JP2009013910A - 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、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】インペラ６と、エアガイド１０と、インペラ６とエアガイド１０を覆うファンケース１２と、電動機４とファンケース１２を覆い排気口１５を有する防音筒１４とを備え、防音筒１４の排気口１５を有する壁は多重壁構成とし、多重壁構成の排気口１５端部から所定位置の壁間全周に仕切り体１７ａを配置し、仕切り体１７ａ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に心材１３を設けたものである。これによって、高周波音は防音筒１４の多重壁間と仕切り体１７ａで形成される空間内で共鳴効果により消音され、心材を備えた多重壁にすることで中空多重構造に比べて共鳴透過を軽減し、防音筒の透過損失が単一壁に比べて大きくなり、運転音が大幅に低減される。
【選択図】図１

Description

本発明は、運転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としては、家庭用の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３４の回転軸３５に取り付けられた複数のブレード３６を有するインペラ３７と、インペラ３７で発生した気流を導くエアガイド３８と、中央部に吸気口３９を有しインペラ３７とエアガイド３８を内包するケーシング４０と、電動機３４の外周にはそれを覆う硬質の二重の防音筒４１を具備している。そして、内側の筒４２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４３を設け、内側の筒の排気口４４は電動機３４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、外側の筒４６の排気口４７は内側の筒４２の排気口４４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、防音筒４１の排気口４５、４７を電動機の排気口４５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４１内の流路を大きくする必要があり、防音筒４１が大型化してしまい、電動送風機の効率と防音筒４１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、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、電動機の回転軸に固定されたインペラと、前記インペラの外周部に通風路を形成するエアガイドと、これら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とを備え、前記防音筒の排気口を有する壁は多重壁構成とし、前記多重壁構成の排気口端部から所定位置の壁間全周に仕切り体を配置し、かつ前記仕切り体で区分けされた空間のうち排気口に接していない空間に心材を設けたものである。

これによって、電動送風機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は、防音筒の多重壁間と仕切り体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、心材を備えた多重壁にすることで中空多重構造に比べて共鳴透過を軽減し、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、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、運転音と、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、電動機の回転軸に固定されたインペラと、前記インペラの外周部に通風路を形成するエアガイドと、これら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とを備え、前記防音筒の排気口を有する壁は多重壁構成とし、前記多重壁構成の排気口端部から所定位置の壁間全周に仕切り体を配置し、かつ前記仕切り体で区分けされた空間のうち排気口に接していない空間に心材を設けた電動送風機とするものである。これによって、電動送風機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は、防音筒の多重壁間と仕切り体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、心材を備えた多重壁にすることで中空多重構造に比べて共鳴透過を軽減し、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、排気口は、防音筒の側壁に設けたことにより、防音筒の側壁が心材を備えた多重壁となり、透過損失が単一壁に比べて大きくなるため、側壁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３の発明は、特に、第１の発明において、排気口は、防音筒の後壁に設けたことにより、防音筒の後壁が心材を備えた多重壁となり、透過損失が単一壁に比べて大きくなるため、防音筒の後壁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、仕切り体は、空気層ごとに多重壁構成の排気口端部から異なる位置に設けたことにより、空気層ごとに共鳴する音の周波数が変わるため、複数の周波数の音を消音することができる。

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、仕切り体は、単一の空気層内に、壁に対して水平方向に階段状に設けたことにより、単一の空気層内で複数の周波数の音が共鳴するため、単一層内で複数の周波数の音を消音することができる。

第６の発明は、特に、第１〜第４のいずれか１つの発明において、仕切り体は、単一の空気層内に、壁に対して垂直方向に階段状に設けたことにより、単一の空気層内で音の伝播方向に関わらず、排気口の全周に渡って複数の周波数の音が共鳴するため、複数の周波数の音を単一の空気層内で音の伝播方向に関係なく消音することができる。

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、防音筒は、排気口のない壁を、空気層を間に有する多重壁構造としたことにより、防音筒全ての壁の透過損失を単一壁に比べて大きくすることができ、電動送風機の騒音レベルを大幅に低減することができる。

第８の発明は、特に、第１〜第６のいずれか１つの発明において、防音筒は、排気口のない壁を、心材を間に有するサンドイッチ型の多重壁構造としたことにより、中空構造で生じる多重壁と空気層とで形成される系の共鳴を低減し、防音筒全ての壁の透過損失を中空構造に比べて大きくすることができ、電動送風機の騒音レベルをさらに低減することができる。

第９の発明は、特に、第１または第８の発明において、心材は、多孔材であることにより、多孔材の吸音特性に応じて透過損失を大きくすることができ、吸音材を容易に手に入れることも可能であり、遮音性の高い防音筒を容易に作製することができる。

第１０の発明は、特に、第１または第８の発明において、心材は、複数の素材で構成したことにより、共鳴透過の低下を軽減し、広周波数領域で透過損失を大きくすることができる。

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、耳障りな高周波音が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およびそれを用いた電気掃除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および戻り通路８と静翼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を覆って設けてあり、また５ｍｍの間隔を設けた二重壁構造である側壁１４ａと、側面後部に排気口１５を有する防音筒１４が電動機４、ファンケース１２を覆って設置されている。また防音筒１４の側壁１４ａ間には排気口１５端部から２１ｍｍの位置に仕切り体１７ａが全周に配置され、仕切り体１７ａ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にグラスウールなどの心材１３を設け、サンドイッチ型の構造としている。防音筒１４は側壁１４ａとともに後壁１４ｂおよび前壁１４ｃも有しているものであり、側壁１４ａと後壁１４ｂおよび前壁１４ｃは一体的に構成してもよいし、別構成としてもよい。

インペラ６は、板金製の前シュラウド１８とこれに対向する後シュラウド１９でブレード２０を挟持することで構成されている。

ここで、図３において、電気掃除機２１は、本体吸気口２２に連通した集塵室２３と本体排気口２４を備えた送風室２５を有する掃除機本体２６と、集塵室２３に本体吸気口２２と気密に装着された集塵袋２７と、送風室２５内に設置された電動送風機１と、本体吸気口２２に気密に接続されたホース２８と、電気掃除機２１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２９と、床面から塵埃を吸引するための床ノズル３０と、床ノズル３０と把持部２９を気密に接続した接続管３１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、図３における集塵室２３内が負圧状態になり、集塵室２３へ吸引される気流が発生する。床ノズル３０から吸引された塵埃を含む気流Ａは、接続管３１と把持部２９およびホース２８内を通過して本体吸気口２２から集塵袋２７に流入する。集塵袋２７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に吸引されファンケース１２の吸気口１１からインペラ６へ流入する。

この流入した気流Ｂは、図２に示すように、気流Ｃのように高速回転しているインペラ６内で運動エネルギが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１４の排気口１５から流出し、本体排気口２４から掃除機本体２６の外部へと排出される。

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１４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する気流の脈動に起因する高周波音は、防音筒１４の排気口１５を伝播する際、防音筒１４の側壁１４ａと仕切り体１７ａ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。また、防音筒１４の側壁１４ａはサンドイッチ型の二重壁になっているため、中空多重構造に比べて共鳴透過が軽減され、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１４の側壁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、多重壁間の空間間隔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。多重壁間と仕切り体１７ａとで形成される空間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体１７ａ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端部から仕切り体１７ａ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２７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体１７ａ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、側面後部に排気口１５を有する防音筒１４の側壁１４ａを二重構造とし、側壁１４ａ間の排気口１５端部から所定の位置に仕切り体１７ａを設置し、仕切り体１７ａ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に心材１３を設けたサンドイッチ型の構成とすることにより、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１４の側壁１４ａと仕切り体１７ａと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。また、側壁１４ａがサンドイッチ型であるため、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１４の側壁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２１の送風室２５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２１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を有する側壁１４ａに対して水平方向に階段状の仕切り体１７ｂを設けることで、単一の空気層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、図５に示すように、排気口１５を有する側壁１４ａに対して垂直方向に階段状の仕切り体１７ｃを設けることで、単一の空気層１３内で音の伝播方向に関わらず、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。

また、本実施の形態では、図６に示すように、防音筒１４の排気口１５を後壁１４ｂに設けて、後壁１４ｂを、心材１３を設けたサンドイッチ型の構成とし、排気口１５端部から所定位置に仕切り体１７ｄを配置している。これにより、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１４の後壁１４ｂと仕切り体１７ｄと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、後壁１４ｂがサンドイッチ型の構成であるため、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１４の後壁１４ｂから透過するのを大幅に低減することができる。この場合、図のように、防音筒１４の側壁１４ａは一重壁構造であってもよい。

（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１は、防音筒１４の側面後部に排気口１５を有し、防音筒１４の側壁１４ａは空気間隔を間に設けた三重構造とし、さらに防音筒１４の後壁１４ｂおよび前壁１４ｃは空気層４８を間に設けた二重構造を有している。また、防音筒１４の側壁１４ａの各壁間には、それぞれ排気口１５端部から２１ｍｍと１０．５ｍｍの位置に仕切り体１７ｅ、１７ｆを全周に配置した構成をしている。仕切り体１７ｅ、１７ｆ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１３を充填したサンドイッチ型の構造をしている。

以上のように構成された電動送風機１について、以下その動作、作用を説明する。

まず、防音筒１４の側壁１４ａがサンドイッチ型の三重壁となったことで、単一壁に比べて側壁１４ａの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１４の側壁１４ａからの透過音が大幅に低減される。また、防音筒１４の側壁１４ａと仕切り体１７ｅ、１７ｆとで形成された、異なる大きさの空間内で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１４の排気口１５を有する壁を、心材１３を充填したサンドイッチ型の三重壁とすることで、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１４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、多重壁と仕切り体１７ｅ、１７ｆ・・・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体１７ｅ、１７ｆ・・・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。

また防音筒１４の後壁１４ｂおよび前壁１４ｃは中空二重壁となっているため、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１４の後壁１４ｂおよび前壁１４ｃから透過するの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、排気口１５を有する防音筒１４の側壁１４ａを三重壁とし、排気口１５のない後壁１４ｂおよび前壁１４ｃを中空二重壁とし、また側壁１４ａの各壁間の異なる位置に仕切り体１７ｅ、１７ｆを設けることで、防音筒１４の全ての壁からの電動送風機１の運転音の透過を大幅に低減するとともに、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、本実施の形態では、図８に示すように、排気口１５のない防音筒１４の後壁１４ｂおよび前壁１４ｃを、心材３３を間に有するサンドイッチ型の多重構造することにより、中空構造で生じる多重壁と空気層とで形成される系の共鳴を低減し、防音筒１４全ての壁の透過損失を中空構造に比べて大きくすることができ、電動送風機１の騒音レベルをさらに低減することができる。

なお、心材３３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、実施の形態１の心材１３はグラスウールを一例として挙げているが、この心材３３と同様なものを用いることができる。

また、図９に示すように、特に、後壁１４ｂの心材３３を、複数の素材を重合あるいは分散して構成することにより、共鳴透過の低下を軽減し、広周波数領域で透過損失を大きくすることができる。

上記した各実施の形態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、運転音と、狙いの高周波音を大幅に低減することができるので、電気掃除機に限らず各種機器において適用できる。また、電動送風機を用いた電気掃除機は、低騒音で快適使用ができるので、特に、家庭用として最適であり、また業務用としても適用できる。

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の構成を示す平断面図 同電動送風機を用いた電気掃除機を示す断面図 同電動送風機の他の構成を一部断面にして示す側面図 同電動送風機のさらに他の構成を示す断面図 同電動送風機のさらに別の他構成を示す断面図 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 同電動送風機のさらに他の構成を示す断面図 従来の電動送風機の構成を示す断面図

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、３３ 心材
１４ 防音筒
１４ａ 側壁
１４ｂ 後壁
１４ｃ 前壁
１５ 排気口
１７ａ〜１７ｆ 仕切り体
２１ 電気掃除機

Claims (11)

1. 電動機の回転軸に固定されたインペラと、前記インペラの外周部に通風路を形成するエアガイドと、これら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とを備え、前記防音筒の排気口を有する壁は多重壁構成とし、前記多重壁構成の排気口端部から所定位置の壁間全周に仕切り体を配置し、かつ前記仕切り体で区分けされた空間のうち排気口に接していない空間に心材を設けた電動送風機。
2. 排気口は、防音筒の側壁に設けた請求項１に記載の電動送風機。
3. 排気口は、防音筒の後壁に設けた請求項１に記載の電動送風機。
4. 仕切り体は、空気層ごとに多重壁構成の排気口端部から異なる位置に設けた請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動送風機。
5. 仕切り体は、単一の空気層内に、壁に対して水平方向に階段状に設けた請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動送風機。
6. 仕切り体は、単一の空気層内に、壁に対して垂直方向に階段状に設けた請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動送風機。
7. 防音筒は、排気口のない壁を、空気層を間に有する多重壁構造とした請求項１〜６のいずれか１項に記載の電動送風機。
8. 防音筒は、排気口のない壁を、心材を間に有するサンドイッチ型の多重壁構造とした請求項１〜６のいずれか１項に記載の電動送風機。
9. 心材は、多孔材である請求項１または８に記載の電動送風機。
10. 心材は、複数の素材で構成した請求項１または８に記載の電動送風機。
11. 請求項１〜１０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