JP5066757B2 - 送風機 - Google Patents

Description

本発明は、真空掃除機等に使用される送風機に係り、より詳細には、送風機の拡散器に係る。

真空掃除機では、空気が移動して、ゴミ、埃、破片を拾い上げ、通常は、缶内に支持されたフィルタバッグの形態のゴミ容器へ配送する。空気の流れを生じさせるために、送風機を使用して真空が作られる。従って、送風機は、真空モータ又は真空掃除機モータとしても知られている。

送風機モータは、モータ、典型的に、電気モータであり、そして電気モータの中で、ユニバーサルモータが一般に好ましいが、ＰＭＤＣモータ、ブラシレスＤＣモータ、切り換え磁気抵抗モータ、及び誘導モータが使用されている。一般に、ユニバーサルモータは、低コストで且つ高信頼性特徴のために、しかも近年では、２００００ｒｐｍ以上、時には、４００００ｒｐｍを越える高速度で動作する能力のために、家庭用として好まれている。高速度に向かう傾向は、モータサイズの減少を許しながら、空気の流量及び／又は最大吸引量を高く保持し、真空掃除機の全重量を軽量化する。

モータは、羽根車を駆動し、空気流を作り出す。羽根車は、モータのシャフトに固定され、送風機のための吸引入口又は入口ポートを画成するカバーを有する。拡散プレートが羽根車からモータを通して空気を案内し、モータを冷却した後にモータハウジングの開口を経て空気が排出される。この形式の構造は、空気がモータを通して流れるのでフロースルー構造として知られている。別の構造は、空気がモータをバイパスするので、バイパス構造として知られている。この形式の構造は、湿式及び乾式の真空掃除機に使用される。

拡散器の構造は、送風機の効率に影響するので非常に重要である。効率の高い拡散器は、移動する空気の量を増加でき、又は同じ量の空気を移動するのに必要な電力を減少することができる。従って、小型軽量モータの傾向が続くにつれて、益々効率の良い拡散器が要望されることは明らかである。

１つのこのような拡散器の開発がＥＰ０６０２００７号に説明されており、ここでは、羽根車と拡散器との間の関係を試験した結果、羽根車を取り巻く拡散器の翼は、導入角、即ち拡散器の翼が羽根車に対する接線とでなす角度が、１°ないし４°でなければならないとしている。

フロースルー送風機では、４°ないし６°の導入角を、６°ないし２０°の戻りガイド翼の角度と組み合せて使用することにより、効率を上げられることを発見した。戻りガイド翼の角度とは、羽根車とは反対の拡散器の側にある翼で、戻りガイド翼として知られている翼が、その戻りガイド翼の外端における拡散器に対する接線、又は少なくとも戻りガイド翼の外端を接合する円に対する接線、とでなす角度である。

従って、本発明は、真空掃除機等のための送風機であって、ハウジングと、このハウジング内に収容され、固定子及び回転子を有している電気モータと、回転子に固定されてそれと共に回転する羽根車と、ハウジングの第１端に配置され且つ羽根車とハウジングとの間に配置された拡散器と、ハウジングの第１端に固定され且つ拡散器及び羽根車を覆うカバーであって、羽根車のための導入ポートを形成する孔を有しているカバーと、を備え、前記拡散器は、羽根車の後面付近に延びて、その片側に周囲縁を有しているプレート状部分と、このプレート状部分から垂直に延び、且つ羽根車の周囲縁付近から拡散器の周囲縁まで各曲線に沿って延びる複数の拡散翼であって、それらの間に複数の通路を有している拡散翼と、更に、その第２面にあって、プレート状部分から垂直に延び、且つ各曲線をたどって拡散器の周囲縁から半径方向中間位置へ至る複数の戻りガイド翼であって、それらの間に第２の複数の通路を形成して、拡散器の周囲から空気をハウジングに向け且つその中へと内方に導いて、モータを冷却するようにした戻りガイド翼とを備え、更に、拡散翼が羽根車と角度Ａをなし、戻りガイド翼が拡散器の外縁と角度Ｂをなし、角度Ａが４°ないし６°の範囲であり、且つ角度Ｂが６°ないし２０°の範囲である送風機を提供する。

好ましくは、ハウジングの第１端は開いており、ベアリングブラケットがその第１端に及んでいて回転子のシャフトのベアリングを支持し、そして拡散器は、このベアリングブラケットに固定される。

好ましくは、ハウジングは、その第１端にフランジを有し、ベアリングブラケットは、このフランジに固定され、そしてそのフランジの半径方向外方に配置された軸方向に延びるリングを有し、更に、カバーがこのリングに固定される。

好ましくは、カバーは、拡散翼の通路の片側を閉じ、そしてベアリングブラケットは、戻りガイド翼の通路の片側を閉じる。

好ましくは、拡散器の半径方向外縁とカバーとの間には環状スペースが存在する。

好ましくは、角度Ａは５°であり、角度Ｂは１０°である。

好ましくは、拡散器は、１５個の拡散翼及び１６個の戻りガイド翼を有する。

好ましくは、戻りガイド翼の曲線は、第１の弧を第２の弧に滑らかに接合することにより形成され、第１の弧は、戻りガイド翼の後尾部分を形成し、そして第２の弧は、戻りガイド翼の先導部分を形成する。

好ましくは、第２の弧は、その半径が第１の弧の半径より大きい。

好ましくは、第２の弧の半径は、第１の弧の半径の２倍である。

好ましくは、第１の弧及び第２の弧は、接線で合流する。

好ましくは、第１の弧及び第２の弧の各々は、その中心が共通の半径線上に存在する。

好ましくは、第１の弧の長さは、第２の弧の長さの３ないし６倍である。

好ましくは、第１の弧の長さは、第２の弧の長さの４倍である。

以下、添付図面を参照して、本発明の１つの好ましい実施形態を一例として詳細に説明する。

先ず、図１を参照して、送風機の構造を説明する。図１には、送風機が完全に断面で示されている。この送風機は、羽根車１４を駆動するモータ、ここでは、ユニバーサルモータ１２、を有する。モータ１２は、シートメタル円板、好ましくは、軟鋼の円板を深絞り及び型抜きすることにより形成されたカップ状ハウジング１６を備えている。任意であるが、ハウジングは、成形プラスチック部品でもよい。ハウジングは、固定子１８及び回転子２０を収容する。固定子は、ハウジング１６に固定された積層固定子コア２２と、その極の周りに巻かれた固定子巻線２３とを備えている。回転子２０は、シャフト２４と、シャフトにプレスされてシャフトと共に回転する積層回転子コア２６と、回転子コアの極の周りに巻かれた回転子巻線２８とを備え、この回転子巻線は、回転子コア２６に続いてシャフトに固定された整流子３０に終端される。かご型ブラシ３２の形態のブラシギアは、整流子とスライド電気接触して回転子巻線へ電力を転送すると共に、絶縁かごホルダ３６によりハウジング１６に固定されたブラシかご３４内にスライド式に取り付けられる。

シャフト２４は、ベアリング３８、３９にジャーナル支持され、ベアリング３８は、ハウジング１６の閉じた底部に支持され、そしてベアリング３９は、ハウジング１６の開放端を横切って延びるベアリングブラケット４０により支持される。ベアリングブラケット４０は、好ましくは軟鋼のシートメタルブランクを型抜きすることにより形成されるのが好ましい。任意であるが、ベアリングは、拡散器により、拡散器に形成されたベアリングハブ内に直接支持されて、個別のベアリングブラケットの必要性を排除することができる。ハウジング１６は、外方に延びるフランジ４２をその開放端に有し、そしてベアリングブラケット４０は、このフランジ４２を横切って延びて、そこに固定される。ベアリングブラケット４０は、フランジ４２を越えて延び、軸方向に曲げられて、軸方向延長部４４を形成し、これは、ハウジングの周りに延びるが、そこから離間される。この軸方向延長部４４の機能は、以下で簡単に説明する。

ベアリングブラケット４０には、多数の大きな孔４６が形成され、ハウジング１６の内部体積部へ空気が自由に通過するのを許す。

拡散器５０は、好ましくはスクリュー５２により、ベアリングブラケット４０の外側に取り付けられる。拡散器は、中央のプレート状部分５４を有し、その上面には拡散翼５６が、そしてその下面には戻りガイド翼５８がある。拡散翼５６は、羽根車１４を取り巻いており、羽根車１４は、フラットな下部プレート６２と、中央開口６６を有するカーブした上部プレート６４と、これら上部プレート及び下部プレートを接続する複数のブレード６８とを有する。下部プレート６２は、シャフト２４に取り付けられたスペーサ７０に載せられる。このスペーサ７０は、羽根車１４の下部プレート６２を支持する大きなフランジ７２を有する。スペーサ７０は、上部ベアリング３９の内部レースに載せられる。シャフト２４は、下部プレート６２の穴７４を通して延びる。下部プレート６２の頂部にはワッシャー７６が配置され、そしてシャフト２４の端にはナット７８がねじ込まれて、下部プレート６２をフランジ付きスペーサ７０とワッシャー７６との間にクランプし、羽根車をシャフトと共に回転するようにする。

シートメタル円板を引っ張ることにより形成されたカバー８０が、羽根車、拡散器及びベアリングブラケットの上に嵌合されて、作用空気チャンバー８２を画成する。カバー８０の開口８４は、送風機の入口を画成する。この開口８４は、内方に成形されたリップ８６を有し、これは、上部プレート６４の中央開口６６と協働し、羽根車１４を横切る空気チャンバー８２内に空気の循環を制限する。

カバー８０は、拡散翼５６の上端に接触して、構造体の剛性を付加すると共に、軸方向下方に延びて、ベアリングブラケット４０の軸方向延長部４４に押し付けられる。カバー８０は、ベアリングブラケット４０に圧着され、カバー８０を固定すると共に、拡散器５０の外縁をクランプする。

使用中に、モータ１２に電力が供給されて、回転子３０を回転させる。シャフト２４に固定された羽根車１４が回転子２０により駆動されて、カバー８０の入口８４を経て羽根車へと空気を引っ張り、羽根車１４から、拡散器の翼で画成された通路を通して半径方向に空気を追放し、そしてカバー８０により、拡散器の上面から、拡散器の外縁をめぐって、拡散器５０の下面で戻りガイド翼５８間に形成された通路へと空気の流れを向ける。戻りガイド翼５８は、ベアリングブラケット４０の開口４６を通りハウジング１６へと空気を内方に且つ軸方向に向け、そこで、空気は、固定子及び回転子を通過した後に、図１に示すハウジングの下部のポート１７を通して排出される。

明らかなように、拡散器は、空気流の効率、特に、羽根車からハウジングへの空気の方向転換及び転送において重要な役割を演じる。もちろん、回転子及び固定子により生じるハウジング内の制約も、重要な役割を演じるが、これは、ハウジング内の通路を大きくすることで容易に克服できる。

本発明は、空気流路の効率、ひいては、完全な送風機の効率を高めるような拡散器の改善を構成する。羽根車から拡散器への空気の効率的な転送を得るために、拡散翼の角度、及びそれらが羽根車とで形成する角度について著しい研究が行なわれた。これは重要であるが、拡散器の縁をめぐる流れ、又は拡散翼と戻りガイド翼との間の結合を改善するために拡散翼及び戻りガイド翼の角度を一致させることにより更なる利益を得ることができる。

２つの角度が重要であることが分った。角度Ａは、拡散翼が羽根車とで形成する角度であり、そして角度Ｂは、戻りガイド翼が拡散器の外周とで形成する角度である。これらの角度は、以下で明確に説明する。

４°から６°の範囲の角度Ａを使用し、そして６°から２０°の範囲の角度Ｂを使用することにより、効率の増加を達成することができる。

テーブルＡは、角度Ｂが１５°にセットされたときに変化する角度Ａの作用を示す。
テーブルＡ
角度Ａ 効率（％）
２° ７３．１
３° ７３．１
４° ７４．７
５° ７４．７
６° ７４．３
７° ７３．９
８° ７３．７

テーブルＢは、角度Ａが５°にセットされたときに変化する角度Ｂの作用を示す。
テーブルＢ
角度Ｂ 効率（％）
４° ７３．９
５° ７３．９
６° ７４．８
１０° ７４．９
１５° ７４．７
２０° ７４．３

テーブルＡから、効率は、４°と５°との間に７４．７％の効率でピークとなることが分る。＋７４％を望ましい結果として考えた。

テーブルＢから、効率は、角度Ｂが約１０°でピークとなることが分る。この場合も、＋７４％を望ましい結果として考えた。

従って、望ましい結果は、拡散翼の角度が４°ないし６°で、戻りガイド翼の角度が６°ないし２０°の状態で得られ、最適な構成は、角度Ａを５°にセットし、そして角度Ｂを１０°にセットすることであると分った。

図２及び３を参照すれば、各図には拡散器５０が示されている。図２において、拡散器は、直立位置で示されている。拡散器は、中央孔５５をもつプレート状部分５４を有し、中央孔は、この場合、ベアリングブラケット４０のベアリングハブを受け入れる。中央孔の周りには、２つの耳をもつ環状くぼみ５７が形成される。このくぼみ５７は、ワッシャーを受け入れ、これは、２つの耳の穴５３を通過する２本のスクリュー５２の助けで、拡散器５０をベアリングブラケット４０にクランプする。

プレート５４の外周に向かって、段付き部分があって、プレート５４の縁に厚いリング５９を形成している。このリング５９から、拡散翼５６が上方に延びると共に、リングを横切るカーブした経路において、拡散器５０の外縁へと延びている。各々の拡散翼５６は、翼に対して鋭い後尾縁を与えるために面取りされた外縁を有する。リング５９は、羽根車が載るくぼみを形成し、羽根車１４と拡散翼５６との間に滑らかな遷移を与える。

角度Ａ、即ち拡散翼５６が羽根車１４とで形成する角度は、図４及び５を参照して説明する。図４は、拡散器５０の一部分を平面図で示し、そして図５は、図４において丸で囲んだ部分の拡大図である。

図５において、１つの拡散翼５６の内端を、リング５９の段状縁と共に見ることができる。一点鎖線９０は、羽根車１４と同心的で且つシャフトと同軸的な仮想円を表わし、各拡散翼５６の内端に接触する。翼５６に接触するポイント９１におけるこの円９０の接線が線９２で表わされている。線９３は、ポイント９１における翼５６の曲線に対する接線を表わす。２本の線９２及び９３で形成される角度が角度Ａである。

図３は、拡散器５０の下側の斜視図である。中央孔５５は、上側のクランプワッシャー用のくぼんだ領域５７に対応する持ち上がった部分により取り囲まれていることが明らかである。持ち上がった領域から突出する小さな突起９４は、組み立て中に拡散器５０をベアリングブラケット４０に整列させるためのキーを形成する。

周囲に離間されているのは、戻りガイド翼５８を形成する複数のカーブした翼である。これらの翼は、拡散器の周囲から中心に向かって空気流を送給又は案内してベアリングブラケット４０の開口４６を通過させ、ハウジング１６に入力させるための通路を形成する。戻りガイド翼５８は、渦巻状の空気流を半径方向内方に且つ軸方向下方にハウジングへと案内する。各戻りガイド翼５８の半径方向外縁は、拡散翼５６の後尾縁と同様に面取りされて、鋭い先縁を形成する。拡散器の周囲縁は、上部通路から下部通路へ空気の流れを移動する上で助けとなるように、翼５６、５８間にノッチが設けられる。拡散器の上側の段に対応する段も見える。幾つかの翼５８には、ベアリングブラケット４０をハウジング１６のフランジ４２に固定するのに使用されるスクリューの邪魔にならないように、ノッチ９９が設けられている。

角度Ｂ、即ち戻りガイド翼が拡散器の外縁とで形成する角度は、図６及び７を参照して説明する。図６は、拡散器５０の下面の一部分で、戻りガイド翼５８を平面図で示し、一方、図７は、図６において丸で囲んだ部分の拡大図である。

一点鎖線９５は、モータシャフトと同軸的な仮想円を表わし、ポイント９６で示された翼の半径方向内面において戻りガイド翼５８の半径方向外縁又は先縁に接合又は接触する。線９７は、ポイント９６における円９５に対する接線を表わす。線９８は、ポイント９６における戻りガイド翼５８のカーブした内面に対する接線を表わす。角度Ｂは、これらの線９７及び９８の間に形成される角度である。

見落とすことのある拡散器の効率における別の事柄は、戻りガイド翼５８の形状である。好ましい実施形態では、戻りガイド翼５８は、拡散器の下面を横切って、半径方向外縁から、使用中にベアリングブラケットにより占有される中心に到達する前に停止する半径方向内側位置まで、一般的に半径方向に且つ周囲方向に延びる。各戻りガイド翼５８の経路は、２つの曲線Ｃ１及びＣ２の滑らかな接合又はクロスオーバーとして説明することができる。曲線Ｃ１は、半径Ｒ１及び長さＡ１を有する。曲線Ｃ２は、半径Ｒ２及び長さＡ２を有する。

曲線と曲線との間に滑らかな遷移を得るために、Ｃ１及びＣ２は、ポイントＤで示すように接線である。即ち、Ｃ１及びＣ２は、両方とも、その中心が共通の半径方向線上にあり、そして両曲線は、この線上に共通の交点を有し、同じ方向にカーブしている。曲線Ｃ１は、空気の流れ方向で考えて、戻りガイド翼の後尾部分であり、そして曲線Ｃ２は、戻りガイド翼の先導部分である。

曲線Ｃ１及びＣ２の相対的サイズ、並びに曲線の相対的長さ、即ちＡ１及びＡ２は、曲線を更に定義するのに使用される。拡散器の効率は、Ｒ１がＲ２より小さく、好ましい実施形態では、Ｒ２が２ｘＲ１であるか又はＲ１：Ｒ２の比が１：２であるときに、高くなることが分った。又、曲線の長さは、Ａ１がＡ２の長さの３ないし６倍の範囲、即ち３≦Ａ１／Ａ２≦６であるのが望ましい。好ましい実施形態では、Ａ１＝４ｘＡ２である。

戻りガイド翼５８の後尾縁は、戻りガイド翼間に形成されたチャンネルを空気が出るときに空気の流れの混合を助けるために、図３に示すように丸み付けされるか、さもなければ、テーパー付けされてもよい。

角度Ａは、拡散翼の迎え角又は導入角度としても知られている。又、角度Ｂも、戻りガイド翼の迎え角としても知られている。

ハウジング及びベアリングブラケットは、シートメタル、好ましくは、軟鋼シートから、引っ張り及び／又は型抜きにより形成することを説明したが、エンジニアリングプラスチック材料を射出成形することによりハウジングを形成し、そしてベアリングブラケットを拡散器に直接一体化することもできる。しかしながら、これを行なうことは、ベアリングを支持するに充分な強度をもたせるように拡散器を強化するに必要な拡散器の材料が異なり、これが翼の厚みにある程度の制約を課するために、効率に若干悪影響を及ぼすが、ハウジングのプラスチック材料の絶縁効果のためにモータをより高い温度で動作できる。

好ましい実施形態では、拡散器は、１５個の拡散翼と、１６個の戻りガイド翼とを有する。翼のこの組み合せは、性能に有害な影響を及ぼさずに送風機のノイズレベルに有利な効果を奏する拡散器を形成する。

上述した実施形態は、一例示過ぎず、特許請求の範囲に述べた本発明の範囲から逸脱せずに種々の変更が当業者に明らかであろう。

本発明による真空掃除機のための送風機の断面図である。 図１の送風機の一部分である拡散器の斜視図である。 図２の拡散器の、他方の側を示す斜視図である。 図２の拡散器の一部分の拡大平面図である。 図４の拡散器の一部分を更に拡大した図である。 図３の拡散器の一部分の拡大平面図である。 図６の拡散器の一部分を更に拡大した図である。

符号の説明

１２：電気モータ
１６：ハウジング
１４：羽根車
１８：固定子
２０：回転子
２４：シャフト
２６：回転子コア
２８：回転子巻線
３０：整流子
３２：ブラシ
３４：かご
３８、３９：ベアリング
４０：ベアリングブラケット
４２：フランジ
４４：軸方向延長部
５０：拡散器
５４：プレート状部分
５６：拡散翼
５８：戻りガイド翼
８０：カバー

Claims (14)

1. 真空掃除機等のための送風機であって、
   ハウジング１６と、
   前記ハウジング１６内に収容され、固定子１８及び回転子２０を有している電気モータ１２と、
   前記回転子２０に固定されてそれと共に回転する羽根車１４と、
   前記ハウジング１６の第１端に配置され且つ前記羽根車１４とハウジング１６との間に配置された拡散器５０と、
   前記ハウジング１６の第１端に固定され且つ前記拡散器５０及び羽根車１４を覆うカバー８０であって、前記羽根車のための導入ポート８４を形成する孔を有しているカバー８０と、
   を備え、前記拡散器５０は、前記羽根車の後面付近に延びて、その片側に周囲縁を有しているプレート状部分５４と、このプレート状部分から垂直に延び、且つ前記羽根車の周囲縁付近から前記拡散器の周囲縁まで各曲線に沿って延びる複数の拡散翼５６であって、それらの間に複数の通路を有している拡散翼５６と、更に、その第２面にあって、前記プレート状部分から垂直に延び、且つ各曲線をたどって前記拡散器の周囲縁から半径方向中間位置へ至る複数の戻りガイド翼５８であって、それらの間に第２の複数の通路を形成して、前記拡散器の周囲から空気を前記ハウジングに向け且つその中へと内方に導いて、前記モータを冷却するようにした戻りガイド翼５８とを備えている送風機において、
   前記拡散翼５６が前記羽根車の外縁とで角度Ａをなし、前記戻りガイド翼５８が前記拡散器の外縁とで角度Ｂをなし、前記角度Ａが４°ないし６°の範囲で、且つ前記角度Ｂが６°ないし２０°の範囲であることを特徴とする送風機。
2. 前記ハウジング１６の第１端は開いており、ベアリングブラケット４０が前記第１端に及んでいて前記回転子のシャフトのベアリング３９を支持し、前記拡散器５０は、このベアリングブラケット４０に固定される、請求項１に記載の送風機。
3. 前記ハウジング１６は、その第１端にフランジ４２を有し、前記ベアリングブラケット４０は、このフランジに固定され、そしてそのフランジ４２の半径方向外方に配置された軸方向に延びるリング４４を有し、更に、前記カバー８０がこのリング４４に固定される、請求項２に記載の送風機。
4. 前記カバー８０は、前記拡散翼の通路の片側を閉じ、そして前記ベアリングブラケット４０は、前記戻りガイド翼の通路の片側を閉じる、請求項３に記載の送風機。
5. 前記拡散器５０の半径方向外縁と前記カバー８０との間には環状スペース８２が存在する、請求項４に記載の送風機。
6. 前記角度Ａは５°であり、前記角度Ｂは１０°である、請求項１から５のいずれかに記載の送風機。
7. 前記拡散器５０は、１５個の拡散翼及び１６個の戻りガイド翼を有する、請求項１から６のいずれかに記載の送風機。
8. 前記戻りガイド翼５８の曲線は、第１の弧Ａ１を第２の弧Ａ２に滑らかに接合することにより形成され、第１の弧Ａ１は、前記戻りガイド翼５８の後尾部分を形成し、そして第２の弧Ａ２は、前記戻りガイド翼の先導部分を形成する、請求項１から７のいずれかに記載の送風機。
9. 前記第２の弧Ａ２は、その半径Ｒ２が前記第１の弧Ａ１の半径Ｒ１より大きい、請求項８に記載の送風機。
10. 前記第２の弧Ａ２の半径Ｒ２は、前記第１の弧Ａ１の半径Ｒ１の２倍である、請求項９に記載の送風機。
11. 前記第１の弧Ａ１及び第２の弧Ａ２は、接線で合流する、請求項８、９又は１０に記載の送風機。
12. 前記第１の弧Ａ１及び第２の弧Ａ２の各々は、その中心が共通の半径線上に存在する、請求項１１に記載の送風機。
13. 前記第１の弧Ａ１の長さは、前記第２の弧Ａ２の長さの３ないし６倍である、請求項８から１２のいずれかに記載の送風機。
14. 前記第１の弧Ａ１の長さは、前記第２の弧Ａ２の長さの４倍である、請求項１３に記載の送風機。

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