JP2005246542A - Power tool - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータを冷却する遠心ファンを備えた電動工具に関する。 The present invention relates to an electric tool including a centrifugal fan that cools a motor.
電動工具の小型化、高出力化、低騒音化の要求から、小型で冷却能力が高く、騒音の小さいモータ冷却ファン及びファン周辺の開発の必要性が高まっている。そこで風量増加と騒音低減を目的として、羽根の形状の最適化が提案されている。(例えば特許文献1参照)。 Due to the demands for miniaturization, high output, and low noise of electric tools, there is an increasing need for development of a motor cooling fan and a fan periphery that are small, have high cooling capacity, and have low noise. Therefore, optimization of the blade shape has been proposed for the purpose of increasing air volume and reducing noise. (For example, refer to Patent Document 1).
図10、図11に示されるように、特許文献1記載の遠心ファン220の複数の羽根222は、空気をファン本体221の半径方向外方に排出するために、ファン本体221の一面側においてファン本体221の所定半径位置から外縁まで延び、ファン本体221の周方向に沿って所定ピッチで配列され、一面側から図示せぬ駆動軸の軸方向に突出して設けられている。
As shown in FIG. 10 and FIG. 11, the plurality of
遠心ファン220を回転させると、遠心作用により空気にエネルギが与えられ,空気は、羽根222の内端である入口部より羽根222およびファンガイド211により形成された風路を通過して羽根222の外周部である出口部より半径方向外方に排出される。
When the
ここで遠心ファン220は、同一径方向に位置する一対の羽根222の内端の径D1と羽根222の内端における突出長H1と各羽根222の内端における互いに対向する部位間のファン本体221周方向の間隔L1との積と、ファン本体221の外径D2と羽根222の外周における突出長H2と各羽根222の外縁における互いに対向する部位間のファン本体221周方向の間隔L2との積とがほぼ等しくなるように構成されている。即ち、D1×H1×L1≒D2×H2×L2となるようにして円滑に空気が流れて騒音低減の効果が発揮される。
Here, the
しかし、電動工具の低騒音化への要望がさらに強まっており、遠心ファンの形状を最適化し、より騒音を小さくする必要がある。一般に、流体騒音は流速のおよそ6乗に比例するといわれている。遠心ファンの場合、回転数が同じであればファン外径を小さくすると流速が小さくなるので、ファン外径を小さくすれば、騒音を小さくすることができる。また、ファン外径を小さくすると流量が小さくなるが、ファンの羽根高さを高くすることで、遠心力が与えられる空気の量を多くして流量を補うことができる。しかし、羽根高さを高くすると、ファンの成形型の羽根に対応する部分においてより深い溝を形成する必要が生じ、その溝を形成する際にエンドミルが振れやすくなるなどが原因で、加工が困難になることから、製造コストが大幅に高くなるという問題が生じる。 However, there is an increasing demand for lower noise in power tools, and it is necessary to optimize the shape of the centrifugal fan to reduce noise. In general, fluid noise is said to be proportional to the sixth power of the flow velocity. In the case of a centrifugal fan, if the rotational speed is the same, the flow velocity decreases when the fan outer diameter is reduced. Therefore, noise can be reduced by reducing the fan outer diameter. Further, when the fan outer diameter is reduced, the flow rate is reduced, but by increasing the fan blade height, the amount of air to which centrifugal force is applied can be increased to compensate for the flow rate. However, when the blade height is increased, it becomes necessary to form deeper grooves in the part corresponding to the blades of the mold of the fan, and it is difficult to process because the end mill easily shakes when forming the grooves. Therefore, there arises a problem that the manufacturing cost is significantly increased.
そこで本発明は、遠心ファンのファン径に対し最適な羽根高さを設定し、適正な製造コストで低騒音化や風量増を実現可能な電動工具を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an electric tool that can set an optimum blade height with respect to the fan diameter of a centrifugal fan, and can achieve low noise and increase in air volume at an appropriate manufacturing cost.
上記目的を達成するために、本発明は、空気を吸入するための吸入口と該空気を排出するための排出口が形成されたハウジングと、該ハウジング内に収容され回転子と固定子とを有するモータと、該回転子に同軸固定されて該回転子と共に回転する遠心ファンとを備え、該遠心ファンは、円板状のファン本体と、該回転子の軸方向に沿う空気を該ファン本体の半径方向外方に流すために該ファン本体の所定半径位置から外周縁まで延び該ファン本体の周方向に沿って所定ピッチで形成された複数の羽根とを有し、該固定子と該ハウジングとの間には第1流路が画成され、該固定子と該回転子との間には第2流路が画成され、該回転子の軸方向に垂直で、該回転子の軸方向に並んだ断面のうち該第1流路及び第2流路の断面積が最も小さい値S0が、350mm2≦S0≦650mm2である電動工具において、該ファン本体の外径d2は、45mm≦d2≦50mmであり、かつ該羽根の最も高くなる個所での該軸方向の高さh1が、該ファン本体の外径に対して、0.2≦h1/d2≦0.3であることを特徴とする電動工具を提供している。 In order to achieve the above object, the present invention includes an inlet for sucking air, a housing in which an outlet for discharging the air is formed, a rotor and a stator housed in the housing. And a centrifugal fan that is coaxially fixed to the rotor and rotates together with the rotor. The centrifugal fan includes a disk-shaped fan body and air along the axial direction of the rotor. A plurality of blades extending from a predetermined radial position of the fan main body to an outer peripheral edge and formed at a predetermined pitch along a circumferential direction of the fan main body, and the stator and the housing. A first flow path is defined between the stator and the rotor, and a second flow path is defined between the stator and the rotor. The first flow path is perpendicular to the axial direction of the rotor. The smallest value S of the cross-sectional areas of the first flow path and the second flow path among the cross-sections arranged in the direction. But the power tool is 350mm 2 ≦ S0 ≦ 650mm 2, the outer diameter d2 of the fan body is 45 mm ≦ d2 ≦ 50 mm, and the axial direction of the height h1 in becomes highest point of the vane The electric power tool is characterized in that 0.2 ≦ h1 / d2 ≦ 0.3 with respect to the outer diameter of the fan body.
ここで、該羽根の最も高くなる個所での該軸方向の高さh1は、該ファン本体の外径d2に対して、0.25≦h1/d2≦0.3であることが好ましい。 Here, the axial height h1 at the highest point of the blade is preferably 0.25 ≦ h1 / d2 ≦ 0.3 with respect to the outer diameter d2 of the fan body.
また、該羽根の外周縁における該軸方向の高さh2は、該ファン本体の外径d2に対して、0.12≦h2/d2≦0.17であることが好ましい。 The axial height h2 of the outer peripheral edge of the blade is preferably 0.12 ≦ h2 / d2 ≦ 0.17 with respect to the outer diameter d2 of the fan body.
更に該羽根の枚数nは、23≦n≦30であることが好ましく、該羽根の枚数nは、25≦n≦28であることがより好ましい。 Further, the number n of the blades is preferably 23 ≦ n ≦ 30, and the number n of the blades is more preferably 25 ≦ n ≦ 28.
また、互いに隣接する該羽根の最も高くなる個所における互いに対向する部位間の該ファン本体の円周方向に沿う距離L1と該羽根の最も高くなる個所での該軸方向の高さh1との積からなる第1面積S1と、該ファン本体の同一直径方向に位置する一対の該羽根の該最も高くなる個所間の距離である内径d1と、互いに隣接する該羽根の外周縁における互いに対向する部位間の該ファン本体の円周方向に沿う距離L2と該羽根の外周縁における該軸方向の高さh2との積からなる第2面積S2と、該ファン本体の外径d2とが、S1・d1=(1±0.3)S2・d2の関係を満たすように構成されることが好ましい。 Further, the product of the distance L1 along the circumferential direction of the fan body between the mutually opposing portions at the highest point of the blades adjacent to each other and the axial height h1 at the highest point of the blade. A first area S1 composed of the same, an inner diameter d1 which is a distance between the highest portions of the pair of blades located in the same diameter direction of the fan body, and portions facing each other on the outer peripheral edges of the blades adjacent to each other A second area S2 formed by a product of a distance L2 along the circumferential direction of the fan body between the fan body and a height h2 in the axial direction at the outer peripheral edge of the blade, and an outer diameter d2 of the fan body is S1 · It is preferable to be configured to satisfy the relationship of d1 = (1 ± 0.3) S2 · d2.
また、該羽根は、該所定半径位置から該最も高くなる個所までの内方部と、該最も高くなる個所から該外周縁までの外方部とで構成され、該外方部の該外周縁付近は、該ファンの中心と該外方部の該外周縁とを結ぶ直線に対して、該遠心ファンの回転方向と逆方向に第1所定角度α1傾斜し、該内方部は、該ファンの中心と該所定半径位置とを結ぶ直線に対して、該遠心ファンの回転方向と逆方向に第2所定角度α2傾斜し、該第1所定角度α1は、30°≦α1≦50°であり、該第2所定角度α2は、0°≦α2≦10°であることが好ましい。 The blade includes an inner part from the predetermined radius position to the highest point and an outer part from the highest point to the outer peripheral edge, and the outer peripheral edge of the outer part. The vicinity is inclined at a first predetermined angle α1 in a direction opposite to the rotational direction of the centrifugal fan with respect to a straight line connecting the center of the fan and the outer peripheral edge of the outer portion, and the inner portion is Is inclined at a second predetermined angle α2 in a direction opposite to the rotational direction of the centrifugal fan with respect to a straight line connecting the center of the center and the predetermined radial position, and the first predetermined angle α1 is 30 ° ≦ α1 ≦ 50 °. The second predetermined angle α2 is preferably 0 ° ≦ α2 ≦ 10 °.
ここで、該第1所定角度α1は、35°≦α1≦45°であり、該第2所定角度α2は、2.5°≦α2≦7.5°であることが好ましい。 Here, the first predetermined angle α1 is preferably 35 ° ≦ α1 ≦ 45 °, and the second predetermined angle α2 is preferably 2.5 ° ≦ α2 ≦ 7.5 °.
本発明の請求項1の電動工具によれば、ファン本体の外径d2は、45mm≦d2≦50mmであり、かつ羽根の最も高くなる個所での軸方向の高さh1が、ファン本体の外径に対して、0.2≦h1/d2≦0.3であるので、適正な製造コストで低騒音化や風量増を実現することができる。
According to the electric tool of
請求項2の電動工具によれば、羽根の最も高くなる個所での該軸方向の高さh1は、ファン本体の外径d2に対して、0.25≦h1/d2≦0.3であるので、より適正な製造コストで低騒音化や風量増を実現することができる。 According to the electric tool of claim 2, the axial height h1 at the highest point of the blade is 0.25 ≦ h1 / d2 ≦ 0.3 with respect to the outer diameter d2 of the fan body. Therefore, it is possible to achieve a reduction in noise and an increase in air volume at a more appropriate manufacturing cost.
請求項3の電動工具によれば、羽根の外周縁における軸方向の高さh2は、ファン本体の外径d2に対して、0.12≦h2/d2≦0.17であるので、大きな風量を発生しかつ低騒音な遠心ファンを実現できる。 According to the electric power tool of claim 3, since the axial height h2 at the outer peripheral edge of the blade is 0.12 ≦ h2 / d2 ≦ 0.17 with respect to the outer diameter d2 of the fan body, a large air volume is obtained. And a low noise centrifugal fan can be realized.
請求項4の電動工具によれば、羽根の枚数nは、23≦n≦30であるので、騒音の原因となる渦が発生せず、また空気の通りも十分に確保できる。従って、十分な風量を確保しつつ騒音を低下させることが可能である。 According to the power tool of the fourth aspect, since the number n of blades is 23 ≦ n ≦ 30, vortices causing noise are not generated, and air passage can be sufficiently secured. Therefore, it is possible to reduce noise while ensuring a sufficient air volume.
請求項5の電動工具によれば、羽根の枚数nは、25≦n≦28であるので、請求項4の構成よりも、さらに十分な風量を確保しつつ騒音を低下させることが可能となる。
According to the electric power tool of
請求項6の電動工具によれば、S1・d1=(1±0.3)S2・d2の関係を満たすように構成されているので、互いに隣接する羽根間における空気の流れが乱れにくく、騒音を低減することができる。
According to the electric tool of
請求項7の電動工具によれば、第1所定角度α1は、30°≦α1≦50°であるので、遠心ファンの外周縁付近での、空気の流速を適切な速度にすることができ十分な風量を維持しつつ低騒音化を実現できる。また、第2所定角度α2は、0°≦α2≦10°であるので、羽根の付け根に生じる応力を緩和し、羽根の破壊を防止することができ、また騒音の原因となる乱流の発生を抑えることができる。
According to the electric tool of
請求項8の電動工具によれば、第1所定角度α1は、35°≦α1≦45°であり、第2所定角度α2は、2.5°≦α2≦7.5°であるので、請求項7の構成よりもさらに十分な風量を維持しつつ低騒音化を実現できる。
According to the power tool of
本発明の電動工具を研削工具(ディスクグラインダ)に適用した実施の形態について図1に基づき説明する。図1はディスクグラインダ1の全体構造を示しており、図面に対して左方を先端とすると、後方より樹脂製のハンドル部2、樹脂製のモータハウジング3、アルミ合金製のギヤカバー4の順に接続されてハウジングが構成される。そして、ハンドル部2とモータハウジング3とギヤカバー4とのそれぞれの内部に画成された空間は連通している。ハンドル部2には電源ケーブル5が取付けられると共に、スイッチ機構6が内蔵され、スイッチ機構6には使用者により操作可能なレバー2Aが設けられている。電源ケーブル5はスイッチ機構6を外部電源(図示せず)に接続し、レバー2Aを操作することにより、スイッチ機構6と電源との接続と断続とが切換えられる。また、ハンドル部2の後端部には第1吸気口2aが形成され、先端部には図示せぬ第2、第3吸気口が形成されている。
An embodiment in which the electric power tool of the present invention is applied to a grinding tool (disc grinder) will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows the overall structure of the
モータハウジング3内には回転子7及び固定子8を有するモータ9が収納され、回転子7は駆動軸10を同軸的に有している。モータ9の前方にはファンガイド11がモータハウジング3に固定されている。
A
ギヤカバー4内であってファンガイド11の前方には、遠心ファン20が駆動軸10に同心的に固定されて駆動軸10と共に回転可能に設けられている。ギヤカバー4において、遠心ファン20の半径方向外方位置には、第1排気口4a、第2排気口4b、図示せぬ第3排気口が形成されている。またギヤカバー4内には駆動軸10の一端に固定されたピニオンギア12と出力部たる出力軸13に固定されたギア14とを含む動力伝達機構が配置され、ピニオンギア12がギア14と噛合して、回転子7の回転を出力軸13に伝達している。そして出力軸13には砥石15が固定されている。
In the gear cover 4 and in front of the
次に図2に基づきモータハウジング3の内部構造について説明する。図2は、図1のII−II線に沿った断面図である。上述のようにモータ9は、回転子7及び固定子8を有している。固定子8は、モータハウジング3に固定保持され、固定子8には、回転子7を遊挿するための中空部8aが形成されている。そして、モータハウジング3と固定子8とによって複数の第1空気流路3aがそれぞれ画成されており、固定子8と回転子7とによって複数の第2空気流路3bがそれぞれ画成されている。
Next, the internal structure of the motor housing 3 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. As described above, the
次に、ディスクグラインダ1の動作について説明する。レバー2Aをハンドル部2に押し付けることによって、図示せぬ外部電源からモータ9に電流が供給され、回転子7が回転する。回転子7の回転と共に駆動軸10も回転し、ピニオンギア12とギア14により出力軸13及び砥石15に回転が伝達され、回転する砥石15を被削材に押し当てることにより研削作業が行われる。
Next, the operation of the
この時、回転子7に固定された遠心ファン20の回転により、空気が後述する昇圧空間20aにおいて矢印c1のように流れ、遠心ファン20の内径側では圧力が低下し、外径側では圧力が高くなる。これによりテールカバー2の第1吸気口2a、図示せぬ第2、第3吸気口より矢印a1、a2、a3のように空気が導入される。次に、空気は第1空気流路3a及び第2空気流路3bを矢印b1、b2のように通り、モータ9を冷却する。その後、空気は昇圧空間20aを矢印c1のように流れて、第1排気口4a、第2排気口4b、図示せぬ第3排気口より矢印e1、e2、e3のように外部に流出する。
At this time, the rotation of the
次に、図3に基づき遠心ファン20の構造について説明する。図3は、遠心ファン20の断面図であり、図4は、図3のIV方向から遠心ファン20を見たときの正面図である。遠心ファン20は、ファン本体21と、ファン本体21に一体に設けられファン本体21の軸方向に突設された複数の羽根22とを有し、矢印A(図4)で示す方向に回転する。ファン本体21は円板状であり、駆動軸10と係合するための回転子嵌挿穴21aを有するハブ21Aと主板21Bとから構成されている。複数の羽根22は、回転子7の軸方向に沿う空気をファン本体21の半径方向外方に流すためにファン本体21の所定半径位置Bから外周縁まで延びファン本体21の周方向に沿って所定ピッチで形成されている。
Next, the structure of the
そして、図4に示されるように羽根22は、ファン本体21の所定半径位置Bから半径方向外方に延びる方向に対し回転方向Aと逆方向に傾斜している。また、それぞれの羽根22は、所定半径位置Bから略中間位置Cまでの内方部22Aと、略中間位置Cから外周縁までの外方部22Bとで構成される。内方部22Aは、半径方向外方に向かって軸方向の高さが徐々に高くなる形状をなし、逆に外方部22Bは、半径方向外方に向かって軸方向の高さが徐々に低くなる形状をなしている。また、互いに隣接する羽根22によって空気が流れる昇圧空間20aは画成されており、昇圧空間20aの一部はファンガイド11に対向している(図1)。
As shown in FIG. 4, the
ここで、遠心ファン20の同一直径方向の互いに反対側に位置する一対の羽根22の略中間位置C間の距離(以下、ファン内径という)をd1、ファン本体21の直径(以下、ファン外径という)をd2、羽根22の略中間位置Cにおける軸方向の高さ(以下、羽根内側高さという)をh1、羽根22の外方部22Bの外周縁における軸方向の高さ(以下、羽根外側高さという)をh2とする。また、外方部22Bの延びる方向と、遠心ファン20の中心と外方部22Bの外周縁とを結ぶ直線とのなす角をα1、内方部22Aの延びる方向と、ファン本体21の中心と所定半径位置Bとを結ぶ直線とのなす角をα2とする。また、互いに隣接する羽根22の略中間位置Cにおける互いに対向する部位間の遠心ファン20の円周方向に沿う距離(以下、略中間位置C間距離)をL1、互いに隣接する羽根22の外周縁における互いに対向する部位間の遠心ファン20の円周方向に沿う距離(以下、羽根外周縁距離)をL2とする。
Here, the distance between the substantially intermediate positions C of the pair of
本実施の形態において、ファン内径d1=35mm、ファン外径d2=48mm、羽根内側高さh1=13mm、羽根外側高さh2=7mmとしている。また、従来の遠心ファンの寸法は、ファン内径d1’=33mm、ファン外径d2’=52mm、羽根内側高さh1’=9mm、羽根外側高さh2’=3.5mmであった。また、α1=40°、α2=5°、羽根22の枚数を27枚としている。なお、寸法値には測定誤差や、ばらつきがあるので、寸法値を表すときの「=」の記号は、実質的には「≒」の意味であるとして使用することにする。
In this embodiment, the fan inner diameter d1 = 35 mm, the fan outer diameter d2 = 48 mm, the blade inner height h1 = 13 mm, and the blade outer height h2 = 7 mm. The dimensions of the conventional centrifugal fan were: fan inner diameter d1 '= 33 mm, fan outer diameter d2' = 52 mm, blade inner height h1 '= 9 mm, blade outer height h2' = 3.5 mm. Further, α1 = 40 °, α2 = 5 °, and the number of
次に、ファン外径d2を従来の52mmから48mmに変更した理由について説明する。ファン外径d2の選定にあたっては、流体が発する騒音の音圧p[pa]と流速v[m/sec]との関係が、概ね
p∝v6
となるという性質に基づいている。遠心ファンにおいてファン外径d2とファン出口における流速vの関係は、概ね
d2∝v
となるので、これらを合わせると、
p∝d26
となる。また、従来のファン外径d2’と音圧p’との関係は同様に
p’∝d2’6
となる。従って、
(p/p’)∝(d2/d2’)6
となる。すなわち、ファン外径d2の選定は、ファン外径d2を小さくすればそれに比例して流速vが小さくなり、その6乗にほぼ比例して音圧pが小さくなるという性質に基づいて行われる。本実施の形態では、
(p/p’)∝(48/52)6≒0.62
となり、理論上は音圧pが従来に比べておよそ0.62倍まで小さくなる。また、実験を行った結果、従来の騒音値が約81dBであったのに対して、本実施の形態では約77.5dBであり約3.5dB小さくなった。また、ファン外径d2は45mm≦d2≦50mmの範囲であればほぼ同様の効果が得られる。
Next, the reason why the fan outer diameter d2 is changed from the conventional 52 mm to 48 mm will be described. In selecting the fan outer diameter d2, the relationship between the sound pressure p [pa] of the noise generated by the fluid and the flow velocity v [m / sec] is approximately p∝v 6.
It is based on the property of becoming. In the centrifugal fan, the relationship between the fan outer diameter d2 and the flow velocity v at the fan outlet is approximately d2∝v.
So when these are combined,
p∝d2 6
It becomes. Further, the relationship between the conventional fan outer diameter d2 ′ and the sound pressure p ′ is similarly p′∝d2 ′ 6.
It becomes. Therefore,
(P / p ′) ∝ (d2 / d2 ′) 6
It becomes. That is, the fan outer diameter d2 is selected based on the property that if the fan outer diameter d2 is made smaller, the flow velocity v becomes smaller in proportion to it, and the sound pressure p becomes smaller in proportion to the sixth power. In this embodiment,
(P / p ′) ∝ (48/52) 6 ≈0.62
Theoretically, the sound pressure p is reduced to about 0.62 times compared to the conventional case. Further, as a result of the experiment, the conventional noise value was about 81 dB, whereas in the present embodiment, it was about 77.5 dB, which was about 3.5 dB smaller. In addition, if the fan outer diameter d2 is in the range of 45 mm ≦ d2 ≦ 50 mm, substantially the same effect can be obtained.
なお、本実施の形態による遠心ファン20及び従来の遠心ファンの寸法は、遠心ファンにおける空気の流れを滑らかにし、騒音を低減する後述する式(1)を満たすように設計されている。従って、騒音値が約3.5dB小さくなったのは、ファン外径d2を48mmに変更したことのみによる効果である。
Note that the dimensions of the
次に、ファン外径d2=48mmに対して、羽根内側高さh1=13mmとした理由について説明する。羽根内側高さh1とファン外径d2の比(以下、第1羽根高さ比とする):h1/d2について見ると、h1/d2=0.27であり、従来のh1’/d2’=9/52≒0.17に対して大きくしてある。これは、ファン外径d2を小さくして流速が小さくなったことに起因する流量の低下を補うためである。 Next, the reason why the blade inner height h1 = 13 mm with respect to the fan outer diameter d2 = 48 mm will be described. Ratio of blade inner height h1 and fan outer diameter d2 (hereinafter referred to as first blade height ratio): h1 / d2 is h1 / d2 = 0.27, and conventional h1 ′ / d2 ′ = It is larger than 9 / 52≈0.17. This is to compensate for the decrease in the flow rate due to the fan outer diameter d2 being reduced to reduce the flow velocity.
以下、流量に影響を及ぼす因子について説明する。空気の流路における入口(第1吸気口2a、図示せぬ第2、第3吸気口)から出口(第1排気口4a、第2排気口4b、図示せぬ第3排気口)までの流路に、流量Q[m3/min]を発生させるのに必要なファンの送風能力である昇圧空間20aの入口と出口との圧力の差P[Pa]は、次式で表される。
P=aQ2
ここで、aは流路抵抗係数である。また上式は
Q=√(P/a)
となる。すなわち、流量Qに影響を及ぼす因子は、圧力の差Pと流路抵抗係数aである。以下、流路抵抗係数aについて説明する。流路抵抗係数aは流路の形状によって決まる固有値であり、流路における最も狭い部分の断面積(S0とする)の大きさによって流路抵抗係数aの値がほぼ決まってくることが知られている。
Hereinafter, factors affecting the flow rate will be described. Flow from the inlet (
P = aQ 2
Here, a is a channel resistance coefficient. The above formula is Q = √ (P / a)
It becomes. That is, the factors affecting the flow rate Q are the pressure difference P and the channel resistance coefficient a. Hereinafter, the channel resistance coefficient a will be described. It is known that the channel resistance coefficient a is an eigenvalue determined by the shape of the channel, and the value of the channel resistance coefficient a is almost determined by the size of the cross-sectional area (referred to as S0) of the narrowest portion in the channel. ing.
本実施の形態のディスクグラインダ1の冷却流路における最小断面積S0は、回転子7の軸方向に垂直で、回転子7の軸方向に並んだ断面のうち第1空気流路3a及び第2空気流路3bの断面積が最も小さい値(以下、モータ内流路断面積:S0とする)である。第1空気流路3aの断面積はモータハウジング3外径をできるだけ小さくするという小型化の要請と、所望の動力を得るために必要となる固定子8の外径から自ずと決まってくる。また、第2空気流路3bについても磁力を効率よく回転力に変換する必要から自ずと決まってくる。
The minimum cross-sectional area S0 in the cooling flow path of the
一般的な携帯用電動工具について、モータ内流路断面積S0を調べた結果、350mm2≦S0≦650mm2程度であった。これらについて、空気の入口と出口に圧力の差(圧力差)P[Pa]を生じさせたときの流量Q[mm2]の変化を調べた結果を図5に示す。図5における曲線Xは、S0=350mm2における結果であり、曲線YはS0=650mm2における結果である。また、曲線Xにおける流路抵抗係数aは約3000であり、曲線Yにおける流路抵抗係数aは約2000であった。従って、350mm2≦S0≦650mm2の携帯用電動工具における流路抵抗係数aは2000≦a≦3000程度である。 As a result of examining the in-motor flow path cross-sectional area S0 for a general portable electric tool, it was about 350 mm 2 ≦ S0 ≦ 650 mm 2 . FIG. 5 shows the results of examining changes in the flow rate Q [mm 2] when a pressure difference (pressure difference) P [Pa] is generated between the air inlet and the outlet. The curve X in FIG. 5 is the result at S0 = 350 mm 2 , and the curve Y is the result at S0 = 650 mm 2 . Further, the channel resistance coefficient a in the curve X was about 3000, and the channel resistance coefficient a in the curve Y was about 2000. Therefore, the channel resistance coefficient a in the portable power tool of 350 mm 2 ≦ S0 ≦ 650 mm 2 is about 2000 ≦ a ≦ 3000.
以下、ファンの送風能力について説明する。ファンの送風能力に大きな影響を与える因子は第1羽根高さ比である。350mm2≦S0≦650mm2の携帯用電動工具について、ファン外径を45mm≦d2≦50mmの範囲で変えると共に、第1羽根高さ比(h1/d2)を変化させたときの流量Qの変化について調べた結果を図6に示す。第1羽根高さ比がh1/d2<0.2の範囲では、第1羽根高さ比が大きくなるのとほぼ比例して流量が増加する。この領域では、ファンの送風能力に対して流路抵抗の比が十分に小さいため、羽根22間に空気が流れ込みやすく、ファン周辺の流れがスムーズであるからである。
Hereinafter, the ventilation capability of a fan is demonstrated. The factor that has a great influence on the fan blowing capacity is the first blade height ratio. Change of flow rate Q when the fan outer diameter is changed in the range of 45 mm ≦ d2 ≦ 50 mm and the first blade height ratio (h1 / d2) is changed for a portable power tool of 350 mm 2 ≦ S0 ≦ 650 mm 2 FIG. 6 shows the result of the investigation. When the first blade height ratio is in the range of h1 / d2 <0.2, the flow rate increases in proportion to the increase in the first blade height ratio. This is because, in this region, the ratio of the channel resistance to the fan blowing capacity is sufficiently small, so that air easily flows between the
また、0.2≦h1/d2≦0.3のあたりでは、流量の増加率は小さくなっていき、0.3<h1/d2となると、流量はほとんど増加しなくなる。これは、0.3<h1/d2の範囲では、ファンの能力に対する流路抵抗の比が大きすぎるため、羽根22間に空気が流れ込み難くなり、ファンのエネルギが周囲の空気を掻き回すのに使われることと、羽根22の間に細かな渦が発生するためである。すなわち、これらの電動工具においては、0.2≦h1/d2≦0.3の範囲であれば、流量及び製造コストにおいて羽根内側高さh1を適正な高さに設定することができる。
Further, the rate of increase in the flow rate is reduced around 0.2 ≦ h1 / d2 ≦ 0.3, and the flow rate hardly increases when 0.3 <h1 / d2. This is because, in the range of 0.3 <h1 / d2, the ratio of the channel resistance to the fan capacity is too large, so that it is difficult for air to flow between the
より好ましくは、0.25≦h1/d2≦0.3の範囲に設定すると、より適正な高さに設定することができ、h1/d2=0.27となるように設定すると最も適正な高さに設定することができる。なお本実施の形態では、ファン外径d2を48mmであるので、
h1/d2=0.27
から
h1=0.27×48≒13mm
となるので、h1=13mmと設定している。
More preferably, if it is set in the range of 0.25 ≦ h1 / d2 ≦ 0.3, a more appropriate height can be set, and if it is set so that h1 / d2 = 0.27, the most appropriate height can be set. Can be set. In this embodiment, since the fan outer diameter d2 is 48 mm,
h1 / d2 = 0.27
To h1 = 0.27 × 48 ≒ 13mm
Therefore, h1 = 13 mm is set.
以上のことから、遠心ファンによってモータを冷却する冷却流路を有する電動工具であって、モータ内流路断面積S0が350mm2≦S0≦650mm2の範囲にある電動工具においては、ファン外径を45mm≦d2≦50mmの範囲に設定し、羽根内側高さh1を0.2≦h1/d2≦0.3となるように設定することで、適正な製造コストで低騒音化や風量増を実現することができる。 From the above, in an electric tool having a cooling flow path for cooling a motor by a centrifugal fan and having a motor cross-sectional area S0 in the range of 350 mm 2 ≦ S0 ≦ 650 mm 2 , the fan outer diameter Is set to a range of 45 mm ≦ d2 ≦ 50 mm, and the blade inner height h1 is set to satisfy 0.2 ≦ h1 / d2 ≦ 0.3, thereby reducing noise and increasing the air volume at an appropriate manufacturing cost. Can be realized.
次に、ファン内径d1を35mm、羽根外側高さh2を7mmとした理由について説明する。特許第3391199号公報において、略中間位置C間距離L1と羽根内側高さh1との積で示される面積を入口部面積S1(=L1×h1)、羽根外周縁距離L2と羽根外側高さとh2との積で示される面積を出口部面積S2(=L2×h2)とした時に、
S1・d1=μ・S2・d2 (1)
0.7≦μ≦1.3
の関係を満たすように羽根22の形状を設計することによって、羽根22間の空気の径方向の速度と回転方向の速度との比が、入口部(羽根22の略中間位置C)と出口部(羽根22の外周縁)の間で等しくなり、空気の流れが乱れにくく、騒音が低減することが記載されている。
Next, the reason why the fan inner diameter d1 is 35 mm and the blade outer height h2 is 7 mm will be described. In Japanese Patent No. 3391199, the area indicated by the product of the distance L1 between the substantially intermediate positions C and the blade inner height h1 is defined as the inlet portion area S1 (= L1 × h1), the blade outer peripheral edge distance L2, the blade outer height, and h2. When the area indicated by the product is the exit area S2 (= L2 × h2),
S1 · d1 = μ · S2 · d2 (1)
0.7 ≦ μ ≦ 1.3
By designing the shape of the
従って、式(1)の関係を満たすように、本実施の形態においても設計すればよい。具体的には、式(1)(本実施の形態においてはμ=1とする)から
(π・d1/n)・h1・d1=(π・d2/n)・h2・d2
となり、さらに
d12・h1=d22・h2 (2)
となる。ここで、本実施の形態ではd2=48mm、h1=13mmであるので式(2)は、
d12・13=482・h2
となり、この関係を満たすように、d1=35mm、h2=7mmという値を設定している。
Therefore, it should be designed in this embodiment so as to satisfy the relationship of the expression (1). Specifically, from the equation (1) (in this embodiment, μ = 1), (π · d1 / n) · h1 · d1 = (π · d2 / n) · h2 · d2
And d1 2 · h1 = d2 2 · h2 (2)
It becomes. Here, since d2 = 48 mm and h1 = 13 mm in the present embodiment, Equation (2) is
d1 2 · 13 = 48 2 · h2
Thus, d1 = 35 mm and h2 = 7 mm are set so as to satisfy this relationship.
以上から、発明者らは、第1羽根高さ比:h1/d2及びファン外径d2に対する羽根外側高さh2の比(以下、第2羽根高さ比とする):h2/d2を所定の範囲内で変化させて実験を行った。図7は、第2羽根高さ比と第1羽根高さ比とを(10.0%、22.0%)、(14.5%、27.0%)、(20.0%、32.0%)に組合せて、それぞれにおいて実験を行った結果である。左方の縦軸は、騒音比率であり、得られた騒音値を所定の騒音値で除した値である。右方の縦軸は、風量[m3/min]である。 From the above, the inventors set the first blade height ratio: h1 / d2 and the ratio of the blade outer height h2 to the fan outer diameter d2 (hereinafter referred to as the second blade height ratio): h2 / d2 as a predetermined value. Experiments were performed with variation within the range. In FIG. 7, the second blade height ratio and the first blade height ratio are (10.0%, 22.0%), (14.5%, 27.0%), (20.0%, 32 0.0%), and the results of the experiments conducted in each. The vertical axis on the left is the noise ratio, which is a value obtained by dividing the obtained noise value by a predetermined noise value. The vertical axis on the right is the air volume [m 3 / min].
図7から第2羽根高さ比と第1羽根高さ比とが、(12.0%、25.0%)未満の領域では、騒音は小さいがモータ9を冷却するのに十分な風量が得られず、また、(17.0%、30.0%)を超えるの領域では、十分な風量は得られるが騒音が大きくなることが分かる。従って、第2羽根高さ比が12.0〜17.0%、第1羽根高さ比が25.0〜30.0%の範囲内であれば、十分な風量を維持しつつ騒音を低下させることが可能である。また、より好ましくは(14.5%、27.0%)付近であれば、大きな風量を発生しかつ低騒音な遠心ファン20を実現できる。
From FIG. 7, in the region where the second blade height ratio and the first blade height ratio are less than (12.0%, 25.0%), the noise is small, but there is a sufficient air volume to cool the
次に、羽根22の枚数を27枚とした理由について説明する。以下、羽根22の枚数をnとする。ファン外径d2が45mm≦d2≦50mmの遠心ファン20について、羽根22の枚数nを変えたときの風量の変化を調べた結果、ファン外径d2の違いによって大きく変わることはなく、いずれも概ね図8のような傾向を示した。縦軸は風量比率であり、各枚数において得られた風量値を枚数が27枚の時の風量値で除した値である。図8から分かるように、n=27において最も風量が得られ、羽根22の枚数が23≦n≦30の範囲では、n=27と比較してさほど大きな風量の落ち込みは見られなかった。n<23の範囲では、ファン外径d2に対して羽根22の枚数nが少ないため、遠心ファン20の外径付近において隣り合う羽根22間の距離が大きくなる。このため羽根22間の空気の流れが乱れ、風量が低下している。
Next, the reason why the number of
また、n>30の範囲では、ファン外径d2に対して羽根22の枚数nが多いため、遠心ファン20の内径において隣り合う羽根22間の間隔が狭くなる。このため羽根22間に空気が流れ込み難くなり、風量が低下している。以上から、ファン外径d2が45mm≦d2≦50mmである遠心ファン20では、羽根22の枚数nを23≦n≦30と設定することで、十分な風量を確保しつつ騒音を低下させることが可能となる。より好ましくは、羽根22の枚数nを25≦n≦28と設定すればさらに十分な風量を確保しつつ騒音を低下させることが可能となる。そして、n=27であれば最も風量を確保しつつ騒音を低下させることが可能となるので、本実施の形態においては羽根22の枚数を27枚にしている。
Further, in the range of n> 30, since the number n of the
次に、α1=40°、α2=5°にした理由について説明する。発明者らは、α1とα2との角度を変えて騒音および風量の変化を調べた。その結果、30°≦α1≦50°かつ0°≦α2≦10°の範囲において、十分な風量を得ることができ、かつ低騒音化を実現できることが分かった。 Next, the reason why α1 = 40 ° and α2 = 5 ° will be described. The inventors changed the angle between α1 and α2 and examined changes in noise and air volume. As a result, it was found that a sufficient air volume can be obtained and noise reduction can be realized in the range of 30 ° ≦ α1 ≦ 50 ° and 0 ° ≦ α2 ≦ 10 °.
これは、α1が30°未満であると、遠心ファン20の外周縁付近での、空気の流速が速くなってしまい騒音の原因となり、α1が50°を超えると、逆に遠心ファン20の外周縁付近での空気の流速が遅くなってしまい十分な風量が得られないためである。また、α2が0°未満であるか、あるいはα2が10°を超えると、羽根22の付け根において大きな応力が生じ易く、また乱流が発生し易くなるため望ましくなく、0°≦α2≦10°の範囲であれば乱流が抑えられるからである。
This is because if α1 is less than 30 °, the flow velocity of air near the outer peripheral edge of the
また、35°≦α1≦45°かつ2.5°≦α2≦7.5°の範囲であれば、更に十分な風量及び低騒音化を図ることができ、α1=40°、α2=5°で最も風量を得ることができ、最も騒音を小さくできることが分かった。 Further, if the range is 35 ° ≦ α1 ≦ 45 ° and 2.5 ° ≦ α2 ≦ 7.5 °, it is possible to achieve a further sufficient air volume and noise reduction, α1 = 40 °, α2 = 5 °. It was found that the highest air volume can be obtained with the lowest noise.
本発明による電動工具は、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。例えば、遠心ファン20の形状を図9に示す遠心ファン120のように、ファン本体121は円板状ではなく羽根122が突設された方向とは逆の方向に傾斜するテーパ状であってもよい。また、羽根22の略中間位置Cから外周縁への稜線は直線であったが、これに限定されず遠心ファン120のように円弧状などの形状であってもよい。更に、電動工具は振動ドリルやディスクグラインダに限定されず、切断工具や電動ドリル、ネジ締め機などに適用可能である。
The power tool according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and improvements can be made within the scope described in the claims. For example, the shape of the
1 ディスクグラインダ 3 モータハウジング 2a 第1吸気口 3a 第1空気流路 3b 第2空気流路 4a 第1排気口 4b 第2排気口 7 回転子 8 固定子 9 モータ 20、120、220 遠心ファン 21、121、221 ファン本体 22A 内方部 22B 外方部 22、122、222 羽根 B 所定半径位置 C略中間位置 d1 ファン内径 d2 ファン外径 h1 羽根内側高さ h2 羽根外側高さ L1 略中間位置C間距離 L2 羽根外周縁距離 n 枚数 S0 モータ内流路断面積 S1 入口部面積 S2 出口部面積 α1 第1所定角度 α2 第2所定角度
DESCRIPTION OF
Claims (8)
該ハウジング内に収容され回転子と固定子とを有するモータと、
該回転子に同軸固定されて該回転子と共に回転する遠心ファンとを備え、該遠心ファンは、円板状のファン本体と、該回転子の軸方向に沿う空気を該ファン本体の半径方向外方に流すために該ファン本体の所定半径位置から外周縁まで延び該ファン本体の周方向に沿って所定ピッチで形成された複数の羽根とを有し、
該固定子と該ハウジングとの間には第1流路が画成され、
該固定子と該回転子との間には第2流路が画成され、
該回転子の軸方向に垂直で、該回転子の軸方向に並んだ断面のうち該第1流路及び第2流路の断面積が最も小さい値S0が、350mm2≦S0≦650mm2である電動工具において、
該ファン本体の外径d2は、45mm≦d2≦50mmであり、かつ該羽根の最も高くなる個所での該軸方向の高さh1が、該ファン本体の外径に対して、0.2≦h1/d2≦0.3であることを特徴とする電動工具。 A housing formed with a suction port for sucking air and a discharge port for discharging the air;
A motor housed in the housing and having a rotor and a stator;
A centrifugal fan that is coaxially fixed to the rotor and rotates together with the rotor, the centrifugal fan having a disk-shaped fan main body and air along an axial direction of the rotor outside the radial direction of the fan main body. A plurality of blades extending from a predetermined radial position of the fan main body to the outer peripheral edge and formed at a predetermined pitch along a circumferential direction of the fan main body in order to flow in the direction,
A first flow path is defined between the stator and the housing,
A second flow path is defined between the stator and the rotor,
Of the cross-sections perpendicular to the axial direction of the rotor and aligned in the axial direction of the rotor, the value S0 having the smallest cross-sectional area of the first flow path and the second flow path is 350 mm 2 ≦ S0 ≦ 650 mm 2 . In an electric tool,
The outer diameter d2 of the fan body is 45 mm ≦ d2 ≦ 50 mm, and the axial height h1 at the highest point of the blade is 0.2 ≦≦ the outer diameter of the fan body. An electric tool characterized by satisfying h1 / d2 ≦ 0.3.
互いに隣接する該羽根の外周縁における互いに対向する部位間の該ファン本体の円周方向に沿う距離L2と該羽根の外周縁における該軸方向の高さh2との積からなる第2面積S2と、該ファン本体の外径d2とが、S1・d1=(1±0.3)S2・d2の関係を満たすように構成されることを特徴とする請求項1に記載の電動工具。 It consists of the product of the distance L1 along the circumferential direction of the fan body between the portions facing each other at the highest point of the blades adjacent to each other and the axial height h1 at the highest point of the blade. A first area S1 and an inner diameter d1 which is a distance between the highest points of the pair of blades located in the same diameter direction of the fan body;
A second area S2 formed by a product of a distance L2 along the circumferential direction of the fan body between the mutually opposing portions on the outer peripheral edges of the blades adjacent to each other, and the axial height h2 on the outer peripheral edge of the blades; The electric tool according to claim 1, wherein the outer diameter d2 of the fan body is configured to satisfy a relationship of S1 · d1 = (1 ± 0.3) S2 · d2.
該外方部の延びる方向は、該ファンの中心と該外方部の該外周縁とを結ぶ直線に対して、該遠心ファンの回転方向と逆方向に第1所定角度α1傾斜し、
該内方部は、該ファンの中心と該所定半径位置とを結ぶ直線に対して、該遠心ファンの回転方向と逆方向に第2所定角度α2傾斜し、
該第1所定角度α1は、30°≦α1≦50°であり、該第2所定角度α2は、0°≦α2≦10°であることを特徴とする請求項1に記載の遠心ファン。 The blade is composed of an inner part from the predetermined radial position to the highest point and an outer part from the highest point to the outer peripheral edge,
The direction in which the outer portion extends is inclined by a first predetermined angle α1 in a direction opposite to the rotational direction of the centrifugal fan with respect to a straight line connecting the center of the fan and the outer peripheral edge of the outer portion,
The inner portion is inclined at a second predetermined angle α2 in a direction opposite to the rotational direction of the centrifugal fan with respect to a straight line connecting the center of the fan and the predetermined radial position,
The centrifugal fan according to claim 1, wherein the first predetermined angle α1 is 30 ° ≦ α1 ≦ 50 °, and the second predetermined angle α2 is 0 ° ≦ α2 ≦ 10 °.
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