備える。電動送風機は、樹脂材料127により形成され、回転軸28の外周面に固着されて溝部125aに嵌合されることで回転軸28と遠心ファン13とを周方向に回り止めする回り止め部126を有する。【選択図】図１
2015140796.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の回転軸を有するロータ、および、このロータを回転させる力を発生させるステータを備えた電動機と、
中央部を貫通し前記回転軸が挿通される挿通孔を有する筒状のファン本体、および、前記挿通孔の内部に前記ファン本体の軸方向に沿って設けられ、この挿通孔の一端側と連通するとともに、この挿通孔の他端側と連通しない溝部を備え、前記回転軸の回転により回転するファンと、
樹脂材料により形成され、前記回転軸の外周面に固着されて前記溝部に嵌合されることで前記回転軸と前記ファンとを周方向に回り止めする回り止め部と
を具備したことを特徴とした電動送風機。
【請求項２】
金属製の回転軸を有するロータ、および、このロータを回転させる力を発生させるステータを備えた電動機と、中央部を貫通し前記回転軸が挿通される挿通孔を有する筒状のファン本体、および、前記挿通孔の内部に設けられ、この挿通孔の一端側と連通するとともに、この挿通孔の他端側と連通しない溝部を備え、前記回転軸の回転により回転するファンと、前記回転軸の外周面に固着されて前記溝部に嵌合されることで前記回転軸と前記ファンとを少なくとも周方向に回り止めする回り止め部とを具備した電動送風機の製造方法であって、
前記ファンの挿通孔の他端側から前記回転軸の一端側を挿入して前記ファンを前記回転軸の他端側へとスライドさせ、
前記回転軸の一端側の外周面に、この回転軸を構成する金属に対して固着する硬化可能な液状の樹脂材料を塗布し、
前記ファンを前記回転軸の一端側へとスライドさせることで前記溝部に前記樹脂材料を侵入させ、
前記樹脂材料を硬化することで前記回り止め部を形成する
ことを特徴とした電動送風機の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ステータにより回転されたロータによって回転されるファンを備えた電動送風機およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば電気掃除機に用いられる電動送風機は、外周に複数の対をなす磁極を有するロータ、および、対をなすコイルを互いに対向して有しロータを回転させる力を発生するステータを備えた電動機(ブラシレスモータ)と、ロータの回転軸に一体的に取り付けられた遠心ファンとを有し、ロータの回転位置に応じてコイルに流す電流の向きが切り換わることでロータを回転させる。
【０００３】
このような電動送風機では、遠心ファンを高速回転させるため、遠心ファンを回転軸に対して強固に回り止めする必要がある。その際、例えば遠心ファンを回転軸に対して圧入する方法も考えられるものの、この場合には、遠心ファンの微細な変形などによって回転バランスが悪化するおそれがあるので、回転軸と遠心ファンとを接着剤により固着する方法が用いられる。
【０００４】
しかしながら、この構成では、回転軸と遠心ファンとの材質によっては接着剤により固着しにくい場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２０１２−５１８７５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、回転バランスを低下させることなくファンを回転軸に対して確実に回り止めできる電動送風機およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態の電動送風機は、金属製の回転軸を有するロータ、および、このロータを回転させる力を発生させるステータを備えた電動機を有する。さらに、この電動送風機は、回転軸の回転により回転するファンを有する。このファンは、中央部を貫通し回転軸が挿通される挿通孔を有する筒状のファン本体を備える。また、このファンは、挿通孔の内部にファン本体の軸方向に沿って設けられ、この挿通孔の一端側と連通するとともに、この挿通孔の他端側と連通しない溝部を備える。そして、電動送風機は、樹脂材料により形成され、回転軸の外周面に固着されて溝部に嵌合されることで回転軸とファンとを周方向に回り止めする回り止め部を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態の電動送風機の製造方法の一部を示す断面図であり、(a1)および(a2)はロータ全体を示し、(b1)および(b2)はその一部を拡大して示す。
【図２】(a)は同上電動送風機のファンを示す断面図、(b)はファンの一部を拡大して前方から示す正面図である。
【図３】同上電動送風機の分解斜視図である。
【図４】同上電動送風機の中央断面図である。
【図５】(a)は同上電動送風機を前方から示す斜視図、(b)は同上電動送風機を後方から示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、一実施形態の構成を図１ないし図５を参照して説明する。
【００１０】
図４、図５(a)および図５(b)において、11は電動送風機を示し、この電動送風機11は、例えば電気掃除機やブロワなどに用いられるものである。
【００１１】
この電動送風機11は、電動機であるブラシレスモータ12と、このブラシレスモータ12より回転されるファンである遠心ファン13とを一体的に備えている。なお、以下、説明をより明確にするために、電動送風機11のブラシレスモータ12側を後側(矢印RR側)とし、遠心ファン13側を前側(矢印FR側)として説明する。
【００１２】
ブラシレスモータ12は、図３ないし図５に示すように、ロータ(回転子)21と、このロータ21を回転させる力を発生させるステータ(固定子)22と、ロータ21の回転位置を検出する検出部23と、ステータ22で発生させる力を制御する制御部24と、ステータ22および検出部23を位置決めしつつ固定する固定部材25と、この固定部材25を介してステータ22および検出部23が固定される被固定部材であるフレーム26とを備えている。
【００１３】
ロータ21は、一端側(前端側)に遠心ファン13が取り付けられる出力軸(シャフト)である回転軸28と、この回転軸28の他端側(後端側)に一体的に固定される磁石部であるロータ本体29と、このロータ本体29よりも一端側(前端側)の位置で回転軸28を回転可能に保持するベアリング部30とを備えている。
【００１４】
回転軸28は、例えばステンレスなどの金属により細長い円柱状に形成されている。
【００１５】
ロータ本体29は、円筒状に形成され、回転軸28に対して例えば接着固定されている。このロータ本体29には、図示しない永久磁石が埋め込まれ、外周の略半分(略半周分)が例えばＮ極の(一の)磁極29a、残りの略半分(略半周分)がＳ極の(他の)磁極29bとなっている。すなわち、このロータ本体29は、略等しい大きさでかつ互いに極性が異なる一対の磁極29a，29bを周方向(回転方向)に隣接して備えている。
【００１６】
ベアリング部30は、フレーム26に固定される円筒状のスリーブ32と、このスリーブ32内の両端の位置に固定されたベアリング33，33とを備えており、これらベアリング33，33の内部に回転軸28が挿通されてこれらベアリング33，33に保持されている。
【００１７】
ステータ22は、例えば電磁鋼板などの磁性体により形成されたステータコア35と、このステータコア35に一体成形されたステータ絶縁である絶縁体36とを備えており、この絶縁体36に銅線などの線材37が巻き付けられて構成されている。
【００１８】
ステータコア35は、互いに離間された対をなす一および他のコア部41，42の一端部間が連結部43により連結され、略Ｕ字状(略Ｃ字状)に形成されている。一および他のコア部41，42の自由端部側である他端部には、一および他の磁極部である一および他のコア歯部45，46が互いに離間して対向するように形成されている。
【００１９】
これら一および他のコア歯部45，46は、それぞれ円弧状に湾曲して互いに対向する一および他の磁気作用面54，55を有しているとともに、一および他のスロット開口部56，57を介して互いに離間されている。
【００２０】
一および他の磁気作用面54，55は、ロータ21を回転させるための磁気をロータ本体29(磁極29a，29b)に作用させる部分であり、ロータ本体29の外周面(磁極29a，29b)に所定の間隙を介して対向している。また、これら一および他の磁気作用面54，55は、円弧の中心の位置が互いに僅かにずれて配置されている。
【００２１】
絶縁体36は、例えば耐熱性に優れた合成樹脂などにより形成されており、ステータコア35の一および他のコア部41，42に配置された一および他の被巻回部63，64と、中間保持部66と保持部67とが一体に設けられ、中間保持部66に中間端子75が取り付けられるとともに保持部67に端子部77が取り付けられている。そして、一および他の被巻回部63，64に線材37が巻回されてコイルである一および他のコイル78，79が構成される。
【００２２】
これら一および他のコイル78，79は、ステータコア35の一および他のコア歯部45，46(一および他の磁気作用面54，55)に互いに極性が異なる磁極を発生させる電磁石をなすものであり、線材37を一および他の被巻回部63，64にそれぞれ同方向に巻回することで形成されている。したがって、これら一および他のコイル78，79は、電気的に、端子部77と中間端子75との間に並列に接続され、一のコイル78の巻き始めが端子部77側、他のコイル79の巻き始めが中間端子75側となっている。
【００２３】
検出部23は、基板81、この基板81に実装された位置検出手段82および温度検出手段83を備えている。
【００２４】
位置検出手段82は、ロータ21のロータ本体29の磁極29a，29bの極性を検出することによってロータ21の回転位置(回転角度)を検出するもので、例えばホールＩＣなどである。この位置検出手段82は、ステータコア35の一のスロット開口部56に対向して配置され、この一のスロット開口部56から、ロータ21のロータ本体29の外周面に対向している。
【００２５】
温度検出手段83は、ステータ22(一および他のコイル78，79)の温度を検出するもので、例えばサーミスタなどである。
【００２６】
制御部24は、検出部23と電気的に接続され、位置検出手段82により検出したロータ21の回転位置に応じて一および他のコイル78，79に流れる電流の向きや通電時間を切り換える電流切換手段の機能を有しており、通電時間の切り換えによってロータ21の回転数を制御するようになっている。また、この制御部24は、温度検出手段83により検出した一および他のコイル78，79の温度が所定以上である場合には、一および他のコイル78，79に流れる電流を遮断するなどしてステータ22(一および他のコイル78，79)を過熱に対して保護できる保護手段の機能を有している。そして、この制御部24は、例えばフレーム26以外の所定の位置に固定される。
【００２７】
固定部材25は、検出部23(基板81)を位置決めするとともに、ステータ22および検出部23(基板81)をフレーム26に対して保持するもので、例えば絶縁性の合成樹脂などにより、基板81と略等しい外郭を有する長尺の板状に形成されている。
【００２８】
また、フレーム26は、例えば合成樹脂などにより形成されており、円柱状の被固定部材本体であるフレーム本体103と、このフレーム本体103の周囲に位置する円筒状の外壁部104と、これらフレーム本体103と外壁部104とを連結する複数の整流フィンである整流部105とを一体に備えている。
【００２９】
フレーム本体103には、前側である一端側に、遠心ファン13が嵌合する円形状の嵌合受部107が凹設されているとともに、この嵌合受部107の中央部に、ベアリング部30(スリーブ32)が挿入固定される保持孔108が前後両端間を貫通して設けられている。また、このフレーム本体103には、後側である他端側に、一および他のねじ止め孔となる一および他のボス部109，110が突設されている。そして、これら一および他のボス部109，110には、ステータ22および検出部23(基板81)を固定部材25とともにフレーム26に固定する固定体であるねじ111，111が後方からフレーム26の軸方向(前後方向)に沿って挿入されてそれぞれねじ止めされる。
【００３０】
外壁部104は、フレーム本体103の外周面に対して全周に亘って略等間隔に離間されており、この外壁部104の内周面とフレーム本体103の外周面との間に、各整流部105が位置する流通路113が区画されている。そして、この流通路113の後側である他端側が、遠心ファン13から吹き出された空気を電動送風機11(ブラシレスモータ12)の外部へと排出する排気口114となっている。
【００３１】
各整流部105は、遠心ファン13から外周側へと吹き出されて流通路113を一端側から他端側へと通過する空気を整流するもので、それぞれリブ状に形成されているとともに、一端側から他端側へと、フレーム26の周方向に沿って傾斜するようになっている。
【００３２】
一方、遠心ファン13は、ブラシレスモータ12の回転軸28の前端部に一体的に固定されている。この遠心ファン13は、例えばＰＥＥＫなどの、耐熱性、寸法安定性および耐摩耗性などに優れた合成樹脂によって形成され、一端部から他端部に向かって徐々に拡径する円筒状に形成されたファン本体121と、このファン本体121の外周面に突設されて周方向に沿って螺旋状に湾曲された複数の羽根部122とを一体に備え、一方向への回転によって空気を中心側から外周側へと整流するように構成されている。そして、この遠心ファン13はフレーム26に対して一体的に固定されるカバー部123により覆われている。
【００３３】
ファン本体121は、フレーム26の嵌合受部107に配置される。また、このファン本体121の中央部には、回転軸28が挿入固定される挿通孔125が貫通して設けられている。この挿通孔125の内縁部には、挿通孔125の一端側(前端側)と連通し他端側(後端側)と連通しない長手状の溝部125aが、ファン本体121(遠心ファン13)の軸方向に沿って、かつ、周方向に複数、互いに略等間隔(略等角度)に離間されて形成されている。また、この挿通孔125の一端側(前端側)は、一端側に向けて徐々に拡径する拡径部125bとなっている。
【００３４】
各溝部125aには、回転軸28の外周面に固着された回り止め部126が嵌合されている。これら回り止め部126は、流体状の例えばエポキシ樹脂系などの樹脂材料127を硬化することで形成されており、溝部125aにそれぞれ嵌合することにより、回転軸28に対して遠心ファン13を軸方向に抜け止めするとともに周方向に回り止めするようになっている。なお、この樹脂材料127としては、回転軸28を構成する金属に対する固着力が、ファン本体121(遠心ファン13)を構成する合成樹脂に対する固着力よりも大きいものが用いられる。
【００３５】
カバー部123は、扁平な(軸寸法が短い)略円筒状に形成されており、中央部に円形状の吸込口128が貫通して設けられ、この吸込口128に遠心ファン13のファン本体121が外周に間隙を有して挿入配置されている。また、このカバー部123の内周側は、遠心ファン13のファン本体121の外周側に対して間隙を有しており、この間隙が、吸込口128と流通路113とを連通する連通路129となっている。
【００３６】
次に、上記一実施形態の製造方法を説明する。
【００３７】
電動送風機11を製造する際には、概略として、ベアリング部30、ロータ本体29および遠心ファン13を回転軸28に取り付けたロータ21をフレーム26に取り付けるとともに、別途組み立てたステータ22および検出部23を固定部材25とともにフレーム26に取り付け、フレーム26にカバー部123を取り付ける。
【００３８】
より詳細に、ロータ21を組み立てる際には、スリーブ32の内部にベアリング33，33を例えば接着固定したベアリング部30を形成し、このベアリング部30のベアリング33，33に回転軸28を挿通した後、ロータ本体29を回転軸28の後端側に例えば接着固定する。この後、この回転軸28に対して遠心ファン13を、挿通孔125を位置合わせして前端部から挿入し、この遠心ファン13を所望の取付位置よりも後端側であるベアリング部30側へと寄せて、例えばこのベアリング部30(スリーブ32)と当接する位置までスライドさせ(図１(a1)および図１(b1))、回転軸28の前端側の外周面に流体状の樹脂材料127を塗布して、遠心ファン13を回転軸28の前端側へと所望の取付位置にスライドさせて引き戻す(図１(a2)および図１(b2))ことで、回転軸28の外周面に対向し挿通孔125の前端側にのみ開口したファン本体121の各溝部125aへと拡径部125bを介して樹脂材料127が侵入する。この状態で、これらを図示しない治具などに取り付けて直立状態で保持し、樹脂材料127を硬化させることで、樹脂材料127が回転軸28の外周面に固着されるとともに遠心ファン13の各溝部125a内に嵌合して回り止め部126となり、遠心ファン13が回転軸28に対して抜け止め固定および回り止め固定される。すなわち、いわば回転軸28の外周面に径方向へと突設した回り止め部126によって遠心ファン13を回り止めした状態と等価になる。このとき、回り止め部126は、遠心ファン13(ファン本体121)の各溝部125aに対して固着していてもよいが、各溝部125aに隙間なく嵌合しているだけでも抜け止めおよび回り止めの効果を充分に得ることができる。
【００３９】
また、ステータ22の組み立ての際には、ステータコア35と一体成形した絶縁体36の一の被巻回部63および他の被巻回部64に線材37を順次巻回して一のコイル78および他のコイル79を形成するとともに、線材37を中間保持部66および保持部67に保持し、これら中間保持部66および保持部67に中間端子75および端子部77を圧入して、一および他のコイル78，79と中間端子75および端子部77とを電気的に接続することで、ステータ22が完成する。
【００４０】
この後、完成したロータ21およびステータ22などをフレーム26に組み付ける。ロータ21は、ベアリング部30を保持孔108に挿入して接着固定するとともに、カバー部123をフレーム26に接着固定することで、ファン本体121がフレーム26の嵌合受部107に位置するとともに吸込口128に挿入され、吸込口128と流通路113とが連通路129によって連通される。
【００４１】
そして、ステータ22および検出部23を固定部材25に位置合わせして重ね、ねじ111，111を用いてフレーム26の一および他のボス部109，110にねじ止めすることで、フレーム26に固定する。
【００４２】
この状態で、ロータ21のロータ本体29の外周面(磁極29a，29b)が一および他のコア歯部45，46(一および他の磁気作用面54，55)間に所定の間隙を介して位置して位置検出手段82に対向するように位置決めされる。
【００４３】
このように完成した電動送風機11は所定の位置に組み付けるとともに、中間端子75および端子部77などにリード線などを電気的に接続することで、電力が供給されて回転可能な状態となる。
【００４４】
検出部23では、位置検出手段82が磁極29a，29bを介してロータ21の回転位置、すなわち磁極29a，29bの回転位置を検出しており、この回転位置に応じて制御部24が一および他のコイル78，79に流す電流の向きを切り換えることで、一および他のコア歯部45，46(一および他の磁気作用面54，55)に生じる磁極を切り換えて、ロータ21を回転させる。
【００４５】
より詳細には、位置検出手段82により検出したロータ21の回転位置が、例えば磁極29aが一のコア歯部45(一の磁気作用面54)に対向し、磁極29bが他のコア歯部46(他の磁気作用面55)に対向した位置である場合には、一のコイル78に磁極29aと同じ極性(Ｎ極)が生じ、他のコイル79に磁極29bと同じ極性(Ｓ極)が生じるように制御部24によって線材37に流す電流の向きを設定すると、一のコア歯部45(一の磁気作用面54)と磁極29aとの間、および、他のコア歯部46(他の磁気作用面55)と磁極29bとの間に反発力が生じるとともに、一のコア歯部45(一の磁気作用面54)と磁極29bとの間、および、他のコア歯部46(他の磁気作用面55)と磁極29aとの間に吸引力が生じることで、ロータ21が約半周回転する。次いで、制御部24が電流の向きを反対方向に切り換えることで、一および他のコイル78，79に上記と反対の磁極が生じ、ロータ21がさらに約半周回転して、全体として一周する。この動作を繰り返すことにより、ロータ21を一定方向に回転させ続けることができる。
【００４６】
ロータ21の回転により、このロータ21の回転軸28と一体的に固定された遠心ファン13が回転することで負圧が生じ、吸込口128から空気が吸い込まれる。この空気は、各羽根部122に沿って整流されつつ連通路129から流通路113へと流れ、この流通路113を通過する際に各整流部105により整流されるとともにブラシレスモータ12を冷却し、排気口114から排気される。
【００４７】
なお、温度検出手段83は、ステータコア35を介して一および他のコイル78，79の温度、すなわちステータ22の温度を検出している。そして、制御部24では、当該温度が所定温度以上であるかどうかを判断し、所定温度以上となった場合には、一のコイル78および(または)他のコイル79が過熱しているものと判断し、この制御部24が一および他のコイル78，79に流れる電流を低下させることで、ロータ21の回転を停止させ、電動送風機11(ブラシレスモータ12)を保護する。
【００４８】
以上説明した一実施形態によれば、遠心ファン13の挿通孔125の他端(後端)側から回転軸28の一端(前端)側を挿入して遠心ファン13を回転軸28の他端(後端)側へとスライドさせ、回転軸28の一端(前端)側の外周面に、この回転軸28を構成する金属に対して固着する硬化可能な液状の樹脂材料127を塗布し、遠心ファン13を回転軸28の一端(前端)側へとスライドさせることで溝部125aに樹脂材料127を侵入させ、樹脂材料127を硬化することで、回転軸28の外周面に固着されるとともに、挿通孔125の一端(前端)側と連通しかつ挿通孔125の他端(後端)側と連通しない溝部125aに嵌合されて回転軸28と遠心ファン13とを周方向に回り止めする回り止め部126を形成する。したがって、遠心ファン13を回転軸28に圧入するなどの、遠心ファン13あるいは回転軸28を変形させるおそれがある作業を用いて回転バランスを低下させることなく、回り止め部126によって遠心ファン13を回転軸28に対して確実に回り止めできる。
【００４９】
特に、遠心ファン13を、ＰＥＥＫなどの合成樹脂により形成する場合には、回転軸28を構成する金属と、遠心ファン13(ファン本体121)を構成する合成樹脂とにそれぞれ強固に固着して充分な回り止め強度を得られる接着剤を安価に得ることが容易でないため、回転軸28側に対してより強固に固着する樹脂材料127を硬化させて、各溝部125aに嵌合する回り止め部126を構成することにより、遠心ファン13を構成する部材(合成樹脂)に拘らず、必要以上に高価な専用の接着剤などを用いることなく、金属に対して接着剤により接着しにくい合成樹脂製の遠心ファン13を回転軸28に対して確実に、かつ、安価に回り止めできる。
【００５０】
しかも、電気掃除機に用いる電動送風機は、１０００〜１０００００ｒｐｍ程度の高速回転をするため、遠心ファン13を回転軸28に対して強固に回り止めした上記の電動送風機11を好適に用いることができる。
【００５１】
また、遠心ファン13は、合成樹脂により成形することで、複雑な形状であっても精度よく、かつ、容易に形成できるとともに、金属などを用いて形成する場合と比較して軽量化できる。特に、遠心ファン13を構成する合成樹脂としてＰＥＥＫを用いることで、空気の圧縮や摩擦により生じる熱やステータ22側(コイル78，79)から発生する熱などに対しても充分な耐熱性を確保できるとともに、摩耗しにくく、かつ、寸法精度が良好な遠心ファン13を製造できる。
【００５２】
また、挿通孔125の一端側に拡径部125bを設けることで、遠心ファン13(ファン本体121)を一端側にスライドしたときに樹脂材料127が拡径部125bに沿って各溝部125aへと容易に導かれ、これら溝部125aに入り込みやすくなる。
【００５３】
なお、上記一実施形態において、電動送風機11は、電動機としてブラシレスモータ12を用いたが、ブラシを有するモータを用いてもよい。この場合には、検出部23および制御部24に代えて、ロータにコイルおよびブラシと摺接する整流子を設けて、回転によってコイルに流れる電流の向きを切り換えてロータ側の磁極を切り換えるように構成することで、上記一実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００５４】
本発明の一実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５５】
11    電動送風機
12    電動機であるブラシレスモータ
13    ファンである遠心ファン
21    ロータ
22    ステータ
28    回転軸
121   ファン本体
125   挿通孔
125a  溝部
126   回り止め部
127   樹脂材料
【図１】
2015140796.tif 000003
【図２】
2015140796.tif 000004
【図３】
2015140796.tif 000005
【図４】
2015140796.tif 000006
【図５】
2015140796.tif 000007