JP2009100840A - 電動送風機およびそれを用いた電気掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】気流音および運転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とファンケース１２を覆い排気口１３を有する防音ケース１４は、排気流を排気口１３まで導く吸音材２０ａ、２０ｂを設置した排気通路１６を有し、排気通路１６には角部１７ａ、１７ｂを設け、この角部１７ａの気流衝突面１８ａとの間に空気層３５ａを形成した状態で吸音材２０ａを配置した。これによって、角部１７ａ、１７ｂで音が反射することによる音響エネルギの減衰効果と、空気層３５ａの影響により吸音材２０ａ、２０ｂの低周波数帯域における吸音効果が向上し、高い音圧レベルの高周波音を含んだ電動送風機の運転音だけでなく、気流衝突面で発生する低周波帯域の気流音についても大幅に低減することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、広い周波数帯域で運転音および気流音を大幅に消音でき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１５に示すように、電気掃除機５２は、開口部４０を有する集塵室４１および電動送風機収納室４２を並設した下ケース４３と、集塵室４１の開口部４０を覆う蓋体４４と、電動送風機収納室４２上方の掃除機外殻を構成する上ケース４５とを有する。そして、電動送風機収納室４２の下方に設けた開口部４６から流出する電動送風機４７の排気を、電動送風機収納室４２の外壁と下ケース４３の内側に配設した吸音材４８によって形成した排気流路４９を通り排気口５０から排出するようにしている。また、下ケース４３の後下部において吸音材４８と下ケース４３の間に空間５１を形成している。
特開平１１−５６６９４号公報

しかしながら、前記従来の構成では、電動送風機４７からの気流音および電動送風機４７の運転音に対してある程度の消音効果は得られるものの、特別な工夫がなされておらず気流音および運転音を大幅に消音できるものではなかった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、広い周波数帯域で高い消音効果を有する排気通路を構成し、気流音および運転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、電動機とファンケースを覆い排気口を有する防音ケースを備え、この防音ケースはその内部に電動機からの排気流を前記排気口まで導く内面に吸音材を設置した排気通路を有し、排気通路には少なくとも１つ以上の角部を設け、この角部の気流衝突面との間に空気層を形成した状態で吸音材を配置したものである。

これによって、排気通路の角部で音が反射することによる音響エネルギの減衰効果と、吸音材と気流衝突面の間に設けた空気層の影響により吸音材の低周波数帯域における吸音効果が向上し、２つの相乗効果によって角部における消音効果が飛躍的に向上されて、高い音圧レベルの高周波音を含んだ電動送風機の運転音だけでなく、一般に吸音材では吸音することが困難な気流衝突面で発生する低周波帯域の気流音についても大幅に低減することができ、低騒音の電動送風機を得ることができる。

また、本発明の電動送風機を用いた電気掃除機は、電動送風機の運転音を防音ケース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、防音ケースの排気通路内で、気流音および運転音を広い周波数帯域において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い中央に吸気口を有するファンケースと、前記電動機と前記ファンケースを覆い排気口を有する防音ケースとを備え、前記防音ケースはその内部に電動機からの排気流を前記排気口まで導く内面に吸音材を設置した排気通路を有し、前記排気通路には少なくとも１つ以上の角部を設け、この角部の気流衝突面との間に空気層を形成した状態で吸音材を配置した電動送風機とするものである。これによって、排気通路の角部で音が反射することによる音響エネルギの減衰効果と、吸音材と気流衝突面の間に設けた空気層の影響により吸音材の低周波数帯域における吸音効果が向上し、２つの相乗効果によって角部における消音効果が飛躍的に向上されて、高い音圧レベルの高周波音を含んだ電動送風機の運転音だけでなく、一般に吸音材では吸音することが困難な気流衝突面で発生する低周波帯域の気流音についても大幅に低減することができ、低騒音の電動送風機を得ることができる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、空気層は、気流衝突面の表面に凹凸形状を設けることで形成したことにより、吸音材の表面がフラットであっても、気流衝突面との間に空気層を容易に設けることができるようになり、吸音材の材質、厚みなどを自由に調整し、安価で高い消音効果を得ることができる。

第３の発明は、特に、第１の発明において、空気層は、吸音材の表面に凹凸形状を設けることで形成したことにより、気流衝突面がフラットであっても、吸音材との間に空気層を容易に設けることができるようになり、防音ケースの構造をシンプルにできると同時に、吸音材の配置場所に関係なく全ての吸音材に対して空気層を設けることができるため、高い消音効果を得ることができる。また、波形などの表面加工の諸元や吸音材の厚み、密度などを調整することで必要な消音特性を容易に得ることができる。

第４の発明は、特に、第１の発明において、空気層は、気流衝突面と吸音材の間に支持体を介して形成したことにより、吸音材および気流衝突面の両方の表面がフラットであっても、空気層を容易に設けることができるようになり、必要な消音特性に応じて支持体の仕様を自由に変更することが可能になる。

第５の発明は、特に、第４の発明において、支持体は、吸音材の支持面を薄膜で構成したことにより、薄膜の質量および剛性と空気層の剛性で共振系の吸音構造を構成できるようになり、薄膜の共振周波数と同じ周波数で高い消音効果を得ることができる。

第６の発明は、特に、第４の発明において、支持体は、吸音材の支持面を多孔質板で構成したことにより、多孔質板と空気層で共鳴系の吸音構造を構成できるようになり、吸音材の仕様および多孔質板の孔径、開口率などを調整することで、共鳴周波数と同じ周波数で高い消音効果を得ることができる。

第７の発明は、特に、第４の発明において、支持体は、それ自体が空隙を有する材料で形成したことにより、支持体自体が空隙を有し流れ抵抗が低いため、気流衝突面に配置するだけで空気層を設けることができるようになり、吸音材および支持体の仕様を調整することで高い消音効果を得ることができる。

第８の発明は、特に、第１〜７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、防音ケース内で電動送風機の運転音と気流音を大幅に低減できるようになり、低騒音で快適な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８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している。

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、インペラ６とエアガイド１０を覆い中央に吸気口１１を有するファンケース１２と、電動機４とファンケース１２を覆い排気口１３を有する防音ケース１４とを備えている。防音ケース１４は内壁に通気口１５を有するとともに、電動機４の排気流を通気口１５から排気口１３まで導く排気通路１６を有している。また、排気通路１６には少なくとも１つ以上（ここでは２つ）の略直角の角部１７ａ、１７ｂが設けられており、通気口１５に近い角部１７ａの気流衝突面１８ａは略垂直方向に平行に配置された平板形状のリブ１９ａを有し、リブ１９ａ先端で吸音材２０ａを支持している。したがって、角部１７ａの気流衝突面１８ａと吸音材２０ａ間には空気層３５ａを形成している。また、排気通路１６の他の内壁にも吸音材２０ｂを配置している。なお、吸音材２０ａ、２０ｂには軟質ウレタン材を使用した。

また、インペラ６は、板金製の前シュラウド２１とこれに対向する後シュラウド２３でブレード２２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２４ａは、本体吸気口２５に連通した集塵室２６と、本体排気口２７を備えた送風室２８を有する掃除機本体２９と、集塵室２６に本体吸気口２５と気密に装着された集塵袋３０と、送風室２８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３１と、電気掃除機２４ａ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３２と、床面から塵埃を吸引するための床ノズル３３と、床ノズル３３と把持部３２を気密に接続した接続管３４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が高速回転すると、図３において集塵室２６内が負圧状態になり、集塵室２６へ流入する気流が発生する。

床ノズル３３から吸引された塵埃を含む気流Ａは、接続管３４と把持部３２およびホース３１内を通過して本体吸気口２５から集塵袋３０に流入する。集塵袋３０で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。気流Ｂ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、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。

通風路７を通過した気流Ｃは、エアガイド１０外周部に形成された戻り通路８で方向転換して電動機４内部へ流入し、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側面から排出される。電動機４からの排気流Ｄは、防音ケース１４内の通気口１５へ流入して排気通路１６を通過して排気口１３から流出し、本体排気口２７から掃除機外部へ排出される。

インペラ６のブレード２２の枚数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２２の枚数Ｎの積で表され、ＮＺ音と呼ばれる高い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。したがって、高い消音効果を得るためには、音源を覆っている防音ケース１４の消音効果を向上することが非常に重要である。

防音ケース１４内で発生する音としては、電動機４の駆動による運転音と排気流の衝突などで発生した乱流渦に起因する気流音が支配的であり、大部分が排気通路１６を空気伝播する。通気口１５から排気通路１６に伝播する音は、角部１７ａで一部が反射して、排気通路１６内で反射を繰り返しながら減衰すると同時に、排気通路１６内に配置された吸音材２０ａで吸音される。また、角部１７ａの気流衝突面１８ａと吸音材２０ａの間には空気層３５ａが存在するため、吸音材２０ａの低周波数帯域における吸音効果が向上し、２つの相乗効果によって角部１７ａにおける消音効果が飛躍的に向上されて、高い音圧レベルの高周波音を含んだ電動送風機１ａの運転音だけでなく、一般に吸音材２０ａでは吸音することが困難な気流衝突面１８ａで発生する低周波帯域の気流音についても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、電動機４とファンケース１２を覆い排気口１３を有する防音ケース１４を備え、この防音ケース１４はその内部に電動機４からの排気流を排気口１３まで導く内面に吸音材２０ａを設置した排気通路１６を有し、排気通路１６には少なくとも１つ以上の角部１７ａを設け、この角部１７ａの気流衝突面１８ａとの間に空気層３５ａを形成した状態で吸音材２０ａを配置したものである。これにより、吸音材２０ａと気流衝突面１８ａとの間の空気層３５ａとの作用で、吸音材２０ａの低周波数帯域における吸音効果が向上し、排気通路１６の角部１７ａで広い周波数帯域の音を大幅に消音することができる。したがって、電動送風機１ａの運転音および気流音が大幅に低減されるとともに、低騒音で快適使用の可能な電気掃除機２４ａにすることができる。

また、図４に示すように、防音ケース１４の排気口１３に近い角部１７ｂにも平板形状のリブ１９ｂを設けて吸音材２０ｂを設置することで、気流衝突面１８ｂについても、空気層３５ｂを設ける電動送風機１ｂとすれば、排気通路１６の消音効果をさらに向上することができる。

また、図５に示すように、防音ケース１４に別体構成の排気通路１６を通気口１５で接続した構成の電動送風機１ｃとしてもよく、この場合も図１の構成と同様の消音効果を得ることができる。

また、図６に示すように、角部１７ａ〜１７ｄの数を増やし排気通路１６を蛇行形成して長くする電動送風機１ｄとすれば、吸音面積の増加による吸音効果の向上および距離減衰の相乗効果により、排気通路１６の消音効果をさらに向上することができる。この構成では、気流衝突面１８ｃにリブ１９ｃを設け、吸音材２０ｃとの間に空気層３５ｃが設けられている。

また、図７に示すように、電動機４の排気口に対向する防音ケース１４の内壁である気流衝突面１８ｄに対してもリブ１９ｄを設けて吸音材２０ｄを配置することにより、空気層３５ｄを設けている電動送風機１ｅとすれば、電動機４の排気口に対向する面で発生する気流音についても低減できるようになり、さらに消音効果を向上することができる。

また、図８に示すように、防音ケース１４の排気口１３を下方位置とし、これから離れた上方位置に本体排気口２７を設ける電気掃除機２４ｂとすれば、掃除機本体２９内での吸音面積の増加吸音効果の向上および距離減衰の相乗効果により、掃除機本体２９の消音効果を向上することができる。防音ケース１４の排気口１３から本体排気口２７までの空間は、膨張形消音器として作用するため、空間を大きく取ることでさらに消音効果を向上することができる。

（実施の形態２）
図９、図１０は、本発明の実施の形態２における電動送風機を示している。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９において、電動送風機１ｆは、片面を波形にプロファイル加工した軟質ウレタンの吸音材２０ｅを波形の面が排気通路１６の内壁面に向けて設置した構成をしている。なお、吸音材２０ｅは気流衝突面１８ａを含めた排気通路１６の全ての内壁に設置した。

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、図９において、電動機４を駆動することで、高い音圧ピークを有する高周波音を含んだ運転音および気流の衝突などによって生じる気流音が発生する。防音ケース１４の排気通路１６には、気流衝突面１８ａを含めた全ての内壁面と吸音材２０ｅとの間に空気層３５ｅを有しているため、吸音材２０ｅの低周波数帯域における吸音効果が向上し、気流衝突面１８ａで発生する気流音を大幅に低減するとともに、排気通路１６に配置した全ての吸音材２０ｅで広い周波数帯域において電動送風機１ｂの運転音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、表面を波形に加工された吸音材２０ｅを排気通路１６の内壁全面に設置することにより、広い周波数帯域において消音効果を得ることができる。

また、図１０に示すように、排気通路１６以外の場所にも片面を波形にプロファイル加工した吸音材２０ｅを設置する電動送風機１ｇは、防音ケース１４の消音効果をさらに向上することができる。

（実施の形態３）
図１１〜図１４は、本発明の実施の形態３における電動送風機を示している。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１１、図１２において、電動送風機１ｈは、排気通路１６の気流衝突面１８ａに支持体３６ａを介して吸音材２０ａが設置されている。支持体３６ａは平板で形成され複数枠が形成された枠体３７とその一面を覆った薄膜３８とで構成され、枠体３７の吸音材２０ａ支持面に薄膜３８を接着固定した構成をしている。なお、薄膜３８にはシリコンフィルムを使用した。

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、図１２において、電動機４を駆動することで、高い音圧ピークを有する高周波音を含んだ運転音および気流の衝突などによって生じる気流音が発生する。角部１７ａの気流衝突面１８ａと吸音材２０ａの間に支持体３６ａで形成された空気層３６ｂが存在するため、薄膜３８の質量および剛性と空気層３６ｂの剛性で共振系の吸音構造を構成できるようになり、薄膜３８の共振周波数と同じ周波数で消音効果を向上させると同時に、吸音材２０ａの低周波数帯域における吸音効果が向上し、２つの相乗効果によって角部１７ａにおける消音効果が飛躍的に向上されて、高い音圧レベルの高周波音を含んだ電動送風機１ｈの運転音だけでなく、気流衝突面１８ａで発生する気流音についても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、気流衝突面１８ａに薄膜３８と枠体３７とで構成される支持体３６ａを介して吸音材２０ａを設置することにより、広い周波数帯域のうち、特に薄膜３８の共振周波数と同じ周波数において高い消音効果を得ることができる。

また、図１３に示すように、支持体３６ａを多孔質板３９と枠体３７とで構成することで、多孔質板３９と空気層３６ｂで共鳴系の吸音構造を形成し、吸音材２０ａの仕様および多孔質板３９の孔径、開口率などを調整することで、共鳴周波数と同じ周波数で高い消音効果を得ることができる。多孔質板３９としては、金属パネルや樹脂パネルなどに複数の細孔を設けたものを用いればよく、孔径、開口率、厚みなど、選択の幅が広く、必要な消音特性にあわせて選定することが可能である。

また、図１４に示すように、電動送風機１ｉは、支持体３６ｅを流れ抵抗の低い材料で構成することで、気流衝突面１８ａと吸音材２０ａの間に支持体３６ｅ自体が空隙を有しているため、気流衝突面１８ａに配置するだけで空気層を設けることができるようになり、吸音材２０ａおよび流れ抵抗の低い材料の仕様を調整することで高い消音効果を得ることができる。流れ抵抗の低い材料としては、エアフィルタなどの多孔質材が容易に入手しやすく、仕様の選定も幅広くできる。

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。

以上のように、本発明にかかる電動送風機は、防音ケースの排気通路内で、気流音および運転音を広い周波数帯域において大幅に消音することができるので、家庭用、業務用にかかわらず電気掃除機全般に適用できることはもちろんのこと、送風機能を有する各種機器にも適用することができる。

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部の平面図 同電動送風機を用いた電気掃除機の構成を示す断面図 同電動送風機の変形例１の断面図 同電動送風機の変形例２の断面図 同電動送風機の変形例３の断面図 同電動送風機の変形例４の断面図 同電動送風機を用いた電気掃除機の変形例を示す断面図 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 同電動送風機の変形例の断面図 本発明の実施の形態３における電動送風機の支持体を示す斜視図 同電動送風機の構成を示す断面図 同電動送風機の支持体の変形例を示す斜視図 同電動送風機の変形例を示す断面図 従来の電気掃除機の断面図

符号の説明

１ａ〜１ｉ 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
１１ 吸気口
１２ ファンケース
１３ 排気口
１４ 防音ケース
１５ 通気口
１６ 排気通路
１７ａ〜１７ｄ 角部
１８ａ〜１８ｄ 気流衝突面
２０ａ〜２０ｅ 吸音材
３５ａ〜３５ｅ、３６ｂ、３６ｄ 空気層
３６ａ、３６ｃ、３６ｅ 支持体
３８ 薄膜
３９ 多孔質板

Claims (8)

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い中央に吸気口を有するファンケースと、前記電動機と前記ファンケースを覆い排気口を有する防音ケースとを備え、前記防音ケースはその内部に電動機からの排気流を前記排気口まで導く内面に吸音材を設置した排気通路を有し、前記排気通路には少なくとも１つ以上の角部を設け、この角部の気流衝突面との間に空気層を形成した状態で吸音材を配置した電動送風機。
2. 空気層は、気流衝突面の表面に凹凸形状を設けることで形成した請求項１に記載の電動送風機。
3. 空気層は、吸音材の表面に凹凸形状を設けることで形成した請求項１に記載の電動送風機。
4. 空気層は、気流衝突面と吸音材の間に支持体を介して形成した請求項１に記載の電動送風機。
5. 支持体は、吸音材の支持面を薄膜で構成した請求項４に記載の電動送風機。
6. 支持体は、吸音材の支持面を多孔質板で構成した請求項４に記載の電動送風機。
7. 支持体は、それ自体が空隙を有する材料で形成した請求項４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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