(57)【要約】  羽根（２３０）と羽根（２３０）がロータ（２２１）に取り付けられる単相モータ（２２０）とを有するブロワモータ部（２４０）と、単相モータ（２２０）に交流電力を出力するインバータを有して単相モータ（２２０）の駆動を制御するモータ制御装置が実装された基板（２１０）と、ブロワモータ部（２４０）および基板（２１０）が設置される筐体と、を備え、基板（２１０）は、ブロワモータ部（２４０）で発生する風によって直接的または間接的に冷却される位置に設置される。
2020208790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽根と前記羽根がロータに取り付けられる単相モータとを有するブロワモータ部と、
前記単相モータに交流電力を出力するインバータを有して前記単相モータの駆動を制御するモータ制御装置が実装された基板と、
前記ブロワモータ部および前記基板が設置される筐体と、
を備え、
前記基板は、前記ブロワモータ部で発生する風によって直接的または間接的に冷却される位置に設置される電動送風機。
【請求項２】
前記基板は、前記筐体の内側において、前記基板の面が前記ブロワモータ部で発生する風の向きと平行な向きに設置される、
請求項１に記載の電動送風機。
【請求項３】
さらに、
前記筐体の内側において、前記基板よりも風路の下流、かつ前記ブロワモータ部で発生する風の向きと平行な向きに設置され、前記モータ制御装置に直流電力を供給するバッテリ、
を備える請求項２に記載の電動送風機。
【請求項４】
前記基板と前記単相モータとは、偶数本のリード線または偶数個の端子で接続される、
請求項２または３に記載の電動送風機。
【請求項５】
前記基板は、前記筐体の外側において、実装される発熱部品が直接的または間接的に前記筐体に接するように設置される、
請求項１に記載の電動送風機。
【請求項６】
さらに、
前記筐体の外側において、前記基板よりも風路に対して下流、かつ直接的または間接的に前記筐体に接するように設置され、前記モータ制御装置に直流電力を供給するバッテリ、
を備える請求項５に記載の電動送風機。
【請求項７】
前記バッテリは、前記基板と直接またはリード線を介して接続される、
請求項３または６に記載の電動送風機。
【請求項８】
前記インバータが有する複数のスイッチング素子のうちの少なくとも１つはワイドバンドギャップ半導体で形成されている請求項１から７のいずれか１つに記載の電動送風機。
【請求項９】
前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム、またはダイヤモンドである請求項８に記載の電動送風機。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１つに記載の電動送風機を備える電気掃除機。
【請求項１１】
請求項１から９のいずれか１つに記載の電動送風機を備えるハンドドライヤー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単相モータを備える電動送風機、電気掃除機およびハンドドライヤーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動送風機を備える電気機器の一例として、電気掃除機、ハンドドライヤーなどが知られている。このような電気機器は、持ち運びの容易性、使用時の操作性などを高めるため、小型化が図られている。例えば、特許文献１には、電気機器としての電気掃除機の小型化を図るとともに、電動送風機を制御する制御部を効率的に冷却するため、電動送風機内の気流の流通路に制御部の基板を配置する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２１７９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の構成では、回路部の発熱部品は効率良く冷却できることが示されているが、製品を構成する他の部品の冷却については言及されておらず、冷却効果も得られない。【０００５】
また、スティック型の電気掃除機などに搭載される電動送風機は、ユーザーの使い勝手を向上させるために小型軽量化が進んでいる。小型化するために、電動送風機を駆動するインバータは、スイッチング素子を低減した単相インバータの構成が適している。また、電動送風機は、単相インバータに合わせて、単相の永久磁石モータを使うことが好適である。一方で、電動送風機を小型化した場合、電動送風機に搭載されている羽根の径が小さくなることで、電動送風機の出力が低減してしまう。そこで、一般的には羽根の径を小さくした分、羽根を高速回転させる制御方法が取られる。このような制御方法としては、ロータ磁極位置を判断するための位置センサを用いて、ロータ磁極位置に応じて制御する方法が用いられる。【０００６】
この場合、位置センサは、磁石磁束を拾うことで磁極位置を検出するため、ロータ磁石が位置センサと近接していなければならず、位置センサを搭載した基板をモータに取り付ける必要がある。そのため、電動送風機は、基板がモータと一体となることで基板によって風路が塞がれ、製品の圧力損失を増大させ空力出力を低下させてしまう、という問題があった。また、電動送風機は、風路上、基板の後段に取り付けられた部品の冷却性能を低下させてしまう、という問題があった。【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型化した場合において発熱部品を効率的に冷却しつつ、単相モータの駆動を制御可能な電動送風機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電動送風機は、羽根と羽根がロータに取り付けられる単相モータとを有するブロワモータ部と、単相モータに交流電力を出力するインバータを有して単相モータの駆動を制御するモータ制御装置が実装された基板と、ブロワモータ部および基板が設置される筐体と、を備える。基板は、ブロワモータ部で発生する風によって直接的または間接的に冷却される位置に設置される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る電動送風機は、小型化した場合において発熱部品を効率的に冷却しつつ、単相モータの駆動を制御できる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１に係る電動送風機の外観を示す図
【図２】実施の形態１に係る電動送風機の第１の例の断面図
【図３】実施の形態１に係る電動送風機の第１の例の側面図
【図４】実施の形態１に係る基板に実装されるモータ制御装置の回路構成を示す図
【図５】実施の形態１に係るモータ制御装置が備えるインバータの回路構成を示す図
【図６】実施の形態１に係る電動送風機の第２の例の断面図
【図７】実施の形態１に係る電動送風機の第２の例の側面図
【図８】実施の形態１に係る電動送風機の第３の例の断面図
【図９】実施の形態１に係る電動送風機の第４の例の断面図
【図１０】実施の形態１に係る電動送風機の第４の例の側面図
【図１１】実施の形態２に係る電動送風機の第１の例の断面図
【図１２】実施の形態２に係る電動送風機の第１の例の側面図
【図１３】実施の形態２に係る電動送風機の第２の例の断面図
【図１４】実施の形態２に係る電動送風機の第２の例の側面図
【図１５】実施の形態２に係る電動送風機の第３の例の断面図
【図１６】実施の形態３に係る電動送風機を備える電気掃除機の構成例を示す図
【図１７】実施の形態３に係る電動送風機を備えるハンドドライヤーの構成例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施の形態に係る電動送風機、電気掃除機およびハンドドライヤーを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る電動送風機１００の外観を示す図である。図１は、便宜的に上面と定めた方向から電動送風機１００を見た図である。電動送風機１００は、実際に使用される場合において向きの制限は無く、例えば、図示しない下面を上にして使用することも可能である。電動送風機１００は、筒状の筐体２００を備える。また、電動送風機１００は、筒状の筐体２００の内側に、図示しないブロワモータ部と、ブロワモータ部が有する単相モータの駆動を制御するモータ制御装置が実装された基板と、を備える。以降では、具体的に、電動送風機１００を図１に示すＡ−Ａ方向から見た断面図、および図１に示す上面を上方向にして右側面から見た側面図を用いて、電動送風機１００の内部構成を説明する。
【００１３】
図２は、実施の形態１に係る電動送風機１００の第１の例の断面図である。また、図３は、実施の形態１に係る電動送風機１００の第１の例の側面図である。前述のように、電動送風機１００は、筒状の筐体２００の内側に、ブロワモータ部２４０と、基板２１０と、を備える。ブロワモータ部２４０は、羽根２３０と、羽根２３０がロータ２２１に取り付けられる単相モータ２２０とを有する。基板２１０には、単相モータ２２０に交流電力を出力するインバータを有し、単相モータ２２０の駆動を制御するモータ制御装置が実装されている。単相モータ２２０と、基板２１０すなわちモータ制御装置１０とは、リード線２１１，２１２によって接続されている。基板２１０は、支持部２１３によって筒状の筐体２００に設置される。また、単相モータ２２０は、支持部２１４によって筒状の筐体２００に設置される。支持部２１３，２１４は、筒状の筐体２００と一体成型されたものであってもよいし、筒状の筐体２００とは異なるものであってもよい。また、支持部２１３，２１４の形状は、棒のような形状であってもよいし、面のような形状であってもよい。以降の支持部についても同様とする。なお、基板２１０の向きについては特に限定されないが、基板２１０については、発熱部品が実装された面が図示しないヒートシンクを介して筒状の筐体２００に接するように設置されてもよい。すなわち、筒状の筐体２００をヒートシンクとして利用することも可能である。
【００１４】
図４は、実施の形態１に係る基板２１０に実装されるモータ制御装置１０の回路構成を示す図である。図５は、実施の形態１に係るモータ制御装置１０が備えるインバータ１１の回路構成を示す図である。図４に示すように、モータ制御装置１０は、バッテリ２０２、および単相モータ２２０に接続されている。バッテリ２０２は、電動送風機１００を駆動するための直流電力を基板２１０、すなわちモータ制御装置１０に供給する。モータ制御装置１０は、単相モータ２２０の動作を制御することで、ロータ２２１および羽根２３０を回転させる。モータ制御装置１０は、インバータ１１と、電流検出部２０と、電圧検出部２１と、アナログディジタル変換器３０と、プロセッサ３１と、駆動信号生成部３２と、を備える。
【００１５】
インバータ１１は、スイッチング素子５１〜５４を有し、バッテリ２０２から供給される直流電力を交流電力に変換し、交流電力を単相モータ２２０に出力して、単相モータ２２０を駆動する。電流検出部２０は、単相モータ２２０に流れる電流を検出する。電圧検出部２１は、単相モータ２２０に印加される交流電力の電圧を検出する。アナログディジタル変換器３０は、電流検出部２０で検出された電流値および電圧検出部２１で検出された電圧値のアナログ信号をディジタル信号に変換する。
【００１６】
プロセッサ３１は、アナログディジタル変換器３０から取得した電流値および電圧値のディジタル信号を用いて、単相モータ２２０のロータ２２１の位置を推定するなどの演算処理を行って、単相モータ２２０の動作を制御するためのＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation）信号を生成する。プロセッサ３１における制御方法としては、一般的な任意の制御方法を採用できる。プロセッサ３１は、例えば、制御方法として位置センサレスベクトル制御、電流制御、電力制御などを用いることができる。このような制御方法で制御されることにより、電動送風機１００は、単相モータ２２０を１０００００ｒｐｍ程度の回転速度で動作させることができる。駆動信号生成部３２は、プロセッサ３１で生成されたＰＷＭ信号に基づいて、インバータ１１のスイッチング素子５１〜５４をオンオフさせるための駆動信号を生成し、インバータ１１に出力する。
【００１７】
電動送風機１００は、モータ制御装置１０の制御によって、筒状の筺体２００の吸い込み口から空気を吸い込み、排気口に向かって空気を流すように羽根２３０を回転させる。図２に示す矢印が、風の向き、すなわち空気の流れを示している。図２では、左方向から右方向に風が流れることを示している。以降の図においても同様とする。このように、筒状の筺体２００の内側が、電動送風機１００の風路となる。
【００１８】
一般的に、位置センサを用いて単相モータのロータの位置を検出し、単相モータの動作を制御するモータ制御装置では、位置センサを単相モータのロータの近くに配置しなければならない。図２の例で説明すると、基板２１０を単相モータ２２０の風下側でロータ２２１の近くに配置する必要がある。この場合、基板２１０によって、筒状の筐体２００の内側の風路が塞がれてしまう。
【００１９】
これに対して、本実施の形態のモータ制御装置１０は、単相モータ２２０のロータ２２１の位置を検出するための位置センサを備えていない。そのため、電動送風機１００では、モータ制御装置１０が実装された基板２１０を、筒状の筐体２００の風路、すなわち図２に示す矢印の向きに対して平行に、筒状の筐体２００に設置することが可能である。電動送風機１００は、モータ制御装置１０が実装された基板２１０が図２に示すように設置されることで、基板２１０が風路を遮断しないことから風路の圧力損失を抑制し、吸い込み仕事率を向上することができるため、製品の吸引力を向上させることが可能となる。すなわち、電動送風機１００は、基板２１０を風路に添わせることで、風路の圧力損失を低減でき、高効率化できる。また、電動送風機１００は、基板２１０に実装された発熱部品などを効率良く冷却できる。
【００２０】
このように、基板２１０は、筒状の筐体２００の内側において、ブロワモータ部２４０で発生する風によって直接的に冷却される位置に設置される。基板２１０は、筒状の筐体２００の内側において、基板２１０の面がブロワモータ部２４０で発生する風の向きと平行な向きに設置される。
【００２１】
また、モータ制御装置が位置センサを備えていて風路を塞ぐように基板を配置すると、電動送風機が吸引した空気に水分が多く含まれている場合、基板に直接衝突する水分量が多くなり、基板に電圧を印加した際、電極間をイオン化した金属が移動し短絡が生じるイオンマイグレーションの発生が懸念される。さらに、塵、埃などが堆積することでの短絡も懸念される。そのため、位置センサを備える場合には、対策として、防湿剤を基板に塗布すること、基板を風路から隔離する方法などがとられるが、いずれも製造コストの増大を招く。
【００２２】
これに対して、本実施の形態のモータ制御装置１０は、基板２１０に直接衝突する水分量も減少するため、イオンマイグレーションの発生を抑制し、防湿剤の量を低減できる。また、モータ制御装置１０は、塵、埃、湿気などが溜まりにくく、パターン間の短絡を防止できる。また、モータ制御装置１０は、位置センサを備える場合と比較して、基板配置自由度が増加するため、後述するように基板２１０を筒状の筺体２００の外側に配置することで、基板２１０の品質を向上させることも可能である。
【００２３】
さらに、本実施の形態のモータ制御装置１０は、位置センサを備えないことで、位置センサを取り付ける製造工程および位置センサ取り付けばらつきに応じた調整工程を排除することが可能となるため、製造コストを大幅に削減することが可能となる。加えて、モータ制御装置１０は、位置センサの経年変化による影響が発生しないため、製品の品質を向上させることが可能となる。
【００２４】
図２および図３では、電動送風機１００においてバッテリ２０２を示していなかったが、筒状の筐体２００の内側にバッテリ２０２を設置することも可能である。図６は、実施の形態１に係る電動送風機１００の第２の例の断面図である。また、図７は、実施の形態１に係る電動送風機１００の第２の例の側面図である。電動送風機１００は、さらに、直流電力を基板２１０、すなわちモータ制御装置１０に供給するバッテリ２０２を備える。バッテリ２０２は、筒状の筐体２００の内側において、基板２１０よりも風路の下流、かつブロワモータ部２４０で発生する風の向きと平行な向きに設置される。バッテリ２０２と、基板２１０すなわちモータ制御装置１０とは、リード線２１５，２１６を介して接続されている。また、バッテリ２０２は、支持部２１７によって筒状の筐体２００に設置される。支持部２１７は、筒状の筐体２００と一体成型されたものであってもよいし、筒状の筐体２００とは異なるものであってもよい。バッテリ２０２は、図示しないヒートシンクを介して筒状の筐体２００に接するように設置されてもよい。例えば、ヒートシンクの筒状の筐体２００側の形状を曲面にすることで、バッテリ２０２を筒状の筐体２００により密着させることができる。
【００２５】
一般的に、バッテリ２０２を備えた製品の出力、例えば、後述する電気掃除機の吸い込み仕事率は、バッテリ２０２の容量に大きく依存する。そのため、製品の出力を最大限得るためには、バッテリ２０２の容量を最大限引き出すことが必要となる。バッテリ２０２から出力される電圧は電池容量に応じておおよそ決まっているため、出力を大きくするためには電流を多く流すことが必要となる。しかしながら、バッテリ２０２の内部には内部インピーダンスが存在している。バッテリ２０２では、電流を流すことによって発熱（Ｉ２Ｒ）が生じ、製品出力を大きくするとバッテリ２０２の発熱も大きくなる。そのため、製品出力を大きくする場合には、バッテリ２０２を放熱する手段が必要である。
【００２６】
さらに、バッテリ２０２は、電気機器を構成する他の発熱部品と比較して発熱源の体積が相対的に大きい。そのため、バッテリ２０２は、他の発熱部品と比較して放熱するのに時間がかかる。他の発熱部品として、例えば、基板２１０に実装されるモータ制御装置１０のインバータ１１のスイッチング素子５１〜５４が発熱源として挙げられる。例えば、スイッチング素子５１〜５４としてＰＱＦＮ（Power  Quad  Flat  No-lead）パッケージの５ｍｍ×６ｍｍというサイズのパワー半導体を使用した場合、スイッチング素子５１〜５４の各スイッチング素子の占める体積は５ｍｍ×６ｍｍ×１ｍｍ＝３０ｍｍ３となる。一方、バッテリ２０２として、例えば、直径１８ｍｍ、長さ６５ｍｍの円柱状のリチウムイオン２次電池を６本用いた場合、バッテリ２０２の体積は約１０００００ｍｍ３となる。このように、バッテリ２０２は、他の発熱部品と比較して大きな体積を占めるため、放熱に要する時間も他の発熱部品より長くなる。
【００２７】
また、バッテリ２０２によって発生する熱が、電気機器の他の構成要素に悪影響を与える可能性が考えられる。そこで、バッテリ２０２以外の構成要素へバッテリ２０２から熱が移動しないように、断熱部材を配置することが考えられる。例えば、断熱部材としては繊維系断熱材、発泡系断熱材、エアロゲル、真空断熱材などが挙げられる。これらの断熱部材をバッテリ２０２と他の構成要素との間に配置すると、製造コストの増大、電気機器の質量が増加する、などのデメリットがある。
【００２８】
そのため、図６および図７に示すように、電動送風機１００では、筒状の筐体２００の内側において、空気が流れる下流にバッテリ２０２を配置し、基板２１０、ブロワモータ部２４０などの熱に弱い構成要素を上流に配置する。これにより、電動送風機１００では、バッテリ２０２の熱が他の構成要素に悪影響を与えるといった問題の発生を抑制できることに加え、バッテリ２０２そのものの冷却も同時に行うことができる。電動送風機１００は、バッテリ２０２を効率良く冷却できる。
【００２９】
なお、図６および図７では、バッテリ２０２および基板２１０がリード線２１５，２１６によって接続されているが、バッテリ２０２および基板２１０を直接接続させてもよい。図８は、実施の形態１に係る電動送風機１００の第３の例の断面図である。実施の形態１に係る電動送風機１００の第３の例に対応する側面図は、図７と同様である。実施の形態１に係る電動送風機１００の第３の例では、バッテリ２０２と基板２１０とを端子、コネクタなどを用いて直接接続する。
【００３０】
これにより、電動送風機１００は、バッテリ２０２と基板２１０間のリード線２１５，２１６を削減できるため、リード線２１５，２１６のコストを削減できる。また、電動送風機１００は、リード線２１５，２１６の分の損失を低減でき、高効率化できる。また、電動送風機１００は、バッテリ２０２と基板２１０間の配線インピーダンスを低減できるため、電源の電圧リプル、電流リプルなどを低減でき、バッテリ２０２の長寿命化が可能となる。また、電動送風機１００は、基板２１０に図示しないヒートシンクを設ける場合、ヒートシンクをバッテリ２０２と共用化することで、ヒートシンクのコストを低減できる。
【００３１】
さらに、電動送風機１００は、単相モータ２２０と基板２１０との間のリード線２１１，２１２を削減することも可能である。図９は、実施の形態１に係る電動送風機１００の第４の例の断面図である。また、図１０は、実施の形態１に係る電動送風機１００の第４の例の側面図である。実施の形態１に係る電動送風機１００の第４の例では、単相モータ２２０と基板２１０とを端子、コネクタなどを用いて直接接続する。
【００３２】
これにより、電動送風機１００は、単相モータ２２０と基板２１０間のリード線２１１，２１２を削減できるため、損失を低減でき、高効率化できる。また、電動送風機１００は、リード線２１１，２１２による風路の圧力損失を低減できる。
【００３３】
電動送風機１００をスティック型の電気掃除機に搭載した場合の動作について説明する。電動送風機１００は、ブロワモータ部２４０を駆動させると吸引力が発生し、吸込部から空気と共に塵埃等が吸い込まれる。吸い込まれた塵埃は、集塵部内に蓄積される。ブロワモータ部２４０の単相モータ２２０は、インバータ１１によって高速回転できるので、ブロワモータ部２４０の羽根２３０が小径であっても送風効率を向上させることができる。その結果、ブロワモータ部２４０では、大風量を得ることができる。電動送風機１００は、ブロワモータ部２４０のサイズが相対的に小さくても、高い吸引性能を得ることができる。
【００３４】
なお、電動送風機１００において、インバータ１１を効率的に駆動するための上限のキャリア周波数は、例えば、３０ｋＨｚ程度である。一方、ブロワモータ部２４０の単相モータ２２０の回転周波数が３０ｋＨｚと同等になるにつれ、制御的に不安定になることも考えられる。このような場合、電動送風機１００では、単相モータ２２０の極数を４極以下とすることで、このような問題を回避することができる。
【００３５】
また、スティック型の電気掃除機では、操作性を向上させるため、小型軽量化することが求められている。しかしながら、ブロワモータ部２４０の羽根２３０を小型化してしまうと、本来、電気掃除機として使用するために必要な仕事量を得ることが難しくなる。従って、電動送風機１００は、スティック型の電気掃除機、すなわち電気機器の小型軽量化を達成するため、羽根２３０をなるべく小さくするとともに、羽根２３０をより高速で回転させることで、必要な仕事量を確保することが考えられる。ただし、電動送風機１００は、羽根２３０をより高速で回転させるため、単相モータ２２０でより大きなトルクを発生させる必要がある。
【００３６】
単相モータ２２０が回転する際に発生するトルクＴは、下記の式（１）に示すように、トルク定数Ｋｔとモータ電流Ｉａとの積により決定される。
Ｔ＝Ｋｔ×Ｉａ  …（１）
【００３７】
電動送風機１００では、トルクＴを大きくするため、単相モータ２２０をより大きなトルク定数Ｋｔを得ることが可能なモータ構造とすること、モータ電流Ｉａを大きくすることなどが考えられる。ここで、トルク定数Ｋｔを大きくするためには、単相モータ２２０においてモータ巻線の巻き数を増加させる、より強い磁石を利用する、ステータの積み厚を大きくする、などといった対応が考えられる。しかしながら、このような対応は、いずれも製造コストの増大、単相モータ２２０の質量の増加、単相モータ２２０のサイズの増加に繋がるというデメリットがある。
【００３８】
従って、電動送風機１００では、トルクＴを大きくするため、モータ電流Ｉａを大きくするという対応が考えられる。このようにモータ電流Ｉａを大きくすることで、電動送風機１００は、上記のように単相モータ２２０の構成を変更する場合の製造コストの増大、質量の増加、サイズの増加というデメリットの発生を抑制しつつ、より大きなトルクを得ることが可能となる。
【００３９】
ただし、電動送風機１００では、モータ電流Ｉａを大きくすることで、電流が流れる部分の発熱量の増加などが考えられる。そのため、電動送風機１００では、モータ電流Ｉａがある一定の値以上になる場合には、発熱による機器の破損を防止するため、例えば、単相モータ２２０、バッテリ２０２、基板２１０などに隣接する材料として、耐熱性材料または難燃性材料を用いるといった対応が考えられる。このような構成とすることで、電動送風機１００は、機器の信頼性を向上させることができる。また、上記のように単相モータ２２０、バッテリ２０２、基板２１０などに隣接する材料として、金属などの熱伝達率が高い材料を使用することで、バッテリ２０２といった発熱部品の放熱性を向上させることができる。
【００４０】
また、ブロワモータ部２４０の単相モータ２２０は永久磁石を使用したロータ２２１を備える。これにより、単相モータ２２０は、駆動効率が良く、省エネ効果を得ることができる。また、モータ制御装置１０は、単相モータ２２０の制御に用いられる電流検出部２０、電圧検出部２１を備えることにより、インバータ１１に対して高精度な制御を行うことができる。
【００４１】
さらに、インバータ１１のスイッチング素子５１〜５４をワイドバンドギャップ半導体で形成することで、低損失な半導体素子の使用となり、スイッチング損失及び導通損失を低減することが可能となる。損失を低減することで、省エネ効果を得る事ができ、より長時間の運転を実現することができる。
【００４２】
さらに、インバータ１１のスイッチング素子５１〜５４は、シリコン系材料により形成されたＭＯＳＦＥＴに限定されず、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、またはダイヤモンドといったワイドバンドギャップ半導体により形成されたＭＯＳＦＥＴでもよい。スイッチング素子５１〜５４のうちの少なくとも１つがワイドバンドギャップ半導体で形成されてもよい。
【００４３】
一般的に、ワイドバンドギャップ半導体は、シリコン半導体に比べて耐電圧及び耐熱性が高い。そのため、複数のスイッチング素子５１〜５４にワイドバンドギャップ半導体を用いることにより、スイッチング素子の耐電圧性及び許容電流密度が高くなり、スイッチング素子を組み込んだ半導体モジュールを小型化できる。また、ワイドバンドギャップ半導体は、耐熱性も高いため、半導体モジュールで発生した熱を放熱するための放熱部の小型化が可能であり、また、半導体モジュールで発生した熱を放熱する放熱構造の簡素化が可能である。また、ワイドバンドギャップ半導体は、低損失であることからスイッチング損失および導通損失を低減することができ、損失を低減することで省エネ効果が得られ、より長時間の運転を実現することができる。
【００４４】
以上説明したように、本実施の形態によれば、電動送風機１００は、筒状の筐体２００の内側に、ブロワモータ部２４０、およびモータ制御装置１０が実装された基板２１０を備え、基板２１０は、ブロワモータ部２４０で発生する風によって冷却される位置に設置されることとした。これにより、電動送風機１００は、小型化した場合において発熱部品を効率的に冷却しつつ、単相モータ２２０の駆動を制御できる。
【００４５】
また、電動送風機１００は、単相モータ２２０を用いることで、三相モータを用いる場合と比較して、単相モータ２２０と基板２１０との間のリード線２１１，２１２の数を３本から２本に削減できる。電動送風機１００は、三相モータを用いる場合と比較して、リード線を削減できることで、リード線コストを削減し、リード線による損失を低減し、基板端子接続部の低減により基板２１０の面積を削減することができる。なお、モータ巻線が並列になっている場合、単相モータ２２０と基板２１０とは偶数本のリード線で接続される。さらに、単相モータ２２０と基板２１０とが直接接続される場合、単相モータ２２０と基板２１０とは偶数個の端子で接続される。
【００４６】
なお、本実施の形態では、ブロワモータ部２４０および基板２１０を備える筐体として、筐体の長手方向の断面が円形になる筒状の筐体２００を例に説明したが、筐体の形状はこれに限定されない。ブロワモータ部２４０および基板２１０を備える筐体については、筐体の長手方向の断面が六角形、八角形などの多角形になる形状の筐体を用いてもよい。以降の実施の形態についても同様とする。
【００４７】
実施の形態２．
実施の形態１では、基板２１０を筒状の筐体２００の内側に設置していた。実施の形態２では、基板２１０を筒状の筐体２００の外側に設置する場合について説明する。
【００４８】
図１１は、実施の形態２に係る電動送風機１００ａの第１の例の断面図である。また、図１２は、実施の形態２に係る電動送風機１００ａの第１の例の側面図である。電動送風機１００ａは、筒状の筐体２００の内側にブロワモータ部２４０を備え、筒状の筐体２００の外側に基板２１０を備える。単相モータ２２０と、基板２１０すなわちモータ制御装置１０とは、リード線２１１，２１２によって接続されている。基板２１０は、発熱部品２１８が筒状の筐体２００に接するように設置される。発熱部品２１８は、例えば、前述のインバータ１１で使用されるＰＱＦＮパッケージのパワー半導体である。発熱部品２１８は、図示しないヒートシンクを介して筒状の筐体２００に接するように設置されてもよい。例えば、ヒートシンクの筒状の筐体２００側の形状を曲面にすることで、発熱部品２１８を筒状の筐体２００により密着させることができる。また、基板２１０は、支持部２１９によって筒状の筐体２００に設置される。支持部２１９は、筒状の筐体２００と一体成型されたものであってもよいし、筒状の筐体２００とは異なるものであってもよい。
【００４９】
電動送風機１００ａでは、筒状の筐体２００が、発熱部品２１８のヒートシンクとして使用される。筒状の筐体２００は、発熱部品２１８の熱によって温度が上昇しても、内側でブロワモータ部２４０からの風を受けているため、温度を低減することができる。
【００５０】
電動送風機１００ａは、基板２１０を筒状の筐体２００の外側に設置することによって、筒状の筐体２００の内側の風路の圧力損失を低減でき、高効率化できる。また、電動送風機１００ａは、基板２１０において塵、埃、湿気などが溜まりにくくなり、パターン間の短絡を防止できる。また、電動送風機１００ａは、発熱部品２１８を効率的に冷却することができる。基板２１０は、筒状の筐体２００の外側において、ブロワモータ部２４０で発生する風によって間接的に冷却される位置に設置される。基板２１０は、筒状の筐体２００の外側において、実装される発熱部品２１８が直接的または間接的に筒状の筐体２００に接するように設置される。
【００５１】
図１１および図１２では、電動送風機１００ａにおいてバッテリ２０２を示していなかったが、筒状の筐体２００の外側にバッテリ２０２を設置することも可能である。図１３は、実施の形態２に係る電動送風機１００ａの第２の例の断面図である。また、図１４は、実施の形態２に係る電動送風機１００ａの第２の例の側面図である。電動送風機１００ａは、さらに、直流電力を基板２１０、すなわちモータ制御装置１０に供給するバッテリ２０２を備える。バッテリ２０２は、筒状の筐体２００の外側において、基板２１０よりも風路に対して下流、かつ直接的または間接的に筒状の筐体２００に接するように設置される。バッテリ２０２と、基板２１０すなわちモータ制御装置１０とは、リード線２１５，２１６を介して接続されている。また、バッテリ２０２は、支持部２２２によって筒状の筐体２００に設置される。支持部２２２は、筒状の筐体２００と一体成型されたものであってもよいし、筒状の筐体２００とは異なるものであってもよい。バッテリ２０２は、図示しないヒートシンクを介して筒状の筐体２００に接するように設置されてもよい。例えば、ヒートシンクの筒状の筐体２００側の形状を曲面にすることで、バッテリ２０２を筒状の筐体２００により密着させることができる。
【００５２】
電動送風機１００ａでは、筒状の筐体２００が、バッテリ２０２のヒートシンクとして使用される。筒状の筐体２００は、バッテリ２０２の熱によって温度が上昇しても、内側でブロワモータ部２４０からの風を受けているため、温度を低減することができる。
【００５３】
電動送風機１００ａは、バッテリ２０２を筒状の筐体２００の外側に設置することによって、バッテリ２０２を効率良く冷却できる。また、電動送風機１００ａは、風路の圧力損失を低減でき、高効率化できる。
【００５４】
なお、図１３および図１４では、バッテリ２０２および基板２１０がリード線２１５，２１６によって接続されているが、バッテリ２０２および基板２１０を直接接続させてもよい。図１５は、実施の形態２に係る電動送風機１００ａの第３の例の断面図である。実施の形態２に係る電動送風機１００ａの第３の例に対応する側面図は、図１４と同様である。実施の形態２に係る電動送風機１００ａの第３の例では、バッテリ２０２と基板２１０とを端子、コネクタなどを用いて直接接続する。これにより、電動送風機１００ａは、バッテリ２０２と基板２１０間のリード線２１５，２１６を削減できるため、リード線２１５，２１６のコストを削減できる。また、電動送風機１００ａは、リード線２１５，２１６の分の損失を低減でき、高効率化できる。また、電動送風機１００ａは、バッテリ２０２と基板２１０間の配線インピーダンスを低減できるため、電源の電圧リプル、電流リプルなどを低減でき、バッテリ２０２の長寿命化が可能となる。また、電動送風機１００ａは、基板２１０に図示しないヒートシンクを設ける場合、ヒートシンクをバッテリ２０２と共用化することで、ヒートシンクのコストを低減できる。
【００５５】
以上説明したように、本実施の形態によれば、電動送風機１００ａは、筒状の筐体２００の内側にブロワモータ部２４０を備え、筒状の筐体２００の外側にモータ制御装置１０が実装された基板２１０を備え、基板２１０は、ブロワモータ部２４０で発生する風によって冷却される位置に設置されることとした。これにより、電動送風機１００ａは、小型化した場合において発熱部品を効率的に冷却しつつ、単相モータ２２０の駆動を制御できる。
【００５６】
実施の形態３．
実施の形態３では、実施の形態１の電動送風機１００の適用例について説明する。なお、実施の形態１の電動送風機１００を例にして説明するが、実施の形態２の電動送風機１００ａについても適用可能である。
【００５７】
図１６は、実施の形態３に係る電動送風機１００を備える電気掃除機６１の構成例を示す図である。電気掃除機６１は、電動送風機１００と、集塵室６５と、吸込口体６３と、延長管６２と、操作部６６とを備える。電気掃除機６１は、操作部６６を使用者が持ち使用される。使用者が図示しない電源スイッチをオンすることで、バッテリ２０２から基板２１０のモータ制御装置１０を介してブロワモータ部２４０に電力が供給される。電気掃除機６１は、ブロワモータ部２４０が駆動し、吸込口体６３から吸込みを行い、延長管６２を介して集塵室６５へごみを吸引する。
【００５８】
電気掃除機６１では小型軽量化が進み、単位体積当たりの出力を意味する出力密度が大きくなっている。このような製品構成では、電動送風機１００の構成はより好適であり、より効率的に発熱部を冷却することができるため、さらなる小型化を実現した製品を提供することが可能となる。
【００５９】
図１７は、実施の形態３に係る電動送風機１００を備えるハンドドライヤー９０の構成例を示す図である。ハンドドライヤー９０は、ケーシング９１と、手検知センサ９２と、水受け部９３と、ドレン容器９４と、カバー９６と、センサ９７と、吸気口９８と、電動送風機１００と、を備える。ここで、センサ９７は、ジャイロセンサ及び人感センサの何れかである。ハンドドライヤー９０では、水受け部９３の上部にある手挿入部９９に手が挿入されることにより、電動送風機１００による送風で水が吹き飛ばされ、吹き飛ばされた水は、水受け部９３で集められた後、ドレン容器９４に溜められる。
【００６０】
ハンドドライヤー９０も、設置場所の制限などで薄型化の要求が高まっている。また、一般家庭への普及も視野にいれ、より小型で設置しやすい製品が求められている。従って、より小型化するために発熱部を効率的に冷却することが重要となる。このような製品構成では、電動送風機１００の構成はより好適であり、より効率的に発熱部を冷却することができるため、さらなる小型化を実現した製品を提供することが可能となる。
【００６１】
以上の説明の通り、本実施の形態では、電気掃除機６１及びハンドドライヤー９０に電動送風機１００を適用した構成例を説明したが、電動送風機１００は、モータが搭載された電気機器に適用することができる。モータが搭載された電気機器は、キャニスター型の電気掃除機、焼却炉、粉砕機、乾燥機、集塵機、印刷機械、クリーニング機械、製菓機械、製茶機械、木工機械、プラスチック押出機、ダンボール機械、包装機械、熱風発生機、ＯＡ機器、電動送風機などである。電動送風機は、物体輸送用、吸塵用、または一般送排風用の送風手段である。
【００６２】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１０  モータ制御装置、１１  インバータ、２０  電流検出部、２１  電圧検出部、３０  アナログディジタル変換器、３１  プロセッサ、３２  駆動信号生成部、５１〜５４  スイッチング素子、６１  電気掃除機、６２  延長管、６３  吸込口体、６５  集塵室、６６  操作部、９０  ハンドドライヤー、９１  ケーシング、９２  手検知センサ、９３  水受け部、９４  ドレン容器、９６  カバー、９７  センサ、９８  吸気口、９９  手挿入部、１００，１００ａ  電動送風機、２００  筒状の筺体、２０２  バッテリ、２１０  基板、２１１，２１２，２１５，２１６  リード線、２１３，２１４，２１７，２１９，２２２  支持部、２１８  発熱部品、２２０  単相モータ、２２１  ロータ、２３０  羽根、２４０  ブロワモータ部。
【図１】
2020208790.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2020208790.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2020208790.tif 000016
【図１５】
2020208790.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年3月17日(2021.3.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽根と前記羽根がロータに取り付けられる単相モータとを有するブロワモータ部と、
前記単相モータに交流電力を出力するインバータを有して前記単相モータの駆動を制御するモータ制御装置が実装された基板と、
前記ブロワモータ部および前記基板が設置される筐体と、
前記筐体の内側において、前記基板よりも風路の下流、かつ前記ブロワモータ部で発生する風の向きと平行な向きに設置され、前記モータ制御装置に直流電力を供給するバッテリと、
を備え、
前記基板は、前記ブロワモータ部で発生する風によって直接的または間接的に冷却される位置であって、前記筐体の内側において、前記基板の面が前記ブロワモータ部で発生する風の向きと平行な向きに設置され、
前記バッテリは、前記ブロワモータ部で発生する風によって直接的または間接的に冷却される電動送風機。
【請求項２】
前記基板と前記単相モータとは、偶数本のリード線または偶数個の端子で接続される、
請求項１に記載の電動送風機。
【請求項３】
羽根と前記羽根がロータに取り付けられる単相モータとを有するブロワモータ部と、
前記単相モータに交流電力を出力するインバータを有して前記単相モータの駆動を制御するモータ制御装置が実装された基板と、
前記ブロワモータ部および前記基板が設置される筐体と、
を備え、
前記基板は、前記筐体の外側において、前記基板の面が前記ブロワモータ部で発生する風の向きと平行な向きであって、実装される発熱部品が直接的または間接的に前記筐体に接するように、支持部を介して前記ブロワモータ部で発生する風によって間接的に冷却される位置に設置される電動送風機。
【請求項４】
さらに、
前記筐体の外側において、前記基板よりも風路に対して下流、かつ直接的または間接的に前記筐体に接するように設置され、前記モータ制御装置に直流電力を供給するバッテリ、
を備える請求項３に記載の電動送風機。
【請求項５】
前記バッテリは、前記基板と直接またはリード線を介して接続される、
請求項１または２または４に記載の電動送風機。
【請求項６】
前記インバータが有する複数のスイッチング素子のうちの少なくとも１つはワイドバンドギャップ半導体で形成されている請求項１から５のいずれか１つに記載の電動送風機。
【請求項７】
前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム、またはダイヤモンドである請求項６に記載の電動送風機。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１つに記載の電動送風機を備える電気掃除機。
【請求項９】
請求項１から７のいずれか１つに記載の電動送風機を備えるハンドドライヤー。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電動送風機は、羽根と羽根がロータに取り付けられる単相モータとを有するブロワモータ部と、単相モータに交流電力を出力するインバータを有して単相モータの駆動を制御するモータ制御装置が実装された基板と、ブロワモータ部および基板が設置される筐体と、筐体の内側において、基板よりも風路の下流、かつブロワモータ部で発生する風の向きと平行な向きに設置され、モータ制御装置に直流電力を供給するバッテリと、を備える。基板は、ブロワモータ部で発生する風によって直接的または間接的に冷却される位置であって、筐体の内側において、基板の面がブロワモータ部で発生する風の向きと平行な向きに設置される。バッテリは、ブロワモータ部で発生する風によって直接的または間接的に冷却される。
【国際調査報告】
2020208790.tif 000020
2020208790.tif 000021
2020208790.tif 000022
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