JP2852106B2

JP2852106B2 - 電気掃除機及び電動送風機

Info

Publication number: JP2852106B2
Application number: JP2190540A
Authority: JP
Inventors: 幸司岩瀬; 繁則佐藤; 正郎砂川; 久則豊島
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-07-20
Filing date: 1990-07-20
Publication date: 1999-01-27
Anticipated expiration: 2014-01-27
Also published as: EP0467557B2; KR920002084A; EP0602007B1; DE69127832D1; EP0467557A1; EP0602007A2; JPH0481600A; EP0602007A3; EP0467557B1; DE69105845D1; DE69127832T2; KR0180742B1; DE69105845T2

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は家庭用電気掃除機及び掃除機に用いられる送
風機に係り、特に吸込仕事率が大きく、騒音を低減する
のに好適な家庭用電気掃除機及び送風機に関する。

〔従来の技術〕

従来の電気掃除機の騒音を低減する装置としては、特
開昭58−169426号公報に記載のように、電動送風機の排
気流を整流筒内に通し、整流筒内に設けた吸音材によ
り、排気口からでる騒音を低減しようとするものがあ
る。また、特開昭60−100928号公報に記載のように電動
送風機を覆う電動送風機ケースを設けて、掃除機本体と
弾性支持したものがある。

一方、従来の家庭用電気掃除機に用いられる電動送風
機では特開昭59−74396号公報に記載されているよう
に、羽根車の入口部では、側板を子午面から見て側板外
周側から連続した曲線で、しかも、羽根車の内径に比し
て大きな半径を持つ曲線で構成されていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の電動送風機では特開昭59−74396号に示される
ように、遠心型送風機の一種でデイフユーザ翼，戻り案
内翼等の構成は、大型の送風機・圧縮機等のそれらと似
ているが、電気掃除機用の電動送風機では大きさ，形状
等に特に制約がある。通常の遠心送風機・圧縮機では、
羽根車から吐出される流れが円周方向に対してなす角度
は10度から30度程度の値であり、従つて、デイフユーザ
翼の入口角もこの値にあわせて設計される。しかし、電
気掃除機用の電動送風機は低比速度（対回転数に対して
圧力が高い割に流量が少ない）であり、一般に羽根車の
出口幅は小さく設計されるが、羽根車の出口幅を小さく
すると羽根車内の摩擦損失が大きくなるので、羽根幅と
羽根出口角を比較的大きくしている。このため、家庭用
の電気掃除機に用いられる電動送風機では、羽根車の出
口絶対流れ角が６度程度で設計され、デイフユーザの入
口角は５度程度までのものがある。

この従来技術では、電動送風機を小型で回転数を抑え
るようにデイフユーザの入口角を小さくして、羽根車の
圧力係数を大きくするように設計がなされていた。この
圧力係数をさらに大きくするためには羽根車の出口の絶
対流速を上げる必要がある。これには、２つの方法があ
る。例えば、羽根幅を大きく、羽根出口角を同じにして
出口絶対流速を上げる方法、もう１つは、羽根幅を薄く
して羽根出口角を大きくする方法がある。前者の方法
は、羽根車の相対速度が低下するので羽根車内の前擦損
失が低下するが羽根車出口の絶対流れ角が小さくなり、
従来の６度程度のデイフユーザ入口角では設計風量点に
おいて、羽根車出口の絶対流れと角と合わなくなり、デ
イフユーザの効率は設計点の風量より大風量で最大とな
り高効率を維持することは難しい。さらに、小風量側で
は効率が著しく低下すると共にサージングが発生し易く
なるという問題があった。後者の方法は、翼間流路の幅
が小さくなるので羽根車内の流速が大きくなり摩擦損失
が増え、羽根車の効率が低下するという問題があつた。
また、圧力係数を同一にして高出力化を図るには羽根車
径を大きくする、又は、回転数を高くする方法があるが
電動送風機が大きくなるとか、回転数の増加に伴い騒音
の増大や電動機の寿命など信頼性の低下をきたすという
問題があつた。

本発明の第１の目的は、吸込仕事率の大きい電気掃除
機を提供することにある。

本発明の第２の目的は、電気掃除機の吸込仕事率を高
め得る電動送風機を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記第１の目的は、電動機の回転軸に対して固定され
た羽根車と、この羽根車と前記電動機の間に設けたディ
フューザベーンとリターンガイドベーン及び羽根車を覆
うファンケーシングを備えた電動送風機によって、本体
内の集塵部に集塵する電気掃除機であって、前記ディフ
ューザベーンの入口内径をD₃、幅をb₃、ベーンの枚数を
Z_vd、スロート幅をws、ディフューザ入口角をβ_３とし
て、スロートの全面積とディフューザ入口の実面積の比
（（Z_vd・b₃・ws）／（π・D₃・b₃・sinβ_３））を1.75
以上、3.5以下とすることにより達成される。

また上記第１の目的は、電動機の回転軸に対して固定
された羽根車と、この羽根車と前記電動機の間に設けた
ディフューザベーンとリターンガイドベーン及び羽根車
を覆うファンケーシングを備えた電動送風機によって、
本体内の集塵部に集塵する電気掃除機であって、前記デ
ィフューザベーンの入口角を１度から４度に設定し、前
記ディフューザベーンの入口内径をD₃、幅をb₃、ベーン
の枚数をZ_vd、スロート幅をws、ディフューザ入口角を
β_３として、スロートの全面積とディフューザ入口の実
面積の比（（Z_vd・b₃・ws）／（π・D₃・b₃・sin
β_３））を1.75以上、3.5以下とすることにより達成さ
れる。

また上記第２の目的は、電動機の回転軸に対して固定
された羽根車と、この羽根車と前記電動機の間に設けた
ディフューザベーンとリターンガイドベーン及び羽根車
を覆うファンケーシングを備えた電動送風機であって、
前記ディフューザベーンの入口内径をD₃、幅をb₃、ベー
ンの枚数をZ_vd、スロート幅をws、ディフューザ入口角
をβ_３として、スロートの全面積とディフューザ入口の
実面積の比（（Z_vd・b₃・ws）／（π・D₃・b₃・sin
β_３））を1.75以上、3.5以下とすることにより達成さ
れる。

また上記第２の目的は、電動機の回転軸に対して固定
された羽根車と、この羽根車と前記電動機の間に設けた
ディフューザベーンとリターンガイドベーン及び羽根車
を覆うファンケーシングを備えた電動送風機であって、
前記ディフューザベーンの入口角を１度から４度に設定
し、前記ディフューザベーンの入口内径をD₃、幅をb₃、
ベーンの枚数をZ_vd、スロート幅をws、ディフューザ入
口角をβ_３として、スロートの全面積とディフューザ入
口の実面積の比（（Z_vd・b₃・ws/π・D₃・b₃・sin
β_３））を1.75以上、3.5以下とすることにより達成さ
れる。

〔作用〕

スロートの全面積とディフューザ入口の実面積の比を
1.75以上、3.5以下としたことにより、ベーン枚数とス
ロート幅の最適化が図られる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図から第10図により説
明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す電気掃除機の縦断
面図、第２図は、第１図においてＡ方向から見た横断面
図、第３図は、第１図においてＤ方向から見た縦断面
図、第４図は第１図においてＢ方向からみた横断面図で
ある。

掃除機本体１は、上ケース2,下ケース３により構成さ
れ、下ケース３の下方には下ケース３と回動自在に取付
けた車輪台４、前方には集塵フイルター５を交換するた
めの開閉自在な集塵室蓋32、上ケース２の上面には持ち
運ぶためのハンドル70を有している。掃除機本体１の内
部には、電気掃除機の駆動源として、機械的なブラシの
ない制御応答性の良いインバータ駆動のブラシレス電動
送風機７を内蔵する電動送風機室8,集塵フイルター５を
収納する集塵室９、電源を供給する電源コード10を巻き
取るコードリール11、および棚用吸い口12を収納する付
属部品収納室13が設けられている。

電動送風機室８は、電動送風機ケース16,17で構成さ
れる第１のケースで形成される。電動送風機ケース16の
側面部15は略円筒状に構成され、その反フアン側部の中
心近くにブラシレス電動送風機７を支持する支持部14a
が形成されている。その支持部14aの内周側は電動送風
機ケース16の１部として凸面状の曲面14で形成されてい
る。その支持部14aの外周側は、凹面状の曲面で形成さ
れ、側面部15の内周とで第１のケースに内蔵する吸音材
18を保持している。一方、電動送風機ケース17の側面部
も略円筒状に構成され、ブラシレス電動送風機７の吸気
側に環状の支持部17bが形成されている。側面部から支
持部17bまでを凸面状の曲面で構成し、その内側にブラ
シレス電動送風機７を支持する環状のリブ17aが形成さ
れ、このリブ17aの外周側凸面状の曲面の内周側とで吸
音材18を保持している。

ブラシレス電動送風機７は、両側を防振ゴム36,防振
ゴム37を介して電動送風機室８内で防振支持し、回転振
動音が電動送風機ケース17に直接伝わらないようにして
いる。電動送風機ケース16,17は、それぞれ防振ゴム68,
防振ゴム69を介して、排気ダクトカバー22と仕切板63と
に支持される。このような構成によりブラシレス電動送
風機７で発生した回転振動音を効果的に低減できる。ま
た、ブラシレス電動送風機７からの排気は２カ所の尾管
38を通すことにより、ブラシレス電動送風機７自体の騒
音レベルを低減できる。

電動送風機室８は、第２図で示すように、下ケース３
内にリング状に構成された排気ダクト室19と滑かな曲面
の排気管により接続されており、排気ダクト室19の底面
側には電動送風機室８と同様に、内側に吸音材20が取り
付けられている。また、電動送風機室８の排気部には、
排気風量を最適に調節して排気音を低減するための、絞
り部21が電動送風機ケース16と一体に構成されている。
排気ダクト室19は、下側を下ケース３で、上側を排気ダ
クトカバー22で構成され、排気空気を下ケース３に設け
られた中間排気口24から下方の車輪台４の内側に排気し
ている。下ケース３と車輪台４とは回動軸23を中心に回
動自在に取付けられており、車輪台４には、４カ所のキ
ヤスター取付部25が設けられ、キヤスター軸26を回動中
心としてキヤスター27の回動が自在になるように構成さ
れている。その外周には家具等への傷付きを防ぐための
バンパー28をを取付けている。又、下ケース３の下方に
は、複数個（通常は３から４個）の車輪29が設けられ、
車輪台４の内面上をギヤツプをもつて下ケース３が回動
できるように構成している。また、この下ケース３と車
輪台４とのギヤツプ空間を、中間排気口24から排出され
た排気流の分散排気室30として活用しており、排気口76
を通つて排気空気が外部へ排出される。

集塵室９は、第３図で示すように略円筒状の映塵ケー
ス（第２のケース）と集塵蓋カバー６の内側にある集塵
蓋32により構成されている。集塵ケース31の側面部は、
第３図に示すように４個の大きな曲率半径を持つ外周側
に凸な曲面と、その曲面を連結する４個の小さな曲率半
径を持つ外周側に凸な曲面から形成されており、ブラシ
レス電動送風機７の方向には円錐状のテーパ部と環状の
突起部78を有している。また、集塵ケース31の壁面は外
周側がアルミであり、内周側がプラスチツクの２層のも
ので形成されている。集塵蓋32には、集塵蓋32の中心よ
り上方に吸気ホース取付口62aが設けられ、その取付口6
2aの周囲は凸面状の曲面で構成されている。

集塵室９は、その内側に、高性能フイルター、すなわ
ち、0.3μｍ程度の塵埃を99％以上まで捕集可能なミク
ロフイルター33と、一部をフイルターとした箱状のフイ
ルターケース58と、この内側に収納される集塵フイルタ
ー５とを有している。フイルターケース58の吸い込み側
外周には機密パツキン34が設けられており、集塵室蓋32
と集塵ケース31に当接させることにより吸気した空気を
封止している。また、集塵ケース31の突起部78には、突
起部78を覆うように形成した防振ゴム35を嵌着させて、
電動送風機ケース17の環状の支持部17bの内周に当接さ
せ、集塵室９の空気洩れを防ぐようにしている。

ブラシレス電動送風機７の端部には、回転子39の回転
数を検知するための位置検出部40を設けている。この部
分に細塵が侵入すると位置検出の信頼性が低下するた
め、本実施例の場合には、ブラシレス電動送風機７の吸
気側にミクロフイルター33を配置して、位置検出部40へ
の微細塵の侵入を防止している。集塵蓋カバー６内に
は、ホース62を回転自在に取付支持するホース差込口41
が設けられ、気密パツキン（吸込口）42を介して集塵室
蓋32と気密をとつている。また、集塵蓋32に取付けた気
密パツキン（フイルター）43で集塵室蓋32と紙袋フイル
ター５の当板部44の気密をとつている。

次に、電気部品関係について説明する。第５図に本実
施例において使用される全体回路図を示す。第５図にお
いて、交流100v電源44からの交流電圧は、コンデンサ45
とリアクトル46で構成する力率改善部47,ノズルフイル
ター48を通したのち、整流回路49で整流され、平滑用コ
ンデンサ50により平滑にされてインバータ回路51に直流
電圧200vが供給されるようになつている。ブラシレス電
動送風機７は、２極の永久磁石から成る回転子39と、三
相の固定子巻線を有している。ブラシレス電動送風機７
の速度制御は、回転子39の回転数を検出する位置検出器
40,インバータ回路51のトランジスタを駆動するベース
ドライバー52および、位置検出部40より得られた検出信
号に基づいてベースドライバー52を駆動するマイクロコ
ンピユータ53とからなる主要構成要素によつて行なわれ
る。マイクロコンピユータ53は制御部54に収納され、こ
の制御部54は、実際の使用者が操作する起動スイツチ、
吸口（図示せず）に設けた回転ブラシ（図示せず）の起
動を操作するスチツチ等を含む手元操作回路55とつなが
つている。ブラシレス電動送風機７は、固定子巻線に流
れる電流によって電動機の出力トルクが決まるので、印
加電流を変えれば出力トルクを可変にできる。すなわ
ち、印加電流を調整することにより、電動機の出力トル
クを連続的に任意に変えることができる。又、インバー
タの駆動周波数を変えることにより回転速度を自由にか
えることができる。

次に、各電気部品の掃除機本体１への実装について説
明する。力率改善用のコンデンサ45と平滑用コンデンサ
50は、円筒形状のものが適用されており、第２図に示す
如く端子側を上向きにして、金属ケース57内にテープ56
で固定されて収納されている。インバータ回路51は、モ
ジユール化し集塵ケース31に直接固定している。ここ
で、集塵ケース31は、金属ケースとして、内側（フイル
ターケース58側）をプラスチツク材で電気絶縁処理を施
している。又、インバータ回路51は、内部損失による発
熱量を多く、冷却する必要があるため、集塵ケース31自
体を冷却フインとして使用している。すなわち、集塵ケ
ース31は、常に吸気により冷却されるのでこの冷却作用
を利用している。また、集塵ケース31内を電気絶縁処理
するのは、フイルターケース58がミクロフイルター33の
メンテナンス等のために集塵ケース31と着脱自在に構成
しているためで、インバータ回路51と集塵ケース31とは
一次的に電気絶縁しているものの、万一に備え、これを
二重に絶縁するためである。力率改善用のリアクトル46
は、単品での重量が重いため、下ケース３の回動軸23上
で、平面方向から見て掃除機本体１の略中央部の最も安
定して強固に支持できる箇所に配置している。ノイズフ
イルター48及び整流回路49は、一つの基板にまとめ電源
基板59とし、ベースドライバー52（基板化している）と
を、第４図に示す如く、基板上の部品同志が相対するよ
うに組み合わせて、金属ケース60内に収納している。こ
こで、金属ケース60内に収納するのは、電波障害となる
ノイズ発生を抑制するためである。マイクロコンピユー
タ53を含む制御部54は、集塵室８上方に配置している。
尚、コードリール11及び制御部54は、仕切板63に搭載
し、上方をリールカバー64で保護している。制御部54側
のリールカバー64上には、吸込力の程度を表示するLED
点灯式のパワーインジケータ67が設けられている。

次に、以上説明してきた電気掃除機内の空気の流れに
ついて説明する。各図に白抜きの矢印で空気の流れを示
した。吸込気流は、塵埃と共にホース差込口より集塵室
８に流入し、集塵フイルター５とフイルターケース58と
で塵埃を濾過したあと、フイルターケース58のミクロフ
イルター33を通過し、0.3μｍ程度の微細塵が99％以上
取り除かれた状態で第８図に示すように、電動送風機ケ
ース17に安全保護のために設けた保護リブ71間を通つて
ブラシレス電動送風機７内にはいる。ブラシレス電動送
風機７から排出された空気は、尾管38を通つたのち、電
動送風機室８内に入り、内貼した吸音材18により減音さ
れた後、排気ダクト室19へ滑らかに導かれる。ここで、
第２図に示すように、尾管38はブラシレス電動送風機７
に２カ所取付ており、電動送風機室８の排気出口72の近
傍からは一部の排気が排気ダクト室19へ直接導かれる
が、その他の排気は電動送風機室８内を時計回りに流れ
る形で吸音材18によつて効果的に吸音される。排気出口
72の近傍から一部の排気空気を排気ダクト室19へ直接導
く際の風量は、ブラシレス電動送風機７の性能と電動送
風機室８の容積によつて決まるので、ブラシレス電動送
風機７の性能が高く、排気風量が多い場合には、排気空
気全体を時計回りに流すと、排気風速が上がつてしま
い、吸音材18による吸音効果が減つてしまう場合がる。
この場合は、一部の排気を直接排気ダクト室19へ導くよ
うに構成し、全体の排気空気の風速を下げて、吸音材18
による吸音効果を高めて全体の騒音レベルを下げるよう
にするのが良い。また、ブラシレス電動送風機７の性能
が高く、排気風速が高い以合でも、電動送風機室８の容
積を大きくすれば、排気空気の風速を適当なものとでき
るので、排気空気全体を時計回りに流して吸音材18によ
り効果的に吸音できる。但し、この時は電動送風機室８
の容積を大きくする程、掃除機本体１の寸法が大きくな
るため取扱性が低下することになるで、ブラシレス電動
送風機７の性能と電動送風機室８の容積のバランスを考
慮して一部の排気空気を直接排気ダクト室19へ導くよう
にし、その風量を適切に決めるのが良い。このことを実
現するため排気出口72には、電動送風機ケース16と一体
に形成した絞り部21を設け、この高さを適切に設定する
ことにより、排気ダクト室19へ導かれる排気空気の風速
を最適に調節できる。電動送風機室８から排気ダクト室
19への流路は、第５図で２点鎖線で示すように、電動送
風機ケース16,17に形成した比較的大きな曲率半径をも
つた排気流路接続部73で滑らかな流路となる様に構成さ
れている。排気ダクト室19は下ケース３と第６図に点線
で示す排気ダクトカバー22で構成されているが、これに
流れ込んだ排気空気は、円環状の案内リブ61に沿つて下
ケース３上を回り、吸音材（底面）20によつて充分吸音
された後、第７図に示すように中間排気口24へ、排気ダ
クトカバー22と下ケース３により構成した大きな曲率半
径をもつた案内部74により滑らかに排出され、中間排気
口24より車輪台４の分散排気室30へ流入する。ここで、
中間排気口24には、金網などの素材の整流ネツト75を設
けており、これによつてスムーズに排気流を分散排気室
30へ導くことができる。分散排気室30からは下ケース３
と車輪台４との空間に沿つて掃除機本体１の全周に設け
た排気口76より外部へ排気されるが、排気口76が全周に
設けられているため、低風速となり、床面の塵埃をまき
上げることは最小に抑えることができる。

以上のように、ケースを曲面で形成しているので、次
のような作用・効果がある。

まず、壁面からの騒音の透過について説明する。壁の
透過損失をTL、壁への入射音圧をPi、壁への透過音圧を
Ptとすると、壁の透過損失TLは、 TL＝10log［|Pi|²/|Pt|²］ …（１）で表される。

角周波数をω、空気の密度をρ、音速をｃ、壁のイン
ピーダンスをＺ（ω）とすると、入射音圧Piと透過音圧
Ptの比は、 Pi/Pt＝１＋Ｚ（ω）／（２ρｃ） …（２）で表される。

この壁のインピーダンスＺ（ω）は、壁の内圧に対す
る剛性をSp、壁の単位面積当りの密度（面密度）をｍ、
壁のダンピングを2rとすると、Ｚ（ω）＝2r＋ｊωｍ＋Sp/jω …（３）で表される。この剛性Spは円筒形状と、球の場合には解
析的に解かれていて、材料のヤング率をＥ、重力加速度
をｇ、壁の板厚をｔ、壁の曲率半径をＲとした時には、
それぞれ（４），（５）式のようになる。

Sp＝Egt/R² （円筒の場合） …（４） Sp＝2Egt/R² （球の場合） …（５）このように、壁からの騒音の透過量を低減するには、
壁の面密度を大きくするとか、壁を曲面で構成し、その
曲率半径を小さく、材料のヤング率を大きくすれば良い
ことが分かる。低周波数域では上式で明らかなように、
壁を曲面で構成することが効果的である。電気掃除機で
は、騒音として大きいのは、500から200Hzの周波数帯域
であり、特にこの周波数帯域を低減するには壁面を曲面
で構成することが効果的である。

電気掃除機では本発明の壁面はプラスチツクの板厚が
たかだか2mmから3mmで構成される。このため、透過音の
低減のために２重壁を用いるが、２つの壁の間隔はたか
だか20mm以下であるので、500から2000Hzの周波数帯域
が透過しやすくなつてしまう。500から2000Hzの周波数
帯域では、壁面に平面部があるとその部分からの透過音
が大きく、その部分によつて、全体の騒音が決定され易
い。

このため、本実施例では、壁面の形状を曲面形にし
て、500から2000Hz帯域の掃除機で最も騒音の高い周波
数帯域を上記した作用で低減するものである。また、電
動送風機で発生した振動を防振ゴムとか弾性体で防振す
ることにより、２重防振の効果を得ている。

特に、本実施例の場合、反フアン側の支持部の内側を
球面状とし、側面側を略円筒面として、フアン側を支持
部の所まで外周側に凸面に構成しているので、それぞれ
のほとんどの曲率半径は100mm以下となつており、板厚2
mmのプラスチツク材で構成しているので、1500Hz以下の
周波数では透過損失に剛性項の影響が現われ、1500Hz以
下の周波数での透過音が大幅に低減する。また、曲率半
径の小さい部分ではその透過音の低減効果も大きいの
で、本実施例では透過音が比較的大きいのは側面部分に
限られる。

又、本実施例では、集塵ケース31のほぼ全面をプラス
チツクとアルミの２層の部材で構成し、外周側に凸面と
し、特に、0.5mmのアルミ板を用いたのでその最大曲率
半径を300mmと大きくしても、2kHz以下の周波数での透
過損失に剛性項の影響が現われ、1500Hz以下に周波数で
の透過音を大幅に低減できる。また、アルミの部分の剛
性が主であるので、集塵室９内の圧力が−20kPa以下と
低くなつても剛性を保つことができ、従来に比して軽量
に壁面を構成できる。

なお、本実施例では、アルミとプラスチツクで説明し
たが、他の金属部材とプラスチツク複合材との２層の部
材でも良い。

又、本実施例では、電動送風機ケースをプラスチツク
で構成しているが、これをアルミ等の金属とプラスチツ
ク複合体で構成してもよく、このようにするとさらに透
過音を低減する効果が得られる。

又、集塵塵蓋32のホース取付口62aを集塵室蓋32の上
方に取付けているので、集塵フイルター交換時に集塵フ
イルター内部に収集された塵埃がこぼれにくい。また、
これによつて、ホース62からの吐出噴流と壁面との距離
が短くなり、壁面への噴流の衝突速度が大きくなり、ダ
ニの死滅率を高めることができる。

集塵ケース31のフアン側に突起部をもうけ、電動送風
機ケース16の突起部の内側で弾性体を介して第１のケー
スと第２のケースを弾性的に支持したので、支持部の周
長を短くでき、空気の漏れ量の低減に効果がある。さら
に、電動送風機７からの振動は２つの弾性体を介して伝
搬するので、回転振動音が低減される。

又、集塵ケース31のフアン側の突起部を覆うように防
振ゴムを構成したので、電動送風機ケース16部への集塵
ケース31の押し込み時に防振ゴムが位置ずれを起こすこ
ともなく、空気の流れが異常に増えたり、振動が伝わり
易くなるのを防止できる。

また、電動送風機ケース16から、排気ダクトを長く、
かつ、その断面をほぼ一様に構成し、内部に吸音材を配
置したので、排気口からの騒音も十分に低減でき、上述
の透過音，振動音の低減効果と合わせ、電気掃除機の騒
音を著しく低減できる。

電動送風機ケース16内の吸音材を電気送風機ケース16
の側面部と反フアン側は支持部外周の凹面部と、フアン
側は電動送風機７を支持する環状リブと凸面とで保持し
たので、吸音材をケースに貼付る必要が無く、製作が極
めて簡便となる。

電動送風機７を防振ゴムを介して電動送風機ケース16
に支持し、その電動送風機ケース16を防振ゴムを介して
掃除機本体に支持したので、電動送風機から掃除機本体
への振動伝達率を著しく小さくでき、回転振動音を大幅
に低減できる。

次に、電動送風機７について第９図および第10図によ
り説明する。第９図は電動送風機の一部断面を含む正面
図である。電動送風機は送風機80と電動機79とから構成
されている。電動機79のハウジング81の内部には、回転
軸82に固定されたロータ83と、両側にコイル84a,84bを
有するステータ85とが配設されている。ハウジング81の
端面中央には軸受保持部81aが形成され、この軸受保持
部81aに回転軸82の一端を軸支する軸受86aが設けられて
いる。また、ハウジング81の端面に排気口81bが形成さ
れている。ハウジング81の端面の反対側にエンドブラケ
ツト87が設けられ、このエンドブラケツト87を介して送
風機80と電動機79が接続されている。

エンドブラケツト87は、その中央の軸受保持部87aと
外周の平面部87bとから構成され、平面部87bには、送風
機80からの空気を電動機79内へ導入するための吸気口88
が形成されている。軸受保持部87aに回転軸82の他端を
軸支する軸受86bが設けられている。またエンドブラケ
ツト87にはデイフユーザ89が配置され、その上流側に遠
心型羽根車90がナツト91により回転軸82に固定されてい
る。そして、遠心型羽根車90およびデイフユーザ89は、
エンドブラケツト87の外周に圧入固定されたフアンケー
シング92に覆われている。なお、フアンケーシング92の
中央部には吸込口93が形成されている。

デイフユーザ89は、遠心型羽根車90の外周延長上に形
成された複数のデイフユーザベーン96と、その背面側に
形成された戻り案内羽根95とから構成され、戻り案内羽
根95はエンドブラケツト87とともに空気流を吸込口88ま
で導く戻り案内通路を形成している。

次に、本実施例に示した電動送風機についてその動作
を説明する。電動機79を駆動して羽根車90を回転させる
と図中の矢印で示すように、吸込口93からフアンケーシ
ング92内へ空気が流入し、空気流は羽根車90から吐出さ
れてデイフユーザベーン96間を通過し、その外周部で流
れ方向が変換され、更に戻り案内通路を通過した後、吸
気口88を介してハウジング81内へ導入される。ハウジン
グ81内へ導入された空気流は、ロータ83を冷却するとと
もにステータ85とハウジング81内面とで形成される空気
通路を通り、コイル84a,84bを冷却してハウジング81外
周上の排気口81bから外気へと排出される。

第10図に遠心型羽根車90の形状を示す。羽根車90は複
数のベーン96と側板97,主板98で構成され、ベーン96に
３つの突起が設けられていて、側板97と主板98に設けら
れた穴に嵌合し加締られて、それぞれが固定される。側
板97の外径側の子午面形状は直線状になつており、加締
99より内側は丸み部97bを有するように形成されてお
り、この丸み部97aの曲率半径はベーン入口径の0.7とな
つている。また、フアンケーシング92の内径側には折り
曲げ部92aが設けられ、羽根車90の丸み部97aとの間に隙
間100が形成される。

吸込口93から入つた気流は羽根車90で昇圧されるが、
羽根車90より出た空気流の一部は羽根車90の入口と出口
の圧力差により、羽根車90とフアンケーシング92との間
を通つて再び羽根車90に流入する。このため、羽根車90
はこの漏れ流れに対しても仕事をするので、漏れ流量が
大きいと電動送風機の大幅な性能低下を引き起こすが、
隙間100の長さを側板97の板厚より大きくしているの
で、漏れ流れに対しての摩擦損失を大きくすることがで
き、漏れ流量を低減できる。

また、漏れ流れの方向は軸と平行になつていて、この
部分では主流も軸と平行であるので、漏れ流れが主流に
対して悪影響を与えずに、さらに、丸み部の曲率半径も
大きいので、主流が側板97からの剥離も小さい。

本実施例と同じ形状で、流れのレイノルズ数を合わせ
て、水流にて可視化実験した結果では、従来例として第
11図に示した形状では羽根車の側板側では流れが剥離し
ているが、第12図に示すように、本実施例の如く丸みの
半径とベーン入口幅との比を0.5としたものでは流れが
側板に付着していることが分つた。これによつて、回転
数と羽根数の積の周波数で発生する騒音を小さく抑える
ことができる。また、羽根車の入射損失も増大すること
が無い。

側板97は外周より加締99までは子午面で見て直線に構
成し、ベーン96の高さは入口，出口ではほとんど差が無
い。このため、ベーン96は円周方向では曲線となつてい
るものの、ベーン96の突起を加締る際に、それぞれの加
締部に均一の力が加わる。このため、加締部に加えられ
た力による側板97と主板98の変形が押さえられる。この
ため、ベーン96と側板97と主板98との隙間が生じにくく
なり、ベーン96の圧力面と負圧面との漏れ流れが抑制さ
れる。又、側板97と主板98の面振れが少なくなるので、
アンバランスを生じにくくなり、回転数の周波数の騒音
が低下する。

本実施例のように、電動送風機内の羽根車において、
側板の入口部を子午線より見たときに丸みを設け、か
つ、ブレードの加締位置より外側を子午線より見たとき
略直線状としたものであり、丸み先端をファンケーシン
グとラップさせ、丸みの半径とブレード入口幅との比を
0.5から1.0とすることにより、以下のような作用効果を
得ることができる。ファンケーシングと側板の重なり部
の長さを長くすることができ、漏れ流れへの摩擦損失を
大きくすることができ、漏れ流量を低減できる。また、
流れ方向が主流と同じ方向になるので、主流が側板から
剥離しにくくなる。また、流れが軸方向から流入して半
径方向に方向転換するときに側板から剥離しにくくな
る。上記のように、剥離の無い流れが、羽根車のブレー
ドに流入するので、入射損失を小さく抑えるとともに、
騒音の増大を防ぐことができる。

本発明の他の実施例を第13図に示した送風機の部分断
面図によつて説明する。

側反97の外径側は子午面形状では直線状になつてい
て、加締99より内側から丸み部97aを有し、更に丸みの
先端から軸方向に円筒状の突出し部97bが設けられてい
る。また、フアンケーシング101の内径側には折り曲げ
部101aが設けられ、羽根車90の丸み部97aとの間に隙間1
00が形成される。隙間100の長さを側板97の板厚より大
幅に大きくしているので、漏れ流れに対しての摩擦損失
をより一層大きくすることができ、漏れ流量を大幅に低
減でき、電動送風機の効率を改善できる。

第14図及び第15図はベーン付きデイフユーザ89を電動
送風機の吸込口93の方向から見た図を示している。第14
図に示されるデイフユーザ入口角β_３は３度で、スロー
ト幅wsは2.2mmであり、デイフユーザ内径に比して0.02
である。ベーン94の先端の丸みの半径は0.5mmである。
羽根車90から吐出した気流はベーン付きデイフユーザ89
の半開部で減速された後に、さらにベーンとベーンに挾
まれた流路で減速される。本実施例では上記のように構
成されているので、羽根車の吐出速度を大きくでき、羽
根車の周速の0.8倍程度と大きくしている。これによつ
て、羽根車を小型化している。本実施例と同じ羽根車を
用いて、デイフユーザ入口角β_３を変えたときの電動送
風機の効率差を第16図に示す。デイフユーザ入口角β_３
が５度の場合の効率を基準に図示したものである。デイ
フユーザ入口角β_３が２度より小さいときに、半開部の
長さが長くなりすぎ摩擦損失が増大し、効率が低下して
いる。デイフユーザ入口角β_３が３度以上では吐出流れ
の角度と合わなくなり性能が低下している。以上のよう
に、デイフユーザ入口角β_３が２度から３度では従来の
５度に比して約２％効率が高く、また、この周辺の角度
１度〜２度及び３度〜４度の範囲でも１％効率が高い。

また、スロート幅wsを変えたときの電動送風機の効率
を第17図に示す。スロート幅wsがデイフユーザ内径に比
して0.017以下では半開部での減速が十分ではなく、ベ
ーンとベーンに挾まれた流路での減速が大きくなり、こ
の部分での流れが剥離して効率が低下している。また、
スロート幅wsがデイフユーザ内径に比して0.025以上で
は半開部での減速が大き過ぎて流れが著しく偏つてベー
ンとベーンに挾まれた流路に流入するので、効率が低下
している。本実施例のようにスロート幅wsがデイフユー
ザ内径に比して0.02では効率が高い。また、羽根車18よ
り吐出された気流の流れ角度が小さので、羽根車90より
吐出された気流がデイフユーザ89に入るまでに長い距離
を通過するので、デイフユーザの内径を第14図のように
小さくでき、羽根なしデイフユーザの損失を低減でき
る。また、羽根車の出口での相対速度を小さくできるの
で、騒音を低減できる。

第18図にスロートの全面積とデイフユーザ入口の実面
積との比（Z_vd・b₃・ws/π・D₃・b₃・sinβ_３）を変え
たときの電動送風機の効率差を示す。スロート幅の全面
積とデイフユーザ入口の実面積との比が1.75以下では、
デイフユーザのベーン枚数が多くなるためスロート幅が
狭くなり小風量においてはサージングを生じ、大風量に
おいては圧力損失の増大を生じて作動範囲が狭くなる傾
向があつた。また、スロートの全面積とデイフユーザ入
口の実面積との比が3.5以上では、デイフユーザ89のベ
ーン枚数が少なくなるなどして羽根車のブレード枚数と
の干渉を生じ易くなつてピーク音を発生し、騒音レベル
が増大する欠点があつた。本実施例のようにスロート幅
の全面積とデイフユーザ入口の実面積との比が2.1では
効率が高い。

第19図に本発明の他の実施例を示す。デイフユーザは
互いにその一部が重なるようにして通路を形成してい
る。ベーン94の先端に丸みを付け、先端部にはテーパが
設ケてあり、このテーパ形状によりスロート幅wsを最適
範囲に確保することができる。また、設定風量付近では
羽根車90より吐出された流れがベーン94に沿つて流れる
が、低風量側では図の矢線の如く半開部においてデイフ
ユーザベーンの負圧面側で剥離が生じるが、隣接するベ
ーンの圧力面側のテーパ部により流れが強制的に方向修
正されるので剥離した流れを緩和できるのでサージング
発生領域がより一層低風量側へ移行できる。

第20図は、本実施例の電動送風機の風量と圧力（静
圧）との関係を示す実験結果で実線が本実施例のデイフ
ユーザを用いた場合である。破線が従来のデイフユーザ
入口角５度のデイフユーザを用いた場合を示すもので、
設計点の近傍にサージング発生領域があつたが、本実施
例の３度ではサージング発生領域がかなり小風量域に移
行させることができる。

上述の各実施例において、第１に電動送風機を包むケ
ースあるいは集塵室を包むケースとを曲面で構成してい
るので、特に1500Hz以下の周波数帯域の透過音を低減で
き、騒音を小さくできる効果がある。

又、部分的に壁面の材質をアルミ等の金属とプラスチ
ツク複合材で構成することによつて、剛性を保つことが
できるとともに、低周波数帯域での透過音をさらに低減
できる効果がある。又、２重のケースと２重の防振の効
果でもつて、電気掃除機の本体からの透過音と、振動音
をバランス良く低減できるので、排気音の低減策と組み
合わせて、小型で、軽量で、しかも、極めて低騒音の電
気掃除機を得ることができる。

第２に電動送風機を覆う第１のケースと塵埃室を覆う
第２のケースとの接続部を弾性体を介して弾性的に支持
することにより電動送風機の振動が第２のケースへ伝播
するのを軽減できるため、第２のケースからの放射音を
小さくできる。

又、吸音材をケース内に排気流路に安定に保持できる
ので、吸音効果を有効に作用させることができる。

又、送風機ケースに形成した絞り部の高さを適切に設
定することにより風量分布が適切に行え、風速を低下で
きるので吸音材の効果を有効に作用させることができ
る。

また、第４にデイフユーザ入口角β_３を１度から４度
と従来に比して小さくできるので、羽根車の出口流れ角
を小さく、かつ、出口速度を大きくすることができる。
また、羽根車の大きさが同じで出力を大きくすることが
できる。これによつて、送風機外径の大きさが同一とな
り、従来の電動送風機と互換性が保たれ、コスト的に有
利であるとともに電動送風機のコンパクト化がはかれ
る。

また、同じ出力を得るのに、小型で回転数を低く抑え
ることができる。これによつて、騒音を低減することが
できる。さらに、スロート幅wsをデイフユーザ入口内径
に比して0.017から0.025に設定することにより、掃除機
の仕様点での効率を高いまま維持できる。また、スロー
ト幅の全面積とデイフユーザ入口の実面積との比を1.75
から3.5としたことにより、デイフユーザベーン枚数と
羽根車のブレード枚数との干渉が避けられる。

第５に電動送風機の羽根車の入口流れの剥離を無く
し、かつ、漏れ流量を少なくすることができるので、電
動送風機の高効率化が図れ、かつ、羽根車の羽根数と回
転数の積の周波数の騒音を低減できる。また、羽根車の
側板と主板の面振れが低下するので、アンバランスを生
じにくく、回転数の周波数の騒音を低減できる。また、
羽根車のベーンの圧力面と負圧面との隙間が小さくなる
ので、ベーンの端からの漏れ流れを防止でき、電動送風
機の効率が上昇する効果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ベーン枚数とスロート幅の最適化が
図られるので、吸込仕事率の大きい電気掃除機、及び電
気掃除機の吸込仕事率を高め得る電動送風機を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す電気掃除機の縦断面
図、第２図は第１図においてＡ方向から見た横断面図、
第３図は第１図においてＤ方向の集塵ケースから見た縦
断面図、第４図は第１図においてＢ方向から見た横断面
図、第５図は本実施例で使用しているブラシレス電動送
風機を駆動するための駆動回路図、第６図は第１図にお
いて車輪台４を取り外して、Ｃ方向より見た下面図、第
７図は第６図におけるＥ−Ｅ線断面図、第８図は第１図
においてＦ方向から見た電動送風機ケースの正面図、第
９図は、電動送風機の一部断面を含む正面図、第10図は
送風機の縦断面図、第11図，第12図は送風機の形状を模
擬して可視化実験した結果の空気の流れを示す図、第13
図は本発明の他の実施例を示す送風機の縦断面図、第14
図及び第15図は第９図で示した電動送風機の送風機の平
面図、第16図はデイフユーザ入口角を変えたときの電動
送風機の性能結果を示す図、第17図はスロート幅とデイ
フユーザ内径との比を変えたときの電動送風機の性能結
果を示す図、第18図はスロート幅の前面積とデイフユー
ザ入口面積との比を変えたときの電動送風機の性能結果
を示す図、第19図は本発明の他の実施例を示す送風機平
面図、第20図は本実施例の空力性能結果を示す図であ
る。３……下ケース、４……車輪台、７……ブラシレス電動
送風機、８……電動送風機室、15……側面部、16,17…
…電動送風機ケース、18……吸音材、19……排気ダクト
室、20……吸音材（底面）、21……絞り部、22……排気
ダクトカバー、24……中間排気口、30……分散排気室、
61……案内リブ、72……排気出口、73……排気流路接続
部、74……案内部、76……排気口、79……電動機、80…
…送風機、89……デイフユーザ、90……遠心型他羽根
車、92……フアンケーシング、92a……折り曲げ部、94
……デイフユーザベーン、95……戻り案内羽根、97……
側板、97a……側板の丸み部、98……主板、99……加締
め部、100……隙間、β_３……入口角、ws……スロート
幅。

フロントページの続き (72)発明者豊島久則茨城県日立市東多賀町１丁目１番１号株式会社日立製作所多賀工場内 (56)参考文献特開昭60−173398（ＪＰ，Ａ) 特開昭53−49313（ＪＰ，Ａ) 特開平２−156920（ＪＰ，Ａ) 実開昭58−134698（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F04D 29/44

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電動機の回転軸に対して固定された羽根車
と、この羽根車と前記電動機の間に設けたディフューザ
ベーンとリターンガイドベーン及び羽根車を覆うファン
ケーシングを備えた電動送風機によって、本体内の集塵
部に集塵する電気掃除機であって、前記ディフューザベ
ーンの入口内径をD₃、幅をb₃、ベーンの枚数をZ_vd、ス
ロート幅をws、ディフューザ入口角をβ_３として、スロ
ートの全面積とディフューザ入口の実面積の比（（Z_vd
・b₃・ws）／（π・D₃・b₃・sinβ_３））を1.75以上、
3.5以下としたことを特徴とする電気掃除機。
【請求項２】電動機の回転軸に対して固定された羽根車
と、この羽根車と前記電動機の間に設けたディフューザ
ベーンとリターンガイドベーン及び羽根車を覆うファン
ケーシングを備えた電動送風機によって、本体内の集塵
部に集塵する電気掃除機であって、前記ディフューザベ
ーンの入口角を１度から４度に設定し、前記ディフュー
ザベーンの入口内径をD₃、幅をb₃、ベーンの枚数を
Z_vd、スロート幅をws、ディフューザ入口角をβ_３とし
て、スロートの全面積とディフューザ入口の実面積の比
（（Z_vd・b₃・ws）／（π・D₃・b₃・sinβ_３））を1.75
以上、3.5以下としたことを特徴とする電気掃除機。
【請求項３】電動機の回転軸に対して固定された羽根車
と、この羽根車と前記電動機の間に設けたディフューザ
ベーンとリターンガイドベーン及び羽根車を覆うファン
ケーシングを備えた電動送風機であって、前記ディフュ
ーザベーンの入口内径をD₃、幅をb₃、ベーンの枚数をZ
_vd、スロート幅をws、ディフューザ入口角をβ_３とし
て、スロートの全面積とディフューザ入口の実面積の比
（（Z_vd・b₃・ws）／（π・D₃・b₃・sinβ_３））を1.75
以上、3.5以下としたことを特徴とする電動送風機。
【請求項４】電動機の回転軸に対して固定された羽根車
と、この羽根車と前記電動機の間に設けたディフューザ
ベーンとリターンガイドベーン及び羽根車を覆うファン
ケーシングを備えた電動送風機であって、前記ディフュ
ーザベーンの入口角を１度から４度に設定し、前記ディ
フューザベーンの入口内径をD₃、幅をb₃、ベーンの枚数
をZ_vd、スロート幅をws、ディフューザ入口角をβ_３と
して、スロートの全面積とディフューザ入口の実面積の
比（（Z_vd・b₃・ws）／（π・D₃・b₃・sinβ_３））を1.
75以上、3.5以下としたことを特徴とする電動送風機。