JP2008267240A - 電動送風機およびそれを用いた電気掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】電動送風機の効率を低下させることなく、気流音の発生を抑え、運転音と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４と、インペラ６と、エアガイド１０と、ファンケース１２と、電動機４とファンケース１２を覆う防音筒１６を備え、防音筒１６は排気口１５のある壁１４ａを多重壁構造とし、壁１４ａの端部から所定位置の壁間の空間全周に仕切り１７を配置し、かつ壁１４ａの端部に面一となるように通気性のある蓋１８を設けたものである。これによって、発生した気流の排出は、蓋１８に沿ってスムーズに流れ、気流音が低減する。また、気流の脈動に起因する高周波音は、防音筒１６の多重壁間と仕切り１７で形成される空間１３内で共鳴効果により大幅に消音される。また、多重壁の防音筒１６で透過損失が大きくなり、防音筒１６から透過する運転音が大幅に低減される。
【選択図】図１

Description

本発明は、気流音の発生を抑え、運転音と狙いの高周波音を低減するようにした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８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二重筒構成の防音筒４５を具備し、内側の筒４６の内壁と外壁それぞれに円周上にある特定の深さをもつ凹部４７を設け、内側の筒４６の排気口４８は電動機３８の排気口４９から回転軸方向に離れた位置に備えている。そして、外側の筒５０の排気口５１は内側の筒４６の排気口４８から回転軸方向に離れた位置に配置している。
特開２００１−１６５０９７号公報

しかしながら、前記従来の構成では、電動機３８の排気口４９からでた気流が防音筒４５の凹部４７を通過する際に、凹部４７の入口付近でその側壁に衝突して気流の乱れが生じ、気流音が発生してしまうという課題を有していた。また、防音筒４５の排気口４８、５１を電動機３８の排気口４９から回転軸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、電動送風機の効率が低下してしまうという課題も有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、電動送風機の効率を低下させることなく、気流音の発生を抑え、運転音と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、前記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、前記インペラとエアガイドを覆うファンケースと、前記電動機とファンケースを覆い排気口を有する防音筒を備え、前記防音筒は排気口のある壁を多重壁構造とし、排気口のある壁の端部から所定位置の壁間の空間全周に仕切り板を配置し、かつ前記壁の端部には端部が面一となるように通気性のある蓋を設けたものである。

これによって、電動機を駆動した際に発生した気流は、防音筒から排出する際、通気性のある蓋に沿ってスムーズに流れるようになり、気流の乱れが抑えられて気流音が低減する。また、気流の脈動に起因する高周波音は、防音筒の多重壁間と仕切り板で形成される空間内で共鳴効果により大幅に消音されるとともに、多重壁にすることで防音筒の透過損失が単一壁に比べて大きくなり、防音筒から透過する電動送風機の運転音が大幅に低減される。

また、本発明の電動送風機を用いた電気掃除機は、電動送風機の運転音および耳障りな高周波音を防音筒内で大幅に低減できるようになり、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、電動送風機の効率を低下させることなく、気流音の発生を抑え、運転音と狙いの高周波音を大幅に消音することができる。

第１の発明は、電動機と、前記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、前記インペラとエアガイドを覆うファンケースと、前記電動機とファンケースを覆い排気口を有する防音筒を備え、前記防音筒は排気口のある壁を多重壁構造とし、排気口のある壁の端部から所定位置の壁間の空間全周に仕切り板を配置し、かつ前記壁の端部には端部が面一となるように通気性のある蓋を設けた電動送風機とするものである。これによって、電動機を駆動した際に発生した気流は、防音筒から排出する際、通気性のある蓋に沿ってスムーズに流れるようになり、気流の乱れが抑えられて気流音が低減する。また、気流の脈動に起因する高周波音は、防音筒の多重壁間と仕切り板で形成される空間内で共鳴効果により大幅に消音されるとともに、多重壁にすることで防音筒の透過損失が単一壁に比べて大きくなり、防音筒から透過する電動送風機の運転音が大幅に低減される。

第２の発明は、特に、第１の発明において、通気性のある蓋は、通気性のある素材を壁の端面に接着固定して構成したことにより、素材に関わらず、通気性のある蓋を容易に設けることができる。

第３の発明は、特に、第２の発明において、通気性のある素材は、多孔質素材であることにより、材料の選定や加工がしやすくなり、通気性のある蓋を容易に設けることができる。

第４の発明は、特に、第３の発明において、多孔質素材は、吸音材であることにより、防音筒の壁と仕切り板とで形成される空間内での共鳴効果による消音だけでなく、吸音材の吸音効果も同時に得ることができる。

第５の発明は、特に、第１または第２の発明において、通気性のある素材は、複数の穴を有する薄板であることにより、穴径、穴形状、開孔率といった穴の諸元を始め、穴の加工方法を設計要素に盛り込むことができるため、通気性のある蓋に適した穴の設計が容易になる。

第６の発明は、特に、第１〜５のいずれかの発明において、防音筒は、仕切り板で仕切られた壁間の空間のうち、排気口に接していない空間に心材を備えたことにより、中空の多重構造に比べて共鳴透過が軽減し、防音筒の壁の透過損失が大きくなるため、防音筒から透過する電動送風機の運転音を大幅に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つの発明の電動送風機を用いた電気掃除機とすることにより、防音筒から透過する電動送風機の運転音を大幅に低減できるとともに、耳障りな高周波音を気流音の発生を抑えて、共鳴効果で大幅に消音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を示すものである。

図１、図２に示すように、本実施の形態における電動送風機１は、回転子２および固定子３を有する電動機４と、回転子２を有し電動機４の出力軸である回転軸５に固定されたインペラ６と、インペラ６の外周部に形成した通風路７、戻り通路８および静翼９を有するエアガイド１０とを備えている。そして、中央に吸気口１１を有するファンケース１２がインペラ６とエアガイド１０を覆って設けてある。

また、電動機４とファンケース１２の全体を覆う防音筒１６を備えている。この防音筒１６は壁１４ａとこの壁１４ａと別体（一体であってもよい）の壁１４ｂからなり、排気口１５のある壁１４ａは壁間に空間１３（例えば５ｍｍ）を有する多重壁構造とし、排気口１５のある壁１４ａの端部から所定位置（例えば２１ｍｍ）の壁間の空間全周に仕切り１７を配置し、かつ前記壁１４ａの開口端部には端部が面一となるように通気性のある蓋１８を設けている。通気性のある蓋１８は、開孔率３０％の薄板であるパンチングメタルであり、壁１４ａの端部に空間１３を閉塞するように接着固定している。

なお、インペラ６は、板金製の前シュラウド１９とこれに対向する後シュラウド２０でブレード２１を挟持することで構成されている。

ここで、図３に示した電気掃除機２２は、本体吸気口２３に連通した集塵室２４と本体排気口２５を備えた送風室２６を有する掃除機本体２７と、集塵室２４に本体吸気口２３と気密に装着された集塵袋２８と、本体吸気口２３に気密に接続されたホース２９と、電気掃除機２２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３０と、床面から塵埃を吸引するための床ノズル３１と、床ノズル３１と把持部３０を気密に接続した接続管３２から構成されており、前記送風室２６内には図１、図２に示した電動送風機１が設置されている。

以上のように構成された電動送風機およびそれを用い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３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５に固定されたインペラ６が高速回転する。インペラ６が高速回転することで、集塵室２４内が負圧状態になり、集塵室２４へ吸引される気流が発生する。床ノズル３１から吸引された塵埃を含む気流Ａは、接続管３２と把持部３０およびホース２９内を通過して本体吸気口２３から集塵袋２８に流入する。集塵袋２８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１に吸引されてファンケース１２の吸気口１１からインペラ６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６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１０の静翼９で形成される通風路７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１０内の通風路７を通過した気流Ｄは、エアガイド１０の外周部の戻り通路８で方向転換して電動機４内部に流入し、回転子２、固定子３およびカーボンブラシを冷却しながら、電動機４側面より排出される。電動機４から排出された気流は、防音筒１６の排気口１５から流出し、本体排気口２５から掃除機本体２７外へ排出される。

インペラ６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６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、電動送風機１の運転音を音源付近である防音筒１６内で消音することが非常に重要となる。

電動送風機１を駆動した際に発生した気流は、防音筒１６から排出される際、パンチングメタルにより構成された通気性のある蓋１８の表面に沿って流れるようになるため、気流の乱れもほとんどなく、気流音の発生も大幅に抑えられる。また気流の脈動に起因する高周波音は、防音筒１６の壁１４ａと仕切り１７とで形成される空間１３内で共鳴効果により大幅に消音される。防音筒１６の壁１４ａは実施の形態では中空二重壁になっているため、単一壁に比べて透過損失が大きくなり、電動送風機１の運転音が防音筒１６の壁１４ａから透過するのを大幅に低減することができる。

高周波音を低減対象とした場合、多重壁間の各空間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。多重壁間と仕切り１７とで形成される空間１３の共鳴周波数がインペラ６で発生するＮＺ音またはその倍音の周波数と等しくなるように仕切り１７を設置することで、狙いの高周波音を大幅に低減することができる。これは、空間１３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、排気口１５のある壁１４ａ端部から仕切り１７までの距離を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、電気掃除機の運転モードや集塵袋２８内の集塵量によって、インペラ６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位置に仕切り１７を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、排気口１５を有する防音筒１６の壁を多重壁構造とし、排気口１５のある壁１４ａの端部から所定位置の壁間の空間全周に仕切り１７を配置し、かつ前記壁１４ａの端部には端部が面一となるように通気性のある蓋１８を設けたことにより、電動送風機１を駆動した際に発生する高周波音は、防音筒１６の壁１４ａと仕切り１７とで形成される空間１３内で共鳴効果により大幅に消音される。同時に壁１４ａが多重壁構造であるため、透過損失が単一壁に比べて大きくなり、電動送風機１の運転音が防音筒１６の壁１４ａから透過するのを大幅に低減することができる。

これにより、電気掃除機２２においては、送風室２６から放射される音が大幅に低減されて、低騒音で快適使用の可能な電気掃除機にすることができる。

また、本実施の形態では、図４に示すように、排気口１５を有する壁１４ａに対して略水平方向に階段状の仕切り１７を設けることで、単一の空間１３内で複数の周波数の音が共鳴するようになり、単一層内で複数の周波数の音を消音することができる。

また、本実施の形態では、図５に示すように、排気口１５を有する壁１４ａに対して略垂直方向に階段状の仕切り１７を設けることで、単一の空間１３内で音の伝播方向にかかわらず、排気口１５の全周に渡って複数の周波数の音が共鳴するようになり、単一層内で複数の周波数の音を伝播方向に関係なく消音することができる。

（実施の形態２）
図６、図７は、本発明の実施の形態２における電動送風機を示すものである。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６に示すように、本実施の形態における電動送風機１は、排気口１５を有する防音筒１６の壁１４ａは空間を設けた中空三重構造とし、各壁間には、それぞれ排気口１５端部から２１ｍｍと１０．５ｍｍの位置に仕切り１７ａ、１７ｂを全周に配置し、仕切り１７ａ、１７ｂで区分けされた空間のうち、排気口１５に接していない空間は心材３４を充填したサンドイッチ型の構造をしている。なお、心材３４には、グラスウールを使用した。また排気口１５に接する空間には、壁１４ａの端部と面一となるように軟質ウレタンなどの吸音材を接着固定することで、通気性のある蓋１８を構成した。

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、防音筒１６の壁１４ａがサンドイッチ型の中空三重構造となったことで、単一壁に比べて透過損失が大きくなり、電動送風機１の運転音は大幅に遮音されて、防音筒１６の壁１４ａからの透過音が大幅に低減される。

電動送風機１を駆動した際に発生した気流は、防音筒１６から排出される際、吸音材により構成された通気性のある蓋１８の表面に沿って流れるようになるため、気流の乱れもほとんどなく、気流音の発生も大幅に抑えられると同時に、吸音材によって防音筒１６外への伝播する音が吸音される。また同時に、防音筒１６の壁１４ａと仕切り１７ａ、１７ｂとで形成された２つ空間内で、それぞれ異なる周波数の高周波音が共鳴し、大幅に消音される。つまり、防音筒１６の排気口１５を有する壁１４ａを、心材３４を備えた多重壁とすることで、中空構造に比べて音の共鳴透過が軽減され、単一の壁に比べて透過損失を大きくし、電動送風機１の運転音が防音筒１６から透過するのを大幅に低減することができる。

また、壁の積層数を増やすと、多重壁と仕切り板とで形成される共鳴空間も増えるため、共鳴空間ごとに仕切り板を排気口１５端部から異なる位置に設けることで、より多くの異なる周波数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、仕切り１７ａ、１７ｂで仕切られた壁１４ａ間の空間１３のうち、排気口１５に接していない空間に心材３４を備えたことで、防音筒１６の壁１４ａからの電動送風機１の運転音の透過を大幅に低減するとともに、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。

なお、心材３４の材質としては、剛性材、発泡材、多孔材がある。剛性材は、ヤング率が大きく両面の壁を略一体化して振動するようになり、単一壁と同様な透過損失の傾向となる。一方、発泡材は、発泡プラスチックのようにヤング率が小さく、軽量である。また、多孔材は、グラスウール、ロックウール、繊維材料などの多孔質素材を使用した多孔質吸音材を用いるものであり、音が多孔質吸音材内部へ伝播すると、熱エネルギに変換されて吸音される。多孔材では、多孔質吸音材の吸音効果も得られるため、透過損失が大きく、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も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。

また、本実施の形態では、図７に示すように、防音筒１６の前壁３５および後方の壁１４ｂを中空多重構造とすることで、前壁３５、壁１４ｂの透過損失も大きくして、前壁３６、後方の壁１４ｂから透過する電動送風機１の運転音も同時に低減することができる。

なお、各実施の形態１、２では、通気性のある蓋１８の素材としてパンチングメタルや軟質ウレタンの吸音材を用いた場合で説明したが、これに限定されるものではなく、メッシュ素材や他の多孔質素材も使用することができる。パンチングメタルやメッシュ素材など複数の穴を有する薄板では、穴や目の大きさ、形状など幅広く、適した素材の選定が可能になる。また、多孔質素材は、種類も多く加工も容易であるため、挿入固定することが可能である他、様々な異なる吸音特性を有する吸音材も多いため、消音対象の音に合わせて選定することが可能である。

また、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。

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、電動送風機の効率を低下させることなく、気流音の発生を抑え、運転音と狙いの高周波音を大幅に消音することができるので、家庭用および業務用の電気掃除機はじめ各種機器に適用できる。

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の平面図 同電動送風機を用いた電気掃除機の構成を表す断面図 同電動送風機の他の構成を半裁断面にして示す外観図 同電動送風機のさらに他の構成を示す断面図 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構成を示す断面図 従来の電動送風機の断面図

符号の説明

１ 電動送風機
４ 電動機
５ 回転軸
６ インペラ
７ 通風路
１０ エアガイド
１２ ファンケース
１３ 空間
１４ａ、１４ｂ 壁
１５ 排気口
１６ 防音筒
１７、１７ａ、１７ｂ 仕切り
１８ 通気性のある蓋
２２ 電気掃除機
３４ 心材

Claims (7)

1. 電動機と、前記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、前記インペラとエアガイドを覆うファンケースと、前記電動機とファンケースを覆い排気口を有する防音筒を備え、前記防音筒は排気口のある壁を多重壁構造とし、排気口のある壁の端部から所定位置の壁間の空間全周に仕切り板を配置し、かつ前記壁の端部には端部が面一となるように通気性のある蓋を設けた電動送風機。
2. 通気性のある蓋は、通気性のある素材を壁の端面に接着固定して構成した請求項１に記載の電動送風機。
3. 通気性のある素材は、多孔質素材である請求項２に記載の電動送風機。
4. 多孔質素材は、吸音材である請求項３に記載の電動送風機。
5. 通気性のある素材は、複数の穴を有する薄板である請求項１または２に記載の電動送風機。
6. 防音筒は、仕切り板で仕切られた壁間の空間のうち、排気口に接していない空間に心材を備えた請求項１〜５のいずれか１項に記載の電動送風機。
7. 請求項１〜６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。