JP2010106805A - 電動送風機および電気掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】遠心ファンで発生する騒音を抑制した電動送風機を提供する。
【解決手段】遠心ファン46の各ファン翼108の中心側をファンプレート105，107に固定する。各ファン翼108の外周側である他端部108bをファンプレート105，107に対して自由端状とする。吸込口106から吸い込んだ空気を各ファン翼108により遠心ファン46の中心側から外周側へと導く際の流れによって生じる各ファン翼108への圧力を、他端部108b側の変形によって緩和し、遠心ファン46での渦流の発生に起因する騒音を抑制できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータにより回転される遠心ファンを有する電動送風機およびこれを備えた電気掃除機に関する。

従来、この種の電気掃除機は、電動送風機を収容した掃除機本体を備えている。この掃除機本体には、電動送風機の吸込側に連通する本体集塵室が設けられている。また、掃除機本体には、本体集塵室に連通する本体吸込口が開口形成され、この本体吸込口に、ホース体、延長管および床ブラシが順次連通接続される。そして、電動送風機は、モータと、このモータにより回転される金属製の遠心ファンとを備え、モータが胴体ケースに収容され、遠心ファンの中心部を除く部分がファンカバーによって覆われている。遠心ファンは、モータ側に位置する第１プレートと、ファンカバー側に位置する第２プレートとの間に、中心側から外周側へと円弧状に湾曲した複数のブレードがかしめ固定されている。これらブレードは、第２プレートの中心部に開口された吸込口から吸い込んだ空気を遠心ファンの外周側へと導くものである(例えば、特許文献１参照。)。
特開２００７−９７５４号公報(第３−８頁、図１−２)

しかしながら、上述の電動送風機では、ブレードが遠心ファンに対して固定されているため、吸込口から吸い込んだ空気を遠心ファンの外周側へと各ブレードによって導く際に、これらブレードの表面に沿って空気が流れて発生した渦流が中心側から外周側へと徐々に成長し、ブレードから外周方向へと吹き出される際に風切り音などの騒音が発生するおそれがあるという問題点を有している。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、遠心ファンで発生する騒音を抑制した電動送風機およびこれを備えた電気掃除機を提供することを目的とする。

本発明は、モータの回転軸に連結された遠心ファンが、モータ側に位置し、モータの回転軸に接続される円板状の第１プレートと、この第１プレートに対して離間され、中心部に吸込口を有する円板状の第２プレートと、これら第１プレートと第２プレートとの間に位置し、吸込口から吸い込まれた空気を外周側へと導く複数のブレードとを備え、各ブレードが、遠心ファンの中心側から外周側へと円弧状に湾曲して形成され、中心側が第１プレートおよび第２プレートに固定され、かつ、少なくとも外周側の端部が第１プレートおよび第２プレートに対して非固定の自由状態となっているものである。

本発明によれば、遠心ファンの各ブレードの中心側を第１プレートおよび第２プレートに固定し、外周側の端部を第１プレートおよび第２プレートに対して非固定の自由状態とすることで、吸込口から吸い込んだ空気を各ブレードにより遠心ファンの中心側から外周側へと導く際の流れによって生じる各ブレードへの圧力を、外周側の端部の変形によって緩和し、遠心ファンでの渦流の発生に起因する騒音を抑制できる。

以下、本発明の一実施の形態の構成を図１ないし図４を参照して説明する。

図４において、11はいわゆるキャニスタ型の電気掃除機を示し、この電気掃除機11は、管部12と、この管部12が着脱可能に接続される掃除機本体13とを有している。

管部12は、掃除機本体13に接続される基端側に対して先端側が前方へ屈曲した接続管部15と、この接続管部15の先端側に連通する可撓性を有するホース体16と、このホース体16の先端側に設けられた手元操作部17と、この手元操作部17の先端側に着脱可能に接続される延長管18と、この延長管18の先端側に着脱可能に接続される吸込口体としての床ブラシ19とを備えている。

手元操作部17には、把持部21がホース体16側へと突出し、この把持部21には、操作用の設定ボタン22が複数設けられている。

また、掃除機本体13は、本体ケース25を備え、この本体ケース25の内部には、図示しない隔壁が設けられている。そして、この隔壁の後側には、電動送風機27を収容する図示しない電動送風機室、および、電源コード31を出し入れ可能に巻回した図示しないコードリールを収容するコードリール室がそれぞれ区画されているとともに、隔壁の前側には、電動送風機27の吸込側に連通する本体集塵室35が区画され、この本体集塵室35に、集塵袋である紙パック、あるいはサイクロン分離装置などの集塵装置である集塵カップなどの集塵部が着脱可能に配置されている。また、隔壁には、本体集塵室35と電動送風機室とを連通する図示しない通気孔が形成されている。

本体ケース25は、例えば合成樹脂などにより形成され、上側が開口した下ケース37と、この下ケース37の上側後部である電動送風機室およびコードリール室を覆う上ケース38と、この上ケース38あるいは下ケース37に対して上下方向に回動可能に軸支され本体集塵室35を開閉可能とする本体蓋39とを備えている。そして、下ケース37の両側方には、掃除機本体13の走行用の大径の走行輪41(一方のみ図示)が回転自在に軸支されている。

上ケース38は、後部に、電動送風機室の下流側に連通する図示しない排気孔と、電源コード31を本体ケース25の外部に導出するための図示しないコード導出口とがそれぞれ開口形成されている。

本体蓋39は、後端側が回動可能に軸支されている。また、この本体蓋39には、接続管部15が接続される本体吸込口43が形成されている。したがって、この本体吸込口43は、本体ケース25の前部に位置している。

そして、電動送風機27は、図３に示すように、モータ45と、このモータ45に接続されて回転される遠心ファン46と、これらモータ45と遠心ファン46との間に位置する整流板であるディフューザ47とを備え、掃除機本体13の本体ケース25内に収容された図示しない制御手段により動作が制御される。なお、以下、便宜的に、モータ45側を下側、遠心ファン46側を上側として説明する。

モータ45は、本体部であるモータ本体部51と、このモータ本体部51を保持する胴体ケースとしてのフレーム52と、このフレーム52に取り付けられた一対のブラシ装置53とを有している。

モータ本体部51は、平面視で枠状の固定子55の内方に、回転子56が配置されて構成されている。

固定子55は、ステータ、あるいはフィールドとも呼ばれるもので、固定子本体としての平面視四角形状のフィールドコア61と、このフィールドコア61の所定位置に巻回された界磁巻線62とを有し、フレーム52とディフューザ47との間に配設されている。

フィールドコア61は、鉄板を多数積層して形成され、中心部に、回転子56が挿入される開口部64が開口されている。この開口部64は、内周側が回転子56の外周面に所定の間隙を介して対向している。

界磁巻線62は、フィールドコア61の開口部64の周囲に固定極であるＮ極およびＳ極を形成するものである。

また、回転子56は、ロータ、あるいは電機子すなわちアーマチュアとも呼ばれるもので、回転中心となる出力軸である回転軸66と、この回転軸66と一体に設けられた整流子67および回転子本体としてのアーマチュアコア68とを一体的に有している。

回転軸66は、軸方向の一端部である上端部が、ディフューザ47に挿通され、この上端部に遠心ファン46が接続されている。また、この回転軸66は、両端側がベアリング71，72によりそれぞれ回転自在に保持されている。

整流子67は、ブラシ装置53と摺接する複数の整流子片75を外周に備えており、回転軸66の下端側に位置している。

アーマチュアコア68は、例えば複数の鉄板を積層して形成された鉄心部77と、この鉄心部77の両端部を挟む絶縁体78とを有し、整流子67よりも上方に位置して固定子55の内周側に配置されている。また、このアーマチュアコア68の周囲には、リード線が巻回されており、コイルであるアーマチュアコイル79が構成されている。

アーマチュアコイル79は、固定子55の界磁巻線62により形成される固定極に対して磁気的に吸引あるいは反発される回転極であるＮ極あるいはＳ極を形成するもので、多数のリード線を巻回して形成され、各リード線の端部が、それぞれ整流子67の各整流子片75に電気的に接続されている。

また、フレーム52は、略有底円筒状の第１フレーム81とこの第１フレーム81の上端部に径方向に沿って配置された第２フレーム82とを有している。

第１フレーム81は、例えば金属、あるいは合成樹脂などにより形成され、内部にフィールドコア61を保持している。また、この第１フレーム81の上端部には、外側へとフランジ状に屈曲されたフランジ部84が形成されている。さらに、この第１フレーム81の下端部には、ベアリング71を保持するモータヘッド部85が凹設されている。そして、この第１フレーム81には、各ブラシ装置53が取り付けられるブラシ取付孔86が互いに対向する位置に開口形成されているとともに、これらブラシ取付孔86の間の位置に、複数の排気口87が開口形成されている。

第２フレーム82は、例えば金属、あるいは合成樹脂などにより形成され、両端部がねじ89を介して第１フレーム81の上端側のフランジ部84に固定されている。また、この第２フレーム82の中心部には、ベアリング72を内側に保持するベアリング保持部91が上側へと突出するように形成されており、このベアリング保持部91の外側が、ディフューザ47を固定する部分となっている。

各ブラシ装置53は、長手状のカーボンブラシ93と、このカーボンブラシ93の長手方向の一端側を保持するブラシ保持器94と、このブラシ保持器94に収容されカーボンブラシ93を長手方向の他端側へと付勢する付勢部材としてのばね95と、ブラシ保持器94に設けられカーボンブラシ93、家庭用商用交流電源、あるいは電池などの図示しない電源部、および、界磁巻線62側に電気的に接続された端子96とをそれぞれ有している。そして、ブラシ保持器94とともにカーボンブラシ93が第１フレーム81のブラシ取付孔86にねじ97を介して取り付けられ、カーボンブラシ93の長手方向の他端側がばね95の付勢により整流子片75に弾性的に摺接して電気的に接続されている。

ディフューザ47は、遠心ファン46からの風を整流してモータ45側へと流すもので、モータ45と遠心ファン46との間に位置し、中心部に形成された保持孔部99に第２フレーム82のベアリング保持部91が挿入されて、フレーム52の上端部を閉塞するようにねじ101により固定されている。また、このディフューザ47の遠心ファン46側(上側)である一端面とモータ45側(下側)である他端面には、それぞれ複数の整流ブレード102，103が平面視で渦巻状に形成されている。一方の整流ブレード102は、風を内周側から外周側へと導くように形成され、他方の整流ブレード103は、風を外周側から内周側へと導くように形成されている。

そして、遠心ファン46は、回転軸66と一体的に回転するもので、この回転により生じる空気との摩擦により発生する熱に対する耐熱性を有するように、例えばアルミニウムなどの金属によって形成されている。また、遠心ファン46は、図１ないし図３に示すように、円板状に設けられた第１プレートとしての第１シュラウドである下部ファンプレート105、この下部ファンプレート105に対して所定の間隙を介して略平行に対向し吸込口106を備えた円板状の第２プレートとしての第２シュラウドである上部ファンプレート107、および、これらファンプレート105，107の間に一体に設けられた平面視で渦巻状のブレードとしての複数、例えば９枚のファン翼108を備えている。さらに、この遠心ファン46は、フレーム52に取り付けられるファンカバー109によって上側が覆われている。このファンカバー109の中心部には、円形状の吸気口110が開口形成されている。

下部ファンプレート105は、中心部に孔部113が開口形成されており、この孔部113に回転軸66が挿通されている。そして、この下部ファンプレート105は、中心側がファンワッシャ115，116により挟持され、これらファンワッシャ115，116および孔部113に挿通された回転軸66の先端に固定手段であるナット117が取り付けられることにより、回転軸66と一体的に接続されている。

上部ファンプレート107は、吸込口106の周囲へと上方に向けて湾曲状に湾曲されている。そして、この上部ファンプレート107の吸込口106の周囲は、ファンカバー109の吸気口110の外周縁に取り付けられたシール部材119に圧接されており、ファンカバー109をフレーム52に取り付けた状態で吸込口106と吸気口110とが気密に接続されている。

各ファン翼108は、それぞれ遠心ファン46の中心側である一端側から外周側である他端側へと、遠心ファン46の回転方向に対して後側へと円弧状に湾曲して形成されており、互いに遠心ファン46の周方向に均等に配置されている。換言すれば、各ファン翼108は、遠心ファン46の中心側の端部である一端部108aと、遠心ファン46の外周側の端部である他端部108bとを結ぶ直線に対して、遠心ファン46の回転方向後側(図２中の時計回り方向側)へと突出するように湾曲している。したがって、これらファン翼108は、中心側から外周側へと間隔が徐々に拡大するように配置されている。

また、各ファン翼108の遠心ファン46の中心側の端部である一端部108aは、吸込口106よりも若干外方の位置となっており、各ファン翼108の遠心ファン46の外周側の端部である他端部108bは、遠心ファン46の外周と略面一となっている。さらに、各ファン翼108は、一端部108aから、この一端部108aと他端部108bとの間の複数箇所に、図示しない突部が上下方向に突出して形成されており、これら突部が、各ファンプレート105，107に穿設された図示しない挿入開口に挿入された状態でかしめ変形されることで、各ファン翼108の一端部108a、および、この一端部108aと他端部108bとの間の部分が各ファンプレート105，107に固定されている。換言すれば、各ファン翼108は、一端部108a側が各ファンプレート105，107に固定されており、他端部108bが各ファンプレート105，107に対して固定されていない(非固定の)自由端状となっている。すなわち、各ファン翼108は、他端部108bにおいて遠心ファン46の周方向へとわずかに弾性的に変形可能となっている。なお、各ファン翼108の各ファンプレート105，107に対して自由端状となっている他端部108bの長さは、吸込口106から吸い込んだ空気の圧力に対する各ファン翼108の強度などに基づいて設定されている。

さらに、各ファン翼108の他端部108bは、先端へと徐々に細くなるように形成され、この先端側が各ファンプレート105，107に対してわずかな隙間Ｇを介して離間されている。換言すれば、各ファン翼108の他端部108bは、各ファンプレート105，107との間の隙間Ｇが先端側へと徐々に大きくなるように形成されている。なお、図１において、隙間Ｇは誇張して示している。そして、各ファン翼108の他端部108bの上下の角部108c，108cは、それぞれ円弧状に面取り形成されている。また、各ファン翼108の表面は、各ファンプレート105，107の表面とともに例えば黒色に一体的に塗装されており、この塗装によって、他端部108b側を除く部分、すなわち一端部108a側での各ファンプレート105，107との隙間が閉塞されている。

ファンカバー109の吸気口110は、隔壁の通気孔の下流側に気密に接続されている。

次に、上記一実施の形態の掃除動作を説明する。

作業者が把持部21を把持して所定の設定ボタン22を操作すると、制御手段が電動送風機27を設定ボタン22で設定した動作モードで駆動させる。

このとき、電動送風機27において、固定子55では、電源部から供給され制御手段によって位相角制御された電源により、界磁巻線62およびフィールドコア61を介して、Ｎ極およびＳ極の固定極が開口部64に臨んで周方向に交互に形成される。

回転子56では、電源部から供給された電源がカーボンブラシ93を介して整流子67へと供給されることで、この整流子67の各整流子片75と接続されたアーマチュアコイル79にそれぞれＮ極、あるいはＳ極の回転極が発生する。

この結果、固定子55側の固定極に対して回転子56側の回転極が磁気的に吸引・反発することで、開口部64内で回転子56が周方向に回動する。

そして、回転子56の回転に伴い、カーボンブラシ93に接触する整流子67の整流子片75が変化することにより、アーマチュアコイル79に形成される回転極の極性が切り換わることで、固定子55側の固定極との磁気的な吸引・反発がさらに継続されて、回転子56がさらに回動する。

これら動作を繰り返すことで、回転子56が周方向に継続して回転する。

この回転子56の回転に伴い、回転軸66に接続された遠心ファン46が回転し、ファンカバー109の吸気口110から吸込口106を介して空気をファンプレート105，107間に吸い込み、この吸い込んだ空気を、各ファン翼108の一端部108a側から他端部108bへと整流する。

このとき、各ファン翼108の表面に沿って空気が流れることで渦流が発生するものの、各ファン翼108の他端部108bが、渦流の発生初期に生じる圧力によって周方向へと弾性的に変形して抵抗しないことで、渦流の圧力を受け流して(拡散して)渦流の成長を抑制しつつ空気を外周方向に吹き出す。

これらファン翼108から吹き出された空気は、一方の整流ブレード102によりディフューザ47の外周方向へと渦巻状に整流された後、ディフューザ47の外周側から、他方の整流ブレード103側へと流入し、さらにこれら整流ブレード103によってディフューザ47の中心側へと渦巻状に整流される。

そして、この整流された空気は、第２フレーム82の両側から第１フレーム81内へと吸い込まれ、モータ45を冷却しつつ排気口87からフレーム52の外部である電動送風機室に吹き出された後、排気孔を介して本体ケース25の外部へと吹き出される。この結果、電動送風機27の吸込側に負圧が発生する。

この負圧の作用により、床ブラシ19の先端側から床面上の塵埃を空気とともに吸い込むと、この吸い込まれた空気は吸込風となり、塵埃とともに床ブラシ19から延長管18、ホース体16および本体吸込口43を経由して、集塵部へと吸い込まれ、この集塵部で塵埃が捕集される。

掃除が終了すると、作業者が所定の設定ボタン22を操作することで、制御手段が電動送風機27の駆動を停止させる。

上述したように、上記一実施の形態によれば、遠心ファン46の各ファン翼108の中心側をファンプレート105，107に固定し、外周側である他端部108bをファンプレート105，107に対して自由端状とすることで、吸込口106から吸い込んだ空気を各ファン翼108により遠心ファン46の中心側から外周側へと導く際の流れによって生じる各ファン翼108の面への圧力を、他端部108bの変形によって緩和し、遠心ファン46での渦流の発生に起因する騒音を抑制できる。

すなわち、ファンプレート105，107に対して自由端状とした各ファン翼108の他端部108bが、吸込口106から吸い込んだ空気の圧力に対応して弾性的に変形することで、各ファン翼108の面への圧力を最適な位置で受け流し、渦流の発生を抑制できる。

特に、電気掃除機11においては、設定ボタン22により設定する動作モード毎に吸込風量が異なるだけでなく、掃除動作中の床ブラシ19と床面との吸い付きの度合い、あるいは集塵部に捕集した塵埃量などによっても吸込風量が変化するなど、安定して一定の吸込風量となることが少ない。このような電気掃除機11に上記電動送風機27を用いることにより、吸込風量の細かい変化に対応して各ファン翼108の他端部108bの変形量を変化させることが可能となり、吸込風量が絶えず変化する電気掃除機11においても、渦流に起因する騒音を確実に抑制できる。

また、各ファン翼108は、他端部108bの角部108c，108cを円弧状に面取り形成することにより、風切り音を発生させやすいエッジ部分を抑制し、騒音をより抑制できる。

さらに、各ファン翼108の他端部108bを、各ファンプレート105，107との間の隙間Ｇが先端側へと徐々に大きくなるように形成することにより、各ファン翼108を空気の圧力に対応して弾性的に変形しやすくでき、騒音をより確実に抑制できる。

なお、上記一実施の形態において、各ファン翼108の枚数などの細部は、上記構成に限定されるものではない。

また、各ファン翼108の湾曲方向は、遠心ファン46の回転方向に対して前側としてもよい。

さらに、各ファン翼108の他端部108bは、各ファンプレート105，107のいずれか一方との間の隙間Ｇが先端側へと徐々に大きくなるように形成してもよい。

そして、電気掃除機11としては、キャニスタ型に限らず、例えば床ブラシ19を掃除機本体13の下部に接続したアップライト型、あるいは掃除機本体13に把持部21を設けるとともに床ブラシ19を接続したハンディ型などでも対応できる。

また、電動送風機27は、電気掃除機11以外でも、産業用のブロワなどに用いることが可能である。

本発明の一実施の形態の電動送風機の遠心ファンを示す側面図である。 同上遠心ファンを示す斜視図である。 同上電動送風機を示す側面断面図である。 同上電動送風機を備えた電気掃除機を示す斜視図である。

符号の説明

11 電気掃除機
13 掃除機本体
27 電動送風機
45 モータ
46 遠心ファン
105 第１プレートとしての下部ファンプレート
106 吸込口
107 第２プレートとしての上部ファンプレート
108 ブレードとしてのファン翼

Claims (3)

1. モータと、
   このモータの回転軸に連結された遠心ファンとを具備し、
   前記遠心ファンは、
   前記モータ側に位置し、前記モータの回転軸に連結される円板状の第１プレートと、
   この第１プレートに対して離間され、中心部に吸込口を有する円板状の第２プレートと、
   これら第１プレートと第２プレートとの間に位置し、前記吸込口から吸い込まれた空気を外周側へと導く複数のブレードとを備え、
   前記各ブレードは、前記遠心ファンの中心側から外周側へと円弧状に湾曲して形成され、中心側が前記第１プレートおよび前記第２プレートに固定され、かつ、少なくとも外周側の端部は前記第１プレートおよび前記第２プレートに対して非固定の自由状態となっている
   ことを特徴とした電動送風機。
2. ブレードは、第１プレートと第２プレートとの少なくともいずれか一方との隙間が、外周側の端部へと徐々に大きくなるように形成されている
   ことを特徴とした請求項１記載の電動送風機。
3. 掃除機本体と、
   この掃除機本体に収容された請求項１または２記載の電動送風機と
   を具備したことを特徴とした電気掃除機。

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