JP2021071082A - 電動送風機及びそれを備えた電気掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】広い風量域において高効率、かつ小型で軽量な電動送風機及びそれを備えた電気掃除機を提供する。【解決手段】本発明の電動送風機２００は、羽根車１の軸方向の下流に周方向に翼を持つ軸流ディフューザ２３、２４と、軸流ディフューザ２３、２４の半径方向の内側に位置し、軸流ディフューザ２３、２４と軸方向に重なるステータ８およびロータ７と、羽根車１に設けられた吸込口４と軸流ディフューザ２３、２４の流路を通る第１の流路１７と、反羽根車１側の軸受１１を保持し、開口部１５が設けられるエンドブラケット１３と、少なくとも流路の一部がステータ８の外周と開口部１５を通る第２の流路１４と、第１の流路１７と第２の流路１４とを接続する接続部２８とを備え、第２の流路１４は、接続部２８よりも羽根車１から遠い位置にあり、開口部１５の開口面積は、接続部２８の流路断面積以上の大きさをもつ。【選択図】図１Ｂ

Description

本発明は、電動送風機及びそれを搭載した電気掃除機に関する。

従来、電動送風機としては、下記の特許文献１が開示されている。
特許文献１には、添付の図１〜図４に図示されるように、「上下に延びる中心軸(Ｃ)周りに回転するインペラ(１０)と、インペラ(１０)の下方に配置されステータ(２４)を有してインペラ(１０)を回転させるモータ(２０)と、ステータ(２４)を収納するモータハウジング(２１)と、インペラ(１０)とモータハウジング(２１)とを収納してモータハウジング(２１)との隙間に第１流路(５)を構成するファンケーシング(２)とを備え、ファンケーシング(２)の上部はインペラ(１０)の上方を覆い、かつ上下方向に開口する吸気口(１０３)を有し、ファンケーシング(２)の下部には第１流路(５)を介して吸気口(１０３)に連通する排気口(１０４)が設けられ、モータハウジング(２１)にはモータハウジング(２１)の内面に固定されるステータ(２４)の上面よりも下方において、径方向に貫通して第１流路(５)に連通する流入口(２１ａ)が設けられ、モータハウジング(２１)は流入口(２１ａ)から上方に延びて前記ステータ(２４)よりも上方の空間に連通される第２流路(６)を有する、送風装置(１)。」が記載されている。

特開２０１８-１０５２６９号公報（図1〜図４、段落００１２〜００３７等）

ところで、電気掃除機は粉塵によるフィルタの目詰まりや、掃除対象の床の材質等の運転条件によって動作風量が大きく変化する。そのため、電気掃除機は広い風量範囲で吸引力が強い電動送風機が求められる。また、電気掃除機の使い勝手から、電動送風機の小型化や軽量化が求められる。そのため、放熱領域が減少し、電動送風機内部の発熱密度は増加し、電動機や軸受の冷却性能向上が必要となっている。

また、翼付ディフューザは設計点風量において優れた圧力回復を行うことが出来るが、非設計点風量においては、ディフューザ翼の入口角と、空気流れのディフューザへの流入角との不一致によりディフューザ性能が低下する。そのため、電気掃除機の吸引力は設計点風量では高いが、非設計点風量では低下する恐れがあった。

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池（２次電池）で駆動する掃除機は、電池容量の関係から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、フィルタの目詰り時に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る。さらに、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池（２次電池）で駆動する掃除機は、小型で軽量であることが求められ、掃除機に搭載される電動送風機は広い風量範囲で吸引力が強いこと、および小型であることの両立が求められる。

前記したように、特許文献１は、「インペラ(１０)とモータ (２０)とを収納したモータハウジング(２１)との隙間に第１流路(５)を構成するファンケーシング(２)とを備え、ファンケーシング(２)の上部はインペラ(１０)の上方を覆い、かつ上下方向に開口する吸気口(１０３)を有し、ファンケーシング(２)の下部には第１流路(５)を介して吸気口(１０３)に連通する排気口(１０４)が設けられ、モータハウジング(２１)にはモータハウジング(２１)の内面に固定されるステータ(２４)の上面よりも下方において、径方向に貫通して第１流路(５)に連通する流入口(２１ａ)が設けられ、モータハウジング(２１)は流入口(２１ａ)から上方に延びて前記ステータ(２４)よりも上方の空間に連通される第２流路(６)を有する。」と記載されている。すなわち、特許文献１には第１流路(５)の流れは、第２流路(６)に流れ込み、ステータ(２４)より上方に存在するファン側の玉軸受の軸受(２６)付近を流れ、その後、反ファン側のすべり軸受の軸受(２６)を冷却し、電動機 (モータ２０)外部に排気されていることが示されている。

特許文献１の送風機(１)は、第１流路(５)の風量が径方向に貫通して第１流路(５)に連通する流入口(２１ａ)を通り、第２流路(６)へ流れることで、流路の圧力損失（抵抗）によって連通する流入口(２１ａ)より下流の第１流路(５)の風量は、流入口(２１ａ)より上流の風量に対して減少する。

なお、翼付ディフューザは設計点風量において優れた圧力回復を行うことが出来るが、設計点風量より風量が低下した場合は、ディフューザ翼の入口角と空気流れのディフューザへの流入角の不一致によりディフューザ性能が低下し、電気掃除機の吸引力が低下する可能性がある。また、第２流路(６)の流入口(２１ａ)から上方に延びてステータ(２４)よりも上方の空間に連通される第２流路(６)は、小型であることから流路面積が小さく、さらに、電動機 (２０)内部で曲がりながら流れるため、流路の圧力損失が大きく、冷却風量が低下し、電動機 (モータ２０)内部の温度が高くなり、電動機効率が低下する懸念がある。

本発明は上記実状に鑑み上述の課題を解決すべく創案されたものであり、広い風量域において高効率、かつ小型で軽量な電動送風機及びそれを備えた電気掃除機の提供を目的とする。

前記課題を解決するため、本発明の電動送風機は、羽根車の軸方向の下流に周方向に翼を持つ軸流ディフューザと、前記軸流ディフューザの半径方向の内側に位置し、前記軸流ディフューザと前記軸方向に重なる位置に配置されるステータおよびロータと、羽根車に設けられた吸込口と前記軸流ディフューザの流路を通る第１の流路と、反羽根車側の軸受を保持し、開口部が設けられるエンドブラケットと、少なくとも流路の一部が前記ステータの外周と前記開口部を通る第２の流路と、前記第１の流路と前記第２の流路とを接続する接続部とを備え、前記第２の流路は、前記接続部よりも前記羽根車から遠い位置にあり、前記開口部の開口面積は、前記接続部の流路断面積以上の大きさであることを特徴とする。

本発明によれば、広い風量域において高効率、かつ小型で軽量な電動送風機及びそれを備えた電気掃除機を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る電動送風機の外観図。 図１Ａに示す電動送風機の縦断面図。 第１実施形態の羽根車の斜視図。 図２Ａに示す羽根車の断面図。 羽根車側の軸流型ディフューザ翼をシュラウド側から見た斜視図。 後段の軸流型ディフューザ翼をシュラウド側から見た斜視図。 送風機部をシュラウド側から見た斜視図。 第１実施形態の電動送風機と、従来技術と同様にディフューザ出口で電動機内部へ流れが流入する構成を有した送風機の送風機効率の比較を示す図。 本発明の第２実施形態における電動送風機の縦断面図。 本発明の第1実施形態における電動送風機を適用した電気掃除機の斜視図。 図８に示す電気掃除機における掃除機本体のＩ方向矢視断面図。

以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
＜＜第1実施形態＞＞
図８は、本発明の第1実施形態における電動送風機２００を適用した電気掃除機３００の斜視図である。
図９は、第1実施形態の電気掃除機３００における掃除機本体１００のＩ方向矢視断面図である。
本発明の第1実施形態に係る電気掃除機３００について説明する。

＜電気掃除機３００の構成＞
電気掃除機３００は、掃除機本体１００と、掃除機本体１００が取り付けられる保持部１０２と、利用者が把持するグリップ部１０３と、塵埃を吸引する吸口体１０５とを備えている。
電気掃除機３００の駆動源の電池ユニット１０８(図９参照)は、充電台１０７(図８参照)を用いて充電される。電池ユニット１０８は掃除機本体１００に収容されている。

掃除機本体１００には、塵埃を集塵する集塵室１０１と、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９参照）とが収納されている。
保持部１０２の一端部には、グリップ部１０３が設けられている。グリップ部１０３には、電動送風機２００の入／切を行うスイッチ部１０４（図８参照）が設けられている。
保持部１０２の他端部には、吸口体１０５が取り付けられている。吸口体１０５と吸込気流を発生させる掃除機本体１００とは、接続部１０６で接続されている。

電気掃除機３００の使用に際し、利用者はグリップ部１０３のスイッチ部１０４を「入」操作する。すると、掃除機本体１００に収納された電動送風機２００の運転が開始され、吸口体１０５に吸込気流が発生する。吸込気流により吸口体１０５から床面Ｙ（図８参照）上の塵埃が吸込まれる。吸込まれた塵埃は、接続部１０６を通って掃除機本体１００の集塵室１０１に集塵される。

＜掃除機本体１００＞
次に、掃除機本体１００について説明する。
図９に示すように、掃除機本体１００の内部には、電動送風機２００、電池ユニット１０８、駆動用回路１０９、および集塵室１０１が配置されている。
電池ユニット１０８は、電動送風機２００を駆動する。電動送風機２００は、吸口体１０５での吸引力を発生させる。
掃除機本体１００は、本体グリップ部１１０と吸口開口１１１がを備えている。
利用者は、本体グリップ部１１０を把持して、掃除機本体１００を保持部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る。

図８に示す本体スイッチ部１１２は、掃除機本体１００をハンディ掃除機として使用する際の電動送風機２００の入／切を行うスイッチである。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、スイッチ部１０４に代えて「入／切」操作できる。
なお、図８、図９に示す電気掃除機３００は、吸口開口１１１（図９参照）と接続部１０６とが取り外し可能なコードレス掃除機を示しているが、電池を搭載していない電源コード付きの掃除機でもよい。

＜電動送風機２００＞
図１Ａは、本発明の第１実施形態に係る電動送風機２００の外観図であり、図１Ｂは、図１Ａに示す電動送風機２００の縦断面図である。なお、図１Ｂでは電動送風機２００に環状の防振ゴム１９を適用した場合を示す。
次に、電動送風機２００について説明する。なお、図１Ｂには代表的な空気の流れを図Ｂ１の左側のみに実線矢印α１および点線矢印α２で示している。

電動送風機２００は、図８、図９に示す電気掃除機３００に、羽根車１の側が下部の吸口体１０５に向いて取り付けられる。
電動送風機２００は、図１Ｂに示すように、送風機部２０１の半径方向内側に電動機部２０２が構成されている。
送風機部２０１は、吸引空気流の上流から、回転翼である羽根車１、羽根車側軸流型ディフューザ翼２３、後段の軸流型ディフューザ翼２４、および翼なしディフューザ２５を設置されている。翼なしディフューザ２５の下流には、排気口１６が設けられている。

羽根車１の側(羽根車１に近い側)の軸流型ディフューザ翼２３は、羽根車１の半径方向における羽根車１の側のモータハウジング２の内壁２ａと外壁２ｂとの間に位置する。
反羽根車１の側(羽根車１に遠い側)に配置される後段の軸流型ディフューザ翼２４は、羽根車１の半径方向における反羽根車１の側のモータハウジング９の内壁９ａと外壁９ｂとの間に位置している。

翼なしディフューザ２５は、内壁９ａと外壁９ｂから形成されている。
電動機部２０２は、モータハウジング２の内壁２ａと、モータハウジング９の内壁９ａとで覆われている。
電動機部２０２の内部には、開口部１５と、冷却用の第２の流路１４とが構成されている。

開口部１５は、エンドブラケット１３に設けられている。エンドブラケット１３は、電動機部２０２の軸方向であって反羽根車１の側の軸受１１を保持している。
第２の流路１４は、少なくとも一部がステータコア８の外周と開口部１５を通っている。
電動送風機２００の側部には、羽根車１と羽根車側軸流型ディフューザ翼２３、後段の軸流型ディフューザ翼２４、および翼なしディフューザ２５を通る第１の流路１７が設けられている。第１の流路１７は、吸口体１０５での吸引力の空気流が流れる流路である。

電動送風機２００は、第１の流路１７と第２の流路１４とを接続して連通させる接続部２８を有している。つまり、第２の流路１４と第１の流路１７とは、羽根車側軸流型ディフューザ翼２３と後段軸流型ディフューザ翼２４の間の接続部２８で連結されている。接続部２８を形成することで、ベンチュリ効果でエンドブラケット１３の開口部１５から冷却風を発生させて(詳細は後記)、羽根車側軸流型ディフューザ翼２３、後段の軸流型ディフューザ翼２４、および翼なしディフューザ２５での風速を増加させる。これにより、電動機部２０２の冷却性能向上と電動送風機２００の広作動範囲での高効率化を図れる。

第２の流路１４は、接続部２８に対して軸方向の反羽根車１の側に位置している。
また、開口部１５の開口面積は、接続部２８の流路断面積以上の大きさをもって構成されている。これにより、接続部２８でのベンチェリ効果を促進し、第２の流路１４から接続部２８へ流れる風で電動機部２０２をより冷却できる。
ここで、接続部２８の流路断面積は、流路に直交する断面において、最小の面積となる断面積であり、断面にフィレットやＲ形状がある場合は、フィレットやＲ形状を無視して算出してもよい。

なお、開口部１５から巻線の一部が出て、駆動用回路１０９（図９参照）に電気的に接続される。ここで、開口部１５を通る構成の場合は巻線を無くした際の面積が接続部２８の流路断面積以上であればよい。さらに、開口部１５の構成は四角の穴でも、丸穴、他の形状の穴でもよい。

図１Ｂに示す羽根車１は熱可塑性樹脂製である。羽根車１は、回転軸５の端部に螺刻された雌ねじに、固定ナット１８が螺着されて固定されている。ここで、第１実施形態では、回転翼である羽根車１を回転軸５の端部に雌ねじを設け、固定ナットを用いて固定される場合を例示したが、圧入して固定してもよい。また、図１Ｂに示す羽根車１は、斜流型羽根車を示すが、遠心型、軸流型羽根車でもよい。
電動機部２０２は、ロータコア７と、その外周部に配置されるステータコア８とが設置されている。

ロータコア７は、モータハウジング９内に収納される回転軸５に固定されている。
ステータコア８の外周部には、巻線が巻かれている。巻線は、電動送風機２００に備わる駆動用回路１０９（図９参照）に電気的に接続されている。

ロータコア７は希土類系のボンド磁石を有してなる。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７は回転軸５に一体成形されるか、または、固定されている。なお、電動送風機２００の運転回転速度は５０，０００〜２００，０００cycle／ｍｉｎである。

なお、本実施形態では、ロータコア７に永久磁石を用いているが、これに限定されず、無整流子電動機の一種であるリラクタンスモータなどを使用してもよい。
羽根車１とロータコア７との間には軸受１０を備えている。ロータコア７に対して、軸受１０の回転軸５の方向の反対側に軸受１１を備えている。回転軸５の一方側の軸受１０と他方側の軸受１１とで、回転軸５を回転自在に支持している。

羽根車１に近い側のモータハウジング２は、軸受１０を支持するエンドブラケット１２と締結されている。羽根車１から遠い側のモータハウジング９は、エンドブラケット１３を介して軸受１１を支持している。モータハウジング９は、開口部１５を有するエンドブラケット１３と締結されている。エンドブラケット１３は、金属製である。エンドブラケット１３は、モータハウジング９に圧入されるか、または、インサート成型によりモータハウジング９と一体成型されている。

ロータコア７の端部には、回転体(羽根車１、ロータコア、回転軸５等)の偏芯を是正するためのバランスリング6が設置されている。
バランスリング6における回転体のアンバランス側を切削することで、回転体のアンバランス量を最小化している。これにより、電動送風機２００の騒音および振動の低減を図っている。

羽根車１の側（羽根車１に近い側）のモータハウジング２の外周部には、周方向３箇所に爪状突起２０が設けられている。反羽根車１の側（羽根車１から遠い側）のモータハウジング９の外周部に設けた突起部２２と、羽根車１の側のモータハウジング２の取付穴２１とが嵌合されて接続される。また、羽根車１の側の軸流ディフューザ翼２３の翼枚数と、反羽根車１の側のモータハウジング９の端部の突起２２及び羽根車１の側のモータハウジング２の取付穴２１の個数とは、翼枚数と取付穴２１の最大公約数で構成されている。こうして、羽根車１の側の軸流型ディフューザ翼２３及び後段の軸流ディフューザ翼２４の周方向位置が所定の周方向位置になるようにし、量産性の向上を図っている。

図１Ｂに示す羽根車１を覆うファンケーシング３は、羽根車１の側のモータハウジング２の外周部とファンケーシングの内面３aが接触し、モータハウジング２に接着固定される。また、ファンケーシング３の掃除機本体１００の設置部には、図１Ｂに示す防振ゴム１９が設置されている。防振ゴム１９を設けることで、電動送風機２００の振動の抑制と、ファンケーシング３と掃除機本体１００の設置部との間の空気の漏れを防止することで、低騒音化と高効率化を図っている。

羽根車１の側の軸流型ディフューザ翼２３は、設計点において、羽根車１から流出した流れと翼入口角度を略一致させ、圧力損失を低減している。これにより、軸流型ディフューザ翼２３により、流れの回転方向速度成分を減少させることで、ディフューザ効果を高め、送風機効率を向上している。また、軸流型ディフューザ翼２３の軸方向下流に設置された後段の軸流型ディフューザ翼２４は、軸流型ディフューザ翼２３から流出された流れの回転方向速度成分を更に減少させる。また、後段の軸流型ディフューザ翼２４の下流の翼なし軸流ディフューザ２５は、軸方向端部の開口部１６に向かい、半径方向の内向き側に流路断面積が拡大している。これにより、回転軸５の方向の空気の流れの減速を高め、更なる送風機効率の向上が図れる。

＜電動送風機２００内における空気の流れ＞
次に、電動送風機２００内における空気の流れを説明する。
図１Ｂに示す電動機部２０２を駆動して、羽根車１を回転させると、ファンケーシング３の空気吸込口４から空気が流入し、羽根車１内に流入する。流入した空気は斜流型羽根車の場合は、羽根車１内で昇圧しながら、回転軸５の方向から吸い込んだ流れに半径方向成分を与え、回転軸５の方向から傾いた流れを発生させる。こうして、羽根車出口１ａでは回転方向成分と回転軸５の方向成分を持つ流れとなり羽根車１から流出される。

羽根車１から流出された空気流は、羽根車側軸流型ディフューザ翼２３と、後段軸流型ディフューザ翼２４を通る際に、翼（２３、２４）に沿って流れることで、流れの回転方向速度成分が減少される。さらに、翼なしディフューザ２５を通る流れは、反羽根車１の側のモータハウジング９の開口部１６に向かうにつれ、流路断面積が増加することにより、回転軸５の方向速度が減速され、圧力回復された後、開口部１６から排気される。なお、第１の流路１７は、図１Ｂの実線矢印α１に示すように、ファンケーシング３の空気吸込口４からモータハウジング９の開口部１６までの流路である。

羽根車１の側の軸流型ディフューザ翼２３の出口風速は、反羽根車１の側のモータハウジング９の開口部１６の風速より速く、羽根車１の側の軸流型ディフューザ翼２３の出口は、開口部１６より静圧が低い。
第２の流路１４は、図１Ｂの破線矢印α２に示すように、電動機の軸受１１を保持する反羽根車１の側のエンドブラケット１３に設けられた開口部１５と、少なくとも流路の一部がステータコア８の外周を通る。

図１Ｂに示す第２の流路１４と第１の流路１７とは、羽根車側軸流型ディフューザ翼２３の出口と後段軸流型ディフューザ翼２４との間の接続部２８で連結されている。また、第２の流路１４は、接続部２８よりも軸方向下流に位置し、開口部１５の開口面積は、前記接続部２８の流路断面積以上の大きさをもっている。
接続部２８は羽根車１の側のモータハウジング２と反羽根車１の側のモータハウジング９で形成され、接続部２８はステータコア８の外周部から第一の流路１７に向かうにつれ、後段の軸流型ディフューザ翼２４側の軸方向へ傾斜している。これにより、接続部２８を流れる空気の流れは、円滑に第一の流路１７を流れる空気流と合流でき、風量を増加させられる。

第２の流路１４内の流れは、羽根車側軸流型ディフューザ翼２３出口の風速が速いことで、静圧が低くなり、ベンチュリ効果により、エンドブラケット１３の開口部１５から羽根車側軸流ディフューザ２３の出口の接続部２８へと向かう流れが発生する。第２の流路１４の流れは、反羽根車側のエンドブラケット１３の開口部１５から温度の低い流れを、電動機２０２内へ吸い込む。これにより、反羽根車１の側の軸受１１を冷却し、ステータコア８の外周側を流れることで、ステータコア８、その巻線を冷却しながら、接続部２８に流れる。

電動機部２０２の内部の羽根車１側のエンドブラケット１２の流れは、羽根車１の側の軸流型ディフューザ翼２３の出口で生じるベンチュリ効果と、ロータコア７の回転による旋回成分の流れがあり、当該流れにより軸受１０および羽根車１の側のエンドブラケット１２が冷却される。
接続部２８から第１の流路１７へ流れ込んだ流れは、羽根車１で昇圧した流れと合流し、後段の軸流型ディフューザ翼２４に流れ、翼なしディフューザ部２５を通ることで、減速され、反羽根車１の側のモータハウジング９の開口部１６から排気される。なお、後段の軸流型ディフューザ翼２４を通る風量は、羽根車１から羽根車側の軸流型ディフューザ翼２３を通る風量と、第２の流路１４から接続部２８を通り流れ込む風量が合わさり、電動送風機２００の内部で最大風量となる。

後段の軸流型ディフューザ翼２４は、風量が小さい非設計点において、羽根車１の側の軸流型ディフューザ翼２３の後縁で後流渦が発生しやすく、後段の軸流型ディフューザ２４の入口流れが複雑となりやすい。しかし、本構成の後段の軸流型ディフューザ翼２４は、接続部２８からの風量が羽根車側の軸流型ディフューザ翼２３と合流し、後段の軸流型ディフューザ２４に流れる。

これにより、非設計点においても、後段の軸流型ディフューザ２４の内部の風量が増加する。そのため、後段の軸流型ディフューザ２４の内部の剥離が抑制され、送風機効率が向上する。なお、反羽根車１の側のエンドブラケット１３の開口部１５から接続部２８へ向かう風量は、羽根車１の側の軸流ディフューザ２３の出口の風量が増加する大風量側で多く流れる。このため、本構成では大風量側の送風機効率が向上でき、幅広い運転範囲での高効率化が可能となる。

＜送風機部２０１＞
次に、第１実施形態の送風機部２０１の構成を説明する。
図２Ａは第１実施形態の羽根車１の斜視図であり、図２Ｂは羽根車１の断面図である。
図３は、羽根車１の側の軸流型ディフューザ翼２３をシュラウド側から見た斜視図である。
図４は後段の軸流型ディフューザ翼２４をシュラウド側から見た斜視図である。
図５は送風機部２０１をシュラウド側から見た斜視図である。
なお、図３〜図５では、ディフューザ翼(２３、２４)のシュラウドを構成するモータハウジングの外壁を説明のために削除して示す。

＜羽根車１＞
先ず、図２Ａ、図２Ｂを用いて、本発明に係る一実施形態における回転翼の羽根車１について説明する。
羽根車１は、ハブ板２６と複数枚の羽根２７とを有して構成されている。ハブ板２６と羽根２７は熱可塑性樹脂で一体成形されている。

ハブ板２６の裏面側には凸部２６ａ(図２Ｂ参照)が設けられている。羽根車１を回転させて凸部２６ａを削ることで、羽根車１のバランス修正を行うことができる。これにより、羽根車１のアンバランス量を小さくし、振動や騒音の低減を図ることができる。

羽根車１は、ボス曲面２９ａが羽根車外周部にかけ回転軸５の方向(図２Ｂの下方向)に傾斜した斜流羽根車である。図２Ａ、図２Ｂでは、シュラウド板を持たないオープン型斜流羽根車の羽根車１を示しているが、シュラウド板の有無にかかわらず遠心羽根車でもよい。

次に、第１実施形態の送風機２０１について説明する。
図１Ｂに示すように、一例の送風機２０１は、羽根車１の軸方向下流側に周方向等間隔で配置された羽根車側の軸流型ディフューザ翼２３が１５枚設置されている。羽根車１の側の軸流型ディフューザ翼２３の翼は、羽根車１の側のモータハウジング２の内壁２ａと外壁２ｂの間に設けられ、モータハウジング２と一体で成型されている。後段の軸流型ディフューザ翼２４は、反羽根車のモータハウジング９の内壁9ａと外壁９ｂの間に設置され、モータハウジング９と一体成型されている。また、後段の軸流型ディフューザ２４の翼枚数は、羽根車１の側の軸流型ディフューザ翼２３と同一で構成されている。

図５に示す羽根車側ディフューザ翼２３のシュラウド側（外周側）後縁２３ｄと後段の軸流型ディフューザ翼２４のシュラウド側（外周側）前縁２４ｃの周方向位置は、周方向に略一致している。
低風量側の効率を向上させるには、羽根車側ディフューザ翼２３の後縁２３ｄと後段の軸流型ディフューザ２４の前縁２４ｃの周方向位置を略一致させることで実現できる。大風量側の効率を向上させるには、（２３、２４）翼間ピッチ（３６０／Ｚｄ）の１５〜５０％がよい。

図１Ｂに示すように、羽根車側軸流型ディフューザ翼２３のハブ面３０と後段の軸流型ディフューザ翼２４のハブ面３１は、略一致している。ここで、羽根車側軸流型ディフューザ翼２３のハブ面３０と後段の軸流型ディフューザ翼２４のハブ面３１とは面一にすることが望ましい。例えば、合流後のモータハウジング９の内壁９ａが大きくハブ面の径が大きく流路に突出した場合、軸流型ディフューザ翼２３、２４での損失が増加するからである。

なお、後段の軸流型ディフューザ翼２４のハブ面３１を羽根車１の側の軸流型ディフューザ翼２３のハブ面３０より、半径方向内側にしても、接続部２８からの流れの流入によりはく離が抑えられ高効率化が可能である。
ここで、上記構成の電動送風機２００は、ベンチュリ効果による後段の軸流型ディフューザ翼２４内の風量増加により、大風量側での送風機効率は増加する。更に、低風量側は羽根車１の側と後段の軸流型ディフューザ翼２４との周方向位置により、送風機効率が増加する。これにより、更なる広い運転風量範囲での高効率化が可能となる。

図１Ｂに示すように、羽根車１の側のモータハウジング２の内壁２ａと反羽根車のモータハウジング９の内壁９ａは、軸方向に隙間を有し、第１の流路１４と第２の流路１７を接続する接続部２８を構成している。
接続部２８は、電動機２０２の内側から第１の流路１７にかけ、半径方向から後段ディフューザ翼２４側に傾斜する円環状の流路である。

羽根車１の側のモータハウジング２の内壁２ａと反羽根車のモータハウジング９の外壁９ａは、嵌め合い部３２により各モータハウジング２の芯を出すことで、接続部２８の流路面積確保と、組み立て性向上を図っている。

図３に示す羽根車１の側の軸流型ディフューザ翼２３の高さ方向の形状は、羽根車側のモータハウジング２の内壁２ａから外壁２ｂにかけ、反羽根車側（羽根車１から離れる側）に傾斜し(図１Ｂ参照)、半径方向の中央付近から外周部にかけ、回転軸５の方向上流に戻る傾斜を有して、高さ方向に湾曲している。

図３に示すように、羽根車１の側の軸流型ディフューザ翼２３のシュラウド側の翼弦長さＬ２（前縁２３ｃと後縁２３ｄを結んだ線）は、ハブ側（内壁２ａの側）の翼弦長さＬ１に比べて長い。なお、シュラウド側の翼弦長Ｌ２は、羽根車１の出口のシュラウド側の風速が速いため、緩やかな形状とすることで損失を抑制し、高効率化を図っている。また、軸流型ディフューザ翼２３を高さ方向に湾曲させることで、ディフューザのハブ側(内壁２ａ側)の翼面(軸流型ディフューザ翼２３の面)およびハブ面(内壁２ａ)で生じる２次流れを抑えることができる。そのため、ディフューザ内部（軸流型ディフューザ翼２３の内壁２ａ側の翼面および内壁２ａ）のはく離を抑制でき、高効率化が可能となる。

図４に示すように、後段の軸流型ディフューザ翼２４は、翼なしディフューザ２５に向かうにつれ翼厚さｔ２４（翼の後縁側の翼厚さ）が厚く、羽根車１の側の軸流ディフューザ翼２３の翼厚さｔ２３(図３参照)より厚い。

図５に示す後段の軸流型ディフューザ翼２４の翼弦長Ｌ３は、羽根車側の軸流型ディフューザ翼２３のシュラウド側の翼弦長さＬ２と略同一である。後段の軸流ディフューザ翼２４の翼弦長Ｌ３を大きくとるとともに、図４に示すように、後段の軸流ディフューザ翼２４の後縁にかけて翼厚さｔ２４を大きく取ることで、流れの減速を緩やかにでき、静圧回復を高められ、高効率化が図れる。

図５に示すように、後段の軸流ディフューザ翼２４の下流に位置する翼なしのディフューザ流路２５の軸方向長さＬ５は、羽根車側と後段の軸流型ディフューザ翼の軸方向長さＬ４と略同一の長さを持つ。

図１Ｂに示すように、翼なしディフューザ流路２５は、反羽根車１の側のモータハウジング９の開口部１６に向かうにつれ、流路断面積が増加している。したがって、翼なしディフューザ流路２５内の流れ(図１Ｂの実線矢印α１、図１Ｂの破線矢印α２)は軸方向速度が減速されて圧力回復された後、開口部１６から排気される。なお、翼なしディフューザ流路２５は、反羽根車１の側のモータハウジング９の開口部１６に向かうにつれ、半径方向内側（図１Ｂの回転軸５の側）に流路が広がる。翼なしディフューザ流路２５は、軸方向に進むにつれ流路断面積が増加することで、翼なしディフューザ流路２５内で圧力回復され高い送風機効率が実現できる。

ここで、軸流型ディフューザ翼２３、２４の形状について説明する。
羽根車１の側の軸流型ディフューザ翼２３および反羽根車１の側の軸流型ディフューザ翼２４は、図３に示す翼弦長（例えば、ディフューザ翼２３の前縁２３ａから後縁２３ｂを結ぶ長さＬ１）と翼取付間隔の円周方向に沿った距離で割ったソリディティが１より小さい翼形状を持つ。なお，ソリディティは１より小さければ、回転軸５の方向に成型する金型構成で製造でき、高効率化と生産性向上が可能である。

図６に第１実施形態の電動送風機２００と、従来技術と同様にディフューザ出口で電動機内部へ流れが流入する構成を有した送風機の送風機効率の比較を示す。なお、図６は横軸に設計点風量を１とした無次元風量を、縦軸に送風機効率の流体解析結果を示す。図６の送風機効率の定義は、吸込体積流量と送風機出入口の静圧上昇との積を，送風機の軸動力で除したものである。

図６から、第１実施形態を搭載した電動送風機２００（図６の白抜き四角）は、従来技術の送風機（図６の黒丸）に比べて、広い運転範囲で送風機効率が向上できることがわかる。また、特に設計点より大風量側にかけて効率向上が可能であることが分る。
すなわち、第１実施形態の電動送風機２００は、広い運転範囲で効率を高く維持できる。したがって、広い範囲で吸込力が高い電気掃除機３００(図８参照)を提供できる。

第１実施形態では、一例として、図１Ｂに示す接続部２８は、羽根車１の側のモータハウジング２の内壁２ａと反羽根車１のモータハウジング９の内壁９ａの回転軸５の方向隙間で形成されているが、モータハウジング２、９のどちらかに、図１Ｂに示す半径方向または回転軸５の方向のどちらかに傾斜した複数の孔で接続部２８を形成してもよい。また、図１Ｂに示すように、接続部２８は、ステータコア８から第１の流路１７にかけ、後段ディフューザ翼２４側に傾斜する円環状の流路にすることで、後段のディフューザ翼２４の剥離を効率よく抑制する構成を得ている。なお、接続部２８を半径方向または羽根車１の側に傾斜する接続部で構成しても、モータ冷却と高効率化が可能である。

以上説明した第１実施形態の電動送風機２００によれば、羽根車１の回転軸５の方向下流に周方向に翼を持つ軸流ディフューザ２３、２４と、軸流ディフューザ２３、２４の半径方向内側に位置し、軸流ディフューザ２３、２４と軸方向に重なる位置のステータ(８)乃至ロータ(７)と、羽根車１に設けられ空気吸込口４と軸流ディフューザ流路を通る第１の流路１７と、反羽根車１の側の軸受１１を保持し、開口部１５が設けられたエンドブラケット１３と、少なくとも流路の一部がステータコア８の外周と開口部１５を通る第２の流路１４と、第１の流路１７と第２の流路１４を接続する接続部２８とを備えている。
そして、第２の流路１４は、接続部２８よりも反羽根車１の側に位置し、開口部１５の開口面積は、接続部２８の流路断面積以上の大きさを有している。

これにより、広い風量域において高効率かつ、小型で軽量な電動送風機２００を提供できる。したがって、電動機２０２のステータ(８)、軸受１１、１０を冷却し、小型で広い風量域において吸引力を向上した電気掃除機３００を得ることができる。

＜＜第２実施形態＞＞
次に、第２実施形態について、図７を用いて説明する。
図７は本発明の第２実施形態における電動送風機２００Ａの縦断面図である。
第２実施形態の電動送風機２００Ａは、第１実施形態の電動送風機２００と異なり、羽根車１の側の軸流型ディフューザ翼２３の入口に接続部２８Ａが設置されている。
電動送風機２００Ａは、前記第１実施形態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用い、その説明を省略する。

第２の流路１４の流れは、羽根車側軸流型ディフューザ翼２３入口の風速が速いことで、静圧が低くなり、ベンチュリ効果により、反羽根車１のエンドブラケット１３の開口部１５から羽根車側軸流ディフューザ２３入口の接続部２８Ａへと向かう流れが発生する。
第２流路１４の流れは、反羽根車１の側のエンドブラケット１３の開口部１５から温度の低い流れを、電動機部２０２の内部へ吸い込むことで、反羽根車１の側の軸受１１を冷却し、ステータコア８の外周側を流れることで、ステータコア８、巻線を冷却しながら、接続部２８Ａに流れる。

なお、第1実施形態で示した接続部２８と、第２実施形態で示した接続部２８Ａは併用してもよい。その場合は第２の流路１４を周方向に分けた流路にすることで、羽根車１の側の軸流型ディフューザ翼２３、２４から出た流れが、電動機２０２内流路へ流れることを防止することで、各ディフューザ翼２３、２４の剥離の抑制が可能となる。

以上説明した第２実施形態の電動送風機２００Ａによれば、羽根車１の回転軸５の方向下流に周方向に翼を持つ軸流ディフューザ２３、２４と、軸流ディフューザ２３、２４の半径方向内側に位置し、軸流ディフューザ２３、２４と軸方向に重なる位置に配置される電動機部２０２のステータ(８)乃至ロータ(７)と、羽根車１に設けられた空気吸込口４から軸流ディフューザ流路を通る第１の流路１７と、反羽根車１の側の軸受１１を保持し、開口部１５が設けられるエンドブラケット１３と、少なくとも流路の一部がステータコア８の外周と開口部１５を通る第２の流路１４と、第１の流路１７と第２の流路１４を接続する接続部２８Ａとを備えている。
そして、接続部２８Ａは、回転軸５の方向における羽根車１と軸流型ディフューザ２３の入口との間に位置し、第２の流路１４は、接続部２８Ａよりも回転軸５の方向下部に位置し、開口部１５の開口面積は、接続部２８Ａの流路断面積以上の大きさを有している。

これにより、広い風量域において高効率かつ、小型で軽量な電動送風機２００Ａを提供できる。したがって、電動機部２０２のステータ(８)、軸受１１を冷却し、小型で広い風量域において吸引力を向上した電気掃除機３００を得ることができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分りやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部については、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１ 羽根車
２ 羽根車側モータハウジング(モータハウジング)
２ａ 羽根車側のモータハウジングの内壁(モータハウジングの内壁、軸流ディフューザの上流のハブ面)
４ 空気吸込口(吸込口)
５ 回転軸（軸）
７ ロータコア(ロータ)
８ ステータコア(ステータ)
９ 反羽根車側のモータハウジング(モータハウジング)
９ａ 反羽根車側のモータハウジングの内壁(モータハウジングの内壁軸流、軸流ディフューザの下流のハブ面)
１１ 軸受(反羽根車側の軸受)
１３ 反羽根車側のエンドブラケット(エンドブラケット)
１４ 第２の流路
１５ 開口部
１７ 第１の流路
２３ 羽根車側のディフューザ翼(軸流ディフューザ)
２４ 後段のディフューザ翼(軸流ディフューザ)
２５ 翼なしディフューザ
２８ 接続部
２００ 電動送風機
３００ 電気掃除機

Claims (7)

1. 羽根車の軸方向の下流に周方向に翼を持つ軸流ディフューザと、
   前記軸流ディフューザの半径方向の内側に位置し、前記軸流ディフューザと前記軸方向に重なる位置に配置されるステータおよびロータと、
   羽根車に設けられた吸込口と前記軸流ディフューザの流路を通る第１の流路と、
   反羽根車側の軸受を保持し、開口部が設けられるエンドブラケットと、
   少なくとも流路の一部が前記ステータの外周と前記開口部を通る第２の流路と、
   前記第１の流路と前記第２の流路とを接続する接続部とを備え、
   前記第２の流路は、前記接続部よりも前記羽根車から遠い位置にあり、
   前記開口部の開口面積は、前記接続部の流路断面積以上の大きさである
   ことを特徴とする電動送風機。
2. 羽根車の軸方向の下流に周方向に翼を持つ軸流ディフューザと、
   前記軸流ディフューザの半径方向の内側に位置し、前記軸流ディフューザと前記軸方向に重なる位置に配置されるステータおよびロータと、
   前記羽根車に設けられた吸込口と前記軸流ディフューザの流路を通る第１の流路と、
   反羽根車側の軸受を保持し、開口部が設けられるエンドブラケットと、
   少なくとも流路の一部が前記ステータの外周と前記開口部を通る第２の流路と、
   前記第１の流路と前記第２の流路を接続する接続部とを備え、
   前記第２の流路は、前記接続部よりも前記羽根車から遠い位置にあり、前記接続部の流路は、前記ステータの外周から第１の流路にかけて、反羽根車側に軸方向へ傾斜している
   ことを特徴とする電動送風機。
3. 羽根車の軸方向下流に周方向に翼を持つ軸流ディフューザと、
   前記軸流ディフューザの半径方向内側に位置し、前記軸流ディフューザと軸方向に重なる位置に配置されるステータおよびロータと、
   前記羽根車に設けられた吸込口と前記軸流ディフューザの流路を通る第１の流路と、
   反羽根車側の軸受を保持し、開口部が設けられるエンドブラケットと、
   少なくとも流路の一部が前記ステータの外周と前記開口部を通る第２の流路と、
   前記第１の流路と前記第２の流路とを接続し、かつ前記羽根車の出口部に配置される接続部とを備え、
   前記第２の流路は、前記接続部よりも前記軸方向の下流に位置し、前記開口部の開口面積は、前記接続部の流路断面積以上の大きさである
   ことを特徴とする電動送風機。
4. 前記接続部の流路が前記ステータの外周から前記第１の流路にかけて、半径方向にあるか、または、前記羽根車側へ傾斜している
   ことを特徴とする請求項１または請求項３に記載の電動送風機。
5. 前記接続部の流路と前記第１の流路が接続される、前記軸流ディフューザの前記接続部の上下流のハブ面は、同一半径または下流側のハブ面の半径が小さい
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちの何れか１項に記載の電動送風機。
6. 前記接続部の流路は、前記電動機部を覆うモータハウジングの内壁に形成されている
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちの何れか１項に記載の電動送風機。
7. 請求項１から請求項３のうちの何れか１項に記載の前記電動送風機を備えた電気掃除機。

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