JP4902718B2 - Centrifugal blower and vacuum cleaner - Google Patents
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Description
本発明は、電気掃除機などに好適に使用される遠心送風機および遠心送風機を備えた電気掃除機に関するものである。 The present invention relates to a centrifugal blower preferably used for a vacuum cleaner and the like and a vacuum cleaner provided with the centrifugal blower.
従来の遠心送風機は、ハブとシュラウドと隣接する2枚の翼とで囲まれる風路の断面は、軸方向寸法となるハブとシュラウドとの距離が周方向において一定であることが一般的である。しかしながら、風路内の流れは翼間で一定ではなく分布を有する。その分布に起因する剥離流れによって生じる騒音増加や送風効率低下といった送風性能低下を抑制するために、ハブまたはシュラウドを周方向に階段状に形成することによって、ブレードの圧力面側の出口幅を負圧面側の出口幅よりも小さくした遠心送風機がある(たとえば、特許文献1参照)。
その一方、シュラウド(側板とも呼ばれる)の曲率を周方向に変化させるようにした遠心送風機もある(たとえば、特許文献2参照)。
In the conventional centrifugal blower, the cross section of the air passage surrounded by the hub and the two blades adjacent to the shroud generally has a constant distance between the hub and the shroud in the circumferential direction. . However, the flow in the air passage is not constant between the blades and has a distribution. In order to suppress a decrease in blowing performance such as an increase in noise caused by the separation flow caused by the distribution and a decrease in blowing efficiency, the hub or shroud is formed in a step shape in the circumferential direction, thereby reducing the outlet width on the pressure surface side of the blade. There is a centrifugal blower that is smaller than the outlet width on the pressure side (see, for example, Patent Document 1).
On the other hand, there is a centrifugal blower in which the curvature of a shroud (also called a side plate) is changed in the circumferential direction (for example, see Patent Document 2).
しかし、特許文献1、2に開示された遠心送風機は空気調和機などのように比較的低静圧、高風量の用途に適用するものであり、電気掃除機などのように高静圧、低風量の用途に対しては騒音性能、送風効率において満足のいくものではなかった。特に、特許文献2のように圧力面側の風路高さを相対的に高く(特許文献2では曲率α1を小さく)すると、圧力面側へ流れが集中する。電気掃除機用などのより高静圧の遠心送風機では、翼出口(空気吐出口)の周方向速度分布が大きいと出口部における損失が顕著になる。また、翼外周にあるディフューザーの静翼への流入速度変動が大きくなり、騒音が大きくなる。
特許文献1では、圧力面側の風路高さ(出口高さも同様)を負圧面側よりも低くしているものの、この風路高さの高低関係は回転軸を中心とする円筒断面においてのみ考慮されているにすぎない。そのため、風路高さの高低差の程度によっては流路における速度分布や圧力分布に偏りが生じ、騒音が大きくなる場合がある。
However, the centrifugal blowers disclosed in
In
本発明は、上記のような課題に鑑み、空気調和機よりもはるかに高静圧、低風量の運転条件となる電気掃除機などに適用する遠心送風機において、騒音低減、送風効率向上を実現することを目的としている。 In view of the above-described problems, the present invention realizes noise reduction and air blowing efficiency improvement in a centrifugal blower applied to a vacuum cleaner or the like that has a much higher static pressure and lower air flow than air conditioners. The purpose is that.
本発明に係る遠心送風機は、電動機と、電動機の出力軸に結合されて回転駆動される羽根車と、羽根車を覆い中央部に空気を取り入れるベルマウスを有するファンカバーと、羽根車の外周に配置されたディフューザーとを備え、
前記羽根車は、前記電動機の出力軸に結合されたハブと、ハブに対向して配置され中央部に流体の流入開口部を有するシュラウドと、ハブとシュラウドとの間に回転方向に対して後ろ向きに配置され複数の流路を形成する翼とを備え、
回転中心を中心とする円筒断面における前記流路の軸方向高さが、シュラウドの内周端において最も高く、外周側に進むにつれて低くなり、内周端近傍および外周端近傍においては全周同じ高さであり、その間の流路断面では、圧力面側の軸方向高さが負圧面側の軸方向高さよりも低くなっているものである。
A centrifugal blower according to the present invention includes an electric motor, an impeller coupled to the output shaft of the electric motor and driven to rotate, a fan cover having a bell mouth that covers the impeller and takes air into a central portion, and an outer periphery of the impeller. With a diffuser arranged,
The impeller includes a hub coupled to the output shaft of the electric motor, a shroud disposed opposite to the hub and having a fluid inflow opening in the center, and a rearward direction with respect to the rotation direction between the hub and the shroud. And a wing that is arranged in a plurality to form a plurality of flow paths,
The axial height of the flow path in the cylindrical cross section centered on the center of rotation is the highest at the inner peripheral end of the shroud and decreases as it goes to the outer peripheral side, and is the same height around the inner peripheral end and the outer peripheral end. The axial height on the pressure surface side is lower than the axial height on the suction surface side in the flow path cross section in between.
本発明の遠心送風機は、流路内の流れが圧力面側に偏ることを抑制し、羽根車から吐出する流出開口部において、圧力面側から負圧面側にかけての圧力分布、速度分布の偏りを抑制するので空力音を低減するという効果がある。
また、回転する翼の後縁において圧力面側からの流れと負圧面側からの流れとの混合による損失を低減するので、必要な動力の低減すなわち送風効率の向上を実現することができる。
The centrifugal blower of the present invention suppresses the flow in the flow path from being biased toward the pressure surface side, and in the outflow opening that discharges from the impeller, the pressure distribution from the pressure surface side to the negative pressure surface side is uneven. Since it suppresses, there is an effect of reducing aerodynamic sound.
Further, since loss due to mixing of the flow from the pressure surface side and the flow from the suction surface side is reduced at the trailing edge of the rotating blade, the required power can be reduced, that is, the blowing efficiency can be improved.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1に係る遠心送風機1を示す断面図で、回転軸を通る平面における断面図である。
本実施の形態に係る遠心送風機1は、電気掃除機に使用される遠心送風機(電動送風機)として構成されている。この遠心送風機1は、電動機10の出力軸11に連結される円形のハブ4と、中心に円形開口部を有するシュラウド2と、ハブ4とシュラウド2との間に回転方向に対し後ろ向きに配置された複数の翼3とから構成された羽根車5を備える。羽根車5は、回転軸6(図面では回転中心として示されている。)を中心に回転する。回転軸6は電動機10の出力軸11と同一または動力伝達された軸である。本例では回転軸が電動機の出力軸と同一の場合を示している。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a
羽根車5の上部はファンカバー7で覆われ、ファンカバー7の中心部には空気の吸込口8を形成するベルマウス9が一体に取り付けられている。羽根車5の外周にはファンカバー7と一体のディフューザー12を構成する静翼13が配設してあり、本例では電動機10を冷却するために、気流を内周側に戻す風路を構成する戻り静翼14が配設されている。なお、図1に示す矢印は空気の流れの方向を示している。15は電動機10のケーシングに設けられた排気口である。
The upper part of the
図2は羽根車5のみを取り出した斜視図である。シュラウド2の中央には空気を取り入れるための流入開口部16が設けられる。流入開口部16はファンカバー7のベルマウス9により形成される吸込口8に連通している。ハブ4とシュラウド2の外周端における隣接する2枚の翼間の翼空間は空気を吐出するための流出開口部17である。なお、矢印18は羽根車5の回転方向(図面では反時計方向)である。
FIG. 2 is a perspective view showing only the
図3は羽根車5の内部を分かり易く説明するために、図2からシュラウド2を除いた状態を示す斜視図である。翼3は内周から外周に向かい回転方向17とは反対に向かう後ろ向きの羽根である。なお、翼3はキャンバーを有する翼型形状に形成されていてもよい。
そして、翼3の圧力面3aと回転方向18に隣接する翼3の負圧面3bとハブ4とシュラウド2(図3では図示していない)とで囲まれた空間で羽根車5内に複数の流路20を区画形成する。流路20の高さとなる回転軸6と平行な方向の寸法は全体としては、流入開口部16に近い内周端(シュラウド内周端)において最も高く、外周側に進むにつれて低くなり流出開口部17付近では全周同じ高さとなっている。つまり、シュラウド2の外周端近傍はハブ4内側面と平行な環状平坦面となっている。したがって、流路20の入口および出口は、後述する円筒断面で見た場合にはそれぞれ全周にわたって一定の高さを有する方形状となっている。
FIG. 3 is a perspective view showing a state in which the
In the
図4は羽根車5をシュラウド2側から回転軸に平行な視点で見た上面図である。図4に破線で示す円筒断面線21は、回転軸を中心とした円筒断面位置を示す線である。
図5は図4で示す円筒断面位置で羽根車5を切断したときの断面側面図であり、流路20の形状を説明するための図である。
シュラウド2の形状は周方向で一定ではなく、ハブ4と対向する内側の面(以下、内面という)およびファンカバー7に向いた外側の面(以下、外面という)に周方向に段差22を有する。そのため、翼3の圧力面3aはシュラウド2の段差22に沿って配置されているので、流路断面の圧力面側高さ(翼3の圧力面の高さ)Haが負圧面側高さ(隣接する翼3の負圧面の高さ)Hbよりも低くなっている。
なお、シュラウド2の外面にも段差22を形成しているが、好ましくは外面は山形状の滑らかな曲面の隆起に形成する方がよい(図示省略)。このような外面形状にすることにより、シュラウド2の回転による空気の乱れや渦が外面の段差から生じるのを抑制することができ、騒音の低下、送風効率の向上を図ることができる。
FIG. 4 is a top view of the
FIG. 5 is a cross-sectional side view when the
The shape of the
In addition, although the level | step difference 22 is formed also in the outer surface of the
ここで、円筒断面における流路高さの圧力面側と負圧面側の差と円筒断面の半径位置との関係について説明する。
流路20の内周端および外周端近傍ではそれぞれ圧力面側と負圧面側の高さは同じ、つまりHa=Hbであり、その間の流路断面では圧力面側高さHaが負圧面側高さHbよりも低く、つまりHa<Hbとなっている。すなわち、流路20の内周端および外周端近傍における断面形状はいずれも矩形となっており、その間の流路断面形状は矩形の上辺が負圧面3bから圧力面3aに向かって下向きに傾斜した横向きの台形状で連続する形態となっている。
Here, the relationship between the difference between the flow path height in the cylindrical section between the pressure surface side and the suction surface side and the radial position of the cylindrical section will be described.
In the vicinity of the inner peripheral end and the outer peripheral end of the
そして、HaとHbの差が最大となるのは、シュラウド2の流入開口部16の半径をRi、流出開口部17の半径をRoとしたときに、両者の平均よりも内周側、つまり(Ri+Ro)/2よりも内周側の半径位置である。これは、上流(内周)側で速度分布がついてしまうと、下流(外周)側で是正するのは困難であるという理由による。しかし、最内周で大きく高さの差(圧力面と負圧面の高さの差)を付けると流路20の入口にできる高さの差から渦が発生し昇圧性能を低下させてしまうため、最内周は高さの差を付けないものとする。その基で上流側で速度分布を抑制する効果を最大限に得るために「圧力面側と負圧面側の高さの差が最大となる半径位置」を上記のように設定するものである。
また、内周端および外周端近傍でそれぞれHa=Hbである範囲は、内周側は(Ro−Ri)の5%程度、外周側は20%程度が適当である。
The difference between Ha and Hb is maximized when the radius of the
Further, it is appropriate that the range where Ha = Hb in the vicinity of the inner peripheral end and the outer peripheral end is about 5% of (Ro-Ri) on the inner peripheral side and about 20% on the outer peripheral side.
図6は図4と同じく羽根車5の上面図である。翼3を翼間の半ピッチ分だけ回転させた位置にあたる流路中央線21を想定し、流路中央線21に垂直かつ回転軸(回転中心)に平行となる面で切断する流路垂直断面線22を考える。つまり、流路中央線21は翼3を翼間の半ピッチ分だけ回転させたときの翼3のハブ面への投影線(翼中心線の投影線)である。
図7は図6に点線で示した丸鋸歯状の流路垂直断面線22で羽根車5を切断したときの断面図であり、流路20の形状の特徴を説明するための図である。
すなわち、垂直断面における流路20の圧力面側高さ(翼3の圧力面の高さ)Hcは、負圧面側高さ(隣接する翼3の負圧面の高さ)Hdよりも高く、または同じとしている。つまり、Hc≧Hdである。これは、先に述べたHa<Hbの関係を制限する狙いを有しているものであり、円筒断面における流路20の圧力面側高さHaが過度に低くなるのを防ぐためである。
FIG. 6 is a top view of the
FIG. 7 is a cross-sectional view of the
That is, the pressure surface side height (height of the pressure surface of the blade 3) Hc in the vertical cross section is higher than the suction surface side height (height of the suction surface of the adjacent blade 3) Hd, or It is the same. That is, Hc ≧ Hd. This is intended to limit the relationship of Ha <Hb described above, and is to prevent the pressure surface side height Ha of the
次に動作について説明する。
上記のように構成された遠心送風機1においては、電動機10の出力により回転軸とともに羽根車5が回転する。羽根車5内の気体は全体的には遠心力を受け外周へ向かう力を受け、流入開口部16から流出開口部17へと向かう流路20内の流れができる。
Next, the operation will be described.
In the
羽根車5内の流路20における流れを図8を用いて説明する。図8は上面視であり、流路20内を分かり易くするためにシュラウドは図示していない。流入開口部16の縁は破線で示している。回転する羽根車5を基準とした相対場で見ると、矢印で示す流れは翼3の圧力面3a、負圧面3bに概ね平行であり、詳細には負圧面側から圧力面側に傾いた流れである。図4や図5のような円筒断面における流れは当然負圧面3bから圧力面3aに向いた流れであるが、図6や図7のような垂直断面においても負圧面3bから圧力面3aに向いた流れとなる。
The flow in the
本実施の形態の遠心送風機1では、流路20の軸方向高さを図5のように円筒断面において圧力面側の軸方向高さHaを負圧面側の軸方向高さHbよりも低くしているので、圧力面側の流路が負圧面側に比べて相対的に狭くなるため負圧面側から圧力面側への流れの傾きが抑制される。その結果、翼3の後縁3cにおいて圧力面側からの流れと負圧面側からの流れの混合による乱れが抑制されるため、騒音の小さい送風機とすることができる。また、流れの混合による圧力損失が少なく、送風効率の高い送風機とすることができる。
In the
また、図7を用いて説明したように、流路中央線21に垂直な断面においては流路高さを圧力面側と負圧面側で同じ、もしくは圧力面側を高くしているので、円筒断面において、圧力面側が負圧面側に対して過度に低くならないために低騒音、高効率の遠心送風機とすることができる。
Further, as described with reference to FIG. 7, in the cross section perpendicular to the flow
次に、羽根車5からの流れと静翼13との関係について説明する。図9は図8に静翼13の前縁側を追記したものである。従来技術の場合、流出開口部17からの流れは絶対場で見て、翼3の圧力面側では羽根車外周における接線に対する角度が相対的に大きく、負圧面側では小さい。また速度は圧力面側が相対的に小さく、負圧面側が大きい。つまり、静翼13への入射角度、速度は、翼3との位置関係によって変動する。このことは、設計入射角からのずれが生じることを意味し、騒音増加、効率低下の要因である。特に翼3の後縁3cが通過する時は瞬時に大きく変動するとともに、圧力面側からの流れと負圧面側からの流れが混合し大きく乱れた流れが入射する。
Next, the relationship between the flow from the
本実施の形態の遠心送風機1では、流路20の軸方向高さを図5のように円筒断面において圧力面側の軸方向高さHaを負圧面側の軸方向高さHbよりも低くしていることで、負圧面側から圧力面側への流れの傾きが抑制され、流出開口部17において圧力面側から負圧面側へかけての流れの角度、速度の変化が抑制される。このことにより、静翼13へ入射する流れの角度、速度の変動が小さく、騒音を小さく、効率の高い送風機を得ることができる。
In the
さらに、シュラウド外周部近傍の高さ位置つまり軸方向位置における流れについて説明を補足する。流路20の出口高さを圧力面側から負圧面側にかけて同一としているので、流路20の出口高さにおける流路からの吹出し風速つまり静翼13への入射流れの変動を抑制する効果を有する。
Further, the flow at the height position in the vicinity of the outer periphery of the shroud, that is, the axial position will be supplemented. Since the outlet height of the
次に、シュラウド2とファンカバー7との間の空間の流れについて説明する。
図10は図1に示した遠心送風機1の部分断面拡大図である。ベルマウス9を介して遠心送風機1に入った空気は羽根車5の作用により流出開口部17から吐出されディフューザー12の静翼13へ流入する。この時、一部の空気はシュラウド2の外周端とファンカバー7との隙間から、シュラウド2とファンカバー9との間の空間へ流れ込む。ここではこの空気を「漏れ流れ」(漏れ流れを矢印25で示す)と呼ぶ。漏れ流れはベルマウス9とシュラウド2の流入開口部16の縁との隙間から羽根車5の内部へと流れ込む。しかし、以下に説明するように、この漏れ流れの流量分を羽根車5で昇圧する動力は送風機としての出力にはなっていない。
Next, the flow of the space between the
FIG. 10 is an enlarged partial sectional view of the
本実施の形態の遠心送風機1では、図5からもわかるようにシュラウド2のファンカバー側の面(シュラウド外面)に、翼3の圧力面3aに沿って段付の壁(段差22)が回転方向に向かって設けられている。このような段差22を持つシュラウド外面では空気を外周側へ押し出す作用を持ち、シュラウド2とファンカバー7との間を外周側から内周側へ向かう漏れ流れに対して抵抗なり、漏れ流れを抑制する。そのため、送風機として出力とならない、漏れ流れ流量分の羽根車の出力が抑えられ、効率の高い遠心送風機とすることができる。または所定の送風機出力において必要な羽根車出力を小さくできるので騒音も小さくすることができる。
In the
実施の形態2.
図11は、本発明の遠心送風機1を電気掃除機に適用した例を示している。図に示すように掃除機本体30内に、実施の形態1で説明した遠心送風機1を備え、吸引口31から棒状のパイプ32、屈曲自在のホース33を介して気流とともに塵埃を吸引し、吸引した塵埃を集塵ボックス34にためる。
遠心送風機1は、実施の形態1で説明したように、低騒音で高効率の遠心送風機である。掃除機に求められる騒音低減、高効率を実現することができ、掃除機に適する遠心送風機である。
FIG. 11 shows an example in which the
As described in the first embodiment, the
本発明の活用例として、電動送風機としては電気掃除機などの家庭用電化機器はもちろんのこと、液体用ポンプなど産業機器にも適用できる。またハンドドライヤーにも適用できる。 As an application example of the present invention, the electric blower can be applied not only to household appliances such as a vacuum cleaner but also to industrial equipment such as a liquid pump. It can also be applied to hand dryers.
1 遠心送風機、2 シュラウド、3 翼、3a 圧力面、3b 負圧面、3c 後縁、4 ハブ、5 羽根車、6 回転軸、7 ファンカバー、8 吸気口、9 ベルマウス、10 電動機、11 出力軸、12 ディフューザー、13 静翼、14 戻り静翼、15 排気口、16 流入開口部、17 流出開口部、18 羽根車の回転方向、20 羽根車内の流路、21 円筒断面線、22 段差、23 流路中央線、24 流路垂直断面線、25 漏れ流れ、30 掃除機本体、31 吸引口、32 パイプ、33 ホース、34 集塵ボックス。 1 Centrifugal blower, 2 shroud, 3 blades, 3a pressure surface, 3b negative pressure surface, 3c trailing edge, 4 hub, 5 impeller, 6 rotating shaft, 7 fan cover, 8 air inlet, 9 bell mouth, 10 electric motor, 11 output Shaft, 12 diffuser, 13 stationary blade, 14 return stationary blade, 15 exhaust port, 16 inflow opening, 17 outflow opening, 18 rotation direction of impeller, 20 flow path in impeller, 21 cylindrical section line, 22 step, 23 Channel center line, 24 Channel vertical section line, 25 Leakage flow, 30 Vacuum cleaner body, 31 Suction port, 32 Pipe, 33 Hose, 34 Dust collection box.
Claims (8)
前記羽根車は、前記電動機の出力軸に連結されたハブと、ハブに対向して配置され中央部に流体の流入開口部を有するシュラウドと、ハブとシュラウドとの間に回転方向に対して後ろ向きに配置され複数の流路を形成する翼とを備え、
回転中心を中心とする円筒断面における前記流路の軸方向高さが、シュラウドの内周端において最も高く、外周側に進むにつれて低くなり、内周端近傍および外周端近傍においては全周同じ高さであり、その間の流路断面では、圧力面側の軸方向高さが負圧面側の軸方向高さよりも低くなっていることを特徴とする遠心送風機。 An electric motor, an impeller connected to the output shaft of the electric motor and driven to rotate, a fan cover having a bell mouth that covers the impeller and takes air into the center, and a diffuser disposed on the outer periphery of the impeller,
The impeller includes a hub connected to the output shaft of the electric motor, a shroud disposed opposite to the hub and having a fluid inflow opening at the center, and a rearward direction with respect to the rotation direction between the hub and the shroud. And a wing that is arranged in a plurality to form a plurality of flow paths,
The axial height of the flow path in the cylindrical cross section centered on the center of rotation is the highest at the inner peripheral end of the shroud and decreases as it goes to the outer peripheral side, and is the same height around the inner peripheral end and the outer peripheral end. A centrifugal blower characterized in that the axial height on the pressure surface side is lower than the axial height on the suction surface side in the cross-section of the flow path therebetween.
前記羽根車は、前記電動機の出力軸に連結されたハブと、ハブに対向して配置され中央部に流体の流入開口部を有するシュラウドと、ハブとシュラウドとの間に回転方向に対して後ろ向きに配置され複数の流路を形成する翼とを備え、
回転中心を中心とする円筒断面における前記流路の軸方向高さが、シュラウドの内周端において最も高く、外周側に進むにつれて低くなり、内周端近傍および外周端近傍においては全周同じ高さであり、その間の流路断面では、圧力面側の軸方向高さが負圧面側の軸方向高さよりも低くなっており、
さらに、翼を翼間の半ピッチだけ回転した位置における流路中央線を想定し、該流路中央線に垂直かつ回転中心に平行な垂直断面において、圧力面側の軸方向高さが負圧面側の軸方向高さと同じ、または前者が後者より高くしたことを特徴とする遠心送風機。 An electric motor and an impeller coupled to the output shaft of the electric motor and driven to rotate;
The impeller includes a hub connected to the output shaft of the electric motor, a shroud disposed opposite to the hub and having a fluid inflow opening at the center, and a rearward direction with respect to the rotation direction between the hub and the shroud. And a wing that is arranged in a plurality to form a plurality of flow paths,
The axial height of the flow path in the cylindrical cross section centered on the center of rotation is the highest at the inner peripheral end of the shroud and decreases as it goes to the outer peripheral side, and is the same height around the inner peripheral end and the outer peripheral end. In the cross section of the flow path between them, the axial height on the pressure surface side is lower than the axial height on the suction surface side,
Further, assuming a flow path center line at a position where the blades are rotated by a half pitch between the blades, the axial height on the pressure surface side is the suction surface in a vertical section perpendicular to the flow path center line and parallel to the rotation center. A centrifugal blower characterized by having the same axial height as the side or the former being higher than the latter.
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