JP2006207587A - 送風装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】掃除機など小型家電に使用される送風装置において、ファン効率及びモーターの放熱性を向上させる。
【解決手段】ハウジング、遠心型羽根車、ガイドベーン、及び遠心型羽根車を回転させるモーターを備えてなり、特に、遠心型羽根車の羽根車ブレードの平均直径をハウジングの直径の87%乃至93%と設計するとともに、遠心型羽根車のシュラウド、ハブ及びガイドベーンを、ハウジングの大きさまたは羽根車ブレードの平均直径を基準に最適設計する。
【選択図】図3

Description

本発明は、掃除機などに使用される送風装置に係り、特に、ディフューザーを省いてもファン効率及びモーターの放熱性を向上させられるように遠心型羽根車及びガイドベーンを最適設計した送風装置に関する。
図1は、従来の技術に係る送風装置を示す斜視図であり、図2は、従来の技術に係る送風装置の要部構成を示す断面図である。
従来の技術に係る送風装置は、空気吸入口1及び空気吐出口2を有するハウジング4と、該ハウジング4の内部に回転自在に設けられた遠心型羽根車10と、該遠心型羽根車10と軸21を介して連結されて遠心型羽根車10を回転させるモーター20と、で構成される。
ハウジング4は、空気吸入口1がハウジング4の前面中央に形成され、空気吐出口2がハウジング4の後面に形成されている。
遠心型羽根車10は、空気を遠心方向に送風させるもので、ハウジング4の空気吸入口1と通じる空気吸入口12’を有するシュラウド12と、該シュラウド12と軸方向に離間してモーター20の軸21に一体に回転可能に結合されたハブ14と、シュラウド12とハブ14との間に放射方向に配置された複数枚のブレード16とからなる。
遠心型羽根車10は、一定大きさのハウジング4に対する容積率が大きいほど送風容量が増大するが、容積率が大きすぎるとハウジング4との干渉が生じ、特に遠心型羽根車10からハウジング4の空気吐出口2に送風される空気の流動抵抗が大きくなってしまう。したがって、遠心型羽根車10は、ハウジング4と一定間隔Gを保持するように設計される。
ここで、通常、シュラウド12、ハブ14及びブレード16は、同じ外径10Dを有するように設計される。参考として、ブレード16の外径は、複数枚のブレード16の外側端をつないだ円の直径である。
一方、ハウジング4には、空気を遠心型羽根車10からハウジング4の空気吐出口2に導くガイドベーン30が備えられている。
上記のように構成された従来の技術に係る送風装置の動作について説明すると、下記の通りである。
モーター20が駆動すると、モーター20の回転力により遠心型羽根車10が回転する。
これにより、ハウジング4の外部空気がハウジング4の空気吸入口1とシュラウド12の空気吸入口12’から遠心型羽根車10に吸入される。遠心型羽根車10に吸入された空気は、複数枚のブレード16により遠心型羽根車10の遠心方向に送風され遠心型羽根車10から吐出される。遠心型羽根車10から吐出された空気は、ガイドベーン30により導かれてハウジング4の空気吐出口2からハウジング4の外部に吐出される。
このように遠心型羽根車10により空気が強制送風されることで送風力が発生する。
一方、ハウジング4から吐出された空気は、モーター20の放熱のためにモーター20に導かれる。
しかしながら、かかる従来の技術による送風装置は、遠心型羽根車10からガイドベーン30に送風される空気を拡散させるディフューザーを省くことから小型設計ができ、掃除機などの小型家電に好適であるという長所はあるが、ディフューザーの不在から、遠心型羽根車10から吐出された空気が、ガイドベーン30に円滑に流動できない他、ハウジング4とシュラウド12との空間を通ってハウジング4の空気吸入口1から洩れてしまい、ファン効率が低いという問題点があった。
しかも、このようにファン効率が低いため、モーター20がハウジング4から吐出された空気により放熱されるように設計された場合、モーター20の放熱性が劣るという問題点があった。
また、ハウジング4の空気吸入口1から洩れた流動空気とハウジング4の空気吸入口1から吸入された流動空気とが衝突し、流動騒音が増大するという問題点があった。
本発明は上記の問題点を解決するためのもので、その目的は、空気が遠心型羽根車からガイドベーンに円滑に流動できるように遠心型羽根車とガイドベーンを最適設計し、小型でありながらもファン効率及びモーターの放熱性に優れており、騒音発生が少ない送風装置を提供することにある。
上記目的を達成するための本発明に係る送風装置は、空気吸入口及び空気吐出口を有するハウジングと、前記ハウジングの内部に回転自在に配置され、前記ハウジングの空気吸入口と通じる空気吸入口が形成されたシュラウドと、前記シュラウドから軸方向に離間してモーターと連結されたハブと、前記ハブとシュラウドとの間において放射方向に配置された複数枚の羽根車ブレードと、を備えてなることを特徴とする。
前記羽根車ブレードの外側端は、軸方向に垂直であるか、または、前記羽根車ブレードの外径が前記シュラウドから前記ハブに向かって次第に狭まるように、軸方向に対して傾斜していることを特徴とする。
前記シュラウドの外径は、前記羽根車ブレードの平均直径の103%乃至106%であることを特徴とする。
前記ハブの外径は、前記羽根車ブレードの平均直径の95%乃至98%であることを特徴とする。
前記シュラウドの外側端と前記ハブの外側端間の軸方向の距離は、前記ハウジングの軸方向の高さの25%乃至50%であることを特徴とする。
前記送風装置は、前記ハブと対向して配置されるガイドベーンプレートと、前記ガイドベーンプレートに放射方向に配置された複数枚のガイドベーンブレードとからなるガイドベーンをさらに備えてなり、前記複数枚のガイドベーンブレードの外径は、前記羽根車ブレードの平均直径の103%乃至108%であることを特徴とする。
前記ガイドベーンプレートの外径は、前記羽根車ブレードの平均直径の100%乃至102%であることを特徴とする。
前記ガイドベーンの軸方向の高さは、前記シュラウドの外側端と前記ハブの外側端間の軸方向の距離の100%乃至110%であることを特徴とする。
また、上記目的を達成するために、本発明に係る送風装置は、空気吸入口及び空気吐出口が形成されたハウジングと、前記ハウジングの内部に回転自在に配置され、前記ハウジングの空気吸入口と対応する空気吸入口が形成されたシュラウドと、前記シュラウドから軸方向に離間してモーターと連結されたハブと、前記ハブとシュラウドとの間において放射方向に配置された複数枚の羽根車ブレードとを備えてなり、前記羽根車ブレードの平均直径は、前記ハウジングの直径の87%乃至93%であり、前記シュラウドの外径は、前記羽根車ブレードの平均直径の103%乃至106%であり、前記ハブの外径は、前記羽根車ブレードの平均直径の95%乃至98%であり、前記シュラウドの外側端と前記ハブの外側端間の軸方向の距離は、前記ハウジングの軸方向の高さの25%乃至50%であることを特徴とする。
前記送風装置は、前記ハブと対向して配置されたガイドベーンプレートと、前記ガイドベーンプレートに放射方向に配置された複数枚のガイドベーンブレードとからなるガイドベーンをさらに備えてなり、前記ガイドベーンプレートの外径は、前記羽根車ブレードの平均直径の100%乃至102%であり、前記ガイドベーンブレードの外径は、前記羽根車ブレードの平均直径の103%乃至108%であり、前記ガイドベーンの軸方向の高さは、前記シュラウドの外側端と前記ハブの外側端間の軸方向の距離の100%乃至110%であることを特徴とする。
また、上記目的を達成するために、本発明に係る送風装置は、空気吸入口と空気吐出口を有するハウジングと、前記ハウジングの内部に回転自在に配置され、前記ハウジングの空気吸入口と通じる空気吸入口が形成されたシュラウドと、前記シュラウドと軸方向に離間してモーターと連結されたハブと、前記ハブとシュラウドとの間において放射方向に配置された複数枚の羽根車ブレードと、を備えてなり、前記羽根車ブレードの平均直径は、前記シュラウドの直径よりも小さいことを特徴とする。
ここで、前記複数枚の羽根車ブレードの外側端をつないだ円の直径が、羽根車ブレードの外径であり、これら羽根車ブレードの外径を軸方向に平均した値が、前記羽根車ブレードの平均直径である。
前記ハブの直径は、前記羽根車ブレードの平均直径よりも小さいことを特徴とする。
本発明による送風装置は、ディフューザーを省いても空気が遠心型羽根車からガイドベーンへ円滑に流動できるように、遠心型羽根車とガイドベーンが最適設計されるため、小型設計ができるとともに、ファン効率及びモーターの放熱性が向上することが可能になる。
以下、添付の図面に基づき、本発明に係る送風装置の実施形態について説明する。
本発明による送風装置は、複数の実施形態が存在でき、以下では最も好適な実施形態について説明する。ただし、送風装置をなす基本的な構造は、前述の従来の技術と同様なので詳細説明及び図面を省略する。
図3は、本発明による送風装置の要部構成を示す断面図である。
本発明による送風装置は、空気吸入口51及び空気吐出口52を有するハウジング50と、ハウジング50の内部に回転自在に設置され、モーターと軸54を介して連結されてハウジング50の空気吸入口51から空気吐出口52の方向へ送風力を発生させる遠心型羽根車60と、ハウジング50の内部に設けられ、遠心型羽根車60により送風される空気を、ハウジング50の空気吐出口52に導くガイドベーン70と、からなる。
ハウジング50の空気吸入口51は、ハウジング50の内部に空気が吸入されるように前面中央に形成される。また、ハウジング50の空気吐出口52は、ハウジング50の後面に形成される。ここで、ハウジング50の後面は、全部開口可能なように設けられることができる。
ハウジング50は、軸方向の高さ50Hをハウジング50の直径50Dに対して20%乃至100%の範囲内とすることができる。ここで、ハウジング50の直径50Dは、軸方向に遠心型羽根車60が配置された部位での直径のことをいう。
遠心型羽根車60は、ハウジング50の空気吸入口51と通じる空気吸入口62’が形成されたシュラウド62と、シュラウド62の後側に所定距離だけ離間してモーターの軸54に一体に回転自在に結合されたハブ64と、ハブ64とシュラウド62との間において放射方向に配置された複数枚の羽根車ブレード66と、からなる。
シュラウド62、ハブ64及び羽根車ブレード66は、優れたファン効率及びモーターの放熱性を得るために後述の如く設計される。参考として、ハウジング50の大きさと羽根車ブレード66の平均直径がシュラウド62、ハブ64及び羽根車ブレード66の設計基準となるので、羽根車ブレード66、シュラウド62、ハブ64の順番に説明する。
羽根車ブレード66は、ハウジング50の大きさが一定である条件において、遠心型羽根車60の送風容量を最大化させるものの、ハウジング50と遠心型羽根車60間の空間狭小による流動損失を最小化できるように設計される必要がある。したがって、図4は、ハウジング50の直径50Dに対する羽根車ブレード66の平均直径の比の変化によるファン効率を示すグラフで、羽根車ブレード66は、図4に示すように、ファン効率が適正水準以上になるように、その平均直径がハウジング50の直径50Dの87%乃至93%となるようにすることが望ましい。
ここで、複数枚の羽根車ブレード66の外側端をつないだ円の直径が、羽根車ブレード66の外径であり、羽根車ブレード66の外径を軸方向に平均した値が、羽根車ブレード66の平均直径66Dである。羽根車ブレード66の平均直径66Dを使用する理由は、羽根車ブレード66の外径がシュラウド62からハブ64に向かって次第に狭まるように、羽根車ブレード66の外側端が遠心型羽根車60の軸方向に対して傾斜しているためである。
また、羽根車ブレード66は、遠心型羽根車60から吐出された空気がシュラウド62とハウジング50間の空間からハウジング50の空気吸入口51側へ洩れないように、その平均直径66Dがシュラウド62の直径62Dよりも小さく設計されることが望ましい。
また、シュラウド62は、上述の如くその直径62Dが羽根車ブレード66の平均直径66Dよりも大きいもので、ハウジング50との干渉を考慮して次のように設計されることが望ましい。
すなわち、図5は、ハウジング50の直径50Dに対するシュラウド62の外径62Dの比の変化によるファン効率を示すグラフで、シュラウド62は、その外径62Dがハウジング50の直径50Dの90%以上と設計される。また、図6は、羽根車ブレード66の平均直径に対するシュラウド62の外径62Dの比の変化によるファン効率を示すグラフで、シュラウド62は、その外径62Dが羽根車ブレード66の平均直径の103%以上と設計される。
なお、ハウジング50の大きさが一定な条件において、羽根車ブレード66の平均直径に対するシュラウド62の外径62Dの比が一定値以上になるためには、ハウジング50の直径50Dに対する羽根車ブレード66の平均直径の比が小さくならなければならない。ところが、羽根車ブレード66は、図4を参照して説明した如く、その平均直径がハウジング50の直径50Dに対して87%乃至93%と設計される。したがって、シュラウド62は、その外径62Dがハウジング50の直径50Dの90%乃至95%と設計されるとともに、羽根車ブレード66の平均直径66Dの103%乃至106%と設計されることが好適である。
また、ハブ64は、遠心型羽根車60により送風される空気がガイドベーン70へ円滑に流動されるように羽根車ブレード66よりも小さく設計されることが好ましい。したがって、図7は、羽根車ブレード66の平均直径に対するハブ64の外径64Dの比の変化によるファン効率を示すグラフで、ハブ64は、その外径64Dを羽根車ブレード66の平均直径66Dの95%乃至98%と設計する。
また、上記のように設計される遠心型羽根車60は、その高さ60Hがハウジング50の高さ50Hの25%乃至50%と設計される。ここで、遠心型羽根車60の高さ60Hは、シュラウド62の外側端とハブ64の外側端とを遠心型羽根車60の軸方向に沿って鉛直に連結した時の距離である。
一方、ガイドベーン70は、遠心型羽根車60の後側において放射方向に配置された複数枚のガイドベーンブレード72と、ハブ64と対向して配置されて複数枚のガイドベーンブレード72を連結するガイドベーンプレート74と、からなる。
ガイドベーンブレード72とガイドベーンプレート74も、後述の如くファン効率及びモーターの放熱性が最適となるように設計される。
まず、図8は、ハウジング50の直径50Dに対するガイドベーンブレード72の外径72Dの比の変化によるファン効率を示すグラフで、ガイドベーンブレード72は、その外径72Dがハウジング50の直径50の約90%または95%以上と設計される。また、図9は、羽根車ブレード66の平均直径に対するガイドベーンブレード72の外径72Dの比の変化によるファン効率を示すグラフで、ガイドベーンブレード72は、その外径72Dが羽根車ブレード66の平均直径の100%未満または103%以上と設計される。したがって、ガイドベーンブレード72は、図8及び図9に示すグラフを同時に満足できるように、その外径72Dが、羽根車ブレード66の平均直径の103%乃至106%と設計される。
ここで、ガイドベーンブレード72の外径72Dは、複数枚のガイドベーンブレード72の外側端をつないだ円の直径となる。
また、図10は、ハウジング50の直径50Dに対するガイドベーンプレート72の外径72Dの比の変化によるファン効率を示すグラフで、ガイドベーンプレート74は、その外径74Dがハウジング50の直径50Dの約90%と設計される。また、図11は、羽根車ブレード66の平均直径に対するガイドベーンプレート74の外径74Dの比の変化によるファン効率を示すグラフで、ガイドベーンプレート74は、その外径74Dが羽根車ブレード66の平均直径の約100%と設計される。したがって、ガイドベーンプレート74もまた、図10及び図11に示すグラフを同時に満足できるように、その外径74Dが羽根車ブレード66の平均直径の100%乃至102%と設計される。
一方、ガイドベーン70は、その軸方向の高さ70Hもまた、図12に示すように、ファン効率に影響を及ぼす。したがって、図12は、遠心型羽根車60の高さ60Hに対するガイドベーン70の軸方向の高さ70Hの比の変化によるファン効率を示すグラフで、ガイドベーン70は、その軸方向の高さ70Hが遠心型羽根車60の羽根車の高さ60Hの100%乃至110%と設計される。
以下、上記のように構成された本発明による送風装置の作用について説明する。
モーターが駆動すると、シュラウド62、ハブ64及び羽根車ブレード66が一体に回転しながら送風力を生じさせ、これにより、ハウジング50の外部空気が、ハウジング50の空気吸入口51及びシュラウド62の空気吸入口62’から遠心型羽根車60に吸入される。遠心型羽根車60に吸入された空気は、羽根車ブレード66により遠心型羽根車60から遠心方向に吐出される。遠心型羽根車60から吐出された空気は、ガイドベーン70によりハウジング50の空気吐出口52からハウジング50の外部に吐出される。
以上のように構成され作用する本発明による送風装置は、図3乃至図12に示すように、遠心型羽根車60及びガイドベーン70が最適設計されているため、本発明によるファン効率が、図1及び図2に示す従来の技術に係る送風装置に比べて向上する。
すなわち、図13は、本発明及び従来の送風装置の流動係数による圧力係数を比較したグラフで、図14は、本発明及び従来の送風装置の流動係数によるファン効率係数を比較したグラフであり、図13及び図14から、本発明による送風装置Aが、図1及び図2に示す従来の技術に係る送風装置Bよりも優れていることがわかる。
しかも、ハウジング50に吐出された空気がモーターの放熱のために該モーターに流動される場合、本発明による送風装置の送風力が従前よりも向上するからモーターの放熱性も向上する。
以下、図15を参照して本発明の他の実施形態について説明するが、図3乃至図14を参照して説明した本発明の一実施形態の同じ構成には同じ参照番号を付し、それに対する詳細説明は省略する。
図15は、本発明の他の実施形態による送風装置を示す断面図である。
図15に示すように、本発明の他の実施形態による送風装置において、遠心型羽根車60は、シュラウド62、ハブ64及び複数枚の羽根車ブレード66からなり、ファン効率及びモーターの放熱性のために最適設計される。
特に、羽根車ブレード66は、その平均直径がハウジング50の直径50Dの87%乃至93%と設計され、外側端が遠心型羽根車60の軸方向に対して垂直に形成される。
ここで、羽根車ブレード66は、その外側端が軸方向に対して垂直なためその外径66dが軸方向に同一であり、したがって、羽根車ブレード66の平均直径は羽根車ブレード66の外径となる。
このように構成された本発明の他の実施形態による送風装置は、図3乃至図14を参照して説明した本発明の一実施形態と同様に、ファン効率及びモーターの放熱性が最大化できる。
従来の技術に係る送風装置を示す斜視図である。 従来の技術に係る送風装置の要部構成を示す断面図である。 本発明による送風装置の要部構成を示す断面図である。 本発明によるハウジングの直径に対する羽根車ブレードの平均直径の比の変化によるファン効率を示すグラフである。 本発明によるハウジングの直径に対するシュラウドの外径の比の変化によるファン効率を示すグラフである。 本発明による羽根車ブレードの平均直径に対するシュラウドの外径の比の変化によるファン効率を示すグラフである。 本発明による羽根車ブレードの平均直径に対するハブの外径の比の変化によるファン効率を示すグラフである。 本発明によるハウジングの直径に対するガイドベーンブレードの外径の比の変化によるファン効率を示すグラフである。 本発明による羽根車ブレードの平均直径に対するガイドベーンブレードの外径の比の変化によるファン効率を示すグラフである。 本発明によるハウジングの直径に対するガイドベーンプレートの外径の比の変化によるファン効率を示すグラフである。 本発明による羽根車ブレードの平均直径に対するガイドベーンプレートの外径の比の変化によるファン効率を示すグラフである。 本発明による遠心型羽根車の羽根車の高さに対するガイドベーンの高さの比の変化によるファン効率を示すグラフである。 本発明と従来の技術による送風装置の圧力係数を示すグラフである。 本発明と従来の技術による送風装置のファン効率を示すグラフである。 本発明の他の実施形態による送風装置を示す断面図である
符号の説明
50 ハウジング
60 遠心型羽根車
62 シュラウド
64 ハブ
66 羽根車ブレード
70 ガイドベーン
72 ガイドベーンブレード
74 ガイドベーンプレート

Claims (13)

  1. 空気吸入口及び空気吐出口を有するハウジングと、前記ハウジングの内部に回転自在に配置され、前記ハウジングの空気吸入口と通じる空気吸入口が形成されたシュラウドと、前記シュラウドから軸方向に離間してモーターと連結されたハブと、前記ハブとシュラウドとの間において放射方向に配置された複数枚の羽根車ブレードと、を備えてなり、
    前記複数枚の羽根車ブレードの外側端をつないだ円の直径である羽根車ブレードの外径を軸方向に平均した値、すなわち、前記羽根車ブレードの平均直径が、前記ハウジングの直径の87%乃至93%であることを特徴とする送風装置。
  2. 前記羽根車ブレードの外側端が、軸方向に垂直であることを特徴とする請求項1に記載の送風装置。
  3. 前記羽根車ブレードの外側端は、前記羽根車ブレードの外径が前記シュラウドから前記ハブに向かって次第に狭まるように、軸方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項1に記載の送風装置。
  4. 前記シュラウドの外径は、前記羽根車ブレードの平均直径の103%乃至106%であることを特徴とする請求項1に記載の送風装置。
  5. 前記ハブの外径は、前記羽根車ブレードの平均直径の95%乃至98%であることを特徴とする請求項1に記載の送風装置。
  6. 前記シュラウドの外側端と前記ハブの外側端間の軸方向の距離は、前記ハウジングの軸方向の高さの25%乃至50%であることを特徴とする請求項1に記載の送風装置。
  7. 前記送風装置は、前記ハブと対向して配置されるガイドベーンプレートと、前記ガイドベーンプレートに放射方向に配置された複数枚のガイドベーンブレードとからなるガイドベーンをさらに備えてなり、
    前記複数枚のガイドベーンブレードの外側端をつないだ円の直径である前記ガイドベーンブレードの外径が、前記羽根車ブレードの平均直径の103%乃至108%であることを特徴とする請求項1に記載の送風装置。
  8. 前記ガイドベーンプレートの外径は、前記羽根車ブレードの平均直径の100%乃至102%であることを特徴とする請求項7に記載の送風装置。
  9. 前記ガイドベーンの軸方向の高さは、前記シュラウドの外側端と前記ハブの外側端間の軸方向の距離の100%乃至110%であることを特徴とする請求項7に記載の送風装置。
  10. 空気吸入口及び空気吐出口が形成されたハウジングと、前記ハウジングの内部に回転自在に配置され、前記ハウジングの空気吸入口と対応する空気吸入口が形成されたシュラウドと、前記シュラウドから軸方向に離間してモーターと連結されたハブと、前記ハブとシュラウドとの間において放射方向に配置された複数枚の羽根車ブレードと、を備えてなり、
    前記複数枚の羽根車ブレードの外側端をつないだ円の直径である羽根車ブレードの外径を軸方向に平均した値、すなわち前記羽根車ブレードの平均直径は、前記ハウジングの直径の87%乃至93%であり、前記シュラウドの外径は、前記羽根車ブレードの平均直径の103%乃至106%であり、前記ハブの外径は、前記羽根車ブレードの平均直径の95%乃至98%であり、前記シュラウドの外側端と前記ハブの外側端間の軸方向の距離は、前記ハウジングの軸方向の高さの25%乃至50%であることを特徴とする送風装置。
  11. 前記送風装置は、前記ハブと対向して配置されたガイドベーンプレートと、前記ガイドベーンプレートに放射方向に配置された複数枚のガイドベーンブレードとからなるガイドベーンをさらに備えてなり、
    前記複数枚のガイドベーンブレードの外側端をつないだ円の直径である前記ガイドベーンプレートの外径は、前記羽根車ブレードの平均直径の100%乃至102%であり、前記ガイドベーンブレードの外径は、前記羽根車ブレードの平均直径の103%乃至108%であり、前記ガイドベーンの軸方向の高さは、前記シュラウドの外側端と前記ハブの外側端間の軸方向の距離の100%乃至110%であることを特徴とする請求項10に記載の送風装置。
  12. 空気吸入口と空気吐出口を有するハウジングと、前記ハウジングの内部に回転自在に配置され、前記ハウジングの空気吸入口と通じる空気吸入口が形成されたシュラウドと、前記シュラウドと軸方向に離間してモーターと連結されたハブと、前記ハブとシュラウドとの間において放射方向に配置された複数枚の羽根車ブレードと、を備えてなり、
    前記複数枚の羽根車ブレードの外側端をつないだ円の直径である羽根車ブレードの外径を軸方向に平均した値、すなわち前記羽根車ブレードの平均直径は、前記シュラウドの直径よりも小さいことを特徴とする送風装置。
  13. 前記ハブの直径は、前記羽根車ブレードの平均直径よりも小さいことを特徴とする請求項12に記載の送風装置。
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