| 【発明の名称】 |
電気掃除機 |
| 【発明者】 |
【氏名】麻田 和彦
【住所又は居所】大阪府門真市大字門真１００６番地 松下電器産業株式会社内
【氏名】広瀬 徹
【住所又は居所】大阪府門真市大字門真１００６番地 松下電器産業株式会社内
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| 【要約】 |
【課題】電気掃除機において、電動機の回転速度が信頼性の面から低く設定されているため、電動機に必要なトルクが大きくなり、これに伴なって、電動機、電気掃除機ともに形状、重量が大きくなり、使い勝手の悪いものであった。
【解決手段】巻線１０２を有する固定子１０３、その外側に設けた回転子１０６を有する電動機１０７と、軸流ファン１０８およびケース１１０を有する電動送風機１００を有する構成とすることにより、高効率での高速回転が可能になり、小型、軽量で、吸引性能の高い電気掃除機を実現できるようになる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 巻線を有する固定子と前記固定子の外側に回転自在に設けた回転子を有する電動機と、前記回転子の外側に取り付けられた軸流ファンと、前記軸流ファンの外側に固定して設けられたケースを有する電動送風機とを備えた電気掃除機。
【請求項２】 回転子の回転速度が毎分５００００回転以上とした請求項１記載の電気掃除機。
【請求項３】 固定子とケースをつなぐ棒状の支持体を、通風路内に設けた請求項１または２に記載の電気掃除機。
【請求項４】 回転子は永久磁石と前記永久磁石の外側に設けた継鉄を有し、前記永久磁石が発する磁束は巻線と磁気結合し、前記巻線に電流を供給するインバータ回路を有する請求項１記載の電気掃除機。
【請求項５】 固定子は３個の溝に３本の巻線による３相とし、第１の溝と第２の溝の間に第１の巻線を設け、第２の溝と第３の溝の間に第２の巻線を設け、第３の溝と第１の溝の間に第３の巻線を設け、永久磁石は２極とした請求項４記載の電気掃除機。
【請求項６】 巻線に電流を供給するインバータ回路を有し、前記インバータ回路は、スイッチング素子を有し、前記スイッチング素子は発生する熱をケースに伝え、前記ケースは通風路内を通過する空気に放熱する請求項１記載の電気掃除機。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般家庭や工場、店舗、事務所などにおいて使用される電気掃除機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】特開２００１−３０４１７２号公報に開示されている従来の電気掃除機の電動送風機は、図５に示すように、動翼２２を有するインペラ２１は遠心形であり、これを回転駆動する電動機２９は固定子３１の内側に回転軸３２を有した回転子３３を有したインナーロータ形であり、交流整流子電動機と呼ばれる構成のものとなっている。
【０００３】このような構造により、空気がゴミと一緒に吸い込まれて、電気掃除機として作用するものとなっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の技術においては、交流整流子電動機としたことにより回転の速度に限界があり、信頼性の面から毎分５００００回転以下の回転速度に限定されるものであった。
【０００５】しかるに電動機２９に必要なトルクは、動力出力パワーを回転速度で除したものに比例することから、速度に限界があるということは、トルクの必要値がある程度高いものとなり、電動機２９の形状が大であり重量も大となって、電気掃除機の形状および重量も大となって、使い勝手が悪くなると第１の課題を有するものであった。
【０００６】また、特開２００１−３０４１７２号公報には、交流整流子電動機の代わりにインバータ駆動によるものとしても良いとされているが、回転子を固定子の内側に設けるインナーロータ形の電動機の場合、インバータから高周波電流が固定子の巻線に供給され、また回転子が発する磁界も固定子に高周波をもたらすことから、固定子を構成する鉄心の損失、すなわち鉄損が発生するものとなる。
【０００７】ここで、固定子は普通、回転子に比して鉄重量が大であることから損失が大となり、電動機の効率が低い電気掃除機となるという第２の課題を有していた。
【０００８】さらに、毎分５００００回転以上という高速域においては、回転子に働く遠心力が大きくなることによる強度アップが必要となり、また遠心形のファンは効率が低下していくという傾向があり、そのためたとえ信頼性についての割り切りを行い、また電動機の効率の低下を許したとしても、ファンの効率もまた低いものとなり、結局はゴミの吸い込み性能の悪い電気掃除機となってしまうという第３の課題もまた有しているものであった。
【０００９】本発明は前記従来の課題を解決するもので、小型、軽量で使い勝手が良く、吸い込み性能の高い電気掃除機を実現することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記第１〜第３の課題を解決するために、巻線を有する固定子と前記固定子の外側に回転自在に設けた回転子を有する電動機と、前記回転子の外側に取り付けられた軸流ファンと、前記軸流ファンの外側に固定して設けられたケースを有する電動送風機を有する構成とすることにより、高効率での高速回転も可能な小型・軽量の電動機とし、使い勝手が良く、吸い込み性能の高い電気掃除機を実現するものである。
【００１１】
【発明の実施形態】本発明の請求項１に記載の発明は、上記課題を解決するために、巻線を有する固定子と前記固定子の外側に回転自在に設けた回転子を有する電動機と、前記回転子の外側に取り付けられた軸流ファンと、前記軸流ファンの外側に固定して設けられたケースを有する電動送風機を有する構成とすることにより、高周波が作用する固定子が小型であって鉄損が少なく、よって高効率での高速回転も可能な小型、軽量の電動機とし、使い勝手が良く、吸い込み性能の高い電気掃除機を実現するものである。
【００１２】また請求項２に記載した発明は、特に、請求項１記載の回転子の回転速度を、毎分５００００回転以上としたことにより、発生トルクが小さい小型の電動機と、小型のファンによる小型の電気掃除機とし、取り分け使い勝手が良いものとすることができるものである。
【００１３】また請求項３に記載した発明は、特に、請求項１または２に記載の固定子とケースをつなぐ棒状の支持体を、通風路内に設けたことにより、圧損の小さい通風路の実現しながら、確実に電動機の支持を行うことができ、効率の高い電気掃除機を実現するものである。
【００１４】また請求項４に記載した発明は、特に、請求項１記載の回転子は、永久磁石と前記永久磁石の外側に設けた継鉄を有し、前記永久磁石が発する磁束は巻線と磁気結合し、前記巻線に電流を供給するインバータ回路を有する構成としたことにより、特に効率が高く、また高速回転における信頼性の確保ができる電気掃除機が実現できるものである。
【００１５】また請求項５に記載した発明は、特に、請求項４記載の固定子は、３個の溝に３本の巻線による３相とし、第１の溝と第２の溝の間に第１の巻線を設け、第２の溝と第３の溝の間に第２の巻線を設け、第３の溝と第１の溝の間に第３の巻線を設け、永久磁石は２極としたことにより、簡単な構成でありながら固定子に作用する周波数を最小限に抑えて鉄損を低減し、また巻線の長さも最小限に抑えて銅損も低減し、結果として低損失の電気掃除機の実現を図るものである。
【００１６】また請求項６に記載の発明は、特に、請求項１記載の巻線に、電流を供給するインバータ回路を有し、前記インバータ回路は、スイッチング素子を有し、前記スイッチング素子は発生する熱をケースに伝え、前記ケースは通風路内を通過する空気に放熱する構成としたことにより、スイッチング素子の冷却を効果的に行い、小型・軽量で信頼性の高い電気掃除機を実現するものである。
【００１７】
【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００１８】（実施例１）図１は、本発明の第１の実施例における電気掃除機の電動送風機の断面図である。
【００１９】図１において、電動送風機１００は、厚さ０．３５ｍｍの無方向性の珪素鋼板を積層して構成した鉄心１０１に巻線１０２を巻いて固定子１０３としており、固定子１０３の外側には、ボールベアリング１０４、１０５によって回転自在に設けた回転子１０６を有する電動機１０７、および回転子１０６の外側に取り付けられた軸流ファン１０８、先端に設けたスピンナ１０９を有している。
【００２０】そしてさらに、軸流ファン１０８の外側には、固定して設けられたアルミニウム製のケース１１０を有したものとなっているものである。
【００２１】本実施例においては、回転子１０６は、永久磁石１１１、１１２と、永久磁石１１１、１１２の外側に設けた鉄板で構成し磁束を通しやすくするための管状の継鉄１１３を有しており、永久磁石１１１、１１２が発する磁束は、巻線１０２と磁気結合しているものとなっている。
【００２２】また、固定子１０３は、中心に回転しない鉄製のシャフト１１４を有しており、固定子１０６のシャフト１１４は、ケース１１０との間に、棒状の支持体１１５を設けて固定されている。
【００２３】なお、ケース１１０と回転子１０６の間の空間は、通風路１１６となり、支持体１１５は通風路１１６内に設けた構成となっているものである。
【００２４】これにより、ほぼ通風路１１６が直線となり、通風路１１６での圧損を最小に抑えた上で、支持体１１５による固定子１０３の支持が行えるものとなり、効率の高い電動送風機１００が実現されるものとなる。
【００２５】さらにまた、本実施例では、シャフト１１４がボールベアリング１０５の部分の前後にて中空となっており、巻線１０２からの配線１１７は、ボールベアリング１０５の少し上に開けられた開口部よりシャフト１１４の中空部を通り、さらに支持体１１５の内部の空洞部分を経て、ケース１１０の外部に引き出されているものとなっている。
【００２６】ただし、アウターロータという構造にする上で、シャフト１１４を固定とすることは必ずしも必要なものではなく、シャフト１１４を回転させるような構造であってもかまわない。
【００２７】本実施例では、インバータ回路１１８が配線１１７の根本に接続されており、巻線１０２には、インバータ回路１１８から電流の供給が、なされるものとなっている。
【００２８】インバータ回路１１８は、例えばバッテリや交流電源を整流した直流電源などを入力して動作し、プリント配線板１１９、ＩＧＢＴによって構成され、プリント配線板１１９にハンダ付けされたスイッチング素子１２０、１２１が、ビス１２２、１２３によって、アルミニウム製のケース１１０の外壁に取り付けられている。
【００２９】したがって、スイッチング素子１２０、１２１から発生する熱はケース１１０に伝えられ、さらにケース１１０から通風路１１６内を通過する空気に放熱する構成となっているものである。
【００３０】なお、図１においては、スイッチング素子数として２個のみを図示しているものとなっているものであるが、一般に直流を入力して３相を出力させるインバータ回路として、６石構成が良く用いられており、そのようなインバータ回路を採用するためには、スイッチング素子数が６個として、それぞれケース１１０にビス等で固定して、各スイッチング素子から発せられる熱を、ケース１１０に伝えるという構成をとるものとなるものであって、スイッチング素子数がいくつであっても、同様である。
【００３１】また、電動機１０７の種類も、永久磁石１１１、１１２を使用した、一般にブラシレスＤＣモータと呼ばれるような本実施例の構成以外に、例えばインダクションモータとし、回転子に短絡導体を有するものもあるが、そのような種類の電動機であっても、インバータ回路の構成部品であるスイッチング素子の冷却が合理的に行われると言う点には、変わりはないものである。
【００３２】また、パワーモジュールと呼ばれるような、複数のスイッチング素子、および場合によっては駆動回路まで含めた構成が１つのパッケージに封入された部品で、装置を構成する場合でも、パッケージごとケース１１０に固定して熱をケース１１０に伝えることができる。
【００３３】ケース１１０に、インバータ回路１１８のスイッチング素子１２０、１２１以外の発熱部品を取り付けても良く、例えばインバータ回路１１８の電源として、例えば１００ボルト６０ヘルツの商用電源からダイオードを使用した整流回路の出力の直流電源としている場合などにおいては、そのダイオードなどから発生する熱を効果的に逃がす構成として、やはりケース１１０へのビス止めなどが適している場合もある。
【００３４】本実施例においては、回転子１０６および軸流ファン１０８の回転速度は、毎分６００００回転としている。
【００３５】図２は、本実施例の電気掃除機の外観図である。
【００３６】図２において、胴部２００には内部に電動機送風機１００などが内臓されている。
【００３７】胴部２００には、管状の延長管２０１、２０２が接続されていて、その先端に床ノズル２０３が連なっている。
【００３８】また、掃除作業がしやすい様、ベルト２０４が胴部２００につながれていて、使用者は肩から下げて使用することができるものとなっている。
【００３９】本実施例では、延長管２０２と床ノズル２０３の間、および延長管２０２と延長管２０１の間は着脱が自在となっており、延長管２０２を取り外すこともできるものとなっている。
【００４０】延長管２０２を取り外した場合、延長管２０１と床ノズル２０３は、やはり脱着自在であり、すなわち延長管２０１の先に床ノズル２０３を、カチッと取り付けることができ、短くしても使用することができることから、例えば自動車の中などのような狭い場所での使用も楽にできるものとなっている。
【００４１】その場合には、バッテリを内蔵したコードレス形のものや、自動車のバッテリからの直流２４ボルト電源を、シガライタなどのプラグから引いてきて、インバータ回路１１８を動作させ使用するものなどとすると、自動車内の床やシートの上などを掃除する際の使い勝手が最高となる。
【００４２】図３は、本実施例の電動送風機１００の断面図を示している。
【００４３】図３において、固定子１０３の鉄心１０１は、０．３５ｍｍの厚さの珪素鋼板を積層して構成されているが、３個の溝３０１、３０２、３０３に３本の巻線による３相とし、第１の溝３０１と第２の溝３０２の間に第１の巻線３０４を設け、第２の溝３０２と第３の溝３０３の間に第２の巻線３０５を設け、第３の溝３０３と第１の溝３０１の間に第３の巻線３０６を設けている。
【００４４】なお、本実施例においては、第１の巻線３０４、第２の巻線３０５、第３の巻線３０６は、いずれも直径１．２ｍｍのエナメル線を２８回巻いて構成しているものを用いている。
【００４５】永久磁石１１１は、ネオジ焼結形の磁石片３１１、３１２によって構成し、内側すなわち固定子１０３に対向する側がＳ極となるように着磁されている。
【００４６】一方、永久磁石１１２は、やはりネオジ焼結形の磁石片３１３、３１４によって構成し、内側すなわち固定子１０３に対向する側がＮ極となるように着磁されている。
【００４７】これにより、磁石片３１１、３１２の繋ぎ目付近、および磁石片３１３、３１４の繋ぎ目付近での若干の磁束密度の低下はあるが、２極の永久磁石１１１、１１２として動作するものとなる。
【００４８】本実施例では、巻線１０２が３相の集中巻となるため、製造しやすく、またコイルエンド部分が短く電動機１０７の軸方向の長さが短く、小型になる上、銅損が少なく効率の高いものとすることができる。
【００４９】また、２極であることから、固定子１０３に作用する磁束および電流の周波数が低く抑えられることから、鉄心１０１の鉄損が抑えられるほか、インバータ回路１１８から出力すべき周波数が低くて済み、構成も簡単となる。
【００５０】また、回転子１０６が固定子１０３の外側にあるアウターロータの構成となっていることから、永久磁石１１１、１１２を構成する磁石片３１１、３１２、３１３、３１４に働く遠心力は、継鉄１１３で受けることができ、インナーロータの場合のような永久磁石の飛散防止のための非磁性ＳＵＳ管なども必要なく、安全に高速回転を行わせることができ、非磁性ＳＵＳ管などによる磁路の磁気抵抗の増大による性能低下や、部品点数の増加もなく構成できるものとなる。
【００５１】また、アウターロータとしていることから、固定子１０３の鉄心１０１に必要な鉄の量が少なくて済むものとなる。
【００５２】特に鉄損を低減しようとする場合、同一周波数・磁束密度であれば、使用する鉄の体積に比例して鉄損が生ずるものとなるが、本実施例では鉄心１０１に使用される鉄の量が少ない分、鉄損が小さくなり有利に作用するものとなる。
【００５３】また、同時に鉄心１０１のコストが安く抑えられるという、優れた効果も生じさせられている。
【００５４】なお、継鉄１１３に作用する磁束は、ほぼ直流であり高周波分はほとんど含まないものであることから、珪素鋼板など高価な材質のものを使用する必要はなく、強度の大きい鉄材を使用したものとなり、軸流ファン１０８となる部分も捻り出しや、削り出しなどの工法により、一体として製造したものとしてもかまわない。
【００５５】発明者らの計算によれば、電気掃除機として吸い込み性能を十分発揮させる設計においては、回転速度を毎分６００００回転、直径５０ｍｍ程度の軸流ファン１０８とした場合、継鉄の厚さが５ｍｍ程度あれば強度的に問題無く、同時に永久磁石１１１、１１２、および巻線１０２の電流による起磁力による磁束密度は、最大条件においてほぼ１テスラ程度となり、磁気的にも構造的にも能力が良く発揮された合理的なものとすることができる。
【００５６】インダクション形の構成とした場合には、回転子内の磁束は直流ではなくなり、スベリ周波数に相当するものとなるが、固定子と比較するとかなり低いことから、やはり固定子に使用する鉄心１０１の損失が低減され、やはりトータルとしての効率が高く得られるという効果が得られるものとなる。
【００５７】図４は、本実施例の電気掃除機の特に胴部２００の部分をカットした状態を示す一部欠載要部断面図である。
【００５８】図４において、ケース１１０から３本の支持体１１５を設け、回転子１０６および軸流ファン１０８を回転駆動させる電動送風機１００を設けている。
【００５９】本実施例においては、支持体１１５は、通過する空気の抵抗をなるべく小さくし、排気側の圧損を抑えるため、断面が飛行機の翼のように流線型をとったものとし、空力学的な性能が相当優れている。
【００６０】そして、電動送風機１００の風上側に集塵用の紙パック３３０を配している。
【００６１】これにより、空気と共に吸い込まれたゴミは、紙パック３３０に捕らえられるものとなり、紙パック３３０がゴミで満たされた場合には、使用者が紙パック３３０を取り出してゴミ箱等に捨て、空の新しい紙パックを装着して、再び使用することができるものとなる。
【００６２】このため、ゴミを捨てる際、手を汚したりすることもなく、手軽に作業が行える電気掃除機とすることができるものとなっている。
【００６３】ただし、紙パック３３０の代わりに集塵部分を持つもの、例えばサイクロンなどを応用したものでもよい。
【００６４】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、使い勝手が良く、吸い込み性能の高い電気掃除機を実現できるものである。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５８２１
【氏名又は名称】松下電器産業株式会社
【住所又は居所】大阪府門真市大字門真１００６番地
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| 【出願日】 |
平成１４年１月１１日（２００２．１．１１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９７４４５
【弁理士】
【氏名又は名称】岩橋 文雄 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００３−２０４９０２（Ｐ２００３−２０４９０２Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年７月２２日（２００３．７．２２） |
| 【出願番号】 |
特願２００２−４１０５（Ｐ２００２−４１０５） |
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