(57)【要約】      （修正有）【課題】吸込部の性能を向上させる。【解決手段】回転ブラシと、前記回転ブラシを駆動する回転ブラシモータと、を有する吸込部１０であって、回転ブラシを駆動する回転ブラシモータ２１のモータマグネットは、磁性粉末が配合された樹脂で一体形成されたものであり、一体形成の際に、周方向に移動するにつれて磁化方向が一方向に回転するように形成している。このような、いわゆるハルバッハ配向のモータマグネットを備えることにより、回転子の表面磁束密度の疎密を抑制でき、もってトルクリップルが少なくなり騒音の低減が見込める等の効果が得られる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転ブラシと、前記回転ブラシを駆動する回転ブラシモータと、を有する吸込部であって、
前記回転ブラシモータは、周方向に移動するにつれて磁化方向が一方向に回転するように配向されており、磁性粉末が配合された樹脂で一体形成されているモータマグネットを有することを特徴とする吸込部。
【請求項２】
前記回転ブラシモータは、
略環状のヨーク部と、該ヨーク部の内周側に対向する一対の磁極部と、該磁極部に巻装される界磁コイルとからなる固定子と、
前記磁極部間に回転自在に配置されたモータシャフトと、
該モータシャフトに固定されたモータロータコアと、を有し、
該モータロータコアの外周に前記モータマグネットが配置されたことを特徴とする請求項１記載の吸込部。
【請求項３】
前記回転ブラシモータマグネットは、ボンド磁石であることを特徴とする請求項１又は２に記載の吸込部。
【請求項４】
請求項１乃至３何れか一項に記載の吸込部を備える自立走行型電気掃除機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸込部及び吸込部を備える自立走行型電気掃除機に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気掃除機用の吸口体には塵埃の掻き込み能力の向上を目的としてモータ駆動の回転ブラシを備えたものがある。例えば、特許文献１には、回転清掃体を２本備えた自律走行型電気掃除機が開示されている（特許請求の範囲参照）。特許文献２においては、塵埃の吸込み性を向上させた電気掃除機の吸込具が開示されている（特許請求の範囲参照）。
【０００３】
また、特許文献３にはモータのトルクを向上させると共にトルクリップルを減少させることのできるマグネットをハルバッハ配列としたモータが公開されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５４８６６５７号公報
【特許文献２】特開２０１５−１１６４１４号公報
【特許文献３】特開２００７−１４１１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載される自律走行型掃除機は、モータ駆動の回転ブラシを２本備えるため床面との抵抗が大きい。このため、特許文献１に記載される自律走行型掃除機では、高トルクを発生するモータの採用又は、モータの減速比の増大が必要である。
【０００６】
高トルクを発生するモータは高性能の磁石を使用しているため、自律走行型掃除機の製造コストの上昇、トルクリップルの増加による騒音の増加という問題が生じる。モータの減速比を大きくするには、プーリやギアの大径化、又は、プーリやギアの増加が必要となる。その結果、自律走行型掃除機の本体の大型化につながるという問題が生じる。
【０００７】
特許文献２に記載される電気掃除機の吸口体は、後部からの塵埃をブラシ室へ誘導することを目的としており、塵埃の除去力自体を増加させるものではない。塵埃の書き込み力を増そうとすると回転ブラシの負荷が大きくなる。そのため、モータへの高性能磁石の採用や、減速比を大きくする等の対策が必要となり、その結果、上記特許文献１と同様にコスト増加や騒音の増加、吸口体の大型化につながるという問題が生じる。
【０００８】
特許文献３に記載されるモータは、マグネットの配列を変更し、トルクの向上、トルクリップルの低減を図ったものであり、上記特許文献１、特許文献２に記載されるモータのトルク不足、騒音増加の問題は改善できるが、マグネットが複数になることにより組立性の悪化や、コストの増加につながるという問題が生じる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記事情に鑑みてなされた本発明は、回転ブラシと、前記回転ブラシを駆動する回転ブラシモータと、を有する吸込部であって、前記回転ブラシモータは、周方向に移動するにつれて磁化方向が一方向に回転するように配向されており、磁性粉末が配合された樹脂で一体形成されているモータマグネットを有することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係る自律走行型掃除機を左前方から見下ろした斜視図である。
【図２】実施形態に係る自律走行型掃除機の上ケースを取り外した状態を左前方から見下ろした斜視図である。
【図３】実施形態に係る自律走行型掃除機を下から見上げた図である。
【図４】図１のＡ−Ａ線で切断した側断面図である。
【図５】実施形態に係る自律走行型掃除機の吸込部を下面から見上げた図であり、回転ブラシ、掻取りブラシを取り外した状態の図である。
【図６】実施形態に係る自律走行型掃除機の吸込部を左前方から見下ろした斜視図である。
【図７】実施形態に係る自立走行型電気掃除機の回転ブラシモータの斜視図(部分断面図)である。
【図８】実施形態に係る自立走行型電気掃除機の回転ブラシモータの断面図である。
【図９】（ａ）は実施形態に係る自立走行型電気掃除機の回転ブラシモータのハルバッハ配向における磁束の簡易図であり、（ｂ）はその表面磁束密度（シミュレーション値）である。
【図１０】（ａ）は実施形態に係る自立走行型電気掃除機の回転ブラシモータのハルバッハ配向における磁束密度分布のシミュレーション値であり、（ｂ）はハルバッハ配向時の回転ブラシモータの発生トルクである。
【図１１】（ａ）は実施形態に係る自立走行型電気掃除機の回転ブラシモータのラジアル配向における磁束の簡易図であり、（ｂ）はその表面磁束密度（シミュレーション値）である。
【図１２】（ａ）は実施形態に係る自立走行型電気掃除機の回転ブラシモータのラジアル配向における磁束密度分布のシミュレーション値であり、（ｂ）はラジアル配向時の回転ブラシモータの発生トルクである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態について、適宜、図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態は以下の内容に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内において適宜変更して実施可能である。
【００１２】
なお、自律走行型掃除機Ｃ（図１参照）が進行する向きを前方、鉛直上向きを上方とし、図１等に示す様に前後、上下、左右を定義する。
【００１３】
＜第１実施形態＞
図１は、本実施形態に係る自律走行型掃除機を左前方から見下ろした斜視図である。
自律走行型掃除機Ｃは、所定の掃除領域（例えば、室内）を自律的に移動しながら掃除する掃除機である。自律走行型掃除機Ｃは、上壁である上ケース９１と、底壁（及び一部の側壁）である下ケース５１（図２参照）と、前部に設置されるバンパ９２と、を含んで構成される本体５０を備える。
【００１４】
（本体）
図２は上ケース９１を取り外した状態を左前方から見下ろした斜視図、図３は自律走行型掃除機を下から見上げた図である。
下ケース５１は、走行モータ、回転ブラシモータ２１、送風機８１、制御装置９５等を載置する筐体であり、その外形は薄型の円板状を呈している。
【００１５】
下ケース５１には、駆動輪６１を露出させて、駆動輪６１と、走行モータと、減速機構とを含んで構成される駆動機構６０を収容する駆動機構収容部５４と、サイドブラシ取付部８２と、吸込部１０を固定する孔部５２と、排気口５３と、充電池Ｂ（図４参照）を収納する電池収容部５５（図４参照）とが形成されている。
【００１６】
平面視で円板状を呈する下ケース５１の直径上左右両側に駆動機構収容部５４が形成されている。又、平面視で円形を呈する下ケース５１の中心付近であり、駆動機構収容部５４に挟まれた位置に排気口５３が複数形成されている。
【００１７】
下ケース５１の中心よりも前側には、電池収容部５５が形成されている。電池収容部５５の左右には、サイドブラシ４０を取り付けるサイドブラシ取付部８２が形成されている。
【００１８】
下ケース５１の中心よりも後側、つまり、排気口５３、及び、駆動機構収容部５４の後側に吸込部１０が固定される孔部５２が形成されている。
【００１９】
孔部５２に固定される吸込部１０は、吸口体１７（図５参照）が形成されるとともに、掻取りブラシ１、及び、回転ブラシ５を収容する部材である。
【００２０】
図４は、図１のＡ−Ａ線で切断した側断面図である。
【００２１】
バンパ９２は、外部から作用する押圧力に応じて前後方向で移動可能に設置されている。バンパ９２は、左右一対のバンパばね（図示省略）によって外向きに付勢されている。バンパばねは、その先端がＪ字状に湾曲しており、この湾曲箇所がバンパ９２の内壁面に接している。
【００２２】
バンパ９２を介して障害物からの抗力がバンパばねに作用すると、バンパばねは平面視で内側に倒れ込むように変形し、バンパ９２を外向きに付勢しつつバンパ９２の後退を許容する。バンパ９２が障害物から離れて前記した抗力がなくなると、バンパばねの付勢力によってバンパ９２は元の位置に戻る。ちなみに、バンパ９２の後退（つまり、障害物との接触）は、後記するセンサ類９６（フォトカプラ）によって検知され（図２参照）、その検知結果が制御装置９５に入力される。
【００２３】
（吸込部１０）
図５は、回転ブラシ５、掻取りブラシ１を取り外した状態における本実施形態に係る吸込部１０を下から見上げた図である。図５に示す吸込部１０は、下ケース５１の孔部５２に取り付けられる（図３参照）。
【００２４】
そして、図４に示す様に、吸込部１０は、吸込部１０から下流側に向かって順に、集塵ケースＫ、集塵フィルタＦ、送風機８１、及び、排気口５３（図３参照）につながる空気が流通可能な流路の一部を形成する。吸込部１０は、吸口体１７が形成されるとともに、回転ブラシ５、及び、掻取りブラシ１を収容する部材であり（図５参照）、回転ブラシモータ２１（図６参照）を固定する部材でもある。
【００２５】
図５に示す様に、吸込部１０の前部には、回転ブラシ５を収容する回転ブラシ収容部１５が形成されている。吸込部１０の後部には、掻取りブラシ１を収容する掻取りブラシ収容部１１が形成されている。回転ブラシ収容部１５には回転ブラシ５（図３参照）が配置される。掻取りブラシ収容部１１には掻取りブラシ１が配置される。つまり、自律走行型掃除機Ｃの前部から、回転ブラシ５、掻取りブラシ１の順に配置される。
【００２６】
又、回転ブラシ５、掻取りブラシ１は、回転可能に取り付けられる。回転ブラシ５、掻取りブラシ１は、取り外し可能に吸込部１０へ取り付けられる。
【００２７】
（回転ブラシモータ２１）
図６は、吸込部１０を左前方から見下ろした斜視図である。
図６に示す様に、吸込部１０の上面側には、回転ブラシ５を回転する回転ブラシモータ２１が備わるとともに、動力伝達機構２２が備わる。
【００２８】
回転ブラシモータ２１は、吸込部１０の左右方向の一端側に取り付けられている。回転ブラシモータ２１は、回転軸が回転ブラシ５の回転軸５ｂと平行に配置されている。又、回転ブラシモータ２１の回転軸は、左右方向の一端側に向けて延び、吸込部１０の一端において、動力伝達機構２２を介して回転ブラシ５の回転軸５ｂと連結されている。
【００２９】
図７は本実施形態に係る自立走行型電気掃除機Ｃの回転ブラシモータ２１の斜視図(部分断面図)、図８は本実施形態に係る自立走行型電気掃除機Ｃの回転ブラシモータ２１の断面図である。
回転ブラシモータ２１は、外郭を成す回転ブラシモータハウジング１０５内部に、回転子１１１と、回転子１１１周囲に設けられた略環状の磁性体であるヨーク部１０９と、ヨーク部１０９の内周側に設けられ、回転子１１１を介して対向している一対の磁極部１１０と、からなる回転ブラシモータステータコアを備えている。また、それぞれの磁極部１１０には界磁コイル１０８が巻装されている。ヨーク部１０９、磁極部１１０及び界磁コイル１０８とからなる構成要素を固定子と呼称する。なお、磁極部１１０は二対以上でもよい。
【００３０】
回転子１１１は、軸受１０１に支持されている回転軸である回転ブラシモータシャフト１０３と、回転ブラシモータシャフト１０３に固定された回転ブラシモータロータコア１０７と、回転ブラシモータロータコア１０７の外周に配置された回転ブラシモータマグネット１０６より構成される回転子１１１が配置される。
更には、固定子および回転子１１１の端部には回転ブラシモータ基板１０２が配置されている。
【００３１】
（回転ブラシモータマグネット１０６）
回転ブラシモータマグネット１０６は、希土類系のボンド磁石によって構成されている略円筒形状の部材である。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。希土類系磁性粉末としては、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、本実施例においては、より高トルクを得るために、異方性の希土類系磁性粉末を用いている。有機バインダーとしては、例えばナイロン系の樹脂材料を用いることができる。
【００３２】
本実施形態では、回転ブラシモータマグネット１０６をハルバッハ型の配向としている。具体的には、回転ブラシモータマグネット１０６の周方向に進むにつれて磁化方向が一方向に回転するように形成している。このような磁化方向を持つ回転ブラシモータマグネット１０６は、以下説明するようにして製造できる。
【００３３】
（ハルバッハ配向の作成）
本実施形態の回転ブラシモータマグネット１０６はハルバッハ配向されており、かつ、ボンド磁石の射出成型による一体物である。
まず、射出成型の金型として例えばキャビ・コアを準備する。回転ブラシモータマグネット１０６の型に、樹脂（希土類系磁性粉末が有機バインダーに配合された溶融状態の樹脂）を流し込む。この型（樹脂が充填される箇所）の外周に、樹脂がハルバッハ配向になるように永久磁石を公知の態様で配置すると、永久磁石の配置に応じた位置に極を持つハルバッハ配向の樹脂を形成できる。その後、樹脂を冷却して固めることで、回転ブラシモータマグネット１０６を製造できる。永久磁石は、金型に組み込んでおくことができる。なお、永久磁石に代えて公知の方法で磁場を発生させても良い。
【００３４】
この際、樹脂を注入する注入口（ゲート）を、回転ブラシモータマグネット１０６の極とする場所又はこの近傍に設けておくことができる。本実施形態は後述する図９（ａ）、図１０（ａ）に示すように４極マグネットを採用しているため、４点にゲートを設けた。それぞれの極上に設けた各ゲートから樹脂を略同時に注入し始めることで、配向が乱れやすい樹脂の接触箇所（ウエルド）を、互いに隣接する２つの極の間にすることができる。すなわち、ウエルドによる回転ブラシモータマグネット１０６への影響を低減できる。なお、極とは、回転ブラシモータマグネット１０６について、表面の磁化の強さが略最大となる箇所（Ｎ極又はＳ極）である。また、回転ブラシモータマグネット１０６の極数は特に制限されない。
【００３５】
本実施形態では、このように金型へ樹脂を射出成型することにより、一体として回転ブラシモータマグネット１０６を形成するため、容易にハルバッハ配向を得ることができる。この際、ウエルドが極の中間位置になるように樹脂を射出しているため、配向の乱れを低減できている。なお、回転ブラシモータロータコア１０７を磁性体で形成すると、極の磁束がウエルドを回避して回転ブラシモータロータコア１０７回避できるので、リップルをより低減できる。
また、回転ブラシモータシャフト１０３を非磁性体（非金属）で形成すると、特に回転ブラシモータ軸受１０１との接触箇所における耐久性の観点から好ましい。
【００３６】
（ハルバッハ配向の回転ブラシモータマグネット１０６の効果）
図９（ａ）は本実施形態に係るハルバッハ配向の回転ブラシモータマグネット１０６を備える回転子１１１の磁束の簡易図、図９（ｂ）は回転子１１１の表面磁束密度(シミュレーション結果)を示す図、図１０（ａ）は本実施形態に係るハルバッハ配向での回転子１１１を通過する磁束分布を示す図、図１０（ｂ）は回転ブラシモータ２１として駆動した際の回転子移動角度に対するトルクのシミュレーション値を示す図、図１１（ａ）は比較例に係るラジアル配向での磁束の簡易図、図１１（ｂ）は表面磁束密度(シミュレーション結果)を示す図、図１２（ａ）は比較例に係るラジアル配向での磁束分布を示す図、図１２（ｂ）は回転ブラシモータ２１として駆動した際のトルクのシミュレーション値を示す図、である。いずれも４極モータで例示している。
【００３７】
図９（ｂ）に示すように、ハルバッハ配向においては、回転子１１１の表面磁束密度が径方向・周方向共に、サイン波状となることが分かる。回転子１１１内の磁束分布は、図１０（ａ）に示すように、表面磁束密度がサイン波状になるハルバッハ配向の回転ブラシモータマグネット１０６を用いると、比較例として図１２（ａ）に示すラジアル配向の場合に比して、磁束密度の疎密を抑制できていることが分かる。
【００３８】
これにより、トルクリップルが少なくなり騒音の低減が見込める。また、回転ブラシモータマグネット１０６をハルバッハ配向として周方向のトルクを平均化すると、ラジアル配向の場合よりも大きくすることができる。
【００３９】
（回転子と固定子との関係）
本実施形態では、固定子の内周側で回転子が回転するインナーロータ型のモータを説明したが、固定子の外周側で回転子が回転するアウターロータ型のモータとしてもよい。すなわち、固定子の外周側に、モータマグネットを配置してもよい。この場合、回転ブラシモータマグネットをハルバッハ配向にすると、ハルバッハ配向の特性上、回転ブラシモータマグネットの外周側の磁束密度の疎密を抑制できる。このため、回転ブラシモータマグネットの外周側に金属製の回転ブラシモータハウジング１０５を設けた場合、筐体の厚みが略均一であっても、回転ブラシモータハウジング１０５外側の面に現れる磁束密度は比較的均一となる。したがって、回転ブラシモータ２１のマグネットとして回転ブラシモータマグネットを用いれば、塵埃中の磁性体、例えば砂鉄の付着を抑制しやすくなる。回転ブラシモータ２１を上記のように吸込部１０に設けたり、又は回転ブラシ収容部１５の近傍に設ける場合、比較的多量の塵埃が回転ブラシモータハウジング１０５周囲を舞うため、砂鉄等の付着の抑制の観点から特に好ましい。
【符号の説明】
【００４０】
１、１Ａ、１Ｂ  掻取りブラシ
２、２ｂ  植毛
３ａ、３ｂ  リブ
４      回転軸
５      回転ブラシ
５ａ    軸部
５ｂ    回転軸
５ｃ    植毛
６      嵌合部
７      軸受（Ｂ）
１０    吸込部
１１    掻取りブラシ収容部
１１ａ  係止部
１５    回転ブラシ収容部
１６    集塵リブ
１７    吸口体
１８    軸受（Ａ）
１９    係止部
２１    回転ブラシモータ
２２    動力伝達機構
３０    吸口カバー
３０Ａ  吸口カバー組立体
３０ａ  仕切り
３０ｂ  テーパ
３０ｃ  噛合爪
３５    吸口カバー取付部材
３５ａ  ラッチ
３５ｂ  係止爪
３５ｃ  噛合爪
３７    軸受保持部材
３７ａ  ラッチ
３７ｂ  係止爪
３７ｃ  噛合爪
４０    サイドブラシ
４１    サイドブラシホルダ
４２    サイドブラシモータ
４５    ガイドブラシ（Ｌ）
４７    ガイドブラシ（Ｍ）
４９    ガイドブラシ（Ｓ）
５０    本体
５１    下ケース
５２    孔部
５３    排気口
５４    駆動機構収容部
５５    電池収容部
５６    前方蓋
５６ａ  係止爪
５６ｂ  張出部
５６ｃ  テーパ
６０    駆動機構
６１    駆動輪
７０    支持機構
７１    アーム（サスペンション）
８１    送風機
８２    サイドブラシ取付部
８３    補助輪
８４    補助輪取付部
９１    上ケース
９２    バンパ
９３    蓋
９５    制御装置
９６    センサ類（障害物検知手段）
９７    操作ボタン
１０１  回転ブラシモータ軸受
１０２  回転ブラシモータ基板
１０３  回転ブラシモータシャフト
１０５  回転ブラシモータハウジング
１０６  回転ブラシモータマグネット
１０７  回転ブラシモータロータコア
１０８  回転ブラシモータ界磁コイル
１０９  ヨーク部
１１０  磁極部
１１１  回転子
Ｃ      自律走行型掃除機
Ｋ      集塵ケース
Ｋ１    流入口
Ｆ      集塵フィルタ
Ｂ      充電池
【図１】
2017136219.tif 000003
【図２】
2017136219.tif 000004
【図３】
2017136219.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2017136219.tif 000009
【図８】
2017136219.tif 000010
【図９】
2017136219.tif 000011
【図１０】
2017136219.tif 000012
【図１１】
2017136219.tif 000013
【図１２】
2017136219.tif 000014