JP4475953B2

JP4475953B2 - 電動送風機

Info

Publication number: JP4475953B2
Application number: JP2003555079A
Authority: JP
Inventors: 克敏藤田; 信人上野; 茂明藤木; 哲夫嶋崎
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2002-12-09
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2022-12-09
Also published as: US20050079069A1; WO2003054394A1; CN1606660A; US7281908B2; JPWO2003054394A1; CN1311166C

Description

本発明は、電気機器等に用いられる電動送風機に関するものである。

近年、電動送風機を構成用件としている電気掃除機などの電気機器では、固定子と回転子とで構成されるモータ部への通電をドライブ回路によって制御するように構成された機器が増えてきている。

このような機器で使用されている電動送風機では、送風能力の出力アップに伴い運転電流が増加するため、ドライブ回路に使用されているパワー素子の発熱量が増加し、前記パワー素子にアルミ等で作られた放熱板を取り付けて素子温度の上昇を抑えているのが現状である。

従来の電動送風機は図１１に示すように構成されている。
モータ部Ａは、一対のブラケット３，４でモーターケーシングＢを形成し、この中に固定子１と回転子２などを組み込んで構成されている。回転子２を回転自在に支持してモーターケーシングＢの外側に延びた出力軸５の先端には回転ファン６を取り付け、回転ファン６と固定子１および回転子２との間を仕切るようにしてエアーガイド７を取り付け、これら回転ファン６およびエアーガイド７を覆うように回転ファン６の吸入口１２に対応した開口部を設けたファンケース８を取り付け、回転ファン６の吐出口１３の空気を、前記モーターケーシングＢの内側を介して吐出するように送風経路Ｃが形成されている。

そして、モータ部Ａへの通電を制御するドライブ回路９をモーターケーシングＢの近傍に配置した放熱器１１に取り付けて熱結合し、ドライブ回路９のパワー素子１０の発熱を放熱器１１に放熱し、放熱器１１はブラケット４に形成された吐出口１４から吐き出される空気流Ｄに接触して強制空冷されて温度の上昇が抑えられている。

具体的には、前記モータ部Ａが３相ブラシレスモータの場合には、各相への通電を制御する複数個のパワー素子１０が、放熱器１１に取り付けられている。
上記のようにしてなる電動送風機を搭載した電気機器において、ドライブ回路９やパワー素子１０を効率よく冷却するには、放熱器１１に接触して通過する空気流Ｄの風量を増加させたり、放熱器１１のフィンの大きさ自身を増加させたりするのが一般的である。
実開昭６４−４８９７号公報欧州特許出願公開第１１３８２４２号公報特開平０２−２０４６９９号公報特開平０３−１７８６１９号公報特開平０３−１１１７００号公報特開２００２−３１０８４号公報特開２００２−４８０９９号公報

このように、放熱器１１に接触して通過する風量を増加させることによってモータ部Ａの固定子１と回転子２の側に流れる風量が減少してモータ部Ａの冷却不足が発生する。また、放熱器１１のフィンの大きさ自身を増加させた場合には、電気機器の大きさ自身が大きくなってしまう問題がある。

本発明は上記従来の課題に鑑みなされたものであり、モータ部Ａを十分に冷却することができ、しかも放熱器１１のフィンの大きさを増加させるなどのことを実施することなく、ドライブ回路９のパワー素子１０を効率よく冷却でき、電気機器の小型化に寄与できる構造の電動送風機を提供することを目的とする。

上記課題点を解決するために、本発明の電動送風機はドライブ回路のパワー素子をモーターケーシングに取り付けて、モーターケーシングとは別体の放熱器を不要にしたことを特徴とする。

本発明の電動送風機は、モーターケーシングの内側に固定子とこの固定子に対向して回転自在の回転子とを設け、前記回転子を回転自在に支持して前記モーターケーシングの外側に延びた出力軸の先端に回転ファンを取り付け、前記回転ファンの吸入口に対応した開口部を持つファンケースを前記回転ファンを覆うように前記モーターケーシングの外周部に固定し、前記回転ファンの吐出口の空気を前記モーターケーシングの内側を介して吐出する送風経路を形成するとともに、前記固定子と回転子とで構成されるモータ部への通電を制御するドライブ回路を、前記モーターケーシングの前記回転ファンとは反対側の外側の端面に取り付け、前記ドライブ回路に接続されて前記モータ部への通電を制御するパワー素子を、前記モーターケーシングの外周面へ外側から取り付けて熱結合し、前記モーターケーシングに形成された送風口から吐出した空気流を前記パワー素子に接触させるとともに、前記モーターケーシングには前記送風口の周りに前記パワー素子に向かって延びる風向ガイドを形成したことを特徴とする。

また、複数相の電流を通電してモータ部を運転するとともに、各相ごとに前記パワー素子としてトップドライブ用とボトムドライブ用を一対としてモーターケーシングに配設したことを特徴とする。

また、３相の電流を通電してモータ部を運転するとともに、各相ごとに前記パワー素子としてトップドライブ用とボトムドライブ用を一対として１２０°間隔でモーターケーシングに配設したことを特徴とする。

また、３相の電流を通電してモータ部を運転するとともに、各相ごとに前記パワー素子としてトップドライブ用とボトムドライブ用を設け、前記パワー素子を６０°間隔でモーターケーシングに配設したことを特徴とする。

以上のように本発明の電動送風機によれば、モータ部を運転することにより発生する吐出風により、ドライブ回路が冷却されるとともに、モーターケーシングがパワー素子用の冷却フィンの代わりになるため、冷却に対し大きな効果を得ることが可能で、放熱性に優れた電動送風機を得ることができる。

また、このような効果を有する電動送風機を電気掃除機等の電気機器に搭載することで、この電気機器の信頼性を向上させることができる。

以下、本発明の電動送風機を各実施の形態に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１〜図７は本発明の（実施の形態１）を示す。

図１は（実施の形態１）の電動送風機の半断面図を示している。この電動送風機は、アルミ材で形成された一対のブラケット（第１，第２のブラケット）３，４によってモーターケーシングＢが形成されている。モーターケーシングＢには、固定子１と、この固定子１に対向して固定子１の中に設けられ一方がブラケット３から長手方向に延びた出力軸５を有し回転自在にモーターケーシングＢに支持された回転子２が組み込まれている。モーターケーシングＢの外側に延びた出力軸５の先端には回転ファン６が取り付けられており、回転ファン６と固定子１および回転子２との間を仕切るようにエアーガイド７を取り付け、さらに、ケーシング３の外周部に、回転ファン６の吸入口に対応した開口部を持つファンケース８を、回転ファン６を覆うように固定して取り付けている。

モーターケーシングＢに内蔵された前記固定子１と回転子２とで構成されるモータ部Ａへの通電を制御するドライブ回路９は、モーターケーシングＢの前記回転ファン６とは反対側の外側の端面に形成されたボス部１５にビス１６で取り付けられている。

モータ部Ａを運転して回転ファン６が回転すると、回転ファン６の吸入口１２から吸い込んだ空気が、矢印Ｃで示すようにエアーガイド７を介してモーターケーシングＢの内側に流れ込んで、一部はブラケット４に形成された送風口１４（図２の斜視図を参照）から吐出する。残りは固定子１と回転子２を冷却し、ブラケット４に形成された吐出口１７から吐出される。

図３は３相ブラシレスモータの場合のモータ部Ａとドライブ回路９の電気回路の要部を示している。この図３のトランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６が前記パワー素子１０であって、固定子１の各相Ｕ，Ｖ，Ｗのスイッチング回路は、次のように構成されている。

Ｕ，Ｖ，Ｗの固定子巻線Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１の一端は中点Ｏで互いに接続されている。電源ライン（＋）と電源ライン（−）との間には、トランジスタＱ１とＱ４の直列回路と、トランジスタＱ２とＱ５の直列回路と、トランジスタＱ３とＱ６の直列回路が接続されており、トランジスタＱ１とＱ４との接続点にＵ相の固定子巻線Ｕ１の他端が接続され、トランジスタＱ２とＱ５との接続点にＶ相の固定子巻線Ｖ１の他端が接続され、トランジスタＱ３とＱ６との接続点にＷ相の固定子巻線Ｗ１の他端が接続されている。電源ライン（＋）の側に接続されたトランジスタＱ１〜Ｑ３がトップドライブ素子ＴＤＥである。電源ライン（−）の側に接続されたトランジスタＱ４〜Ｑ６がボトムドライブ素子ＢＤＥである。

図４はトランジスタＱ１〜Ｑ３の各ゲートに印加されるトップドライブ信号ＴＤＵ，ＴＤＶ，ＴＤＷと、トランジスタＱ４〜Ｑ６の各ゲートに印加されるボトムドライブ信号ＢＤＵ，ＢＤＶ，ＢＤＷを供給したときに、固定子巻線Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１に通電される電流波形を示している。

具体的には、トランジスタＱ１〜Ｑ６は、それぞれゲートに供給されたドライブ信号ＴＤＵ，ＴＤＶ，ＴＤＷ，ＢＤＵ，ＢＤＶ，ＢＤＷがＨレベルの時に出力回路がオンする。０°〜６０°の範囲であれば、トップドライブ信号ＴＤＵとボトムドライブ信号ＢＤＷがＨレベルになっているので、トランジスタＱ１，Ｑ６がオン状態となって、電源ライン（＋）からトランジスタＱ１を介して固定子巻線Ｕ１ならびに固定子巻線Ｗ１を経てトランジスタＱ６から電源ライン（−）への経路で通電される。このようにして、それぞれのドライブ信号に従ってトランジスタＱ１〜Ｑ６がオン／オフして回転磁界を形成して回転子２が回転する。

トランジスタＱ１〜Ｑ６は図５に示すようにブラケット４の外周面に形成されたマウント部１８に、ブラケット４の外側からビス１９で取り付けて熱結合されている。
このように構成したため、トランジスタＱ１〜Ｑ６で発生する熱はブラケット４に放熱されると共に、前記送風口１４から吐出する空気流によって強制空冷され、従来のようなモーターケーシングＢとは別体の大きな形状の放熱器１１を使用しなくても、固定子１と回転子２ならびにトランジスタＱ１〜Ｑ６を効率よく冷却することができ、電気機器の小型化に寄与できる構造の電動送風機を実現できる。

なお、図５ではトップドライブ用とボトムドライブ用のトランジスタを一対として、トランジスタＱ１とＱ４，Ｑ２とＱ５，Ｑ３とＱ６を９０°間隔に配置するように前記マウント部１８をブラケット４に形成した場合を説明したが、図６に示すように１２０°間隔に配置するように前記マウント部１８をブラケット４に形成したり、図７に示すように各トランジスタＱ１〜Ｑ６を６０°間隔で配設するように前記マウント部１８をブラケット４に形成して構成することもできる。

この場合は、各相のトップドライブ用とボトムドライブ用の一対のパワー素子１０のどちらか一方をスイッチングした場合、スイッチングするパワー素子１０を一カ所に配設した場合と比較し、温度上昇を均一化できるため、放熱面積として作用するブラケット４の大きさが同じであっても十分な放熱効果を得ることができ、ブラケット３，４の熱分布を均一化できる。

（実施の形態２）
図８と図９は本発明の（実施の形態２）を示す。
この（実施の形態２）では（実施の形態１）のブラケット４の一部に風向ガイド２０が追加されている点だけが異なり、その他は（実施の形態１）と同様である。

風向ガイド２０は、ブラケット４の送風口１４の周りにパワー素子１０に向かって延びるように形成されており、送風口１４から吐出され風向ガイド２０によってガイドされた空気流Ｄがパワー素子１０に接触して冷却効率を向上させるのに役立っている。

（参考の形態）
図１０は（参考の形態）を示す。
（実施の形態１）（実施の形態２）では、ドライブ回路９はモーターケーシングＢの外側に取り付けられていたが、この（参考の形態）では、モーターケーシングＢの内側にドライブ回路９が取り付けられている点が異なっている。

詳しくは、ブラケット３，４によって固定子１と回転子２とで構成されるモータ部Ａを包む前記モーターケーシングＢを形成し、前記ファンケース８の外周部をブラケット４に連結してブラケット４とファンケース８とで囲まれる内側にブラケット３を配置し、モーターケーシングＢの内側に前記ドライブ回路９を組み込むとともに、前記パワー素子１０を、ブラケット４とファンケース８とで囲まれる内側でブラケット３にビス２１で取り付けて熱結合されている。

ブラケット３への複数個のパワー素子１０の取り付け配置は、（実施の形態１）を示す図５または図６または図７のいずれかと同様に、９０°，１２０°，６０°の間隔でブラケット３に取り付ける。

このように構成したため、パワー素子１０（トランジスタＱ１〜Ｑ６）で発生する熱はブラケット３に放熱されると共に、モーターケーシングＢに吹き込む空気流によって強制空冷され、従来のようなモーターケーシングＢとは別体の大きな形状の放熱器１１を使用しなくても、固定子１と回転子２ならびにパワー素子１０を効率よく冷却することができ、電気機器の小型化に寄与できる構造の電動送風機を実現できる。

なお、上記の各実施の形態では、電動送風機のモータ部Ａはブラシレスモータである場合を例に挙げて説明したが、スィッチドリラクタンスモータであっても同様の構成および効果を得ることができる。

本発明の電動送風機の（実施の形態１）の半断面図である。同実施の形態のブラケット４の斜視図である。同実施の形態の回路図である。同実施の形態のドライブ回路の要部波形図である。本発明の一対のパワー素子を９０°間隔で配設した図である。本発明の一対のパワー素子を１２０°間隔で配設した図である。本発明のパワー素子を６０°間隔で配設した図である。本発明の電動送風機の（実施の形態２）の半断面図である。同実施の形態のブラケット４の斜視図である。本発明の電動送風機の（参考の形態）の半断面図である。従来の電動送風機の半断面図である。

符号の説明

１・・・固定子
２・・・回転子
３・・・第１のブラケット
４・・・第２のブラケット
５・・・出力軸
６・・・回転ファン
８・・・ファンケース
９・・・ドライブ回路
１０・・・パワー素子
１２・・・吸入口
１７・・・吐出口
１４・・・送風口
Ａ・・・モータ部
Ｂ・・・モーターケーシング

Claims

モーターケーシングの内側に固定子とこの固定子に対向して回転自在の回転子とを設け、前記回転子を回転自在に支持して前記モーターケーシングの外側に延びた出力軸の先端に回転ファンを取り付け、前記回転ファンの吸入口に対応した開口部を持つファンケースを前記回転ファンを覆うように前記モーターケーシングの外周部に固定し、前記回転ファンの吐出口の空気を前記モーターケーシングの内側を介して吐出する送風経路を形成するとともに、
前記固定子と回転子とで構成されるモータ部への通電を制御するドライブ回路を、前記モーターケーシングの前記回転ファンとは反対側の外側の端面に取り付け、
前記ドライブ回路に接続されて前記モータ部への通電を制御するパワー素子を、前記モーターケーシングの外周面へ外側から取り付けて熱結合し、
前記モーターケーシングに形成された送風口から吐出した空気流を前記パワー素子に接触させるとともに、前記モーターケーシングには前記送風口の周りに前記パワー素子に向かって延びる風向ガイドを形成した電動送風機。
複数相の電流を通電してモータ部を運転するとともに、各相ごとに前記パワー素子としてトップドライブ用とボトムドライブ用を一対として配設した
請求項１に記載の電動送風機。
３相の電流を通電してモータ部を運転するとともに、各相ごとに前記パワー素子としてトップドライブ用とボトムドライブ用を一対として１２０°間隔に配設した
請求項２に記載の電動送風機。
３相の電流を通電してモータ部を運転するとともに、各相ごとに前記パワー素子としてトップドライブ用とボトムドライブ用を設け、前記パワー素子を６０°間隔で配設した
請求項１に記載の電動送風機。
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の電動送風機を吸込み用電動機送風機として使用した電気機器。