JP2014202198A - 遠心羽根車、電動送風機及び電気掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】動翼入口の風量分布を均一化し、入口部の損失を低下させることができる、高効率な遠心羽根車等の提供。【解決手段】遠心羽根車１１は、ハブ２３と、ハブと対向するように設けられたシュラウド２４と、ハブ及びシュラウドの間に設けられた複数の動翼２５とを備え、動翼それぞれの後縁２７の軸方向高さは、前縁２６の軸方向高さの半分であり、動翼それぞれの前縁から、動翼の翼弦長の中間位置までの領域であって、中間高さよりもシュラウド側の領域は、回転方向に傾けられており、動翼それぞれの前縁は、中間高さよりもシュラウド側に近づくにつれ、後縁から離れるように傾けられており、それぞれの動翼における回転方向に傾けられている上記領域の、前縁の入口設置角は、中間高さよりもハブ側の、前縁の入口設置角よりも小さい。【選択図】図４

Description

本発明は、遠心羽根車、電動送風機及び電気掃除機に関するものである。

従来、いわゆる電気掃除機に用いられる電動送風機としては、例えば、特許文献１に開示されたものがある。電動送風機は、円環状のシュラウドと、シュラウドに対向して配置されるハブと、シュラウド及びハブの間に円周方向に複数配置される羽根と、それらシュラウド、ハブ及び羽根を回転する電動部とを備えている。そして、こうした電動送風機においては、高効率化のため、各羽根を、平板で形成し、ハブに対する各羽根の形成方向を、羽根の内縁および外縁に比較して中間部で回転方向に傾斜させている。

特開２０１０−２７０７５０号公報（第１６頁、第４図）

一般的に、上記のような構成の軸方向からの流れを遠心方向へ導く遠心送風機では、入口部の流れがハブ側に偏り、シュラウド側とハブ側とで通過する空気の風量が異なることがある。上記のような羽根の前縁（内縁）が略二次元形状である場合、ハブ側の風量に合わせた羽根設置角を採用すると、ハブ側よりも流量の少ないシュラウド側では入射角（流入角から羽根設置角を引いたもの）が負となり、剥離が起こるなど、損失が発生する問題がある。また、シュラウド側の風量に合わせた羽根設置角を採用した場合にも、シュラウド側よりも風量の多いハブ側では、入射角が過大となり、剥離が起こり、損失が発生し、入力が増大し、効率が低くなるという問題があった。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、動翼入口の風量分布を均一化し、入口部の損失を低下させることができる、高効率な遠心羽根車、電動送風機及び電気掃除機を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するための本発明は、ハブと、前記ハブと対向するように設けられたシュラウドと、前記ハブ及びシュラウドの間に設けられた複数の動翼とを備えた遠心羽根車であって、前記動翼それぞれの後縁の軸方向高さは、前縁の軸方向高さの半分であり、前記動翼それぞれの前記前縁から、前記動翼の翼弦長の中間位置までの領域であって、中間高さよりも前記シュラウド側の領域は、回転方向に傾けられており、前記動翼それぞれの前縁は、中間高さよりも前記シュラウド側に近づくにつれ、前記後縁から離れるように傾けられており、それぞれの前記動翼における回転方向に傾けられている上記領域の、前記前縁の入口設置角は、中間高さよりも前記ハブ側の、前記前縁の入口設置角よりも小さい、遠心羽根車である。

本発明によれば、動翼入口の風量分布を均一化し、入口部の損失を低下させることができる、高効率な遠心羽根車等を提供することができる。

本発明の実施の形態１に係る電気掃除機の概略図である。 本実施の形態１に係る電動送風機の内部を示す断面図である。 遠心羽根車の斜視図である。 遠心羽根車における動翼の形態を説明する図である。 遠心羽根車の入口設置角を説明する図である。 比較例としての遠心羽根車の動翼の形態を示す図である。 本実施の形態１及び比較例に関する動翼の入口部の通過風量割合を示すグラフである。 本実施の形態１及び比較例に関する入射角を示すグラフである。 本実施の形態１及び比較例に関する動翼の入口相対速度を示すグラフである。 本実施の形態１及び比較例に関し、電動送風機の流体解析を行った際の入力及び効率を示すグラフである。

以下、本発明に係る遠心羽根車、電動送風機及び電気掃除機の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。なお、図中、同一符号は同一又は対応部分を示すものとする。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る電気掃除機の概略図である。本実施の形態１に係る電気掃除機は、電気掃除機本体１と、電気掃除機本体１に接続するホース２と、ホース２に接続する延長パイプ３と、延長パイプ３の先端部に取り付ける吸込具４とを備える。

電気掃除機本体１の内部には、吸込具４により吸引された空気の塵を集塵し、収納する集塵部５と、吸込具４から集塵部５に空気を吸引するための吸引力を発生させる電動送風機６とが設けられている。

電気掃除機本体１の後方には、集塵部５で集塵された後の空気を電気掃除機本体１の外側へ排出する排出口７が設けられている。

また、電気掃除機本体１には、電気掃除機本体１の走行移動を助けるための前輪（図示省略）及び後輪８が設けられている。前輪は、電気掃除機本体１の下面における走行方向前寄り部分に設けられており、後輪８は、電気掃除機本体１の両側の側面における走行方向後寄り部分に設けられている。なお、電気掃除機本体１における前後方向は、使用者によるホース２の引き寄せに応じて電気掃除機本体１の進行する方向を「前」として説明している。

図２は、本実施の形態１に係る電動送風機の内部を示す断面図である。図２における矢印は、空気の流れを示している。

電動送風機６の内部には、電動機９と、電動機９のシャフト１０に固定された遠心羽根車１１とが設けられている。

電動機９と遠心羽根車１１との間における遠心羽根車１１側には、複数の静翼１２が設けられており、電動機９と遠心羽根車１１との間における遠心羽根車１１の反対側には、複数の戻り静翼１３が設けられている。さらに、遠心羽根車１１の下流側（後側）には、静翼１２と戻り静翼１３とを連結する主板１４を有するディフューザ１５が設けられている。

遠心羽根車１１の上流側（前側）には、遠心羽根車１１および静翼１２を内包するファンガイド１６が設けられている。ファンガイド１６の内径は、静翼１２の外径よりも大きく、静翼１２は、遠心羽根車１１の径方向外側に配置されており、さらにファンガイド１６は、それら遠心羽根車１１および静翼１２を径方向の外側から覆っている。

ファンガイド１６の中央部（回転軸線近傍）であって、遠心羽根車１１の吸込口１７に対向する位置には、ベルマウス１８が設けられている。ベルマウス１８は、ファンガイド１６における遠心羽根車１１に向けて折り返された環状の縁部であり、換言すれば、環状の縁部によって、吸込口１７が画定されている。

電動送風機６の側面には、さらに、ブラケット１９と、モータフレーム２０とが設けられている。ブラケット１９の前部は、ファンガイド１６の後部と連結されており、ブラケット１９は、戻り静翼１３を内包している。モータフレーム２０は、その前部が、ブラケット１９の後部と連結しており、電動機９の要部は、モータフレーム２０に内包されている。

ファンガイド１６及びブラケット１９の各外周側面の内側と、ディフューザ１５との間には、静翼１２から戻り静翼１３側への流路となる隙間２１が設けられている。

モータフレーム２０には、遠心羽根車１１、ディフューザ１５、電動機９を通過した空気が吐出される吐出孔２２が数箇所設けられている。

さらに、図２〜図５を用いて、遠心羽根車の詳細について説明する。図３は、遠心羽根車の斜視図である。矢印ＲＤは、遠心羽根車の回転方向を示している。図４は、遠心羽根車における動翼の形態を説明する図である。特に、図４における上側の部分は、一つの動翼に関する斜視図であり、下側の部分は、動翼の比較的前縁寄りの部分に関し、動翼の各高さの断面を平面的に重ねて投影的に示す説明図である。また、図５は、遠心羽根車の入口設置角を説明する図である。なお、説明における高さ方向は、遠心羽根車の回転軸線方向をいうものとする。

遠心羽根車１１は、ハブ２３と、シュラウド２４と、複数の動翼２５とを有している。ハブ２３は、遠心羽根車１１における下流側に位置しており、ディフューザ１５と対向するような円板状の部分である。シュラウド２４は、遠心羽根車１１における上流側に位置しており、ハブ２３と対向するように設けられた円環状の部分である。複数の動翼２５は、ハブ２３とシュラウド２４との間に設けられており、円周方向に並べられた翼部分である。

動翼２５は、翼に沿う流れに関する上流側の端部としての前縁２６と、翼に沿う流れに関する下流側の端部としての後縁２７とを有している。下流側の端部である後縁２７の軸方向高さ（回転軸線方向の寸法）は、上流側の端部である前縁２６の軸方向高さの略半分となっている。また、動翼２５は、各高さの断面（回転軸線と直交する仮想断面）の形状が概ね円弧状に形成されている。さらに、円弧の向きは、回転方向の前方側が膨らむ向きとなっている。

動翼２５の形態を説明するため、動翼２５に対して３つの軸方向高さの第１高さ仮想断面２８−１、第２高さ仮想断面２８−２、中間高さ仮想断面２９を観念する。中間高さ仮想断面２９は、軸方向と直交する面であって、前縁２６の軸方向高さの半分の位置を通る仮想面である。第２高さ仮想断面２８−２は、軸方向と直交する面であって、前縁２６におけるシュラウド２４側の端部近傍を通る仮想面である。第１高さ仮想断面２８−１は、軸方向と直交する面であって、それら第２高さ仮想断面２８−２と中間高さ仮想断面２９との高さ方向の中間を通る仮想面である。

上記のような仮想面で説明すると、動翼２５は、前縁２６から、動翼の翼弦長の略中間位置２５ａまでの領域であって、中間高さ仮想断面２９よりもシュラウド２４側（図４の紙面上側）の領域が、回転方向（湾曲の外側、径方向外側）に傾けられている。これは、図４の投影図部分において、第２高さ仮想断面２８−２や第１高さ仮想断面２８−１が中間高さ仮想断面２９よりも回転方向の前方側に位置していることからも分かる。

また、前縁２６自体も高さ方向にわたって位置が変化している。前縁２６は、中間高さ仮想断面２９よりもシュラウド２４側に近づくにつれ、後縁２７から離れるように傾けられていると共に、中間高さ仮想断面２９よりもハブ２３側に近づくにつれ、後縁２７から離れるように傾けられている。すなわち、図４の投影図部分にも示されているように、中間高さ仮想断面２９における前縁部２６−０よりも、第１高さ仮想断面２８−１における前縁部２６−１の方が、湾曲の外側であって且つ後縁２７から離れる位置にあり、第１高さ仮想断面２８−１における前縁部２６−１よりも、第２高さ仮想断面２８−２における前縁部２６−２の方が、湾曲の外側であって且つ後縁２７から離れる位置にある。また、上記の反対側では、中間高さ仮想断面２９における前縁部２６−０よりも、さらにハブ２３に近い前縁部２６−３の方が、後縁２７から離れる位置にあり、前縁部２６−３よりも、さらにハブ２３に近い前縁部２６−４の方が、後縁２７から離れる位置にある。

また、動翼２５において回転方向（湾曲の外側）に傾けられている上記領域を除いた部分（大部分が中間高さ仮想断面２９よりもハブ２３側にある領域）は、２次元形状となっており、つまり、高さ方向にわたって一様な湾曲を維持している（平面視、同一の円弧内に包含されている）。

また、高さ方向にわたる前縁２６の位置を、回転軸線を中心とした径方向との関係で見た場合、前縁２６の位置は、ハブ２３側からシュラウド２４側まで徐々に径方向の外側へと変化している。

図５に示されるように、動翼列には、動翼の前縁が回転進行する際の軌跡円３０上において、当該軌跡円３０に対する角度として、翼間中央における動翼入口相対流れ角ＣＡや、入口設置角ＳＡがある。なお、複数の動翼２５のシュラウド２４側の入口径Ｄ１は、シュラウド２４自体の入口径Ｄ２よりも大きくなっている（図２参照）。本実施の形態１では、動翼２５における回転方向に傾けられている上記領域の、前縁（中間高さ仮想断面２９よりもシュラウド２４側の前縁）の入口設置角は、中間高さ仮想断面２９よりもハブ２３側の前縁の入口設置角よりも小さくなるように構成されている。すなわち、中間高さ仮想断面２９よりもシュラウド２４側では、高さ方向にわたって連続して、前縁の入口設置角が、中間高さ仮想断面２９よりもハブ２３側の前縁の入口設置角よりも小さい。なお、中間高さ仮想断面２９よりもハブ２３側の前縁の入口設置角は、上記の２次元形状に起因し、一定値となっている。

次に、以上のように構成された本実施の形態１に係る電気掃除機の動作について説明する。電動機９に電力が供給されると、シャフト１０が回転することにより、シャフト１０に取付けられた遠心羽根車１１が回転し、吸込口１７から空気を吸引する。これにより、電気掃除機本体１に連結されたホース２、延長パイプ３、吸込具４を通じて、被清掃面の空気が電気掃除機本体１に吸引される。電気掃除機本体１に吸引された空気は、集塵部５において集塵され、その後、電動送風機６のベルマウス１８を通り、遠心羽根車１１の吸込口１７から吸引される。遠心羽根車１１に吸引された空気は、遠心羽根車１１により昇圧、増速され、旋回しながら径方向外側へ向かう。遠心羽根車１１から吐出された空気はディフューザ１５の静翼１２の翼間で減速、昇圧される。その後、ディフューザ１５とファンガイド１６の隙間２１を通り、戻り静翼１３により電動機９側に導かれ、電動機９を冷却する。その後、モータフレーム２０に設けられた吐出孔２２から電動送風機の外側へ排出され、さらに掃除機本体１に設けられた排出口７から電気掃除機本体１の外側へ排出される。

続いて、本実施の形態１に係る遠心羽根車の性能を、図６〜図１０を用い、比較例と比較しながら説明する。図６は、比較例としての遠心羽根車の動翼の形態を示す図である。比較例の遠心羽根車１１１は、前縁および後縁が略二次元形状を有している。なお、前述の先行技術文献では動翼の中間部を前縁および後縁に比較して回転方向に傾斜させたものを紹介したが、ここでは説明簡略化のため、中間部も略二次元形状である比較例を用いる。

図７は、本実施の形態１及び比較例に関する動翼の入口部の通過風量割合を示すグラフである。入口部の通過風量割合は、電動送風機の流体解析を行って得たものであり、流体解析においては、動翼の入口部を、シュラウドからハブまで回転軸線方向で４等分割した断面に関し通過風量割合を求めた。かかる図７から分かるように、比較例では、風量がハブ側に偏って流れていたが、本実施の形態１では、ハブ側への偏りが低減され、その分、シュラウド側では風量が増加し、ハブ−シュラウド間での風量分布の均一化に近づいていることがわかる。

また、図８は、本実施の形態１及び比較例に関する入射角を示すグラフである。入射角は、前述した動翼入口相対流れ角ＣＡから入口設置角ＳＡを差し引いた角度であり、電動送風機の流体解析を行って得たものであり、流体解析においては、シュラウドからハブまでの回転軸線方向の３点について求めた。図８に示されるように、比較例では、シュラウド側の風量割合が低いため、シュラウド側の入射角が極端に負となり、前縁において剥離が起こる。一方、本実施の形態１ではシュラウドからハブにわたって入射角が０度に近いため、大きな剥離が起こらず、動翼に沿って空気が流れるため、損失が低いことがわかる。

さらに、図９は、本実施の形態１及び比較例に関する動翼の入口相対速度を示すグラフである。動翼の入口相対速度は、電動送風機の流体解析を行って得たものであり、図８同様、シュラウドからハブまでの回転軸線方向の３点について求めた。図９に示されるように、比較例では、シュラウド側の風量割合が低いため、シュラウド側とハブ側との間で入口相対速度差が大きいことが分かる。このため、混合損失が高いという不利益が生じている。これに対し、本実施の形態１では、シュラウドからハブにかけて入口相対速度がほぼ均一となっており、混合損失が低いという利点が得られている。

さらに、図１０は、本実施の形態１及び比較例に関し、電動送風機の流体解析を行った際の入力及び効率を示すグラフである。図１０に示したように、比較例では、図７から図９の結果より明らかなように動翼の入口における損失が高いため、入力が高く、効率が低くなっている。これに対し、本実施の形態１では、動翼の入口における損失が低いことに起因し、入力が低く済み、逆に効率が高いことがわかる。

以上説明したように、本発明によれば、動翼それぞれの前縁から、動翼の翼弦長の中間位置までの領域であって、中間高さよりもシュラウド側の領域は、回転方向に傾けられており、動翼それぞれの前縁は、中間高さよりもシュラウド側に近づくにつれ、後縁から離れるように傾けられており、それぞれの動翼における回転方向に傾けられている上記領域の、前縁の入口設置角は、中間高さよりもハブ側の、前縁の入口設置角よりも小さいので、動翼の入口部のシュラウド−ハブ間の軸方向高さ風量割合が均一化し、前縁における入射角が適正化し（０度に近くなり流れが動翼に沿うように流れ）、かつ入口の相対速度分布も均一化するため、前縁において、空気と前縁の衝突損失が低下する共に、動翼の入口部の空気の混合損失も低下するため、入力が低く、高効率な送風機を得ることができる。

また、動翼それぞれにおいて、回転方向に傾けられている上記領域を除いた部分は、２次元形状とされていれば、ハブおよびシュラウドを動翼に連結させる際、軸方向で力を加えるカシメ加工で連結させても動翼が倒れることが無く、組立時の不良率が低下し、製造コストを低減することができる。

また、動翼の前縁の位置は、ハブ側からシュラウド側まで徐々に径方向の外側へと変化しているように構成されていれば、ベルマウスの吸込口からの吸込み流れが軸方向から半径方向に転向する際の転向角が大きいシュラウド側において、吸込み流れが軸方向から半径方向に転向してすぐに動翼に流入せず、シュラウドで半径方向に整流されてから動翼に流入するため、乱れが少なくなる。それによっても、損失が低下し、入力が低く、高効率な送風機を得ることができる。

また、動翼はそれぞれ、各高さの断面の形状が円弧状に形成されているように構成すれば、前縁に流入する流れを滑らかに後縁側に導くことができ、損失が低下し、入力が低く、高効率な送風機を得ることができる。

また、複数の動翼のシュラウド側の入口径は、シュラウドの入口径よりも大きくなっているように構成されていれば、回転時（電気掃除機運転時）に、遠心羽根車が軸方向に動いたとしても、動翼とシュラウドとが擦れたり衝突したりすることがないため、回転時（電気掃除機運転時）の信頼性が向上する。

以上、好ましい実施の形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の改変態様を採り得ることは自明である。

本発明の活用例として、高い吸込仕事率や製造コストの低減が必要な、家庭用および業務用の電気掃除機に使用することが挙げられるが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明は、送風装置としても用いることができ、また、吸引装置として用いることもできる。一例を示すと、送風装置として、乾燥機や乾燥施設への適用を挙げることができ、吸引装置としては、上記電気掃除機のほか、集塵装置や換気装置への適用を挙げることができる。

１ 電気掃除機本体、４ 吸込具、５ 集塵部、６ 電動送風機、７ 排出口、９ 電動機、１１ 遠心羽根車、１７ 吸込口、１８ ベルマウス、２３ ハブ、２４ シュラウド、２５ 動翼、２６ 前縁、２６−１，２６−２，２６−３，２６−４，２６−５ 前縁部、２７ 後縁、２８−１ 第１高さ仮想断面、２８−２ 第２高さ仮想断面、２９ 中間高さ仮想断面。

Claims (7)

1. ハブと、
   前記ハブと対向するように設けられたシュラウドと、
   前記ハブ及びシュラウドの間に設けられた複数の動翼とを備えた遠心羽根車であって、
   前記動翼それぞれの後縁の軸方向高さは、前縁の軸方向高さの半分であり、
   前記動翼それぞれの前記前縁から、前記動翼の翼弦長の中間位置までの領域であって、中間高さよりも前記シュラウド側の領域は、回転方向に傾けられており、
   前記動翼それぞれの前縁は、中間高さよりも前記シュラウド側に近づくにつれ、前記後縁から離れるように傾けられており、
   それぞれの前記動翼における回転方向に傾けられている上記領域の、前記前縁の入口設置角は、中間高さよりも前記ハブ側の、前記前縁の入口設置角よりも小さい、
   遠心羽根車。
2. 前記動翼それぞれにおいて、回転方向に傾けられている上記領域を除いた部分は、２次元形状である、
   請求項１の遠心羽根車。
3. 前記前縁の位置は、前記ハブ側から前記シュラウド側まで徐々に径方向の外側へと変化している、
   請求項１又は２の遠心羽根車。
4. 前記動翼はそれぞれ、各高さの断面の形状が円弧状に形成されている、
   請求項１〜３の何れか一項の遠心羽根車。
5. 前記複数の動翼の前記シュラウド側の入口径は、前記シュラウドの入口径よりも大きくなっている、
   請求項１〜４の何れか一項の遠心羽根車。
6. 吸込口を有するベルマウスと、
   前記ベルマウスの下流の設けられた遠心羽根車と、
   前記遠心羽根車を回転駆動させる電動機とを備え、
   前記遠心羽根車は、請求項１〜５の何れか一項の遠心羽根車である、
   電動送風機。
7. 電気掃除機本体と、
   前記電気掃除機本体とつながり、被清掃部の空気を吸引する吸込具と、
   前記電気掃除機本体の内部に設けられ、前記吸込口と連通し、吸引した空気の塵を収納する集塵部と、
   前記電気掃除機本体の内部に設けられ、前記吸込口から前記集塵部へと空気を吸引する電動送風機と、
   前記電気掃除機本体の外側に設けられ、前記集塵部で集塵された後の空気を前記電気掃除機本体の外へ排出する排出口とを備え、
   前記電動送風機は、請求項１〜６の何れか一項の電動送風機である、
   電気掃除機。

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