JP3801855B2 - 電動送風機及びそれを備えた電気掃除機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遠心羽根車および、遠心ディフューザを有する電動送風機に関し、特に、電気掃除機を高効率、高出力化するのに好適な電気掃除機用電動送風機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電動送風機のディフューザ形状には、特開平１０−７１１０８号公報に開示されているものがある。
【０００３】
特開平１０−７１１０８号公報に開示されている構造は、隣接するディフューザベーン間に小ベーンを備え、この小ベーンは、上流側の端部を隣接するディフューザベーンが形成する翼間流路両側のディフューザベーンの重なり部の半分より下流側に配置されている。
【０００４】
上記のような従来技術によると、ディフューザベーン間に生じる偏流の影響を軽減できるので、空気流れの速度を均一化することができ、損失を小さくできる。また、ディフューザベーンの重なり部での共鳴周波数を小ベーンによって高い周波数に移行できるので、羽根音が増幅される周波数を耳に付きにくい周波数に移行できる。しかし、電動送風機で損失の大きい、ディフューザ側からリターン側への曲り損失の低減については、特に記述されていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年の電動送風機では、ディフューザベーンを有するディフューザを備えたり、高速回転化することで、小型高効率化を図っている。しかし、小型化を図ると、ディフューザ側からリターン側にかけての曲り部が狭くなり、この曲り部での空気流れの損失が増加するという問題がある。
【０００６】
また、ディフューザベーンを有するディフューザでは、電動送風機の最高効率は向上するが、最高効率点を得る風量より低い風量では、ディフューザ部での剥離や境界層の発達により、送風効率の低下が問題となっている。
【０００７】
さらに、掃除機では、低風量側での効率向上は、集塵袋に塵埃がたまった場合でも吸引力を保つことにつながる。
【０００８】
本発明の目的は、遠心羽根車からの空気流れをディフューザで効率よく動圧を静圧として回復させ、ディフューザ側からリターン側にかけての曲り部の損失低減を図り、送風効率を向上させる電動送風機及びそれを備えた電気掃除機を提供することにある。
【０００９】
また、低い風量から高い風量の広い流量範囲で、送風効率を向上させる電動送風機及びそれを備えた電気掃除機を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明における電動送風機の特徴とするところは、ファンケーシングの内周とディフューザの外周とに形成された隙間部でディフューザベーン間を通過した空気流を方向転換させた後、リターンガイドベーン間を通過するように流路を構成し、各ディフューザベーン間に形成される空気流路出口近傍に、仕切板から伸びたディフューザベーンの高さ方向寸法よりも小さな高さ方向寸法を有する中間羽根を設け、この中間羽根と各ディフューザベーンとのそれぞれの翼間距離の和を、各ディフューザベーン先端部の翼間距離よりも小さくなるようにしたことにある。
【００１１】
具体的には本発明は次に掲げる送風機及び掃除機を提供する。
【００１３】
本発明は、遠心羽根車と、該遠心羽根車の外周部に設けられ、表側に複数のディフューザベーンを有し裏側にリターンガイドベーンを有する仕切板を備えたディフューザと、前記遠心羽根車及び前記ディフューザを内包するファンケーシングとを具備する電動送風機において、前記ファンケーシングの内周と前記ディフューザの外周とに隙間部を形成し、該隙間部において前記ディフューザベーン間を通過した空気流は方向転換した後、前記リターンガイドベーン間を通過するように流路を構成し、前記ディフューザベーン側で、かつ前記各ディフューザベーン間に形成される空気流路出口近傍に、前記仕切板から伸びた前記ディフューザベーンの高さ方向寸法よりも小さな高さ方向寸法を有する中間羽根を設け、該中間羽根と前記各ディフューザベーンとのそれぞれの翼間距離の和は、前記各ディフューザベーン先端部の翼間距離よりも小さくなるようにしたことを特徴とする電動送風機を提供する。
【００１４】
好ましくは、前記中間羽根とその両側のディフューザベーンとで構成される重なり部の翼間流路幅が上流側から下流側に向かって広くなり、かつ前記翼間流路のうち負圧面側翼間流路幅の拡大が、圧力面側翼間流路幅の拡大に比べて、大きい。
【００１５】
また、本発明は、被掃除面の塵埃を吸い込む吸込口に接合される集塵室と、該集塵室の後方に配置され前記吸込口から前記塵埃を吸い込む空気流れを形成する電動送風機とを有する電気掃除機において、前記電動送風機は、請求項１または請求項２に記載の電動送風機であることを特徴とする電気掃除機を提供する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態例に係る電動送風機及びそれを備えた電気掃除機を、図を用いて説明する。
【００１７】
図１０は、本発明の一実施の形態例に係る電動送風機を備えた電気掃除機の外観斜視図である。
【００１８】
本電気掃除機は、電動送風機および集塵フィルタを内蔵する電気掃除機本体２０１に回転自在に接続されたホース２０３の先端に設けられたホース手元部２０４に、延長管２０５を介して吸口２０６が取り付けられている。また、ホース手元部２０４には、電気掃除機本体２０１内の電動送風機を制御するためのスイッチ操作部２０７が備えられている。
【００１９】
図１１は、図１０の電気掃除機本体２０１の縦断面図である。電気掃除機本体２０１は、下ケース３０１、上ケース３０２及び集塵蓋３０３により外郭が構成される。集塵蓋３０３には吸込口３０４が形成され、その内側には、吸込口３０４に接合される集塵袋３０５を収容する集塵室３０６が形成されている。集塵室３０６の後方には、電動送風機室３０７が後続し、電動送風機３０８が収納されている。
【００２０】
図９は、図１１の電気掃除機本体２０１に収納されている電動送風機３０８の縦断面図である。
【００２１】
電動送風機３０８は、送風機１と電動機２とに大別される。送風機１は、遠心羽根車１２と、遠心羽根車１２の外周部に設けられたディフューザ１１と、遠心羽根車１２およびディフューザ１１を内包するファンケーシング１３とで構成されている。
【００２２】
静止流路部１０は、複数のディフューザベーン１１ａを有したディフューザ１１を表側に備え、裏側にリターンガイドベーン１４を有する仕切板１０ａにより構成されている。
【００２３】
電動機２は、ハウジング３およびエンドブラケット９から成るケースと、該ケース内に収納される回転軸４を有するロータ５と、該ロータ５と対向しステータコイル６が巻装されたステータ７とで構成されている。
【００２４】
次に、図９を用いて電動送風機３０８内における空気の流れを説明する。
【００２５】
電動機２を駆動して遠心羽根車１２を回転させると、吸込口１３ｂから遠心羽根車１２内へ空気流１０１が流入する。このとき、気流ガイド１３ａは、遠心羽根車１２に流入する空気流を整流する。
【００２６】
遠心羽根車１２から吐出された空気流１０２は、ディフューザ１１のディフューザベーン１１ａ間を通過し、該通過した空気流１０３は、静止流路部１０の外周とファンケーシング１３の内周との環状の隙間部（以下、曲り部と呼ぶ）において１８０度方向転換し、さらに、リターンガイドベーン１４の翼間を通過した後に、電動機２内へ導入される。
【００２７】
このとき、電動機２内へ導入された空気流１０４は、ハウジング３内に形成された空気流路を通り、ロータ５、ステータコイル６、ブラシ１５等を冷却して排気口３ｃから外部へ排出される。
【００２８】
上記のような電動送風機３０８において、送風効率の向上を図るには、遠心羽根車１２から吐出された空気流１０２をディフューザ１１で、できる限り損失を防ぎながら減速を行い、動圧を静圧に変換すること（以下、圧力回復と呼ぶ）、また、ディフューザ１１からリターンガイドベーン１４にかけての曲り部での空気流１０３の損失を低減することが重要である。
【００２９】
電動送風機３０８では、ディフューザ１１のディフューザベーン１１ａ間を通過した空気流１０３は、曲り部において１８０度方向転換し、さらに、リターンガイドベーン１４の翼間を通過する。このため、空気流１０３は、ディフューザ１１の出口側のディフューザ高さ方向において、ディフューザ１１の仕切板１０ａ上面部側では曲りの曲率半径が小さいため、空気流れの逆流や剥離が生じて圧力回復しにくく、空気流１０３の損失が大きい。また、最高効率点を得る流量より低流量では、剥離により送風効率が低下し、不安定現象にもつながる。
【００３０】
次に、本発明の一実施の形態例に係る電動送風機の詳細を、図１〜図８を用いて説明する。
【００３１】
図１は、本発明の一実施の形態例に係る電動送風機のディフューザの平面図であり、図９の電動送風機に備えられたディフューザの平面図である。図２は、図１のディフューザのＡ−Ｂ断面図であり、図３は、図１のディフューザのＣ部拡大図である。また、図４は曲り管内の流れの図であり、図５は図４のＤ−Ｅ断面図である。
【００３２】
まず、一般の曲り管内の流れについて、図４、図５を用いて説明する。
【００３３】
図４に示すように、曲り管４０１内の流れは、曲りの内径側の壁４０２側から外径側の壁４０３側に偏る。さらに、流れは内径側の壁４０２近傍で逆流領域が発生し、この逆流領域が発達すると、流れは内径側の壁４０２近傍で剥離を起す。また、Ｄ−Ｅ断面では、曲りの内径側よりも大きな遠心力が曲りの外径側に働くため、図５に示すような二次流れが発生する。
【００３４】
このように、一般に、曲り管内では、曲りの内径側から、外形側に流れが偏り、二次流れが発生する。さらに、曲りの曲率が小さいと、流れは内径側の壁から剥離を起す。
【００３５】
本ディフューザ１１は、図１、図２に示すように、仕切板１０ａの上側（表側）に複数のディフューザベーン１１ａを形成し、各ディフューザベーン１１ａ間に形成される空気流路出口近傍に、ディフューザベーン１１ａの高さ方向寸法よりも小さな高さ方向寸法を有する中間羽根１１ｂを設けた構成となっている。
【００３６】
また、図２、図３に示すように、隣同士のディフューザベーン１１ａの重なり部出口の翼間距離は、仕切板１０ａの上面ではＷ２とＷ３の和となり、ディフューザベーン１１ａ間の重なり部出口のディフューザベーン１１ａ先端部の翼間距離Ｗ１に比べ、中間羽根１１ｂが設けられている分だけ、小さくなっている。
【００３７】
このため、ディフューザ１１の仕切板１０ａの上面部は、ディフューザベーン１１ａの高さ方向の先端部に比べて、空気の流速が速い。このため、圧力は、ディフューザ１１の流路出口部のディフューザベーン１１ａ高さ方向に、ディフューザベーン１１ａ先端部が高く、仕切板１０ａの上面部、すなわちディフューザベーン１１ａの根元部が低くなり、圧力差が生じる。
【００３８】
ここで、中間羽根１１ｂの有無によるディフューザ１１からリターンガイドベーン１４への曲り部における空気の流れの比較を、図６、図７を用いて説明する。図６は中間羽根１１ｂを設けたときの空気の流れを示し、図７は中間羽根１１ｂを設けないときの空気の流れを示す。
【００３９】
図６に示すように、ディフューザ１１の出口流路部付近において、前述のようにディフューザベーン１１ａの高さ方向の先端部が高く、ディフューザベーン１１ａの根元部が低くなる圧力差が生じるので、曲りの外径側の空気流１０６と、曲りの内径側の空気流１０５は、曲りの外径側から内径側へ向かう力が働く。
【００４０】
このため、曲りの外径側の空気流１０６と曲りの内径側の空気流１０５は、ディフューザ１１側からリターンガイドベーン１４側へスムースに転向できる。
【００４１】
また、曲りの外径側から内径側へ向かう力が働くため、曲り部の遠心力の差による二次流れが抑制され、損失を低減できる。
【００４２】
さらに、曲りの内径側の空気流１０５は、曲りの内径側である仕切板１０ａ側に付着して流れるために、図７に示す中間羽根１１ｂがない場合に発生する剥離領域１０７の抑制にもつながり、剥離による損失を低減でき、電動送風機効率を向上できる。
【００４３】
また、ディフューザ１１の圧力面１１ｄ側に発達した境界層を中間羽根１１ｂの入口側で空気の流れを縮流させることにより、発達した境界層を薄くし、剥離を抑制し、損失を低減できる。
【００４４】
また、掃除機では、吸引した塵埃と空気とを集塵袋３０５で分離しているが、塵埃が細かな場合、集塵袋３０５を通過し、電動送風機３０８内に流入することもある。上述したディフューザ１１での剥離の抑制は、この細かな塵埃がディフューザ１１内に付着、堆積することを防ぎ、流路の閉塞を防止する効果が得られる。
【００４５】
さらに、中間羽根１１ｂの存在する領域において、図２、図３に示すように、ディフューザベーン１１ａの負圧面１１ｃと中間羽根圧力面１１ｆとに囲まれた翼間流路幅の拡大を、ディフューザベーン１１ａの圧力面１１ｄと中間羽根負圧面１１ｅとに囲まれた翼間流路幅の拡大に比べ、大きくした場合について、次に述べる。
【００４６】
掃除機用の電動送風機では、低流量側では、ディフューザ１１内の空気の流れは、隣同士のディフューザベーン１１ａの重なり部の仕切板１０ａの上面では、ディフューザベーン１１ａの負圧面１１ｃ側に流れが偏り、流速も速い。逆に、ディフューザベーン１１ａの圧力面１１ｄ側では、大規模な剥離や逆流が生じやすく、ディフューザ１１での圧力回復が低下するばかりでなく、電動送風機内の空気流れに、不安定性が発生する。
【００４７】
ディフューザベーン１１ａの圧力面１１ｄ側に発達した境界層を、中間羽根１１ｂの上流側で空気の流れを縮流させることにより、境界層の発達を防ぐと共に薄くし、かつ、ディフューザベーン１１ａの圧力面１１ｄと中間羽根負圧面１１ｅとで囲まれた流路の減速を抑制することによって、剥離や逆流を抑制する。
【００４８】
さらに、隣同士のディフューザベーン１１ａの重なり部の内、仕切板１０ａの上面の空気流れが偏り、流速も速い領域であるディフューザベーン１１ａの負圧面１１ｃ側では、ディフューザベーン１１ａの負圧面１１ｃと中間羽根圧力面１１ｆに囲まれた流路幅の拡大により、効果的に減速でき、圧力回復できる。
【００４９】
従って、低風量側で、不安定性の要因であるディフューザ１１での大規模な剥離や逆流を抑制し、かつディフューザ１１で圧力回復を行うので、送風効率の低下を防ぐことができる。また、掃除機の集塵袋３０５に塵埃がたまった状態である低流量の場合でも、所定の電動送風機の出力が得られ、電気掃除機の吸引力を保つことができる。
【００５０】
また、ディフューザベーン１１ａの重なり部の内、仕切板１０ａの上面の流れが偏り、流速も速い領域であるディフューザベーン１１ａの負圧面１１ｃ側を減速し、かつ、ディフューザベーン１１ａの圧力面１１ｄと中間羽根負圧面１１ｅとで囲まれた流路の減速を抑制することで、偏りを持った流れを矯正し、均一化することで、流速の不均一に起因する混合損失を防ぐことができる。
【００５１】
なお、図１に示すように、ディフューザ１１の流路出口近傍で、仕切板１０ａを略三角形状に切り欠き、曲り部の流路面積を大きく取っているので、空気流１０３は、ディフューザ１１からリターンガイドベーン１４側への転向時に、流速を増加させず、損失を低減してスムースに転向できる。
【００５２】
図８は、本発明の他の実施の形態例に係るディフューザの平面図である。
【００５３】
図１のディフューザと異なる点は、中間羽根１１ｂの下流側端部を、ディフューザ１１の流路出口近傍で、仕切板１０ａを略三角形状に切り欠いた部位まで延長していない点である。
【００５４】
図８の実施の形態例において、仕切板１０ａの端部をＲ状に面取りして角をなくすことにより、曲り部において、空気流１０３は、ディフューザベーン１１ａ側からリターンガイドべーん１４側への転向時に剥離を防ぎ、スムースに転向できる。この結果、電動送風機の効率が向上する。
【００５５】
また、図３に示すように、中間羽根１１ｂの上流側先端部には、丸みを設けているので、中間羽根１１ｂの上流側先端部に流れがあたったときの剥離を抑えることができる。したがって、剥離による損失の増大を抑制できる。
【００５６】
なお、図では示していないが、中間羽根１１ｂの翼高さ方向先端部に丸みを設けたり、中間羽根１１ｂの翼高さ方向に、中間羽根１１ｂの翼厚さが小さくなるように抜き勾配を設けることにより、中間羽根１１ｂの成型が容易になる。このように成型された中間羽根１１ｂでも、本実施の形態例と同等の効果を得ることができる。
【００５７】
また、本発明の実施の形態例では、図２に示すように、中間羽根１１ｂは、ディフューザベーン１１ａと同じように、仕切板１０ａに一体成形された構造となっているが、中間羽根１１ｂを別部材で構成し、仕切板１０ａの上面に固定配置しても良い。
【００５８】
また、仕切板１０ａの上面にディフューザベーン１１ａおよび中間羽根１１ｂを、そして、仕切板１０ａの裏面にリターンガイドベーン１４を、仕切板１０ａと一体成形しても良く、この場合、ディフューザ１１の製造が容易になる。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、ディフューザの出口流路部のディフューザベーン高さ方向に、ディフューザベーン先端部が高く、ディフューザベーン根元部が低くなる圧力差ができるので、曲り部において、曲り部の外径側から、内径側へ向かう力が働き、空気の流れは、リターン側への転向がスムースになる。この際、曲り部の外径側から、内径側へ向かう力が働くため、曲り部での二次流れが抑制され、流速の不均一に起因する混合損失を低減できる。
【００６０】
さらに、二次流れが抑制されるため、曲り部の内径側の剥離を抑制できるため、電動送風機効率を向上できる。
【００６１】
また、低風量側で、不安定性の要因であるディフューザでの大規模な剥離や逆流を抑制し、かつディフューザで圧力回復を行うので、低い風量から高い風量の広い流量範囲で、送風効率の低下を防ぐことができ、掃除機の集塵袋に塵埃がたまった状態である低流量の場合でも、所定の電動送風機の出力が得られ、電気掃除機の吸引力を保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態例に係る電動送風機のディフューザの平面図である。
【図２】図１のディフューザのＡ−Ｂ断面図である。
【図３】図１のディフューザのＣ部拡大図である。
【図４】曲り管内の流れの図である。
【図５】図４のＤ−Ｅ断面図である。
【図６】中間羽根を設けたときの空気の流れを示す図である。
【図７】中間羽根を設けないときの空気の流れを示す図である。
【図８】本発明の他の実施の形態例に係るディフューザの平面図である。
【図９】図１１の電気掃除機本体に収納されている電動送風機の縦断面図である。
【図１０】本発明の一実施の形態例に係る電動送風機を備えた電気掃除機の外観斜視図である。
【図１１】図１０の電気掃除機本体の縦断面図である。
【符号の説明】
１…送風機、２…電動機、３…ハウジング、３ｃ…排気口、４…回転軸、５…ロータ、６…ステータコイル、７…ステータ、９…エンドブラケット、１０…静止流路部、１０ａ…仕切板、１１…ディフューザ、１１ａ…ディフューザベーン、１１ｂ…中間羽根、１１ｃ…負圧面、１１ｄ…圧力面、１１ｅ…中間羽根負圧面、１１ｆ…中間羽根圧力面、１２…遠心羽根車、１３…ファンケーシング、１３ａ…気流ガイド、１３ｂ…吸込口、１４…リターンガイドベーン、１５…ブラシ、３２…電源端子、１０１,１０２,１０３,１０４…空気流、２０１…電気掃除機本体、２０３…ホース、２０５…延長管、２０６…吸口、３０１…下ケース、３０２…上ケース、３０６…集塵室、３０７…電動送風機室、３０８…電動送風機

Claims (3)

1. 遠心羽根車と、該遠心羽根車の外周部に設けられ、表側に複数のディフューザベーンを有し裏側にリターンガイドベーンを有する仕切板を備えたディフューザと、前記遠心羽根車及び前記ディフューザを内包するファンケーシングとを具備する電動送風機において、
   前記ファンケーシングの内周と前記ディフューザの外周とに隙間部を形成し、該隙間部において前記ディフューザベーン間を通過した空気流は方向転換した後、前記リターンガイドベーン間を通過するように流路を構成し、
   前記ディフューザベーン側で、かつ前記各ディフューザベーン間に形成される空気流路出口近傍に、前記仕切板から伸びた前記ディフューザベーンの高さ方向寸法よりも小さな高さ方向寸法を有する中間羽根を設け、
   該中間羽根と前記各ディフューザベーンとのそれぞれの翼間距離の和は、前記各ディフューザベーン先端部の翼間距離よりも小さくなるようにしたことを特徴とする電動送風機。
2. 請求項１において、前記中間羽根とその両側のディフューザベーンとで構成される重なり部の翼間流路幅が上流側から下流側に向かって広くなり、かつ前記翼間流路のうち負圧面側翼間流路幅の拡大が、圧力面側翼間流路幅の拡大に比べて、大きいことを特徴とする電動送風機。
3. 被掃除面の塵埃を吸い込む吸込口に接合される集塵室と、該集塵室の後方に配置され前記吸込口から前記塵埃を吸い込む空気流れを形成する電動送風機とを有する電気掃除機において、
   前記電動送風機は、請求項１または請求項２に記載の電動送風機であることを特徴とする電気掃除機。

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