JP2005214057A - 電動送風機 - Google Patents

Abstract

【課題】
遠心羽根車を備えた掃除機用の電動送風機の高効率，低騒音でしかも製作，組立性を向上させる。
【解決手段】
遠心羽根車１４を回転軸５に結合する円盤状のハブ板１４ｂの固定面１４ｂ_１を羽根１４ｃを設ける流路面１４ｂ_２よりも電動機側に凹めて形成し、ハブ板１４ｂを回転軸５に締結する多角形ナット２０を覆うホーン型のキャップ２２の下部を前記固定面１４ｂ_１の凹みに嵌着する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電動送風機に関する。

掃除機用の電動送風機は、電動機部と送風機部から構成されている。送風機部の送風ファンとしては、通常、遠心羽根車が使用され、この遠心羽根車は多角ナットで電動機部から伸びた回転軸に締結されている。空気は、遠心羽根車の軸方向から該遠心羽根車に流入し、半径方向に転向して排気される。略９０度に近い流れの転向を伴う入口曲がり部においては、流速分布がついたり境界層が成長したりする。また、入口曲がり部には多角ナットが配置されているために、多角ナットによる流体損失が発生する。この曲がり部の損失を低減して高効率な遠心羽根車を提供するために種々の工夫がなされている。

例えば、特開２００１−５０１９４号公報に記載されている掃除機用の電動送風機は、遠心羽根車の入口曲がり部に該遠心羽根車とモータの回転軸を締結する固定用ねじ部材を配置し、このねじ部材をホーン型としている。このホーン型のねじ部材は、遠心羽根車の入口曲がり流路部の流路断面積が流路後半ほど大きく絞るようにしている。それによって入口曲がり流路の後半ほど強い加速流を得ることができ、境界層の発達を抑制して遠心羽根車の低損失化を図っている。

また、特許第２６６６４９０号公報に記載された電動送風機は、遠心型羽根車の入口曲がり部に樹脂製のインデューサを取付けている。このインデューサは、軸方向から徐々に半径方向に底部に行くほど径が大きくなるハブ面を有し、遠心羽根車のハブ板とインデューサの底面が密着している。遠心羽根車のハブ板は、遠心羽根車の子午面形状においてインデューサの外形に沿って一旦吸込口側に折り曲げた後、インデューサのハブ面の湾曲形状の延長になるように半径方向に向かって徐々に反吸込口側に曲げるような構成としている。このインデューサを備えた遠心羽根車は、吸込側に配置されているインデューサとモータの回転軸をナットで締結されている。
また、特開２００１−３２７９２号公報に記載された電動送風機は、遠心羽根車の入口曲がり部に樹脂製のインデューサを取付け、このインデューサの基部を構成するハブの内部にモータの回転軸と締結するナットを内蔵することによって該インデューサ内部で回転軸と締結するように構成している。

特開２００１−５０１９４号公報 特許第２６６６４９０号公報 特開２００１−３２７９２号公報

特開２００１−５０１９４号公報（特許文献１）に記載された電動送風機は、ホーン型ねじ部材を回して遠心羽根車を回転軸に固定するために該ホーン型ねじ部材の側面に設けた凹面を利用するようになっているが、通常使用されている工具（六角ソケットなど）は使用することができず、特殊な工具を用いる必要がある。また、組立性を考慮して側面の凹面を大きくした場合には、段差ができることからホーン型ねじ部材とした効果が薄れる恐れがある。更に、加工上、ホーン型ねじ部材の外周縁はシャープエッジにすることが困難であるために、ハブ面との間に段差が生じて流れが乱されないようにすることが困難である。

特許第２６６６４９０号公報（特許文献２）に記載された電動送風機は、ハブ面を吸込口側に曲げた後に反吸込口側に曲げるような構成としていることから、ハブ面の背面に配置されているディフューザと遠心羽根車のハブ面との隙間が半径方向に不均一になっている。従って、特に、吸込側に曲げたあたりでは２次流れが発生して性能が低下してしまう問題を含んでいる。また、インデューサは、入口曲がり部に羽根を追加することになり、流路断面積が小さくなって流速が増加することから摩擦損失が増加してしまう問題を含んでいる。更に、インデューサは、羽根車構造が３次元的で複雑になり、製作，組立が難しく製造コストが高くなる問題を含んでいる。また、インデューサを備えた遠心羽根車とモータの回転軸の締結は、吸入口側のインデューサの上面のナットで行っていることから、吸引した気流がナットに衝突してインデューサの上流側で乱流が発生し、性能低下，発生騒音が増大してしまう恐れがある。更に、吸込側の先端で固定されているために、支点との距離が大きくなって高速回転には不向きである。

特開２００１−３２７９２号公報（特許文献３）に記載された電動送風機は、インデューサの羽根車構造が３次元的で複雑になり、製作コストが高くる恐れがある。また、インデューサの内部にナットを内蔵していることから組立が非常に難しくなり、量産には不向きである。更に、樹脂製のインデューサの外周端はシャープエッジにすることが困難であり、遠心羽根車とインデューサのつなぎ部での段差が生じ流れが乱されて送風機効率が低下しないようにすることが困難である。

本発明の目的は、遠心羽根車の入口曲がり部や背面での損失を小さくして高効率化を図ると共に組立性および製造コストに優れた電動送風機を提供することにある。

本発明は、回転軸を機外に延長させた電動機と、シュラウド板との間に複数枚の羽根を設けたハブ板に前記回転軸を嵌着してナットで締め付け固定すると共に前記ナットをホーン型のキャップで覆った遠心羽根車と該遠心羽根車の背後に設けた仕切板を備えた送風機を組み合わせた電動送風機において、前記遠心羽根車のハブ板の固定面を該ハブ板の羽根のある平坦な流路面よりも前記電動機側に凹ませて設け、前記ナットを覆うホーン型のキャップの下端部を前記固定面を形成する凹み内に嵌着したことを特徴とする。

そして、前記ホーン型のキャップの外周曲面の裾部と前記ハブ板の流路面を略同一高さに構成したことを特徴とする。

また、前記キャップは、回転軸に係止して抜け止めすることを特徴とする。

また、本発明は、回転軸を機外に延長させた電動機と、シュラウド板との間に複数枚の羽根を設けたハブ板に前記回転軸を嵌着してホーン型ナットで締め付け固定した遠心羽根車と該遠心羽根車の背後に設けた仕切板を備えた送風機を組み合わせた電動送風機において、前記遠心羽根車のハブ板の固定面を該ハブ板の羽根のある平坦な流路面よりも前記電動機側に凹ませて設け、前記ホーン型のナットの多角形の下端部を前記固定面を形成する凹み内に収容したことを特徴とする。

そして、前記ホーン型のナットのホーン部の曲面形状の外周下端の裾部と前記ハブ板の流路面は略同一高さに形成したことを特徴とする。

本発明は、遠心羽根車の入口曲がり部のハブ板側の流路面をホーン型の曲面形状としたことで該入口曲がり部の流路内での気流の乱れを軽減することによって騒音発生と流体損失を低減して遠心送風機の高効率化を図ることができる。しかも、遠心羽根車のハブ板を回転軸に締め付けて固定するナットの着座面（固定面）を羽根を設けるハブ板の平坦な流路面よりも低く凹ませた凹みとして形成し、ホーン型曲面形状の流路面を構成する部材（キャップまたはナット）の下端部を前記凹みに収容して前記曲面形状の流路面の裾部を前記ハブ板の流路面と略同一高さとなるように構成したことから、前記部材の外周の下端部をシャープエッジにする必要がなくなって製作性に優れ、更に、既存の工具や設備を使用した組み立て作業を可能にして低コスト化を図ることができ、ハブ板の背面側に発生する局部的な２次流れによる損失を低減することができる。

結局、本発明によれば、遠心羽根車の入口曲がり部や背面での損失を小さくして高効率化を図ると共に組立性および製造コストに優れた電動送風機を実現することができる。

本発明の電動送風機は、回転軸を機外に延長させた電動機と、シュラウド板との間に複数枚の羽根を設けたハブ板に前記回転軸を嵌着してナットで締め付け固定すると共に前記ナットをホーン型のキャップで覆った遠心羽根車と該遠心羽根車の背後に設けた仕切板を備えた送風機を組み合わせて構成し、前記遠心羽根車のハブ板の固定面を該ハブ板の羽根のある平坦な流路面よりも前記電動機側に凹ませて設け、前記ナットを覆うホーン型のキャップは、その下端部を前記固定面を形成する凹み内に嵌着し、外周曲面の裾部を前記ハブ板の流路面を略同一高さに構成し、回転軸に係止して抜け止めし、ナットの多角形外周面に嵌合させて回り止めする。

図１は、本発明の実施例１における電動送風機の半分を断面して示す縦断側面図、図２は、実施例１の電動送風機における遠心羽根車の縦断側面図である。

この実施例１は、家庭用の電気掃除機などに使用される電動送風機であり、電動機１と送風機２を組み合わせた構成である。

電動機１は、ハウジング３およびエンドブラケット４からなる電動機ケースと、回転軸５に嵌着されて整流子６に接続したロータコイルが巻装されたロータ７と、ステータコイルが巻装されたステータ８を備える。ロータ７は、ハウジング３とエンドブラケット４に嵌着した軸受１０ａ，１０ｂによって回転軸５を支持することによって回転自在に設置し、ステータ８は、ハウジング３内に堅く嵌着して設置する。ハウジング３とエンドブラケット４は、ボルト１１によって結合する。ロータコイルへの給電は、ハウジング３に取り付けたブラシホルダ１２によって保持したブラシ１３を前記整流子６に当接することによって実現する。ハウジング３には、排気口３ａを設ける。

送風機２は、遠心羽根車１４とディフューザ１５とリターンガイド１６と仕切板１７とファンケーシング１８を備える。

遠心羽根車１４は、中央部を滑らかな曲線で起立させるように絞って成形したシュラウド板１４ａと、円盤状のハブ板１４ｂと、前記シュラウド板１４ａと円盤状のハブ板１４ｂの間に放射状に配列して設けた羽根１４ｃを備え、前記シュラウド板１４ａの起立した中央部の先端に空気吸気口の目玉部１４ｄを設け、前記ハブ板１４ｂの中心には前記回転軸５を挿入して結合する穴１４ｅを設ける。

ディフューザ１５は、前記遠心羽根車１４の外周側に位置するように配列する複数枚のディフューザ羽根を前記仕切板１７の表面側の外周部から一体的に起立するように形成して構成する。

リターンガイド１６は、ディフューザ１５の背面側に位置して配列する複数枚のリターンガイド羽根を前記仕切板１７の背面側の外周部から一体的に起立するように形成して構成する。

このようにディフューザ１５とリターンガイド１６を一体的に成形した仕切板１７は、ボルト１９によってエンドブラケット４に固定する。

電動機１の回転軸５は、エンドブラケット４および仕切板１７を貫通して伸び、その先端部は、遠心羽根車１４のハブ板１４ｂの中心に設けた穴１４ｅを貫通させて該遠心羽根車１４を取り付け、この先端部に形成したねじ部５ａに螺着した多角形ナット２０によってスペーサ２１を介して締め付けて結合し、この多角形ナット２０とスペーサ２１の周りを曲面を有するホーン型のキャップ２２で覆うことによって遠心羽根車１４内の気流の乱れを軽減するように構成している。

この仕切板１７の上に伸びた回転軸５と遠心羽根車１４の更に具体的な結合構造は、図２に詳しく示すように、回転軸５のねじ部５ａに螺着した多角形ナット２２により締結されるハブ板１４ｂの中央部の固定面１４ｂ_１は、羽根１４ｃが設置されたハブ板１４ｂの平坦な流路面１４ｂ_２よりも電動機１側に凹んだ形状に形成する。このハブ板１４ｂの流路面１４ｂ_２から固定面１４ｂ_１への折曲がり部径（固定面１４ｂ_１を形成するための凹みの外径）は、シュラウド板１４ａの目玉部１４ｄの直径よりも小径にする。ハブ板１４ｂの折曲がり部径から半径方向の外側の領域は平坦（同一高さ）に形成して該ハブ板１４ｂの流路面１４ｂ_２の背面と仕切板１７に形成される隙間は一定寸法（均一な隙間）に保つように構成する。

多角形ナット２０を覆うホーン型のキャップ２２は、その下端面に、多角形ナット２０を収容するための該多角形ナット２０と同一多角形の外周面を有する収容空間２２ａと、回転軸５の先端に設けた抜け止め突起部５ｂと係合する係合突起部２２ｂを備え、その外周面は、下端部分がハブ板１４ｂに形成した固定面１４ｂ_１の凹みに密着するように嵌着し、ホーン型の曲面の裾部２２ｃがハブ板１４ｂの流路面１４ｂ_２と同一の高さになって滑らかに連なるように樹脂成形などによって形成する。因に、回転軸５の先端に設けた抜け防止突起部５ｂとキャップ２２に設けた係合突起部２２ｂは、多角形ナット２０を覆うようにキャップ２２を押し込む圧入方向には入り（係合し）易いが、逆方向には外れにくいような形状に形成する。

多角形の収容空間２２ａの外周面と多角形ナット２０の嵌め合いは、嵌着したキャップ２２の回り止めとなり、抜け止め突起部５ｂと係合突起部２２ｂの係合は、嵌着したキャップ２２の脱落を防止する。

ファンケーシング１８は、前記遠心羽根車１４とディフューザ１５とリターンガイド１６と仕切板１７を内包し、中央に遠心羽根車１４の目玉部１４ｄに対向する空気吸込口１８ａを備え、前記電動機ケースのエンドブラケット４側の端縁部に嵌着して固定する。

このように構成した電動送風機は、電動機１を運転して回転軸５が高速回転すると、この回転軸５に直結された遠心羽根車１４も高速回転する。それによって、遠心羽根車１４内の空気が該遠心羽根車１４の外周方向に吹き出し、外気がファンケーシング１８の吸込口１８ａから遠心羽根車１４の目玉部１４ｄ内に吸い込まれる。遠心羽根車１４の外周に吹き出した気流は、ディフューザ１５で減速されて圧力回復する。ディフューザ１５から流出した気流は、仕切板１７の外周で略１８０度曲がり、リターンガイド１６を通って電動機１内に流れ込み、電動機１のロータ７，ステータ８およびブラシ１３を冷却した後にハウジング３の排気口３ａから外部に排気される。

更に具体的には、遠心羽根車１４が回転することによって目玉部１４ｄから吸い込まれた空気は、シュラウド板１４ａと曲面を有するホーン型のキャップ２２で囲まれる曲がり流路を通り、シュラウド板１４ａとハブ板１４ｂと羽根１４ｃによって囲まれる流路を通って遠心羽根車１４の外周から排出する。このとき、遠心羽根車１４内の曲がり流路内では、曲面を有するホーン型のキャップ２２によって多角形ナット２０を覆っていることにより、多角形ナットなどの突起物による段差部がないために、ファンケーシング１８の空気吸込口１８ａから流入した空気の流れを乱すことがなく、入口曲がり部での流体損失を低減して高効率化を図ることができる。また、入口曲がり部での流れの乱れがないために騒音の発生を低減することもできる。

また、キャップ２２の曲面形状の外周端裾部２２ｃとハブ板１４ｂの流路面１４ｂ_２を同一高さとして該キャップ２２に沿った流路面とハブ板１４の流路面１４ｂ_２を連続的で滑らかに連なる流路面としたことにより、目玉部１４ｄから吸い込んだ空気を円滑に羽根１４ｃに導くことができ、羽根１４ｃの前縁とのマッチングが良くなって遠心羽根車１４が高効率化する。

更に、遠心羽根車１４が高速回転することによってハブ板１４ｂの背面側では循環流が発生するが、ハブ板１４ｂの背面と仕切板１７との間の隙間は半径方向に一定に保たれているために、局部的な２次流れが発生することがなく、大きな損失が発生することはない。

更に、ハブ板１４ｂの固定面１４ｂ_１を羽根１４ｃを設けた流路面１４ｂ_２よりも電動機１側に凹ませた形状に形成していることから、遠心羽根車１４を回転軸５に固定する多角形ナット２０の位置がハブ板１４ｂの流路面１４ｂ_２よりも電動機１側に偏倚する。そのために、多角形ナット２０を覆うキャップ２２は、偏倚した分だけ厚くすることができ、また、外周下端の裾部１９ａをシャープエッジにする必要もなく分厚く形成することができることから、製作性に優れたものとなる。更に、遠心羽根車１４を回転軸５に固定するために既存の多角形ナット２０を使用することができるので新たに製作する必要がなくなり、多角形ナット２０を既存の工具や設備で締め付けて固定することができる。

電動送風機の起動，停止および運転中には、キャップ２２に回転方向などの力が加わるが、キャップ２２は周り止めと抜け止めされているので、運転中に外れることはない。

図３は、実施例２の電動送風機における遠心羽根車１４の縦断側面図である。この実施例２の特徴は、キャップ２２の抜け止め構造にある。その他の実施例１と共通する構成については図示説明を省略する。

この実施例２における回転軸５は、遠心羽根車１４をねじ止め結合する先端部分に円筒形状の抜け止め軸部５ｃを突設している。そして、多角形ナット２０を覆うキャップ２２の収容空間２２ａの奥には該キャップ２２を嵌着したときに前記抜け止め軸部５ｃが圧入されて堅く嵌入して抜け止め効果を発揮する抜け止め穴２２ｄを設ける。

このようなキャップ２２の抜け止め構造は、回転軸５とキャップ２２の製作が容易であり、製造コストが更に低減する。

この実施例３は、前記実施例２におけるキャップ２２と接触する回転軸５の抜け止め軸部５ｃや多角形ナット２０の接触表面に組み立て時に接着剤を塗布しておくことにより、嵌着後のキャップ２２の抜け止め（脱落防止）効果を一層高める構成である。

また、接着剤と併用して、または接着剤の代りに、キャップ２２と接触する回転軸５の抜け止め軸部５ｃや多角形ナット２０の表面にローレット加工による溝を形成しておくことによってもキャップ２２の抜け止め（脱落防止）効果を発揮させることができる。

更にまた、回転軸５のねじ部５ａを延長してキャップ２２の抜け止め穴２２ｄに嵌入する抜け止め軸部５ｃの代りに利用することもできる。

図４は、実施例４の電動送風機における遠心羽根車１４の縦断側面図である。この実施例４の特徴は、前述した実施例１〜３における遠心羽根車１４を回転軸５に結合するための多角形ナットとホーン型のキャップを合成して一体化した形状のホーン型の固定ナット２３によって遠心羽根車１４を回転軸５に締め付け結合する構成である。前述した実施例と共通する構成については図示説明を省略する。

ホーン型の固定ナット２３は、回転軸５のねじ部（図示は省略するが前述した実施例におけるねじ部５ａに相当）に螺合する下部のナット部２３ａの外周面をハブ板１４ｂの凹んだ固定面１４ｂ1の凹みの中に略収まる高さの範囲で多角形に形成する。この固定ナット２３のナット部２３ａは、工具で摘んで回転させる部位であるので、ナット部２３ａとハブ板１４ｂの凹んだ固定面１４ｂ_１の外周面の間には工具を入れるためのスペース１４ｂ_３を設ける。そして、固定ナット２３においてハブ板１４ｂの流路面１４ｂ_２よりも上方に突出するホーン部２３ｂは、曲面形状の外周下端の裾部２３ｃをハブ板１４ｂの流路面１４ｂ_２と略同一高さに形成すると共に該曲面に沿って流れてきた気流を半径方向に向けるように形成する。

このように構成した電動送風機における遠心羽根車１４内の気流は、シュラウド板１４ａの目玉部１４ｄから流入して固定ナット２３のホーン部２３ｂの曲面に沿って流れて半径方向に向きを変えて流路面１４ｂ_２に向いて流れるようになることから、入口曲がり部の流路内での突起物による流れの乱れが小さくなって該入口曲がり部での流体損失が低減して高効率化を実現することができる。

また、固定ナット２３は、既存の工具または自動組立機で取り付けることができるので設備投資が必要なく、製造コストの低減につながるものである。また、固定ナット２３は、ホーン部２３ｂの裾部２３ｃをシャープエッジにする必要がないことから、製作性に優れている。

本発明の実施例１における電動送風機の縦断側面図である。 本発明の実施例１の電動送風機における遠心羽根車の縦断側面図である。 本発明の実施例２の電動送風機における遠心羽根車の縦断側面図である。 本発明の実施例４の電動送風機における遠心羽根車の縦断側面図である。

符号の説明

１…電動機、２…送風機、３…ハウジング、４…エンドブラケット、５…回転軸、５ａ…ねじ部、５ｂ…抜け止め突起部、１４…遠心羽根車、１４ａ…シュラウド板、１４ｂ…ハブ板、１４ｂ_１…固定面、１４ｂ_２…流路面、１４ｃ…羽根、１７…仕切板、２０…多角形ナット、２２…キャップ、２２ａ…収容空間、２２ｂ…係合突起部、２２ｃ…裾部。

Claims (5)

1. 回転軸を機外に延長させた電動機と、シュラウド板との間に複数枚の羽根を設けたハブ板に前記回転軸を嵌着してナットで締め付け固定すると共に前記ナットをホーン型のキャップで覆った遠心羽根車と該遠心羽根車の背後に設けた仕切板を備えた送風機を組み合わせた電動送風機において、
   前記遠心羽根車のハブ板の固定面を該ハブ板の羽根のある平坦な流路面よりも前記電動機側に凹ませて設け、前記ナットを覆うホーン型のキャップの下端部を前記固定面を形成する凹み内に嵌着したことを特徴とする電動送風機。
2. 請求項１において、前記ホーン型のキャップの外周曲面の裾部と前記ハブ板の流路面を略同一高さに構成したことを特徴とする電動送風機。
3. 請求項１または２において、前記キャップは、回転軸に係止して抜け止めすることを特徴とする電動送風機。
4. 回転軸を機外に延長させた電動機と、シュラウド板との間に複数枚の羽根を設けたハブ板に前記回転軸を嵌着してホーン型ナットで締め付け固定した遠心羽根車と該遠心羽根車の背後に設けた仕切板を備えた送風機を組み合わせた電動送風機において、
   前記遠心羽根車のハブ板の固定面を該ハブ板の羽根のある平坦な流路面よりも前記電動機側に凹ませて設け、前記ホーン型のナットの多角形の下端部を前記固定面を形成する凹み内に収容したことを特徴とする電動送風機。
5. 請求項４において、前記ホーン型のナットのホーン部の曲面形状の外周下端の裾部と前記ハブ板の流路面は略同一高さに形成したことを特徴とする電動送風機。

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