JP2001003894A - 電動送風機およびそれを搭載した電気掃除機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】寸法・回転数の制約を受けた状況下で、高効率
・高圧力な羽根車を持つ電動送風機およびそれを搭載し
た電気掃除機を提供する。 【解決手段】羽根車１０６を斜流型とし、シュラウド面
３０３またはハブ面３０４の少なくともどちらか一方
を、流路出口に近づくにしたがって斜流方向３０７から
軸流方向３０６へ向かって転向させる。 【効果】限られた径または回転数の中で、子午面流路内
での曲がり損失、２次流れ損失を低減し、圧力と効率を
上昇させることができる。また、流速分布や乱れを抑制
し騒音を低減できる。さらに斜流羽根車の特性により、
抵抗が増しても空気を吸引することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、操作者が持つハン
ドル部よりも吸口体側に電動送風機を配した電気掃除機
に係り、特に寸法制約を受ける筐体に配された送風機羽
根車の高出力化のための形状に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来電気掃除機の駆動源としては、遠心
型羽根車を用いた電動送風機が主流であった。電気掃除
機では、集塵室にゴミが溜まった抵抗の大きな状態でも
十分な空気の吸い込みを得るために、高い吸込み圧力が
必要であり、遠心型羽根車が最も圧力を生み出すのに適
した形態であるからであった。

【０００３】一方で電気掃除機に対する小型化のニーズ
から、電動送風機も小型化したいというニーズが生じた
が、遠心型羽根車は前面投影面積が大きく小型化には適
していない。遠心型羽根車で小型化を行うためには、外
径を小さくする必要があるが、性能として求められるヘ
ッドを達成するためには径の縮小には限界があり、過度
な径の縮小は羽根出口以降の流路損失を増加させ、かえ
って効率を低下させる。一般的な小型化の手法として
は、羽根車の回転数を上げ、流体に対してする仕事の密
度を大きくする必要があったが、騒音の増大を招く。こ
れに対する考案として、実開昭６１−１０１６９８号公
報に示されるようなものがある。

【０００４】実開昭６１−１０１６９８号公報に記載さ
れた発明では、遠心型羽根車の外周部において子午面流
路を径方向から軸方向に９０°曲げることにより、羽根
車を流れる流体を径方向から軸方向に転向することを特
徴としている。

【０００５】この曲がり流路を羽根車内に導入する構造
により、羽根車の有効な外径をより大きくできるため、
同一のヘッドを得るために必要な回転数が減少し、騒音
を低減できるとされている。

【０００６】また、特開平５−４４６９７号公報では羽
根車内の流れを高効率にするために、羽根車内の流路壁
を、外周側の円筒壁及び内周側円筒ドラムを円形の曲線
形状とし、羽根車内の主流が斜流状で、かつ空気吸い込
み口から空気出口まで滑らかな流路形状に形成したもの
が開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】床移動型やアップライ
ト型と呼ばれる電気掃除機では、本体の大きさを決定付
けるものはコードリール径や集塵室の大きさであり、電
動送風機の大きさおよび回転数に自由度があった。しか
し、掃除機の小型化を追求し、吸口体の本体内に電動送
風機、集塵部、回転清掃体全てを配置する構造の電気掃
除機においては、電動送風機が最も大きな構成要素とな
り、送風機外径に制約が課せられることになる。従っ
て、掃除機として適切な圧力重視型の送風機を実現する
遠心型羽根車を適用し難い状況となっている。

【０００８】また、使用される電動機も小型であること
が要求されるために、電動機性能に制約が生じ、回転数
の選択にも自由度がなくなる。

【０００９】このような掃除機や電動送風機の形態に関
わる根本的な問題をあえて克服するために、遠心型羽根
車を用いて解決しようとした一例が実開昭６１−１０１
６９８号公報に示されるような例である。

【００１０】当該公知例に示されるような構造の遠心型
送風機では、相対的に羽根車を小形化できるが、次のよ
うな性能上の問題点が新たに発生する。

【００１１】一つは、羽根車出口にて子午面流路を急激
に転向する事による曲り損失の増大である。この損失に
より空気が羽根車内を流れにくくなるため性能悪化を招
く。

【００１２】次に、急な曲り流路においては流れ場の圧
力分布と流体の曲りによる遠心力がつりあって流れる
が、曲りの内径側に速い流れが生じ、平均流線即ち主流
は内径側によってしまう。この傾向は曲がりが急である
ほど顕著である。ゆえに、羽根外径をより外側に定めた
にも関わらず、主流成分は内径側を流れるので、十分な
昇圧降下が得られない。

【００１３】さらに、羽根車で局所的に流路を曲げる
と、曲り流路の内径側と外径側とで羽根の負荷分布が異
なり、流体が受ける仕事に分布が生じて、強い２次流れ
を誘起し損失となる。

【００１４】また、特開平５−４４６９７号公報の場合
でも、羽根入口側で流れが軸方向を向いている場合は、
羽根出口で流れが遠心方向を向いており、羽根から出た
後で流れは転向されるが、このように流体にエネルギが
注入されない場所では流れははがれやすいため、損失を
導きやすい。また、一方で羽根出口で流れが軸方向を向
くような場合は、羽根入口では急激に遠心方向に曲げら
れることになり、曲がりの損失が生じてしまう。

【００１５】以上のように、当該手法では回転数を落と
したり、騒音を低減できる反面、性能の悪化は免れな
い。しかしながら、小型の掃除機に重点を置く場合は、
元々騒音のレベルは小さく、性能向上がより重要な課題
となる。

【００１６】本発明の目的は、寸法や回転数に制約があ
る場合にも送風機の高出力化を達成できる電動送風機と
それを用いた電気掃除機を実現することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】前記目的は、被掃除面に
対向する開口を有する吸口体を備え、吸口体内に集塵
室、送風機、電動機と回転清掃体を設け、電動機にて送
風機と回転清掃体とを駆動する電気掃除機において、送
風機の羽根車を斜流羽根車とし、斜流羽根車の子午面流
路においてシュラウド面もしくはハブ面の少なくともど
ちらか一方を、流路出口に近づくにつれて斜流方向から
滑らかに軸流方向に向かって転向させることにより達成
される。

【００１８】また、このような送風機の子午面流路のハ
ブ面の外周側一部を切除することによっても達成され
る。

【００１９】また、このような送風機の羽根車出口にお
いて、シュラウド面及びハブ面はそのままで、羽根のみ
を径方向又は軸方向に延長することによって達成され
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について説
明する。

【００２１】まず、図１に本発明の対象である電気掃除
機１００を示す。電気掃除機１００は吸口体１０２とハ
ンドル１０１とからなる。ハンドル１０１には、電源の
オン・オフを行う電源スイッチ１０８が備えられてい
る。吸口体１０２には、回転清掃体１０４、集塵室１０
７、送風機１０６、電動機１０３が内包されている。電
動機１０３は、直接送風機１０６を駆動すると同時に駆
動ベルト１０５を通じて回転清掃体１０４を駆動する。

【００２２】図２に吸口体１０２の拡大図を示す。回転
清掃体１０４によって空気と共に吸込まれたゴミは集塵
ポート２０２を通って集塵室１０７に蓄積する。ゴミを
フィルタ２０３によって取り除かれた空気は送風機１０
６で昇圧される。昇圧された空気は電動機１０３を冷却
したのち、排出口１１１から排気される。

【００２３】吸口体１０２の寸法は、掃除機１００の使
い回し易さに影響を与えるため、サイズが小さいことが
要求され、従って送風機１０６の外形寸法も制約を受け
る。また、電動機１０３は送風機１０６を直接駆動する
ため、送風機１０６の回転数も制約を受ける。一方で回
転清掃体１０４は、駆動ベルト１０５を介して減速され
ているので、回転数の選択に自由度がある。

【００２４】図３に送風機１０６及び電動機１０３を含
む領域の拡大図で、本発明の示すところの構造の一例を
示す。

【００２５】本発明では、羽根車１０６の形態を斜流羽
根車とする。軸方向３０６に流れ込んだ空気は、羽根３
０１によって昇圧される。その際にシュラウド面３０３
とハブ面３０４によって挟まれて形成される子午面流路
の向きは、斜流方向３０７から、羽根翼後縁３０５に近
づくにつれて軸方向３０６の向きに滑らかに転向され、
「Ｓ」字タイプの流路構造を呈する。この例のように寸
法および回転数の制約を受けつつ高圧力を出すために
は、ファンケーシング３０に羽根車１０６の外径を隣接
させることは必須条件である。本発明は、羽根３０１の
ファンケーシング３０２への近接の仕方は変えずに、シ
ュラウド子午面流路のみ滑らかに斜流方向３０７から軸
方向３０６の向きに転向するものである。

【００２６】なお、本実施例では、シュラウド面３０３
及びハブ面３０４をほぼＳ字形状にしてＳ字形状の流路
形状を形成している。

【００２７】図４は、本発明の構造の他の実施例であ
る。

【００２８】図３では、シュラウド面３０３及びハブ面
３０４の両者がＳ字形状を呈していたが、本実施例の羽
根車３４１ではハブ面は変極点を持たない凸形状を呈し
て、シュラウド面３０３のみがＳ字形状を呈する。この
ように、シュラウド面３０３のみＳ字タイプとして、ハ
ブ面はほぼ円形に近い凸形状としても、Ｓ字形状とした
面に沿って流れるため、羽根車に対して軸方向からの流
入流れを滑らかに遠心方向に転向し、さらにもう一度滑
らかに軸方向へと流出できる。これにより、急な曲がり
による流れの剥離を防ぐことができ損失を低減できる。

【００２９】図５は、本発明の他の実施例である。

【００３０】図３では、シュラウド面３０３及びハブ面
３０４の両者がＳ字形状を呈していたが、本実施例の羽
根車３５１ではシュラウド面は変極点を持たないほぼ円
形の凸形状を呈して、ハブ面３０４のみがＳ字形状を呈
する。

【００３１】なお、参考までに従来のようにＳ字形状を
適用しない場合は、次のようになる。羽根入口側で流れ
が軸方向を向いている場合は、羽根出口で流れが遠心方
向を向いている。羽根から出た後で、流れは軸方向へと
転向される。しかし、このように流体にエネルギーが注
入されない状態で流れは剥がれ易いため、損失を導き易
い。これに対して、前述の本発明の構成は、流体にエネ
ルギを付与する羽根車にて転向を行うため転向に伴う剥
がれが発生しないものである。また従来の構成では、一
方で羽根出口で流れが軸方向を向くような場合は、羽根
入口では急激に遠心方向に曲げられるため、曲がり損失
が発生してしまう。

【００３２】図６は、本発明の効果を示した図である。
図に示されるグラフは準３次元解析結果を示している。
同一の流量と同一の回転数が与えられた場合に、図３に
示されるＳ字タイプの子午面形状をもつ羽根車と、図５
に示される直線タイプの子午面形状を持つ羽根車の理論
揚程を、羽根枚数をパラメータにして比較したものであ
る。両者の解析において羽根後縁の幅と径位置は完全に
同一である。図から分かるようにＳ字流路の方が、直線
流路よりも理論ヘッドをだすことが可能である。これは
Ｓ字タイプ流路の方が羽根が長いので、翼間流路が長く
確保でき、滑りが小さくなったためである。また、曲が
り損失も低減するので効率もＳ字タイプがよいと考えら
れる。

【００３３】図７は、本発明の構造の他の実施例であ
る。これまでに述べた本発明に関する実施例の任意の一
つの羽根車３７１において、羽根３０１を残したままハ
ブ面３０４の外周側の少なくとも一部分をカットした形
態である。これにより、流れがチョークしやすい大風量
点での運転でもスムースに空気をながすことができるの
で、風量の大きい送風機では効率を上昇させる。

【００３４】図８は、本発明の構造の別の実施例であ
る。これまでに述べた本発明に関する実施例の任意の一
つの羽根車３８１において、シュラウド面３０３、ハブ
面３０４を残したまま、羽根３０１を少なくとも径方向
側３０３または軸方向側３０５のいずれか一つの方向に
延長した形態である。これにより、シュラウド側は前半
がクローズド羽根車となり、後半がオープン羽根車とな
る。このオープン羽根車が加わった分だけ羽根車のヘッ
ドは上昇する。しかもシュラウド面３０３がないのでそ
の肉圧分流路幅を確保でき、曲がり部の流速を低減でき
るので損失低減につながる。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、仕事を行う羽根の翼に
ついては遠心型羽根車の特徴を持たせて、可能なかぎり
ファンケーシング側（外径側）に近接させヘッドを稼ぎ
つつ、一方で子午面流路は斜流型羽根車の特徴に損失を
低減する効果を持たせたＳ字流路を導入することにより
効率を上昇させることができる。ゆえに、寸法や回転数
の制約を受けながらも高効率で高圧力または高出力な送
風機を提供できる。逆に、所定の圧力または出力を出す
ための送風機の寸法を小さくしたり、必要な回転数を低
減することができる。

【００３６】また、子午面流路を滑らかに転向すること
で、曲がり損失を小さくできるとともに、急激な羽根負
荷分布を付与しないので強い２次流れの発生を防止で
き、流速の分布および乱れを小さくすることができるこ
とから騒音を低減できる。

【００３７】また、羽根車を斜流タイプとすることで、
集塵室にゴミが詰まって流量が減少しても、所定流量を
流す圧力を確保できる。したがって、ゴミが溜まっても
掃除をすることができ、集塵フィルタの交換回数を減ら
すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図1】本発明に関わる電動送風機を搭載した電気掃除
機本体の全体図である。

【図２】本発明に関わる電動送風機を搭載した吸口体の
構成図である。

【図３】本発明の提案する構造の実施例を示したもので
ある。

【図４】本発明の提案する構造の他の一実施例を示した
ものである。

【図５】本発明の提案する構造の他の一実施例を示した
ものである。

【図６】本発明の実施例の効果を示した図である。

【図７】本発明の提案する構造の他の一実施例を示した
ものである。

【図８】本発明の提案する構造の他の一実施例を示した
ものである。

【符号の説明】

１００…電気掃除機、１０１…ハンドル、１０２…吸口
体、１０３…電動機、１０４…回転清掃体、１０５…駆
動ベルト、１０６…送風機、１０７…集塵室、１１１…
排気口、２０２…集塵ポート、２０３…フィルタ、３０
１…羽根、３０２…ファンケーシング、３０３…シュラ
ウド面、３０４…ハブ面、３０５…羽根後縁、３０６…
軸流方向(軸方向)、３０７…斜流方向、３０８…遠心方
向(径方向)、３０９…遠心型羽根車、３２１…羽根後
縁、３２２…直線子午面斜流羽根車、３３１…遠心羽根
車改良例、３４１…羽根車、３５１…羽根車、３６１…
羽根車、３７１…羽根車、３８１…羽根車。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 正二 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 田中 定司 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 田島 泰治 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 佐藤 繁則 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 Ｆターム(参考） 3B006 FA02 3H033 AA02 AA13 BB02 BB07 BB20 CC01 DD09 DD12 EE06 EE08 EE16 EE19

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸気口側に設けた羽根車と、前記羽根車を
   回転させる電動機、前記電動機を冷却した空気を排出す
   る排気口を備えた電動送風機において、 前記送風機の羽根車を斜流羽根車とし、前記斜流羽根車
   の子午面流路においてシュラウド面もしくはハブ面の少
   なくともどちらか一方をＳ字形状とし、流路出口に近づ
   くにつれて斜流方向から滑らかに軸流方向に向かって転
   向させることを特徴とする電動送風機。
2. 【請求項２】吸気口側に設けた羽根車と、前記羽根車を
   回転させる電動機、前記電動機を冷却した空気を排出す
   る排気口を備えた電動送風機において、 前記送風機の羽根車のハブ面の外周側一部を切除したこ
   とを特徴とする電動送風機。
3. 【請求項３】吸気口側に設けた羽根車と、前記羽根車を
   回転させる電動機、前記電動機を冷却した空気を排出す
   る排気口を備えた電動送風機において、 前記送風機の羽根車出口において、シュラウド面、ハブ
   面のどちらか一方をＳ字形状とし、羽根のみを径方向ま
   たは軸方向に延長したことを特長とする電動送風機。
4. 【請求項４】被掃除面に対向する開口を有する吸口体を
   備え、前記吸口体内に集塵室と、送風機と、電動機と回
   転清掃体を設け、前記電動機にて前記送風機と前記回転
   清掃体とを駆動する電気掃除機において、 前記送風機を斜流型の羽根車とし、前記羽根車のシュラ
   ウド面とハブ面の少なくともいずれか一方をＳ字形状と
   し、かつ斜流方向から軸流方向に向かって滑らかに転向
   することにより高圧力を得る方式の電動送風機を駆動源
   とする電気掃除機。