JP2007113477A - 電動送風機及びそれを用いた電気掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトな消音構成で効率を維持しながら高周波音を大幅に低減できる低騒音の電動送風機を提供することを目的とする。
【解決手段】インペラ５と、エアガイド７と、回転軸８を駆動する電動機９と、前面中央部に吸気口１０を有し側面に排気口１１を備えインペラ５とエアガイド７を内包する状態で電動機９に固定されたファンケース１２と、排気口１３を備えファンケース１２前面と気密に固定された防音筒１４と、回転軸８に向かって幅が同じで深さが異なる２つの短幅の凹部１５ａを円周上に有する消音器１６ａを電動機９の後面と防音筒１４の間に設けた構成とすることにより、ファンケース１２の排気口１１及び電動機９の排気口１８から漏れた高周波の音波は、防音筒１４の排気口１３に向かって伝播する際に、消音器１６ａに設けた２つの短幅の凹部１５ａ各々での共鳴効果により、特定周波数が低下できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、運転時に発生する高周波音を大幅に低減する電動送風機及びそれを用いた電気掃除機に関するものである。

従来、この種の電動送風機は家庭用電気掃除機に多く利用されている（例えば、特許文献１参照）。

図９は、特許文献１に記載された従来の電動送風機を示すものである。図９に示すように、複数のブレードを有したインペラ３８と、周囲に配置された複数の静翼を有するエアガイド３９と、これらを内包し中央に吸気口４０を有したファンケース４１と、インペラ３８を回転駆動する電動機４２と、電動機４２の排気口４３を覆うと共に排気口４４を設けた防音筒４５とを備え、前記排気口４４に、途中に短い円筒形で通路断面積を拡大する拡大部４６を有した消音器４７を備えた電動送風機４８が開示されている。
特開２００１−０３２７９８号公報

しかしながら、前記従来の構成では、防音筒の排気口を消音器の中央部に配置しなくてはならず、電動機後面と防音筒の排気口の間に隙間を設ける必要があるため、電動送風機の効率を維持しようとすると隙間が大きくなり、結果、防音筒が大きくなってしまうという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、コンパクトな消音構成で効率を維持しながら高周波音を大幅に低減できる低騒音の電動送風機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の電動送風機は、複数のブレードを有するインペラと、前記インペラの周囲に配置された複数の静翼を有するエアガイドと、前記インペラが固定された回転軸を駆動する電動機と、前面中央部に吸気口を有し側面に排気口を備え前記インペラとエアガイドを内包する状態で前記電動機に固定される略円筒形のファンケースと、後面に排気口を備え前記ファンケース及び電動機の側面と隙間を有した状態でファンケース前面と気密に固定された防音筒と、前記回転軸の略ラジアル方向へ深さを有した短幅凹部を円周状に備えた消音部とを備え、前記消音部を前記電動機の後面と防音筒の間に設置した構成を有するものである。

これによって、ファンケース及び電動機の排気口から漏れた高周波音を含む音波が防音筒の排気口に向かって空気通路を伝播する際に、電動機の後面と防音筒の間に設けられた消音部で凹部の深さによって定まるある特定の周波数の音が共鳴効果によって大幅に低減されるようになり、コンパクトで低騒音の電動送風機となる。

本発明の電動送風機は、運転時に発生する高周波音をコンパクトな消音構成で大幅に低減し、低騒音の運転音を実現することができる。

第１の発明は、複数のブレードを有するインペラと、前記インペラの周囲に配置された複数の静翼を有するエアガイドと、前記インペラが固定された回転軸を駆動する電動機と、前面中央部に吸気口を有し側面に排気口を備え前記インペラとエアガイドを内包する状態で前記電動機に固定される略円筒形のファンケースと、後面に排気口を備え前記ファンケース及び電動機の側面と隙間を有した状態でファンケース前面と気密に固定された防音筒と、前記回転軸の略ラジアル方向へ深さを有した短幅凹部を円周状に備えた消音部とを備え、前記消音部を前記電動機の後面と防音筒の間に設けた電動送風機とすることにより、ファンケース及び電動機の排気口から漏れた高周波音を含む音波が防音筒の排気口に向かって伝播する際に、電動機の後面と防音筒の間に設けられた消音部で凹部の深さによって定まるある特定の周波数の音が共鳴効果によって大幅に消音されるようになり、電動送風機の効率を低下させることなく高周波音を大幅に低減することができる。さらに、消音部の凹部は円周上に設けられているため、防音筒の排気口に向かって伝播してくる全ての音波に対して伝播方向に関わらず高周波音を低減することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の消音部を複数かつ異なる深さの短幅凹部を有する形状とした電動送風機とすることにより、ファンケース及び電動機の排気口から漏れた高周波音を含む音波が防音筒の排気口に向かって伝播する際に、消音部の凹部でそれぞれの深さによって定まる周波数の異なる複数の音が共鳴効果によって消音されるようになり、電動送風機の効率を低下させることなく異なる周波数の複数の高周波音を一度に低減することができる。

第３の発明は、特に、第２の発明の複数かつ異なる深さの短幅凹部は、各凹部間に隔壁を有しない状態で消音部に設けられた電動送風機とすることにより、限られた寸法内でより多くの異なる深さの凹部を消音部に設けることが可能になり、より多くの異なる周波数の高周波音を低減することができる。

第４の発明は、特に、第２〜３のいずれか１つの発明の消音部を複数の短幅凹部の深さが連続的に変化していく構成にした電動送風機とすることにより、消音部の凹部の最小深さから最大深さまでの全ての深さで定まる周波数の異なる複数の音が共鳴効果によって消音されるようになり、電動送風機の効率を低下させることなく高周波音を含む広い周波数領域の音を一度に低減することができる。

第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明の消音部を凹部の入口に面取りを円周上に施した形状とした電動送風機とすることにより、大きな流速で消音部の凹部入口を通過する際に発生する空気流の乱れが低減されて、気流の乱れに起因して発生する気流音を低減することができると共に、共鳴による消音効果も得ることができる。

第６の発明は、複数のブレードを有するインペラと、前記インペラの周囲に配置された複数の静翼を有するエアガイドと、前記インペラが固定された回転軸を駆動する電動機と、前面中央部に吸気口を有し側面に排気口を備え前記インペラとエアガイドを内包する状態で前記電動機に固定される略円筒形のファンケースと、後面に排気口を備え前記ファンケース及び電動機の側面と隙間を有した状態でファンケース前面と気密に固定された防音筒と、前記回転軸の略軸方向に所定の長さを有する分岐路を外周部に配置した消音部とを備え、前記消音部を前記電動機の後面と防音筒の間に設けた電動送風機とすることにより、ファンケース及び電動機の排気口から漏れた高周波音を含む音波が防音筒の排気口に向かって伝播する際に、ある特定の周波数の音は消音部の分岐路入口で２つに分岐され、分岐路を通過した音はもとの音に対して位相が半波長ずれて干渉することでお互いに打ち消し合うようになり、高周波音を大幅に低減することができる。

第７の発明は、特に、第６の発明の消音部を複数かつ異なる長さの分岐路を有する形状とした電動送風機とすることにより、それぞれの通路長に対応する周波数の異なる複数の音が分岐路で分岐されて通過した後に半波長ずれてもとの音と干渉してお互いに打ち消し合うようになり、複数の異なる周波数の高周波音を一度に低減することができる。

第８の発明は、特に、第１〜７のいずれか１つの発明の消音部を防音筒と一体構成とした電動送風機とすることにより、部品点数を低減できると共に、消音部を防音筒に固定する工程が不要になり、製造工程を簡易化することができる。

第９の発明は、特に、第１〜８のいずれか１つの発明の電動送風機を用いた電気掃除機とすることにより、ファンケース及び電動機の排気口から漏れた高周波音を含む音波が防音筒の排気口に向かって伝播する際に、電動機の後面と防音筒の間に設けられた消音部で特定の周波数の音が共鳴効果または干渉効果によって大幅に消音されるようになり、耳障りな高周波音の少ない低騒音の電気掃除機を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における電動送風機の構成を表す断面図である。図２は、同実施の形態におけるインペラの平断面図を示すものである。

図１において、電動送風機１ａは、板金製の前シュラウド２とこれに対向する後シュラウド３で７枚のブレード４を挟持して構成されたインペラ５と、インペラ５の周囲に配置された１２枚の静翼６を有するエアガイド７と、インペラ５が先端部に固着された回転軸８を駆動する電動機９と、前面中央部に吸気口１０を有し側面に排気口１１を備えインペラ５とエアガイド７を内包する状態で電動機９に固定された略円筒形のファンケース１２と、後面に排気口１３を備えファンケース１２及び電動機９の側面と隙間を有した状態でファンケース１２前面と気密に固定された防音筒１４と、回転軸８に向かって深さがそれぞれ１９ｍｍと４ｍｍで幅が共に５ｍｍの２つの凹部１５ａを円周上に有する円筒形の消音器１６ａが電動機９の後面と防音筒１４の間に設置されている。なお、電動機９は固定子１７を内包し排気口１８を有するフレーム１９、ブラケット２０に、回転子２１を固着した回転軸８を軸受け前２２、軸受け後２３を介して支持しており、整流子２４から回転子２１に電力が供給される。また、ファンケース１２の内面は静翼６の上端部と当接し、かつ隣り合う静翼６間で独立したボリュート室２５を形成している。

以上のように構成された電動送風機について、以下その動作、作用を説明する。

まず、整流子２４から回転子２１に電力が供給されて電動機９によりインペラ５が高速回転し、ファンケース１２の吸気口１０から空気流Ａが流入する。流入した空気流Ａは、高速回転しているインペラ５のブレード４から運動エネルギを与えられ、インペラ５外周部から排出される。排出された空気流Ｂはエアガイド７に配置された静翼６で形成されるボリュート２５室を通過しながら減速し、運動エネルギを静圧に変換し、空気流Ｂの一部はファンケース１２側面の排気口１１から排出され、残りの空気流Ｃはエアガイド７の裏面の戻り通路を通り、ブラケット２０の連通孔を通り、電動機９内部を通過してフレーム１９に設けられた排気口１８より排出される。

インペラ５のブレード４枚数は有限のため内部を通過する気流に圧力脈動を生じ、脈動の周波数はインペラ５の毎秒回転数とブレード４枚数の積で表され、その倍音も含めて突出した音圧レベルを有する高周波音として発生する。発生した高周波音を含む音波は、空気中も固体中も伝播してあらゆる方向に伝わることができるため、音源付近の防音筒１４内で消音することによって大きな消音効果を得ることができる。

ファンケース１２の排気口１１及び電動機９の排気口１８から漏れた高周波音を含む音波が防音筒１４の排気口１３に向かって伝播する際に、それぞれの深さによって定まる特定の２つの異なる周波数の音が消音器１６ａに設けたそれぞれの短幅の凹部１５ａで共鳴し、音圧レベルが大幅に低下する。凹部１５ａの幅は高周波音を低減対象とした場合、波長の１／１０程度で十分な効果が得られるものであり、短幅に設定することで凹部１５ａを共鳴空間とし、凹部１５ａの共鳴周波数がインペラ５で発生する高周波音の周波数になるように凹部１５ａの深さを設定することで、高周波音を大幅に低減することができる。

以上のように、本実施の形態においては電動機９の後面と防音筒１４の間に２つの短幅の凹部１５ａを円周上に有する消音器１６ａを設けた電動送風機とすることにより、ファンケース１２及び電動機９から漏れた音波に含まれる２つの異なる周波数の高周波音をそれぞれの凹部１５ａで共鳴させて音圧レベルを大幅に低減させることができる。

なお、この実施の形態では２つの凹部１５ａの間に隔壁を設けた消音器１６ａを有する電動送風機１の場合で説明したが、図３に示すように凹部１５ｂの間に隔壁を設けない消音器１６ｂを有する電動送風機１ｂでも、同様の消音効果が得られると共に、限られた寸法内でより多くの異なる深さの短幅の凹部を消音部に設けることが可能になり、より多くの異なる周波数の高周波音を低減することができる。すなわち、消音器に設けた深さの異なる凹部の数だけ共鳴周波数が存在し、異なる深さの短幅の凹部を多く設けるほど、多くの周波数の音を低減することができる。

また、図４に示すように凹部１５ｃの深さがインペラ５の回転軸８方向に連続的に変化していく消音器１６ｃを有する電動送風機１ｃでは、各々の凹部１５ｃで最小深さから最大深さまでの全ての深さで定まる周波数が異なる複数の音が共鳴効果によって消音されるようになるため、高周波音を含む広い周波数領域の音を一度に低減することができる。

さらに、図５に示すように凹部１５ｄの入口にＲ形状の面取りを円周上に施した消音器１６ｄを有する電動送風機１ｄでは、大きな流速で消音部の凹部１５ｄ入口を空気流が通過する際に発生する空気流の乱れが低減されて、空気流の乱れに起因して発生する気流音を低減することができると共に、共鳴による消音効果も得ることができる。

（実施の形態２）
図６は、本発明の第２の実施の形態における電動送風機の構成を表す断面図を示すものである。

なお、本発明の第１に実施の形態と、インペラ５の回転軸８方向に所定の長さを有する分岐路２６ａを円周上に配置した消音器１６ｅを電動機９の後面と防音筒１４の間に設けた以外は同様の構成を有するものであり、同一の構成については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。なお、分岐路２６ａの通路長はインペラ５で発生する高周波音の半波長と等しくなるように設定した。

以上のように構成された電動送風機について、以下その動作、作用を説明する。

まず、整流子２４から回転子２１に電力が供給されて電動機９によりインペラ５が高速回転する。インペラ５のブレード４枚数は有限のため内部を通過する気流に圧力脈動を生じ、脈動の周波数はインペラ５の毎秒回転数とブレード４枚数の積で表され、その倍音も含めて突出した音圧レベルを有する高周波音として発生する。ファンケース１２の排気口１１及び電動機９の排気口１８から漏れた高周波音を含む音波が防音筒１４の排気口１３に向かって伝播する際に、ある特定の周波数の音は消音部１６ｅの分岐路２６ａ入口で２つに分岐される。分岐路２６ａの通路長が低減対象である高周波音の半波長と等しくなっているため、分岐路２６ａを通過した音はもとの音に対して位相が半波長ずれる。そのため、２つの音が干渉してお互いに打ち消し合うようになり、高周波音を大幅に低減することができる。

以上のように、本実施の形態においては電動機９の後面と防音筒１４の間にインペラ５の回転軸８方向に高周波音の半波長と等しい長さを有する分岐路２６ａを円周上に配置した消音器１６ｅを設けた電動送風機１ｅとすることにより、分岐路２６ａで特定の高周波音の波長を半波長ずらしてもとの音と干渉させることで高周波音を大幅に低減することができる。

なお、この実施の形態では所定の長さの分岐路２６ａを１つだけ有する消音器１６ｅを備えた電動送風機の場合で説明したが、図７に示すように異なる長さの複数の分岐路２６ｂを有する消音器１６ｆを備えた電動送風機１ｆでもよく、それぞれの通路長に対応する異なる周波数の複数の高周波音が分岐路２６ｂ入口で分岐されて通過した後に半波長ずれてもとの音と干渉してお互いに打ち消し合うようになり、周波数の異なる複数の高周波音を一度に低減することができる。

さらに、消音器と防音筒を耐熱性のある樹脂を射出成形で一体成形部品とした電動送風機の場合には、部品点数を低減できると共に、消音器を防音筒に固定する工程が不要になり、製造工程を簡易化することができる。

（実施の形態３）
図８は、本発明の第３の実施の形態におけるキャニスター型の電気掃除機の構成を表す概略側断面図を示すものである。

図８において、電気掃除機２７は、本体吸気口２８に連通した集塵室２９と排気口３０を備えた送風室３１を有する掃除機本体３２と、集塵室２９に本体吸気口２８と気密に装着された集塵袋３３と、送風室３１内に設置された電動送風機１ａと、本体吸気口２８に気密に接続されたホース３４と、電気掃除機２７の電源入切や吸引力等の設定を操作するための各種スイッチを有した把持部３５と、被清掃面から塵埃を吸引するための床ノズル３６と、床ノズル３６と把持部３５を気密に接続するための接続管３７から構成されている。

以上のように構成された電気掃除機について、以下その動作、作用を説明する。

まず、電動機９が駆動することにより集塵室２９内を負圧状態にして、床ノズル３６が被清掃面から塵埃を含む空気流Ｄを吸引する。空気流Ｄは接続管３７と把持部３５及びホース３４内の風路を通過して本体吸気口２８に達し、集塵袋３３内に流入する。空気流Ｄに含まれる塵埃は濾過されて集塵袋３３内に集塵される。塵埃から分離された清潔な空気流Ｅは、送風室３１内の電動送風機１ａに吸引されて電動送風機１ａ内を通過して本体排気口３０から排出される。電動送風機１ａで発生する特定の周波数を有する高周波音は、音源から空気中と固体中を伝播するが、電動機９の後面と防音筒１４の間に設けた消音器１６ａによってファンケース１２から漏れた特定の高周波音は大幅に低減されて、電気掃除機２７外部へはほとんど伝播せず、電気掃除機２７運転中の耳障りな高周波音が大幅に低減する。

以上のように、本実施の形態においては本発明の電動送風機１ａを電気掃除機２７の送風室３１に設置することにより、ファンケース１２の排気口１１及び電動機９の排気口１８から漏れた高周波音を含む音波が防音筒１４の排気口１３に向かって伝播する際に、電動機９の後面と防音筒１４の間に設けられた消音部１６ａで特定の周波数の音が共鳴効果によって大幅に消音されるようになり、耳障りな高周波音の少ない低騒音の電気掃除機２７を提供することができる。

以上のように、本発明にかかる電動送風機は、運転時に発生する高周波音をコンパクトな消音構成で大幅に低減し低騒音の運転音を実現することが可能であるので家庭用電気掃除機や業務用電気掃除機等の用途に適用できる。

本発明の第１の実施の形態における電動送風機の断面図 同電動送風機の要部平段面図 同電動送風機の断面図 同電動送風機の断面図 同電動送風機の断面図 本発明の第２の実施の形態における電動送風機の断面図 同電動送風機の断面図 本発明の第３の実施の形態における電動送風機を用いた電気掃除機の概略側断面図 消音器を備えた従来の電動送風機の断面図

符号の説明

１ａ〜１ｆ 電動送風機
４ ブレード
５ インペラ
６ 静翼
７ エアガイド
８ 回転軸
９ 電動機
１０ 吸気口
１１ 排気口
１２ ファンケース
１３ 排気口
１４ 防音筒
１５ａ〜１５ｄ 短幅の凹部
１６ａ〜１６ｆ 消音器
２６ａ、２６ｂ 分岐路
２７ 電気掃除機

Claims (9)

1. 複数のブレードを有するインペラと、前記インペラの周囲に配置された複数の静翼を有するエアガイドと、前記インペラが固定された回転軸を駆動する電動機と、前面中央部に吸気口を有し側面に排気口を備え前記インペラとエアガイドを内包する状態で前記電動機に固定される略円筒形のファンケースと、後面に排気口を備え前記ファンケース及び電動機の側面と隙間を有した状態でファンケース前面と気密に固定された防音筒と、前記回転軸の略ラジアル方向へ深さを有した短幅凹部を円周状に備えた消音部とを備え、前記消音部を前記電動機の後面と防音筒の間に設けた電動送風機。
2. 消音部は、複数かつ異なる深さの短幅凹部を有した請求項１に記載の電動送風機。
3. 複数かつ異なる深さの短幅凹部は、各凹部間に隔壁を有しない状態で消音部に設けられた請求項２に記載の電動送風機。
4. 消音部は、複数の短幅凹部の深さが連続的に変化していく構成にした請求項２〜３のいずれか１項に記載の電動送風機。
5. 消音部は、凹部の入口に面取りを円周上に施した請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動送風機。
6. 複数のブレードを有するインペラと、前記インペラの周囲に配置された複数の静翼を有するエアガイドと、前記インペラが固定された回転軸を駆動する電動機と、前面中央部に吸気口を有し側面に排気口を備え前記インペラとエアガイドを内包する状態で前記電動機に固定される略円筒形のファンケースと、後面に排気口を備え前記ファンケース及び電動機の側面と隙間を有した状態でファンケース前面と気密に固定された防音筒と、前記回転軸の略軸方向に所定の長さを有する分岐路を外周部に配置した消音部とを備え、前記消音部を前記電動機の後面と防音筒の間に設けた電動送風機。
7. 消音部は、複数かつ異なる長さの分岐路を有した請求項６に記載の電動送風機。
8. 消音部は、防音筒と一体構成とした請求項１〜７のいずれか１項に記載の電動送風機。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の電動送風機を用いた電気掃除機。