JP2018017197A - 電動送風機及びそれを搭載した電気掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】曲がり損失の低減と、広い風量域において良好な圧力回復を行うディフューザとを両立した小型の電動送風機を提供すると共に、広い風量域において吸引力を向上した小型の電気掃除機を提供する。
【解決手段】電動機と、電動機の回転軸と同軸の遠心羽根車と、電動機及び遠心羽根車の間に仕切板１５を有し、仕切板の遠心羽根車側に、重なり長さ比１．５以下の複数のディフューザベーン１３から成るディフューザ２０５ａと、反遠心羽根車側に複数のリターンガイドベーン１４から成るリターンガイド２０５ｂとを備え、仕切板に、ディフューザベーン１３の後縁から隣接するディフューザベーン１４の圧力面に向かって内方に切れ込んで、その終端が隣接するディフューザベーン１４の圧力面に一致する切込部５６を具備している。
【選択図】図５

Description

本発明は電動送風機及びそれを搭載した電機掃除機に関する。

電気掃除機はフィルタの目詰まりや、掃除対象の床の材質等、運転条件によって動作風量が大きく変化するため、広い風量域で吸引力が強い電動送風機が求められる。

電動送風機は電動機によって遠心羽根車を回転させて、空気の流れを作り出す。電動送風機の吸込口から、流入した空気は、遠心羽根車で昇圧及び増速され、ディフューザで減速されることによって、流入した空気のもつ運動エネルギーが圧力エネルギーに変換され圧力が上昇する。ディフューザの下流には電動機があり、電動機の冷却のために電動機へ空気の流れを供給する必要がある。

従来の電気掃除機用の電動送風機としては、特許第３３３１８７７号公報（特許文献１）や特開２０１０−１９６７０６号公報（特許文献２）に開示されたものがある。

特許文献１は、仕切板形状をディフューザベーンの外周端からそのディフューザベーンの外周側の面に沿って内方へ切れ込んで、その終端が隣接するディフューザベーンの外周端に一致する凹部を形成したことにより、通路面積が確保され、ディフューザベーンからリターンガイドベーンへ移行する際に発生する曲がり損失が低減できると記載されている。特許文献１に記載されたディフューザは、入口スロート幅ａと重なり長さＬからなる重なり長さ比（Ｌ／ａ）が大きく、設計点風量においては優れた圧力回復を行うことが出来る。

特許文献２は、複数の半径方向ベーンを有するディフューザであって、半径方向ベーンのブレードの枚数は１５〜２０であり、半径方向ベーンのソリディティは、０．６〜
０．８であり、羽根車出口に対する半径方向ベーンのベーン入口の半径比は、１．５未満であり、この特定の値を選択すれば、流れ角の比較的広い範囲にわたって、失速を生じさせない正の圧力回復を行うと記載されている。

特許第３３３１８７７号公報 特開２０１０−１９６７０６号公報

しかし、特許文献１では、入口スロート幅ａが小さいため、特に設計点風量よりも大きな風量においては、ディフューザの入口スロート部で流れが増速する。そのため、摩擦損失が増加してディフューザ性能が低下し、掃除機の最大風量が低下する懸念がある。電源コード付き掃除機の弱運転モード時、あるいはコードレススティック型もしくは自律走行型のような内部の電池で駆動する掃除機は、電動送風機の消費電力が小さく、最大風量も小さい。そのため、これらの掃除機に特許文献１の電動送風機を適用した場合、最大風量の低下によって、ごみ搬送能力が低下し、掃除機の吸引力が低下する課題があった。

また、特許文献１では、重なり長さ比が大きいため、隣り合うディフューザベーン間で構成される流路の幅が小さくなり、ディフューザベーンの外周端からそのディフューザベーンの外周側の面に沿って内方に切れ込んで、その終端が隣接するディフューザベーンの外周端に一致する切込部の流路面積の確保が難しく、十分に曲がり損失を低減できていない課題があった。

しかし、特許文献２では、曲がり部の流路面積を確保するためには、ファンケーシング径を拡大する必要があり、その結果、電動送風機を小型にできず、ひいては掃除機本体も小型にならないという課題があった。

本発明の目的は、上記課題を解決するものであって、曲がり損失の低減と、広い風量域において良好な圧力回復を行うディフューザとを両立した小型の電動送風機や、それを搭載した小型の電気掃除機を提供することにある。

上記課題を解決するために、電動機と、電動機の回転軸と同軸の遠心羽根車と、電動機及び遠心羽根車の間に仕切板を有し、仕切板の遠心羽根車側に、重なり長さ比１．５以下の複数のディフューザベーンから成るディフューザと、反遠心羽根車側に複数のリターンガイドベーンから成るリターンガイドとを備え、仕切板に、ディフューザベーンの後縁から隣接するディフューザベーンの圧力面に向かって内方に切れ込んで、その終端が隣接するディフューザベーンの圧力面に一致する切込部を具備していることを特徴とする。

本発明によれば、曲がり損失の低減と、広い風量域において良好な圧力回復を行うディフューザとを両立した小型の電動送風機や、それを搭載した小型の電気掃除機を提供することが出来る。

本発明の実施例における電気掃除機の斜視図である。 本発明の実施例における電気掃除機の縦断面図である。 本発明の実施例における電動送風機の斜視図である。 電動送風機の縦断面図である。 （ａ）は本発明の実施例における遠心羽根車の分解斜視図、（ｂ）は遠心羽根車のＡ−Ａ縦断面図である。 （ａ）は本発明の実施例における案内翼の平面図、（ｂ）は案内翼の縦断面図、（ｃ）は案内翼の下面図である。 （ａ）は図５に示す案内翼の平面図でディフューザ内の流れを示す説明図、（ｂ）は案内翼の子午面内の流れを示す説明図である。 本発明の比較例として挙げるディフューザの平面図である。 図７に示すディフューザを搭載した送風機と、本発明の実施例におけるディフューザを搭載した送風機の圧力特性である。 （ａ）は本発明の第２の実施例における案内翼の平面図、（ｂ）は案内翼の縦断面図、（ｃ）は案内翼の下面図である。 （ａ）は図９に示す案内翼の平面図でディフューザ内の流れを示す説明図、（ｂ）は案内翼の子午面内の流れを示す説明図である。 本発明の第２の実施例実施例における、ディフューザベーンの枚数を変化させた際の、重なり長さ比と、出口スロート面積と略三角形状をした流路の面積との比との相関図である。 図７に示すディフューザを搭載した送風機と、本発明の第２の実施例実施例におけるディフューザを搭載した送風機の圧力特性である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。

（掃除機全体）
図１及び図２により、本発明の実施例に係る電気掃除機３００について説明する。図１に本実施例の電動送風機が適用される電気掃除機の斜視図を示す。 図１に示すように、掃除機本体１００は塵埃を集塵する集塵室１０１及び集塵するのに必要な吸込気流を発生させる電動送風機２００（図２）を収納する。掃除機本体１００は、保持部１０２に取り付けて保持される。グリップ部１０３は保持部１０２の一端部に設けられている。電動送風機２００の入切を行うスイッチ部１０４は、グリップ部１０３に設けられている。保持部１０２の他端部には吸口体１０５が取り付けられ、掃除機本体１００と吸口体１０５は接続部１０６で繋がれている。電池ユニット１０８（図２）は充電台１０７を用いて充電する。以上の構成において、グリップ部１０３のスイッチ部１０４を操作して、掃除機本体１００に収納された電動送風機２００を運転させると、吸込気流が発生する。そして、吸口体１０５から塵埃を吸込み、接続部１０６を通して掃除機本体１００の集塵室１０１に集塵する。

次に、図２に示す電気掃除機における掃除機本体１００の縦断面図を用いて、掃除機本体１００について説明する。掃除機本体１００の内部には、集塵室１０１と、吸引力を発生させる電動送風機２００と、電動送風機２００に電力を供給する電池ユニット１０８と、駆動用回路１０９が配置されている。

掃除機本体１００は保持部１０２から取り外しハンディ掃除機として使用することができ、掃除機本体１００には本体グリップ部１１０と吸口開口１１１が備えられている。ハンディ掃除機として使用するときは、本体スイッチ部１１２（図１）によって電動送風機２００の入切を行う。なお、本体スイッチ１１２は掃除機本体１００を保持部１０２に取り付けているときでも操作することができる。

（電動送風機全体）
次に、図３（ａ）に示す電動送風機の斜視図と、（ｂ）に示す電動送風機のＡ−Ａ縦断面図を参照して、電動送風機２００について説明する。この電動送風機２００は、送風機部２０１と電動機部２０２に大別される。送風機部２０１は、遠心羽根車２０３と、該遠心羽根車２０３を収納するファンケーシング２０４及び、複数のディフューザベーン１３を備えたディフューザ２０５ａと該ディフューザ２０５ａの裏面に複数のリターンガイドベーン１４を備えたリターンガイド２０５ｂを備えた案内翼２０５で構成される。ファンケーシング２０４には、空気吸込口２０６が設けられている。遠心羽根車２０３は熱可塑性樹脂製で、シャフト２０７に締結されている。本発明の実施例では、遠心羽根車２０３をシャフト２０７に圧入して締結するが、シャフト２０７の端部にねじを設け、遠心羽根車２０３を固定用のナット（図示せず）を用いて締結しても良い。

電動機部２０２は、ハウジング２０８内に収納されるシャフト２０７と一体となったロータコア２０９、及びハウジング２０８に固定されているステータコア２１０から構成される。ステータコア２１０の周りには導線２１１が巻かれ、一緒になって相巻線を形成する。相巻線は、電動送風機２００に備わる回路部（図示しない）に電気的に接続される。ロータコア２０９は、シャフト２０７における遠心羽根車２０３が固定されている端部と逆側の端部に形成されており、希土類系のボンド磁石からなる。希土類系のボンド磁石は、希土類系磁性粉末と有機バインダーとを混合して作られる。希土類系のボンド磁石としては、例えば、サマリウム鉄窒素磁石や、ネオジム磁石等を用いることができる。ロータコア２０９はシャフト２０７に一体成形されている。

遠心羽根車２０３とロータコア２０９の間には軸受２１２を備え、シャフト２０７を回転自在に支持している。シャフト２０７におけるロータコア２０９側の端部であり、ロータコア２０９よりも端部にはバランス調整用のリング２１３が取り付けられている。回転体を回転させて遠心羽根車２０３の背面とリング２１３を削ることで２面バランス修正を行うことができる。バランス調整用リング２１３はロータコア２０９よりも比重が大きい金属材料で、例えば銅材などの焼結品や機械加工で製作される。また、ロータコア２０９側の軸受２１２とロータコア２０９の間には、軸受２１２の位置決め用スリーブ２１４が配置されている。

ハウジング２０８は合成樹脂製であり、軸受２１２を内包する軸受カバー２１５を固定する支持部２６を有している。軸受カバー２１５内には、軸受２１２とスリーブ２１６と、ばね２１７を備えている。ばね２１７は圧縮された状態で配置され、軸受２１２の外輪にそれぞれ当接して予圧を付与している。軸受カバー２１５の外周には、軸受２１２の冷却用のヒートシンクである冷却フィン２７が設けられている。軸受カバー２１５は非磁性金属材料製で、樹脂製ハウジング２０８とインサート成形によって一体化される。

樹脂製ハウジング２０８の支持部２６の端部には、回転軸２２０方向に延在するねじ穴２８が形成されている。ねじ穴２８には固定ねじ２１８が螺合可能で、固定ねじ２１８の螺合によって案内翼２０５が樹脂製ハウジング２０８に固定設置されている。ここで、ハウジング２０８には、ハウジング２０８内に空気が流れ込むように開口３４と、電動送風機２００の外部に空気を排出する排気口３５が設けられている。また、ハウジング２０８の端部に配置されるステータコア２１０は、固定ねじ２１９によってハウジング２０８に固定されている。

（電動送風機内の空気の流れ）
次に、電動送風機２００内における空気の流れを説明する。電動機部２０２を駆動して遠心羽根車２０３が回転軸２２０周りに回転すると、ファンケーシング２０４の空気吸込口２０６から空気が流入し、遠心羽根車２０３内に流入する。流入した空気は遠心羽根車２０３内で昇圧及び増速され、遠心羽根車２０３から吐出される。遠心羽根車２０３から吐出された空気流は、案内翼２０５に導かれる。

案内翼２０５のディフューザ２０５ａには、複数のディフューザベーン１３が設けられ、空気流がディフューザベーン１３の羽根間で減速されることによって、空気流のもつ運動エネルギーが圧力エネルギーに変換されて昇圧される。ディフューザ２０５ａから吐出された空気流は、ファンケーシング２０４の内面とディフューザベーン１３の後縁間で形成された略三角形状流路６０（図６）からリターンガイド２０５ｂに流入する。

リターンガイド２０５ｂのリターンガイドベーン１４を通過した空気流は、ハウジング２０８の開口３４からハウジング２０８内部に流入し、軸受カバー２１５の冷却フィン２７を冷却し、軸受カバー２１５を介して軸受２１２を冷却する。さらに、ロータコア２０９、ステータコア２１０、導線２１１を冷却して外部へ排出される。これによって、ハウジング２０８内の各部が冷却される。

本発明の実施例の送風機部２０１に関して、図４から図６を用いて説明する。本実施例の電動送風機を搭載する電気掃除機として、家庭用電気掃除機を考慮した場合、家庭用電気掃除機に用いられる電動送風機の遠心羽根車外形はおおよそφ３０〜６０ｍｍ，遠心羽根車の羽根出口高さはおおよそ４〜７ｍｍ，遠心羽根車の羽根枚数はおおよそ６〜１３枚の範囲にある。電動送風機のディフューザ外形はおおよそφ４０〜８０ｍｍの範囲にあり，ディフューザの羽根出口高さはおおよそ５〜８ｍｍの範囲にあり，ディフューザの羽根枚数はおおよそ６〜１９枚の範囲にある。図４（ａ）は本発明の実施例における遠心羽根車の分解斜視図、（ｂ）は遠心羽根車の縦断面図を図示している。図５（ａ）は本発明の実施例の案内翼２０５の平面図、（ｂ）は縦断面図、（ｃ）は下面図を図示している。図６（ａ）は、図５に示す案内翼の平面図でディフューザ内の流れを示す説明図、（ｂ）は案内翼の子午面内の流れを示す説明図である。

先ず図４を用いて、本発明に係る実施例の遠心羽根車２０３について説明する。本実施の実施例の遠心羽根車２０３は、シュラウド板１と、ハブ板２と複数枚の羽根３から構成されている。ハブ板２と羽根３は熱可塑性樹脂で一体成形されている。熱可塑性樹脂製のシュラウド板１は、中央部に空気を吸い込む円環状の吸込開口４が形成されている。吸込開口４はシャフト２０７と略平行に直線部５が設けられ、先端の板厚は薄く形成されている。シュラウド板１は、吸込開口４から流入した軸方向流れを径方向流れに転向する曲面部６が設けられ、直線部５と曲面部６が滑らかに接続され、曲面部６から外径にかけて半径方向を向くように形成されている。

シュラウド板１の流路面には、羽根３と対応する位置に凹状溝７が形成され、外径側まで延設されており、凹状溝には貫通穴８が設けられている。一方、ハブ板２の中央には、シャフト２０７が挿入されて固定される凸形状のボス９が形成されている。ハブ板２と一体成形されている羽根３は周方向に等間隔で設置され、羽根３の上面には突起状の爪１０が形成されている。羽根３の突起状の爪１０とシュラウド板１の貫通穴８、及びシュラウド板１の凹状溝８と羽根３を係合させ、爪１０を溶着加工により接合することで遠心羽根車２０３が形成される。なお、ハブ板２の羽根３の裏面側の外周には凸部２ａが設けられている。回転体を回転させて、凸部２ａとシャフト２０７の軸端に取り付けられているバランス調整用のリング２１３を削ることで、２面バランス修正を行うことができる。これにより、遠心羽根車２０３を含めた回転体のアンバランス量を小さくでき、振動や騒音の低減が図られる。

次に図５を用い、本発明の実施例に係る案内翼２０５について説明する。本発明の実施例の案内翼２０５は樹脂製であり、案内翼２０５は、複数枚のディフューザベーン１３と、該ディフューザベーン１３の下流側に形成された複数枚のリターンガイドベーン１４と、ディフューザベーン１３とリターンガイドベーン１４との間を仕切る仕切板１５とを一体に成形されている。なお、本発明の実施例では、ディフューザベーン１３の枚数は９枚、リターンガイドベーン１４の枚数は３枚としているが、この限りではない。

（略三角形状流路）
仕切板１５には、案内翼２０５を樹脂製ハウジング２０８（図３）に固定するための貫通穴１６が設けられている。貫通穴１６に固定ねじ２１８（図３）を差し込み、ハウジング２０８（図３）のねじ穴２８（図３）と固定ねじ２１８（図３）によって、案内翼２０５はハウジング２０８（図３）に固定される。また仕切板１５には、ディフューザベーン１３の後縁５７から、隣接するディフューザベーン１３のディフューザベーン圧力面（ディフューザベーン１３の凸面）６６に向かって内方に切れ込んで、その終端が隣接するディフューザベーン圧力面６６に一致する切込部５６を有し、ファンケーシング２０４の内面と、ディフューザベーン１３と、切込部５６とで形成された略三角形状流路６０（図６）を形成している。略三角形上流路６０を形成していることで、曲がり部の流路面積を確保することができ、確保するためにファンケーシング径を拡大する必要がなく、その結果、電動送風機を小型にでき、小型の電気掃除機を搭載する掃除機本体も小型にすることができるという効果を奏する。

ディフューザベーン１３の上面にはリブ１３ａが形成され、ファンケーシング２０４の内面に当接されている。ディフューザ２０５ａはファンケーシング２０４とディフューザベーン１３、仕切板１５とでディフューザ流路が形成される。本発明の実施例ではディフューザ出口径５４とディフューザ入口径５５の比は１．４、ファンケーシング２０４の内径とディフューザ出口径５４の比は１．０４である。ディフューザ出口径５４が、ファンケーシング２０４の内径に当接しても良いが、本発明の実施例では、製造時におけるファンケーシング２０４の取付けの容易さを考えて隙間を設けている。ファンケーシング２０４の内径とディフューザ出口径５４の比が増加すると、電動送風機２００の外径が大きくなるため、ファンケーシング２０４の内径とディフューザ出口径５４の比は好ましくは１．０４以下である。従って、更に小型の電動送風機２００、ひいては小型の電気掃除機３００を実現できる。

本発明の実施例では、ディフューザベーン１３の前縁５８から、隣接するディフューザベーン１３のディフューザベーン負圧面（ディフューザべーン１３の凹面）６７に向かって最短の距離で構成される線の終端が、ディフューザベーン１３の後縁５７に一致し、この線を出口スロート幅ｂと定義する。なお、出口スロート５１の面積は出口スロート幅ｂと出口羽根高さｄの積で表される。本発明の実施例のように、ディフューザベーン１３の子午面形状は、回転軸２２０（図３）方向にゆるやかに傾斜し、回転軸２２０（図３）方向に傾斜したディフューザ流路を形成している。リターンガイド２０５ｂには、仕切板１５とリターンガイドベーン１４でリターンガイド流路が形成されている。

次に図６を用い、本発明の実施例に係る案内翼２０５内の流れについて説明する。図６（ａ）は図５に示す案内翼の平面図でディフューザ内の流れを示す説明図、（ｂ）は案内翼の子午面内の流れを示す説明図である。ここで、仕切板１５と、ディフューザベーン１３とファンケーシング２０４の内面とで構成され、ディフューザ入口径５５（図５）から出口スロート５１に至るまでの流路を半開部５３と定義する。遠心羽根車２０３から吐出された空気流６１は、半開部５３で、旋回方向の流れを半径方向外向きの流れに転向しながら、徐々に減速して昇圧する。出口スロート５１から出た流れは、ファンケーシング２０４の内面と、ディフューザベーン１３とで構成され、出口スロート５１から略三角形状流路６０に至るまでの流路である曲がり流路５９を通って、軸方向に転向した流出流れ６２となる。流出流れ６２はディフューザ２０５ａで減速できなかった旋回方向の流れ成分を有しており、リターンガイドベーン１４によって旋回流れを半径方向内向きの流れに転向する。

図７に本発明の実施例との比較例のディフューザを示す。比較例のディフューザには、ディフューザベーン１３の前縁５８から、隣接するディフューザベーン１３のディフューザベーン負圧面（ディフューザベーン１３の凹面）６７に向かって最短の距離で構成される線である入口スロート幅ａと、ディフューザベーン１３の後縁５７から隣接するディフューザベーン１３のディフューザベーン圧力面６６に向かって最短の距離で構成される線である出口スロート幅ｂが定義される。

ここで、仕切板１５と、ディフューザベーン１３とファンケーシング２０４の内面とで構成され、ディフューザ入口径５５から入口スロート５０に至るまでの流路を半開部５３と定義する。また、仕切板１５と、隣り合うディフューザベーン１３間と、ファンケーシング２０４の内面とで囲まれ、入口スロート５０から出口スロート５１に至るまでの流路を重なり部５２と定義し、入口スロート５０から出口スロート５１にかけて重なり部５２の形状に沿った曲線の長さを、重なり長さＬと表す。図７に示す比較例のディフューザは入口スロート幅ａと重なり長さＬとの比である重なり長さ比（Ｌ／ａ）は９．２であり、切込部５６は出口スロート５１と一致させることで、重なり長さＬが短くなることによるディフューザの圧力回復量の低下を防ぎながら、略三角形状流路６０の面積を最大限確保している。

対して、本発明の実施例のディフューザ２０５ａ（図５）は、ディフューザベーン１３の前縁５８から、隣接するディフューザベーン１３のディフューザベーン負圧面（ディフューザべーン１３の凹面）６７に向かって最短の距離で構成される線の終端が、ディフューザベーン１３の後縁５７に一致しており、重なり部を持たない。重なり部を持たない場合，重なり長さ比は０と定義する。

重なり長さ比を大きくしていくと、隣り合うディフューザベーン１３間で構成される流路の幅が小さくなるため、略三角形状流路６０の面積が小さくなる。

図７に示す比較例のディフューザは、略三角形状流路６０の面積を大きく取ることができず、略三角形状流路６０の面積と、出口スロート５１の面積との比は１以下となる。そのため，曲がり流路５９では流れが増速し、曲がり損失が増加する。略三角形状流路６０の面積を広げるため、ファンケーシング２０４の内径を拡大すると、電動送風機２００の外径が大きくなり、電動送風機２００、ひいては電気掃除機３００は小型にならない。

一方、図５に示す本発明の実施例のディフューザ２０５ａでは、重なり部を持たず、ディフューザベーン１３間で構成される流路の幅が大きいため、ファンケーシング２０４の内径を拡大することなく、略三角形状をした流路６０の面積を大きく取ることができる。そのため、本発明の実施例では、曲がり流路５９において十分な減速を得ることができ、曲がり損失を低減することができる。従って、電動送風機２００、ひいては電気掃除機３００の小型化と、吸引力の向上とが可能になる。

なお、本発明の実施例では、出口スロート５１の面積と略三角形状流路６０の面積との比が１．３５となるように、切込部５６を設けているが、この限りではない。出口スロート５１の面積と略三角形状流路６０の面積との比が１以上を満たす限りは、図６の破線６４で示すように、ディフューザベーン圧力面６６に一致する切込部５６の終端を、ディフューザベーン１３の後縁５７により近づけても良い。

また、図７に示す比較例のディフューザは、重なり長さ比が大きく、入口スロート幅ａが小さい。そのため、風量が大きい場合、入口スロート５０において流れが増速するため摩擦損失が増加し、ディフューザ性能が低下する。

一方、図５に示す本発明の実施例では、入口スロート５０を持たない。そのため、風量が増えても流れが増速することなく、広い風量域で良好な圧力回復を得ることができる。従って、電動送風機２００及び電気掃除機３００は広い風量域において吸引力の向上が可能となる。

図８に、図７に示す比較例のディフューザを搭載した電動送風機と、本発明の実施例における案内翼を搭載した電動送風機２００の圧力特性を示す。図８には圧力特性と併せて、電気掃除機３００の圧力損失特性を示す。横軸は比較例のディフューザを搭載した電動送風機の最大風量で無次元化した風量、縦軸には比較例のディフューザを搭載した電動送風機の最大風量における圧力回復量で無次元化した圧力回復量と、比較例のディフューザを搭載した電気掃除機の最大風量における圧力損失で無次元化した電気掃除機３００の圧力損失とを示す。

電気掃除機３００の圧力損失特性は、フィルタの目詰まりや掃除対象の床の材質等で変わるため、電気掃除機３００において想定される最小勾配の圧力損失特性と、最大勾配の圧力損失特性の二つを示す。電動送風機の圧力特性と、電気掃除機の圧力損失特性が交わる点が掃除機の動作風量となるため、電動送風機の圧力特性と、電気掃除機３００において想定される最小勾配の圧力損失特性が交わる点が最大風量、最大勾配の圧力損失特性が交わる点が最小風量となり、動作風量が決定する。

図８より、比較例のディフューザを搭載した電動送風機と比較して、本発明の実施例のディフューザを搭載した電動送風機２００は広い風量範囲で圧力回復量が増加し、本発明の実施例である電動送風機２００を搭載することで電気掃除機３００は、広い風量域で吸引力の向上が可能となる。特に、電動送風機２００は最大風量における圧力回復量を向上でき、電気掃除機３００の最大風量が増加する。本発明の実施例である電動送風機２００は最大風量において、流れが増速することなく曲がり損失を低減することができるため最大風量が４％増加する。そのため、電源コード付き掃除機の弱運転モード時や、コードレススティック型もしくは自律走行型のような、電動送風機の消費電力が小さく、最大風量も小さい場合であっても、最大風量の増加によって、掃除機の吸引力を向上することができる。

また、本発明の実施例のような掃除機本体１００（図１）を保持部１０２（図１）から取り外しハンディ掃除機として使用することができる電気掃除機３００（図１）においては、ハンディ掃除機として使用する場合、吸口体１０５（図１）の損失が無いため、図８に示すように本体損失が小さく、動作風量が大風量側へ遷移する。本発明の実施例である電動送風機２００は、特に最大風量における圧力回復量が向上するため、ハンディ掃除機として使用する場合においても、広い風量範囲で掃除機の吸引力を向上することができる。

また、電動送風機２００を充電式のコードレススティック型や、自律走行型の掃除機に搭載して、従来電動送風機を搭載した場合と同出力で運転させる場合には、入力を小さくすることができるため、消費電力を抑え、長時間運転することが可能となる。また、電動送風機２００を充電式のコードレススティック型や、自律走行型の掃除機に搭載して、従来電動送風機を搭載した場合と同出力で運転させる場合には、入力が小さいため消費電力を抑えることができ、２次電池の充電回数を減らすことができる。そのため、２次電池の劣化を防ぐことができる。

以上のことから、重なり長さ比を０とすることで、曲がり流路の損失低減と、広い風量域において良好な圧力回復を行うディフューザを両立した小型の電動送風機２００を提供することが可能になる。さらに、本発明の実施例である電動送風機２００を搭載することで、広い風量域において吸引力を向上した小型の電気掃除機３００を提供することが可能となる。

次に第２の実施例について、図９を用い説明する。（ａ）は本発明の第２の実施例における案内翼の平面図、（ｂ）は案内翼の縦断面図、（ｃ）は案内翼の下面図である。実施例１と基本的な構成は同じであるので、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。

次に図１０を用い、本発明に係る第２の実施例の案内翼２０５内の流れについて説明する。図１０（ａ）は図９に示す案内翼の平面図でディフューザ内の流れを示す説明図、（ｂ）は案内翼の子午面内の流れを示す説明図である。ここで、仕切板１５と、ディフューザベーン１３とファンケーシング２０４の内面とで構成され、ディフューザ入口径５５から入口スロート５０に至るまでの流路を半開部５３と定義する。また、仕切板１５と、隣り合うディフューザベーン１３間と、ファンケーシング２０４の内面とで囲まれ、入口スロート５０から出口スロート５１に至るまでの流路を重なり部５２と定義し、入口スロート５０から出口スロート５１にかけて重なり部５２の形状に沿った曲線の長さを、重なり長さＬと表す。図９に示す比較例のディフューザは入口スロート幅ａと重なり長さＬとの比である重なり長さ比（Ｌ／ａ）は１．５であり、切込部５６は出口スロート５１と一致させることで、重なり長さＬが短くなることによるディフューザの圧力回復量の低下を防ぎながら、略三角形状流路６０の面積を最大限確保している。遠心羽根車２０３から吐出された空気流６１は、重なり部５２と半開部５３で旋回方向の流れを半径方向外向きの流れに転向しながら、徐々に減速して昇圧する。出口スロート５１から出た流れは、ファンケーシング２０４の内面と、ディフューザベーン１３と、略三角形状流路６０で構成され、出口スロート５１から略三角形状流路６０に至るまでの流路である曲がり流路５９を通って、軸方向に転向した流出流れ６２となる。流出流れ６２はディフューザ２０５ａで減速できなかった旋回方向の流れ成分を有しており、リターンガイドベーン１４によって旋回流れを半径方向内向きの流れに転向する。

第２の実施例において、ディフューザベーン１３の枚数を変化させた際の、出口スロート５１の面積と略三角形状流路６０の面積の比と、重なり長さ比との相関を図１１に示す。なお，出口スロート５１の面積と略三角形状流路６０の面積の比は羽根出口高さｄによっても変化するため，本発明が取り得る羽根出口高さｄが５〜８ｍｍの場合について図示する。重なり長さ比を大きくしていくと、隣り合うディフューザベーン１３間で構成される流路の幅が小さくなるため、略三角形状流路６０の面積が小さくなる。図７に示す重なり長さ比９．２のディフューザは、略三角形状流路６０の面積を大きく取ることができず、略三角形状流路６０の面積と、出口スロート５１の面積との比は１以下となるため、曲がり流路５９で流れが増速し、曲がり損失が増加する。略三角形状流路６０の面積を広げるため、ファンケーシング２０４内径を拡大すると、電動送風機２００の外径が大きくなり、電動送風機２００、ひいては電気掃除機３００は小型にならない。一方、図９に示す本発明の実施例のディフューザ２０５ａでは、重なり長さ比を１．５としており、ファンケーシング２０４の内径を拡大することなく、略三角形状をした流路６０の面積を大きく取ることができる。曲がり損失を低減するためには、略三角形状流路６０の面積と、出口スロート５１の面積との比（面積比）は１以上である。この値とすることで、曲がり流路５９において流れが減速し、曲がり損失を低減することができる。略三角形状流路６０の面積と、出口スロート５１の面積との比が１以上の場合は、曲がり流路において流れが増速し、曲がり損失が増加する。本発明の実施例では、羽根出口高さ５〜８ｍｍにおいて，いずれも面積比が１以上であるため、曲がり流路５９において流れが減速し、曲がり損失を低減することができる。従って、電動送風機２００、ひいては電気掃除機３００の小型化と、吸引力の向上とが可能になる。

図９に示す第２の実施例のディフューザでは、図７の比較例のディフューザに比べて、重なり長さ比が小さく、入口スロート幅ａが大きい。そのため、風量が増えても入口スロート５０において流れが増速しにくく、広い風量域で良好な圧力回復を得ることができる。また，風量が小さい場合においては，入口スロート５０が存在しない場合と比較して，半開部５３で流れが適度に減速するため性能が向上する。従って、電動送風機２００及び電気掃除機３００は広い風量域において吸引力の向上が可能となる。

図１１から、羽根出口高さｄが５〜８ｍｍにおいて，出口スロート５１の面積と略三角形状流路６０の面積との比を１以上とするためには、重なり長さ比を１．５以下とすれば実現できる。なお、第２の実施例では、切込部５６を出口スロート５１と一致させることで、重なり長さＬが短くなることによるディフューザ性能の低下を防ぎながら、略三角形状流路６０の面積を最大限確保しているが、この限りではない。出口スロート５１の面積と略三角形状流路６０の面積との比が１以上を満たす場合には、図１０の破線６４で示すように、ディフューザベーン圧力面６６に一致する切込部５６の終端を、ディフューザベーン１３の後縁５７により近づけても良い。

図１２に、図７に示す比較例のディフューザを搭載した電動送風機と、第２の実施例における案内翼を搭載した電動送風機２００の圧力特性を示す。図１２には圧力特性と併せて、電気掃除機３００の圧力損失特性を示す。横軸は比較例のディフューザを搭載した電動送風機の最大風量で無次元化した風量、縦軸には比較例のディフューザを搭載した電動送風機の最大風量における圧力回復量で無次元化した圧力回復量と、重なり長さ比９．２のディフューザを搭載した電気掃除機の最大風量における圧力損失で無次元化した電気掃除機３００の圧力損失とを示す。

図１２より、比較例のディフューザを搭載した電動送風機と比較して、第２の実施例である重なり長さ比１．５のディフューザを搭載した電動送風機２００は広い風量範囲で圧力回復量が増加し、第２の実施例である電動送風機２００を搭載することで電気掃除機３００は、広い風量域で吸引力の向上が可能となる。特に、電動送風機２００は最大風量における圧力回復量を向上でき、電気掃除機３００の最大風量が増加する。重なり長さ比４の場合は最大風量が３％、重なり長さ比１．５の場合は最大風量における曲がり損失をより良く低減することができるため最大風量が４％増加する。そのため、電源コード付き掃除機の弱運転モード時や、コードレススティック型もしくは自律走行型のような、電動送風機の消費電力が小さく、最大風量も小さい場合であっても、最大風量の増加によって、掃除機の吸引力を向上することができる。

また、第２の実施例のような掃除機本体１００（図１）を保持部１０２（図１）から取り外しハンディ掃除機として使用することができる電気掃除機３００（図１）においては、ハンディ掃除機として使用する場合、吸口体１０５（図１）の損失が無いため、図１２に示すように本体損失が小さく、動作風量が大風量側へ遷移する。第２の実施例である電動送風機２００は、特に最大風量における圧力回復量が向上するため、ハンディ掃除機として使用する場合においても、広い風量範囲で掃除機の吸引力を向上することができる。

また、電動送風機２００を充電式のコードレススティック型や、自律走行型の掃除機に搭載して、従来電動送風機を搭載した場合と同出力で運転させる場合には、入力を小さくすることができるため、消費電力を抑え、長時間運転することが可能となる。また、電動送風機２００を充電式のコードレススティック型や、自律走行型の掃除機に搭載して、従来電動送風機を搭載した場合と同出力で運転させる場合には、入力が小さいため消費電力を抑えることができ、２次電池の充電回数を減らすことができる。そのため、２次電池の劣化を防ぐことができる。

以上のことから、重なり長さ比を１．５以下とすることで、曲がり流路の損失低減と、広い風量域において良好な圧力回復を行うディフューザを両立した小型の電動送風機２００を提供することが可能になると共に、第２の実施例である電動送風機２００を搭載することで、広い風量域において吸引力を向上した小型の電気掃除機３００を提供することが可能となる。

１ シュラウド板
２ ハブ板
３ 羽根
１３ ディフューザベーン
１４ リターンガイドベーン
１５ 仕切り板
１６ 貫通穴
ａ 入口スロート幅
ｂ 出口スロート幅
５０ 入口スロート部
５１ 出口スロート部
５２ 重なり部
５３ 半開部
Ｌ 重なり長さ
５４ ディフューザ入口径
５５ ディフューザ出口径
５６ 切込部
５７ 後縁
５８ 前縁
５９ 曲がり流路
６０ 略三角形状流路
１００ 電気掃除機本体
２００ 電動送風機
２０１ 送風機部
２０２ 電動機部
２０３ 遠心羽根車
２０４ ファンケーシング
２０５ 案内翼
２０５ａ ディフューザ
２０５ｂ リターンガイド
２０６ 吸込口
２０７ シャフト
２０８ ハウジング
２０９ ロータコア
２１０ ステータコア
２１１ 導線
２１２ 軸受
２１３ バランス調整用リング
２１４ 位置決め用スリーブ
２１５ 軸受カバー
２１６ スリーブ
２１７ ばね
２１８ 案内翼固定ねじ
２１９ ステータコア固定ねじ
２２０ 回転軸

Claims (3)

1. 電動機と、該電動機の回転軸と同軸の遠心羽根車と、前記電動機及び前記遠心羽根車の間に仕切板を有し、該仕切板の遠心羽根車側に、重なり長さ比１．５以下の複数のディフューザベーンから成るディフューザと、反遠心羽根車側に複数のリターンガイドベーンから成るリターンガイドとを備え、
   前記仕切板に、前記ディフューザベーンの後縁から隣接するディフューザベーンの圧力面に向かって内方に切れ込んで、その終端が隣接するディフューザベーンの圧力面に一致する切込部を具備していることを特徴とする電動送風機及びそれを搭載した電気掃除機。
2. ファンケーシングの内径とディフューザ出口径の比が１．０４以下である、請求項１に記載の電動送風機及びそれを搭載した電気掃除機。
3. 請求項１又は２に記載の電動送風機及び集塵装置を有する掃除機本体と、被清掃面への開口を有する吸口と、前記掃除機本体及び前記吸口を結ぶ管路とを備え、前記電動送風機によって、前記吸口から前記集塵部に空気を吸引する電気掃除機。

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