JP2007309311A

JP2007309311A - 異なる二つの真空圧の発生機能を持たせた羽根車を備えた、真空掃除機の吸引ファン。

Info

Publication number: JP2007309311A
Application number: JP2006355501A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Kimura; 正明木村
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-04-19
Filing date: 2006-12-28
Publication date: 2007-11-29

Abstract

【課題】モーターを冷却する為の風量を確保しつつ真空圧を高めることを可能とし、損失エネルギーを低減して圧力のエネルギーへの変換効率を高め、結果的に真空掃除機の吸引力を高める。
【解決手段】真空掃除機の吸引ファンの羽根車を両吸込型とし、一方の羽根車にモータ冷却に必要な空気流れを確保するための真空圧を発生する機能をもたせ、他方の羽根車に塵の吸引及び塵の分離のための真空圧を発生する機能を保たせる。すなわち、羽根車に異なる二つの真空圧発生機能を持たせ、吐出側の負荷であったモーター冷却の負荷を無くし、全負荷を羽根の吸引側に統一する事で、風量は増加するが、モーター冷却に伴う圧力分掃除機としての必要圧力を高める事のより圧力のエネルギーへの変換効率を高める。
【選択図】図１

Description

真空掃除機の吸引ファンとして遠心ターボファンが多く用いられ、従来はその羽根車の負荷として吸引側に塵の吸引及び塵の分離が有り、吐出側にモーター冷却があり、羽根車には両負荷が加算されて働くために高い真空圧を発生させる必要があったが、羽根車を両吸い込み型とすることで全負荷を羽根車の吸引側に統一し、モーター冷却に基ずく圧力分を無くすることで真空掃除機としての真空圧を高めることが可能で、風量はモーター冷却分増加することになるが損失エネルギーを低減できることから、結果的に吸引力の増大を計った羽根車を備えた真空掃除機の吸引ファンに関する。

真空掃除機側の負荷は塵の吸引及び塵の分離のための高い真空圧を発生させる必要があり、モーター冷却側の負荷はモーター冷却に必要な空気量の流れが確保出来れば良く必ずしも高い真空圧を必要としないことから、二つの異なる真空圧を発生させる機能を持たせた羽根車を備えた真空掃除機の吸引ファンに関する。

また、回転により羽根１に生じる面積力（ｓｕｒｆａｃｅｆｏｒｃｅ）の強さは羽根１の中心からの距離に比例して強く働くことから、流体のエネルギーに変換するには強い面積力を利用することが有利であると考えられ、面積力の強く働く羽根１の外周部を積極的に利用することで、流体のエネルギーへの変換効率を高め、結果的に吸引力の増大を計った羽根車を備えた真空掃除機の吸引ファンに関する。

真空掃除機の吸引ファンとして遠心ターボファンが多く用いられているが、従来はその羽根車の吸引側には塵の吸引及び塵の分離の負荷が有り、吐出側にはモーター冷却の負荷があり、両側の負荷は羽根車に加算されて働くために、吸引ファンの羽根車には両側の負荷に基ずく高い真空圧の発生が要求された。

また、吸引ファンの羽根車の吐出側の負荷であったモーター冷却には、羽根車の吐出側からの空気の流れを大きく湾曲させてモーターの内部を流すために大きなエネルギーの損失を伴った。

羽根車は主板２と側板３の間に複数枚の後ろ向き円弧羽根を備えるのが普通であるが、高い真空圧の発生が必要であった為に、羽根車の内周部から外周部までの広い範囲を用いて真空圧を高める必要があったが、羽根の生じる面積力の強さは羽根１の中心からの距離に比例するために、羽根１の内周部と外周部とでは生じる面積力の強さは大きく異なり、従って羽根車の内周部と外周部とでは流体のエネルギーへの変換効率も大きく異なる。

羽根１の面積力を流体のエネルギーへ変換することから、強い面積力を生じる羽根１の外周部は高い真空圧を発生させる能力を持ち、弱い面積力しか生じない羽根１の内周部は高い真空圧を発生させる能力が低いと考えられる。

流体のエネルギーへの変換は羽根１の外周部の強い面積力を利用して変換することが有利であると考えられるが、従来の吸引ファンの羽根車では流路断面積があまり変化しないように設計されるのが普通であり、その為に主板２と側板３の間隔を羽根車の外周部に向かって狭め、羽根１の幅を内周部から外周部に向かって幅を狭めることが行われてきたが、羽根１の効率の良い外周部の利用率を下げた。

また、羽根車の内周部から外周部に向けて流路断面は押しつぶされた形になり、流れの接するぬれ面積は外周部に向かって増大し、流量の増加によって外周部の抵抗が増大し急速に圧力の低下を招き吸引力を低下させた。
特開２００１−２９５７９２

真空掃除機の吸引ファンとして遠心ターボファンが多く用いられているが、その羽根車の負荷として吸引側に塵の吸引及び塵の分離が有り、吐出側にモーター冷却があり、吸引ファンの羽根車には両側の負荷は加算されて働くために、両側の負荷に基ずく高い真空圧の発生が求められ、モーター冷却には羽根の吐出側からの空気の流れを大きく湾曲させてモーター内部を流すため大きなエネルギーの損失を伴う。

これ等を避けるため、羽根車を両吸い込み型とし羽根車の吐出側の負荷を無くし、全負荷を羽根車の吸引側に統一する事で、真空掃除機としての真空圧をモーター冷却に伴う圧力分高めることが可能で、羽根車の風量は増えることになるが損失エネルギーを低減出来る事で結果的に吸引力の増大を計る。

真空掃除機側の負荷は塵の吸引及び塵の分離のために高い真空圧を発生させる必要があり、モーター冷却側の負荷はモーター冷却に必要な空気流量が確保されれば良く、必ずしも高い真空圧を必要としない為、羽根車には二つの異なる真空圧を発生させる機能を持たせる必要がある。

従来は、高い真空圧の発生が必要であった為に、遠心ターボファンの羽根車の内周部から外周部までの広い範囲を用いて圧力を高める必要があったが、羽根１の生じる面積力の強さは羽根１の中心からの距離に比例するために、羽根車の内周部と外周部では生じる面積力の強さは大きく異なり、従って羽根車の内周部と外周部では流体のエネルギーへの変換効率も大きく異なる。

流体のエネルギーへの変換は羽根１の外周部の強い面積力で変換することが有利であると考えられ、強い面積力を生ずる羽根の外周部の利用率を高め、羽根１の外周部を積極的な活用を計る。

従来の遠心ターボファンの羽根車では流路断面積があまり変化しないように設計されるのが普通であり、その為に主板２と側板３の間隔を外周部に向かって狭め、羽根１の幅を内周部から外周部に向かって狭めることが行われてきたが、効率のよい羽根１の外周部の利用率を下げる事になり、風量の増加により急激に吸引力を下げることになった。

羽根１の外周部が強い面積力を生じさせることは、同時に、モーターの負荷が大きくなることであり、羽根１の外周部を積極的に利用することは、モーターの負荷が過負荷とならない範囲で行う必要がある。

遠心ターボファンはモーターの軸動力による羽根１の回転で流体に面積力を与え流体のネルギーに変換させるものであるが、流体のエネルギーへの変換では圧力を高めて風量を減少させることよりも、圧力を低めて風量を増すことが容易でありエネルギー損失も少ない。

真空掃除機の吸引ファンとして遠心ターボファンの羽根車の吐出側の負荷であったモーター冷却の負荷を、羽根車を両吸い込み型とすることで吸引側の負荷とし、全負荷を羽根の吸引側に統一する事で風量は増えることになるが、吐出側の負荷を無くする事でモーター冷却に基ずく圧力分真空掃除機としての真空圧を高める事が可能となる。

全負荷を羽根の吸引側に統一する事による風量の増加に於いて、体積である風量の増加に対して空気の流れのぬれ面積の増加の割合は少なく、従って抵抗損失エネルギーを低減できる。

真空掃除機側の負荷は塵の吸引及び塵の分離のために高い真空圧を発生させる必要があり、モーター冷却側の負荷はモーター冷却に必要な空気流量が確保されれば良く、必ずしも高い真空圧を必要としない為、二つの異なる真空圧を発生させる必要がある。

真空掃除機では回転による遠心力で羽根車の内周側に高い真空圧が生成し外周部に向かって真空圧が低くなり、外気圧近くで放出されることから、塵の吸引及び塵の分離の負荷を羽根車の側板３（リング）側とする。

一方モーター冷却の負荷はモーターに対向する羽根車の主板２（デスク）側とし、モーター冷却に必要な風量の流れを確保出来る真空圧を生成できる主板２の外周寄りの位置にリング状に配置されたモーター冷却側の吸引口５より吸引させる様にする。

遠心ターボファンはモーターの軸動力により羽根車を回転させ、流体に面積力を与え流体のエネルギーに変換させるものであるが、羽根１の生じる面積力の強さは羽根１の中心からの距離に比例して強く働く。

流体のエネルギーへの変換は羽根１の内周部の弱い面積力で変換するよりも、羽根１の外周部の強い面積力で変換することが有利であると考えられる。

従来の遠心ターボファンの羽根では流路断面積があまり変化しないように設計されるのが普通であり、この為に、主板２（ジスク）と側板３（リング）の間隔を羽根車の内周部から外周部に向かって狭める事が行われてきたが、これは同時に主板２（ジスク）と側板３（リング）の間隔で規制される羽根１の幅を内周部から外周部に向かって狭めることになり、流体のエネルギーへの変換効率の良い羽根１の外周部の利用率を減少させる事になった。

面積力の強い羽根１の外周部を積極的に利用するには、主板２（ジスク）と側板３（リング）の間隔を外周部に向かって相対的に広げることで、羽根１の幅を内周部から外周部に向かって相対的に広げる必要があり、羽根車の内周部から外周部に向かって流路断面積を広げる必要がある。

真空掃除機の吸引ファンでは流体の運動のエネルギーへの変換よりも圧力のエネルギーへの変換が求められる。

流体が最終的に大気又は広い空間に排出される場合、運動のエネルギーは破棄されるので、排気の速度を下げることはエネルギー損失の減少、すなわち有効な仕事の増加につながり、最終的に破棄される運動のエネルギーを減速により減少させ、この減少分を圧力のエネルギーの増加に変える。

減速により運動のエネルギーを減少させるには、羽根車の外周部に向かって流路断面積を増加させる必要があり、主板２と側板３の間隔を外周部に向かって相対的に広げ、羽根１の幅を羽根車の外周部に向かって相対的に広くする必要がある。

羽根車の外周部に向かって流路断面積を緩やかに増していくことにより流速を減少させて、速度エネルギーを圧力エネルギーに変換するディフューザー（ｄｉｆｆｕｓｅｒ）の効果を得る。

羽根１の内周部は面積力が弱く、またコリオリ力の働きにより流体のエネルギーへの変換効率が低く流体のエネルギーへの変換として利用するよりも、寧ろ流入抵抗の低減に留意する。

また、管路摩擦損失ヘッドはダルシー・ワイスバッハの式より流速の二乗に比例することから、流速を減速させることは大幅な損失の低減に繋がる。

ベルヌーイの定理により、流体のエネルギーに位置エネルギーの変化がないとすると、運動のエネルギーと圧力のエネルギーがあり、式１及び表１で表される。

数１に依っても運動のエネルギーを減少させることは、圧力のエネルギーを増大させることが証明される。

羽根１の周辺部の積極的な利用は有用ではあるが、周辺部に向かって羽根１に強い面積力が生じることは、同時に周辺部を利用するに連れてモーターの負荷も大きくなる事であり、モーターの過負荷に成らないように配慮する必要がある。

羽根車を両吸い込み型とし、全負荷を羽根車の吸引側に統一し、羽根車の吐出側の負荷を無くすることで、掃除機としての真空圧はモーター冷却に基ずく圧力分高めることが出来ることから、羽根車の外径は小さくすることも可能である。

面積力の弱い内周部にある吸引口は流入抵抗を減らすことに主眼を置き、径を大きくする事もできるが、羽根１の長さは羽根１の枚数との関連があり、試行により決めなければならない。

図５、図６は面積力についての概略説明図であり、図５は従来の羽根１の面積力につき、図６は本発明の羽根１の面積力についての概略説明図である。

図５の従来の羽根１の面積力についての説明図に於いて、面積力の強さは羽根の中心からの距離に比例して強く働き、一枚の羽根１の生じる面積力は羽根１の面積と面積力の強さとの積であると考えられ、図５に示す体積で表されるものと考えられる。

従来の羽根車は流路断面積が大きく変わらないように設計されるため、主板２と側板３の間隔は内周部から外周部に向かって狭められ、羽根１の幅は内周部から外周部に向かって狭められ、面積力の強く働く羽根１の外周部の利用率を下げることとなった。

その結果、羽根車の内周部から外周部に向けて流路断面は押しつぶされた形になり、流れの接するぬれ面積は外周部に向かって増大しエネルギー損失を招き、流量の増加によって急速に圧力の低下を招き吸引力を低下させることとなった。

図６は本発明の羽根１の面積力に付いての概略説明図であり、面積力の強い羽根１の外周部を積極的に利用するために、主板２と側板３の間隔を内周部から外周部に向かって相対的に広げることで、羽根１の幅を内周部から外周部に向かって相対的に広げ、流路断面積を羽根車の外周部に向かって広げたものである。

真空掃除機としての真空圧はモーター冷却に基ずく圧力分低減できるために、羽根車の外径は従来のものよりも小さくすることもでき、面積力の弱い羽根車の内周部にある吸引口は入力抵抗を低減させるために従来のものより大きくされている。

一枚の羽根１の生じる面積力は羽根１の面積と面積力の強さとの積であると考えられるが、羽根の生じる面積力を示す体積で羽根車の外周部に占める容積は図５で示す容積より多くなっている。

羽根車の周辺部に占める容積を多くすることで、面積力が強く流体のエネルギーへの変換効率の良い羽根１の周辺部を積極的に利用する事が出来る。

モーターが過負荷とならないためには、図６で羽根１の生じる面積力を示す体積は、図５で示す体積より大きくしては成らない。

図５、図６による羽根１の生じる面積力の説明は概略を説明したものであり、羽根１の曲線等は考慮されて居らず、正確な羽根１の生じる面積力の説明ではない。

遠心ターボフアンの羽根車を両吸い込み型とし、全負荷を羽根車の吸引側に統一することで、真空掃除機としての真空圧を高めることが可能で、羽根車の風量は増大する事になるが、抵抗による損失エネルギーを低減来ることで、結果的に吸引力の増大を計ることが出来る。

流路断面積を内周部から外周部に向かって広げることで、面積力が強く働き流体のエネルギーへの変換効率の良い羽根１の外周部を積極的に利用する事が出来、流体のエネルギーへの効率的な変換が行え、結果的に吸引力の増大を計ることが出来る。

面積力の強い羽根１の周辺部を積極的に利用するため、流路断面積を内周部から外周部に向かって広げることで、流速を遅くし最終的に破棄される運動のエネルギーを低減できることはエネルギー損失の減少、すなわち有効な仕事の増加につながる。

遠心ターボフアンの羽根を両吸い込み型とすることで、全負荷を羽根の吸引側に統一し、掃除機としての必要圧力を低減し風量を増すことで、損失エネルギーを低減する。

面積力の強い羽根１の周辺部を積極的に利用するために、外周部に向かって羽根１の幅を相対的に広げ、流路断面積を羽根１の周辺部に向かって広げることで、最終的に破棄される運動のエネルギーを低減出来、有効な仕事の増加に繋げることが出来る。

面積力の強い羽根１の外周部の積極的な利用は有用ではあるが、同時に、モーターの負荷が大きくなることであり、モーターの過負荷とならない対策が必要である。

図１及び図２により本発明の実施例１について説明する。
図１は本発明の実施例１の羽根の縦断面図であり、塵の吸引及び塵の分離のための空気は側板３（リング）の中央に設けた掃除機側の吸引口４より吸い込まれ、一方モーター冷却の空気はモーター内部を通り主板２の周辺寄りに設けたモーター冷却側の吸引口５より吸い込まれる。

モーター冷却側の吸引口５を主板２の周辺寄りに設ける事で、モーター冷却側の真空圧は掃除機側の真空圧より低くすることが出来、異なる二つの真空圧を発生させる事が出来、モーター冷却側の吸引口５を周辺寄りに設ける程真空圧は低くなるので、必要な風量が得られる位置に設ける必要がある。

羽根車のモーター冷却側の吸引口５より外側は、モーター冷却分風量が増加することになるので羽根１の幅は広げられている。

全負荷を羽根車の吸引側に統一することで、必要圧力はモーター冷却に基ずく圧力分低減出来るので、羽根車の外径は従来のものよりも小さくできる。

羽根車の内部を流れる風量はモーター冷却分増加するので、主板２と側板３の間隔は羽根車の外周部に向かって相対的に広げられ、流路断面積は羽根車の外周部に向けて相対的に広がりを増大させ、面積力の強い羽根１の外周部の積極的な利用を計っている。

羽根車の外周部に向けて流路断面積の広がりを相対的に増加させる事で、最終的に破棄される運動のエネルギーを低減出来、有効な仕事の増加に繋げることが出来る。

掃除機側の異常な吸引圧の上昇時にはモーター冷却側の流量が増し、マット等への吸い付きを防止する機能を持たせる事が出来る。

図3及び図4により本発明の実施例2について説明する。
実施例2は、塵の吸引及び塵の分離に用いる羽根１と、モーター冷却に用いる羽根１の二組の羽根を備えたものである。

塵の吸引及び塵の分離とモーター冷却に羽根を分けて両吸い込み型とすることで、掃除機としての必要圧力を低減でき、風量は増えるが、損失を低減できることから吸引力の増大を計ることが出来る。

実施例１と同じく、主板２と側板３の間隔は羽根車の外周部に向かって相対的に広げられ、流路断面積は羽根車の外周部に向けて広がりを増大させ、羽根１の外周部の利用率を高め、面積力の強い羽根１の外周部の積極的な利用を計っている。

内周部の羽根１を円弧羽根の前向き羽根１としたのは、空気の流入時の羽根１との衝突を軽減させる為である。

モーター冷却側の羽根１は開放型の羽根１でも可能であり、実施例２では開放型の羽根１が用いられている。

本発明の羽根の実施例１の横断面図本発明の羽根の実施例１の平面図本発明の羽根の実施例２の横断面図本発明の羽根の実施例２の平面図従来の羽根の生じる面積力の概略説明図本発明の外周部の利用率を高めた羽根の生じる面積力の概略説明図

符号の説明

１羽根
２主板（ジスク）
３側板（リング）
４掃除機側の吸引口
５モーター冷却側の吸引口
６吐出口
７モーター駆動軸
８モーター
９軸受け
１０ケーシング

Claims

真空掃除機の吸引ファンとしての遠心ターボファンに於いて、従来は羽根車の吸引側の負荷として塵の吸引及び塵の分離があり、吐出側の負荷としてモーター冷却があり、両負荷に基ずく圧力が加算された高い真空圧の発生が必要であったが、羽根車を両吸い込み型として、塵の吸引及び塵の分離の負荷とモーター冷却の負荷を羽根車の吸引側に統一したもので、塵の吸引及び塵の分離には高い真空圧を必要とし、一方モーター冷却にはモーター冷却に必要な風量の流れを確保出来れば必ずしも高い真空圧を必要としないことから、この二つの異なる真空圧の発生を計ったもので、真空掃除機では回転による遠心力で羽根車の内周側に高い真空圧が生成し外周部に向かって真空圧が低くなり、外気圧近くで放出されることから、塵の吸引及び塵の分離の負荷を羽根車の側板３（リング）側とし、一方モーター冷却の負荷はモーターに対向する羽根車の主板２（デスク）側とし、モーター冷却に必要な風量の流れを確保出来る真空圧を生成できる主板２の外周寄りの位置にリング状に配置されたモーター冷却側の吸引口５より吸引させる様にし、羽根車のモーター冷却側の吸引口５より外側ではモーター冷却分風量が増加することから羽根１の幅を広げた羽根車で、側板側の中央部に設けた掃除機側の吸引口４と外周部近くにリング状に配置された排出口を備えたケシング及び駆動モーター８と共に構成され、羽根車を両吸込型とすることで全負荷を吸引側に統一してモーター冷却に基ずく圧力分掃除機としての真空圧を高める事が可能で、羽根車に流れる風量はモーター冷却分増加するが、相対的に真空圧を低減できることから羽根車の外径を小さくすることも可能で、風量の増加に対し空気の流れのぬれ面積の増加の割合は少なく摩擦損失エネルギーを低減できることで、結果的に吸引力の増大を計ったもので、両吸い込み型とし全負荷を羽根車の吸引側に統一し、異なる二つの真空圧の発生を可能にした羽根車を備えた真空掃除機の吸引ファン。
真空掃除機の吸引ファンとしての遠心ターボファンは、軸動力による羽根１の回転で生じた面積力を流体のエネルギーに変換するものであるが、羽根１に生じる面積力は羽根１の中心からの距離に比例して強く働き、流体のエネルギーへの効率的な変換は強い面積力を利用することで有利に行え、効率の良い羽根１の外周部を積極的に利用するため、主板２と側板３の間隔を羽根車の内周部から外周部に向かって相対的に広げて、乱流が生じずモーターの過負荷と成らない範囲で、面積力を生じさせる羽根１の幅を内周部から外周部に向かって相対的に広げ、流路断面積を羽根車の内周部から外周部に向かって相対的に広げたものであり、また流路断面積を羽根車の内周部から外周部に向かって広げることで流速を減速しディフューザーの効果を得、最終的に破棄される速度のエネルギーを減少させることはエネルギー損失の減少すなわち有効な仕事の増加に繋がり、面積力の強く働く羽根１の外周部を積極的に利用することで流体のエネルギーへの返還効率を高め、結果的に吸引力の増大を計った羽根車を備えた真空掃除機の吸引ファン。