JP4851801B2 - 電動送風機および電気掃除機 - Google Patents

Description

本発明は、遠心ファンから吹き出された空気をモータ側へと整流する整流板を有する電動送風機およびこれを備えた電気掃除機に関する。

従来、例えば電気掃除機に用いられるこの種の電動送風機は、回転軸を有するモータと、このモータの回転軸に取り付けられる遠心ファンと、これらモータと遠心ファンとの間に配設された整流板とを備えている。

そして、整流板は、モータの回転軸が貫通される円板状の整流板本体の一主面に、平面渦巻状の壁状に上流整流板が突設されているとともに、整流板本体の他主面に、上流整流板と反対方向の平面渦巻状の壁状に下流整流板が突設され、遠心ファンから外周に吹き出された空気を、上流整流板により整流板本体の外周縁側へと整流し、この整流された空気を、整流板本体の外周縁を介して下流整流板によりモータ側へとさらに整流して、この空気の一部によりモータを冷却している。

ところで、近年、環境問題に対する取り組みとして、エネルギ資源のより一層の有効利用が望まれてきており、また、電気掃除機などにおいては、より一層のハイパワー化が望まれてきていることから、この種の電動送風機においては、効率の一層の向上が必要となってきている。

一方で、電動送風機の出力を向上する場合には、駆動音などの騒音の低減が必要となる。

そこで、遠心ファンの径寸法を９０ｍｍ〜１００ｍｍとし、この遠心ファンのファン翼を９枚設け、整流板本体の径寸法を１１０ｍｍ〜１２０ｍｍとして、上流整流板を１３枚設け、下流整流板を１６枚設けて、効率の低下を防止しつつ騒音を低減した電動送風機が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−１２３８０号公報（第３−５頁、図５−８）

しかしながら、上述の電動送風機では、効率の向上および静音化に対して一定の効果を有するものの、その効果は充分とは言えず、効率の一層の向上および一層の静音化が望まれている。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、効率を向上しつつ静音化した電動送風機およびこれを備えた電気掃除機を提供することを目的とする。

本発明は、遠心ファンとモータとの間に配設された整流板が、回転軸が貫通される略円板状の整流板本体の一主面の周縁部に平面渦巻状の壁状かつ略等間隔に複数突設され、遠心ファンの外周に対向し、この遠心ファンから吹き出された空気を整流板本体の周縁側へと整流する上流整流板と、整流板本体の他主面の周縁部から上流整流板と反対方向の平面渦巻状の壁状かつ略等間隔に複数突設され、各上流整流板により整流された空気をモータ側へと整流する下流整流板とを備え、下流整流板の枚数が、上流整流板の枚数に対して非整数倍、かつ、この上流整流板の枚数よりも多く形成され、下流整流板の流入側の縁部と隣接する下流整流板との間の最短距離位置での各開口面積が、上流整流板の流出側の縁部と隣接する上流整流板との間の最短距離位置での各開口面積よりも大きく形成されているものである。

本発明によれば、下流整流板の枚数を上流整流板の枚数に対して非整数倍、かつ、この上流整流板の枚数よりも多く形成するとともに、下流整流板の流入側の縁部と隣接する下流整流板との間の最短距離位置での各開口面積を上流整流板の流出側の縁部と隣接する上流整流板との間の最短距離位置での各開口面積よりも大きく形成することで、効率を向上できるとともに静音化が可能になる。

以下、本発明の一実施の形態の電気掃除機の構成を図１ないし図５を参照して説明する。

図５において、１は電気掃除機で、この電気掃除機１は、重力により塵埃を分離するいわゆるサイクロン方式であり、被掃除面としての床面を走行可能である。また、この電気掃除機１は、本体用ケース体２と、この本体用ケース体２の上部前側に後部が回動可能に連結して回動によりこの本体用ケース体２の前側上部を開閉可能に覆う蓋体３とを備えた本体ケース４を有する掃除機本体５を備えている。さらに、本体用ケース体２の内部には、図１に示すように、電動送風機６が収容されている。

そして、本体ケース４には、電動送風機６の吸込側に連通する集塵装置としてのダストカップ９が着脱可能に取り付けられている。このダストカップ９は、電動送風機６による吸込風とともに吸い込んだ塵埃を内部で旋回させて、この塵埃を自重による遠心分離により落下させて集塵し、電動送風機６へと吸い込ませたくない比較的粒子が大きく質量の大きな塵埃を捕捉するものである。

蓋体３の前側には、ダストカップ９の吸込側に連通する本体吸込口11が開口形成されている。この本体吸込口11には、ホース体12、延長管13および床ブラシ14が順次連通接続されている。そして、ホース体12と延長管13との接続部には、手元操作部15が設けられ、この手元操作部15には、電動送風機６などの動作モードを設定する複数の設定ボタン16が設けられている。

さらに、本体ケース４には、外部の商用交流電源から電動送風機６などに給電する図示しない電源コードが導出されている。

そして、電動送風機６は、図１に示すように、この電動送風機６は、モータ21が略有底円筒状の本体ケース22内に配設されているとともに、この本体ケース22の外部に、整流用の整流板としてのディフューザ23と、モータ21により回転される遠心ファン24とがモータ21側から順次取り付けられ、かつ、この遠心ファン24が略円筒状のファンカバー25により覆われている。なお、以下、図１に示す上下方向を電動送風機６の前後方向として説明する。

本体ケース22には、前端面にケース開口部27が形成されているとともに、このケース開口部27の周囲に外周方向に向けて突出する断面略Ｌ字状のフランジ部28が屈曲形成されている。また、この本体ケース22の軸方向の他端である後端面は後板部29により閉塞されているとともに、この後板部29の中央部が後方に向けて略円筒状に突出し内周面側にベアリング31をベアリングキャップ32およびスラストばね33を介して収容するモータヘッド部34が設けられている。

さらに、本体ケース22の後部近傍の周面には、略径方向に位置して排気口としての一対の吹出口36が開口形成されている。

また、本体ケース22の前端部には、整流板保持体としての長手板状のディフューザ保持体38が本体ケース22の径方向に架橋してケース開口部27の一部を覆うようにねじなどにて取り付けられている。そして、ディフューザ保持体38の略中央には、前方に向けて略円筒状に突出し内周側にベアリング31を収容し略中央に通孔41を開口する軸受部42が設けられている。なお、ディフューザ保持体38にて覆われていない本体ケース22のケース開口部27が通風口43となる。

モータ21は、本体ケース22に固定された略筒状の固定子としてのフィールド45と、このフィールド45の内側に配設された回転子としての電気子であるアーマチュア46とを有している。そして、アーマチュア46は、軸心に設けられた回転軸としてのロータ軸48の両端部がベアリング31，31に回転自在に軸支されて本体ケース22内に略同軸上に配設されている。

さらに、本体ケース22には、一対のブラシ機構51が略径方向に位置してこの周面から一部突出してねじなどにより固定されている。そして、これらブラシ機構51は、アーマチュア46に設けられた整流子52に摺接するカーボンブラシ53と、このカーボンブラシ53を保持するブラシ保持器54とを有している。このブラシ保持器54は、長手方向をロータ軸48の軸方向に略直交する方向に支持され、かつ、一部を本体ケース22の外側に突出した状態で支持されている。そして、カーボンブラシ53がブラシ保持器54により押圧されて整流子52に摺接することにより、カーボンブラシ53と整流子52とが互いに電気的に導通するようになっている。

ディフューザ23は、ディフューザ保持体38の前側に、例えばねじなどにて固定され、本体ケース22のケース開口部27を覆って閉塞している。そして、このディフューザ23は、図２ないし図４に示すように、所定の径寸法を有する整流板本体としてのディフューザ本体56と、このディフューザ本体56の前側の主面から前側すなわち遠心ファン24側に突設された上流整流板57と、ディフューザ本体56の後側の主面から後側すなわちモータ21側に突設された下流整流板58とを有している。

ディフューザ本体56は、略中心にディフューザ保持体38の軸受部42を嵌挿する略円形の貫通孔61が設けられている。ここで、電気掃除機１(図５)の電動送風機６としては、掃除作業の際に、掃除機本体５が引きずられて移動、あるいは掃除作業者が直接持って移動させて掃除することから、ある程度の大きさに制約され、かつ、塵埃を確実に吸い込んで捕捉できるだけの吸込仕事率も必要となるから、ディフューザ本体56は、例えば径寸法１１０ｍｍ以上１２０ｍｍ以下、具体的には１１４ｍｍに形成されている。

また、このディフューザ本体56の周縁には、周方向に沿って次第に中心側に幅広となるように略三角形状の切欠部62が等間隔で複数切欠形成され、周縁が鋸刃のようなぎざぎざ状となっている。

上流整流板57は、中心から遠心ファン24の径寸法より若干大きい寸法の距離を介した周縁近傍に、ディフューザ本体56に対して略垂直な円弧壁状に形成され、かつ、平面渦巻状に複数、互いに略等間隔に配置されている。

また、これら上流整流板57は、ディフューザ本体56の中心側に位置する端部縁が遠心ファン24に対向し、上流整流板57の内側に略円筒状に遠心ファン24を収容するファン収容部64が区画される。

そして、上流整流板57は、ディフューザ本体56の周縁側の端部が切欠部62にて切り欠かれていない位置のディフューザ本体56の外周縁に位置し、上流整流板57，57間にディフューザ本体56の外周方向に次第に幅広となり切欠部62に連続する案内風路66を区画形成する。

ここで、上流整流板57のディフューザ本体56からの突出量は、大きくなるに従い風量が増し、小さくなるに従い真空度が増すので、本実施の形態では、上流整流板57のディフューザ本体56からの突出寸法t1(図３)を、従来の電動送風機の上流整流板のディフューザ本体からの突出寸法である９．５〜１０ｍｍよりも抑制した所定量、例えば９ｍｍに設定している。

また、上流整流板57には、ディフューザ本体56の外周側に位置する端部で外側に位置する縁に、ディフューザ本体56の外周の曲率に沿って切り欠き形成された当接面68が設けられている。さらに、上流整流板57には、ディフューザ本体56の中心側となるファン収容部64側に位置する端部でかつ外側に位置する縁部に、中心側に従って肉薄に形成され縁部分で乱流を生じることなく空気を案内風路66に案内する案内傾斜面69が設けられている。

ここで、上流整流板57の枚数が少なく案内風路66，66の幅寸法が広くなると、遠心ファン24から吹き出される空気が効率よく渦巻状にディフューザ本体56の外周側に案内されなくなり、電動送風機効率が低下する一方で、上流整流板57の枚数が多くなって案内風路66の幅寸法が広くなると、流過する空気との摩擦抵抗が大きくなって電動送風機効率が低下するとともに騒音が大きくなる。したがって、上流整流板57は、例えば１３枚に設定することで、電動送風機効率を確保しつつ騒音を最大限に低減可能となっている。

一方、下流整流板58は、ディフューザ本体56に対して略垂直な円弧壁状に形成され、かつ、上流整流板57の渦巻方向と逆方向に平面渦巻状に複数、互いに略等間隔に配置され、これら下流整流板58，58間に流過風路71が区画形成されている。

また、下流整流板58には、ディフューザ本体56の外周側に位置する端部でかつ外側に位置する縁部に、ディフューザ本体56の外周の曲率に対して略平行に切り欠き形成され縁部分で乱流を生じることなく空気を流過風路71に案内する流過傾斜面72が設けられている。

そして、下流整流板58は、ディフューザ本体56からの突出寸法t2(図３)が所定量、例えば１３ｍｍに設定されている。すなわち、下流整流板58は、ディフューザ本体56からの突出量が上流整流板57の突出量よりも大きく、約１．４４倍に設定されている。

ここで、これら下流整流板58は、上流整流板57の枚数の非整数倍、かつ、この上流整流板57の枚数よりも多く形成されている。これら下流整流板58は、例えば１６枚とした場合に騒音の最大値が低く、ピーク状の所定の周波数帯で強く現れる騒音も少なかったため、１６枚に設定することで、電動送風機効率を確保しつつ騒音を最大限に低減可能となっている。

このため、図４に示すように、下流整流板58，58のピッチP1は、上流整流板57，57のピッチP2よりも小さく、かつ、ピッチP2はピッチP1の非整数倍となっている。したがって、下流整流板58の流入側である上流側の各開口H1と、この開口H1近傍の上流整流板57の流出側である下流側の各開口H2との位置は、ディフューザ23の周方向に相対的にずれるように構成されている。

さらに、下流整流板58の上流側の各開口H1の開口面積S1、すなわち、下流整流板58，58の外周縁部間の断面積は、上流整流板57の下流側の各開口H2の開口面積S2、すなわち、上流整流板57，57の外周縁部間の断面積よりも大きく形成されている。具体的に、開口面積S1は、下流整流板58のディフューザ本体56からの突出寸法t2(図３)である１３ｍｍと、下流整流板58，58の外周縁部間の最短距離である４ｍｍとの積、すなわちS1＝１３×４＝５２ｍｍ^２に設定され、開口面積S2は、上流整流板57のディフューザ本体56からの突出寸法t1(図３)である９ｍｍと、上流整流板57，57の外周縁部間の最短距離である４．５ｍｍとの積、すなわちS2＝９×４．５＝４０．５ｍｍ^２に設定されている。したがって、下流整流板58の上流側の開口の総面積は、S1×１６＝８３２ｍｍ^２、上流整流板57の下流側の開口の総面積は、S2×１３＝５２６．５ｍｍ^２となっており、下流整流板58の上流側の総開口面積が、上流整流板57の上流側の総開口面積の約１５８％となっている。

図１に戻って、遠心ファン24は、回転により生じる空気との摩擦により発生する熱に対して耐熱性を有し、回転の際の慣性や重量などを考慮して、例えばアルミニウム合金などにて形成されており、円板状の下板75と、この下板75に所定の間隙を介して対向する上板76と、これら下板75と上板76との間に接合されたファン翼77とを有している。

下板75は、略円板状で略中央にモータ21のロータ軸48が嵌挿する図示しない嵌挿孔が穿設され、径寸法が例えば９０ｍｍ以上１００ｍｍ以下、具体的には約９５ｍｍに形成されている。なお、この下板75の径寸法は、ディフューザ23のディフューザ本体56の径寸法と同様に、電気掃除機１(図５)の電動送風機６としての大きさの制約などにより設定されている。

上板76は、下板75に対して、例えば空気の出口である外周縁の部分における対向寸法が約８ｍｍの間隙を有するように配設されている。また、この上板76は、下板75と略同径の略円板状で中心部分が一面側に湾曲して下板側に向けて拡開状に形成され、中心に通風口79が形成されている。

ファン翼77は、長手方向の両側縁をそれぞれ下板75および上板76に接合して壁状に形成され、遠心ファン24のファン翼77の渦巻方向と逆方向に形成されている。また、このファン翼77は、長手方向の両側縁に下板75および上板76にそれぞれ設けられたスリットに挿入され下板75と上板76とに溶接などにより接続される図示しない爪部が複数突設されている。そして、このファン翼77が下板75と上板76との間に連結して一体的に接続されることで、対向する下板75および上板76とファン翼77とにより、渦巻状の吸気風路81が複数区画形成される。

ここで、上流整流板57を１３枚に設定して電動送風機効率と騒音との関係について実験した結果、ファン翼77の枚数が９枚よりも少ない方が電動送風機効率が高くなる傾向ではあるが、同時に騒音が大きく、特に所定の周波数での騒音が大きくなるピーク状の部分が多く認められ、かつ、電動送風機６への入力電圧が小さい段階での騒音の上昇率が大きい、すなわちピークの傾斜が大きく、少ない入力電圧の段階から大きな騒音となる傾向が認められる。特に、ファン翼77が７枚および８枚のものは騒音の上昇率が大きい。

したがって、これら電動送風機効率および騒音特性により、上記のディフューザ23および遠心ファン24などの径寸法の条件では、ファン翼77を９枚に設定することが好ましい。

そして、遠心ファン24は、ロータ軸48に嵌合するスリーブ84と、このロータ軸48の前部側に形成されたねじ部85に螺合する六角ナット86とにより、ワッシャ87，87を介して挟持され、アーマチュア46の前端部に固定されている。

なお、この遠心ファン24は、ロータ軸48の回転により、ファン翼77の中心方向への渦巻方向に回転する。

そして、ファンカバー25は、本体ケース22のフランジ部28の外周部に嵌合され、このファンカバー25により遠心ファン24が覆われている。このファンカバー25は、前面の中央部に遠心ファン24の通風口79に対向する吸気口88を開口形成するとともに、後面の全面に後部開口部89を開口形成して略円筒状に形成されている。さらに、このファンカバー25は、その内径が１１５ｍｍ以上１２５ｍｍ以下に設定されている。なお、このファンカバー25の内径寸法は、ディフューザ23のディフューザ本体56の径寸法および遠心ファン24の径寸法と同様に、電気掃除機１(図５)の電動送風機６としての大きさの制約などにより設定されている。

次に、上記一実施の形態の動作を説明する。

掃除の際には、本体ケース４にダストカップ９を取り付け、本体吸込口11にホース体12、延長管13および床ブラシ14を順次連通接続した後、本体ケース４から導出した電源コードを商用交流電源のコンセントに接続し、手元操作部15を把持して所定の設定ボタン16を操作することで、商用交流電源からの給電により電動送風機６のモータ21が駆動して、遠心ファン24が回転し、床ブラシ14の先端から空気を吸い込む。

作業者は、この床ブラシ14を床面上に接地して前後に操作することで、床面上の塵埃を空気とともに床ブラシ14の先端から吸い込む。

この吸い込まれた塵埃は、空気とともに延長管13、ホース体12および本体吸込口11を介してダストカップ９に吸い込まれ、このダストカップ９内で空気からサイクロン分離され、このダストカップ９内に集塵される。

塵埃を除去された空気は、電動送風機６のファンカバー25の吸気口88を経由して遠心ファン24の通風口79に吸い込まれ、この遠心ファン24のファン翼77に沿って吸気風路81を、この遠心ファン24の外周側へと移動し、外方に向けて吹き出される。

この遠心ファン24の外周から吹き出された空気は、対向するディフューザ23の上流整流板57，57にて案内されて各案内風路66を渦巻状に通過して開口H2からディフューザ本体56の外周側に流過する。

さらに、このディフューザ本体56の外周側に流過した空気は、切欠部62を介してディフューザ本体56の後面側に流過し、開口H1から下流整流板58，58間の流過風路71へと案内され、この流過風路71を流過し、渦巻状にディフューザ23の中心に向けて流れ、ディフューザ23の後面側に位置する本体ケース22の通風口43から本体ケース22内に流入し、モータ21を冷却しつつ流過して吹出口36から排気される。

上述したように、上記一実施の形態によれば、下流整流板58の枚数を上流整流板57の枚数に対して非整数倍、かつ、この上流整流板57の枚数よりも多く形成することで、ピッチP1とピッチP2とがずれるので、遠心ファン24の回転音および風切り音などをピッチP1，P2のずれにより打ち消して静音化できるとともに、下流整流板58の上流側の各開口面積S1を上流整流板57の流出側の開口面積よりも大きく形成することで、上流整流板57の開口H2から吹き出された空気が効率よく下流整流板58の開口H1から吸い込まれるので、電動送風機６の効率を向上できる。

また、ディフューザ23において、ディフューザ本体56の径寸法を１１０ｍｍ以上１２０ｍｍ以下に設定し、上流整流板57を１３枚に設定し、下流整流板58を１６枚に設定することで、電動送風機６の効率を低下させることなく、最大限に静音化できる。

さらに、遠心ファン24の径寸法を９０ｍｍ以上１００ｍｍ以下とし、ファン翼77を９枚形成することで、電動送風機６の効率を低下させることなく、より静音化できる。

そして、従来の電動送風機よりも上流整流板57の突出量を抑制した上記電動送風機６をサイクロン式の電気掃除機１に適用することで、真空度を増すことができ、効率よくサイクロン分離できるとともに、吸込仕事率を向上できる。

なお、上記一実施の形態において、電動送風機６は、電気掃除機１以外にも、例えば産業用ブロワなど、他の様々なものへ適用可能である。

また、電気掃除機としては、キャニスタ型に限らず、例えば自走式の電気掃除機などでもよく、また、例えば床ブラシ14が掃除機本体５の下面に直接形成されたアップライト型、あるいはハンディ型などであっても対応させて用いることができる。

本発明の一実施の形態の電動送風機を示す分解斜視図である。 同上電動送風機を示す平面図である。 同上電動送風機を示す側面図である。 同上電動送風機の一部を拡大して示す斜視図である。 同上電動送風機を備えた電気掃除機を示す斜視図である。

符号の説明

１ 電気掃除機
５ 掃除機本体
６ 電動送風機
21 モータ
23 整流板としてのディフューザ
24 遠心ファン
45 固定子としてのフィールド
46 回転子としてのアーマチュア
48 回転軸としてのロータ軸
56 整流板本体としてのディフューザ本体
57 上流整流板
58 下流整流板
77 ファン翼

Claims (4)

1. 固定子と、回転軸を有し前記固定子に対して回転可能な回転子とを備えたモータと、
   前記回転軸の一端側に設けられた遠心ファンと、
   この遠心ファンと前記モータとの間に配設された整流板とを具備し、
   前記整流板は、
   前記回転軸が貫通される略円板状の整流板本体と、
   この整流板本体の一主面の周縁部に平面渦巻状の壁状かつ略等間隔に複数突設され、前記遠心ファンの外周に対向し、この遠心ファンから吹き出された空気を前記整流板本体の周縁側へと整流する上流整流板と、
   前記整流板本体の他主面の周縁部から前記上流整流板と反対方向の平面渦巻状の壁状かつ略等間隔に複数突設され、前記各上流整流板により整流された空気を前記モータ側へと整流する下流整流板とを備え、
   前記下流整流板の枚数は、前記上流整流板の枚数に対して非整数倍、かつ、この上流整流板の枚数よりも多く形成され、
   前記下流整流板の流入側の縁部と隣接する前記下流整流板との間の最短距離位置での各開口面積は、前記上流整流板の流出側の縁部と隣接する前記上流整流板との間の最短距離位置での各開口面積よりも大きく形成されている
   ことを特徴とした電動送風機。
2. 上流整流板は、整流板本体の一主面から９ｍｍ突出し、
   下流整流板は、前記整流板本体の他主面から１３ｍｍ突出している
   ことを特徴とした請求項１記載の電動送風機。
3. 整流板本体は、径寸法が１１０ｍｍ以上１２０ｍｍ以下に形成され、
   上流整流板は、１３枚形成され、
   下流整流板は、１６枚形成され、
   遠心ファンは、径寸法が９０ｍｍ以上１００ｍｍ以下のファン翼を９枚備えている
   ことを特徴とした請求項２記載の電動送風機。
4. 請求項１ないし３いずれか一記載の電動送風機と、
   この電動送風機を収容した掃除機本体と
   を具備したことを特徴とした電気掃除機。

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