JP2011202560A - 電動送風機とそれを用いた電気掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】インペラ内部の流れを改善し効率が高く、低騒音な電動送風機を提供する。
【解決手段】電動機（図示せず）の軸（図示せず）に固定されたインペラ２１は、吸気口２３ａを有する前面シュラウド２３と、この前面シュラウド２３と間隔をおいて配される後面シュラウド２２と、前面・後面シュラウド２３、２２間で挟持される複数枚の板金製ブレード２４と、インペラ２１の中央部に設けられ、吸気口２３ａから流入した気流をスムーズに遠心方向へと導くインデューサ２５とからなり、板金製ブレード２４は、インデューサ２５の羽根部２５ａと連続する曲面で連なる主ブレード４０と、隣接する２つの主ブレード４０間に位置すると共に独立した副ブレード４１からなり、主・副両ブレード４０、４１の入口側先端および出口側後端を、それぞれ一つの仮想同心円上に位置させたもので、インペラ２１の内部流れが改善され、電動送風機の性能の向上、騒音低減が図れる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気掃除機等に使用される電動送風機及び電気掃除機に関するものである。

従来のこの種の電動送風機として、図４〜７に示されるようなものがある（例えば、特許文献１参照）。

図４は、上記特許文献１に記載された従来の電動送風機の一部断面図、図５は、同電動送風機のインペラの破断図、図６（ａ）は、同インペラの金型構成図（平面図）、図６（ｂ）は、同インペラの金型構成図（断面図）、図７は、同インペラの平面図である。

図４において、２１は、気流を発生するインペラ、２５は、インペラ２１の中央部に位置するインデューサ、２５ｂは、略円錐状のハブ、２５ａは、インデューサ２５の羽根部を表している。８は、インペラ２１から放出された気流を整流するエアガイド、９はインペラ２１、エアガイド８を内包するファンケース、７は、インペラ２１を回転駆動する電動機である。

インペラ２１の詳細を図５に基づいて説明する。インペラ２１は、板金製の後面シュラウド２２と、後面シュラウド２２と間隔をおいて配した板金製の前面シュラウド２３と、１対の後面、前面シュラウド２２、２３とで挟持される複数枚の板金製ブレード２４と、前面シュラウド２３の中央に設けた吸気口２３ａに対応して設けた樹脂製のインデューサ２５から構成されている。

板金製ブレード２４は、後面、前面シュラウド２２、２３のそれぞれにかしめ加工により取り付けている。また、インデューサ２５は、略円錐状のハブ２５ｂとそのハブ２５ｂ上に形成された羽根部２５ａから構成されており、特に、吸気口２３ａから板金製ブレード２４側へ流れる空気を整流するため、羽根部２５ａの形状を３次元的曲面を持った形状としている。

図６は、インデューサ２５の金型構造を示す。このような複雑な形状のインデューサ２５を作成するために、羽根部２５ａの外周方向へ略放射状にスライドする側方スライド金型３１を用いた樹脂成型加工を行っている。成型金型は、羽根部２５ａと同数の側方スライド金型３１と、コア３２と、キャビティ３３から構成されている。

図７は、インペラ２１の平面図であり、前面シュラウド２３の一部を切り欠いて示している。図中の矢印は、インペラ２１内部の相対速度分布を表している。負圧面側（凸側）は、圧力面側（凹側）に対し、矢印の長さが短く、すなわち、流体の速度が遅く、剥離が生じ、拡大損失が大きくなっている。また、流路内の速度差によって、流線に垂直な方向に、旋回流が生じ、２次流れ損失を引き起こしている。

特開２０００−４５９９３号公報

インペラ２１の入口衝突損失を低減するために、インデューサ２５がしばしば用いられ
る。しかしながら、金型上の制約から、インデューサ２５の羽根枚数を６枚以上に設定することは、困難である。

上記特許文献１では、羽根部２５ａの枚数とファン効率の関係から、羽根部２５ａの枚数は６枚が最適であるとされているが、風量および回転数の狙いによっては、６枚以上の多翼化が望ましいケースも考えられる。

特に、流れが板金製ブレード２４にさしかかる中盤から、後半にかけては、羽根部２５ａの枚数が少ないと、通路内の速度（圧力）分布にムラが生じ、損失が大きく成りやすかった。また、電動送風機が発する騒音の一種である高周波音は、羽根部２５ａの枚数と回転数の積の整数倍の周波数にて顕著に発生し、羽根部２５ａの枚数が少ない場合、その周波数が、人が最も不快に感じやすい帯域に来るため耳障りであり、多翼化が低騒音化の手段として考えられた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、インペラ内部の流れを改善した効率の高い、また、低騒音な電動送風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、この電動機の軸に固定されたインペラを備え、前記インペラは、吸気口を有する前面シュラウドと、この前面シュラウドと間隔をおいて配される後面シュラウドと、この１対の前面シュラウドと後面シュラウドで挟持される複数枚の板金製ブレードと、前記インペラの中央部に設けられ、前記吸気口から流入した気流をスムーズに遠心方向へと導くインデューサとからなり、前記板金製ブレードは、前記インデューサの羽根部と連続する曲面で連なる主ブレードと、隣接する２つの主ブレード間に位置すると共に独立した副ブレードからなり、前記主・副両ブレードの入口側先端および出口側後端を、それぞれ一つの仮想同心円上に位置させたもので、インペラの内部流れが改善され、電動送風機の性能の向上、騒音低減に効果を発揮するものである。

また、本発明の電気掃除機は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動送風機を用いたもので、吸込み性能が高く、低騒音な電気掃除機が実現できる。

本発明の電動送風機は、インデューサを備えた３次元インペラにおいて、従来のブレード間に、副ブレードを設けることで、インペラの内部流れを改善し、高性能、低騒音な電動送風機を実現するもので、その電動送風機を電気掃除機に搭載することで、吸引性能に優れしかも低騒音の電気掃除機を提供できる。

本発明の実施の形態１における電動送風機のインペラの一部欠載平面図 （ａ）本発明の実施の形態２におけるインペラの一部欠載平面図、（ｂ）同インペラの要部拡大図 本発明の実施の形態３におけるインペラの一部欠載平面図 従来の電動送風機の一部断面図 同電動送風機のインペラの破断図 （ａ）同インペラの金型構成図（平面図）、（ｂ）同インペラの金型構成図（断面図） 同インペラの平面図

第１の発明は、電動機と、この電動機の軸に固定されたインペラを備え、前記インペラは、吸気口を有する前面シュラウドと、この前面シュラウドと間隔をおいて配される後面シュラウドと、この１対の前面シュラウドと後面シュラウドで挟持される複数枚の板金製ブレードと、前記インペラの中央部に設けられ、前記吸気口から流入した気流をスムーズに遠心方向へと導くインデューサとからなり、前記板金製ブレードは、前記インデューサの羽根部と連続する曲面で連なる主ブレードと、隣接する２つの主ブレード間に位置すると共に独立した副ブレードからなり、前記主・副両ブレードの入口側先端および出口側後端を、それぞれ一つの仮想同心円上に位置させたもので、インペラの内部流れが改善され、電動送風機の性能の向上、騒音低減に効果を発揮するものである。

第２の発明は、特に、第１の発明の主ブレードと副ブレードは、曲率含めて同形状とし、前記主・副ブレードは、電動機の軸に対して交互に円周上等間隔に配置されたもので、インペラの内部流れが改善され、電動送風機の性能の向上、騒音低減に、効果を発揮するものである。

第３の発明は、特に、第１の発明の副ブレードの幅方向の仮想中心線が、入口側先端の仮想円と交わる点における前記副ブレードの接線と、同じ交点における仮想円の接線とで形成されるブレード入口角度をβｓ１とし、同様に主ブレードと仮想円の接線とで形成されるブレード入口角度をβｍ１をしたとき、βｓ１＞＝βｍ１とするもので、電動送風機の性能の向上に、効果を発揮するものである。

第４の発明は、特に、第１または第３の発明の副ブレードを、湾曲する主ブレードの圧力面側（凹側）寄りに配したもので、電動送風機のさらなる性能の向上に、効果を発揮するものである。

第５の発明に係る電気掃除機は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動送風機を用いたもので、吸込み性能が高く、低騒音な電気掃除機が実現できる。

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は、本発明の第１の実施の形態における電動送風機のインペラの一部欠載平面図である。なお、従来の電動送風機と同一構成部品については、同一符号を付して、その説明を省略する。

図１において、２１は、インペラで、板金製の後面シュラウド２２と、後面シュラウド２２と間隔をおいて配した板金製の前面シュラウド２３と、１対の後面、前面シュラウド２２、２３とでかしめ加工により挟持される複数枚の板金製ブレード２４と、前面シュラウド２３の中央に設けた吸気口２３ａに対応して設けた樹脂製のインデューサ２５から構成されている。

本実施の形態における電動送風機のインペラ２１の板金製ブレードは、インデューサ２５の羽根部２５ａへと連なる主ブレード４０と、隣り合う２つの主ブレード４０間に配されると共に、主ブレード４０と同一形状の副ブレード４１から構成され、さらに、主ブレード４０と副ブレード４１のそれぞれの入口側先端および、出口側後端は、それぞれ一つの仮想同心円上に位置させたものである。

また、本実施の形態では、主ブレード４０と副ブレード４１のそれぞれの枚数を、インデューサ２５の羽根部２５ａの枚数と同数の６枚とし、それら１２枚の主ブレード４０と
副ブレード４１は、後面シュラウド２２上で回転方向に均等配分されている。

以上のように構成された本実施の形態における電動送風機において、その動作を説明する。

インペラ２１内部の流れは、相対速度分布によって表すことができる。電動機７が回転し、その軸（図示せず）に固定されたインペラ２１が回転すると、吸気口２３ａよりインペラ２１内に空気が流入する。流入した空気は、インペラ２１のインデューサ２５を通過し、１２枚の板金製ブレード２４で区切られた通路に流入する。

また、板金製ブレード２４は、インデューサ２５の羽根部２５ａの枚数の２倍の枚数を有しているので、板金製ブレード２４間の通路断面は、従来より狭くなっている。図中矢印は、流体の相対速度を示しているが、負圧面（凸側）と、圧力面（凹側）の速度の差は、従来より小さくなっている。それにより、負圧面側での剥離が小さくなっており、拡大損失が抑制されている。

また、隣り合う２つの板金製ブレード２４の間隔が狭いため、２次流れ損失も発生しにくく、それによる損失も減少している（流路中央の旋回流）。また、これら１２枚の板金製ブレード２４は、全て同形状であり、配置も等間隔であるため、コスト的にも安価で済む。また、従来の６枚の板金製ブレード２４と比べ、羽根枚数が２倍であるため、回転数×羽根枚数で表される高周波音の周波数も、従来の２倍の周波数となり、高い領域へと追いやられるため、耳障りな高周波音が低減できる。

以上のように、本実施の形態における電動送風機においては、主ブレード４０と副ブレード４１のそれぞれの入口側先端および、出口側後端は、それぞれ一つの仮想同心円上に位置させているので、インペラ２１の内部流れが改善され、電動送風機の性能の向上、騒音低減に効果を発揮するものである。

また、板金製ブレード２４の数を従来の２倍に増やしたことで、インペラ２１内部の流れを改善することができ、損失の少ない、効率の高い電動送風機を提供できる。また、耳障りな高周波音の発生する周波数を高い領域に移動させることで、低騒音化も可能となる。

（実施の形態２）
図２（ａ）は、本発明の第２の実施の形態における電動送風機のインペラの一部欠載平面図（前面シュラウドの一部省略）、図２（ｂ）は、同インペラの要部拡大図である。なお、上記第１の実施の形態における電動送風機と同一構成部品については同一符号を付して、その説明を省略する。

本実施の形態における電動送風機のインペラ２１の板金製ブレードは、インデューサ２５の羽根部２５ａへと連なる主ブレード４０と、隣り合う２つの主ブレード４０間に配されると共に、主ブレード４０とは形状が少し異なる副ブレード４１から構成されている。

図２（ｂ）は、主ブレード４０と副ブレード４１の入口角度をそれぞれ示している。

本実施の形態では、副ブレード４１の幅方向の仮想中心線が、入口側先端の仮想円と交わる点における副ブレード４１の接線と、同じ交点における仮想円の接線とで形成されるブレード入口角度をβｓ１とし、同様に主ブレード４０と仮想円の接線とで形成されるブレード入口角度をβｍ１としたとき、βｓ１＞＝βｍ１となるように形成している。

以上のように構成された本実施の形態における電動送風機の動作を説明する。

インペラ２１内部の流れは、相対速度分布によって表すことができる。電動機７が回転し、その軸に固定されたインペラ２１が回転すると、吸気口２３ａより空気が流入する。流入した空気は、インペラ２１のインデューサ２５を通過し、６枚の主ブレード４０と６枚の副ブレード４１で区切られた通路に流入する。

副ブレード４１の先端の流れは、インデューサ２５の羽根部２５ａが存在しないため、若干径方向を向いた流れとなり、主ブレード４０の入口角度βｍ１より、やや大きい角度で流入する。よって、上記第１の実施の形態では、入口角度のミスマッチによる剥離が依然として存在するが、本実施の形態では、副ブレード４１の入口角度βｓ１は、βｓ１＞＝βｍ１となっている。これにより、主ブレード４０間の流れの角度と副ブレード４１の角度をマッチさせることができ、剥離を抑制できる。

以上のように、本実施の形態においては、副ブレード４１の入口角度を主ブレード４０の入口角度より大きく設定することにより、副ブレード４１の先端での剥離を抑制できる。結果、インペラ２１内部の流れを改善することができ、損失の少ない、効率の高い電動送風機を提供できる。

（実施の形態３）
図３は、本発明の第３の実施の形態における電動送風機のインペラの一部欠載平面図（前面シュラウド２３の一部を省略）である。なお、上記第１、２の実施の形態における電動送風機と同一構成部品については同一符号を付して、その説明を省略する。

本実施の形態における電動送風機は、図３に示すように、副ブレード４１は、隣り合う２つの主ブレード４０間に配されるが、回転方向に等間隔ではなく、負圧側（凸側）の主ブレード４０に若干近い位置に配されている。他の副ブレード４１も同様である。

以上のように構成された本実施の形態における電動送風機において、その動作を説明する。

インペラ２１の内部の空気の流れは、相対速度分布によって表すことができる。電動機７が回転し、その軸に固定されたインペラ２１が回転すると、吸気口２３ａより空気が流入する。流入した空気は、インペラ２１のインデューサ２５を通過し、６枚の主ブレード４０と６枚の副ブレード４１で区切られた通路に流入する。

上記第１の実施の形態では、副ブレード４１は、隣り合う主ブレード４０の中間に位置したため、副ブレード４１の負圧面側にできる剥離よりも、もともと主ブレード４０の負圧面側にできる剥離の方が少し大きくなり、通路の速度分布に差が見られた。しかしながら、本実施の形態では、副ブレード４１が主ブレード４０の負圧面側に寄っているため、副ブレード４１によって区切られる２つの通路内の速度分布に差が生じにくくなり、トータルの剥離が抑えられる。

以上のように、本実施の形態においては、副ブレード４１を負圧面側の主ブレード４０側に寄せることによって、副ブレード４１によって区切られる両方の領域の速度分布の差を軽減し、インペラ２１の内部流れを改善することができる。その結果、損失の少ない、効率の高い電動送風機を提供できる。

また、上記第１〜３の実施の形態における電動送風機のいずれかを電気掃除機に搭載すれば、吸込み性能が高く、低騒音な電気掃除機が提供できる、ということはいうまでも無
い。

以上のように、本発明にかかる電動送風機とそれを用いた電気掃除機は、電動送風機の効率の向上、騒音の低減、ならびに電気掃除機の吸込仕事率の向上が図れるので、電動送風機を用いる家庭用電化機器、産業機器等の用途にも幅広く適用できる。

７ 電動機
８ エアガイド
９ ファンケース
２１ インペラ
２２ 後面シュラウド
２３ 前面シュラウド
２３ａ 吸気口
２４ 板金製ブレード
２５ インデューサ
２５ａ 羽根部
２５ｂ ハブ
３１ 側方スライド金型
３２ コア
３３ キャビティ
４０ 主ブレード
４１ 副ブレード

Claims (5)

1. 電動機と、この電動機の軸に固定されたインペラを備え、前記インペラは、吸気口を有する前面シュラウドと、この前面シュラウドと間隔をおいて配される後面シュラウドと、この１対の前面シュラウドと後面シュラウドで挟持される複数枚の板金製ブレードと、前記インペラの中央部に設けられ、前記吸気口から流入した気流をスムーズに遠心方向へと導くインデューサとからなり、前記板金製ブレードは、前記インデューサの羽根部と連続する曲面で連なる主ブレードと、隣接する２つの主ブレード間に位置すると共に独立した副ブレードからなり、前記主・副両ブレードの入口側先端および出口側後端を、それぞれ一つの仮想同心円上に位置させたことを特徴とする電動送風機。
2. 主ブレードと副ブレードは、曲率含めて同形状とし、前記主・副ブレードは、電動機の軸に対して交互に円周上等間隔に配置された請求項１に記載の電動送風機。
3. 副ブレードの幅方向の仮想中心線が、入口側先端の仮想円と交わる点における前記副ブレードの接線と、同じ交点における仮想円の接線とで形成されるブレード入口角度をβｓ１とし、同様に主ブレードと仮想円の接線とで形成されるブレード入口角度をβｍ１をしたとき、βｓ１＞＝βｍ１とすることを特徴とする請求項１に記載の電動送風機。
4. 副ブレードを、湾曲する主ブレードの圧力面側（凹側）寄りに配したことを特徴とする請求項１または３に記載の電動送風機。
5. 請求項１〜４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。