JP2008106646A - 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】インペラなどを覆ったファンケース１０と、電動機３とファンケース１０を覆った防音筒１３と、電動機３の側面に設けた消音手段１１ａとを備え、防音筒１３は、その一部を電動機３の側面に沿って密接させた形状とし、消音手段１１ａは、その一部を防音筒１３の内面壁に沿ってカットした形状とするとともに所定の深さを有する凹部１４ａを設け、かつ凹部１４ａのカット面１５に吸音手段１６ａを設けたものである。これによって、凹部１４ａ内で共鳴する特定周波数の音がカット面１５で反射せずに吸音手段１６ａによって吸音されるようになる。また、消音手段１１ａがカットされている分、カットしない場合に比べてさらに防音筒１３を小型化することができる。
【選択図】図２

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１０に示すように、電動機３８の回転軸３９に取り付けられた複数のブレード４０を有するインペラ４１と、インペラ４１で発生した気流を導くエアガイド４２と、中央部に吸気口４３を有しインペラ４１とエアガイド４２を内包するケーシング４４と、電動機３８の外周にはそれを覆う硬質の防音筒４５を具備し、防音筒４５の排気口４６は電動機３８の排気口４７から回転軸方向に離れた位置に備えるとともに、防音筒４５の内壁にはある特定の深さをもつ凹部４８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４５の排気口４６を電動機３８の排気口４７から回転軸３９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４５内の流路を大きくする必要があり、防音筒４５が大型化してしまい、電動送風機の効率と防音筒４５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、防音筒は、その一部を電動機の側面に沿って密接させた形状とし、消音手段は、その一部を電動機の側面に沿って密接させた防音筒の内面壁に沿ってカットした形状とするとともに円周上に回転軸に向かって所定の深さを有する凹部を設け、かつ凹部のカット面に吸音手段を設けたものである。

これによって、消音手段に設けた凹部内で共鳴する特定周波数の音がカット面で反射せずに吸音手段によって吸音されるようになり、凹部をカットしたことによる共鳴による消音効果の低減を抑え、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、特定周波数の音が大幅に消音される。また、消音手段がカットされている分、カットしない場合に比べてさらに防音筒を小型化することができる。

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、防音筒は、その一部を電動機の側面に沿って密接させた形状とし、消音手段は、その一部を電動機の側面に沿って密接させた防音筒の内面壁に沿ってカットした形状とするとともに円周上に回転軸に向かって所定の深さを有する凹部を設け、かつ凹部のカット面に吸音手段を設けた電動送風機としたものである。これによって、消音手段に設けた凹部内で共鳴する特定周波数の音がカット面で反射せずに吸音手段によって吸音されるようになり、凹部をカットしたことによる共鳴による消音効果の低減を抑え、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、特定周波数の音が大幅に消音される。また、消音手段がカットされている分、カットしない場合に比べてさらに防音筒を小型化することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、吸音手段は、吸音材としたことにより、消音手段に設けた凹部のカット面に吸音手段を容易に設けることができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、防音筒の内面壁に沿ってカットしたカット面を消音手段と一体の壁で構成したことにより、消音手段に設けた凹部のカット面が蓋された状態になり、カット面から凹部へ流入する気流が完全になくなり、凹部での共鳴による消音効果を向上することができる。

第４の発明は、特に、第１または第２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る。

第５の発明は、特に、第１の発明において、吸音手段は、消音手段と一体の壁と空気層を間に有する状態で固定した薄膜で構成されたことにより、軟質ウレタンなどの吸音手段を用いることなく、薄膜の振動で吸音することができる。

第６の発明は、特に、第１〜第５のいずれか１つの発明において、消音手段は、ファンケースと略同一径を有する形状としたことにより、ファンケースと消音手段の段差がなくなり、ファンケース側面から排出された気流がスムーズに流路内を流れるようになり、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、消音手段は、電動機の側面の一部を覆う延長壁を有する形状としたことにより、ファンケース側面からの排気流路と電動機側面からの排気流路が延長壁で隔てられた状態で形成され、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、電動機側面から排出された気流の凹部への流入を抑えることができるため、圧力損失が増加することなく、消音手段の凹部での共鳴による消音効果が向上し、特定周波数の音を大幅に消音することができる。また、電動機側面から放射された音に対して延長壁が遮音壁となり、騒音レベルを低減することができる。

第８の発明は、特に、第１〜第７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６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３において、電動送風機１ａは、回転子２および固定子３１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３３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３２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１４ａを円周上に設けた消音手段１１ａが設置され、さらに側面後部に排気口１２を有する防音筒１３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１７とこれに対向する後シュラウド１８で７枚のブレード１９を挟持することで構成されている。

防音筒１３は有底であり、電動機３の外側全体との間に均一な気流の流路を設けるのではなく、その一部を電動機３の側面に沿って軸方向に密接させた歪な形の筒形状としている。

また、消音手段１１ａは、その一部を電動機３の側面に沿って密接させた防音筒１３の内面壁に沿って軸方向にカットした筒形状とするとともに凹部１４ａのカット面１５に吸音手段１６ａを設けている。消音手段１１ａの２つの凹部１４ａは、２１ｍｍ、１０．５ｍｍの深さで幅が共に５ｍｍである。また、吸音手段１６ａは、８ｍｍの軟質ウレタンを用いてカット面１５と同一面で凹部１４ａの蓋をする状態で接着固定した。

ここで、図４において、電気掃除機２０は、本体吸気口２１に連通した集塵室２２と本体排気口２３を備えた送風室２４を有する掃除機本体２５と、集塵室２２に本体吸気口２１と気密に装着された集塵袋２６と、送風室２４内に設置された電動送風機１ａと、本体吸気口２１に気密に接続されたホース２７と、電気掃除機２０の電源入切や吸引力などの設定を操作するための各種スイッチを有した把持部２８と、床面から塵埃を吸引するための床ノズル２９と、床ノズル２９と把持部２８を気密に接続した接続管３０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、図１において、電力が供給されると、固定子３１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４における集塵室２２内が負圧状態になり、集塵室２２へ吸引される気流が発生する。床ノズル２９から吸引された塵埃を含む気流Ａは、接続管３０と把持部２８およびホース２７内を通過して本体吸気口２１から集塵袋２６に流入する。集塵袋２６によって塵埃を濾過分離された清潔な気流Ｂは、図１における電動送風機１ａに吸引されてファンケース１０の吸気口３２からインペラ５へ流入する。

流入した気流Ｃは、図３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３３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３１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は、防音筒１３の排気口１２から流出し、図４の本体排気口２３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１３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１１ａに設けた凹部１４ａ内では、凹部１４ａの深さに応じて決まる特定周波数を有する音が共鳴するが、吸音手段１６ａを凹部１４ａのカット面１５付近に設けることで、カット面１５で音が反射せずに吸音されるようになり、凹部１４ａをカットしたことでの共鳴による消音効果の低減を抑え、電動送風機１ａを駆動した際に発生する気流の脈動に起因する高周波音を大幅に消音することができる。

また、消音手段１４ａがカットされている分、カットしない場合に比べてさらに防音筒１３を小型化することができるため、掃除機の制御用回路基盤や吸音材などを設置することができるようになる。

高周波音を低減対象とした場合、凹部１４ａ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ため、排気流路の圧力損失を増加させることなく、高周波音を消音することができる。凹部１４ａ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１４ａの深さを設定することで、図５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１４ａ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１４ａ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２６内の集塵量に応じてインペラ５の毎秒回転数は変化し、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に所定の深さを有する凹部１４ａを消音手段１１ａ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、防音筒１３の内面壁に沿ってカットした消音手段１１ａの凹部１４ａに蓋をする状態で吸音手段１６ａを設けた構成とすることにより、凹部１４ａ内で共鳴した音がカット面１５で反射せずに吸音手段１６ａで吸音されるようになり、コンパクトな消音手段１１ａを有する防音筒１３で、排気流路の圧力損失を増加させることなく、高周波音を大幅に消音することができるため、耳障りな高周波音の少ない低騒音の電気掃除機にすることができる。

また、本実施の形態では、消音手段１１ａに２つの凹部１４ａ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６に示すように、電動送風機１ｂの消音手段１１ｂに１つの凹部１４ｂを階段状に設けることで、１つの凹部１４ｂ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、吸音手段１６ａ、１６ｂとして軟質ウレタンを用いて説明したが、軟質ウレタンの他にはフェルトやグラスウール、繊維材料などの多孔質素材を使用した他の多孔質型吸音材でもよく、加工がしやすく安価に手に入れることが可能である。また材質や繊維径に応じて様々な異なる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。

（実施の形態２）
図７〜図９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７において、電動送風機１ｃは、消音手段１１ｃのカット面１５が消音手段１１ｃと一体の壁３４で形成されており、壁３４の凹部１４ｃ側に８ｍｍの軟質ウレタンなどの吸音手段１６ｃが接着固定されている。また、消音手段１１ｃは電動機３の側面の一部を延長して覆う筒形状の延長壁３５が設けられた構成としている。

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１１ｃに設けた凹部１４ｃのカット面１５が壁３４で塞がされたことによって、防音筒１３と消音手段１１ｃの隙間などからカット面１５を通過して凹部１４ｃへ流入する気流が完全になくなるため、凹部１４ｃ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から放射された高周波音を大幅に消音することができる。また、消音手段１１ｃに設けられた延長壁３５によって、ファンケース１０側面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、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、電動機３側面から排出された気流の凹部１４ｃへの流入を抑えることができるため、凹部１４ｃでの共鳴による消音効果が向上し、圧力損失が増加することなく、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、延長壁３５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。

また、図８に示すように、本実施の形態の電動送風機１ｄでは、凹部１４ｄを設けた消音手段１４ｄと壁３４を一体構成とすることにより、壁３４を消音手段１４ｄ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、図９に示すように、本実施の形態の電動送風機１ｅでは、吸音手段１６ｃとして、軟質ウレタンなどのような多孔質型吸音材の代わりに、壁３４との間に空気層３６を有する状態で薄膜３７（薄板を含む）を凹部１４ｅに接着固定した薄膜振動型吸音材を使用することが可能であり、これでは軟質ウレタンなどの吸音手段を用いることなく、音響エネルギを吸音することができる。

なお、各実施の形態１、２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 同電動送風機の防音筒を破断して示した内部構成の破断側面図 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破断断面図 本発明の実施の形態２における電動送風機の防音筒を破断して示した内部構成の破断側面図 同電動送風機の他の例を示す破断側面図 同電動送風機のさらに他の例を示す破断断面図 従来の電動送風機を示す断面図

符号の説明

１ａ〜１ｅ 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〜１１ｅ 消音手段
１２ 排気口
１３ 防音筒
１４ａ〜１４ｅ 凹部
１５ カット面
１６ａ〜１６ｃ 吸音手段
２０ 電気掃除機
３４ 壁
３５ 延長壁
３７ 薄膜

Claims (8)

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、防音筒は、その一部を電動機の側面に沿って密接させた形状とし、消音手段は、その一部を電動機の側面に沿って密接させた防音筒の内面壁に沿ってカットした形状とするとともに円周上に回転軸に向かって所定の深さを有する凹部を設け、かつ凹部のカット面に吸音手段を設けた電動送風機。
2. 吸音手段は、吸音材とした請求項１に記載の電動送風機。
3. 防音筒の内面壁に沿ってカットしたカット面を消音手段と一体の壁で構成した請求項１または２に記載の電動送風機。
4. 吸音材は、多孔質素材である請求項１または２に記載の電動送風機。
5. 吸音手段は、消音手段と一体の壁と空気層を間に有する状態で固定した薄膜で構成された請求項１に記載の電動送風機。
6. 消音手段は、ファンケースと略同一径を有する形状とした請求項１〜５のいずれか１項に記載の電動送風機。
7. 消音手段は、電動機の側面の一部を覆う延長壁を有する形状とした請求項１〜６のいずれか１項に記載の電動送風機。
8. 請求項１〜７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。

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