JP2008106645A - 電動送風機およびそれを用いた電気掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトな防音筒で電動送風機の効率を低下させることなく、狙いの高周波音を大幅に消音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】電動機３の回転軸４に固定されたインペラ５と、インペラの外周部に通風路を形成するエアガイド８と、開口部９を有したファンケース１０と、電動機とファンケースを覆い排気口１３を有した防音筒１４と、電動機の側面に設けた消音手段１２とを備え、消音手段１２は、所定の深さを有する凹部１１ａを円周上に設けるとともに、筒形状の壁１８ａを延長して設けたものである。これによって、開口部９からの排気流路と電動機側面からの排気流路が筒形状の壁１８ａで隔てられるため、各流路内を気流がスムーズに流れ、コンパクトな防音筒１４で、排気流路の圧力損失を増加させることなく、特定周波数の音は消音手段１２の凹部１１ａでの共鳴により大幅に消音される。
【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消音する電動送風機およ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）。

これは、図１２に示すように、電動機３６の回転軸３７に取り付けられた複数のブレード３８を有するインペラ３９と、インペラ３９で発生した気流を導くエアガイド４０と、中央部に吸気口４１を有しインペラ３９とエアガイド４０を内包するケーシング４２と、電動機３６の外周にはそれを覆う硬質の防音筒４３を具備し、防音筒４３の排気口４４は電動機３６の排気口４５から回転軸方向に離れた位置に備えるとともに、防音筒４３の内壁にはある特定の深さをもつ凹部４６を設けている。
特開２００１−１６５０９７号公報

しかしながら、前記従来の構成では、防音筒４３の排気口４４を電動機３６の排気口４５から回転軸３７方向に離れた位置に配置しなくてはならず、圧力損失が大きくなり電動送風機の効率が低下してしまうという課題があった。また、電動送風機の効率を維持しようとすると、防音筒４３内の流路を大きくする必要があり、防音筒４３が大型化してしまい、電動送風機の効率と防音筒４３のサイズの両立が困難であった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、コンパクトな防音筒で電動送風機の効率を低下させることなく、狙いの高周波音を大幅に消音できる低騒音の電動送風機およびそれを用いた電気掃除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、電動機と、電動機の出力軸である回転軸に固定されたインペラと、インペラの外周部に通風路を形成するエアガイドと、側面に開口部を有しインペラとエアガイドを覆うファンケースと、電動機とファンケースを覆い側面後部に排気口を有した防音筒と、防音筒内で電動機の側面に設けた消音手段とを備え、消音手段は、回転軸に向かって所定の深さを有する凹部を円周上に設けるとともに、電動機の側面の一部を覆う筒形状の壁を延長して設けたものである。

これによって、ファンケース側面の開口部からの排気流路と電動機側面からの排気流路が消音手段に設けた筒形状の壁で隔てられた状態で形成されるため、それぞれの流路内を気流がスムーズに流れるようになり、コンパクトな防音筒で、排気流路の圧力損失を増加させることなく、特定周波数の音は消音手段の凹部での共鳴により大幅に消音される。

また、本発明の電動送風機を用いた電気掃除機は、運転時に電動送風機で発生する耳障りな高周波音を防音筒内で大幅に低減することができるようになり、低騒音で快適使用ができるものである。

本発明の電動送風機およびそれを用いた電気掃除機は、コンパクトな消音構成を有する防音筒で、排気流路の圧力損失を増加させることなく、狙いの高周波音を大幅に低減することができる。

第１の発明は、電動機と、電動機の出力軸である回転軸に固定されたインペラと、インペラの外周部に通風路を形成するエアガイドと、側面に開口部を有しインペラとエアガイドを覆うファンケースと、電動機とファンケースを覆い側面後部に排気口を有した防音筒と、防音筒内で電動機の側面に設けた消音手段とを備え、消音手段は、回転軸に向かって所定の深さを有する凹部を円周上に設けるとともに、電動機の側面の一部を覆う筒形状の壁を延長して設けた電動送風機としたものである。これによって、ファンケース側面の開口部からの排気流路と電動機側面からの排気流路が消音手段に設けた筒形状の壁で隔てられた状態で形成されるため、それぞれの流路内を気流がスムーズに流れるようになり、コンパクトな防音筒で、排気流路の圧力損失を増加させることなく、特定周波数の音は消音手段の凹部での共鳴により大幅に消音される。また、電動機側面から放射された音に対して筒形状の壁が遮音壁となり、騒音レベルを低減することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、筒形状の壁は、消音手段と略同一径を有する形状としたことにより、消音手段と筒形状の壁には段差がなくなるため、ファンケース側面から排出された気流が防音筒の排気口まで乱れることなく流れるようになり、気流の乱れによる二次騒音の発生が低減され、凹部での共鳴による消音効果をさらに向上することができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、筒形状の壁は、端部の内側に曲面形状を有することにより、電動機の側面から排出される気流が筒形状の壁を通過する際、曲面に沿って流れることで気流の乱れが低減されて二次騒音の発生を抑えることができる。

第４の発明は、特に、第１〜第３のいずれか１つの発明において、筒形状の壁は、端部の径を外周方向に大きい形状としたことにより、筒形状の壁と防音筒の後壁で形成される排気流路長が長くなるため、電動機側面から排出された気流が排気流路に沿って流れやすくなると同時に、径を外周方向に大きくしたことにより、ファンケース側面からの排気流路との隔離壁になるため、ファンケース側面から排出された気流と電動機側面から排出された気流の衝突による二次騒音の発生を低減することができる。

第５の発明は、特に、第１〜第４のいずれか１つの発明において、筒形状の壁は、端部の径を曲面状に外周方向に大きくなる形状としたことにより、ファンケース側面から排出された気流が曲面に沿って流れて曲がり損失を低減するとともに、電動機側面から排出された気流が曲面に沿って流れるようになり、気流の筒形状の壁への衝突による二次騒音を低減することができる。

第６の発明は、特に、第１〜第３のいずれか１つの発明において、筒形状の壁は、端部に向かって連続的に厚みが外周方向に増加する形状をしたことにより、ファンケース側面から排出された気流が筒形状の壁に沿って流れて徐々に外周方向へ方向転換するようになり、気流の曲がり損失を低減することができる。

第７の発明は、特に、第１〜第６のいずれか１つの発明において、筒形状の壁は、消音手段との当接部の内面に曲面形状を有する形状をしたことにより、電動機側面から排出された気流が曲面に沿って流れるようになり、気流の乱れによる二次騒音を低減することができる。

第８の発明は、特に、第１〜第７のいずれか１つの発明において、筒形状の壁は、消音手段と一体構成としたことにより、筒形状の壁を消音手段に取り付ける作業がなくなり、部品点数を減らして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〜第８のいずれか１つの発明において、筒形状の壁は、内面に吸音材を配置したことにより、電動機側面から放射された音が吸音材で一部が吸音されるとともに、気流の筒形状の壁への衝突による二次騒音を抑えることができ、騒音レベルを低減することができる。

第１０の発明は、特に、第１〜第９のいずれか１つの発明において、消音手段は、後面に吸音材を配置したことにより、電動機側面から放射された音が吸音材によって一部が吸音されるようになり、騒音レベルを低減することができる。

第１１の発明は、特に、第１〜第１０のいずれか１つの発明において、防音筒は、防音筒の後壁と筒形状の壁とで形成される流路を覆うように吸音材を配置したことにより、ファンケース側面および電動機側面から放射された音が吸音材によって一部が吸音されるようになり、騒音レベルを低減することができる。

第１２の発明は、特に、第９〜第１１のいずれか１つの発明において、吸音材は、多孔質素材であることにより、消音対象の周波数に応じた吸音材の選択が容易にできるようになり、消音設計がしやすくなる。

第１３の発明は、特に、第１〜第１２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、運転時に電動送風機で発生する耳障りな高周波音を防音筒内で大幅に低減することができるようになり、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〜図７は、本発明の実施の形態１における電動送風機の構成を示すものである。

図１、図２において、電動送風機１ａは、回転子２および固定子３０を有する電動機３と、回転子２を有し電動機３の出力軸である回転軸４に固定されたインペラ５と、インペラ５の外周部に形成した通風路６および戻り通路３２と１２枚の静翼７を有するエアガイド８とを備えている。そして、中央に吸気口３１を側面に開口部９をそれぞれ有するファンケース１０がインペラ５とエアガイド８を覆って設けてあり、また電動機３側面に回転軸４に向かって所定の深さを有する２つの凹部１１ａを円周上に設けた消音手段１２が設置され、さらに側面後部に排気口１３を有する防音筒１４が電動機３、ファンケース１０を覆って設置されている。

インペラ５は、板金製の前シュラウド１５とこれに対向する後シュラウド１６で７枚のブレード１７を挟持することで構成されている。

また、消音手段１２は防音筒１４内の電動機３の側面に設置されており、２つの凹部１１ａは、２１ｍｍ、１０．５ｍｍの深さで幅が共に５ｍｍである。そして、消音手段１２には、電動機３側面の一部を覆う略同一径で筒形状の壁１８ａが延長して設けられている。

また、防音筒１４は有底であり、電動機３の全体を覆っており、その内面と消音手段１２および筒形状の壁１８ａの外面間には開口部９からの気流が流れるようになっている。

ここで、図３において、電気掃除機１９は、本体吸気口２５に連通した集塵室２１と本体排気口２０を備えた送風室２２を有する掃除機本体２３と、集塵室２１に本体吸気口２５と気密に装着された集塵袋２４と、送風室２５内に設置された電動送風機１ａと、本体吸気口２５に気密に接続されたホース２６と、電気掃除機１９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２７と、床面から塵埃を吸引するための床ノズル２８と、床ノズル２８と把持部２７を気密に接続した接続管２９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、図１〜図３に基づき、以下その動作、作用を説明する。

まず、図１において、電力が供給されると、固定子３０と回転子２に磁界が発生し、電磁力によって回転子２が回転することで、回転軸４に固定されたインペラ５が高速回転する。インペラ５が高速回転することで、図３における集塵室２１内が負圧状態になり、集塵室２１へ吸引される気流が発生する。床ノズル２８から吸引された塵埃を含む気流Ａは、接続管２９と把持部２７およびホース２６内を通過して本体吸気口２５から集塵袋２４に流入する。集塵袋２４によって塵埃を濾過分離された清潔な気流Ｂは、電動送風機１ａに吸引され、図１におけるファンケース１０の吸気口３１からインペラ５へ流入する。流入した気流Ｃは、図２に示すように、高速回転しているインペラ５内で運動エネルギを与えられて外周部に形成されたエアガイド８の静翼７で形成される通風路６を減速しながら通過し、運動エネルギを静圧に変換する。エアガイド８内の通風路６を通過した気流Ｄは、エアガイド８の外周部の戻り通路３２で方向転換して、図１に示すように、電動機３内部に流入し、回転子２、固定子３０およびカーボンブラシを冷却しながら、電動機３側面より排出される。残りの気流Ｅは、ファンケース１０側面の開口部９より排出される。電動機３側面およびファンケース１０側面から排出されたそれぞれの気流Ｄ、Ｅは、防音筒１４の排気口１３から流出し、図３の本体排気口２０から掃除機外部へ排出される。

インペラ５のブレード枚数Ｎは有限であるため内部を通過する気流に圧力脈動を生じる。脈動の周波数はインペラ５の毎秒回転数Ｚとブレード枚数Ｎの積で表され、ＮＺ音と呼ばれる高いピークの音圧レベルを有する高周波音として発生する。またその倍音である２ＮＺ音、３ＮＺ音以降の高次の高周波音もあわせて発生し、空気伝播、固体伝播しながら、あらゆる方向に伝わっていくため、大きな消音効果を得るには、音源付近である防音筒１４内で消音することが非常に重要となる。

ファンケース１０側面の開口部９は、電動送風機１ａの効率を向上させるために設けられているが、高周波音の音源であるインペラ５に非常に近いため、高周波音の音圧レベルのピークを高くする原因となっている。消音手段１２に延長して設けられた筒形状の壁１８ａによって、ファンケース１０側面の開口部９からの排気流路と電動機３側面からの排気流路が隔てられた状態で形成されるため、それぞれの流路内を気流がスムーズに流れるようになり圧力損失が増加することなく、消音手段１２の凹部１１ａでの共鳴による消音効果が向上し、ファンケース１０側面から放射された２つの周波数の高周波音が大幅に消音される。また、電動機３側面から放射された音に対しては、筒形状の壁１８ａが遮音壁となるため、騒音レベルを低減することができる。

高周波音を低減対象とした場合、凹部１１ａの幅は消音対象における音の波長の１／１０程度で共鳴による十分な消音効果が得られる。凹部１１ａの共鳴周波数がインペラ５で発生するＮＺ音およびその倍音の周波数と等しくなるように凹部１１ａの深さを設定することで、図４に示すように、高周波音を大幅に低減することができる。これは、凹部１１ａが音響回路におけるサイドブランチの役割を果たすためであり、凹部１１ａの深さをＬ［ｍ］とすると、次式で表される共鳴周波数ｆ［Ｈｚ］の音に対して消音効果があるといわれている。

ｆ＝ｃ／４Ｌ （ｃ：音速［ｍ／ｓ］）
また、掃除機の運転モードや集塵袋２４内の集塵量によって、インペラ５の毎秒回転数は変化して発生する高周波音の周波数が異なってくるため、それらを考慮して消音周波数を設定し、共鳴周波数が一致するような深さを有する凹部１１ａを消音手段１２に設けることで狙いの高周波音を消音することができる。

以上のように、本実施の形態においては、回転軸４に向かって異なる２つの深さを有する凹部１１ａを備えた消音手段１２に、電動機３側面の一部を覆う略同一径で筒形状の壁１８ａを延長して設けた構成とすることにより、ファンケース１０側面の開口部９からの排気流路と電動機３側面からの排気流路が消音手段１２に設けた筒形状の壁１８ａで隔てられた状態で形成されるようになる。これにより、それぞれの流路内を気流がスムーズに流れて圧力損失が増加することなく、消音手段１２の凹部１１ａでの共鳴による消音効果が向上し、ファンケース１０側面の開口部９から放射された２つの異なる周波数の高周波音を大幅に消音することができる。

また、電動機３側面から放射された音に対して筒形状の壁１８ａが遮音壁となり、騒音レベルを低減することができるため、コンパクトな防音筒１４内で大幅な消音効果が得られて、耳障りな高周波音の少ない低騒音の電気掃除機１９にすることができる。

また、本実施の形態では、消音手段１２に２つの凹部１１ａを設けた電動送風機１ａで説明したが、凹部の数は２つに限定されるものではなく、異なる深さの凹部の数だけ共鳴周波数が存在するため、消音対象となる高周波音の数から凹部の数を決定すればよい。

また、図５に示すように、１つの凹部１１ｂを階段状に設けることで、１つの凹部１１ｂで複数の周波数の音を消音することもできる。

また、本実施の形態では、図６に示すように、消音手段１２に延長して設けた筒形状の壁１８ｂの端部内側に曲面形状（Ｒ形状）３３を施すことにより、電動機３の側面から排出される気流Ｄが筒形状の壁１８ｂと防音筒１４の後壁で形成される流路を通過する際、曲面形状３３に沿って流れることで気流の乱れが低減されて二次騒音の発生を抑えることができる。

また、本実施の形態では、図７に示すように、防音筒１４の後壁と筒形状の壁１８ａとの間に形成される排気流路を覆うように、防音筒１４内面に２ｍｍのフェルトよりなる吸音材３４ａを配置した構成とすることにより、ファンケース１０側面および電動機３側面から放射された音が防音筒１４の排気口１３へ伝播する際に、吸音材３４ａによって一部が吸音されるようになり、騒音レベルを低減することができる。

なお、吸音材３４ａとしては、フェルトの他に軟質ウレタン、グラスウール、繊維材料などの多孔質素材を使用した多孔質型吸音材、薄板や薄膜を用いた薄膜振動型吸音材、および共鳴による消音効果を利用した共鳴型吸音材があるが、多孔質形吸音材は加工の容易さや安価に手に入れることも可能なことから、非常に扱いやすい。また材質や繊維径に応じて様々な吸音特性を有する製品が市販で扱われており、消音対象の周波数に応じた吸音材の選択が容易にできるようになり、消音設計がしやすくなる。

（実施の形態２）
図８〜図１０は、本発明の実施の形態２における電動送風機の構成を示すものである。実施の形態１と同一要素については、同一符号を付してその説明を省略する。

図８において、電動送風機１ｅは、消音手段１２に延長して設けられている筒形状の壁１８ｃの端部を外周方向に大きくした大径部１８ｇとしている。具体的には径を外周方向に４ｍｍ大きくした構成をしている。

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、消音手段１２に延長して設けられた筒形状の壁１８ｃの端部に大径部１８ｇを設けたことで、筒形状の壁１８ｃと防音筒１４の後壁で形成される排気流路長が長くなり、電動機３側面から排出された気流Ｄが排気流路に沿って流れやすくなると同時に、大径部１８ｇがファンケース１０側面からの排気流路との隔離用の壁になるため、ファンケース１０側面から排出された気流Ｅと電動機３側面から排出された気流Ｄの衝突が抑えられて、二次騒音の発生が低減される。

以上のように、本実施の形態においては、筒形状の壁１８ｃの端部に大径部１８ｇを設けて、ファンケース１０側面からの排気流路と電動機３側面の排気流路を隔離させることで、気流の衝突による二次騒音の発生を低減することができる。

また、本実施の形態では、図９に示すように、消音手段１２に延長して設けた筒形状の壁１８ｄの端部径を曲面状に外周方向に大きくなる形状（Ｒ形状）とすることにより、ファンケース１０側面から排出された気流Ｅの方向転換が筒形状の壁１８ｄの曲面に沿って行われるようになり曲がり損失が低減するとともに、電動機３側面から排出された気流Ｄが曲面に沿って流れて、気流Ｄの筒形状の壁１８ｄへの衝突による二次騒音を低減することができる。

また、本実施の形態では、図１０に示すように、消音手段１２と筒形状の壁１８ｃとの当接部の内面に局面形状（Ｒ形状）３５を有することにより、電動機３側面から排出された気流が曲面に沿って流れるようになり、当接部での気流の乱れが抑えられて二次騒音を低減することができる。

（実施の形態３）
図１１は、本発明の実施の形態３における電動送風機の構成を示すものである。実施の形態１と同一要素については、同一符号を付してその説明を省略する。

図において、電動送風機１ｈは、消音手段１２に延長して設けられている筒形状の壁１８ｆの厚みを端部に向かって連続的に外周方向に大きくし、消音手段１２の後面および筒形状の壁１８ｆの内面に３ｍｍのフェルトなどの吸音材３４ｂを配置した構成をしている。

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、消音手段１２に延長して設けた筒形状の壁１８ｆの厚みを端部に向かって連続的に外周方向に大きくなったことで、ファンケース１０側面から排出された気流Ｅが筒形状の壁１８ｆに沿って流れて徐々に外周方向へ方向転換するようになり、気流Ｅの曲がり損失を低減することができる。また、消音手段１２の後面および壁１８ｆの内面に配置した吸音材３４ｂにより、電動機３側面から放射された音は一部が吸音ざれるため、排気流路内の圧力損失を増加させることなく、騒音レベルを低減することができる。

なお、実施の形態１〜３において、消音手段と筒形状の壁を一体構成とすることにより、筒形状の壁を消音手段に取り付ける作業がなくなり、部品点数を減らして製造工程を簡易化することができる。

また、各実施の形態１〜３の構成は、これに限定されるものではなく、必要に応じて適宜組み合わせて構成することができるものである。

以上のように、本発明にかかる電動送風機およびそれを用いた電気掃除機は、コンパクトな消音構成を有する防音筒で、排気流路の圧力損失を増加させることなく、狙いの高周波音を大幅に低減することができるので、一般家庭用あるいは業務用の電気掃除機として最適であることはもちろんのこと電動送風機は他の機器にも適用できる。

本発明の実施の形態１における電動送風機の構成を示す断面図 同電動送風機のインペラとエアガイドを示す平断面図 同電動送風機を用いた電気掃除機の構成を示す断面図 同電動送風機を用いた電気掃除機の運転音の音圧レベルを表すグラフ 同電動送風機の他の例を示す断面図 同電動送風機の図５とは異なる他の例を示す断面図 同電動送風機の図５とは異なるさらに他の例を示す断面図 本発明の実施の形態２における電動送風機の構成を示す断面図 同電動送風機の他の例を示す断面図 同電動送風機のさらに他の例を示す断面図 本発明の実施の形態３における電動送風機の構成を示す断面図 従来の電動送風機を示す断面図

符号の説明

１ａ〜１ｈ 電動送風機
２ 回転子
３ 電動機
４ 回転軸
５ インペラ
６ 通風路
８ エアガイド
９ 開口部
１０ ファンケース
１１ａ、１１ｂ 凹部
１２ 消音手段
１３ 排気口
１４ 防音筒
１８ａ〜１８ｆ 筒形状の壁
１９ 電気掃除機
３３、３５ 曲面形状
３４ａ、３４ｂ 吸音材

Claims (13)

1. 電動機と、電動機の出力軸である回転軸に固定されたインペラと、インペラの外周部に通風路を形成するエアガイドと、側面に開口部を有しインペラとエアガイドを覆うファンケースと、電動機とファンケースを覆い側面後部に排気口を有した防音筒と、防音筒内で電動機の側面に設けた消音手段とを備え、消音手段は、回転軸に向かって所定の深さを有する凹部を円周上に設けるとともに、電動機の側面の一部を覆う筒形状の壁を延長して設けた電動送風機。
2. 筒形状の壁は、消音手段と略同一径を有する形状とした請求項１に記載の電動送風機。
3. 筒形状の壁は、端部の内側に曲面形状を有する請求項１または２に記載の電動送風機。
4. 筒形状の壁は、端部の径を外周方向に大きい大径部形状とした請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動送風機。
5. 筒形状の壁は、端部の径を曲面形状で外周方向に大きくなる形状とした請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動送風機。
6. 筒形状の壁は、端部に向かって連続的に厚みが外周方向に増加する形状をした請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動送風機。
7. 筒形状の壁は、消音手段との当接部の内面に曲面形状を有する形状をした請求項１〜６のいずれか１項に記載の電動送風機。
8. 筒形状の壁は、消音手段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. 筒形状の壁は、内面に吸音材を配置した請求項１〜８のいずれか１項に記載の電動送風機。
10. 消音手段は、後面に吸音材を配置した請求項１〜９のいずれか１項に記載の電動送風機。
11. 防音筒は、防音筒の後壁と筒形状の壁とで形成される流路を覆うように吸音材を配置した請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電動送風機。
12. 吸音材は、多孔質素材である請求項９〜１１のいずれか１項に記載の電動送風機。
13. 請求項１〜１２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。

Images